Układ Słoneczny (pokazano tylko 6 planet) autorstwa NASA oraz Kepler autorstwa nieznanego artysty via Wikimedia Commons.
27 grudnia 1571 roku. Niemiecki astronom i matematyk Johannes Kepler urodził się dziś 446 lat temu. Pamiętamy go za wiarę w model kopernikański – układ słoneczny skupiony na Słońcu, a nie na Ziemi – kiedy niewielu innych wierzyło w tę teorię, oraz za wykazanie jej prawdziwości za pomocą swoich trzech słynnych praw ruchu planet. Jest on również znany z pracy nad nauką o refrakcji – rozszczepieniu światła na jego kolory składowe – oraz z podstawowej nauki leżącej u podstaw korekcji okularów.
Kepler urodził się w Weil der Stadt, w Niemczech, w biednej rodzinie. W XVI wieku religia nadal była odpowiedzialna za edukację ludności, więc Kepler uczył się w szkołach religijnych. W 1589 r. rozpoczął studia na Uniwersytecie w Tubingen. Chciał zostać teologiem, ale jego uwielbienie dla Boga doprowadziło go do astronomii. Cel pracy Keplera był zawsze religijny: chciał zrozumieć wszechświat, aby zrozumieć Boga.
Nauczyciel matematyki Keplera, niemiecki astronom Michael Maestlin, pożyczył Keplerowi opatrzony przypisami egzemplarz książki Kopernika De revolutionibus orbium coelestium (O obrotach sfer niebieskich). W owym czasie idea wszechświata skupionego wokół Ziemi była już od dawna akceptowana przez uczonych. Pogląd Kopernika, że wszechświat jest skoncentrowany na Słońcu, nie został zaakceptowany przez uczonych za jego życia, ale Kepler powiedział, że wyczuwał w nim działanie Boga. Postanowił poświęcić swoje życie, aby udowodnić słuszność teorii Kopernika. Napisał:
Wolę najostrzejszą krytykę jednego inteligentnego człowieka niż bezmyślną aprobatę mas.
W 1595 roku Kepler uczył matematyki w szkole średniej. Nie był dobrym nauczycielem, gdyż nie był dynamiczny i często mamrotał do siebie. Pewnego dnia, podczas nauczania, doznał głębokiego (choć błędnego) objawienia. Sądził, że rozstawienie sześciu znanych wówczas planet (Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz i Saturn) można wyjaśnić poprzez wpisanie i obwiedzenie sfer oraz pięciu brył platońskich. Napisał on:
Ziemia jest kulą, miarą wszystkiego; okrąż ją opisując dodekaedr; kulą zawierającą to będzie Mars. Wokół Marsa opisać czworościan; sferą obejmującą ten czworościan będzie Jowisz. Wokół Jowisza opisać sześcian; sfera zawierająca ten sześcian to Saturn. Now, inscribe in the Earth an icosahedron, the sfera inscribed in it will be Venus: inscribe an octahedron in Venus: the circle inscribed in it will be Mercury.
This work proved false, but it seemed true at first, as there was an agreement to within 5 percent for all planet, with the exception of Jupiter. Kepler kontynuował pracę nad tą ideą, próbując udowodnić jej prawdziwość przez lata.
Układ Słoneczny Keplera z jego Mysterium Cosmographicum, 1596 via Wikimedia Commons.
W 1600 roku, wczesny astronom William Gilbert opublikował swoją słynną wczesną pracę De Magnete, dyskusję na temat magnetycznej natury Ziemi. Kepler chwycił się pojęcia, że magnetyzm może być kluczem do znalezienia systemu, który wyjaśniłby ruch wsteczny Marsa. Ponownie się pomylił, ale, jak to często bywa w nauce, podążanie błędnymi drogami doprowadziło go ostatecznie do wielkiego odkrycia.
Czytaj dalej: Co to jest ruch wsteczny?
Kepler potrzebował dokładnych danych, aby móc wygrać to, co opisał jako Wojnę z Marsem. Wiedział jednak, że ówczesne tabele danych astronomicznych były niedokładne i nie sprostałyby temu zadaniu. Tymczasem, również w 1600 roku, duński astronom Tycho Brahe był w trakcie zdobywania znacznie dokładniejszych danych astronomicznych na temat pozycji planet. Zaprosił Keplera do swojego zamku i obserwatorium, Uraniborg, niedaleko Pragi.
Na początku obaj astronomowie nie dogadywali się. Kepler chciał rozwiązać zagadkę nieba; Tycho nie bardzo chciał dzielić się swoimi danymi, a czas spędzał na zabawianiu gości i piciu.
Jednakże, zaledwie rok po przybyciu Keplera, Tycho zmarł w dziwnych okolicznościach i zapisał swoje pomiary astronomiczne Keplerowi.
Czytaj więcej o wielkim wkładzie Tycho Brahego
Pierwsze Prawo Keplera stwierdza, że planety poruszają się wokół Słońca po eliptycznej orbicie ze Słońcem w jednym z ognisk elipsy. Image via OneMinuteAstronomer.
Dane Tycho pozwoliły Keplerowi udoskonalić jego model ruchu planetarnego. To doprowadziło go do stworzenia tego, co dziś nazywamy trzema prawami ruchu planetarnego Keplera. The pierwszy prawo planetarny ruch stan:
Planety ruszać się wokoło the słońce w eliptyczny orbita, dokąd the słońce być jeden the foci.
Kepler napisać:
I być prawie prowadzić do szaleństwo w rozważanie i obliczanie ten sprawa. I móc dlaczego the planeta raczej iść na eliptyczny orbita. Ach, niedorzeczny ja! Z rozumowaniem pochodzącym z zasad fizycznych, zgadzających się z doświadczeniem, nie pozostaje żadna inna figura dla orbity planety, jak tylko doskonała elipsa.
Lustracja 2. prawa Keplera. Image via Gonfer via Wikimedia Commons.
Drugie prawo ruchu planetarnego stwierdza:
Orbitująca planeta omiata równe obszary w równych odstępach czasu.
W 1619 roku Kepler ogłosił swoje trzecie prawo ruchu planetarnego:
Okres orbitalny podniesiony do kwadratu ponad oś półmajora (najdłuższa odległość między planetą a Słońcem) podniesiony do sześcianu daje stałą.
Praca Keplera była podstawą dla pracy Isaaca Newtona w zakresie definiowania i wyjaśniania działania grawitacji. Newton wykorzystał prawa Keplera do sformułowania swojego prawa wszechświatowej grawitacji. Pozostało ono najpotężniejszym zrozumieniem grawitacji (a tym samym kosmosu jako całości), jakie świat kiedykolwiek znał, aż do pojawienia się na scenie Alberta Einsteina na początku XX wieku.
W tej ilustracji wszystkich 3 praw Keplera przedstawione są orbity 2 planet. Przeczytaj więcej o tym obrazie, który pochodzi z Wikimedia Commons.
Oprócz astronomii, Kepler interesował się również optyką. Wyjaśnił, jak działa teleskop, jak refrakcja zachodzi w naszych oczach oraz zjawisko postrzegania głębi, czyli jak oba oczy są potrzebne do postrzegania trzeciego wymiaru. Wyjaśnił również, jak soczewki okularowe kompensują zniekształcenia spowodowane złym widzeniem, tworząc podstawy naukowe dzisiejszej praktyki korekcji wzroku.
Przez całe życie Kepler utrzymywał religijne spojrzenie na swoją pracę naukową. Czuł się tak, jakby zbliżał się do zrozumienia natury, a tym samym do Boga.
Zmarł 15 listopada 1630 r. w Ratyzbonie z powodu choroby. Dziś pamiętamy go jako jednego z największych naukowców w historii. NASA potężny i udany Kepler planet-hunter jest nazwany dla niego.
Artystyczna koncepcja Kepler planet-hunting statek kosmiczny patrząc na gwiazdozbiór Cygnus, przez NASA.
Dolna linia: Kepler urodził się 445 lat temu dzisiaj. Jest pamiętany za swoje trzy prawa ruchu planetarnego oraz prace z zakresu optyki i geometrii.
Daniela Breitman – kanadyjska pisarka, wcześniej związana z zespołem From Quarks to Quasars – obecnie studiuje nauki stosowane, a jej celem jest zostanie astrofizykiem. Jest amatorką fotografii, uwielbia też pisanie i literaturę oraz jest wielką fanką fantastyki naukowej. W rzeczywistości jest pasjonatką wielu rzeczy.
.