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开普勒认真地研究了第谷多年对行星进行仔细观

作者: 科技新闻  发布:2019-09-09

你知道下面这三个定律吗?

  “星学之王”

约翰尼斯开普勒(Johannes Kepler,1571年12月27日—1630年11月15日),生于符腾堡的威尔德斯达特镇,卒于雷根斯堡。德国杰出的天文学家、物理学家、数学家。 开普勒发现了行星运动的三大定律,分别是轨道定律、面积定律和周期定律。这三大定律可分别描述为:所有行星分别是在大小不同的椭圆轨道上运行;在同样的时间里行星向径在轨道平面上所扫过的面积相等;行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这三大定律最终使他赢得了天空立法者的美名。同时他对光学、数学也做出了重要的贡献,他是现代实验光学的奠基人。 行星运动定律的创立者约翰尼斯开普勒于公元1571年出生在德国的威尔德斯达特镇,恰好是哥白尼发表《天球运行论》后的第二十八年。哥白尼在这部伟大着作中提出了行星绕太阳而不是绕地球运转的学说。开普勒就读于图宾根大学,1588年获得学士学位,三年后获得硕士学位。当时大多数科学家拒不接受哥白尼的日心说。在图宾根大学学习期间,他听到对日心学说所做的合乎逻辑的阐述,很快就相信了这一学说。 1630年11月15日,约翰尼斯开普勒在德国巴伐利亚州雷根斯堡病故,享年58岁。 betway必威官网 1 约翰尼斯开普勒简介,开普勒个人简介 在图宾根大学毕业后,开普勒在格拉茨研究院当了几年教授。在此期间完成了他的第一部天文学着作。虽然开普勒在该书中提出的学说完全错误,但却从中非常清楚地显露出他的数学才能和富有创见性的思想,于是伟大的天文学家第谷布拉赫邀请他去布拉格附近的天文台给自己当助手。开普勒接受了这一邀请,1600年1月加入了泰修的行列。第谷翌年去世。开普勒在这几个月来给人留下了非常美好的印象,不久圣罗马皇帝鲁道夫就委任他为接替第谷的皇家数学家。开普勒在余生一直就任此职。 作为第谷布拉赫的接班人,开普勒认真地研究了第谷多年对行星进行仔细观察所做的大量记录。第谷是望远镜发明以前的最后一位伟大的天文学家. 开普勒认为通过对第谷的记录做仔细的数学分析可以确定哪个行星运动学说正确的:哥白尼日心说,古老的托勒密地心说,或许是第谷本人提出的第三种学说。但是经过多年煞费苦心的数学计算,开普勒发现第谷的观察与这三种学说都不符合,他的希望破灭了。 最终开普勒认识到了所存在的问题:他与第谷、拉格茨哥白尼以及所有的经典天文学家一样,都假定行星轨道是由圆或复合圆组成的。但是实际上行星轨道不是圆形而是椭圆形。 1600年,开普勒出版了《梦游》一书,这是一部纯幻想作品,说的是人类与月亮人的交往。书中谈到了许多不可思议的东西,像喷气推进、零重力状态、轨道惯性、宇宙服等等,人们至今不明白,近400年前的开普勒,他是根据什么想象出这些高科技成果的。尽管开普勒的书是纯幻想作品,但它一定有一些背景来源,比如像毕达哥拉斯的话或古希腊神话。 就在找到基本的解决办法后,开普勒仍不得不花费数月的时间来进行复杂而冗长的计算,以证实他的学说与第谷的观察相符合。 开普勒对此运动性质的研究,我们可以看到万有引力定律已见雏形。开普勒在万有引力的证明中已经证到:如果行星的轨迹是圆形,则符合万有引力定律。而如果轨道是椭圆形,开普勒并未证明出来。牛顿后来用很复杂的微积分和几何方法证出。 开普勒除了发明行星运动定律外,还对天文学做出了许多小的贡献。他也对光学做出了重要的贡献。不幸的是他在晚年为私事而感到忧伤。当时德国开始陷入三十年战争的大混乱之中,很少有人能躲进世外桃源。 他遇到的一个问题是领取薪水。神圣罗马皇帝即使在较兴隆的时期都是怏怏不乐地支付薪水。在战乱时期,开普勒的薪水被一拖再拖,得不到及时的支付。开普勒结过两次婚,有十二个孩子,这样的经济困难的确很严重。另一个问题是他的母亲在1620年由于行巫术而被捕。开普勒花费了大量的时间设法使母亲在不受拷打的情况下获得释放,他终于达到了目的。 开普勒于1630年在巴伐利亚州雷根斯堡市去世。在三十年战争的动乱中,他的坟墓很快遭毁,但行星运行定律永存! 天才少年 开普勒学业成绩优异。1588年9月25日,他获得文学学士学位。1591年8月11日,他又通过了文学硕士学位考试。这时他想当一名路德教的牧师,所以又留校学习神学。 在大学里,开普勒深受秘密传播哥白尼学说的天文教授麦斯特林的影响。后来他回忆说:当我在杰出的麦斯特林的指导下开始研究天文学时,看到了旧的宇宙理论的许多错误。我非常喜欢教授经常提到的哥白尼,在与同学们辩论时我总是坚持他的观点。开普勒对天文学和数学有着浓厚的兴趣。 1594年,奥地利的格拉茨新教高级中学的数学教师死了,要求图宾根大学给选派一名后继者。此时开普勒的神学课程仅有一年就读完了,但校方认为他作教士不够虔诚,就极力推荐他去格拉茨。他的朋友也劝他放弃神学。同年开普勒到了格拉茨中学教数学、天文,后来又教古典文学、修辞学和道德学。 1596年开普勒在宇宙论方面发表了第一本重要的着作:《宇宙的神秘》。在其中他明确主张哥白尼体系,同时也因袭了毕达哥拉斯和柏拉图用数来解释宇宙构造的神秘主义理论。他在序言中指出:我企图去证明上帝在创造宇宙并且调节宇宙的次序时,看到了从毕达哥拉斯和柏拉图时代起就为人们所熟知的五种正多面体,上帝按照这形体安排了天体的数目、它们的比例和它们运动间的关系。他认为土星、木星、火星、地球、金星和水星的轨道分别在大小不等的六个球的球面上,六球依次套切成正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体,太阳居中心。这种假设尽管荒唐,但却促使开普勒去进一步寻找正确的宇宙构造理论。他把这本书分寄给了一些科学名人。丹麦天文学家第谷布拉赫虽不同意书中的日心说,却十分佩服开普勒的数学知识和创造天才。伽利略也把他引为探索真理的同仁。 由于反宗教改革运动,使格拉茨中学重新回到天主教的怀抱,新教徒的师生全被赶出了校门。开普勒这位新教徒却因名声显赫而被破例复聘。他看到自己的学生尽数散去,不愿再回格拉茨,就接受了第谷的邀请,于1600年来到布拉格郊外的天文台,作第谷的助手。第谷是望远镜发明以前的最后一位伟大的天文学家,也是世界上前所未有的最仔细、最准确的观察家。他当时充任神圣罗马帝国的皇室数学家,随皇帝鲁道夫二世住在布拉格。他的宇宙理论是托勒密体系和哥白尼体系的混合,他认为行星绕太阳旋转,太阳又率群星围地球运行。但是第谷对天体方位进行了几十年的观测,积累了大量的精确材料,开普勒在天文学上的伟大发现,就是通过归纳分析这些材料得出的。 占星家 1601年第谷去世,开普勒继任为皇帝鲁道夫二世的御用数学家。给他的俸禄只有第谷的一半,且常常拖欠。他对第谷的遗着作了整理,1602年出版了第谷的《新天文学》六卷,1603年印行了第谷的《释彗星》。 1601年开普勒出版了《天文学更可靠的基础》一书,不同意星体决定人的命运的观点,对占星术持怀疑态度:如果星相家有时讲对了,那应归功于运气。但他仍没摆脱宇宙的神秘和谐理论。除教数学外,他的一个主要任务就是替皇帝占星算命,这也是他终身从事的职业。在他的遗稿中保存了800多张占星图。他虽不相信这一伪科学,但为了谋生只得如此。 立法者 1604年9月30日,开普勒在巨蛇星座附近发现了一颗新星(现知是银河系内的一颗超新星)。他虽视力不佳,仍持续观测了十几个月。他把观测结果发表在1607年出版的《巨蛇座底部的新星》一书中,打破了星座无变化的传统说法。这一年他看到了一颗大彗星,即后来定名的哈雷彗星。 当时不论是地心说还是日心说,都认为行星作匀速圆周运动。但开普勒发现,对火星的轨道来说,按照哥白尼、托勒密和第谷提供的三种不同方法,都不能推算出同第谷的观测相吻合的结果,于是他放弃了火星作匀速圆周运动的观念,并试图用别的几何图形来解释,经过四年的苦思冥想,也就是到了1609年他发现椭圆形完全适合这里的要求,能做出同样准确的解释,于是得出了开普勒第一定律:火星沿椭圆轨道绕太阳运行,太阳处于两焦点之一的位置。发现第一定律,就是说行星沿椭圆轨道运动,需有摆脱传统观念的智慧和毅力,在此之前所有天文学家,包括哥白尼和伽利略在内都坚持古希腊亚里士多德和毕达哥拉斯的天体是完美的物体,圆是完美的形状,一切天体运动都是圆周运动的成见。哥白尼知道几个圆并起来可以产生椭圆,但他从来没有用椭圆形来描述天体的轨道。当时由于第谷观测的精确和开普勒的努力,终使日心说向前推进了一大步。接着开普勒又发现火星运行速度是不匀的,当它离太阳较近时运动得较快,离太阳远时运动得较慢,但从任何一点开始,向径(太阳中心到行星中心的连线)在相等的时间所扫过的面积相等。这就是开普勒第二定律。这两条定律刊布在1609年出版的《新天文学》(又名《论火星的运动》)中,该书还指出两定律同样适用于其他行星和月球的运动。 1611年,开普勒的保护人鲁道夫被其弟逼迫退位,他仍被新皇帝留任。他不忍与故主分别,继续随侍左右。1612年鲁道夫卒,开普勒接受了奥地利的林茨当局的聘请,去作数学教师和地图编制工作。在这里他继续探索各行星轨道之间的几何关系,经过长期繁杂的计算和无数次失败,最后创立了行星运动的第三定律:行星绕太阳公转运动的周期的平方与它们椭圆轨道的半长轴的立方成正比。这一结果表述在1619年出版的《宇宙谐和论》中。 多难人生 开普勒的身世是不幸的。他17岁时父亲去世。1620年,他母亲,一个酒馆老板的女儿,平时爱吵吵闹闹,因被指控犯有巫术罪而入狱,他经一年多的奔波才使其得到无罪释放。开普勒26岁时与一个出身名门的寡妇结婚,举止傲慢的妻子使他很少感到家庭温暖。1613年在前妻死后他又选择了一个贫家女为伴,感情虽很融洽,无奈经济上常处于绝望境地。他两个妻子共生有12个小孩,大多在贫困中夭折。他作为新教徒常受到天主教会的迫害,他的一些着作被教皇列为禁书。 经济困苦和操劳跋涉严重损害了开普勒的健康。皇帝即使在较兴隆的时期都是怏怏不乐地支付薪水。在战乱时期,开普勒的薪水被一拖再拖,得不到及时的支付。 1630年他有几个月未得薪俸,不得不亲自前往正在举行帝国会议的雷根斯堡索取。到达那里后他突然发热,几天以后即11月15日,在贫病交困中寂然死去,终年59岁。他被葬于拉提斯本的圣彼得教堂,三十年战争的狂潮荡平了他的坟墓,但是也已证明他的行星运动定律是一座比任何石碑都更为久伫长存的纪念碑。

①椭圆定律:所有行星绕太阳的轨道都是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上。

  英国大科学家牛顿说过一句至理名言:“如果我所见的比笛卡儿要远一点,那是因为我是站在巨人们的肩膀上的缘故。”在天文学史上,丹麦天文学家第谷就是这样一位典型的“垫肩巨人”。他被后人正确地誉为“近代天文学的始祖”和“星学之王”,而他一生的主要工作则是数十年如一日地最精确地进行天文观测,不仅为验证前人的科学理论作出了重大贡献,更为后继者进一步攀登科学高峰创造了条件,铺平了道路。

②面积定律:行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。

  第谷比布鲁诺早两年出生在丹麦斯堪尼亚一个贵族家庭,兄弟姊妹共10人,他老大。不过教养他的不是他的父亲,而是他的伯父。13岁那年第谷的伯父将他送进哥本哈根大学学习哲学和修辞学,无奈第谷好动爱玩,对学校的功课毫无兴趣。

③调和定律:又称为周期定律。所有行星绕太阳运行的公转周期的平方与它们轨道长半轴的立方成比例。

  14岁那年,也就是1560年8月21日第谷遇到了一次日食,这使他对天文学产生了浓厚的兴趣。使他惊奇万分的倒不是种少见的天象,而是天文学家能够如此准确地对它进行预报。从此他爱上了天文学和数学,并找来了托勒密的《天文学大成》加以研究,希望自己也能预知这类天象。

没错,这就是著名的开普勒行星运动三定律。

  可是,第谷的伯父不喜欢科学这玩意儿,他希望第谷将来成为有钱有势的律师。1562年他又把第谷送到莱比锡大学去学习法律,并派随从进行监督。第谷呢?乖巧而又勤奋,总是骗过随从,等随从睡着以后,再从床上爬起来,一连几个钟头观察星座或者研究数学。

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  1563年,17岁的第谷专心观测行星,特别对木星和土星进行了仔细的观测。他发现当时通用的星表有较大的误差,这使第谷下决心要修正现有星表的差错,为此,他告诫自己在观测星空时必须力求非常精确。

约翰尼斯•开普勒

  但是,对第谷的一生最具有决定性影响的,是 1572年突然出现在天空的一颗超新星。这一年的11月11日黄昏,第谷从实验室里出来,抬头一望,惊讶地发现天顶附近的仙后座出现一颗他从未见过的亮星 (第谷从小观测星空,对星空中星星的位置可以说了如指掌)。他简直不敢相信自己的眼睛,于是他问马车夫,马车夫说他也看见了——他们看见的是一颗过去从未见过的新星。

正所谓名师出高徒,不过今天小星可不是要讲开普勒的徒弟,而是他的老师——第谷。

  怀着极大的好奇心,第谷对他发现的这颗新星进行了精细的观测,从1572年11日开始到1574年2月结束,持续观测了1年零3个月:该星先是越来越亮,然后慢慢暗下来,最后完全不见。对于新星的颜色和亮度等等的变化,第谷都仔细作了记录并认真进行了研究,最后他写成《论新星》一书。应该说,对于这颗超新星,中国、朝鲜以至欧洲都有人发现并作了记述,有的比第谷发现还早,但记录和研究却远不如第谷详细和深入。

第谷·布拉赫,丹麦天文学家和占星学家。1546年12月14日生于丹麦斯坎尼亚省基乌德斯特普的一个贵族家庭,1601年10月24日,第谷逝世于罗马布拉格(现在属于捷克斯洛伐克),终年55岁。说起第谷,虽然没有他“大弟子”开普勒有成就,但第谷的天文观测,是望远镜出现以前仅用肉眼观测所能达到的最高水平,是最后一位也是最伟大的一位用裸眼观测的天文学家。第谷的工作为后来开普勒、伽利略甚至牛顿的科学发现奠定了宝贵的观测基础。

  第谷首先精确地测定了这颗新星同仙后座中其他9颗恒星的相对位置,然后观察该星相对于其他恒星没有过任何方位的移动,这说明这颗新星离开我们要比月亮、太阳、行星都远得多,是位于“恒星天”上的恒星。可这又与亚里士多德所说的“天不变”的原则相矛盾。由此可见,新星的发现动摇了旧天文学的基础,对确立新天文学即哥白尼学说是有利的。

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  尊重科学、尊重人才的丹麦王腓特烈二世十分赞赏第谷的才华,他在1576年聘任第谷为皇室天文学家,给予优厚待遇;5月又发布敕令,把靠近哥本哈根的一个小岛——汶岛作为封地赐给第谷,并拨巨款供他建造天文台。如鱼得水的第谷全力以赴,同年就开始亲自指导建造“天堡”,以后又在“天堡”以南建造了一个“星堡”。“天堡”和“星堡”都配备有当时最先进的天文观测仪器,其中相当一部分是由第谷自己设计制造的。第谷从此开始了他专职天文观测的生涯,在这里观天测天达20年之久,取得了许多研究成果,得到了不少重要发现。

第谷•布拉赫

  举个例子:1577年11月13日,第谷观测到一颗大彗星,在这颗彗星于次年1月底消失以前,他始终不懈地跟踪观测,并逐日记录它的位置、颜色、亮度和彗尾的方向等。1588年,他写成《最新天象一览》一书。根据当时流特的亚里士多德的观点,像彗星这类来无影、去无踪怪物,根本不可能是天体而只能是发生在地球大气中的现象。第谷在书中首次批驳了这种传统的错误见解,他的观测表明,彗星是天界的产物,运行轨道远在月球运行轨道之外,在各行星所在的空间穿越行星天层绕着太阳运行,这就证明,亚里士多德地心 (同心球)体系中所说的各行星的水晶球天层里根本不存在的。

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