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我理解的开普勒(二) 精选

已有 5565 次阅读 2014-6-9 19:34 |系统分类:科研笔记



行星运动三定律是神奇的,但是它们的发现过程则更为神奇。如果没有天才、狂想的开普勒,如果没有细心、执着的第谷,如果没有他们两人的合作,行星运动的奥秘说不定到现在还没有揭开。 

哥白尼的日心说虽然被后世认为是近代科学革命的开端,但其本质上还是属于古代世界的,并没有完全脱离托勒密的天文学传统。天体的运动依然必须是完美的匀速圆周运动,所以还是要用“本轮”、“均轮”的组合来描述天体的实际运动。这样的组合甚至不具有任何物理意义,只不过是用来“拯救”天文现象的数学工具。也就是说,天文学本质上是数学。哥白尼的“日心说”甚至谈不上是真正的“日心说”,因为“中心”是地球均轮的中心,那只是一个几何点,即所谓“平太阳”并不是“真太阳”。 

开普勒一接触到“日心说”就成为其狂热的支持者,但他对哥白尼的学说还是不满意。 首先他认为行星轨道的中心必须是“真太阳”。其次,哥白尼的模型中还采用什么托勒密模型的“对等点”,这在开普勒看来是不可接受的。更重要的是,哥白尼没有解释为什么只有六个行星(包括地球)。1597年,开普勒发表了《神秘宇宙》,用自然界仅有的5个正多面体的内外交接的同心圆构造了太阳系行星轨道的模型,他的数学天才由此引起了第谷的注意。

丹麦天文学家第谷此时是神圣罗马帝国鲁道夫二世皇帝的帝国天文学家,在离布拉格东北30多公里的班那特克(Benatek)北部的建有天文台。第谷的天文观测数据在当时达到了前所未有的精度。但他并不赞同哥白尼的日的说,而是构想了一种介于地心说和日心说之间的折中模型:五大行星绕着太阳转,但太阳还是带着五大行星绕地球转!他想利用自己的观测数据来证明并完善他的“新地心说”。但是他深感自己在数学上力不从心,因此迫切需要开普勒这样的天才来帮他解决数学上的问题。而开普勒却另有心思,他想利用第谷的数据来构造他认定的“日心说”模型。共同的兴趣,相互的需求,使他们终于走到了一起。 

160024日,开普勒到布拉格与第谷见面。见面后,第谷分配给他的任务是计算火星运动的轨道。火星运动是最为复杂的运动,在开普勒到来之前,第谷把任务分配给了龙格蒙塔勒斯(Longomontanus),可是几年下来没有结果。于是第谷决定把这最难的任务交给开普勒。开普勒对此感到非常自豪,他深知要解决行星运动的问题,正是这个最难的火星运动才是解决问题的突破口。开普勒一开始吹嘘只需8天就可以解决问题,但这8天最后变成了8年。而这8年的“火星之战”导致了行星运动定律的发现和“新天文学”的产生。

关于持久而跌宕起伏的“火星之战”,请听下回分解。 

 

 

班那特克(Benatek)第谷天文台窗外景象(2006年,孙小淳摄影)

 

 

 

第谷观测用的象限仪复原(孙小淳摄影)

 

 

 

 

 



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