Johannes Kepler: življenje, Keplerjevi zakoni in prispevki k astronomiji
Johannes Kepler (27. december 1571 - 15. november 1630) je bil nemški učitelj matematike, astronom, optik, filozof narave, astrolog in luteranski teolog.
Bil je vajenec Tycha Braheja. Tycho Brahe je opazoval gibanje planetov na nebu. Johannes Kepler je našel preprost način, kako povedati, kako se gibljejo planeti. Kepler je preučeval tudi druge stvari, na primer Keplerjevo supernovo.
Zgodnje življenje in izobraževanje
Kepler se je rodil v mestu Weil der Stadt v Nemčiji. Po študiju teologije in matematike je poučeval matematiko in astronomijo na različnih šolah. V poznem 16. stoletju je začel podrobno preučevati heliocentrični model Kopernika in iskal matematične zakonitosti v gibanju planetov. Leta 1600 je postal pomočnik Tycha Braheja na Dunaju, kjer je pridobil zelo natančne opazovalne podatke, ki so mu omogočili nadaljnje odkritje.
Keplerjevi zakoni (pregled)
Najbolj znan doprinos Johannesa Keplerja so trije zakoni, ki opisujejo gibanje planetov okoli Sonca. V grobem so:
- Prvi zakon (zakon elips): Orbite planetov niso popolni krogi, temveč elipse, pri čemer je Sonce v enem izmed žarišč elipse.
- Drugi zakon (zakon enakih ploskev): V enakih časovnih intervalih poteče planet enako veliko ploskev (radialni vektor od Sonca do planeta zakrije enako površino v enakih časih). To pomeni, da se planet giblje hitreje, ko je bližje Soncu, in počasneje, ko je bolj oddaljen.
- Tretji zakon (harmonija časov): Kvadrat orbitalnega obdobja planeta je sorazmeren s kubom velike polosi njegove orbite: T^2 ∝ a^3. Ta zakon pove vzajemno zvezo med časom kroženja in velikostjo orbite za vse planete.
Prva dva zakona je Kepler predstavil v delu Astronomia Nova (1609), tretji zakon pa v Harmonices Mundi (1619). Ti zakoni so postavili temelje nebesne mehanike in so bili kasneje pomembna podlaga za Isaac Newtonovo teorijo gravitacije.
Drugi znanstveni prispevki
Poleg treh zakonov je Kepler prispeval na več področjih:
- Tablice in opazovanja: Na podlagi Brahejevih podatkov je Kepler sestavil Tabulae Rudolphinae (Rudolfove tablice), pomembne za natančno napovedovanje položajev planetov.
- Optika in astronomična instrumentacija: Raziskoval je, kako nastane slika v očesu in kako delujejo leče. Opisal je tudi zasnovo t. i. keplerijanskega teleskopa (dve konveksni leči), ki omogoča večje povečave kot Galilejev model.
- Teoretska razlaga gibanja: Kepler je iskal fizične vzroke za gibanje planetov; predlagal je, da jih nadzoruje sila, izhajajoča iz Sonca (sprva analogno magnetizmu), in čeprav ni dosegel popolne teorije, je začel povezovati matematiko z fizikalnimi procesi.
- Popularna in filozofska dela: Njegova zgodnejša dela, kot je Mysterium Cosmographicum, ter krajša prozna dela, kot je Somnium (sanje o potovanju na Luno), kažejo njegovo zanimanje za širše filozofske in literarne vidike znanosti.
Osebno življenje in zapuščina
Keplerjevo življenje ni bilo enostavno: izgubil je več otrok, se soočal s finančnimi težavami in verskimi napetostmi v času tridesetletne vojne. Kljub temu je svoje znanstvene rezultate objavljal in branil. Njegova dela so močno vplivala na razvoj moderne astronomije in fizike. Newton je kasneje uporabil Keplerjeve zakone pri utemeljitvi gravitacije, s čimer so Keplerjevi rezultati dobili še širšo veljavo.
Pomen danes
Kepler velja za enega ključnih predstavnikov znanstvene revolucije. Njegova uporaba natančnih opazovalnih podatkov, matematičnih metod in iskanje fizikalnih razlag pomenijo prehod od opisne do kvantitativne znanosti. Keplerjevo ime nosi tudi vesoljsko opazovalnico NASA (teleskop Kepler), namenjeno iskanju eksoplanetov, kar priča o trajnem vplivu njegovega dela na sodobno astronomijo.
Spomenik Tychu Braheju in Johannesu Keplerju v Pragi
Kako se gibljejo planeti
Planet se giblje po poti, ki se imenuje orbita. Kepler je s tremi zakoni določil, kakšno obliko ima pot in kako hitro se planet giblje
- Keplerjev prvi zakon pravi, da je oblika poti elipsa, ovalen ali sploščen krog z dvema središčema. Sonce je v enem od središč elipse. Pred Keplerjem so astronomi menili, da se planeti gibljejo v krogih znotraj krogov (epicikli) po sistemu Klavdija Ptolemaja z Zemljo v sredini največjega kroga.
- Keplerjev drugi zakon določa, kako hitro se planet giblje po elipsi. Ko je planet bližje Soncu, se giblje hitreje. Ko je bolj oddaljen od Sonca, se giblje počasneje. Če je med planetom in Soncem črta, ta črta, ko sledi planetu, razmakne neko območje. Površina, ki jo črta v enem dnevu, je vedno enaka. Pred Keplerjem so astronomi mislili, da se planeti po krožnicah vedno gibljejo z enako hitrostjo.
- Keplerjev tretji zakon določa, kako hitro se gibljejo različni planeti. Planet, ki je bolj oddaljen od Sonca, se giblje počasneje kot planet, ki je bliže Soncu. Če človek pomnoži čas (T), ki ga planet potrebuje, da obkroži Sonce, s samim seboj (T2 ), je to število sorazmerno z razdaljo (d) planeta do Sonca, pomnoženo s samim seboj dvakrat (d3 ).
Kepler je prva dva zakona objavil leta 1609, tretjega pa leta 1619.
Keplerjevi spisi
- Mysterium cosmographicum (Sveta skrivnost kozmosa) (1596)
- Astronomia nova (1609)
- Epitome astronomiae Copernicanae (Epitome kopernikanske astronomije) (objavljeno v treh delih v letih 1618-1621)
- Harmonice Mundi (Harmonija svetov) (1619)
- Mysterium cosmographicum (Sveta skrivnost kozmosa), 2. izdaja (1621)
- Tabulae Rudolphinae (1627)
- Somnium (Sanje) (1634)
Astronomiae pars optica
