Solarsystem (endast 6 planeter visas) av NASA och Kepler av okänd konstnär via Wikimedia Commons.
December 27, 1571. Den tyske astronomen och matematikern Johannes Kepler föddes för 446 år sedan i dag. Vi minns honom för att han trodde på den kopernikanska modellen – ett solcentrerat, inte ett jordcentrerat solsystem – när få andra gjorde det och för att han visade teorins sanning genom sina tre berömda lagar för planetrörelse. Han är också känd för att ha arbetat med vetenskapen om brytning – ljusets uppdelning i sina beståndsdelar – och för den grundläggande vetenskapen bakom korrigering av glasögon.
Kepler föddes i Weil der Stadt i Tyskland i en fattig familj. Under 1500-talet var religionen fortfarande ansvarig för befolkningens utbildning, och därför studerade Kepler i religiösa skolor. Han började studera vid universitetet i Tubingen 1589. Han ville bli teolog, men hans vördnad för Gud ledde honom till astronomi. Syftet med Keplers arbete var alltid religiöst: han ville förstå universum för att förstå Gud.
Keplers matematiklärare, den tyske astronomen Michael Maestlin, lånade ut ett kommenterat exemplar av Kopernikus’ bok De revolutionibus orbium coelestium (Om himmelsfärernas rotationer) till Kepler. Vid den tiden hade idén om ett jordcentrerat universum länge varit accepterad bland forskare. Kopernikus’ syn på ett solcentrerat universum accepterades inte av forskare under hans livstid, men Kepler sade att han kunde känna Guds verk i den. Han bestämde sig för att ägna sitt liv åt att bevisa att Kopernikus’ teori var korrekt. Han skrev:
Jag föredrar mycket hellre den skarpaste kritiken från en enda intelligent man än massornas tanklösa godkännande.
År 1595 undervisade Kepler i matematik på en gymnasieskola. Han var ingen bra lärare, eftersom han inte var dynamisk och ofta mumlade för sig själv. En dag när han undervisade fick han en djupgående (om än felaktig) uppenbarelse. Han trodde att avståndet mellan de sex planeter som var kända vid den tiden (Merkurius, Venus, Jorden, Mars, Jupiter och Saturnus) kunde förklaras genom att inskriva och omskriva sfärer och de fem platonska soliderna. Han skrev:
Jorden är sfären, allas mått; runt den beskriva en dodekaeder; sfären inklusive denna kommer att vara Mars. Runt Mars beskriva en tetraeder; sfären som inkluderar denna kommer att vara Jupiter. Beskriv en kub runt Jupiter; sfären inklusive denna kommer att vara Saturnus. Skriv nu in en isosaeder i jorden, den sfär som är inskriven i den kommer att vara Venus: skriv in en oktaeder i Venus: den cirkel som är inskriven i den kommer att vara Merkurius.
Detta arbete visade sig vara falskt, men det verkade sant till en början, eftersom det fanns en överenskommelse med en noggrannhet på 5 procent för alla planeter, med undantag för Jupiter. Kepler fortsatte att arbeta med idén och försökte bevisa att den var sann i flera år.
Keplers solsystem från hans Mysterium Cosmographicum, 1596 via Wikimedia Commons.
I år 1600 publicerade den tidiga astronomen William Gilbert sitt berömda tidiga verk De Magnete, en diskussion om jordens magnetiska natur. Kepler grep tag i tanken att magnetism skulle kunna vara nyckeln till att hitta ett system som skulle förklara Mars bakåtsträvande rörelse. Återigen hade han fel, men som så ofta händer inom vetenskapen ledde det faktum att han gick fel vägar i slutändan till en stor upptäckt.
Läs mer: Vad är retrograd rörelse?
Kepler behövde exakta uppgifter för att kunna vinna det som han beskrev som kriget mot Mars. Men han visste att de astronomiska datatabellerna från hans tid var felaktiga och inte skulle göra jobbet. Under tiden, också år 1600, höll den danske astronomen Tycho Brahe på att skaffa sig mycket mer exakta astronomiska data om planeternas positioner. Han bjöd in Kepler till sitt slott och observatorium, Uraniborg, nära Prag.
I början kom de två astronomerna inte överens. Kepler ville lösa himlens mysterium, Tycho ville egentligen inte dela med sig av sina data och han ägnade sin tid åt att underhålla gäster och dricka.
Hur som helst, bara ett år efter Keplers ankomst dog Tycho under märkliga omständigheter och testamenterade sina astronomiska mätningar till Kepler.
Läs mer om Tycho Brahes stora bidrag
Keplers 1:a lag säger att planeterna rör sig runt solen i en elliptisk bana med solen i ellipsens ena fokus. Image via OneMinuteAstronomer.
Tychos data lät Kepler förfina sin modell för planeternas rörelse. Det ledde till att han skapade det som vi idag kallar Keplers tre lagar för planetarisk rörelse. Den första lagen om planetrörelse lyder:
Planeterna rör sig runt solen i en elliptisk bana, där solen är en av brännpunkterna.
Kepler skrev:
Jag drevs nästan till vansinne när jag funderade på och räknade ut denna fråga. Jag kunde inte finna ut varför planeten hellre skulle gå på en elliptisk bana. Åh, löjliga jag! Med ett resonemang som härrör från fysiska principer och som stämmer överens med erfarenheten finns det ingen annan figur kvar för planetens bana än en perfekt ellips.
En illustration av Keplers andra lag. Bild via Gonfer via Wikimedia Commons.
Planeternas andra lag säger:
En planet i omloppsbana sveper över lika stora områden i lika långa tidsintervall.
In 1619 tillkännagav Kepler sin tredje lag för planetrörelse:
Banans period i kvadrat över semimajoraxeln (längsta avståndet mellan en planet och solen) i kubik ger en konstant.
Keplers arbete låg till grund för Isak Newtons arbete med att definiera och förklara hur gravitationen fungerar. Newton använde Keplers lagar för att formulera sin lag om universums gravitation. Den förblev den mest kraftfulla förståelsen av gravitationen (och därmed av kosmos som helhet) som världen någonsin hade känt till, tills Albert Einstein dök upp på scenen i början av 1900-talet.
Det finns 2 planetbanor avbildade i den här illustrationen av alla 3 Keplers lagar. Läs mer om denna bild, som finns via Wikimedia Commons.
Förutom astronomi var Kepler också intresserad av optik. Han förklarade hur ett teleskop fungerar, hur brytning sker i våra ögon och fenomenet djupseende, det vill säga hur båda ögonen behövs för att uppfatta den tredje dimensionen. Han förklarade också hur glasögonlinser kompenserar för de förvrängningar som orsakas av dålig syn, vilket utgör den vetenskapliga grunden för dagens praxis för synkorrigering.
Under hela sitt liv hade Kepler en religiös syn på sitt vetenskapliga arbete. Det kändes som om han kom närmare förståelsen av naturen och därmed närmare Gud.
Han dog den 15 november 1630 i Regensburg på grund av sjukdom. Idag minns vi honom som en av historiens största vetenskapsmän. NASA:s kraftfulla och framgångsrika planetjägare Kepler är uppkallad efter honom.
Artist’s concept of Kepler planetjagande rymdskepp som tittar på stjärnbilden Cygnus, via NASA.
Bottom line: Kepler föddes för 445 år sedan i dag. Han är ihågkommen för sina tre lagar för planetrörelse och sitt arbete inom optik och geometri.
Daniela Breitman – en kanadensisk skribent, tidigare från From Quarks to Quasars – studerar för närvarande tillämpad vetenskap med målet att bli astrofysiker. Hon är amatörfotograf, älskar också skrivande och litteratur och är ett stort science fiction-fan. Faktum är att hon brinner för många saker.
.