Solar system (only 6 planets shown) by NASA and Kepler by unknown artist via Wikimedia Commons.
December 27, 1571. Ma 446 éve született Johannes Kepler német csillagász és matematikus. Azért emlékezünk rá, mert hitt a kopernikuszi modellben – a Nap- és nem a Föld-központú naprendszerben -, amikor kevesen hittek, és mert a bolygómozgás három híres törvényén keresztül megmutatta az elmélet igazságát. Ismeretes továbbá a fénytörés tudományának – a fény színösszetevőire való felosztása – és a szemüvegkorrekció alaptudományának kidolgozásáról is.
Kepler a németországi Weil der Stadtban született szegény családban. A 16. században még a vallás volt felelős a lakosság oktatásáért, így Kepler egyházi iskolákban tanult. A tubingeni egyetemen kezdte meg tanulmányait 1589-ben. Teológus szeretett volna lenni, de Isten iránti félelme a csillagászat felé terelte. Kepler munkájának célja mindig vallási volt: meg akarta érteni a világegyetemet, hogy megértse Istent.
Kepler matematikatanára, Michael Maestlin német csillagász kölcsönadta Keplernek Kopernikusz De revolutionibus orbium coelestium (Az égi szférák forgásáról) című könyvének egy kommentált példányát. Abban az időben a tudósok körében már régóta elfogadott volt a Föld-központú világegyetem gondolata. Kopernikusz Nap-központúságról alkotott nézetét a tudósok az ő életében nem fogadták el, de Kepler azt mondta, hogy érezte benne Isten munkáját. Úgy döntött, hogy életét annak szenteli, hogy bebizonyítsa Kopernikusz elméletének helyességét. Azt írta:
Sokkal jobban szeretem egyetlen értelmes ember legélesebb kritikáját, mint a tömegek meggondolatlan helyeslését.
1595-ben Kepler matematikát tanított egy középiskolában. Nem volt jó tanár, mivel nem volt dinamikus, és gyakran motyogott magában. Egy nap tanítás közben mélyreható (bár helytelen) kinyilatkoztatásban volt része. Úgy gondolta, hogy az akkor ismert hat bolygó (Merkúr, Vénusz, Föld, Mars, Jupiter és Szaturnusz) egymástól való távolsága megmagyarázható a gömbök és az öt platóni szilárd test be- és körülírásával. Azt írta:
A Föld a gömb, mindennek a mértéke; körülötte írjunk le egy dodekaédert; az ezt tartalmazó gömb lesz a Mars. A Mars körül írj le egy tetraédert; az ezt tartalmazó gömb lesz a Jupiter. Írjatok le egy kockát a Jupiter körül; az ezt tartalmazó gömb a Szaturnusz lesz. Most írjatok a Földbe egy ikozaédert: a beleírt gömb lesz a Vénusz: írjatok a Vénuszba egy oktaédert: a beleírt kör lesz a Merkúr.”
Ez a munka hamisnak bizonyult, de eleinte igaznak tűnt, mivel a Jupiter kivételével minden bolygó esetében 5 százalékos pontosságú egyezés volt. Kepler még évekig dolgozott az ötleten, és próbálta bebizonyítani, hogy igaz.
Kepler Naprendszere a Mysterium Cosmographicum című művéből, 1596, a Wikimedia Commonson keresztül.
1600-ban a korai csillagász, William Gilbert kiadta híres korai munkáját, a De Magnete címűt, amelyben a Föld mágneses természetéről értekezett. Kepler megragadta a gondolatot, hogy a mágnesesség kulcsfontosságú lehet egy olyan rendszer megtalálásához, amely megmagyarázza a Mars retrográd mozgását. Ismét tévedett, de mint oly gyakran a tudományban, a tévutak bejárása végül egy nagyszerű felfedezéshez vezetett.
Bővebben:
Keplernek pontos adatokra volt szüksége ahhoz, hogy megnyerje az általa Mars elleni háborúnak nevezett harcot. De tudta, hogy a korabeli csillagászati adattáblák pontatlanok, és nem lennének alkalmasak a feladatra. Eközben, szintén 1600-ban Tycho Brahe dán csillagász éppen azon volt, hogy sokkal pontosabb csillagászati adatokat szerezzen a bolygók helyzetéről. Meghívta Keplert a Prága melletti várába és csillagvizsgálójába, Uraniborgba.
A két csillagász eleinte nem jött ki egymással. Kepler az égbolt rejtélyét akarta megoldani; Tycho nem igazán akarta megosztani az adatait, és az idejét a vendégek szórakoztatásával és ivással töltötte.
Mindössze egy évvel Kepler érkezése után azonban Tycho különös körülmények között meghalt, és csillagászati méréseit Keplerre hagyta.
Bővebben Tycho Brahe nagy hozzájárulásáról
Kepler 1. törvénye kimondja, hogy a bolygók ellipszis alakú pályán mozognak a Nap körül, ahol a Nap az ellipszis egyik fókuszában van. Image via OneMinuteAstronomer.
Tycho adatai lehetővé tették Kepler számára, hogy finomítsa a bolygómozgásra vonatkozó modelljét. Ez vezetett ahhoz, hogy megalkossa azt, amit ma Kepler három bolygómozgási törvényének nevezünk. A bolygómozgás első törvénye kimondja:
A bolygók ellipszis alakú pályán mozognak a Nap körül, ahol a Nap az egyik gyújtópont.”
Kepler azt írta:
Majdnem az őrületbe kergetett a dolog mérlegelése és kiszámítása. Nem tudtam rájönni, hogy a bolygó miért menne inkább elliptikus pályára. Ó, nevetséges én! A fizikai alapelvekből levezetett, a tapasztalattal megegyező érveléssel a bolygó pályájára nem maradt más alakzat, mint a tökéletes ellipszis.”
Kepler 2. törvényének illusztrációja. Image via Gonfer via Wikimedia Commons.
A bolygómozgás második törvénye kimondja:
Egy keringő bolygó egyenlő időközökben egyenlő területeket söpör végig.
1619-ben Kepler kihirdette a bolygómozgás harmadik törvényét:
A keringési idő négyzete a félnagytengellyel (a bolygó és a Nap közötti leghosszabb távolság) négyzetével ad egy állandót.
Kepler munkája volt az alapja Isaac Newton munkájának a gravitáció működésének meghatározásában és magyarázatában. Newton Kepler törvényeit használta fel a világegyetem gravitációs törvényének megfogalmazásához. Ez maradt a gravitáció (és ezáltal a kozmosz egészének) legerősebb megértése, amelyet a világ valaha ismert, egészen addig, amíg Albert Einstein meg nem jelent a színen a 20. század elején.”
Az ábrán 2 bolygó pályája látható, amelyen Kepler mindhárom törvénye szerepel. Bővebben erről a képről, amely a Wikimedia Commonson keresztül érhető el.
A csillagászat mellett Kepler az optika iránt is érdeklődött. Megmagyarázta, hogyan működik egy távcső, hogyan történik a fénytörés a szemünkben, és a mélységérzékelés jelenségét, vagyis azt, hogy mindkét szemre szükség van a harmadik dimenzió érzékeléséhez. Azt is elmagyarázta, hogy a szemüveglencsék hogyan kompenzálják a rossz látás okozta torzulásokat, ami a mai látáskorrekciós gyakorlat tudományos alapját képezi.
Kepler egész életében vallásos szemléletet vallott tudományos munkájáról. Úgy érezte, mintha egyre közelebb kerülne a természet megértéséhez, és ezáltal közelebb Istenhez.
1630. november 15-én halt meg Regensburgban betegség következtében. Ma a történelem egyik legnagyobb tudósaként emlékezünk rá. Róla nevezték el a NASA nagy teljesítményű és sikeres Kepler bolygóvadászát.
Művészi elképzelés a Kepler bolygóvadász űrszondáról, amint a Cygnus csillagképet nézi, a NASA közvetítésével.
Alul: A Kepler ma 445 évvel ezelőtt született. A bolygómozgásra vonatkozó három törvényéről, valamint az optika és a geometria területén végzett munkájáról emlékeznek rá.
Daniela Breitman – kanadai író, korábban a From Quarks to Quasars – jelenleg alkalmazott tudományokat tanul, célja, hogy asztrofizikus legyen. Amatőr fotós, emellett szereti az írást és az irodalmat, és nagy sci-fi rajongó. Valójában sok mindenért rajong.