行星運動三大定律的發現者——克卜勒

2021-01-20 雙子天文

約翰尼斯·克卜勒(Johannes Kepler, 1571-1630),傑出的德國天文學家、物理學家、數學家。


克卜勒是德國的一位數學家,天文學家和佔星家

17世紀科學革命的關鍵人物

他最出名的是他的行星運動定律

此外,他還發明了一種改進的版本的

折射式望遠鏡(克卜勒望遠鏡)


關於他在天文方面的貢獻


克卜勒發現了行星運動的三大定律,分別是軌道定律、面積定律和周期定律。這三大定律可分別描述為:所有行星分別是在大小不同的橢圓軌道上運行;在同樣的時間裡行星向徑在軌道平面上所掃過的面積相等;行星公轉周期的平方與它同太陽距離的立方成正比。這三大定律最終使他贏得了「天空立法者」的美名。



1604年10月,克卜勒在天空中發現了一個新的發光體。這也是一顆肉眼能夠看得見的超新星,編號: SN 1604,或稱克卜勒超新星,位於銀河系內的一顆超新星,位置在蛇夫座內,肉眼可見。


1609年克卜勒發表了《天文學中的光學》一書。同年伽利略發明了一架折射望遠鏡。伽利略望遠鏡由一塊凸鏡作物鏡和一塊凹鏡作目鏡組成,它成正像,但出射光瞳在目鏡與物鏡之間,視場小且不易安裝瞄準叉絲,在天文觀測中用途不大。克卜勒深入研究並闡釋瞭望遠鏡的原理,對摺射望遠鏡作了重大改進,設計了克卜勒望遠鏡。他以凸透鏡作目鏡,使出射光瞳在目鏡外面,能獲得較大視場,也可方便地安置瞄準叉絲。1613年製造出第一架克卜勒望遠鏡,。此外,幾乎所有的折射式天文望遠鏡的光學系統都為克卜勒式。




      克卜勒晚年根據他的行星運動定律和第谷的觀測資料編制了一個行星表,為紀念他的保護人而定名為《魯道夫星表》。這是他當時最受人欽佩的功績,表中列出了1005顆恆星的位置。由此表可以知道各行星的位置,其精確程度是空前的,直到十八世紀中葉它仍被視為天文學上的標準星表。

      他還發表了《哥白尼天文學概要》一書,闡發了哥白尼的理論,敘述了他個人對宇宙結構及大小的看法。該書論及日月食甚詳,記述1567年的日食為「四周有光環溢出,參差不齊」,由此可見這不是日環食,而是日冕現象。不久他又出版了《彗星論》一書,他認為彗星的尾所以總背著太陽,是由於太陽光排斥彗頭物質所致。


為了紀念克卜勒的功績,國際天文學聯合會決定將1134號小行星命名為克卜勒小行星。

美國宇航局發射「克卜勒」太空望遠鏡

美國東部時間2009年3月6日22時50分(北京時間7日11時50分),世界首個用於探測太陽系外類地行星的飛行器——「克卜勒」太空望遠鏡在美國卡納維拉爾角空軍基地發射升空。



1971年德國發行的克卜勒紀念郵票



《宇宙的奧秘》(Mysterium cosmographicum,1596)

《關於佔星術更堅實的基礎》(De Fundamentis Astrologiae Certioribus,On Firmer Fundaments of Astrology; 1601年)

《天文學的光學部分》(Astronomiae Pars Optica,1604)

《蛇夫座腳部的新星》(De Stella Nova in Pede Serpentarii,1606)

《新天文學》(Astronomia nova,1609)

《第三方調解》(Tertius Interveniens,1610年)

《與星夜信使的對話》(Dissertatio cum Nuncio Sidereo,1610年)

《折射光學》(Dioptrice,1611)

《六角的雪花》(De nive sexangula,1611年)

《編年紀選集》(Eclogae Chronicae,1615年,和《與星夜信使的對話》一起發表)

《哥白尼天文學概要》(Epitome astronomiae Copernicanae,從1618-1621年分三部分發表)

《世界的和諧》(Harmonices Mundi,1618)

《宇宙的神聖秘密》(第二版,Mysterium cosmographicum,1621年)

《魯道夫星表》(Tabulae Rudolphinae,1627)

《夢》(Somnium,1634年)




參考:百度百科;《中國古代天文學家》;維基百科




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    約翰尼斯·克卜勒(Johanns Ke-pler,1571—1630),傑出的德國天文學家,他發現了行星運動的三大定律,分別是軌道定律、面積定律和周期定律,這三大定律可分別描述為:所有行星分別是在大小不同的橢圓軌道上運行;在同樣的時間裡行星向徑在軌道平面上所掃過的面積相等;行星公轉周期的平方與它同太陽距離的立方成正比。
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    這個解釋出現在1687年,當時艾薩克·牛頓出版了他的著名著作《自然哲學的數學原理》,這本書和其他許多偉大的發現一起,通過使用他的力和加速度理論推導出數學上的克卜勒定律,將天文學和物理學聯繫了起來。運動方程我們將從控制行星運動的方程中推導出克卜勒定律。我們從牛頓第二定律F=ma開始。力是:在這個方程,G是萬有引力常數,M是太陽質量的,m是軌道行星的質量,r是地球到太陽的距離,以及箭頭符號是徑向方向上的單位矢量。
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    依據該學說,行星繞著圓形的軌道運行。哥白尼認為軌道應是「沒有缺憾的」,而圓形是最完美的形狀,所以他認為行星繞著太陽運行的軌道也是圓形的。這是一種沒有科學依據的主觀臆斷。過了66年,德國天文學家克卜勒經過研究,發現了哥白尼學說中的錯誤。1571年,克卜勒在威爾鎮出生,後來,他成功進入了斯柯達學院。
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    1609年,一位名叫約翰內斯·克卜勒的德國數學家,發現了行星距太陽的距離和行星的軌道周期之間,存在一種簡單關係。圖:克卜勒,來源:Wikipedia這個關係成為了未來舉世聞名的「克卜勒行星運動定律」的基礎。
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    最終,他發現問題的所在,第谷、拉格茨·哥白尼以及所有的經典天文學家一樣,都認為天體的運動是最完美的,都假定行星軌道是由圓或複合圓組成的。天體的運動是最完美的、最和諧的勻速圓周運動。克卜勒花費數月的時間來進行複雜而冗長的計算,以證實他的學說與第谷的觀察相符合。最終,他於1609年在他出版的《新天文學》科學雜誌上發表了關於行星運動的兩條定律,又於1618年,發現了第三條定律。克卜勒三大定律的提出,徹底摧毀了託勒密複雜的宇宙體系,完善並簡化了哥白尼的日心說。
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