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开普勒探究天体运行的规律

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发表于 2018-2-5 06:05:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

1571年开普勒生于威尔,威尔是德国南部的一个小镇。中学毕业后,开普勒进入了蒂宾根学院,在那里,他接受了一位名叫麦斯特林的教授的观点。麦斯特林是一个秘密的哥白尼主义者,他时常为开普勒详细讲述行星绕太阳运行方面的知识,使他渐渐成了“日心说”的拥护者。

从蒂宾根学院毕业后,开普勒移居奥地利的格拉茨城,在那里,他教授数学和天文学他曾寄给第谷一本自己写的天文书,第谷看后非常重视。速请他一起从事研究工。1601年,第谷去世后,开普勒利用老师留下的大量观测资料,继续研究火星的运动。

匀速圆周运动是按照传统哲学定义的最为完美和理想的运动。开普勒根据这一点来计算火星在其轨道上的运动位置,经过多次反复计算,其结果总是与第谷的现测结果不一致,至少差八角分以上。开勒深知第谷一丝不苟的态度,所以,老师的观测数据必定没有问题,误差在于自已的计算方式和过程,他决心找出误差产生的真正原因。

开普勒坚持不测地潜心分析研究,终于觉察到火星并不是按圆形轨道运行的,这与哥白尼所持的观点相矛盾。他耐心、仔细地研究了火星在天球上年复一年的运动,终于发现了自己计算中的错误。原来,行星在太阳附近空间里运行的轨道是椭圆形而非圆形,事实上,圆形也只是椭圆形的一个特例。太阳实际上位于椭圆即行星运行轨迹一个焦点上,所以行星在绕太阳作椭圆形运动的轨迹中,存在着离太阳近时的远焦点和离太阳远时的近焦点,这一重要发现是由开普勒首先提出来的,这也是他研充火星的第一个重要发现,后来人们用“开普勒行星运动第一定律”这个名称来称呼开音勒的这个重要发现。

开普勒受到新发现的巨大鼓舞,开始编制火星运行表,但火星的运行总是和他设计的表格有偏差。经过大约一年的辛勤分析研究工作,他发现了自己计算方法上存在着不可忽略的错误。开普勒最初以为火星的运行是均匀的,因而造成了运算上的错误。而实际上火星运行是不均匀的。火星的速度随其离太阳距离的远近而发生变化,离太阳近时,运行的速度就快,而随看它在轨道上离太阳越来越远时,其运行速度便随之减慢。

行星沿椭圆轨道运行的速度受行星与太阳之间的距离远近的影响,并随之发生变化,行星和太阳的连线是行星的向径,它在相等的时间内扫过相等的面积。行星运动速度通过这一规律得到了说明,这就是著名的“运动第二定律”。此后不久,根据这一发现,开普勒完成了行星运行表的编制工作,工作进行得顺利而迅速。

开普勒于1609年出版了他的《火星之论述》,紧接着,他又对行星公转周期与行星到太阳距离的关系进行了探索。结果发现,离太阳最近的水星,88天绕太阳一周;离太阳远一些的金星公转一周所用的时间则长一些;而离太阳更远的火星的一年比地球的一年还约长一倍。根据这些发现,开普勒在1619年出版了《字宙和谐论》一书,并在书中发表了行星运动的第三定律。这一定律的发现和应用,完全改变了当时天文计算的方式和过程,并沿用至今。

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