※ [本文转录自 Gossiping 看板 #1MyF0-WL ] 作者: jfsu (水精灵) 标题: Re: [问卦] 有没有克卜勒的八卦？ 时间: Tue Mar 22 15:11:54 2016 ※ 引述《kobe9527 (狗鼻9527)》之铭言： : 克卜勒整理了第谷的资料 : 提出了克卜勒三大运动定律 : 对後世研究天文有很大的帮助 : 牛顿也是因此提出万有引力 : 有没有八卦 漫画版［推荐］1~3集(全) http://physicstory.pixnet.net/blog/post/184400518 纯文字改编版： 天空的立法者：约翰尼斯·克卜勒(Johannes Kepler,1571.12.27~1630.11.15)，德 国天文学家与数学家。 他出生於德国西南部的符腾堡（Stuttgart）附近的威尔（Weil de rstadt）。早产儿的 他，体质很差，三岁时染上天花，双手受创，视力受损，於四岁时又患上了猩红热，身体 受到了严重的摧残，一只手半残，但不脑残。在1576年他的父母移居到附近的利安堡 (Leonberg)，克卜勒也进入当地的拉丁学校就读。1584年，他申请亚迪堡(Adelberg)的 新教徒神学院， 一日，克卜勒放学回到家中，他的父亲正擦拭着手上的兵备。 父亲：「瞧你老是一副弱不禁风的样子，一点男子气概也没有！」 克卜勒：「那...那要怎麽才能跟你一样...强壮?」 父亲：「古语有云，有功夫，无懦夫！去战场磨练！锻炼实力的最好办法就是通过 　　　　战斗不断的磨练自己！」」 父亲：「不过，最近都没仗可打...无聊得很。」 父亲将兵备收了起来，转向克卜勒，并将手指折得吱吱作响。 此时，母亲自外头进来，立刻站在克卜勒前面。 母亲：「你想做什麽？难道，这就是你所谓的男子气概？」 「当然不是...」，父亲：「我只是想...练‧身‧体！」 父亲一个巴掌便将母亲打趴在地上。 克卜勒目瞪口呆地看着这一幕、愣在原地。 父亲：「在战场上，没有什麽道理可言！不过就是强者吃弱者的食物链而已！ 　　　　弱者注定是强者的食物！」 父亲对着克卜勒露出诡谲的笑容。 当晚，克卜勒在日记写道： 「父亲打我跟打狗没有两样。」 「我叫你爸、你打我妈！」 没有战争的日子，克卜勒的父亲就会把他当成练习武艺的对象(人肉沙袋)。 1588年，父亲参加义大利的那不勒斯之战（neapolitan war），战死沙场。克卜勒 总算摆脱了长期受到父亲家暴的阴影。 1589年，克卜勒就读於杜宾根大学(The University of T?bingen)，他那时除了学习 神学之外亦广泛的涉猎其他各学科领域。 克卜勒的数学老师是迈克尔·马斯特林(Michael Maestlin 1580-1635)是最早接受 哥白尼太阳中心论学说的天文学者之一。 一日，课堂讲台上，马斯特林手里拿着一本关於哥白尼理论的书籍。 马斯特林：「各位，比起所有宗教与古希腊的哲学，最更接近圣经的权威就是这本书。」 马斯特林：「所有的宇宙学说在他面前尽是一跎屎渣！唯有哥白尼学说才透露出正确的 曙光！」 托勒密(乱入)：「你说我的学说是屎渣？听说阿克西斯教徒脑袋都有问题，为什麽你 　　　　　　　　不骂她们！」 马斯特林：「谁答腔我就骂谁！」 克卜勒二十岁毕业後转入神学院，准备当牧师。 3年後，他获得天文学硕士学位，经马斯特林介绍到奥地利格拉茨（Graz）新教徒神学院 教授数学及天文学，也被任命为地区的数学家与制定历法者。六年来，克卜勒在他私人 闲暇的时间，钻研天文学与占星术，在一五九七年与梅娜(Barbara M?ller)结婚。 同年夏天，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《宇宙的奥秘》(Cosmographic Mystery)，送到天文学家第谷‧布拉赫手中。 （克卜勒终身对各种多面体保持研究的兴趣，也多有发现。） 在这本书中，他主张哥白尼天文系统中行星到太阳的距离是由五个正多面体所决定， 一个行星的轨道环绕着一个正多面体，并且提出一个用五个多面体来说明六个行星轨道 的模型，把六个行星轨道同五个正多面体交替套在一起。 1600年发生了宗教改革运动，加上因为《宇宙的奥秘》这本书受到了丹麦天文观测学家 第谷的赏识，克卜勒离开神学院前往布拉格，去当第谷的助手。 先来说说第谷（又译：泰戈）‧布拉赫( Tycho Brahe, （出生时叫Tyge）（1546.12.14 －1601.10.24），丹麦人，天文学家兼占星术士和炼金术士。这位老兄之所以会投入 天文学这一块领域是起因於14岁那年，天文学家预告8月21日将有日蚀发生，果然 那天他看到了这个现象。他觉得奇怪为何那些天文学家可以得知这次的日蚀发生，於是 便下定决心去观天。从此之後，他每晚只睡几个小时，其余时间都在举目夜空，直到 天亮。 到17岁时，他已发现了许多书本上记载的行星位置有错误，决心要绘制一份准确的星表。 腓德烈二世为他建造起一座当时世界上最先进的天文台。20年後，新王即位，逼迫他离开 。幸好1599年奥地利国王鲁道夫收留了他，并在布拉格又重修了一座天文台，他才得以 继续自己的工作。他的视力极好，观察各行星的位置误差不超过0.67度。即使有了现代 仪器的我们也不能不惊叹他当时观察的准确性。他将一生的精力花在观天与记录星辰。 第谷并不相信日心学说，想从他精确的观测资料中找出日心学说的错误。在他五十三岁 时，他有感身体日渐衰老，急需有人继承他的事业。於是他想起几年前看过的一本书， 非常欣赏该书的作者---克卜勒，於是写了封信给他。虽然克卜勒的身体瘦弱，眼睛近视 又散光，很不合适观星，但是他有一个非常聪明的数学哲学头脑。 「请问，第谷‧布拉赫先生在家吗？我是从奥地利来的克卜勒。」 「我这儿没有要捡芭乐！」从门内传出一位老人的声音。 克卜勒不死心，试着将门推开。 噫的一声，门打开了，克卜勒从外头朝里面望去，在这个古堡式的房间内，摆着一个 巨大的半圆形轨道，上头附有可移动的尺规，房内摆满仪器，墙上是三张天体图 （托勒密体系、哥白尼体系和第谷体系）。 老人费力地睁开眼睛，外头刺眼的光线让他睁不开眼，心中一怔，或许他的时间到了…。 他使劲力气起身，用力喊着： 「女儿啊！快跟女婿出来看上帝！」 的确，克卜勒正是来拯救第谷。就这样，克卜勒留了下来当第谷的助手，直到他去世…。 1601年，这天，第谷将克卜勒召来床前。 「我这一辈子没有别的企求，就是想观察记录一千颗星，但是现在看来不可能了，我一 共才记录了750颗。这些资料就全留给你吧，你要将它编成一张星表，以供後人使用。 」第谷用着衰弱的声音说。 「老师！您千万别这麽说，您一定可以达到千人斩的。」 「现在的我连斩鸡都有困难了，还斩人…。咳～咳～。不过，为了感谢当初支持我的 国王，这份星表就以他的名字，神圣罗马帝国皇帝鲁道夫（Rudolph）二世的名字来 命名吧。」 第谷喘了口气後，看着周围陪伴他一生的仪器，还有墙上的图表，突然眼睛一亮，示意 克卜勒过来。 「你还得答应我一件事。在编制星表和着书时，你必须按照我的体系！」 克卜勒百般不愿，因为他也有属於自己的天体体系。第谷老人看他犹豫不决，也视破他的 想法。正当克卜勒要开口拒绝时，突然，他觉得下身一凉，低头一看，第谷伸出那乾槁 的手正掐住他的LP。 第谷(OS)：「求人不一定要郑重其事，但一定要真诚感人。」 在这样的情况下，他只好默默地含着眼泪答应了这个垂危老人的请求。 第谷微微转过头对守在床边的女婿─威斯特伐利亚贵族弗朗茨·腾那格尔：「我的遗产 由你来处理，那些我累积20年的观测资料，你就全交给他吧。」 说完便咳然长逝。克卜勒用手擦掉泪水，心想，他辛苦地拜见这位天文学达人，不过才 一年，想不到老师便辞他而去，哪能不哭呢！ 不过，这时腾格纳尔却突然转身在将那只箱子关上，并弄了把锁，便转身走出门外。 1601年布拉赫逝世，死前把自己所有的天文观测资料─这是望远镜发现前最精确的记录 ─赠给克卜勒并且被指定为神圣罗马帝国皇帝的天文官继任者，这是当时欧洲数学界 最有名望的任命。 由於克卜勒是哥白尼主义者，这跟第谷是毫不相容的。但他摸摸LP，自心中仍尊重自己 的老师。1602年，他整理出版了第谷的遗着六卷本《新编天文学初阶》。次年又整理 出版了第谷的《释彗星》。甚至在克卜勒晚年时，看到有人攻击第谷彗星的本质、行 星运动时，他还特地撰文抗辩。这是後话。 在此时，他亦完成了《天文光学说明》（The Optical Part of Astronomy），呈交给 鲁道夫二世。在他深入的研究下，他第一次详尽地论述了天文观测的光学条件，并分析 了视觉过程。成功地解释了近视和远视的原因，也揭示了视网膜的作用，指明了眼镜能 够矫正视力的根本原理。後来人类对於眼睛结构和功能的认识，可以说是完全建立在 克卜勒的分析基础之上的。 克卜勒继任御用皇家天文学家之後，为实现诺言，便打算留在布拉格编制星表，并研究 行星的轨道。由於俸禄只有第谷的六分之一，而且皇室经常拖欠，不按时支付，他经济 也开始拮据，这不但影响了他的天体研究，也影响了他的身体和家庭生活。 因为编制星表必须进行大量繁杂的计算，他却无力支付几个助手的费用。加之第谷的 女婿腾纳格尔以〔第谷家族〕主事者身份自居，处处刁难，迟迟不交出全部资料， 所以克卜勒只好暂停《星表》的编着，转向了火星的研究。 自古以来，无论是托勒密还是哥白尼，尽管体系不同，他们都相信天上的东西都是以 最完美的型态及法则在运转：天体是正球形，运转的轨道是正圆形，星球是作着圆周 运动。 起初克卜勒自然也是这样认为。他紧盯着第谷观测火星的资料研究，越看越不对劲， 把数据套到圆形轨道中，连算了几个月还是有着8分的误差(相当於秒针走0.02秒的 角度)，他相信第谷观测的精密度，是不该有这样的误差的。 这天克卜勒正重覆验算着一连串的数字，他的夫人悄悄地走进房间。 「你是在作「口碑」？还是作「功德」的or作「心酸」？」 「你有想过长颈鹿喝热咖啡，流到喉咙时咖啡已经冷掉了吗？没有！你只有想到你 　自己！」 「哇咧！看看你桌上这些东西，有什麽意义吗？这个家穷得跟什麽似的，你还在梦想 　你的天体！」 「意义是三小？我只知道义气啦！我要完成第谷老师托付给我的心望！」 克卜勒的妻子擦擦眼泪後也叹气说：「Orz，你爱怎样就去做吧。」 就在夫妻两人牛衣对望、新亭对泣时，从窗外传来一阵轻快的声音。 「野～猪～骑～士～来～喔～」 这位唱歌的oba，前面有提过，叫马斯特林，是克卜勒的数学老师兼挚友。当年克卜勒 在杜宾根大学神学院毕业时，正是马斯特林介绍到奥地利格拉茨（Graz）新教徒神学院 教授数学及天文学。多年来他们一直保持通信，探讨天文、数学、物理。 这次他远道而来，见到克卜勒正与妻子抱在一起掩面痛哭，便好奇地问他： 「亲爱的克卜勒，你这些年到底在干些什麽？怎麽会弄成这样子？」 「我想弄清行星的轨道。」 「这个问题从托勒密到你的老师第谷，不是都已经确定了吗？」 「不对！这些资料显示了还有8分之差呀！」 马斯特林一听，摇摇头说：「唉唷，8分，这样一个小角度搞不好是第谷在记录时的误差 哩！看看你头上那浩渺无穷的宇宙！难道连这一点误差你也无法容许吗？」 克卜勒口气十分坚决地说：「第谷是对的！关於火星的资料，他二十多年如一日的观察 在在显示火星轨道与圆周运动有8分之差！」 「既然他的观测都是对的，为什麽他自己没有对行星轨道提出怀疑？」 「你不也是对目前的体系没有任何怀疑呀！」 马斯特林听完便拂袖而去。即使得不到周围的人的理解，克卜勒也没有一丝动摇。 真相只有一个！便是紧紧盯住火星，探求规律。 在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，而改试了〔变速圆周运动〕， 还是没有成功。由於他不仅是一个天文学家，又教过多年数学的人。他想着，古希腊的 阿基米德就知道世界上不只是有一个圆，还有更复杂的圆锥曲线。最後，他放弃了圆， 改试各种不同的圆锥曲线，终於发现椭圆轨道最符合记录。在西元1605年，克卜勒降服了 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）。 他立即写信给马斯特林，不过，马斯特林对他这一新发现置之不理，而欧洲其他有名的 天文学家对他更是公开的嘲笑。克卜勒兴冲冲地获得这个发现，又冷冰冰地碰了这许多 壁，之後便闭门不出，一人宅在家写起书。就在他完成之时，门外有人来叫门。 「克卜勒！你快出来！不然老子我扛瓦斯炸你全家！」 这声音一听，克卜勒眉头便锁了起来。外头正嚷嚷的家伙竟然是第谷的女婿腾格纳尔！ 「你竟然不经过我的同意，偷偷将这些资料拿来出书？！」 「汝不悦，勿购！」（不爽不要买！） 「要出本本，可以，先Over My Dead Body！」 克卜勒听完气得半天说不出话来。 人本团体：「你就让他写个序嘛！写到最後累了就不会再来闹你啦！」 克卜勒深呼吸之後，回了一句：「三页！就三页让你写！」 终於，克卜勒答应让腾格纳尔写一篇文章放在书的前页，这本书才算出版。 1609年，他出版了《New Astronomy，新天文学》一书，由於火星观测资料上的微小误差 ，竟导致人们二千年来所信奉不渝的圆轨道，通通变成了椭圆形！当他大胆的假设轨道 不是圆而是椭圆时，结果数据误差的问题竟迎刃而解，也简化了哥白尼日心说模型。 在他的椭圆定律中，行星沿椭圆轨道绕太阳运行，太阳位於这些椭圆的一个焦点上， 此为克卜勒第一运动定律。再者，当时的天文学家仍然遵循古代天文学的概念，认为 行星运动只不过是运动学上的问题，但克卜勒提出直确的运动方法，将物理学引进到 天际之中，他认为行星绕太阳作圆周运动在一定时间内扫过的面积相等，此为克卜勒 第二运动定律，即等面积定律。 或许大家会觉得就这麽简单的定律怎麽会搞那麽久？不就是个椭圆形吗？应该这样说， 实际上，圆形，是椭圆的一个特殊形式。圆有一个圆心，而椭圆有两个焦点。焦点距离 (焦距)与椭圆的半长轴决定了离心率（椭圆度），e＝c/a，可以看出，当两个焦点越来 越近，直到重合时，c＝0，因此e＝0，椭圆就是圆。 以往的天文学家都把行星轨道当作圆来看待，不过，第谷二十年来精确的观测，加上 克卜勒精明的计算，甚至他又正好选火星照颗恰是太阳系中椭圆度最大的行星。克卜勒 在研究火星轨道问题时，心中无时不在惦念着第谷托付的《星表》。 1611年，他最心爱的小女儿夭折，整个国家政局不稳，政变部队拥进首都，鲁道夫皇帝 也不久身亡，宗教斗争严重，炮火连天，哀鸿遍野。克卜勒被迫离开首都布拉格， 居住在多瑙河边的一个叫林斯(Linz)的小城里，担任数学教师。 此时的他，身无分文，连那个他视为知己的马斯特林，近来也拒绝与他通信了……。 无可奈何的他边叹气边想着，思绪一转，行星绕太阳一周到底要多少时间？ 克卜勒和数学家毕达哥拉斯一样，认为世间一切物体都有一定的〔和谐〕的数量关系，他 想出了一个方法，将这一堆数字互加、互减、互乘、互除、自乘、自除，翻来倒去， 想碰碰能否发现它们之间的规律。 他把地球到太阳间的距离R定为1，地球绕太阳的公转周期T是1年，以此为标准，再换算 其他行星的周期和距离。这样便得到这麽一堆数字： 行星 　T　　　R　 　　T2　 　 R3　　T^2/R^3 　　水星 0.241　0.387 　 0.058　 0.058 1.002 　　金星 0.615　0.723 　 0.378　 0.378 1.002 　　地球 1.000　1.000 　 1.000　 1.000 1.000 　　火星 1.881　1.524　 3.54　 3.54 1.000 　　木星 29.46　9.539 867.90 867.90　 1.000 　　土星 11.86 5.203 140.65 140.85 0.999 　　仔细观察，表中最後两列数字几乎一模一样：行星绕太阳运转时，其运转周期的 平方等於它与太阳间平均距离的立方：T^2＝R^3。此为克卜勒第三运动定律，亦称为 和谐定律。 在一六一九年，他出版了〔宇宙谐和论〕(Harmony of the World)书中便阐述了此第三 行星运动定律。他接受并发展了哥白尼的天体贵贱观，认为太阳是宇宙的统治者，行星 各依其轨道环绕太阳而行。 这三条定律的发现，为天文学奠定了基石，被後人誉为〔天空的立法者〕，更促成了 数十年後万有引力定律的发现。 p.s 除了水星与冥王星之外，其余行星的轨道都很接近圆形。如果克卜勒不是先计算 火星的运动轨道，那结局或许有不同...。 回到正题，克卜勒的故事还没结束，他的最後目标是赶快完成《星表》。 1618年，当时爆发的农民革命夺占了林斯，克卜勒只好坐船沿着多瑙河而上来到 雷根斯堡，然後将妻儿留在那里，一人到乌尔姆组织印刷，後来又举家迁萨冈。在这段 期间内，以许第谷精准的观察纪录结合自己椭圆形行星理论，於1627年发表了一个 新的历法〔鲁道夫星表〕(Rudolphine Tables)，并将这本书的样本送给皇帝。 之後，他设法回林斯，想要去追回他担任皇室数学家期间的积欠薪饷。此时的他，已经 好几天没吃饭了，家里的人也正在雷根斯堡等着他的好消息。 这天，他突然发烧，倘躺在路旁的一间小旅馆。他将手边曾写下的几行诗句置入信封，并 请人寄回家。 几天後，西元1630年11月15日，这位使天上的行星都得听命於他的科学家就这样在孤独 和饥饿中死去，葬於当地的一家小教堂。 他寄回家里的诗句就是他为自己撰写的墓志铭： 「我欲测天高，今欲量地深。上天赐我灵魂，凡俗的肉体长眠於此地。」 克卜勒的定律给予亚里士多德派与托勒密派在天文学与物理学上极大的挑战，他彻底 摧毁了托勒密复杂的宇宙体系，完善并简化了哥白尼的日心说。 为了纪念他，2009年3月6日发射的观测太阳系外行星的太空望远镜被命名为克卜勒太空 望远镜。 最後，他的贡献不仅止在天文学，克卜勒也是近代光学的奠基者。他研究了针孔成像， 并从几何光学的角度加以解释。他还发现大气折射的近似定律，说明了月全食时月亮呈 棕红色是由於一部分太阳光被地球大气折射後投射到月亮上而造成的。此外，他亦阐述 了近代望远镜的理论，把伽利略望远镜的凹透镜目镜改成小凸透镜。 Ref. 1.科学五千年 2.科学发明演义(数理化通俗演义（上） 3.克卜勒 时报出版 4.头がおかしい爆裂娘 -- 对流血一周仍然不死的生物千万不能大意……。 --

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