“天空立法者”開普勒

羅方揚(yáng)

說(shuō)起開普勒，不能不先提另一位傳奇的天文學(xué)家——第谷。

1576年，第谷受到丹麥國(guó)王腓特烈二世的資助，在文島建立起配備了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)觀測(cè)儀器的天文臺(tái)。那時(shí)，望遠(yuǎn)鏡還沒(méi)被發(fā)明，但是第谷的視力極好，在文島進(jìn)行了20多年的觀測(cè)，編制了當(dāng)時(shí)最為精密的星表。第谷的星表中，各大行星的運(yùn)行數(shù)據(jù)尤為精確。

第谷是一位杰出的觀測(cè)家，還是地心說(shuō)的擁護(hù)者。第谷認(rèn)為所有行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，而太陽(yáng)則率領(lǐng)眾行星繞地球運(yùn)動(dòng)，這算是“改良版”的地心說(shuō)。1599年，第谷來(lái)到布拉格，隨后就結(jié)識(shí)了開普勒，兩人就此開始天文學(xué)方面的合作。雖然他們共事的時(shí)間不到一年，但那是天文學(xué)發(fā)展史上非常重要的一段時(shí)間。

開普勒出身貧苦，卻有著過(guò)人的學(xué)習(xí)天賦。經(jīng)過(guò)努力奮斗，他成為奧地利格拉茨新教學(xué)校（后來(lái)成為格拉茨大學(xué)）的數(shù)學(xué)與天文學(xué)教師。開普勒信奉哥白尼學(xué)說(shuō)，贊同日心宇宙體系。

他們一起工作時(shí)經(jīng)常吵吵鬧鬧，但是感覺(jué)互相離不開對(duì)方。第谷擅長(zhǎng)目視觀測(cè)，開普勒擅長(zhǎng)數(shù)理分析，兩人在工作中相輔相成。第谷于1601年去世，留下大量的觀測(cè)資料。開普勒在這些資料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)10多年的分析計(jì)算，提出了行星運(yùn)動(dòng)三大定律——

第一定律：所有行星圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。

第二定律：對(duì)每一個(gè)行星而言，太陽(yáng)和行星的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。

第三定律：所有行星軌道半長(zhǎng)軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。如果我們把半長(zhǎng)軸記作a，公轉(zhuǎn)周期記作T，那么a3/T2=k。

對(duì)當(dāng)時(shí)已知的五大行星和地球來(lái)說(shuō)，那就是k水星=k金星=k地球=k火星=k木星=k土星。

自古希臘時(shí)期起，人們就認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)是如此神圣，它們應(yīng)該做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。開普勒原本也是這么認(rèn)為的，但是他隨即發(fā)現(xiàn)，如果把行星軌道看作正圓的話，計(jì)算得到的理論位置與第谷的觀測(cè)位置不相符，兩者相差8角分。開普勒并沒(méi)有忽視這個(gè)微小的差異，他深信第谷的觀測(cè)是精準(zhǔn)的，從而對(duì)行星正圓軌道理論產(chǎn)生了懷疑。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的嘗試后，他最終發(fā)現(xiàn)行星軌道是橢圓的。

開普勒對(duì)這8角分位置差的不懈研究，引起了天文學(xué)的重大變革，因此后世把開普勒稱為“天空立法者”。

開普勒雖然提出了這3個(gè)定律，但是他也無(wú)法解釋天體運(yùn)動(dòng)為何如此，他是用第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算并“硬湊”出來(lái)的。特別是第三定律，由于涉及三次方的計(jì)算，他湊了很長(zhǎng)時(shí)間。1630年，開普勒在貧病交加中去世。

（責(zé)任編輯：白玉磊）