作者zmcse (zmcse)
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标题[分享] Kepler, Johannes
时间Thu Mar 26 12:24:23 2009
克卜勒
Kepler(1571~1630年),日耳曼天文学家,提出行星运动三大定律。终结
传统的周转圆理论, 开创天文的新纪元。
Kepler 出生於 Stuttgart 附近的 Weilderstadt,三岁时染上天花,双手受创
,视力受损。
1591年,Kepler 从 Tuebingen 大学毕业後转入神学院,准备当牧师。1594年
,将从神学院毕业时,经人介绍到奥地利 Graz 地方教数学及天文学。
前此,他在 Tuebingen 大学时受天文学家 Maestliu 的影响, 深信当时还没被
广为接受的 Copernicus 学说:
地球自转且绕太阳公转;这是他任教前所仅有的天文知识。
翌年夏天,在授课中,他突然「悟出」了正多面体及行星距离间的关系,写
了一篇充满神秘占星色彩的论文《宇宙的神秘》, 送到天文学家 Tycho
Brahe (1546~1601年)手中。(Kepler 终身对各种多面体保持研究的兴趣,
也多有发现。) Brahe 虽不赞成 Kepler 的神秘占星观点。但惊讶於其丰富的
天文知识,导至日後 Kepler 到布拉格做 Brahe 的助手, 而当1601年 Brahe
去世,接替他的职位(神圣罗马帝国 Rudolph 皇帝的天文官),并继承了他的遗产
─几十年的星像记录─这是望远镜发现前最精确的记录。
有此财产,Kepler 展开了「火星降服战」。
太阳中心说并未使天文学家能更准确预测行星的运行轨道。Kepler
对火星及地球试了各种大小不同的圆、不同的圆心(不一定是太阳)、不同速度
,总是与记录有出入。他放弃了等速圆周运动模式,而改试变速圆周运动,
还是没有成功。最後他放弃了圆,改试各种不同的卵形线,终於发现椭圆轨
道最切合记录。
这样 Kepler 降服了火星,推翻了圆周等速运动及其衍生的复杂模式(同心球理论
、周转圆理论等)。
1609年出版的《新天文》正式宣布希腊天文学的结束、天文学新纪元的开始。
Kepler 由「火星降服战」所导出的行星运行模式可归纳成两个定律:
第一、行星运行的轨道为椭圆,太阳居其一焦点;
第二、行星与太阳连线在等长的时间内扫过相同的面积。
1619年,他发表了《宇宙的和谐》,宣布了第三定律:行星绕行太阳一周所需要
的时间 T 和行星到太阳的距离 R (椭圆轨道的半长轴)之间有如下关系:T2 :
R3 为定数。这三个定律将太阳系用数学结成一体, 更加肯定 Copernicus 学说
的正确性,而日後 Newton 的万有引力学说也因足以说明此三个定律,才通过初步
的考验。
Kepler
在天文上的成就虽然伟大,但天文官的薪水却不足以养家;他替皇帝及皇亲
贵族占星算命,反而成为收入的主要来源。这无疑是个反讽,不过却是古代
天文官的常态。
(本文节录自曹亮吉《数学导论》,科学月刊社。)
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(撰稿:曹亮吉∕台大数学系)
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