Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, kto to był? Johannes Kepler? Otóż był bardzo ważnym niemieckim naukowcem, który wyróżniał się znajomością astronomii i filozofii, przyszedł stworzyć i wykazać istnienie trzech praw ruchu planet, które dziś nazywane są prawami Keplera. Zapraszamy do przeczytania tego artykułu, aby dowiedzieć się więcej o jego życiu i pracy.
Biografia Johannesa Keplera
W jego czasie Johannes Kepler było to tak ważne, że przyszedł do pracy razem z Tycho Brahe, zastępując go później na stanowisku cesarskiego matematyka Rudolfa II. Dzięki jego niezwykłym osiągnięciom Międzynarodowa Unia Astronomiczna ochrzciła księżycową astroblem imię Kepler w 1935 roku. Dowiedzmy się trochę więcej o jego życiu
Dzieciństwo
Rok jego urodzin to 1571 w niemieckim mieście Wirtembergia, będącym wówczas księstwem. Od dziecka cierpiał na wiele dolegliwości, takich jak krótkowzroczność, dolegliwości żołądkowe i dręczyły go bóle głowy. Kiedy miał trzy lata, zachorował na ospę, której skutkiem było m.in. skrajnie wyniszczający wzrok.
Mimo, że zawsze miał poważne problemy zdrowotne, zawsze był dzieckiem świadomym, o wielkiej inteligencji, które korzystając ze swoich niezwykłych zdolności matematycznych lubiło robić ogromne wrażenie wśród osób przebywających w hostelu jego matki. W roku 1584 udało mu się wstąpić do seminarium protestanckiego w mieście Adelberg.
studia
Dzięki swojej udowodnionej inteligencji, w 1589 roku rozpoczął studia teologiczne na uniwersytecie w Tybindze. Znajdując się tam, miał okazję mieć Maestlina jako swojego nauczyciela matematyki, który znał już heliocentryczną teorię Kopernika i szeroko się nią dzielił.
Kepler podążał za naukami Pitagorasa i wierzył, że Bóg jest największym geometrem, stwórcą wszechświata harmonicznego, dostrzegając w prostocie pitagorejskiej teorii charakterystyczną cechę twórczego planu Boga. Kontynuował naukę w Tybindze, nawet po zdobyciu tytułu magistra w 1591 roku.
małżeństwo
Johannes Kepler był dwukrotnie żonaty. Jego pierwsze małżeństwo, wynik absolutnej wygody, odbyło się 27 kwietnia 1597 r. z panną Barbarą Müller. To małżeństwo, które zaaranżowali jego krewni, uczyniło go parą dorodnej kobiety o prostym duchu, która miała obrzydliwy charakter.
kariera akademicka
W roku 1594 opuścił Tybingę, by udać się do Grazu, miasta położonego w Austrii, gdzie kontynuował karierę jako profesor na uniwersytecie, ucząc arytmetyki, geometrii i retoryki, zdołał poświęcić swój wolny czas na hobby, które było astronomia.
Mamy na myśli czas, kiedy różnica między wiarą a nauką nie była w pełni nakreślona, a mechanika poruszania się ciał niebieskich była nadal praktycznie nieznana. W rzeczywistości potwierdzono, że takie przemieszczenia były zgodne z prawami boskimi.
Będąc w Grazu, opublikował almanachy zawierające przepowiednie astrologiczne, które ułożył Kepler, chociaż nie zgadzał się z niektórymi wytycznymi.
Następnie w roku 1600 zamieszkał w Pradze, dzisiejszej stolicy Czech, na zaproszenie znanego astronoma Tycho Brahe, który po zapoznaniu się z jego publikacjami porozumiewał się z Keplerem. Profesor Brahe zmarł w następnym roku, a Kepler objął stanowisko nadwornego matematyka i astronoma cesarza.
Przez długi czas Johannes Kepler Utrzymywał teorię, która łączyła geocentryzm z heliocentryzmem, aby później przekształcić swoje geocentryczne projekty w kierunku heliocentryzmu. Chociaż osiągnął swój cel, nadal znajdował poważne rozbieżności między ścieżką, którą według jego obliczeń powinny były przejść ciała niebieskie, a tą, którą faktycznie zrobiły.
Ten wniosek skłonił go do spekulacji, że stanowiąc Słońce ciało, z którego emanuje siła wprawiająca planety w ruch w swoim otoczeniu, gdy droga między planetą a Słońcem została zwiększona, prędkość z jaką odbywał się ruch musiała zostać zmniejszona. Aby móc wygłosić to stwierdzenie, musiał pozbyć się przyjętej tysiące lat temu koncepcji, że trasa pokonywana przez ciała niebieskie odbywa się za pomocą orbit kołowych.
W roku 1612 uzyskał zaszczytne stanowisko matematyka stanów Górnej Austrii, wchodzących w skład powiatu Linz. Pomimo otrzymanych zaszczytów i swoich odkryć, Johannes Kepler nie był zadowolony.
Był przekonany, że harmonia i prostota są regułami rządzącymi Wszechświatem, dlatego zawsze szukał prostej zależności, dzięki której czasy obrotu planet, dziś zwane okresami orbitalnymi, oraz odległość do planet mogłyby być wyjaśnione.
Johannes Kepler Zajęło mu ponad dziewięć lat, aby uzyskać tę prostą zależność i przejść do sformułowania trzeciej zasady ruchu planet, zgodnie z którą okres orbitalny planety jest proporcjonalny do wielkiej półosi elipsy podniesionej do potęgi 3/2.
W 1628 r. wstąpił do zakonu A. von Wallensteina w ówczesnym śląskim mieście Żagań, który dał mu słowo umorzenia długu, jaki zaciągnęła u niego Korona w XNUMX r. lata, które minęły, ale nigdy ich nie spełnił. Zaledwie miesiąc przed śmiercią z powodu gorączki Johannes Kepler opuścił Śląsk w poszukiwaniu nowej pracy.
Muerte
Johannes Kepler Zmarł w 1630 r. w Ratyzbonie, podróżując z rodziną z Linzu do Saganu. Na jego nagrobku wyryto następujące epitafium, które wykonał:
„Zmierzyłem niebiosa, a teraz mierzę cienie.
Na niebie świecił duch.
Na ziemi spoczywa ciało".
Praca naukowa
W roku 1594, kiedy Johannes Kepler Opuścił miasto Tybinga i udał się do Grazu w Austrii, stworzył hipotezę o złożonej geometrii, aby spróbować wyjaśnić separacje między orbitami planet, które w tamtych czasach błędnie uważano za kołowe.
Analizując swoją hipotezę, Kepler doszedł do wniosku, że Orbita planety były eliptyczne. Ale te pierwsze dedukcje pokrywały się tylko w 5% z rzeczywistością. Stwierdził również, że Słońce jest tym, które wywiera siłę, której wielkość maleje odwrotnie proporcjonalnie do odległości i powoduje, że planety poruszają się po swoich orbitach.
W roku 1596 zdołał opublikować traktat Mysterium Cosmographicum. Znaczenie tej pracy wynika z faktu, że była ona wyrazem pierwszego obszernego i wiarygodnego naukowego wykazania geometrycznych zalet teorii Kopernika.
W następnym roku, w 1597, opublikował Mysterium Cosmographicum, w którym pozostawia wyraźny dowód na udogodnienia, które z pozycji nauk geometrycznych wywodzi się z teorii heliocentryzmu.
Johannes Kepler Był profesorem astronomii i matematyki na Uniwersytecie w Grazu od 1954 do 1600 roku, kiedy to zaproponowano mu stanowisko asystenta duńskiego astronoma Tycho Brahe w praskim obserwatorium. Zanim Brahe zmarł w 1601 r., Kepler objął stanowisko cesarskiego matematyka i nadwornego astronoma cesarza Rudolfa II.
Spośród jego prac powstałych w tym okresie jedną z najistotniejszych jest Astronomia Nova, opublikowana w 1609 roku. Była to wspaniała kompilacja jego żmudnych wysiłków w celu obliczenia orbity planety Mars, dla której starał się niemal wyłącznie uchwycić w to jego obliczenia na orbicie tej planety.
W Astronomia Nova przedstawia dwa ze swoich trzech dobrze znanych praw ruchu planet, które dziś nazywane są prawami Keplera. W roku 1610 opublikował Dissertatio cum Nuncio Sidereo, które dotyczyło obserwacji Galileusza Galilei.
W następnym roku, dzięki pomocy teleskopu, mógł dokonać własnych obserwacji dotyczących satelitów opisanych przez włoskiego naukowca, publikując wyniki tych obserwacji w swojej pracy Narratio de Observatis Quatuor Jovis Satelitibus.
W roku 1612 został mianowany matematykiem państw austriackich. Na tym stanowisku zamieszkał w Linzu, gdzie napisał książkę Harmonices Mundi, Libri (1619), w której dla wykazania zależności liniowej ustanowił swoje trzecie prawo średniej odległości planety od Słońca.
w tym samym okresie Johannes Kepler publikuje Epitome Astronomiae Copernicanae (1618-1621), gdzie udaje mu się zebrać wszystkie swoje odkrycia w jednej publikacji.
Takie samo znaczenie miał jego pierwszy podręcznik astronomii, oparty na zasadach Kopernika, który w następnych trzech dekadach wywarł niezwykły wpływ, przyciągając wielu astronomów do kopernikanizmu keplerowskiego.
Ostatnią istotną pracą opublikowaną jeszcze za życia Keplera były Tablice Rudolfińskie z 1625 roku. Na podstawie informacji zebranych przez Brahe, nowe tablice dotyczące ruchu planet zdołały zredukować średnie błędy rzeczywistego położenia planety. planeta od 5° do 10′.
Później angielski matematyk i fizyk Sir Isaac Newton przyjął za podstawę teorie i obserwacje Johannesa Keplera, jako teoretyczną podstawę do sformułowania jego prawa powszechnego ciążenia.
Jeśli jesteś zainteresowany, możesz również zobaczyć Biografia Isaaca Newtona.
Kepler wniósł również istotny wkład w optykę, zdołał sformułować następujące elementy:
- Podstawowe prawo fotometrii
- Pełne odbicie
- Pierwsza teoria nowoczesnej wizji
- Opracował system nieskończoności, poprzednik rachunku nieskończoności Leibnitza i Newtona.
Trzy prawa Keplera
Niemiecki astronom stworzył trzy dobrze znane prawa, które noszą jego imię, po przeanalizowaniu danych z dużej liczby obserwacji dokonanych przez Tycho Brahe (1546-1601) dotyczących ruchów planet, w szczególności Marsa.
Johannes Keplerposługując się niezwykle skomplikowanymi obliczeniami, udało się wywnioskować, że istnieją istotne różnice między obliczoną trajektorią, którą zajmie planeta Mars, a obserwacjami Brahe'a, różnice, które w niektórych przypadkach sięgały 8 minut łuku, w rzeczywistości obserwacje Brahe'a miały dokładność około 2 minut łuku.
Te odkryte różnice pomogły mu odkryć prawdziwą orbitę Marsa i innych planet Układu Słonecznego.
1. Prawo Orbity eliptyczne
Kepler utrzymywał, wbrew teorii kołowej, że orbity planet są elipsami, które mają mały mimośród, w których w jednym z jej ognisk znajduje się Słońce. Jeśli przyjrzysz się jej uważnie, odniesiesz wrażenie, że elipsa jest pierwotnie lekko spłaszczonym kołem.
Teoretycznie elipsą nazywa się płaską i zamkniętą krzywą, w której suma odległości do ognisk (punktów stałych, F1 i F2) od dowolnego z tworzących ją punktów M jest stała i równa długości główna oś elipsy (segment AB). Mniejsza oś elipsy to odcinek CD, jest prostopadły do odcinka AB i przecina go pośrodku.
Mimośród reprezentuje stopień modyfikacji elipsy. Mimośród zera nie istnieje, więc byłby to idealny okrąg. Im większa modyfikacja mimośrodu, tym większa liczba kątów elipsy.
Orbity o kątach równych jeden nazywane są orbitami parabolicznymi, a te większe od jednego nazywane są orbitami hiperbolicznymi.
Jeżeli odległość między ogniskami F1F2 jest równa zeru, tak jak w przypadku koła, mimośród również wyniesie zero.
Kepler doszedł do wniosku, że orbity planet są eliptyczne, z niewielką modyfikacją lub falistością. W przypadku planety Ziemia wartość sinusity wynosi 0.017, planetą o największym stopniu modyfikacji w swojej elipsie jest Pluton z 0.248, tuż za nim znajduje się Merkury z 0.206.
2. prawo orbit
Wektor promienia łączący planety ze środkiem Słońca może pokryć te same obszary w tym samym czasie. Prędkość orbitalna planety, czyli prędkość, z jaką porusza się ona po swojej orbicie, jest zmienna, odwrotnie proporcjonalna do odległości od Słońca, stąd wniosek, że przy większej odległości prędkość orbitalna będzie mniejsza, natomiast w na krótszych dystansach prędkość orbitalna będzie wyższa.
Prędkość orbitalna planet będzie maksymalna, gdy znajdą się w punkcie swojej orbity najbliżej Słońca, co nazywa się peryhelium, i będą miały minimalną prędkość w swoim najdalszym punkcie od Słońca, zwanym aphelium.
Wektor planety to wyobrażona linia, która w danej chwili łączy środek planety ze Słońcem. Z drugiej strony, ten wektor orbitalny będzie równy sumie odstępów czasu, które planeta potrzebuje na przejście od jednego wektora do drugiego, aż do zakończenia jednego obrotu.
Dzięki wnioskom, do których doszedł Kepler z analizy orbit eliptycznych, stwierdził, że ponieważ roślina znajdowała się bliżej Słońca, powinna poruszać się szybciej, stwierdzając, że czas, w którym planeta przemieszcza się z jednego wektora na drugi, powinien być taki sam dla wszystkich transfery przez następujące wektory.
3. Prawo harmoniczne i gwiazda Keplera
W miesiącu październiku 1604 roku Johannes Kepler był w stanie zobaczyć supernową w naszej Galaktyce, która później została ochrzczona nazwą gwiazdy Keplera. Tę samą supernową mogli zobaczyć inni europejscy naukowcy, tacy jak Brunowski w Pradze, który korespondował z Keplerem, Altobellim w Weronie, Claviusem w Rzymie oraz Caprą i Mariusem w Padwie.
Kepler, opierając się na pracy Brahe, dokonał szczegółowej analizy tej pojawiającej się supernowej, w swojej książce De Stella Nova in Pede Serpentarii, w jej tłumaczeniu, Nowa Gwiazda u stóp Wężownika, kładąc podwaliny pod swoją teorię, że Wszechświat jest zawsze w ruchu i że podlega ważnym modyfikacjom.
Intensywność gwiazdy była taka, że można ją było obserwować gołym okiem w ciągu 18 miesięcy od jej pojawienia się. Ta gwiazda supernowej znajduje się zaledwie 13.000 XNUMX lat świetlnych od Ziemi.
W konsekwencji nie było możliwe zaobserwowanie kolejnej supernowej w naszej własnej galaktyce. Ze względu na ewolucję jasności gwiazdy, która została zmierzona i zaobserwowana, dziś uważa się, że jest to supernowa typu I.
Podsumowanie prac Keplera
W wyniku prowadzonych przez całe życie badań, Johannes Kepler Opublikował następujące prace, które zostały ułożone chronologicznie:
- Tajemnica kosmograficzna (Tajemnica kosmiczna, 1596).
- Astronomiae Pars Optica (Optyczna część astronomii, 1604).
- De Stella nova w pede Serpentarii (Nowa gwiazda u stóp Wężownika, 1604). 17 października 1604 Kepler zaobserwował pojawienie się nowej gwiazdy. Obserwacja, którą potwierdzili inni astronomowie europejscy, głęboko wzbudziła jego ciekawość. Oprócz zainteresowania z astronomicznego punktu widzenia było to istotne pytanie filozoficzne, ponieważ Kepler zawsze bronił teorii, że wszechświat nie jest czymś statycznym. Obecnie wiadomo, że Gwiazda Keplera była supernową I klasy.
- Astronomia nowa (Nowa astronomia, 1609).
- Dioptrii (dioptrii, 1611). Ze względu na krótkowzroczność, na którą cierpiał, Kepler zawsze interesował się optyką. Praktyczne wnioski z tej pracy dały początek okularom lub soczewkom, które pomogły osobom krótkowzrocznym i starczowzrocznym lepiej widzieć, przyczyniając się również do zaprojektowania nowego teleskopu, który przez lata służył do obserwacji astronomicznych, który otrzymał nazwę teleskopu Keplera. .
- De Vero Anno quo Aeternus Dei Filius Humanam Naturam in Utero Benedictae Virginis Mariae Assumpsit (1613). Ze względu na szczególną wiedzę, którą zdobył, Johannes Kepler napisał tę ciekawą i krótką pracę, w której za pomocą danych naukowych wykazał, że Jezus urodził się w 4 roku p.n.e.
- Uosobienie astronomiae Copernicanae (opublikowana w trzech częściach, 1618-1621).
- Zharmonizuj świat (Harmonia światów, 1619).
- Tabulae Rudolphinae (1627).
- Somnium , , , , , , , , , , , , ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, , (Sen, 1634), to opowieść fantasy, w której bohaterowie mogą majestatycznie obserwować spektakl Ziemi obracającej się wokół siebie. Dzięki tej pracy można było stwierdzić, że Kepler był pierwszym w historii autorem science fiction.
Oprócz pracy jako astronom i matematyk, Johannes Kepler Stał się bardzo ważnym astrologiem. Dwie bardzo istotne prognozy, pierwsza dotycząca plonów, a druga dotycząca tego, kto wygra bitwę z Turkami, dały mu prestiż, uważany za mistrza w sztuce interpretacji wyroczni Gwiazdy.
Ta działalność, z której Kepler nie był szczególnie dumny, była w stanie zapewnić mu znaczne dochody ekonomiczne w czasie, gdy jego dochody przechodziły trudne czasy.
Tak się z nim nie zgadzał, że podobno Johannes Kepler powiedział nawet, że astrologia nierządnicy powinna wspierać jej matkę, astronomię, ponieważ zarobki matematyków są tak skromne, że matka nieuchronnie musiałaby głodować, gdyby córka nie miała pożywienia. To stwierdzenie nie pozostawia wątpliwości co do poglądu Keplera na astrologię.
- Tablice Rudolfińskie. Nie jest to dzieło Johannesa Keplera tak sławne jak jego znane prawa ruchu planet, a mimo to stanowią jedno z najważniejszych dzieł szczytowych Keplera, ponieważ są istotnym elementem w początkach nowej astronomii.
Tabele te były pierwotnie dziełem zleconym przez króla Rodolfa II, dlatego noszą imię Rudolfinas. Pierwotnie powierzono je Tycho Brahe, ale z powodu jego śmierci praca została następnie powierzona Keplerowi, który zastosował swoje nowe teorie w jej opracowaniu, aby udoskonalić obliczenia pozycji Słońca i Księżyca.
To pozwoliło mu obliczyć czasy zaćmień, nie tylko w tym czasie, ale dla dowolnej daty, czy to przed, czy po epoce chrześcijańskiej.
Analizując to, można stwierdzić, że Tablice były dziełem iście tytanicznym, pokazującym setki stron z tysiącami obliczeń, jakie Kepler musiał wykonać w ciągu 22 długich lat. Szczęśliwie dla niego, wykonując dużą liczbę obliczeń, Kepler mógł się posłużyć, gdyż zostały one już wprowadzone do nauk matematycznych, logarytmami Napiera, których praktykę Kepler udoskonalił.
Znaczenie Las Tablas Rudolfinas było tak duże, że przez ponad 200 lat miały zasadniczy wpływ na przygotowanie kalendarzy efemeryd i nawigację.