Ви коли-небудь замислювалися, хто це був? Йоганнес Кеплер? Ну, він був дуже важливим німецьким ученим, який виділявся своїми знаннями в астрономії та філософії, він прийшов створити і продемонструвати існування трьох законів руху планет, які сьогодні називають законами Кеплера. Запрошуємо вас прочитати цю статтю, щоб дізнатися більше про його життя та діяльність.
Біографія Йоганна Кеплера
У свій час Йоганнес Кеплер це було настільки важливо, що він прийшов працювати разом з Тихо Браге, пізніше замінивши його на посаді імперського математика Рудольфа II. Завдяки його надзвичайним досягненням Міжнародний астрономічний союз охрестив місячну астроблему з іменем Кеплера в 1935 році. Давайте дізнаємося трохи більше про його життя
Дитинство
Роком його народження був 1571 рік у німецькому місті Вюртемберг, яке тоді було герцогством. З дитинства він страждав багатьма недугами, такими як короткозорість, болі шлунка, і його мучили головні болі. Коли йому було три роки, він захворів на віспу, наслідками якої було надзвичайно виснаження зору.
Хоча він завжди мав серйозні проблеми зі здоров’ям, він завжди був розумною дитиною, з великим розумом, який любив справляти велике враження на людей, які зупинялися в гуртожитку його матері, використовуючи свої надзвичайні здібності до математики. У 1584 році йому вдалося вступити до протестантської семінарії в місті Адельберг.
дослідження
Завдяки своєму доведеному розуму, у 1589 році він почав вивчати теологію в Тюбінгенському університеті. Опинившись там, він мав можливість мати Местліна своїм учителем математики, який уже мав знання про геліоцентричну теорію Коперника і широко поділяв її.
Кеплер дотримувався вчення Піфагора і вважав, що Бог є найбільшим геометром, творцем гармонійного всесвіту, спостерігаючи в простоті піфагорійської теорії характеристику творчого плану Бога. Він продовжував навчатися в Тюбінгені, навіть отримавши ступінь магістра в 1591 році.
Шлюб
Йоганнес Кеплер він був одружений двічі. Його перший шлюб, результат абсолютної зручності, відбувся 27 квітня 1597 року з міс Барбарою Мюллер. Цей шлюб, укладений його родичами, зробив його парою повненької жінки, простого духу, яка мала огидний характер.
академічна кар'єра
У 1594 році він покинув Тюбінген, щоб поїхати до Граца, міста, розташованого в Австрії, де він продовжив свою кар'єру професора в університеті, викладаючи арифметику, геометрію та риторику, встигаючи присвятити свій вільний час хобі, яке було астрономії.
Ми маємо на увазі час, коли різниця між вірою та наукою не була повністю визначена, а механіка руху небесних тіл ще була практично невідомою. Насправді стверджувалося, що такі рухи підкоряються божественним законам.
Перебуваючи в Граці, він опублікував альманахи з астрологічними прогнозами, які склав Кеплер, хоча він не погоджувався з деякими рекомендаціями.
Потім, у 1600 році, на запрошення відомого астронома Тихо Браге, який спілкувався з Кеплером, прочитавши його публікації, він переїхав жити в місто Прагу, яка сьогодні є столицею Чеської Республіки. Професор Браге помер наступного року, і Кеплер обійняв посаду придворного математика і астронома імператора.
Довго Йоганнес Кеплер Він підтримував теорію, яка поєднувала геоцентризм з геліоцентризмом, щоб пізніше перетворити свої геоцентричні проекти на геліоцентризм. Хоча він досяг своєї мети, він продовжував знаходити серйозні розбіжності між шляхом, який, за його розрахунками, мали пройти небесні тіла, і тим, який вони насправді пройшли.
Цей висновок спонукав його припустити, що, складаючи Сонце тіло, від якого виходить сила, яка змушує планети обертатися в їхньому оточенні, коли шлях між планетою і Сонцем збільшувався, швидкість, з якою здійснювався рух, доводилося зменшувати. Щоб зробити це твердження, йому довелося позбутися прийнятої тисячі років тому концепції про те, що маршрут, який прокладають небесні тіла, проходив за допомогою кругових орбіт.
У 1612 році він отримав почесну посаду математика земель Верхньої Австрії, що складали округ Лінц. Незважаючи на отримані відзнаки та його відкриття, Йоганнес Кеплер він був не задоволений.
Він був переконаний, що гармонія і простота — це правила, які керують Всесвітом, тому він завжди шукав простого співвідношення, за допомогою якого можна було б час обертання планет, відомі сьогодні як періоди обертання, і відстань до планет. пояснити.
Йоганнес Кеплер Йому знадобилося більше дев'яти років, щоб отримати це просте співвідношення і перейти до формулювання третього закону руху планет, згідно з яким орбітальний період планети пропорційний великій півосі еліпса, піднятий у степені 3/2.
У 1628 році він вступив, щоб надати свої послуги наказу А. фон Валленштейна в місті Саган, тодішньої провінції Сілезії, який дав йому слово скасувати борг, який корона уклала з ним у роки, що пройшли, але він так і не виконав їх. Лише за місяць до його смерті через лихоманку, Йоганнес Кеплер він покинув Сілезію, щоб знайти нову посаду.
Смерть
Йоганнес Кеплер Він помер у 1630 році в місті Регенсбурзі, подорожуючи зі своєю родиною з Лінца до Сагана. На його надгробку була вигравірувана така створена ним епітафія:
«Я виміряв небеса, а тепер вимірюю тіні.
На небі сяяв дух.
На землі відпочиває тіло».
наукова робота
У 1594 р., коли Йоганнес Кеплер Він залишив місто Тюбінген і відправився в Грац, в Австрії, він створив гіпотезу складної геометрії, щоб спробувати пояснити поділ між орбітами планет, які в той час помилково вважалися круговими.
Аналізуючи свою гіпотезу, Кеплер прийшов до висновку, що Орбіта планети були еліптичними. Але ті перші відрахування збіглися з реальністю лише на 5%. Він також стверджував, що Сонце чинить силу, величина якої зменшується обернено пропорційно відстані і змушує планети рухатися навколо своїх орбіт.
У 1596 році йому вдалося опублікувати трактат під назвою Mysterium Cosmographicum. Важливість цієї роботи пов’язана з тим, що вона була виразом першої обширної та правдоподібної наукової демонстрації геометричних переваг теорії Коперника.
Наступного року, в 1597 році, він опублікував Mysterium Cosmographicum, в якому залишає чіткі докази переваг, які, з позиції геометричної науки, випливають з теорії геліоцентризму.
Йоганнес Кеплер Він був професором астрономії та математики в університеті Граца з 1954 по 1600 рік, коли йому запропонували посаду асистента датського астронома Тихо Браге в Празькій обсерваторії. До моменту смерті Браге в 1601 році Кеплер обійняв посаду імперського математика і придворного астронома імператора Рудольфа II.
З його праць, створених у той період, однією з найактуальніших є Astronomia Nova, опублікована в 1609 році. Це була велика компіляція його копітких зусиль щодо обчислення орбіти планети Марс, для якої він намагався майже виключно зняти в це його обчислення на орбіті цієї планети.
У Astronomia Nova він вводить два з трьох своїх добре відомих законів руху планет, які сьогодні називаються законами Кеплера. У 1610 році він опублікував Dissertatio cum Nuncio Sidereo, в якій розповідалося про спостереження Галілео Галілея.
Наступного року він зміг зробити власні спостереження щодо супутників, які описав італійський учений, завдяки допомозі телескопа, опублікувавши результати цих спостережень у своїй роботі Narratio de Observatis Quatuor Jovis Satellitibus.
Він був призначений математиком австрійських держав у 1612 році. Перебуваючи на цій посаді, він оселився в Лінці, де написав свою Harmonices Mundi, Libri (1619), в якій виклав свій третій закон, щоб продемонструвати лінійну залежність. середньої відстані від планети до Сонця.
в той же період Йоганнес Кеплер видає Epitome Astronomiae Copernicanae (1618-1621), де йому вдається зібрати всі свої відкриття в одній публікації.
Таку ж актуальність мав і його перший підручник з астрономії, заснований на принципах Коперника і який у наступні три десятиліття справив надзвичайний вплив, привернувши багатьох астрономів до кеплеріанського коперніканства.
Останньою відповідною роботою, опублікованою ще за життя Кеплера, були Таблиці Рудольфіна в 1625 році. На основі інформації, зібраної Браге, нові таблиці про рух планет змогли зменшити середні похибки реального положення планети від 5° до 10′.
Пізніше англійський математик і фізик Ісаак Ньютон взяв за основу теорії та спостереження Йоганнес Кеплер, як теоретичну основу для формулювання його закону всесвітнього тяжіння.
Якщо вам цікаво, ви також можете подивитися Біографія Ісаака Ньютона.
Кеплер також зробив важливий внесок у оптику, зумівши сформулювати наступне:
- Основний закон фотометрії
- Повне відображення
- Перша теорія сучасного бачення
- Він розробив нескінченно малу систему, попередницю обчислення нескінченно малих Лейбніца і Ньютона.
Три закони Кеплера
Німецький астроном створив три відомі закони, які носять його ім'я, проаналізувавши дані великої кількості спостережень Тихо Браге (1546-1601) про рух планет, зокрема на планеті Марс.
Йоганнес Кеплер, використовуючи надзвичайно складні обчислення, вдалося зробити висновок, що існують відповідні відмінності між розрахованою траєкторією, яку пройде планета Марс, і спостереженнями Браге, відмінності, які в деяких випадках досягали 8 кутових хвилин, насправді спостереження Браге мали з точністю близько 2-х хвилин.
Ці знайдені відмінності допомогли йому дізнатися, якою була справжня орбіта планети Марс та інших планет Сонячної системи.
1 закон Еліптичні орбіти
Кеплер вважав, всупереч циркулярній теорії, що орбіти планет — це еліпси, які мають малий ексцентриситет і в якому Сонце розташоване в одному зі своїх фокусів. Якщо ви уважно подивитеся на нього, то у нас складається враження, що еліпс спочатку — це коло, яке було трохи сплющено.
Теоретично еліпсом називається плоска і замкнута крива, в якій сума відстані до фокусів (фіксованих точок, F1 і F2) від будь-якої з точок M, що її утворюють, є постійною і дорівнює довжині велика вісь еліпса (відрізок АВ). Мала вісь еліпса — відрізок CD, перпендикулярна до відрізка АВ і перетинає його посередині.
Ексцентриситет представляє ступінь модифікації еліпса. Ексцентриситет, рівний нулю, не існує, тому це було б ідеальне коло. Чим більше зміна ексцентриситету, тим більше кутів еліпса.
Орбіти з кутами, рівними одиниці, називаються параболічними, а більші за одиницю — гіперболічними.
Якщо відстань між фокусами F1F2 дорівнює нулю, як у випадку кола, ексцентриситет також дорівнюватиме нулю.
Кеплер зробив висновок, що орбіти планет еліптичні, з невеликою модифікацією або звивистістю. У випадку планети Земля значення синусії дорівнює 0.017, планета з найбільшим ступенем модифікації в своєму еліпсі - це Плутон з 0.248, за яким близько слідує Меркурій з 0.206.
2-е закон орбіт
Радіус-вектор, який з’єднує планети з центром Сонця, може охоплювати ті самі області за один і той же час. Орбітальна швидкість планети, яка є швидкістю, з якою вона рухається по своїй орбіті, змінна, обернено пропорційна відстані від Сонця.З цієї причини робиться висновок, що на більшій відстані орбітальна швидкість буде меншою. , тоді як на менших відстанях орбітальна швидкість буде вищою.
Орбітальна швидкість планет буде максимальною, коли вони знаходяться в точці своєї орбіти, найближчій до Сонця, яка називається перигелієм, і вони матимуть мінімальну швидкість у своїй найвіддаленішій від Сонця точці, яка називається афелієм.
Вектор планети — це уявна лінія, яка в даний момент з’єднує центр планети з Сонцем. З іншого боку, цей орбітальний вектор дорівнюватиме сумі часових інтервалів, за які планета переходить від одного вектора до іншого, поки не завершить один оберт.
З висновками Кеплера під час аналізу еліптичних орбіт він виявив, що, оскільки рослина знаходиться ближче до Сонця, вона повинна рухатися швидше, виявивши, що час переміщення планети від одного вектора до іншого має бути однаковим для всіх. переносить наступними векторами.
3-й. Гармонічний закон і зірка Кеплера
У жовтні 1604 р. Йоганнес Кеплер зміг побачити наднову в нашій Галактиці, яка пізніше буде охрещена іменем зірки Кеплера. Цю саму наднову могли бачити й інші європейські вчені, наприклад Бруновський у Празі, який листувався з Кеплером, Альтобеллі у Вероні та Клавіусом у Римі, а також Капра та Маріусом у Падуї.
Кеплер, спираючись на роботу Браге, зробив детальний аналіз цієї наднової, що з’явилася, у своїй книзі De Stella Nova in Pede Serpentarii, шляхом її перекладу «Нова зірка у підніжжі Змієносця», заклавши основи своєї теорії про те, що Всесвіт завжди в русі, і що на нього впливають важливі модифікації.
Інтенсивність зірки була такою, що її можна було спостерігати неозброєним оком протягом 18 місяців після її появи. Ця наднова зірка розташована всього в 13.000 XNUMX світлових років від планети Земля.
Згодом не вдалося спостерігати іншу наднову всередині нашої галактики. Через еволюцію яскравості зірки, яку виміряли та спостерігали, сьогодні вважається, що це наднова типу I.
Короткий зміст праць Кеплера
В результаті його досліджень, проведених протягом усього життя, Йоганнес Кеплер Він опублікував такі роботи, які були впорядковані в хронологічному порядку:
- Mysterium cosmographicum (Космічна містерія, 1596).
- Astronomiae Pars Optica (Оптична частина астрономії, 1604).
- З Stella nova в pede Serpentarii (Нова зірка у підніжжя Змієносця, 1604). 17 жовтня 1604 року Кеплер спостерігав появу нової зірки. Спостереження, підтверджене іншими європейськими астрономами, глибоко збудило його цікавість. Крім інтересу з астрономічної точки зору, це було суттєве філософське питання, оскільки Кеплер завжди захищав теорію про те, що Всесвіт не є чимось статичним. Тепер відомо, що зірка Кеплера була надновою класом I.
- нова астрономія (Нова астрономія, 1609).
- діоптрія (Діоптрій, 1611). Виходячи з короткозорості, на яку він страждав, Кеплер завжди цікавився оптикою. Практичні висновки цієї роботи привели до створення окулярів або лінз, які допомагали людям з короткозорістю і пресбіопією краще бачити, а також сприяли створенню нового телескопа, який роками використовувався для астрономічних спостережень, який отримав назву телескопа Кеплера. .
- De Vero Anno quo Aeternus Dei Filius Humanam Naturam in Utero Benedictae Virginis Mariae Assumpsit (1613). Завдяки особливим знанням, які він набув, Йоганнес Кеплер написав цю курйозну та коротку роботу, в якій за допомогою наукових даних продемонстрував, що Ісус народився в 4 році до н.е.
- Epitome astronomiae Copernicanae (видано в трьох частинах, 1618-1621).
- Гармонізуйте світ (Гармонія світів, 1619).
- Tabulae Rudolphinae (1627).
- Сомніум («Сон», 1634) — це фантастична історія, в якій головні герої можуть велично спостерігати за видовищем, як Земля обертається на себе. Завдяки цій роботі можна було стверджувати, що Кеплер був першим автором наукової фантастики в історії.
Окрім роботи астронома та математика, Йоганнес Кеплер Він став дуже важливим астрологом. Два прогнози, які були дуже актуальними: перший стосувався посівів, а другий — того, хто виграє битву проти турків, надали йому престиж, оскільки він вважався майстром мистецтва тлумачення оракулів Зірки.
Ця діяльність, якою Кеплер не особливо пишався, змогла дати йому значний економічний дохід у той час, коли його доходи переживали важкі часи.
Його незгода була така, що Йоганнес Кеплер, кажуть, навіть сказав, що астрологія блудниці повинна підтримувати її матір, астрономію, тому що зарплата математиків настільки мізерна, що матері неминуче доведеться голодувати, якби дочка не отримувала прожитку. Це твердження не залишає сумнівів щодо погляду Кеплера на астрологію.
- Столи Рудольфіна. Це не така відома робота Йоганна Кеплера, як його добре відомі закони руху планет, і, незважаючи на це, вони становлять одну з найважливіших вершинних робіт Кеплера, оскільки є важливим елементом на початку нової астрономії.
Ці таблиці спочатку були створені на замовлення короля Родольфо II, тому вони носять ім’я Рудольфіна. Спочатку вони були довірені Тихо Браге, але через його смерть потім робота була довірена Кеплеру, який застосував свої нові теорії при її розробці, щоб удосконалити розрахунки положень Сонця та Місяця.
Це дозволило йому розрахувати час, коли відбудуться затемнення, не тільки в цей час, а й на будь-яку дату, до або після християнської ери.
Аналізуючи це, можна зробити висновок, що «Таблиці» були справді титанічною роботою, яка демонструє сотні сторінок з тисячами обчислень, які Кеплер мав зробити протягом довгих 22 років. На щастя, при виконанні великої кількості обчислень Кеплер зміг використати, оскільки вони вже були введені в математичні науки, логарифми Неп'єра, практику яких Кеплер удосконалив.
Актуальність Las Tablas Rudolfinas була такою, що вони мали істотний вплив на підготовку ефемеридних календарів і на навігацію протягом понад 200 років.