Начинаются чины перестает искренность смысл. Цитатник Д.И.Фонвизин «Недоросль. О разуме и образовании…

Иоганн Кеплер (1571-1630) - немецкий астроном, один из творцов астрономии нового времени. Открыл законы движения планет (законы Кеплера), на основе которых составил планетные таблицы (т. н. Рудольфовы). Заложил основы теории затмений. Изобрел телескоп, в котором объектив и окуляр - двояковыпуклые линзы. Знак зодиака - Козерог.

Вскоре после смерти Коперника на основе его системы мира астрономы составили таблицы движений планет. Эти таблицы лучше согласовывались с наблюдениями, чем прежние таблицы, составлявшиеся еще по Птолемею. Но спустя некоторое время астрономы обнаружили расхождение и этих таблиц с данными наблюдений движения небесных тел.

Для передовых ученых было ясно, что учение Коперника правильно, но надо было глубже исследовать и выяснить законы движения планет Эту задачу решил великий немецкий ученый Кеплер.

Иоганн Кеплер появился на свет 27 декабря 1571 года в маленьком городке Вейле близ Штутгарта. Кеплер родился в бедной семье, и поэтому ему с большим трудом удалось окончить школу и поступить в 1589 году в Тюбингенский университет. Здесь он с увлечением занимался математикой и астрономией. Его учитель профессор Местлин втайне был последователем Коперника. Конечно, в университете Местлин преподавал астрономию по Птолемею, но дома он знакомил своего ученика с основами нового учения. И вскоре Кеплер стал горячим и убежденным сторонником теории Коперника.

В отличие от Местлина, Иоганн Кеплер не скрывал своих взглядов и убеждений. Открытая пропаганда учения Коперника очень скоро навлекла на него ненависть местных богословов. Еще до окончания университета, в 1594 году, Иоганна посылают преподавать математику в протестантское училище города Граца, столицы австрийской провинции Штирии.

Уже в 1596 году Иоганн издает «Космографическую тайну», где, принимая вывод Коперника о центральном положении Солнца в планетной системе, пытается найти связь между расстояниями планетных орбит и радиусами сфер, в которые в определенном порядке вписаны и вокруг которых описаны правильные многогранники. Несмотря на то что этот труд Кеплера оставался еще образцом схоластического, квазинаучного мудрствования, он принес автору известность. Знаменитый датский астроном-наблюдатель Тихо Браге, скептически отнесшийся к самой схеме, отдал должное самостоятельности мышления молодого ученого, знанию им астрономии, искусству и настойчивости в вычислениях и выразил желание встретиться с ним. Состоявшаяся позже встреча имела исключительное значение для дальнейшего развития астрономии.

В 1600 году приехавший в Прагу Тихо Браге предложил Иоганну работу в качестве своего помощника для наблюдений неба и астрономических вычислений. Незадолго перед этим Браге был вынужден оставить свою родину Данию и выстроенную им там обсерваторию, где он в течение четверти века вел астрономические наблюдения. Эта обсерватория была снабжена лучшими измерительными инструментами, а сам Браге был искуснейшим наблюдателем.

Когда датский король лишил Браге средств на содержание обсерватории, он уехал в Прагу. Браге с большим интересом относился к учению Иоганна Кеплера, но сторонником его не был. Он выдвигал свое объяснение устройства мира; планеты он признавал спутниками Солнца, а Солнце, Луну и звезды считал телами, обращающимися вокруг Земли, за которой, таким образом, сохранялось положение центра всей Вселенной.

Браге работал вместе с Кеплером недолго: в 1601 году он умер. После его смерти Иоганн Кеплер начал изучать оставшиеся материалы с данными долголетних астрономических наблюдений. Работая над ними, в особенности над материалами о движении Марса, Кеплер сделал замечательное открытие: он вывел законы движения планет, ставшие основой теоретической астрономии.

Философы Древней Греции думали, что круг - это самая совершенная геометрическая форма. А если так, то и планеты должны совершать свои обращения только по правильным кругам (окружностям).

Кеплер пришел к мысли о неправильности установившегося с древности мнения о круговой форме планетных орбит. Путем вычислений он доказал, что планеты движутся не по кругам, а по эллипсам - замкнутым кривым, форма которых несколько отличается от круга. При решении данной задачи Кеплеру пришлось встретиться со случаем, который, вообще говоря, методами математики постоянных величин решен быть не мог. Дело сводилось к вычислению площади сектора эксцентрического круга. Если эту задачу перевести на современный математический язык, придем к эллиптическому интегралу. Дать решение задачи в квадратурах Иоганн Кеплер, естественно, не мог, но он не отступил перед возникшими трудностями и решил задачу путем суммирования бесконечно большого числа «актуализированных» бесконечно малых. Этот подход к решению важной и сложной практической задачи представлял собой в новое время первый шаг в предыстории математического анализа.

Первый закон Иоганна Кеплера предполагает: Солнце находится не в центре эллипса, а в особой точке, называемой фокусом. Из этого следует, что расстояние планеты от Солнца не всегда одинаковое. Кеплер нашел, что скорость, с которой движется планета вокруг Солнца, также не всегда одинакова: подходя ближе к Солнцу, планета движется быстрее, а отходя дальше от него - медленнее. Эта особенность в движении планет составляет второй закон Кеплера. При этом И. Кеплер разрабатывает принципиально новый математический аппарат, делая важный шаг в развитии математики переменных величин.

Оба закона Кеплера стали достоянием науки с 1609 года, когда была опубликована его знаменитая «Новая астрономия» - изложение основ новой небесной механики. Однако выход этого замечательного произведения не сразу привлек к себе должное внимание: даже великий Галилей, по-видимому, до конца дней своих так и не воспринял законов Кеплера.

Потребности астрономии стимулировали дальнейшее развитие вычислительных средств математики и их популяризации. В 1615 году Иоганн Кеплер выпустил сравнительно небольшую по объему, но весьма емкую по содержанию книгу - «Новая стереометрия винных бочек», в которой продолжил разработку своих интеграционных методов и применил их для нахождения объемов более чем 90 тел вращения, подчас довольно сложных. Там же им были рассмотрены и экстремальные задачи, что подводило уже к другому разделу математики бесконечно малых - дифференциальному исчислению.

Необходимость совершенствования средств астрономических вычислений, составление таблиц движений планет на основе системы Коперника привлекли Кеплера к вопросам теории и практики логарифмов. Воодушевленный работами Непера, Иоганн Кеплер самостоятельно построил теорию логарифмов на чисто арифметической базе и с ее помощью составил близкие к неперовым, но более точные логарифмические таблицы, впервые изданные в 1624 году и переиздававшиеся до 1700 года. Кеплер же первым применил логарифмические вычисления в астрономии. «Рудольфинские таблицы» планетных движений он смог завершить только благодаря новому средству вычислений.

Проявленный ученым интерес к кривым второго порядка и к проблемам астрономической оптики привел его к разработке общего принципа непрерывности - своеобразного эвристического приема, который позволяет находить свойства одного объекта по свойствам другого, если первый получается предельным переходом из второго. В книге «Дополнения к Вителлию, или Оптическая часть астрономии» (1604) Иоганн Кеплер, изучая конические сечения, интерпретирует параболу как гиперболу или эллипс с бесконечно удаленным фокусом - это первый в истории математики случай применения общего принципа непрерывности. Введением понятия бесконечно удаленной точки Кеплер предпринял важный шаг на пути к созданию еще одного раздела математики - проективной геометрии

Вся жизнь Кеплера была посвящена открытой борьбе за учение Коперника. В 1617-1621 годах в разгар Тридцатилетней войны, когда книга Коперника уже попала в ватиканский «Список запрещенных книг», а сам ученый переживал особенно трудный период в своей жизни, он издает тремя выпусками общим объемом примерно в 1000 страниц «Очерки коперниканской астрономии». Название книги неточно отражает ее содержание - Солнце там занимает место, указанное Коперником, а планеты, Луна и незадолго до того открытые Галилеем спутники Юпитера обращаются по открытым Кеплером законам. Это был фактически первый учебник новой астрономии, и издан он был в период особенно ожесточенной борьбы церкви с революционным учением, когда учитель Кеплера Местлин, коперниканец по убеждениям, выпустил учебник астрономии по Птолемею!

В эти же годы Кеплер издает и «Гармонию мира», где он формулирует третий закон планетных движений. Ученый установил строгую зависимость между временем обращения планет и их расстоянием от Солнца. Оказалось, что квадраты периодов обращения любых двух планет относятся между собой как кубы их средних расстояний от Солнца Это - третий закон Иоганна Кеплера.

В течение многих лет И. Кеплер ведет работу по составлению новых планетных таблиц, напечатанных в 1627 году под названием «Рудольфинские таблицы», которые многие годы были настольной книгой астрономов. Кеплеру принадлежат также важные результаты в других науках, в частности в оптике разработанная им оптическая схема рефрактора уже к 1640 году стала основной в астрономических наблюдениях.

Работы Кеплера над созданием небесной механики сыграли важнейшую роль в утверждении и развитии учения Коперника Им была подготовлена почва и для последующих исследований, в частности для открытия Исааком Ньютоном закона всемирного тяготения. Законы Кеплера и сейчас сохраняют свое значение научившись учитывать взаимодействие небесных тел, ученые их используют не только для расчета движений естественных небесных тел, но, что особенно важно, и искусственных, таких как космические корабли, свидетелями появления и совершенствования которых является наше поколение.

Открытие законов обращения планет потребовало от ученого многих лет упорной и напряженной работы. Кеплеру, терпевшему гонения и со стороны католических правителей, которым он служил, и со стороны единоверцев-лютеран (лютеранство - крупнейшее направление протестантизма. Основано Мартином Лютером в 16 веке), не все догмы которых он мог принять, приходится много переезжать. Прага, Линц, Ульм, Саган - неполный список городов, в которых он трудился.

Иоганн Кеплер занимался не только исследованием обращения планет, он интересовался и другими вопросами астрономии. Его внимание особенно привлекали кометы. Подметив, что хвосты комет всегда обращены в сторону от Солнца, Кеплер высказал догадку, что хвосты образуются под действием солнечных лучей. В то время ничего еще не было известно о природе солнечного излучения и строении комет. Только во второй половине XIX века и в XX веке было установлено, что образование хвостов комет действительно связано с излучением Солнца.

Иоганн Кеплер умер ученый во время поездки в Регенсбург 15 ноября 1630 года, когда тщетно пытался получить хоть часть жалованья, которое за много лет задолжала ему императорская казна.

Кеплеру принадлежит огромная заслуга в развитии наших знаний о солнечной системе. Ученые последующих поколений, оценившие значение трудов Кеплера, назвали его «законодателем неба», так как именно он выяснил те законы, по которым совершается движение небесных тел в солнечной системе. (Самин Д. К. 100 великих ученых. - М.: Вече, 2000)

Еще об Иоганне Кеплере:

Иоганн Кеплер (Jоhаnn Kepler) - один из величайших астрономов всех веков и народов, основатель современной теоретической астрономии.

Иоганн Кеплер родился близ Вейля в Вюртемберге от бедных родителей. Рано потеряв отца, Иоганн часть детства провел слугой в трактире и только благодаря известному Мэстлину, попал в тюбингенский университет и здесь всецело предался занятиям математикою и астрономией. В 1594 г. Иоганн Кеплер был уже профессором в Греце и написал здесь сочинение «Prodromus dissertationem cosmographicarum», в котором защищает систему Коперника. Это сочинение обратило на себя всеобщее внимание ученых и вскоре Кеплер завязал деятельные сношения с самим Коперником и другими современными астрономами.

Религиозные преследования заставили его, однако, покинуть Грац и в 1609 г. Иоганн Кеплер переехал в Прагу, по приглашению знаменитого Тихо Браге. По смерти последнего Кеплер был назначен императорским математиком с определенным содержанием и, что еще важнее, сделался наследником обширного собрания рукописей, оставленных Тихо и представляющих наблюдения последнего в Ураниеборге (в Дании).

В Праге Иоганн Кеплер издал «Astronomia Nova» (1609), «Dioptrece» (1611), писал о рефракции, изобрел простейшую зрительную трубу, до сих пор носящую его имя, наблюдал комету (Галлея) и пр. Тут же, обрабатывая систематические и весьма точные наблюдения Тихо, И. Кеплер открыл первые два из своих бессмертных законов движения планет вокруг солнца (все планеты обращаются по эллипсам, в одном из фокусов которых находится солнце и площади, описываемые радиусами векторами, пропорциональны временам).

Однако, семейные несчастия и задержки в выдаче жалованья нередко принуждали Кеплера заниматься составлением календарей и гороскопов, в которые он и сам не верил. После смерти своего покровителя, императора Рудольфа II, Иоганн Кеплер принял место профессора в Линце и тут составил свои знаменитые «Tabulae Rudolphinae», которые целое столетие служили основанием для вычисления положения планет.

Наконец, в 1619 г. издано одно из последних соч. Кеплера: «Harmonia mundi», в котором, среди глубоких и поныне не потерявших интереса соображений о тайнах мироздания, изложен и третий закон движения планет (квадраты времен обращений разных планет пропорциональны кубам больших полуосей их орбит).

Последние годы жизни Иоганн Кеплер провел в непрерывных разъездах, частью вследствие политических смут тридцатилетней войны (одно время ученый состоял на службе у Валленштейна, в качестве астролога), частью вследствие процесса своей матери, обвинявшейся в колдовстве. Умер 15 ноября 1630 г., в Регенсбурге, где и похоронен на кладбище св. Петра. Над могилою его сделана надпись: «Mensus eram coelos nune terrae metior umbras; Mens coelestis erat, corporis umbra jacet». Эта эпитафия, написанная самим Иоганном Кеплером, в переводе значит: «Прежде я измерял небеса, теперь меряю подземный мрак; ум мой был даром неба - а тело, преобразившись в тень, покоится.» В Регенсбурге же, в 1808 г. поставлен ему памятник.

К трехсотлетнему юбилею дня рождения Иоганна Кеплера издано полное собрание его сочинений («Opera omnia», Франкфурт на М. и Эрланген 1758 - 71), в 8 томах на подготовку этого издания астроном Фриш посвятил почти всю свою жизнь и получил пособие от спб. акд. наук. Многие рукописи Кеплера хранятся ныне в библиотеке Пулковской обсерватории; на русском языке жизнеописание Кеплера и общепонятное изложение его научной деятельности - в биографической библиотеке Ф. Павленкова. Биография составлена, по Фришу, Е. А. Предтеченским.

Иоганн Кеплер (нем. Johannes Kepler, 27 декабря 1571 года, Вайль-дер-Штадт — 15 ноября 1630 года, Регенсбург) — немецкий математик, астроном, механик, оптик, первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы.

Окончив церковную школу в Альдерберге, в 1586 поступил в высшее духовное училище при Маульборнском монастыре. В 1589 был принят в Тюбингенский университет, где в течение трех лет изучал теологию, математику и философию. Астрономию в университете читал М.Местлин, который давал Кеплеру частные уроки и познакомил его с теорией Коперника. В 1591 Кеплер защитил магистерскую диссертацию, в 1593 окончил университет и был рекомендован на должность профессора математики в гимназии Граца (Верхняя Штирия). Здесь с 1594 читал лекции по астрономии. В 1596 вышло в свет его первое сочинение Тайна Вселенной (Prodromus dissertationum mathematicarum continens mysterium cosmographicum, 1596), в котором Кеплер попытался найти соотношения между элементами планетных орбит. Это сочинение привлекло внимание Тихо Браге, который пригласил Кеплера в качестве помощника для обработки результатов наблюдений за планетами. Сотрудничество астрономов продолжалось около двух лет, вплоть до смерти Тихо Браге 24 октября 1601. Вскоре император Рудольф II назначил Кеплера на должность придворного математика, которую он занимал до конца жизни.

Еще при жизни Тихо Браге Кеплер предпринимал попытки математического описания закономерностей движения планеты Марс в рамках существовавших тогда теорий (Птолемея, Тихо Браге, Коперника). В результате долгих размышлений Кеплер пришел к эмпирическим законам движения планет (законы Кеплера). Согласно первым двум, планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, в фокусе которых располагается светило; радиус-вектор каждой планеты заметает равные площади за равные промежутки времени. Эти результаты были опубликованы в книге Новая астрономия (Astronomia Nova, 1609), ставшей в один ряд с De Revolutionibus Коперника и Principia Ньютона.

Публикация Новой астрономии и почти одновременное изобретение телескопа ознаменовали наступление новой эры. Эти события стали поворотной точкой в жизни и научной карьере Кеплера. После смерти Рудольфа II положение ученого при дворе в Праге становилось все более неопределенным. Поэтому он обратился к новому императору за разрешением временно занять пост математика провинции Верхняя Австрия в Линце, где провел следующие 15 лет. Главным достижением Кеплера в этот период стало открытие третьего закона движения планет: квадраты периодов обращения планет соотносятся как кубы больших полуосей их эллиптических орбит. Этот закон был сформулирован в сочинении Гармония мира (De Harmonice Mundi, 1619). Следующие 9 лет Кеплер трудился над составлением таблиц положения планет, основанных на новых законах их движения.

События Тридцатилетней войны и религиозные преследования вынудили Кеплера в 1626 бежать в Ульм. Не имея средств к существованию, он в 1628 поступил астрологом на службу к имперскому полководцу Валленштейну. Последней крупной работой Кеплера стали задуманные еще Тихо Браге планетные таблицы, опубликованные в Ульме в 1629 под названием Рудольфовы таблицы (Tabulae Rudolphianae).

Было сильное поэтическое воображение, как мы видим по гипотезам, которые делает он в своих великих астрономических творениях. Но он отличал свои предположения от открытых им положительных истин. Нет ни одного отдела тогдашних математических наук, которого он не продвинул бы вперед. Кеплер с любовью принимал всякое открытие, всякую новую дельную мысль других ученых, и превосходно умел отделять истину от ошибок. Он правильно оценил всю важность логарифмов, изобретенных в начале XVII века шотландским математиком лордом Непиром. Он понял, что при их помощи легко делать вычисления, которые без них были трудны по своей многосложности; потому сделал новое издание логарифмов с объяснительным вступлением; благодаря тому логарифмы быстро вошли во всеобщее употребление. В геометрии Кеплер сделал открытия, подвинувшие ее много вперед. Он выработал понятия и методы, которыми разрешались многие задачи, неразрешимые до него, и был проложен путь к открытию дифференциального исчисления. Он увидел надобность исследовать некоторые вопросы оптики для очищения астрономических наблюдений от неточности, вводимой в них преломлением лучей света в атмосфере, и для разъяснения законов действия изобретенного тогда телескопа. Кеплер дал решения этих вопросов в оптической части своего астрономического трактата и в «Диоптрике». Он открыл истинный ход процесса зрения нашего глаза. Он положил правильное основание теории действия телескопа. Ему не удалось найти точный закон преломления лучей, но он нашел понятие о нем, настолько близкое к истине, что оно было достаточно для разъяснения действия оптических инструментов. Опираясь на эти исследования, Иоганн Кеплер предложил новое устройство телескопа, которое должно было, по его соображениям, быть самым лучшим для астрономических наблюдений. Телескоп этого устройства, называемый Кеплеровым, оставался в употреблении до начала XX века. (Изобретение телескопа было, по всей вероятности, результатом случайности; рассказы о нем различны, но все сходятся в том, что оно было сделано в Миддельбурге, в Голландии. Галилей первым применил телескоп к астрономическим наблюдениям, но законы действия этого инструмента стали понятны только благодаря исследованиям Кеплера.)

Портрет Иоганна Кеплера, 1610

Законы Кеплера

Величайшее из бессмертных открытий этого учёного – то, суть которого формулирована им в выводах, называемых по его имени законами Кеплера. Они раскрыли идею Коперника в полном её значении и показали её основательность; они составили в истории астрономии фазис перехода от простого знания фактов к их объяснению. Этот фазис, через который прошли или должны со временем пройти все отрасли естествознания, состоит в том, чтобы найти основные общие черты в запутанном ходе явлений. Коперник дал истинное понятие об устройстве солнечной системы; Кеплер нашел основные законы круговращения планет.

Уже Коперник заметил, что в движении планет есть неровности, не объясняемые принятием планетных орбит за круги, в центре которых находится солнце; но он считал необходимым принимать за форму орбит круговую линию, и объяснял неравенства в движении планет по их орбитам предположением, что солнце находится не в центре этих кругов. Кеплер по наблюдениям Тихо Браге увидел, что неравенства в движении особенно велики у Марса. Он занялся их исследованием, и нашел, что предположение Коперника не вполне их объясняет. Рядом глубоких исследований и гениальных соображений он сделал наконец открытие, что истинная форма орбиты Марса – эллипс. Это открытие, оказавшееся справедливым и относительно всех других планета, называется первым законом Кеплера. Он выражается формулой: планеты обращаются около солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится солнце. Второй закон Кеплера определяет разницы быстроты движения планеты по орбите в разных частях этого пути; он говорит, что площади, описываемые вращением линии, идущей от солнца к планете, и называющейся в эллипсе радиусом-вектором, в равные времена равны. Таким образом, чем дальше будет планета от фокуса, в котором стоит солнце, тем меньше будет длина пути, проходимого ею в продолжение известного времени, например часа, потому что, чем длиннее треугольник, тем меньше ширина его по сравнению с треугольником, имеющим такую же величину поверхности при меньшей длине. Третий закон, открытый Иоганном Кеплером, определяет пропорцию между временами обращения планет вокруг солнца и их расстояниями от него. Он изложен в другом сочинении учёного, называющемся «Гармония вселенной», и выражается словами: квадраты времен обращения разных планет находятся в такой же пропорции между собою, как кубы тех линий их орбит, которые называются большими полуосями этих эллипсов.

Кеплер и открытие закона всемирного тяготения

Та часть астрономии, которая состоит в вычислении наблюдений, тоже чрезвычайно много подвинута вперед трудами Кеплера; он сделал это составлением так называемых Рудольфовых таблиц, изданных им в 1627 году и названных Рудольфовыми в честь царствовавшего тогда императора. Эти таблицы – свод наблюдений, сделанных Тихо Браге и самим Кеплером, и вычислений, сделанных по ним Кеплером; эта работа требовала огромного количества времени и железной воли для своего исполнения.

Изумительны своей гениальностью соображения Иоганна Кеплера о причине, которая вызывает движения планет по найденным им законам. Он уже предугадывал то, что было впоследствии доказано Ньютоном, и объяснял круговращение планет сочетанием силы движения их по тангенсу с силой, влекущей их к солнцу, и достиг убеждения, что эта центростремительная сила тожественна с тем, что называется тяжестью. Таким образом, у него только не было материалов, чтобы найти закон действия силы всеобщего тяготения, и подтвердить свое мнение точными доказательствами, как это было впоследствии сделано Ньютоном ; но он уж нашел, что причина круговращения планет – сила всеобщего тяготения. Кеплер говорит: «Тяжесть – только взаимное влечение тел к сближению. Тяжелые тела на земле стремятся к центру шарообразного тела, части которого они составляют, и если бы земля не была шарообразна, то тела не падали бы вертикально к её поверхности. Если бы луна и земля не удерживались на настоящем своем расстоянии стремлением луны двигаться по тангенсу своей орбиты, то они упали бы друг на друга; – луна прошла бы около трех четвертых долей этого пути, а земля четвертую долю, если предположить, что обе они имеют одинаковую плотность». – Кеплер разгадал также, что причина приливов и отливов – притяжение луны, изменяющее уровень океана. Эти открытия показывают в нем необыкновенную силу ума.

Романтика и мистицизм у Кеплера

При чрезвычайно высоком научном достоинстве сочинений Кеплера, по ним проходит и веяние поэтического духа. Кеплер любит, подобно пифагорейцам и Платону , соединять результаты серьезного исследования с фантастическими мыслями о гармонии чисел и расстояний. Эта склонность вовлекала его иногда в мнения, оказавшиеся несообразными с истиной, но служит новым доказательством творческой силы его воображения. Фантастические мысли развиты у него особенно в тех сочинениях, которые называются «О таинстве устройства вселенной», «Гармония вселенной» и «Сон Кеплера».

Должностные обязанности заставляли Кеплера заниматься астрологическими выкладками. По должности профессора математики в Граце, он был обязан ежегодно составлять календарь; а календарь по тогдашнему обычаю должен был давать астрологические предсказания о погоде, о войне и мире. Кеплер исполнял эту обязанность очень умно: он хорошо изучил правила астрологии, так что мог придавать своим предсказаниям требуемую от них форму, а предсказания делал по внимательному соображению вероятностей и при проницательности своего ума часто предсказывал удачно. Это доставило ему как астрологу большую славу, и многие из важнейших людей Австрии поручали ему делать их гороскопы. В конце жизни Кеплер состоял астрологом при Валленштейне , верившем в астрологию. Впрочем, он сам говорил о недостоверности своих предсказаний, и в письмах его есть много мест, показывающих, что он правильно думал о господствовавшем в его время астрологическом суеверии. Так например, он говорит: «Господи Боже, что было бы с разумной астрономией, если б она не имела при себе свою глупую дочь астрологию. Жалованья математиков так малы, что мать, наверное, терпела бы голод, если бы ничего не приобретала дочь».

Иоганн Кеплер (рожд. 27 декабря 1571 г. – смерть 15 ноября 1630 г.) — великий немецкий астроном и математик, был первооткрывателем законов движения планет Солнечной системы.

Иоганн Кеплер - был одним из творцов астрономии нового времени. Им были открыты три основных движения планет относительно Солнца, он изобрел оптическую систему, которая применяется, в частности, в современных рефракторах, подготовил создание дифференциального, интегрального и вариационного исчисления в математике.

Ранние годы. Обучение

Иоганн Кеплер родился в 1571 г. в городе Вейльдер-Штадт на юге Германии в бедной протестантской семье. Закончив обучение в монастырской школе в 1589 г. поступил в духовную семинарию при Тюбингенской академии. В те года он познакомился с гелиоцентрической системой Н. Коперника и сразу стал ее убежденным сторонником. Интерес к астрономии появился у Кеплера еще в детстве, когда его мать показала впечатлительному ребенку яркую комету в 1577 г., а поздней - лунное затмение, которое произошло в 1580 г.

Кеплер родился очень слабым ребенком. В четырех летнем возрасте он заразился оспой и чуть не умер. У него были больные печень и желудок, часто болела голова. Кроме этого, он имел врожденные недостатки зрения - сильную близорукость и дефект, при котором один объект кажется множественным (глядя на Луну, Кеплеру виделось несколько Лун). Болезни преследовали его в течении всей жизни. Тем более достойны уважения его мужество и сила духа, благодаря которым он смог добиться поразительных научных успехов и стать одним из творцов современной астрономии и физики.

1591 год — Кеплер поступает в университет в Тюбингене - вначале на факультет искусств, к которым тогда относили и математику с астрономией, потом перешел на теологический факультет. Окончив академию в 1593 г. Кеплера, обвиненного в свободомыслии, не допустили к богословской карьере и дали должность школьного учителя математики.

Вначале Кеплер планировал стать протестантским священником, однако благодаря незаурядным математическим способностям его пригласили в 1594 г. читать лекции по математике в университете города Граца.

Научная деятельность

В Граце Кеплер был на протяжении 6-ти лет. Там выходит в свет в 1596 г. его первая книга «Тайна мира». В ней Кеплер попытался найти тайную гармонию Вселенной, для чего сопоставил орбитам 5-ти известных в то время планет (сферу Земли он выделял особо) разные «платоновы тела» (правильные многогранники). Орбиту Сатурна он представил как круг (еще не эллипс) на поверхности шара, описанного вокруг куба. В куб в свою очередь был вписан шар, который должен был представлять орбиту Юпитера. В этот шар был вписан тетраэдр, описанный вокруг шара, представлявшего орбиту Марса и т. д.

Эта работа после дальнейших открытий Кеплера утратила свое изначальное значение (хотя бы потому, что орбиты планет оказались не круговыми); тем не менее в наличие скрытой математической гармонии Вселенной Кеплер верил до конца своих дней, и в 1621 г. переиздал «Тайну мира», внеся в нее множество изменений и дополнений.

1597 год — Кеплер женится на вдове Барбаре Мюллер фон Мулек. Их первые двое детей умерли во младенчестве, а супруга заболела эпилепсией. Ко всему еще, в католическом Граце начались гонения на протестантов. Кеплер, занесенный в список изгоняемых «еретиков», был вынужден оставить город.

«Кубок Кеплера»: модель Солнечной системы из пяти платоновых тел

Кеплер в Праге. Наследие

1600 год — он отправился в Прагу к знаменитому астроному Тихо Браге, после смерти которого получил материалы его многолетних и многочисленных наблюдений. Кеплером было написано много научных трудов и статей. 1601 год — после смерти Браге Кеплер стал его преемником в должности, а также после тяжб с родными Браге смог унаследовать и результаты астрономических наблюдений. Будучи великолепным наблюдателем, Тихо Браге за много лет составил объемный труд по наблюдению планет и сотен звезд, при этом точность его измерений была существенно выше, чем у всех предшественников.

В конце XVI столетия в астрономии еще происходила борьба между геоцентрической системой Птолемея (когда центром Вселенной предполагается Земля) и гелиоцентрической системой Коперника (в которой в центре Вселенной стоит Солнце). В модели Коперника планеты равномерно движутся по круговым орбитам: что не согласовывалось с видимой неравномерностью движения планет. Хотя астрономические таблицы Коперника были первоначально более точными, чем птолемеевы, они в скором времени существенно разошлись с наблюдениями, что немало озадачило и охладило восторженных коперниканцев.

Механика и физика

Важнейшим сочинением Кеплера является его труд «Новая астрономия» (1609 г.), посвященная изучению движения Марса по наблюдениям Браге и содержащая первые два закона притяжения планет. Основываясь на системе Коперника, в течении нескольких лет Кеплер внимательно изучал данные Браге и в результате тщательного анализа пришел к выводу, что траектория движения Марса представляет из себя не круг, а эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце - положение, известное в наши дни как первый закон Кеплера.

Дальнейший анализ привел ко второму закону: радиус-вектор, соединяющий планету и Солнце, в равное время описывает равные площади. Это означало, что чем дальше планета находится от Солнца, тем медленней она движется.

При поиске орбит Кеплеру было необходимо пользоваться методом подбора. Он вычислял и вычислял, но совпадений с наблюдениями не оказывалось. Вначале был отброшен овал - кривая, составленная из четырех дуг окружности. Около года ученый возился с «овоидом» - фигурой, имеющей форму яйца. В конце концов, он пришел к выводу: правда лежит между кругом и овалом, как будто орбита Марса есть точный эллипс. Но и эллипс не подходил, пока Кеплер не расположил Солнце в его фокусе.

Тогда в начале 1605 г., все сошлось и стало на свои места. На эллипс легли все точки орбиты, вычисленные из наблюдений, сходилась она и с законом площадей. Новая модель движения вызвала огромный интерес среди ученых-коперниканцев, хотя не все они ее приняли. Галилей кеплеровы эллипсы решительно отверг.

1619 год — в сочинении «Гармония мира» ученый сформулировал третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в стройное целое. Солнце, занимая один из фокусов эллиптической орбиты, является, по Кеплеру, источником силы, движущей планеты. Им были высказаны справедливые догадки о существовании между небесными телами тяготения и объяснил приливы и отливы земных океанов воздействием Луны.

Второй закон Кеплера: закрашенные площади равны и проходятся за одинаковое время

Астрономия

Открытые Кеплером три закона движения планет полностью и с превосходной точностью объяснили видимую неравномерность этих движений. Вместо запутанных моделей Птолемея и Коперника, содержащих надуманные элементы, модель Кеплера включает лишь одну кривую - эллипс. Второй закон установил, как изменяется скорость планеты при удалении или приближении к Солнцу, а третий дает возможность рассчитать эту скорость и период обращения вокруг Солнца.

1627 год, лето — Иоганн Кеплер после 22-х лет трудов опубликовал (за свои деньги) астрономические таблицы, которые в честь императора назвал «Рудольфовыми». Эти таблицы позволяли вычислять для любого момента времени положение планет с высокой для той эпохи точностью. Спрос на них был огромен, так как все прежние таблицы давно разошлись с наблюдениями. Кеплеровы таблицы служили астрономам и морякам вплоть до начала XIX столетия.

Кроме трех законов Кеплера ученому принадлежит еще ряд немаловажных открытий. В работе «Сокращение Коперниковой астрономии» (1618–1622 гг) Кеплер изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений. Его исследования по оптике (проблемы преломления света, астрономической рефракции, разработка теории зрительных труб) изложены в сочинениях «Дополнение к Виттело» (1604 г.) и «Диоптрики» (1611 г.)

Математика

Замечательные математические способности ученого проявились, в частности, в выводе формул для определения объемов многих тел вращения.

Последние годы. Смерть

Последние годы жизни ученый провел в постоянных разъездах, частью вследствие политических смут …Тридцатилетней войны… (одно время он состоял на службе у Валленштейна в качестве астролога), частью вследствие процесса своей матери, обвинявшейся в колдовстве. Умер Иоганн Кеплер 15 ноября 1630 г., в Регенсбурге, где и похоронен на кладбище св. Петра. Над могилой его сделана надпись: «Mensus eram coelos nune terrae metior umbras; Mens coelestis erat, corporis umbra jacet». Эта эпитафия, написанная самим Иоганном Кеплером, в переводе означает: «Прежде я измерял небеса, теперь меряю подземный мрак; ум мой был даром неба - а тело, преобразившись в тень, покоится». В Регенсбурге же, в 1808 году ему поставили памятник.

Пригороде (Баден-Вюртемберг). Его отец служил наёмником в Испанских Нидерландах . Когда юноше было 18 лет, отец отправился в очередной поход и исчез навсегда. Мать Кеплера, Катарина Кеплер , содержала трактир , подрабатывала гаданием и траволечением.

Первоначально Кеплер планировал стать протестантским священником , но благодаря незаурядным математическим способностям был приглашён в 1594 году читать лекции по математике в университете города Граца (ныне в Австрии).

В Граце Кеплер провёл 6 лет. Здесь вышла в свет () его первая книга «Тайна мира» (Mysterium Cosmographicum ). В ней Кеплер попытался найти тайную гармонию Вселенной , для чего сопоставил орбитам пяти известных тогда планет (сферу Земли он выделял особо) различные «платоновы тела» (правильные многогранники). Орбиту Сатурна он представил как круг (ещё не эллипс) на поверхности шара, описанного вокруг куба. В куб в свою очередь был вписан шар, который должен был представлять орбиту Юпитера . В этот шар был вписан тетраэдр , описанный вокруг шара, представлявшего орбиту Марса и т. д. Эта работа после дальнейших открытий Кеплера утратила своё первоначальное значение (хотя бы потому, что орбиты планет оказались не круговыми); тем не менее в наличие скрытой математической гармонии Вселенной Кеплер верил до конца жизни, и в 1621 году переиздал «Тайну мира», внеся в ней многочисленные изменения и дополнения .

Книгу «Тайна мира» Кеплер послал Галилею и Тихо Браге . Галилей одобрил гелиоцентрический подход Кеплера, хотя мистическую нумерологию не поддержал. В дальнейшем они вели оживлённую переписку, и это обстоятельство (общение с «еретиком»-протестантом) на суде над Галилеем было особо подчёркнуто как отягчающее вину Галилея.

Тихо Браге также отверг надуманные построения Кеплера, однако высоко оценил его знания, оригинальность мысли и пригласил Кеплера к себе.

Портреты Иоганна и Барбары в медальоне.

Будучи великолепным наблюдателем, Тихо Браге за много лет составил объёмный труд по наблюдению планет и сотен звёзд , причём точность его измерений была существенно выше, чем у всех предшественников. Для повышения точности Браге применял как технические усовершенствования, так и специальную методику нейтрализации погрешностей наблюдения. Особо ценной была систематичность измерений.

На протяжении нескольких лет Кеплер внимательно изучает данные Браге и в результате тщательного анализа приходит к выводу, что траектория движения Марса представляет собой не круг, а эллипс , в одном из фокусов которого находится Солнце - положение, известное сегодня как первый закон Кеплера .

Дальнейший анализ привёл ко второму закону : радиус-вектор, соединяющий планету и Солнце, в равное время описывает равные площади. Это означало, что чем дальше планета от Солнца, тем медленнее она движется.

Оба закона были сформулированы Кеплером в 1609 году в книге «Новая астрономия», причём, осторожности ради, он относил их только к Марсу.

Новая модель движения вызвала огромный интерес среди учёных-коперниканцев, хотя не все они её приняли. Галилей кеплеровы эллипсы решительно отверг .

Отметим, что в книге, наряду с ценнейшими научными открытиями, изложены также фантастические рассуждения автора о «музыке сфер» и платоновых телах, которые составляют, по мнению Кеплера, эстетическую суть высшего проекта мироздания.

Он жил в эпоху, когда ещё не было уверенности в существовании некоторой общей закономерности для всех явлений природы. Какой глубокой была у него вера в такую закономерность, если, работая в одиночестве, никем не поддерживаемый и не понятый, он на протяжении многих десятков лет черпал в ней силы для трудного и кропотливого эмпирического исследования движения планет и математических законов этого движения!

Сегодня, когда этот научный акт уже совершился, никто не может оценить полностью, сколько изобретательности, сколько тяжёлого труда и терпения понадобилось, чтобы открыть эти законы и столь точно их выразить.

Астрономия

Кеплер стал автором первого обширного (в трёх томах) изложения коперниканской астрономии (Epitome astronomia Copernicanae , -), который немедленно удостоился чести попасть в «Индекс запрещённых книг ». В эту книгу, свой главный труд, Кеплер включил описание всех своих открытий в астрономии.

Математика

Кеплер нашёл способ определения объёмов разнообразных тел вращения , который описал в книге «Новая стереометрия винных бочек» (). Предложенный им метод содержал первые элементы интегрального исчисления . Позднее Кавальери использовал тот же подход для разработки исключительно плодотворного «метода неделимых» . Завершением этого процесса стало открытие математического анализа .

Кроме того, Кеплер очень подробно проанализировал симметрию снежинок. Исследования по симметрии привели его к предположениям о плотной упаковке шаров, согласно которым наибольшая плотность упаковки достигается при пирамидальном упорядочивании шаров друг над другом . Математически доказать этот факт не удавалось на протяжении 400 лет - первое сообщение о доказательстве «задачи Кеплера» появилось лишь в 1998 году в работе математика Томаса Хейлса. Пионерские работы Кеплера в области симметрии нашли позже применение в кристаллографии и теории кодирования.

В ходе астрономических исследований Кеплер внёс вклад в теорию конических сечений . Он составил одну из первых таблиц логарифмов .

У Кеплера впервые встречается термин «среднее арифметическое ».

Физика

Именно Кеплер ввёл в физику термин инерция как прирождённое свойство тел сопротивляться приложенной силе. Заодно он, как и Галилей, формулирует в ясном виде первый закон механики: всякое тело, на которое не действуют иные тела, находится в покое или совершает равномерное прямолинейное движение.

Кеплер вплотную подошёл к открытию закона тяготения, хотя и не пытался выразить его математически. Он писал в книге «Новая астрономия», что в природе существует «взаимное телесное стремление сходных (родственных) тел к единству или соединению». Источником этой силы, по его мнению, является магнетизм в сочетании с вращением Солнца и планет вокруг своей оси.

В другой книге Кеплер уточнил:

Гравитацию я определяю как силу, подобную магне­тизму - взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чем оба тела ближе одно к другому.

Правда, Кеплер ошибочно полагал, что эта сила распространяется только в плоскости эклиптики . Видимо, он считал, что сила притяжения обратно пропорциональна расстоянию (а не квадрату расстояния); впрочем, его формулировки недостаточно ясны.

Кеплер первый, почти на сто лет раньше Ньютона , выдвинул гипотезу о том, что причиной приливов является воздействие Луны на поверхность океанов .

Оптика

Глубокое проникновение в законы оптики привело Кеплера к схеме телескопической подзорной трубы (телескоп Кеплера), изготовленной в 1613 году Кристофом Шайнером. К 1640-м годам такие трубы вытеснили в астрономии менее совершенный телескоп Галилея.

Кеплер и астрология

Отношение Кеплера к астрологии было двойственным. С одной стороны, он допускал, что земное и небесное находятся в некоем гармоничном единстве и взаимосвязи. С другой - скептически оценивал возможность использовать эту гармонию для предсказания конкретных событий.

Кеплер говорил: «Люди ошибаются, думая, что от небесных светил зависят земные дела» . Широко известно также другое его откровенное высказывание:

Конечно, эта астрология - глупая дочка, но, Боже мой, куда бы делась её мать, высокомудрая астрономия, если бы у неё не было глупенькой дочки! Свет ведь ещё гораздо глупее и так глуп, что для пользы этой старой разумной матери глупая дочка должна болтать и лгать. И жалованье математиков так ничтожно, что мать, наверное бы, голодала, если бы дочь ничего не зарабатывала.

Тем не менее, Кеплер не порывал с астрологией никогда. Более того, он имел свой собственный взгляд на природу астрологии, чем выделялся среди астрологов-современников. В труде «Гармония мира» он утверждает, что «в небесах нет светил, приносящих несчастья», но человеческая душа способна «резонировать» с лучами света, исходящими от небесных тел, она запечатлевает в памяти конфигурацию этих лучей в момент своего рождения. Сами же планеты, в представлении Кеплера, были живыми существами, наделёнными индивидуальной душой.

Благодаря некоторым удачным предсказаниям Кеплер заработал репутацию искусного астролога. В Праге одной из его обязанностей было составление гороскопов для императора. Следует заметить, вместе с тем, что Кеплер при этом не занимался астрологией исключительно ради заработка и составлял гороскопы для себя и своих близких. Так в своей работе «О себе» он приводит описание собственного гороскопа, а когда в январе 1598 года у него родился сын, Генрих, Кеплер составил гороскоп и для него. По его мнению, ближайшим годом, когда жизни его сына угрожала опасность, был 1601 год , но сын умер уже в апреле 1598 года .

Попытки Кеплера составить гороскоп для полководца Валленштейна также терпели неудачу. В 1608 г. Кеплер составил гороскоп полководцу, в котором предрекал женитьбу на 33 году жизни, называл опасными для жизни годы 1613, 1625 и 70-й год жизни Валленштейна, а так же описал ряд других событий. Но с самого начала предсказания терпели неудачу. Валленштейн вернул гороскоп Кеплеру, который, исправив в нём время рождения на полчаса, получил точное соответствие между предсказанием и течением жизни. Однако и этот вариант содержал промахи. Так, Кеплер полагал, что период с 1632 по 1634 год будет благополучным для полководца, и не сулит опасности. Но в феврале 1634 года Валленштейн был убит.

Память

Кратер «Кеплер» на Луне.

В честь учёного названы:

• Астероид 1134 Кеплер.
• Сверхновая 1604 , описанная им.
• Орбитальная обсерватория НАСА , выведена на орбиту в марте 2009 года . Основная задача: поиск и исследование планет за пределами Солнечной системы.
• Станция Венского метрополитена .
• В 1971 году к 400-летию со дня рождения Иоганна Кеплера в ГДР была выпущена памятная монета достоинством 5 марок .
• В 2009 году к 400-летию открытия Кеплеровских законов в Германии выпущена памятная серебряная монета достоинством 10 евро .

Труды Кеплера

• Mysterium cosmographicum (Тайна мира),
• Astronomiae Pars Optica (Оптика в астрономии),
• Ad Vitellionem paralipomena (Дополнения к Вителлию), физиологическая оптика,
• De Stella nova in pede Serpentarii (О новой звезде в созвездии Змееносца),
• Astronomia nova (Новая астрономия),
• Tertius Interveniens (Трёхсторонняя интервенция),
• Dissertatio cum Nuncio Sidereo (Разговор со Звёздным вестником), полемика со «Звёздным вестником» Галилея ,
• Dioptrice (Диоптрика),
• De nive sexangula (О шестиугольных снежинках),
• De vero Anno, quo aeternus Dei Filius humanam naturam in Utero benedictae Virginis Mariae assumpsit ),
• Eclogae Chronicae ()
• Nova stereometria doliorum vinariorum (Новая стереометрия винных бочек),
• Epitome astronomiae Copernicanae (Коперниканская астрономия, в трёх томах, выходивших в 1618-1621)
• Harmonice Mundi (Гармония миров),
• Mysterium cosmographicum (Тайна мира, 2-е изд.),
• Tabulae Rudolphinae (Рудольфовы таблицы),
• Somnium (Мечта, фантастический рассказ о полёте в Космос),
• Библиография научных работ Кеплера с ссылками на оригиналы

Переводы на русский язык

• Кеплер, Иоганн Новая стереометрия винных бочек . - М.-Л.: ГТТИ, 1935. - 360 с.
• Кеплер, Иоганн О шестиугольных снежинках. Сон. Разговор с Звёздным вестником. . - М.: Наука, 1982.
• Разговор с звездным вестником
• Сон, или Посмертное сочинение о лунной астрономии по изд. И.Кеплер О шестиугольных снежинках, М., Наука, 1982

Примечания

Ссылки

• Kepler"s discovery (анимации на тему «Новой астрономии» Кеплера)
• Джон Дж. О’Коннор и Эдмунд Ф. Робертсон.