Иоганн Кеплер

Трудно представить себе судьбу более драматическую, чем та, что выпала великому астроному Иоганну Кеплеру (1571-1630). Голод и нищета, религиозные гонения и лишения, болезни и смерть близких преследовали его всю жизнь. Почти каждый день был заполнен поисками средств к существованию, и трудно понять, когда же он успел прочитать все то, что было написано до него, получить выдающиеся результаты по кристаллографии, оптики, математики, астрономии и открыть свои знаменитые законы движения. После смерти Кеплера осталось одно изношенное платье, две рубашки, несколько медных монет, 57 вычислительных таблиц, 27 напечатанных научных работ (некоторые из них многотомные) и огромное рукописное наследие, объединенная позже в 22 книгах. Какую же нужно было иметь настойчивость, целеустремленность, трудолюбие, желание познать законы природы, чтобы в тех непосильно тяжелых условиях, в которых жил и творил Кеплер, выполнить такой колоссальный объем работы и сделать настолько весомый вклад в мировую науку.

В ходе длительной, напряженной, колоссальной исследовательской работы оказались его гениальность как астронома и математика, смелость мысли, свобода духа, благодаря которым он сумел преодолеть тысячелетние традиции и предрассудки. Многолетние поиски числовой гармонии Вселенной, простых количественных соотношений в мире завершились открытием объективных законов движения планет, Кеплер изложил в произведениях "Новая астрономия, что ищет причины, или Физика неба" (1609) и "Гармония мира" (1619).

В начале XVII в. основные космологические идеи древних греков уже утратили свое научное значение, но некоторые из них на протяжении веков приобрели характер абсолютных истин, отказываться от которых не хватало смелости духа. Среди них, в частности, представление о том, что только круговое, равномерное, "естественное" движение - единственно допустимый для небесных тел. Даже Коперник и Галилей остались под влиянием этого убеждения, считая давний космологический принцип незыблемым. Против этой научной догмы и выступил Кеплер. После пяти лет трудоемкой математической обработки огромного объема материалов наблюдений Т. Брат за движением Марса Кеплер в 1605 открыл и в 1609 опубликовал первые два закона движения планет (сначала для Марса, затем распространил их на другие планеты и их спутники) . Первый закон утверждает: каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Этим самым Кеплер разрушал принцип круговых движений в космосе. Согласно второму закону скорость планет меняется таким образом, что площади, которые описывает радиус-вектор за одинаковые промежутки времени, одинаковы (закон постоянства площадей). Так было покончено и с принципом равномерности небесных движений. Кеплер ввел пять параметров, которые определяют гелиоцентрическую орбиту планеты (Кеплер элементы) и составил уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени - третий закон Кеплера. Сейчас этот закон формулируется так: при невозбужденного эллиптического движения двух материальных точек произведения квадратов времени вращения на суммы масс центральной и подвижной точек, относятся как кубы больших полуосей их орбит, т.е.

Если пренебречь массами планет по сравнению с массой Солнца, получим третий закон Кеплера в его первоначальном виде: квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит. Таким образом, законы, открытые Кеплером, стали рабочим инструментом для наблюдателей.

Кеплер также поднял вопрос о динамике движения планет. До Кеплера планетная космология, опиравшаяся нааристотеливський принцип "естественности" движений небесных тел, была кинематической. Авторы планетных теорий ограничивались разработкой кинематы-ко-геометрических моделей мира, не пытаясь установить причины, вызвавшие движение небесных тел. Даже у Коперника схема орбитальных движений планет была старой, кинематической. И только Кеплер увидел в гелиоцентрической картине движения планет действие единой физической силы и поставил вопрос о ее природе. Уже в 1596 г.. В своем первом произведении "Космографическая тайна" он обратил внимание на то, что с удалением от Солнца периоды обращения планет увеличиваются быстрее, чем радиусы их орбит, то есть уменьшается скорость движения планет. Здесь возможны два объяснения: первое - движущая сила сосредоточена в каждой планете, и у далеких планет она почему-то меньше, чем у планет, расположенных ближе (так считал Т. Брат) второе - движущая сила является единой для всей системы и сосредоточена в ее центре - в Солнце, действует сильнее на планеты, расположенные ближе и слабее на отдаленные планеты. Кеплер остановился на втором объяснении, поскольку эта идея лучше объясняла первые два закона движения планет. Через десять лет после опубликования первых двух законов Кеплер установил третий закон; он теперь был твердо убежден, что движением планет управляет именно Солнце.

Таким образом, Кеплер впервые поставил вопрос о физической природе и точный математический закон действия силы, движущей планеты. Действие Солнца на планеты Кеплер сравнивал с действием магнита. Такое сравнение было вполне в духе времени, ведь тогда весь научный мир восхищался магнитными явлениями.

Каким бы ни было велико значение открытий Кеплера для небесной механики и классической механики в целом, ему, однако, так и не удалось установить динамические принципы, которые рационально объясняли движение планет. Рассмотрены теоретические построения Кеплера является чисто кинематическими. И хотя эти объяснения не полностью удовлетворяли требования познания, историческое значение поисков Кеплера чрезвычайно велико, так как первые попытки динамического объяснения движения планет стали вместе с тем первым шагом к созданию настоящей небесной механики. Что же касается кинематических исследований не связанных с астрономией, то почти все они в той или иной мере касаются динамических проблем.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >