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第87章 “天空的立法者”——天文学家开普勒

约翰尼斯·开普勒(1571~1630),出生在德国的威尔德斯达特镇,世界著名的天体物理学家、数学家、哲学家。他首先把力学的概念引进天文学,他还是现代光学的奠基人,制作了著名的开普勒望远镜。他发现了行星运动三大定律,为哥白尼创立的“日心说”提供了最为有力的证据,也是继哥白尼之后第一个站出来捍卫日心学说的人,他的理论为半个世纪后牛顿万有引力定律的发现奠定了基础,是一位在天文学方面有突出性成就的人物,有着“天空立法者”的美誉。

谁也不会想到,世界著名的天文学家开普勒竟然是一个十分不幸的人:一个早产儿,体质很差;在童年时代遭遇了很大的不幸,四岁时患上了天花和猩红热,高烧不止,虽侥幸死里逃生,身体却受到了严重的摧残,视力衰弱,一只手半残,还是一个走路都不正常的跛子……即使这样,上帝还没有放弃对他的折磨。这个出生在德国威尔德斯达特镇贫民家庭的可怜孩子在好不容易进入大学以后,新的不幸又降临到他身上了,父亲病故,母亲因被指控有巫术而入狱。生活的不幸并未使他中止学业,身残志坚的开普勒反而加倍努力学习,凭借惊人的毅力和刻苦精神,在天文学老师马斯林的影响下,开始研究天文学。

大学毕业后,开普勒获得了天文学硕士的学位,被聘请到格拉茨新教神学院担任教师。后来,由于学校被天主教会控制,开普勒离开神学院前往布拉格,与卓越的天文观察家第谷一起专心地从事天文观测工作。正是第谷发现了开普勒的才能。在第谷的帮助和指导下,开普勒的学业有了巨大的进步。虽然,开普勒视力不佳,近视又散光,但是借助工具,仍能顽强地坚持观测天象。

有一天,他忽然想:星星们一定是在各自的轨道上运行的,否则杂乱无章的天体不就撞成一团了吗?那么,天体之间的运行又有什么规律呢?他决定探究出其间的“奥秘”。

开始,开普勒把宇宙中的天体想象成一个几何结构模型。于是,他反复计算、分析,并以火星为对象,共进行了七十多次的计算,设计它的运行轨道,可是每次都与实际观测的数据相差0.133度。

“为什么会出现这样的问题呢?”

他苦思冥想,终于悟到,自己把火星运行轨道假设成圆形的,事实上,火星运行的轨道是椭圆形的。这样,他的计算结果与实际观测的数据正好吻合。他也成了第一个从理论上计算出火星运行轨道的人,他的这一发现被称为“开普勒第一运动定律”,即“行星沿椭圆轨道绕太阳运行,太阳处于焦点之一的位置”。这个重大发现把哥白尼学说向前推进了一大步。

当开普勒搞清楚火星运行轨道以后,立即着手编制火星运行表,并进一步观察它的运行情况。接着,他又发现,火星运行速度虽不均匀(最快时在近日点,最慢时在远日点),但从任何一点开始,在单位时间内,向径扫过的面积却是不变的。即火星离太阳越近,运动得越快,相反,则越慢。这样就得出了关于行星运动的第二条定律——开普勒的第二运动定律:行星的向径,在相等时间内扫过相等的面积。开普勒还指出,这两条定律也适用于其他行星和月球的运动。

10年后,开普勒在经过无数次计算、无数次的失败之后,1612年,他终于揭开天体运动的另一条规律,即开普勒第三运动定律:行星公转周期的平方和它轨道长轴的立方成正比。

开普勒的行星运动三大定律,揭示了天体运行不互相“撞车”的奥秘。所以,人们称他是“天空的立法者”。

开普勒一生饱受疾病、贫困、情感的折磨,身患残疾,结过两次婚,有12个孩子,经济十分困难,还要花费大量的时间设法使母亲在不受拷打的情况下获得释放,这一切都没有阻止他对科学的研究。通过对天体的长期观测和研究,他提出了行星运动的三大定律,大大地丰富和发展了哥白尼的日心说,从数学和物理学角度证明哥白尼学说的正确性,从而使它更加接近真理。同时,行星运动三大定律首次定量地揭示了行星运动速度变化和轨道的关系,而运动速度变化又直接和作用力相联系,这个重大发现奠定了天体力学的基础。

1630年,开普勒离开人世。后来,他的坟墓在战争动乱中被毁,但是他的行星运动定律却是宇宙间一座永恒伫立的纪念碑。

事业无成会有各种各样的原因,既有主观的,也有客观的。虽然客观因素会对事业产生一定的影响,但是不起关键作用,真正有决定意义的是主观因素,也就是人的毅力、学问、素养等等。“残疾人”开普勒能够发现行星运动三大定律,在天文学上取得杰出的成就,揭示了许多伟人成功的真谛,值得我们深思。

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