I dag i videnskab: Johannes Kepler | Human World

December 27, 1571. Den tyske astronom og matematiker Johannes Kepler blev født for 446 år siden i dag. Vi husker ham for at have troet på den kopernikanske model – et solcentreret, ikke et jordcentreret solsystem – da kun få andre gjorde det, og for at have vist sandheden i teorien via sine tre berømte love for planeternes bevægelse. Han er også kendt for at have arbejdet med videnskaben om brydning – opsplitning af lys i dets farvekomponenter – og for den grundlæggende videnskab bag brillekorrektion.

Kepler blev født i Weil der Stadt i Tyskland i en fattig familie. I det 16. århundrede var religionen stadig ansvarlig for befolkningens uddannelse, og derfor studerede Kepler i religiøse skoler. Han begyndte at studere ved universitetet i Tubingen i 1589. Han ønskede at blive teolog, men hans ærefrygt for Gud førte ham til astronomi. Formålet med Keplers arbejde var altid religiøst: han ønskede at forstå universet for at forstå Gud.

Keplers matematiklærer, den tyske astronom Michael Maestlin, lånte Kepler et kommenteret eksemplar af Kopernikus’ bog De revolutionibus orbium coelestium (Om himmelsfærernes omdrejninger). På det tidspunkt havde ideen om et jordcentreret univers længe været accepteret blandt de lærde. Kopernikus’ synspunkt om solcentrerethed blev ikke accepteret af de lærde i hans levetid, men Kepler sagde, at han kunne mærke Guds arbejde i det. Han besluttede at dedikere sit liv til at bevise, at Kopernikus’ teori var korrekt. Han skrev:

Jeg foretrækker langt den skarpeste kritik fra en enkelt intelligent mand frem for massernes tankeløse godkendelse.

I 1595 underviste Kepler i matematik på et gymnasium. Han var ikke en god lærer, da han ikke var dynamisk og ofte mumlede for sig selv. En dag, mens han underviste, fik han en dybtgående (omend ukorrekt) åbenbaring. Han mente, at afstanden mellem de seks planeter, der var kendt på det tidspunkt (Merkur, Venus, Jorden, Mars, Jupiter og Saturn) kunne forklares ved at indskrive og omskrive kugler og de fem platoniske faste legemer. Han skrev:

Jorden er kuglen, målestok for alt; rundt om den beskrives et dodekaeder; den kugle, der omfatter dette, vil være Mars. Omkring Mars beskrives et tetraeder; den sfære, der omfatter dette, vil være Jupiter. Beskriv en terning omkring Jupiter; den kugle, der omfatter denne, vil være Saturn. Indskriv nu i Jorden et isosaeder, den kugle, der er indskrevet i det, vil være Venus: indskriv et oktaeder i Venus: den cirkel, der er indskrevet i det, vil være Merkur.

Dette arbejde viste sig at være falsk, men det syntes sandt i begyndelsen, da der var enighed med en nøjagtighed på 5 procent for alle planeterne, med undtagelse af Jupiter. Kepler fortsatte med at arbejde med ideen og forsøgte at bevise, at den var sand i årevis.

I 1600 udgav den tidlige astronom William Gilbert sit berømte, tidlige værk De Magnete, en diskussion af Jordens magnetiske natur. Kepler greb fat i tanken om, at magnetisme kunne være nøglen til at finde et system, der kunne forklare Mars’ baglæns bevægelse. Igen tog han fejl, men som det så ofte sker i videnskaben, førte det at gå forkerte veje ham i sidste ende til en stor opdagelse.

Læs mere:

Kepler havde brug for præcise data for at kunne vinde det, som han beskrev som krigen mod Mars. Men han vidste, at de astronomiske datatabeller fra hans tid var upræcise og ikke ville kunne klare opgaven. I mellemtiden, også i 1600, var den danske astronom Tycho Brahe i færd med at skaffe sig langt mere nøjagtige astronomiske data om planeternes positioner. Han inviterede Kepler til sit slot og observatorium, Uraniborg, nær Prag.

I begyndelsen kom de to astronomer ikke godt ud af det med hinanden. Kepler ønskede at løse himlens mysterium; Tycho ønskede ikke rigtig at dele sine data, og han brugte sin tid på at underholde gæster og drikke.

Men kun et år efter Keplers ankomst døde Tycho under mærkelige omstændigheder og testamenterede sine astronomiske målinger til Kepler.

Læs mere om Tycho Brahes store bidrag

Tychos data gjorde det muligt for Kepler at forfine sin model for planeters bevægelse. Det førte ham til at skabe det, vi i dag kalder Keplers tre love for planetarisk bevægelse. Den første lov om planeternes bevægelse siger:

Planeterne bevæger sig rundt om solen i en elliptisk bane, hvor solen er et af brændpunkterne.

Kepler skrev:

Jeg blev næsten drevet til vanvid ved at overveje og beregne denne sag. Jeg kunne ikke finde ud af, hvorfor planeten hellere ville gå på en elliptisk bane. Åh, latterlige mig! Med ræsonnementer, der er afledt af fysiske principper, og som stemmer overens med erfaringen, er der ingen anden figur tilbage for planetens bane end en perfekt ellipse.

Den anden lov om planeters bevægelse siger:

En planet i kredsløb fejer lige store områder i lige store tidsintervaller.

I 1619 bekendtgjorde Kepler sin tredje lov om planetbevægelse:

Baneperioden i kvadrat over den halvstore akse (længste afstand mellem en planet og solen) i tern giver en konstant.

Keplers arbejde var grundlaget for Isaac Newtons arbejde med at definere og forklare, hvordan tyngdekraften virker. Newton brugte Keplers love til at formulere sin lov om universets gravitation. Den forblev den mest kraftfulde forståelse af tyngdekraften (og dermed af kosmos som helhed), som verden nogensinde havde kendt, indtil Albert Einstein dukkede op på scenen i begyndelsen af det 20. århundrede.

Ud over astronomi var Kepler også interesseret i optik. Han forklarede, hvordan et teleskop fungerer, hvordan brydning sker i vores øjne, og fænomenet dybdeopfattelse, dvs. hvordan begge øjne er nødvendige for at opfatte den tredje dimension. Han forklarede også, hvordan brilleglas kompenserer for de forvrængninger, der skyldes dårligt syn, hvilket danner det videnskabelige grundlag for nutidens praksis med synskorrektion.

Selv hele sit liv havde Kepler et religiøst syn på sit videnskabelige arbejde. Han følte, at han kom tættere på at forstå naturen og dermed tættere på Gud.

Han døde den 15. november 1630 i Regensburg på grund af sygdom. I dag mindes vi ham som en af historiens største videnskabsmænd. NASA’s kraftfulde og succesfulde Kepler-planetjæger er opkaldt efter ham.

Bundlinje: Kepler blev født for 445 år siden i dag. Han huskes for sine tre love for planeternes bevægelse og sit arbejde inden for optik og geometri.