"Keplerin lait" - tämä lause on tuttu kaikille tähtitiedettä pitäville. Kuka on tämä henkilö? Minkä objektiivisen todellisuuden yhteyttä ja keskinäistä riippuvuutta hän kuvaili? Tähtitieteilijä, matemaatikko, teologi, filosofi, aikansa älykkäin mies Johannes Kepler (1571-1630) löysi planeettojen liikkeen lait aurinkokunnassa.
Matkan alku
Johannes Kepler, kotoisin Weil der Stadtista (Saksa), tuli tähän maailmaan joulukuussa 1571. Heikko, huonon näköinen lapsi voitti kaiken voittaakseen tässä elämässä. Pojan opinnot alkoivat Leonbergissa, jonne perhe muutti. Myöhemmin hän muutti edistyneeseen oppilaitokseen, latinalaiseen kouluun, oppiakseen kielen perusteet, joita hän aikoi käyttää tulevissa julkaisuissa.
Vuonna 1589 hän valmistui koulusta Maulbronnin luostarissa Adelburgin kaupungissa. Vuonna 1591 hän tuli Tübingenin yliopistoon. Luterilaisuuden käyttöönoton jälkeen herttuat loivat tehokkaan koulutusjärjestelmän. Köyhille tarkoitettujen apurahojen ja stipendien avulla viranomaiset yrittivättarjota yliopistoille hakijoita, joista voidaan kouluttaa hyvin koulutettuja pappeja, jotka pystyvät puolustamaan uutta uskoa raivostuvien uskonnollisten kiistan aikoina.
Oppilaitoksessa oleskelunsa aikana Kepler joutui tähtitieteen professori Michael Möstlinin vaikutuksen alaisena. Jälkimmäinen jakoi salaa Kopernikuksen näkemykset heliosentrisen (aurinko keskellä) universumin ideasta, vaikka hän opetti opiskelijoille "Ptolemaioksen mukaan" (Maa keskellä). Puolan tiedemiehen ajatusten syvällinen tuntemus herätti Keplerissä suurta kiinnostusta tähtitiedettä kohtaan. Joten Kopernikuksen teorialla oli toinen kannattaja, joka yritti henkilökohtaisesti ymmärtää Auringon ympärillä olevien planeettojen liikelakeja.
Aurinkokunta on taideteos
Kummallista kyllä, se, joka myöhemmin löysi planeettojen liikkeen lait, ei pitänyt itseään tähtitieteilijänä kutsumuksestaan. Kepler uskoi koko elämänsä ajan, että aurinkokunta on taideteos, täynnä mystisiä ilmiöitä, hän haaveili papiksi tulemisesta. Tähtitieteilijä selitti kiinnostuksensa Kopernikuksen teoriaa kohtaan sillä, että ennen kuin hän tekee johtopäätöksiä omasta tutkimuksestaan, hänen on tutkittava erilaisia mielipiteitä.
Yliopiston opettajat puhuivat Kepleristä kuitenkin erinomaisen mielen opiskelijana. Vuonna 1591 saatuaan maisterin tutkinnon tiedemies jatkoi opintojaan teologian alalla. Kun ne olivat lähellä valmistumista, tuli tiedoksi, että Grazin luterilaisessa koulussa oli kuollut matematiikan professori. Tübingenin yliopisto suositteli, että tähän tehtävään rekrytoidaan kaikilla osa-alueilla lahjakas.ylioppilassuhde. Joten hyvästit planeettojen liikkeen laeille?
Jumalan nimessä
22-vuotias Johann luopui vastahakoisesti alkuperäisestä kutsumuksestaan pappina, mutta ryhtyi kuitenkin matematiikan opettajan tehtäviin Grazissa. Luennoiessaan luokassaan aloitteleva opettaja kuvasi taululle geometrisia kuvioita, joissa oli samankeskisiä ympyröitä ja kolmioita. Ja yhtäkkiä hänelle valkeni ajatus, että tällaiset luvut heijastavat tiettyä kiinteää suhdetta kahden ympyrän koon välillä, edellyttäen, että kolmio on tasasivuinen. Mikä on näiden kahden ympyrän välinen pinta-alasuhde? Ajatusprosessi oli saamassa vauhtia.
Vuotta myöhemmin epätavallinen teologi julkaisi ensimmäisen teoksensa, The Mystery of the Universe (1596). Siinä hän hahmotteli luovia näkemyksiään universumin salaisuuksista, joita tukevat uskonnolliset uskomukset.
Hän, joka löysi planeettojen liikkeen lait, teki sen Jumalan nimessä. Paljastaessaan maailmankaikkeuden matemaattisen suunnitelman tutkija tuli siihen tulokseen: kuusi planeettaa on suljettu palloihin, joiden väliin mahtuu viisi säännöllistä monitahoa. Tietenkin versio perustui "faktaan", että taivaankappaleita on vain kuusi. Kepler hahmotteli Maan kiertoradan ympärille täydellisen dodekaedrin ja pallon, joka kosketti Marsin kiertorataa.
Täydellinen polyhedra
Marsin alueen ympärillä tiedemies kuvasi tetraedrin ja pallon, joka on Jupiterin kiertoradan vieressä. Maan kiertoradan ikosaedriin Venuksen pallo "sopii" täydellisesti. Käyttäen loputtyyppejä täydellinen polyhedra, sama tehtiin muiden kanssa. Yllättäen Keplerin sisäkkäispallomallissa esitetyt naapuriplaneettojen kiertoratojen suhteet osuivat yhteen Kopernikuksen laskelmien kanssa.
Planeettien liikkeen lait löytäessään matemaattisen mielen omaava pappi turvautui ensisijaisesti jumalalliseen inspiraatioon. Hänellä ei ollut todellista perustetta väitteille. Tutkielman "Secrets of the Universe" merkitys piilee siinä, että se oli ensimmäinen ratkaiseva askel kohti Kopernikuksen esittämän maailman heliosentrinen järjestelmän tunnustamista.
Oletukset vs suuri tarkkuus
Syyskuussa 1598 katoliset hallitsijat pakottivat Grazin protestantit, mukaan lukien Keplerin, pois kaupungista. Vaikka Johann pääsi palaamaan, tilanne pysyi erittäin jännittyneenä. Tukea etsiessään hän kääntyi keisari Rudolf II:n hovissa matemaatikko ja tähtitieteilijä Tycho Brahen puoleen. Tiedemies tunnettiin vaikuttavasta planeettahavainnoistaan.
Hän tiesi teoksesta "The Secret of the Universe". Mutta kun sen luoja vuonna 1600 saapui Prahan kaupungin ulkopuolella sijaitsevaan Tycho-observatorioon, Brahe, joka harjoitti (silloin) tarkkaa tutkimusta, toivotti hänet tervetulleeksi tietyn teoksen kirjoittajaksi, mutta ei kollegakseen.. Heidän välinen vastakkainasettelu jatkui tanskalaisen astrologin kuolemaan asti, joka tapahtui vuotta myöhemmin. Kilpailijan lähdön jälkeen toiseen maailmaan Keplerille uskottiin havaintojensa aarteen vartiointi. Ne auttoivat suuresti tutkijaa tulemaan liikkeen lait löytäjäksiplaneetat auringon ympärillä.
Marsin polku
Bragen viimeisin tutkimus planeettojen liikkeiden taulukon luomiseksi ei ole valmis. Kaikki toiveet asetettiin seuraajalle. Hänet nimitettiin keisarilliseen matemaatikkoon. Huolimatta kireästä suhteesta kuolleeseen kollegaan, Kepler sai vapaasti harjoittaa omia etujaan tähtitieteen parissa. Hän päätti jatkaa Marsin havainnointiaan ja kuvailla omaa näkemystään tämän planeetan radasta.
Johann oli varma: avaamalla monimutkaisen Marsin polun on mahdollista paljastaa kaikkien muiden "universumin vaeltajien" liikeradat. Vastoin yleistä käsitystä, hän ei vain käyttänyt Brahen havaintoja valitakseen kuvaukseen sopivan geometrisen hahmon. Eilinen teologi suuntasi ponnistelunsa "ilmattomassa tilassa elävien sisarusten" liikkeen fyysisen teorian löytämiseen, josta heidän kiertoradansa voidaan päätellä. Titaanisen tutkimustyön jälkeen ilmestyi kolme planeetan liikkeen lakia.
Ensimmäinen laki
I. Planeettojen kiertoradat ovat ellipsejä, joiden yhdessä polttopisteistä on aurinko.
Planeettojen liikkeen laki aurinkokunnassa osoitti, että planeetat liikkuvat ellipsissä. Se ilmestyi kahdeksan vuoden laskelmien jälkeen käyttämällä Tycho Brahen kokoamaa tietokantaa, joka perustui Marsin planeetan liikkeen havaintoihin. Johann kutsui työtään "New Astronomy".
Joten Keplerin ensimmäisen lain mukaan missä tahansa ellipsissä on kaksi geometristä pistettä, joita kutsutaan polttopisteiksi (tarkennus yksikössä). Kokonaisetäisyys planeet alta kuhunkin keskukseen lasketaan aina yhteensama riippumatta siitä, missä planeetta on liikeradalla. Löydön tärkeys on, että olettamus, jonka mukaan radat eivät ole täydellisiä ympyröitä (kuten geosentrisessä teoriassa), toi ihmiset lähemmäksi tarkempaa ja selkeämpää maailmankuvan ymmärtämistä.
Toinen laki
II. Planeetan Aurinkoon yhdistävä viiva (sädevektori) kattaa yhtäläiset alueet yhtäläisin aikavälein planeetan liikkuessa ellipsin ympäri.
Toisin sanoen minä tahansa ajanjaksona, esimerkiksi 30 päivän kuluttua, planeetta ylittää saman alueen, riippumatta valitsemastasi ajanjaksosta. Se liikkuu nopeammin lähestyttäessä Aurinkoa ja hitaammin poistuessaan, mutta se liikkuu jatkuvasti muuttuvalla nopeudella liikkuessaan kiertoradalla. "Ketterin" liike havaitaan perihelionissa (lähinnä aurinkoa oleva piste) ja "voimakkain" aphelionissa (piste, joka on kauimpana Auringosta). Näin päätteli se, joka löysi planeettojen liikkeen lait.
Kolmas laki
III. Kokonaiskiertoaikajakson (T) neliö on verrannollinen planeetan ja Auringon keskimääräisen etäisyyden kuutioon (R).
Tätä periaatetta kutsutaan joskus harmonian laiksi. Se vertaa planeettojen kiertoradan ajanjaksoa ja kiertoradan sädettä. Keplerin löydön ydin on seuraava: liikejaksojen neliöiden ja Auringosta keskimääräisten etäisyyksien kuutioiden suhde on sama jokaisella planeetalla.
Toistan vielä, että Keplerin planeettojen liikkeen lait perustuivat pitkäaikaisiin vakaviin havaintoihin jamatemaattisesti käsitelty. Säännönmukaisuuksia näyttäen ne eivät paljastaneet ilmiöiden ehdollisuutta. Myöhemmin kuuluisa universaalin gravitaatiolain löytäjä Newton osoitti, että vastaus piilee kehojen fyysisissä ominaisuuksissa vetää toisiaan puoleensa.
Kehoni varjo on täällä
Menestyksestään huolimatta Kepler kärsi jatkuvasti taloudellisista ongelmista, ajan puutteesta tutkimukseen ja muutti etsimään paikkoja, joissa hänen uskonnollisia vakaumuksiaan suvaittiin. Hän yritti useita kertoja saada opettajan paikkaa Tübingenissä, mutta hänet pidettiin petturina, protestanttina, ja hänet hylättiin.
Johannes Kepler kuoli 15. marraskuuta 1630 akuuttiin kuumekohtaukseen. Hänet haudattiin protestanttiselle hautausmaalle. Hänen laillinen poikansa kirjoitti epitaafiin:”Käytin mittaamiseen taivaita. Nyt minun on mitattava maan varjot. Vaikka sieluni on taivaassa, ruumiini varjo on täällä.”
Kyllä, alun perin, keskiaikaisten käsitteiden hengessä, tiedemies uskoi, että planeetat liikkuvat, koska niillä on sielu, tämä on elävää taikuutta, ei vain ainepaakkuja. Myöhemmin hän tajusi, että tieteellinen lähestymistapa oli oikeutetumpi. No, pappi ja tähtitieteilijä, jotka löysivät planeettojen liikkeen lait, kulkivat rehellisesti oivalluksen polun. Mutta myönnetään se itsellemme: joskus näyttää siltä, että tieteellisessä universumissa on niin paljon mystiikkaa läpikotaisin!
