И кеплер от поисков гармонии мира к открытию тайны планетных орбит реферат

Обновлено: 05.07.2024

В истории науки не раз были периоды ее бурного развития, часто сопровождавшиеся сменой мировоззрения в целом. Один из таких периодов был вызван гениальными работами Коперника о строении Солнечной системы, хронологически он довольно точно вписывается в XVII век.
Этот период ознаменовался циклом работ по небесной механике, основам динамики, теории всемирного тяготения; было открыто атмосферное давление, разработаны законы геометрической оптики, теория цвета, открыты явления дифракции и интерференции света и т.д.

Содержание

Работа состоит из 1 файл

КЕПЛЕР.docx

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Институт фундаментальной биологии и биотехнологии

по Истории и методологии физики

Преподаватель __________ Л. Н. Медведев

Студент БФ12-02М 041204091 _________ О.А.Зубкова

1 НАЧАЛО ПУТИ БУДУЩЕГО ВЕЛИКОГО УЧЕНОГО 4

3 ПРАЖСКИЙ ПЕРИОД 9

3.3 Оптика Кеплера 12

4 ЖИЗНЬ ПОСЛЕ ПРАГИ 14

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 20

ВВЕДЕНИЕ

Этот период ознаменовался циклом работ по небесной механике, основам динамики, теории всемирного тяготения; было открыто атмосферное давление, разработаны законы геометрической оптики, теория цвета, открыты явления дифракции и интерференции света и т.д.

Одним из ученых, благодаря которым люди не просто сделали шаг на пути к раскрытию тайн мироздания, а стали видеть мир и мыслить по-новому, был Иоганн Кеплер. Астроном, математик, оптик, он боролся за утверждение коперниканского учения, за утверждение истины. Всю свою сознательную жизнь он сражался за торжество идеи, в справедливости которой был убежден, - идеи гелиоцентризма.

1 НАЧАЛО ПУТИ БУДУЩЕГО ВЕЛИКОГО УЧЕНОГО

Иоганн Кеплер родился 27 декабря 1571 г. в небольшом местечке вблизи швабского города Вейля. Отец его, Генрих Кеплер, был захудалым, разорившимся дворянином, служившим простым солдатом. Г. Кеплер был женат на дочери деревенского трактирщика. Брак был неудачным, родители часто ссорились, отец бросал семью, и мальчик воспитывался у деда, который и поместил Кеплера в школу, когда ему исполнилось шесть лет. Но к этому времени вернулись родители. Для поправки своих дел материальных дел они решили открыть трактир и взяли мальчика прислуживать посетителям. Так начался тяжелый путь будущего великого ученого.

В конце концов, семья опять распалась, отец ушел в солдаты и не вернулся. Слабый болезненный мальчик был плохим помощником, и его решено было отдать в монастырскую школу, которую он успешно окончил через два года. Оттуда он был переведен в духовную школу высшего разряда и через три года, как способный ученик, был принят в Тюбингенскую семинарию, по окончании которой 11 августа 1591 г. был оставлен стипендиатом Тюбингенской академии, впоследствии преобразованной в университет. Перед Кеплером открылась дорога к богословской карьере. Протестантская церковь должна была получить в лице его своего богослова. Но произошло иное. Астрономию и математику в то время в Тюбингене преподавал выдающийся педагог Местлин, хорошо знавший преподаваемые им науки, один из немногих в то время приверженцев учения Коперника [1].

В 1954 г. теологическое образование Кеплера должно было завершиться. В это же время в протестантской средней школе в Граце скончался преподаватель математики, и выбор сената, не без участия Местлина, пал на Кеплера, как лучшего кандидата на освободившуюся вакансию.

По этому поводу существует два мнения: или сам Кеплер воспользовался случаем, чтобы отказаться от духовной карьеры, или же университетские власти поторопились избавиться от опасного своим свободомыслием, увлеченного наукой воспитанника. Вероятнее всего ни одно из этих предположений неверно, поскольку сам Кеплер мучительно расставался с мыслью о духовной карьере, а университетские власти не имели в то время никаких оснований подозревать его в отступлении от религиозных догм [2]. Видимо все-таки решающую роль в этом кардинальном повороте в жизни Кеплера сыграла случайность.

Вместе с должностью преподавателя школы Кеплер по существовавшей тогда традиции приобрел также звание и должность математика провинции Штирии, ему вменялось также в обязанность ежегодно составлять календари.

Однако не стоит думать, что Кеплер абсолютно не верил в астрологию. Ведь вера в астрологию вытекала из учения об абсолютной необходимости, исключавшей из Вселенной всякую случайность. Давно была подмечена связь между расположением Солнца и Луны и сменой дня и ночи, времен года и т.д. Это давало повод считать, что и планеты могут иметь определенное влияние на жизнь на Земле. Сам Кеплер представлял мир единым целым, неким механизмом, который бог устроил и поддерживает на основании неизменных законов природы. Таким образом, Кеплер в своих рассуждениях все-таки оставался в пределах теологического понимания мира [2].

Пробуя различные комбинации, Кеплер пришел к геометрической схеме, согласно которой расстояние планет от Солнца находят следующим геометрическим построением [1]: вокруг ближайшей к Солнцу сферы Меркурия описывают правильный восьмигранник, вокруг него – вторую сферу – сферу Венеры. Около этой сферы описывают двадцатигранник, вокруг которого описывают третью сферу – сферу Земли. Около сферы Земли описывают двенадцатигранник, вокруг него – четвертую сферу – сферу Марса; далее описывают куб, и вокруг него – сферу Юпитера; около сферы Юпитера описвают шестигранник, и вокруг него – сферу Сатурна (рис. 1).

В том же 1597 г. к власти в Штирии приходит молодой эрцгерцог Фердинанд, и гонения на протестантов все больше усиливаются. Всем протестантским проповедникам и учителям, среди которых был и Кеплер, было предписано покинуть город и провинцию в течение шести дней. На этот раз Кеплеру везет: ему разрешают остаться в городе. Это решение вероятно связано с его должностью математика провинции, наблюдавшимися сомнениями относительно истинности лютеранства и знакомством с баварским канцлером. Теперь Кеплер получил возможность заняться исключительно научной работой, т. к. занятия в школе не проводились, в связи с отсутствием почти всех преподавателей.

Но жизнь в Граце становится все невыносимее, попытка вернуться на родину также заканчивается неудачей, поскольку религиозные сомнения и открытая защита коперниканства Кеплера к тому времени стали уже достаточно известными и получить работу в университете становится невозможно. И в 1600 г. Кеплер воспользовался предложением Тихо Браге, который на тот момент переехал в Прагу.

3 ПРАЖСКИЙ ПЕРИОД

Целый год ушел у Кеплера на попытки обустроиться в Праге. Отношения с Браге не ладились, разное происхождение, положение в обществе, отношение к окружающим – все играло не в пользу сотрудничества. Браге был аристократом и к помощникам относился только как к рабочей силе. Надежды Кеплера на то, что он получит доступ к огромному количеству материала, накопленному Браге за 35 лет, не оправдались, - Браге скрывал свои журналы от всяких посторонних глаз. Но и о возвращении в Грац не могло идти и речи, это было попросту опасно для жизни. Таким образом, после года колебаний и неопределенности Кеплер все-таки окончательно переезжает в Прагу, на этот раз вместе с семьей. Отношения с Браге налаживаются, но поработать вместе им так и не пришлось. 24 октября 1601 г. Тихо Браге скончался.

Через два дня Кеплер узнает о решении императора поручить ему заботу об инструментах и рукописях Браге. Для Кеплера наступало наиболее благоприятное во всей его жизни десятилетие, в течение которого он выполнит важнейшие исследования в астрономии и оптике.

Значение этой книги состоит, прежде всего, в том, что в ней дан вывод двух из трех знаменитых законов движения планет, названных именем Кеплера. В современной формулировке эти законы обычно звучат так:

1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых (общем для всех планет) находится Солнце;

2. Площади, описываемые радиус-векторами планет, пропорциональны времени.

Еще в первые дни пребывания Кеплера у Тихо Браге, последний поручил Кеплеру работу, связанную с объяснением движения Марса. Как оказалось впоследствии для решения вопроса о форме планетных орбит и о законах, по которым осуществляется их движение, Марс занимал ключевую позицию, т. к. его орбита более других вытянута, резче отличается от круговой, и в то же время Марс удобен для наблюдений.

Кеплер начал свое исследование составлением на основании наблюдений Тихо Браге полного списка моментов, долгот и широт всех противостояний Марса с 1580 г. Для достижения успеха в своих исследованиях Кеплеру необходимо было отрешиться от некоторых догм, принципиальное следование которым было причиной неудач многих его предшественников.

Кеплер впервые предположил, что движение планет происходит вследствие воздействия на них некой силы, исходящей от Солнца. Но этого предположения было недостаточно для объяснения видимых неравномерностей в движении планет. Поэтому Кеплер наделяет силой каждую планету, считая, что при этом, являясь объектом воздействия двух противоборствующих сил, своеобразного перетягивания на канате, планета то приближается к Солнцу, то уходит от него. Таким образом, у Кеплера Солнце становится не только источником света и тепла для всей планетной системы, но также и источником движущей планеты силы. Второе нововведение заключалось в предположении некоторого постоянного угла между плоскостями планетарных орбит. По данным наблюдений Браге, Кеплер убеждается в правильности своей гипотезы и находит угол между плоскостями орбит Земли и Марса равным 1 о 50'. Третье нововведение более радикально. От Платона и Птолемея до Коперника и Браге астрономы были уверены в том, что планеты совершают свои круговые движения с равномерной скоростью. Кеплер отбрасывает аксиому равномерного движения. При этом он руководствуется прежде всего физическими соображениями: если Солнце управляет движением, является его источником, то его сила должна действовать на планету более интенсивно, когда она находится ближе к источнику, и менее интенсивно, когда планета от него удалится, следовательно, планета будет двигаться с большей или меньшей скоростью в зависимости от ее расстояния от Солнца [2].

Краткая биография Иоганна Кеплера - величайшего астронома всех веков и народов, основателя современной теоретической астрономии. Краткое содержание законов движения планет Кеплера. Другие достижения астронома. Значение открытий Кеплера в истории науки.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	01.11.2010
Размер файла	194,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Федеральное агентство по образованию и науки

Тольяттинский государственный университет

Кафедра общей и теоретической физики

по дисциплине

Концепция современного естествознания

Выполнил: студентка гр. 242 Чернова Г.А.

Проверил: Павлова А.П.

Тольятти - 2008 год

Содержание

1 Открытия Кеплера

2 Значение открытий Кеплера в истории науки

Введение

Иоганн Кеплер (Jоhаnn Kepler) -- немецкий астроном и математик, один из величайших астрономов всех веков и народов, основатель современной теоретической астрономии, прославившийся открытием трех законов движения планет.

Иоганн Кеплер родился 27.12.1571года близ Вейля в Вюртемберге от бедных родителей. Его отец служил наёмником в Испанских Нидерландах. Когда юноше было 18 лет, отец отправился в очередной поход и исчез навсегда. Мать Кеплера, Катарина Кеплер, содержала трактир, подрабатывала гаданием и траволечением.

1 Открытия Кеплера

После смерти Браге Иоганн Кеплер начал изучать оставшиеся материалы с данными долголетних астрономических наблюдений. Работая над ними, в особенности над материалами о движении Марса, Кеплер сделал замечательное открытие: он вывел законы движения планет, ставшие основой теоретической астрономии.

Первый закон Кеплера (Закон эллипсов)

Философы Древней Греции думали, что круг -- это самая совершенная геометрическая форма. А если так, то и планеты должны совершать свои обращения только по правильным кругам (окружностям). Кеплер пришел к мысли о неправильности установившегося с древности мнения о круговой форме планетных орбит. Орбиты планет представляют собою более сложные фигуры, чем окружность. Еще в конце 16-го века, в начале 17-го (то есть до открытия Ньютоном закона всемирного тяготения) Иоганн Кеплер впервые решился пересмотреть причины движения планет вокруг Солнца, Луны вокруг Земли. Он ошибался в оценке природы притягивающей силы, но догадывался, что Солнце искажает притяжением пути планет, которые стремятся двигаться по прямой. Кеплер на основе результатов кропотливых и многолетних наблюдений Тихо Браге за планетой Марс смог определить форму его орбиты. После длительных расчетов, ошибок, разочарований, перебора множества вариантов (математика не давала в то время возможности идти другим путем), Кеплер достиг согласования своих результатов и записей о наблюдениях датского астронома. Орбита оказалась эллипсом. Солнце Кеплер расположил в одном из фокусов эллипса. Таким образом, появился первый эмпирический (то есть выведенный из наблюдений) закон Кеплера: любая планета движется по орбите в виде эллипса, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Падающий на землю после нашего броска камень до момента падения описывает в воздухе траекторию, являющуюся малой частью эллипса, в одном из фокусов которого находится центр Земли.

Эллипс - геометрическая фигура, свойство которой состоит в том, что сумма расстояний от любой точки эллипса до двух особых точек, именуемых фокусами эллипса (F), является величиной постоянной. У эллипса еще выделяют точку центра (С). Основным же понятием для этой фигуры является эксцентриситет. Эксцентриситет - параметр, являющийся характеристикой вытянутости эллипса. Он равен отношению расстояния от центра эллипса до его фокуса к длине большой полуоси (a) или отношению корня из разности квадратов большой и малой (b) полуосей к длине большой полуоси:

Эксцентриситет обозначается латинской буквой е. Анализ формул дает нам знать, что для окружности (а=b) эксцентриситет равен нулю. Другие значения этой величины определяют разомкнутые кривые. Для параболы (а бесконечно велико) эксцентриситет равен единице. Эксцентриситет, больший, чем единица, описывает гиперболу.

Надо сказать, что в случае планет отличие орбит от окружностей невелико (е несильно отличается от нуля). Значительную вытянутость имеют лишь орбиты Меркурия (е=0,206) и Плутона (е=0,25). Орбиты астероидов и комет могут иметь различную вытянутость. Кометные орбиты часто имеют как параболическую, так и гиперболическую форму. Под гравитационным действием планет кометы иногда искажают свой путь, ускоряются или замедляются. Результатом этого и может послужить сильное изменение формы орбиты. Вспомним также, что гравитационное взаимодействие присуще всем телам, обладающим массами. Из-за этого орбиты всех тел Солнечной системы постоянно меняются: все планеты действуют друг на друга. Такое действие (малое, по сравнению с действием Солнца) называют возмущающим. А изменения в пути небесных тел - возмущениями. Например, возмущающая сила гравитационного притяжения Юпитера значительно меняет орбиты астероидов. Действие на Луну Земли и Солнца делают совершенно непригодными для расчетов ее орбиты законы Кеплера.

Второй закон Кеплера (Закон площадей)

Изучая по наблюдениям закономерности движения планет, Кеплер смог открыть и такое правило: за любые равные промежутки времени линия, соединяющая Солнце с планетой, покрывает равные по площади участки внутри эллипса.

Это второй закон Кеплера или закон площадей. Он предвосхитил собою позднее выведенный закон сохранения момента импульса. Следствие из этого закона такое: скорость, с которой движется планета вокруг Солнца, также не всегда одинакова: подходя ближе к Солнцу, планета движется быстрее, а отходя дальше от него -- медленнее. Эта особенность в движении планет составляет второй закон Кеплера.

При этом И. Кеплер разрабатывает принципиально новый математический аппарат, делая важный шаг в развитии математики переменных величин.

Третий закон Кеплера (Гармонический закон)

Наконец, Кеплер отметился еще и третьим законом планетных движений. Он вычислил, что отношения кубов больших полуосей орбит и квадратов периодов обращения планет вокруг Солнца - величины равные. Или

где a1 и a2 - длины больших полуосей орбит двух планет, а T1 и T2 - периоды их обращения вокруг Солнца. Если, скажем, мы знаем длину большой полуоси орбиты Земли и период ее движения вокруг Солнца (год), то, установив из наблюдений период движения другой планеты, мы легко можем вычислить большую полуось ее орбиты. Если принять большую полуось Земной орбиту за единицу, а период обращения измерять в годах, то, используя в качестве первой планеты в формуле третьего закона Землю, мы сможем переписать закон так:

где а измеряется в длинах большой полуоси земной орбиты, а Т - в годах. Длину большой полуоси орбиты Земли издавна принято называть астрономической единицей. Расстояние до других планет в астрономических единицах люди узнали гораздо раньше, чем расстояние от Земли до Солнца, благодаря третьему закону Кеплера.

Обобщенный третий закон Кеплера

Повторим, что законы Кеплера - следствие его непревзойденного усердия в математической обработке результатов наблюдений. Это - наблюдательные законы. Они отображают закономерности, но не выявляют причин. После появления закона всемирного тяготения стало очевидным, что законы Кеплера - лишь следствие физического свойства любых тел, обладающих массами, притягиваться друг другом.

С помощью этого закона можно сравнить движение спутника с массой m1 вокруг тела с массой M1 и движение спутника с массой m2 вокруг тела с массой М2. Если мы ограничимся Солнечной системой, то М1=М2, ведь это масса Солнца. Массы всех других тел Солнечной системы малы, по сравнению с массой Солнца, можно принять их равными нулю, и Ньютонов закон преобразуется в обычный третий закон Кеплера.

Следовательно, все движения в Солнечной системе подчиняются закону всемирного тяготения. Исходя из малой массы планет и тем более прочих тел Солнечной системы, можно приближенно считать, что движения в околосолнечном пространстве подчиняются законам Кеплера. Все тела движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце. Чем ближе к Солнцу небесное тело, тем быстрее его скорость движения по орбите (планета Плутон, самая далекая из известных, движется в 6 раз медленнее Земли). Тела могут двигаться и по разомкнутым орбитам: параболе или гиперболе. Это случается в том случае, если скорость тела равна или превышает значение второй космической скорости для Солнца на данном удалении от центрального светила. Если речь идет о спутнике планеты, то и космическую скорость надо рассчитывать относительно массы планеты и расстояния до ее центра.

Открытие законов обращения планет потребовало от Кеплера многих лет упорной и напряженной работы. Он работал, живя все время в бедности, преследуемый всесильными церковными властями. Книги Кеплера, которые он с большим трудом издавал, сжигали на кострах.

Отношение Кеплера к астрологии было двойственным. С одной стороны, он допускал, что земное и небесное находятся в некоем гармоничном единстве и взаимосвязи. С другой -- скептически оценивал возможность использовать эту гармонию для предсказания конкретных событий. Кеплер выделялся на фоне других астрологов своей неординарной особенностью составления гороскопов.

2 Значение открытий Кеплера в истории науки

Он немало сделал для принятия протестантами григорианского календаря (на сейме в Регенсбурге, 1613, и в Аахене, 1615).

В честь учёного названы: кратеры на Луне и на Марсе; астероид1134; сверхновая 1604, описанная им; орбитальная обсерватория НАСА, планируемая к запуску в 2009 году; университет в Линце.

Труды ученого, твердо поставившего нас на путь правильного понимания устройства нашей Солнечной системы, и сегодня, спустя века после его смерти, играют столь важную роль в изучении строения необъятной Вселенной.

Список литературы

6.1. и. кеплер: от поисков гармонии мира к открытию тайны планетных орбит

После работ Коперника дальнейшее развитие астрономии требовало значительного расширения и уточнения эмпирического материала, наблюдательных данных о небесных телах. Европейские астрономы продолжали пользоваться старыми античными результатами наблюдений. Но они устарели и часто были неточны. Проводимые же в ту пopy европейскими астрономами наблюдения характеризовались большими погрешностями.

Кардинальные изменения наметились только в последней четверти XVI в., когда в 1580 г. в Дании на островке Вен (в 20 км от Копенгагена) построили невиданную еще астрономическую обсерваторию, названную Небесным замком (Ураниборгом). Инициатором и организатором строительства обсерватории и новых огромных инструментов для астрономических наблюдений (квадранта радиусом 2 м, точность которого доходила до 1/6', сектанта для измерения угловых расстояний между звездами, большого небесного глобуса и др.) был Тихо Браге, датский дворянин, посвятивший свою жизнь не воинским подвигам, а служению богине Неба — Урании.

Первое выдающееся открытие Тихо Браге сделал еще в 1572 г., когда, наблюдая за вспыхнувшей яркой звездой в созвездии Кассиопеи, показал, что это вовсе не атмосферное явление (какэто следовало из аристотелевой картины мира), а удивительное изменение в Сфере звезд *. Более двух десятков лет провел Браге в Ураниборге, определяя положение небесных объектов. Удивляет точность его данных, если помнить, что тогда еще не знали телескопов и других оптических инструментов. Так, при сравнении с современными данными оказалось, что средние ошибки при определении положений звезд у него не превышали 1, а для 21 опорной звезды — даже 40".

* Это была вспышка сверхновой звезды.

Тихо Браге был блестящим астрономом-наблюдателем, но не теоретиком. Это мешало ему в полной мере оценить учение Коперника. Однако Браге тоже ощущал недостатки птолемеевской геоцентрической системы и разработал систему, занимавшую промежуточное место между геоцентрической и гелиоцентрической. В этой системе Солнце движется по эксцентрической окружности вокруг неподвижной Земли, а планеты обращаются вокруг Солнца.

К счастью, на своем жизненном пути Т. Браге встретил Иоганна Кеплера. На смертном одре Тихо Браге завещал Кеплеру все свои рукописи, содержавшие результаты многолетних астрономических наблюдений, с тем чтобы Кеплер доказал справедливость его, Браге, гипотезы о строении планетной системы. Это завещание не было и не могло быть исполнено. Но Кеплер сделал несравненно более великое открытие — он раскрыл главную тайну планетных орбит. Этот великий немецкий ученый (с удивительной судьбой, жизнь которого была полна невзгод и лишений) совершил величайший научный подвиг — заложил фундамент новой теоретической астрономии и учения о гравитации. Он показал, что законы надо искать в природе, а не выдумывать их как искусственные схемы и подгонять под них явления природы.

Будучи глубоко религиозным человеком и увлекаясь в молодости астрологией, Кеплер поставил перед собой великую жизненную цель — проникнуть в божественные планы творения мира, постичь тайны строения Вселенной. Считая, что Бог как высшее творческое начало при сотворении мира должен был руководствоваться идеальными, математически совершенными числовыми отношениями и геометрическими формами, Кеплер пытался объяснить существование только шести планет Солнечной системы существованием всего пяти правильных многогранников *. Кеплер пытается математически связать орбиты планет со сферами, вписанными в многогранники и описанными вокруг них. Затем закономерно возникает и вопрос об отношениях радиусов орбит планет между собой, решение которого, в свою очередь, подводит Кеплера к поиску точных законов гелиоцентрического планетного мира и превращает эту задачу в главное дело жизни.

* Во времена Кеплера было известно только шесть планет Солнечной системы, наблюдаемых невооруженным глазом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн. Планета Уран была открыта В. Гершелем в 1781 г., Нептун открыт астрономом Галле и математиком Леверье в 1846., Плутон был обнаружен только в 1930г.

Первый утверждал эллиптическую форму орбит и тем разрушал принцип круговых движений в космосе; второй показывал, что планеты нe только движутся по эллиптическим орбитам, но и движутся по ним неравномерно. Скорость планет изменяется таким образом, что площади, описываемые радиусом-вектором в равные промежутки времени, равны между собой (закон постоянства площадей). Так рухнул и принцип равномерности небесных движений. Кеплер ввел пять параметров, определяющих гелиоцентрическую орбиту планеты (Кеплеровы элементы) и нашел уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени (уравнение Кеплера). Таким образом, открытые им законы стали рабочим инструментом для наблюдателей.

Поэтому Кеплер впервые поставил вопрос о физической природе и точном математическом законе действия силы, движущей планеты. Действие Солнца на планеты Кеплер сравнивал с действием магнита. Такое сравнение было вполне в духе времени, для которого характерно особое увлечение магнитными явлениями. В 1600 г. английский врач и физик У. Гильберт, справедливо считая Землю большим магнитом, выдвинул идею универсальности магнетизма и сводил к нему силу тяжести. Магнитным влиянием Луны пытались объяснить морские приливы и отливы. Опираясь на эти идеи, Кеплер в 1609 г. развил представление о механизме действия силы, движущей планеты, как о вихре, возникающем в эфирной среде от вращения магнитного Солнца. Кеплер полагал, что сила действовала на планету непосредственно вдоль орбиты. Недостаточное развитие основ механики привело его к ошибочному выводу, что эта сила обратно пропорциональна расстоянию (а не его квадрату) от Солнца. Эксцентричность орбит он объяснял тем, что планеты — это большие круглые магниты с постоянным направлением магнитной оси, которые в зависимости от расположения магнитных полюсов то притягиваются, то отталкиваются от Солнца.

Для установления истинного сложного характера причин орбитального движения планеты требовались уточнение основных физических понятий и создание основ механики. Это было делом будущего. Таким образом, в исследованиях механики неба Кеплер до предела исчерпал возможности современной ему физики.

Содержание

После работ Коперника дальнейшее развитие астрономии требовало значительного расширения и уточнения эмпирического материала, наблюдательных данных о небесных телах. Европейские астрономы продолжали пользоваться старыми античными результатами наблюдений. Но они устарели и часто были неточны. Проводимые же в ту пору европейскими астрономами наблюдения характеризовались большими погрешностями.

Первое выдающееся открытие Тихо Браге сделал еще в 1572 г., когда, наблюдая за вспыхнувшей яркой звездой в созвездии Кассиопеи, показал, что это вовсе не атмосферное явление (как это следовало из аристотелевой картины мира), а удивительное изменение в сфере звезд'. Более двух десятков лет провел Браге в Ураниборге, определяя положение небесных объектов. Удивляет точность его Данных, если помнить, что тогда еще не знали телескопов и других оптических инструментов. Так, при сравнении с современными данными оказалось, что средние ошибки при определении положений эвезд у него не превышали Г, а для 21 опорной звезды — даже 40".

 Это была вспышка сверхновой звезды.

Солнце движется по эксцентрической окружности вокруг неподвижной Земли, а планеты обращаются вокруг Солнца.

К счастью, на своем жизненном пути Т. Браге встретил Иоганна Кеплера. На смертном одре Тихо Браге завещал Кеплеру все свои рукописи, содержавшие результаты многолетних астрономических наблюдений, с тем чтобы Кеплер доказал справедливость его. Браге, гипотезы о строении планетной системы. Это завещание не было и не могло быть исполнено. Но Кеплер сделал несравненно более великое открытие — он раскрыл главную тайну планетных орбит. Этот великий немецкий ученый (с удивительной судьбой, жизнь которого была полна невзгод и лишений) совершил величайший научный подвиг — заложил фундамент новой теоретической астрономии и учения о гравитации. Он показал, что законы надо искать в природе, а не выдумывать их как искусственные схемы и подгонять под них явления природы.

Будучи глубоко религиозным человеком и увлекаясь в молодости астрологией, Кеплер поставил перед собой великую жизненную цель — проникнуть в божественные планы творения мира, постичь тайны строения Вселенной. Считая, что Бог как высшее творческое начало при сотворении мира должен был руководствоваться идеальными, математически совершенными числовыми отношениями и геометрическими формами, Кеплер пытался объяснить существование только шести планет Солнечной системы существованием всего пяти правильных многогранников'. Кеплер пытается математически связать орбиты планет со сферами, вписанными в многогранники и описанными вокруг них. Затем закономерно возникает и вопрос об отношениях радиусов орбит планет между собой, решение которого, в свою очередь, подводит Кеплера к поиску точных законов гелиоцентрического планетного мира и превращает эту задачу в главное дело жизни.

В ходе длительной напряженной, колоссальной исследовательской работы проявились 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 числовых отношений в мире завершились открытием действительных законов планетных движений, которые Кеплер изложил в сочинениях “Новая, изыски"

' Во времена Кеплера было известно только шесть планет Солнечной системы. наблюдаемых невооруженным глазом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн. Планета Уран была открыта В. Гершелем в 1781 г., Нептун открыт астрономом Галле и математиком Леверье в 1846., Плутон был обнаружен только в 1930г.

вающая причины астрономия, или Физика неба” (1609) и “Гармония мира”(1б19).

В начале XVII в. основные космологические идеи древних греков уже утратили свое научное значение, но тем не менее некоторые из них за столетия приобрели характер абсолютных истин, отказаться от которых не хватало смелости духа. К ним, в частности, относилось представление о том, что только круговое, равномерное, “естественное” движение единственно допустимо для небесных тел. Даже Коперник и Галилей остались во власти этого убеждения, считая древний космологический принцип незыблемым. Против этой научной догмы и выступил Кеплер. После пяти лет трудоемкой математической обработки огромного материала наблюдений Т. Браге за движением Марса Кеплер в 1605 г. открыл и в 1609 г. опубликовал первые два закона планетных движений (сначала для Марса, затем распространил их на другие планеты и их спутники).

Первый утверждал эллиптическую форму орбити тем разрушал принцип круговых движений в космосе; второй показывал, что планеты не только движутся по эллиптическим орбитам, но и движутся по ним неравномерно.Скорость планет изменяется таким образом, что площади, описываемые радиусом-вектором в равные, промежутки времени, равны между собой(закон постоянства площадей). Так рухнул и принцип равномерности небесных движений. Кеплер ввел пять параметров, определяющих гелиоцентрическую орбиту планеты (Кеплеровы элементы) и нашел уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени (уравнение Кеплера). Таким образом, открытые им законы стали рабочим инструментом для наблюдателей.

Далее Кеплер поставил вопрос о динамике движения планет. До Кеплера планетная космология, опиравшаяся на аристотелевский принцип “естественности” движений небесных тел, была кинематической. Авторы планетных теорий ограничивались разработкой кинематико-геометрических моделей мира, не пытаясь определить причины, вызывавшие движения небесных тел. Даже у Коперника схема орбитальных движений планет оставалась старой, кинематической. И только Кеплер увидел в гелиоцентрической картине движений планет действие единой физической силы и поставил вопрос о ее природе.

Уже в 1596 г. в своем первом сочинении “Космографическая тайна” он обратил внимание на то, что с удалением от Солнца периоды обращения планет увеличиваются быстрее, чем радиусы их орбит, т.е. 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 близких (так думал Т.Браге); второе — движущая сила едина для всей системы и сосредо-

точена в ее центре — Солнце, которое действует сильнее на близкие и слабее на далекие планеты. Кеплер остановился на втором, поскольку эта идея лучше объясняла первые два закона планетных движений Через десять лет после опубликования первых двух законов Кеплер установил (1619) универсальную зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями их от Солнца: третий закон Кеплера— квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы средних расстояний этих планет от Солнца.Это окончательно убедило его в том, что движением планет управляет именно Солнце.

Читайте также: