Хто адкрыў законы руху планет?

«Законы Кеплера» - гэта словазлучэнне знаёма ўсім, хто захапляецца астраноміяй. Хто ж гэты чалавек? Сувязь і ўзаемазалежнасць якой аб'ектыўнай рэчаіснасці ён апісаў? Астраном, матэматык, багаслоў, філосаф, найразумнейшы чалавек свайго часу Ёган Кеплер (1571-1630) адкрыў законы руху планет сонечнай сістэмы.

Пачатак шляху

Ёган Кеплер, ураджэнец горада Вайль дэр Штадт (Германія), прыйшоў у гэты свет у снежні 1571 года. Слабенькі, з дрэнным зрокам дзіця пераадолеў усё, каб перамагчы ў гэтым жыцці. Вучоба хлопчыка пачалася ў Леонберг, куды перасялілася сям'я. Пазней ён перайшоў у ўстанова павышанага тыпу - лацінскую школу, каб вывучыць асновы мовы, які меў намер выкарыстоўваць у будучых публікацыях.

У 1589 годзе скончыў школу пры кляштары Маульбронн ў мястэчку Adelburg. У 1591 годзе паступіў ва ўніверсітэт у Цюбінгене. Эфектыўная адукацыйная сістэма была створана герцагамі на хвалі ўвядзення лютэранства. З дапамогай грантаў і стыпендый для бедных ўлады спрабавалі забяспечыць універсітэты абітурыентамі, з якіх можна было выхаваць добра адукаваных святароў, здольных абараняць новую веру ў часы бушуюць рэлігійных спрэчак.

У перыяд знаходжання ў навучальнай установе Кеплер трапіў пад уплыў прафесара астраноміі Міхаэля Мёстлина. Апошні таемна падзяляў погляды Каперніка датычна ідэі геліяцэнтрычнай (Сонца ў цэнтры) Сусвету, хоць навучаў студэнтаў «па Пталямея» (Зямля ў цэнтры). Глыбокае веданне ідэй польскага навукоўца выклікала ў Кеплера вялікую цікавасць да астраноміі. Так у тэорыі Каперніка з'явіўся яшчэ адзін прыхільнік, які імкнуўся асабіста спасцігнуць законы руху планет вакол Сонца.

Сонечная сістэма - твор мастацтва

Як ні дзіўна, той, хто потым адкрыў законы руху планет, ня адносіў сябе да астраномам па пакліканню. На працягу ўсяго жыцця Кеплер лічыў, што Сонечная сістэма - твор мастацтва, перапоўненае містычнымі з'явамі, марыў стаць святаром. Сваю цікавасць да тэорыі Каперніка астраном тлумачыў тым, што перш чым рабіць высновы з уласных даследаванняў, ён павінен вывучыць розныя меркаванні.

Тым не менш выкладчыкі універсітэта казалі аб Кеплер, як пра студэнта, які валодае цудоўным розумам. У 1591 годзе, атрымаўшы ступень магістра, вучоны працягнуў свае даследаванні ў галіне тэалогіі. Калі яны былі блізкія да завяршэння, стала вядома, што ў лютэранскай школе ў Граце памёр прафесар матэматыкі. Цюбінгенскі універсітэт рэкамендаваў ўзяць на гэтую пасаду таленавітага ва ўсіх адносінах выпускніка. Дык што ж, даруйце законы руху планет?

У імя Бога

22-гадовы Ёган неахвотна адмовіўся ад свайго першапачатковага паклікання быць святаром, але ўсё-ткі прыступіў да абавязкаў выкладчыка матэматыкі ў Грацы. Падчас чытання лекцый у сваім класе пачынаючы настаўнік маляваў на дошцы нейкія геаметрычныя фігуры з удзелам канцэнтрычных колаў і трыкутнікаў. І раптам яго асвяціла думка, што падобныя фігуры адлюстроўваюць пэўны фіксаванае суадносіны паміж памерамі двух акружнасцяў, пры ўмове, што трохкутнік роўнабаковага. А якія суадносіны памераў на плошчы паміж двума коламі? Разумовы працэс набіраў абароты.

Праз год незвычайны багаслоў апублікаваў сваю першую працу «Таямніца светабудовы» (1596). У ёй ён выказаў свае творчыя погляды на сакрэты Сусвету, падмацаваныя рэлігійнымі перакананнямі.

Той, хто адкрыў законы руху планет, зрабіў гэта ў імя Бога. Раскрываючы матэматычны план Сусвету, даследчык прыйшоў да высновы: шэсць планет заключаны ў сферы, паміж якімі ўпісваюцца пяць правільных шматкантовікаў. Вядома, версія грунтавалася на тым «факце», што існуе толькі 6 нябесных тэл. Вакол арбіты Зямлі Кеплер акрэсліў ідэальны додекаэдра і сферу, што датычыцца арбіты Марса.

учыненыя шматграннік

Вакол вобласці Марса вучоны адлюстраваў Тэтраэдр і сферу, сумежны арбіце Юпітэра. У икосаэдр ў арбітальнай сферы Зямлі выдатна «ўпісалася» сфера Венеры. З выкарыстаннем пакінутых выглядаў дасканалых шматкантовікаў гэта ж было зроблена з астатнімі. Дзіўна, але суадносін суседніх планетарных арбіт, прадстаўленыя ў гнездавой мадэлі сфер Кеплера, супала з разлікамі Каперніка.

Адкрываючы законы руху планет, святар з матэматычным розумам абапіраўся ў першую чаргу на боскае натхненне. У яго не было ніякай рэальнай асновы для аргументаў. Значэнне трактата «Таямніцы светабудовы» заключаецца ў тым, што гэта быў першы рашучы крок на шляху прызнання геліяцэнтрычнай сістэмы свету, выкладзенай Капернікам.

Здагадкі супраць высокай дакладнасці

У верасні 1598 года пратэстанты ў Грацы, у тым ліку Кеплер, былі выцесненыя з горада каталіцкімі кіраўнікамі. Хоць Іягану дазволілі вярнуцца, становішча заставалася вельмі напружаным. У пошуках падтрымкі ён звярнуўся да Ціха Бразе - матэматыку і астраному пры двары імператара Рудольфа II. Вучоны быў вядомы сваёй ўражлівай калекцыяй планетарных назіранняў.

Ён ведаў аб працы «Таямніца светабудовы». Але калі ў 1600 годзе яго стваральнік прыбыў у абсерваторыю Ціха, размешчаную за межамі горада Прагі, Бразе, які займаўся высокадакладнымі (па тых часах) даследаваннямі, вітаў яго як аўтара канкрэтнай працы, але не як свайго калегу. Супрацьстаянне паміж імі працягвалася да самай смерці дацкага астролага, якая адбылася праз год. Пасля сыходу суперніка ў іншы свет Кеплера даверылі ахоўваць скарбніцу яго назіранняў. Яны вельмі дапамаглі даследніку стаць тым, хто адкрыў законы руху планет вакол Сонца.

шлях Марса

Апошнія даследаванні Бразе па стварэнні табліцы руху планет не былi завершаны. Усе надзеі ўскладаліся на пераемніка. Ён быў прызначаны імпэрскім матэматыкам. Нягледзячы на напружаныя адносіны з перададзена калегам, Кеплер быў вольны пераследваць свае ўласныя інтарэсы ў астраноміі. Ён вырашыў працягнуць яго назірання Марса і апісаць уласнае бачанне арбіты гэтай планеты.

Ёган быў упэўнены: адкрыўшы складаны марсіянскі шлях, можна раскрыць шляху руху ўсіх іншых «вандроўнікаў Сусвету». Насуперак распаўсюджанаму меркаванню, ён не проста выкарыстаў назірання Бразе, каб выбраць геаметрычную фігуру, якая адпавядае апісанню. Ўчорашні тэолаг накіраваў намаганні на адкрыццё фізічнай тэорыі руху «сястрыц, якія жывуць у беспаветранай прасторы", з якога можна вывесці іх арбіты. Пасля тытанічнай даследчай працы з'явіліся тры закона руху планет.

першы закон

I. Арбіты планет ўяўляюць сабой эліпсы з Сонцам у адным з фокусаў.

Закон руху планет у сонечнай сістэме усталяваў, што планеты рухаюцца па эліпсе. Ён з'явіўся пасля васьмі гадоў разлікаў з выкарыстаннем базы, складзенай Ціха Бразе на падставе назіранняў планетарнага руху Зоркі Марс. Сваю працу Ёган назваў «Новая астраномія».

Такім чынам, згодна з першым Закону Кеплера, любы эліпс мае дзве геаметрычныя кропкі, званыя фокусамі (фокус у адзіным ліку). Агульная адлегласць ад планеты да кожнага з ачагоў сумуецца заўсёды аднолькава, незалежна ад таго, дзе планета знаходзіцца на шляху свайго руху. Важнасць адкрыцця ў тым, што здагадка, што арбіты не зьяўляюцца ідэальнымі коламі (як у геацэнтрычнай тэорыі) наблізіла людзей да больш дакладнага і выразнаму разумення карціны свету.

другі закон

II. Лінія, якая злучае планету з Сонцам (радыус-вектар) пераадольвае роўнавялікія плошчы ў роўныя прамежкі часу, у той час калі планета рухаецца вакол эліпса.

Гэта значыць, у любы прамежак часу, да прыкладу, праз 30 дзён, планета пераадольвае тую ж плошчу, незалежна ад таго, які перыяд вы выбіраеце. Яна рухаецца хутчэй падчас набліжэння да Сонца і павольней пры выдаленні, але ідзе з пастаянна змяняецца хуткасцю, калі рухаецца вакол сваёй арбіты. Самае «шустрае» рух назіраецца ў пэрыгеліі (бліжэйшая да Сонца кропка) і самае «ступенню» -у афеліі (самая аддаленая ад Сонца кропка). Так разважыў той, хто адкрыў законы руху планет.

трэці закон

III. Квадрат агульнай перыяду часу звароту па арбіце (Т) прапарцыйны куба сярэдняга адлегласці ад планеты да Сонца (R).

Гэты прынцып часам называюць законам гармоніі. Ён параўноўвае арбітальны перыяд часу і радыус арбіты планет. Сутнасць адкрыцця Кеплера заключаная ў наступным: стаўленне квадратаў перыядаў руху і кубоў сярэдніх адлегласцяў ад Сонца з'яўляецца аднолькавым для кожнай планеты.

Паўторым, законы руху планет Кеплера былі заснаваныя на працяглых сур'ёзных назіраннях і матэматычна апрацаваны. Адлюстроўваючы заканамернасці, яны не выяўлялі абумоўленасці з'яў. Пазней знакаміты першаадкрывальнік закона Сусветнага прыцягнення Ньютан даказаў, што адгадка крылася ў фізічным ўласцівасці тэл прыцягвацца адзін да аднаго.

Цень майго цела тут

Нягледзячы на свой поспех, Кеплер пастаянна пакутаваў ад фінансавых непрыемнасцяў, недахопу часу на даследаванні, пераездаў ў пошуках месцаў, дзе можна было цярпець ставяцца да яго рэлігійным перакананням. Некалькі разоў ён спрабаваў атрымаць пасаду выкладчыка ў Цюбінгене, але быў успрыняты як здраднік, пратэстант і атрымаў адмову.

Ёган Кеплер памёр 15 лістапада 1630 году ад прыступу вострай ліхаманкі. Пахаваны на пратэстанцкім могілках. У эпітафіі яго законны сын напісаў: «Я выкарыстаў для вымярэння нябёсы. Цяпер я павінен вымяраць цені Зямлі. Нягледзячы на тое што мая душа на небе, цень майго цела ляжыць тут ».

Так, першапачаткова ў духу сярэднявечных паняццяў вучоны лічыў, што планеты рухаюцца таму, што ў іх ёсць душы, гэта жывая магія, а не проста камячкі матэрыі. Пазней ён зразумеў, што навуковы падыход больш апраўданы. Што ж, святар і астраном, які адкрыў законы руху планет, сумленна прайшоў шлях прасвятленні. Але прызнаемся самі сабе: часам здаецца, што ў наскрозь навуковай Сусвету так шмат містыкі!