Йоханес Кеплер – немски астроном и автор на законите за планетите

Йоханес Кеплер (27 декември 1571 г. - 15 ноември 1630 г.) е немски учител по математика, астроном, оптик, философ на природата, астролог и лутерански теолог.

Той е бил ученик на Тихо Брахе. Тихо Брахе наблюдава начина, по който планетите се движат в небето. Йоханес Кеплер открива прост начин да каже как се движат планетите. Кеплер изучавал и други неща, като например свръхновата на Кеплер.

Живот и кариера

Йоханес Кеплер е роден в град Вайл дер Щат (Weil der Stadt) в днешна Германия. Получава образование в университета в Тюбинген, където се запознал с идеите на Николай Коперник. През ранната си кариера работи като учител по математика и като служител в астрономически и педагогически институции. През 1600 г. постъпва в Прага в службата на Тихо Брахе и след смъртта му става императорски математик при двора на Рудолф II. По-късно продължава работата си и в други градове на Свещената Римска империя, като животът му е белязан от финансови затруднения, религиозни конфликти и лични загуби.

Научни приноси

Кеплер комбинира точните наблюдения на Тихо Брахе с математически анализ. Той е един от първите учени, които търсят физически и математически закони, описващи движението на планетите, вместо да използват чисто геометрични или догматични обяснения. Някои от най-важните му трудове са:

Mysterium Cosmographicum (1596) — ранна подкрепа за коперниковата система.
Astronomia Nova (1609) — тук Кеплер формулира първите два от своите закони и доказва, че орбитите на планетите са елипси, а не кръгове с епицентри.
Harmonices Mundi (1619) — съдържа третия закон за планетите и разсъждения за хармонията на космоса.
Tabulae Rudolphinae (1627) — рудолфинските таблици, изчислени на базата на наблюденията на Брахе и законите на Кеплер; значително подобряват точността на планетарните таблици.
Dioptrice (1611) — труд по оптика, в който излага принципите на лещите и описва т.нар. кеплеров телескоп (със с聚нат обектив и очевидец леща), който дава по-широко поле и по-ясно изображение в сравнение с предишни конструкции.

Кеплерови закони

Най-известният принос на Кеплер са трите закона на планетарното движение, формулирани на базата на наблюденията на Тихо Брахе:

Първи закон (Закон за елипсите) — Орбитата на всяка планета е елипса, а Слънцето се намира в един от фокусите на елипсата.
Втори закон (Закон за равните площи) — Линията, свързваща планетата със Слънцето, описва равни площи за равни интервали от време; това означава, че планетите се движат по-бързо, когато са по-близо до Слънцето.
Трети закон (Закон за периодите) — Квадратът на орбиталния период на планетата е пропорционален на куба на голямата полуос на нейната орбита (T^2 ∝ a^3). Този закон дава количествено отношение между разстоянието до Слънцето и времето за обиколка.

Оптика, астрономически наблюдения и други теми

Освен планетарната механика, Кеплер допринася и за развитието на оптиката и телескопичните конструкции. В Dioptrice той описва как изображението се образува върху ретината и дава научна основа за корекцията на оптичните инструменти. Наблюдението на свръхновата от 1604 г. (често наричана свръхновата на Кеплер) и публикуваният му трактат по този повод свидетелстват за участието му в систематични наблюдения на небето.

Религия, астрология и личност

Кеплер е дълбоко религиозен лутеранин и често търси хармония между теологията и науката. Макар да е критикувал някои суеверни практики, той упражнява астрология като част от професионалните си задължения — много учени от неговата епоха практикуват астрология, тъй като тя е била свързана с изчисленията и прогнозирането. Кеплер също пише научно-популярни и философски текстове, включително фантастичното си произведение „Somnium“, публикувано постхумно, което съдържа ранни идеи за астрономически наблюдения от Луната.

Значение и наследство

Работата на Кеплер полага основите на небесната механика и пряко повлиява Исаак Нютон — трите закона на Кеплер са ключови за формулирането на универсалния закон за гравитацията. Благодарение на комбинирането на точни наблюдения и математическо моделиране, Кеплер се счита за една от ключовите фигури в научната революция. Неговите таблици и трудове остават в употреба и вдъхновяват следващи поколения астрономи и физици.

Кеплер умира на 15 ноември 1630 г. в Регнсбург (Regensburg), докато пътува, но наследството му в науката остава дълбоко влияние в историята на астрономията и физиката.

Паметник на Тихо Брахе и Йоханес Кеплер в Прага

Как се движат планетите

Планетата се движи по траектория, наречена орбита. Кеплер използва три закона, за да каже каква форма има траекторията и с каква скорост се движи планетата

Първият закон на Кеплер гласи, че формата на пътя е елипса - овална или сплескана окръжност с два центъра. Слънцето се намира в един от центровете на елипсата. Преди Кеплер астрономите са смятали, че планетите се движат по кръгове в кръгове (епицикли) според системата на Клавдий Птолемей, като Земята е в средата на най-големия кръг.
Вторият закон на Кеплер казва с каква скорост планетата се движи около елипсата. Когато планетата е по-близо до Слънцето, тя се движи по-бързо. Когато е по-далеч от Слънцето, тя се движи по-бавно. Ако между планетата и Слънцето има линия, то тя обхваща определена област, докато следва планетата. Площта, която тя изминава за един ден, е винаги една и съща. Преди Кеплер астрономите са смятали, че планетите винаги се движат с една и съща скорост по окръжностите.
Третият закон на Кеплер определя с каква скорост се движат различните планети. Планета, която е по-далеч от Слънцето, се движи по-бавно от планета, която е по-близо до Слънцето. Ако човек умножи времето (Т), което е необходимо на една планета да обиколи Слънцето, по себе си (Т² ), това число е пропорционално на разстоянието (d) на планетата до Слънцето, умножено по себе си два пъти (d³ ).

Кеплер публикува първите два закона през 1609 г., а третия - през 1619 г.

Съчинения на Кеплер

Mysterium cosmographicum (Свещената тайна на Космоса) (1596)
Astronomia nova (Нова астрономия) (1609 г.)
Epitome astronomiae Copernicanae (Епитом на коперниканската астрономия) (публикуван в три части през 1618-1621 г.)
Harmonice Mundi (Хармония на световете) (1619 г.)
Mysterium cosmographicum (Свещената тайна на Космоса), второ издание (1621 г.)
Tabulae Rudolphinae (Рудолфински таблици) (1627 г.)
Somnium (Сънят) (1634)

Astronomiae pars optica