"Prawa Keplera" - to zdanie jest znane każdemu, kto lubi astronomię. Kto to jest? Związek i współzależność jakiej obiektywnej rzeczywistości opisał? Astronom, matematyk, teolog, filozof, najmądrzejszy człowiek swoich czasów Johannes Kepler (1571-1630) odkrył prawa ruchu planet w Układzie Słonecznym.
Początek podróży
Johannes Kepler, pochodzący z Weil der Stadt (Niemcy), przyszedł na ten świat w grudniu 1571 roku. Słabe, ze słabym wzrokiem dziecko pokonało wszystko, aby wygrać w tym życiu. Studia chłopca rozpoczęły się w Leonbergu, dokąd przeniosła się rodzina. Później przeniósł się do zaawansowanej instytucji, szkoły łacińskiej, aby nauczyć się podstaw języka, którego zamierzał używać w przyszłych publikacjach.
W 1589 ukończył szkołę w klasztorze Maulbronn w mieście Adelburg. W 1591 wstąpił na uniwersytet w Tybindze. Po wprowadzeniu luteranizmu książęta stworzyli skuteczny system edukacyjny. Przy pomocy stypendiów i stypendiów dla ubogich władze starały się:aby zapewnić uniwersytetom kandydatów, którzy mogliby zostać przeszkoleni na dobrze wykształconych duchownych zdolnych do obrony nowej wiary w czasach szalejących kontrowersji religijnych.
Podczas pobytu w instytucji edukacyjnej Kepler znalazł się pod wpływem profesora astronomii Michaela Möstlina. Ten ostatni potajemnie podzielał poglądy Kopernika na ideę heliocentrycznego (Słońce w centrum) Wszechświata, choć uczył studentów „według Ptolemeusza” (Ziemia w centrum). Dogłębna znajomość idei polskiego naukowca wzbudziła w Keplerze ogromne zainteresowanie astronomią. Tak więc teoria Kopernika miała innego zwolennika, który starał się osobiście zrozumieć prawa ruchu planet wokół Słońca.
Układ słoneczny to dzieło sztuki
Co dziwne, ten, kto później odkrył prawa ruchu planet, nie uważał się za astronoma z powołania. Kepler przez całe życie wierzył, że Układ Słoneczny jest dziełem sztuki przepełnionym zjawiskami mistycznymi, marzył o zostaniu księdzem. Astronom swoje zainteresowanie teorią Kopernika tłumaczył tym, że zanim wyciągnie wnioski z własnych badań, musi zapoznać się z różnymi opiniami.
Niemniej jednak nauczyciele akademiccy mówili o Keplerze jako uczniu o doskonałym umyśle. W 1591 r. po uzyskaniu tytułu magistra naukowiec kontynuował studia teologiczne. Gdy zbliżali się do ukończenia, okazało się, że w szkole luterańskiej w Grazu zmarł profesor matematyki. Uniwersytet w Tybindze zalecił rekrutację na to stanowisko utalentowanych we wszystkich dziedzinach.związek absolwenta. Więc pożegnaj się z prawami ruchu planet?
W imię Boga
22-letni Johann niechętnie porzucił swoje pierwotne powołanie jako ksiądz, ale mimo to podjął obowiązki nauczyciela matematyki w Grazu. Podczas wykładu w swojej klasie początkujący nauczyciel przedstawił na tablicy figury geometryczne składające się z koncentrycznych okręgów i trójkątów. I nagle przyszła mu do głowy myśl, że takie liczby odzwierciedlają pewien ustalony stosunek między rozmiarami dwóch kół, pod warunkiem, że trójkąt jest równoboczny. Jaki jest stosunek powierzchni między dwoma okręgami? Proces myślowy nabierał tempa.
Rok później niezwykły teolog opublikował swoją pierwszą pracę, The Mystery of the Universe (1596). Nakreślił w nim swoje twórcze poglądy na tajemnice wszechświata, poparte wierzeniami religijnymi.
Ten, który odkrył prawa ruchu planet, zrobił to w imię Boga. Ujawniając matematyczny plan Wszechświata, badacz doszedł do wniosku: sześć planet jest zamkniętych w sferach, między którymi mieści się pięć wielościanów foremnych. Oczywiście wersja została oparta na „fakcie”, że jest tylko 6 ciał niebieskich. Wokół orbity Ziemi Kepler nakreślił doskonały dwunastościan i kulę dotykającą orbity Marsa.
Doskonały wielościan
Wokół regionu Marsa naukowiec przedstawił czworościan i sferę przylegającą do orbity Jowisza. W dwudziestościanie w sferze orbitalnej Ziemi sfera Wenus „pasuje” idealnie. Korzystanie z resztyrodzaje doskonałych wielościanów, to samo zrobiono z resztą. Co zaskakujące, stosunki sąsiednich orbit planet, przedstawione w zagnieżdżonym modelu sferycznym Keplera, zbiegły się z obliczeniami Kopernika.
Odkrywając prawa ruchu planet, kapłan o matematycznym umyśle polegał głównie na boskiej inspiracji. Nie miał prawdziwych podstaw do argumentów. Znaczenie traktatu „Sekrety Wszechświata” polega na tym, że był to pierwszy decydujący krok w kierunku rozpoznania heliocentrycznego systemu świata przedstawionego przez Kopernika.
Założenia a wysoka dokładność
We wrześniu 1598 protestanci w Grazu, w tym Kepler, zostali wypędzeni z miasta przez katolickich władców. Chociaż Johannowi pozwolono wrócić, sytuacja pozostała bardzo napięta. W poszukiwaniu wsparcia zwrócił się do Tycho Brahe, matematyka i astronoma na dworze cesarza Rudolfa II. Naukowiec był znany z imponującej kolekcji obserwacji planet.
Wiedział o pracy „Sekret wszechświata”. Kiedy jednak w 1600 roku jego twórca przybył do położonego poza Pragą Obserwatorium Tycho, zajmujący się precyzyjnymi (wówczas) badaniami Brahe powitał go jako autora konkretnego dzieła, ale nie jako kolegi.. Konfrontacja między nimi trwała aż do śmierci duńskiego astrologa, która nastąpiła rok później. Po odejściu rywala do innego świata Keplerowi powierzono pilnowanie skarbca jego obserwacji. Bardzo pomogli badaczowi stać się tym, który odkrył prawa ruchuplanety wokół Słońca.
Ścieżka Marsa
Brage ostatnie badania nad stworzeniem tabeli ruchów planet nie zostały ukończone. Wszystkie nadzieje wiązano z następcą. Został mianowany matematykiem cesarskim. Pomimo napiętej relacji ze zmarłym kolegą Kepler mógł swobodnie realizować własne zainteresowania astronomią. Postanowił kontynuować obserwacje Marsa i opisać własną wizję orbity tej planety.
Johann był pewien: otwierając złożoną marsjańską ścieżkę, można odkryć ścieżki ruchu wszystkich innych „wędrowców wszechświata”. Wbrew powszechnemu przekonaniu, nie wykorzystał on obserwacji Brahe'a tylko do wybrania figury geometrycznej pasującej do opisu. Wczorajszy teolog skierował swoje wysiłki na odkrycie fizycznej teorii ruchu „sióstr żyjących w przestrzeni bezpowietrznej”, z której można by wydedukować ich orbity. Po tytanicznej pracy badawczej pojawiły się trzy prawa ruchu planet.
Pierwsze Prawo
I. Orbity planet są elipsami ze Słońcem w jednym z ognisk.
Prawo ruchu planet w Układzie Słonecznym ustaliło, że planety poruszają się po elipsie. Pojawił się po ośmiu latach obliczeń z wykorzystaniem bazy danych skompilowanej przez Tycho Brahe na podstawie obserwacji ruchu planetarnego Gwiezdnego Marsa. Johann nazwał swoją pracę „Nowa Astronomia”.
Tak więc, zgodnie z pierwszym prawem Keplera, każda elipsa ma dwa punkty geometryczne zwane ogniskami (ognisko w liczbie pojedynczej). Całkowita odległość od planety do każdego z centrów jest zawsze sumowanatak samo niezależnie od tego, gdzie planeta znajduje się na swojej drodze ruchu. Znaczenie odkrycia polega na tym, że założenie, iż orbity nie są idealnymi okręgami (jak w teorii geocentrycznej) zbliżyło ludzi do dokładniejszego i jaśniejszego zrozumienia obrazu świata.
Drugie prawo
II. Linia łącząca planetę ze Słońcem (wektor promienia) obejmuje równe obszary w równych odstępach czasu, podczas gdy planeta porusza się wokół elipsy.
Oznacza to, że w dowolnym okresie, na przykład po 30 dniach, planeta pokona ten sam obszar, bez względu na wybrany okres. Porusza się szybciej, gdy zbliża się do Słońca i wolniej, gdy się oddala, ale porusza się ze stale zmieniającą się prędkością, gdy porusza się po swojej orbicie. Najbardziej „zwinny” ruch obserwuje się w peryhelium (punkt najbliżej Słońca), a najpotężniejszy w aphelium (punkt najdalej od Słońca). Tak rozumował ten, który odkrył prawa ruchu planet.
Trzecie Prawo
III. Kwadrat całkowitego okresu czasu orbitalnego (T) jest proporcjonalny do sześcianu średniej odległości planety od Słońca (R).
Ta zasada jest czasami nazywana prawem harmonii. Porównuje okres orbitalny i promień orbitalny planet. Istota odkrycia Keplera jest następująca: stosunek kwadratów okresów ruchu i sześcianów średnich odległości od Słońca jest taki sam dla każdej planety.
Przypomnijmy, że prawa Keplera dotyczące ruchu planet oparto na długoterminowych poważnych obserwacjach iprzetwarzane matematycznie. Wykazując prawidłowości, nie ujawniały warunkowości zjawisk. Później słynny odkrywca prawa powszechnego ciążenia, Newton, udowodnił, że odpowiedź leży w fizycznej właściwości przyciągania się ciał.
Cień mojego ciała jest tutaj
Pomimo sukcesu Kepler nieustannie cierpiał z powodu kłopotów finansowych, braku czasu na badania, przemieszczania się w poszukiwaniu miejsc, w których jego przekonania religijne były tolerowane. Kilka razy próbował dostać posadę nauczyciela w Tybindze, ale był postrzegany jako zdrajca, protestant i został odrzucony.
Johannes Kepler zmarł 15 listopada 1630 r. na skutek ostrej gorączki. Został pochowany na cmentarzu protestanckim. W epitafium jego prawowity syn napisał: „Użyłem nieba do mierzenia. Teraz muszę zmierzyć cienie Ziemi. Chociaż moja dusza jest w niebie, cień mojego ciała leży tutaj.”
Tak, początkowo, w duchu średniowiecznych koncepcji, naukowiec wierzył, że planety poruszają się, ponieważ mają dusze, to jest żywa magia, a nie tylko grudki materii. Później zdał sobie sprawę, że podejście naukowe było bardziej uzasadnione. Otóż ksiądz i astronom, którzy odkryli prawa ruchu planet, uczciwie kroczyli ścieżką wglądu. Ale przyznajmy to sobie: czasami wydaje się, że w naukowym Wszechświecie jest tyle mistycyzmu!
