天空的立法者,天文学家开普勒,启示多

约翰尼斯·开普勒（JohannesKepler，年12月27日—年11月15日），生于符腾堡的威尔德斯达特镇，卒于雷根斯堡。德国杰出的天文学家、物理学家、数学家。作为第谷·布拉赫的接班人，开普勒认真地研究了第谷多年对行星进行仔细观察所做的大量记录。第谷是望远镜发明以前的最后一位伟大的天文学家。开普勒认为通过对第谷的记录做仔细的数学分析可以确定哪个行星运动学说正确的：哥白尼日心说，古老的托勒密地心说，或许是第谷本人提出的第三种学说。但是经过多年煞费苦心的数学计算，开普勒发现第谷的观察与这三种学说都不符合，他的希望破灭了。最终开普勒认识到了所存在的问题：他与第谷、拉格茨·哥白尼以及所有的经典天文学家一样，都假定行星轨道是由圆或复合圆组成的。但是实际上行星轨道不是圆形而是椭圆形。谁也不会想到，世界著名的天文学家开普勒竟然是一个十分不幸的人：一个早产儿，体质很差；在童年时代遭遇了很大的不幸，四岁时患上了天花和猩红热，高烧不止，虽侥幸死里逃生，身体却受到了严重的摧残，视力衰弱，一只手半残，还是一个走路都不正常的跋子……即使这样，上帝还没有放弃对他的折磨。这个出生在德国威尔德斯达特镇贫民家庭的可怜孩子在好不容易进入大学以后，新的不幸又降临到他身上了，父亲病故，母亲因被指控有巫术而入狱。生活的不幸并未使他中止学业，身残志坚的开普勒反而加倍努力学习，凭借惊人的毅力和刻苦精神，在天文学老师马斯林的影响下，开始研究天文学。大学毕业后，开普勒获得了天文学硕士的学位，被聘请到格拉茨新教神学院担任教师。后来，由于学校被天主教会控制，开普勒离开神学院前往布拉格，与卓越的天文观察家第谷一起专心地从事天文观测工作。正是第谷发现了开普勒的才能。在第谷的帮助和指导下，开普勒的学业有了巨大的进步。虽然，开普勒视力不佳，近视又散光，但是借助工具，仍能顽强地坚持观测天象。开普勒分析了丹麦天文学家第谷毕生积累的天文观测资料，总结出关于行星运动的三个定律，世称开普勒行星运动三定律。它们分别是：1、行星环绕太阳运行的轨道是椭圆，太阳在这椭圆的一个焦点上。2、连接太阳和行星的向径，在相等的时间间隔内扫过相等的面积。3、行星绕太阳运行的轨道周期的平方与它们轨道半长径的立方成正比。据说，有一天，他忽然想：星星们一定是在各自的轨道上运行的，否则杂乱无章的天体不就撞成一团了吗？那么，天体之间的运行又有什么规律呢？他决定探究出其间的“奥秘”。开始，开普勒把宇宙中的天体想象成一个几何结构模型。于是，他反复计算、分析，并以火星为对象，共进行了七十多次的计算，设计它的运行轨道，可是每次都与实际观测的数据相差0.度。“为什么会出现这样的问题呢？”他苦思冥想，终于悟到，自己把火星运行轨道假设成圆形的，事实上，火星运行的轨道是椭圆形的。这样，他的计算结果与实际观测的数据正好吻合。他也成了第一个从理论上计算出火星运行轨道的人，他的这一发现被称为“开普勒第一运动定律”，即“行星沿椭圆轨道绕太阳运行，太阳处于焦点之一的位置”。这个重大发现把哥白尼学说向前推进了一大步。当开普勒搞清楚火星运行轨道以后，立即着手编制火星运行表，并进一步观察它的运行情况。接着，他又发现，火星运行速度虽不均匀（最快时在近日点，最慢时在远日点），但从任何一点开始，在单位时间内，向径扫过的面积却是不变的。即火星离太阳越近，运动得越快，相反，则越慢。这样就得出了关于行星运动的第二条定律——开普勒的第二运动定律：行星的向径，在相等时间内扫过相等的面积。开普勒还指出，这两条定律也适用于其他行星和月球的运动。10年后，开普勒在经过无数次计算、无数次的失败之后，年，他终于揭开天体运动的另一条规律，即开普勒第三运动定律：行星公转周期的平方和它轨道长轴的立方成正比。开普勒一生饱受疾病、贫困、情感的折磨，身患残疾，结过两次婚，有12个孩子，经济十分困难，还要花费大量的时间设法使母亲在不受拷打的情况下获得释放，这一切都没有阻止他对科学的研究。散光，但是借助工具，仍能顽强地坚持观测天象。有一天，他忽然想：星星们一定是在各自的轨道上运行的，否则杂乱无章的天体不就撞成一团了吗？那么，天体之间的运行又有什么规律呢？他决定探究出其间的“奥秘”。开普勒的一生连遭病魔、贫穷、宗教冲突和战争的困扰，结过两次婚，有12个孩子，经济十分困难，还要花费大量的时间设法使母亲在不受拷打的情况下获得释放，这一切都没有阻止他对科学的研究。他是在苦难坎坷中努力奋斗，最终获得成功的。开普勒研究的动力是他对天文学真实规律的执著追求和坚韧不拔克服种种困难的献身精神。第谷遗留给他的准确丰富的观测资料和他自己从无数次的失败中找到的正确方法给他提供了成功的条件。这就是开普勒，一位度量了天空的伟大科学家。开普勒行星运动定律的发现具有极其深远的意义。首先，发展了哥白尼日心体系。原来，哥白尼受天体只能作匀速圆周运动的陈旧观念的束缚，为使日心体系的计算结果能与实际的天象相吻合，他仍然因袭了均轮、本轮甚至本轮套本轮的旧例，以至于他的日心体系仍然要引进30多个大大小小的圆圈。开普勒以他的创新性思维和过人胆识，摒弃了年来陈陈相因的均轮和本轮观念，以椭圆轨道描绘行星的运动，使太阳系的图像变得十分简洁明了。这为太阳系的研究奠定了坚实的基础。其次，行星运动三定律为万有引力定律的发现准备了条件。正是由于这一辉煌成就，开普勒被誉为“天空立法者”。牛顿正是从这些定律推导出了万有引力定律。牛顿曾说过:如果说我比别人看得远些的话，是因为我站在巨人的肩膀上。开普勒无疑是他所指的巨人之一。年，开普勒离开人世。后来，他的坟墓在战争动乱中被毁，但是他的行星运动定律却是宇宙间一座永恒伫立的纪念碑。开普勒给自己写的墓志铭被世人广为流传：我曾测量天空的高度，而今丈量大地的影深。精神归于天国，身影没于尘土。但开普勒从未走远，留下著名的开普勒猜想：如果有一堆大小相同的小球，怎样摆才能使空间利用率最大？开普勒年发表文章《关于六角雪花》中正式提出了这个猜想：六方最密堆积和面心立方堆积法就是三维空间中的最佳摆法，他们的空间密度同为π/√18≈74.05%。年匹兹堡大学托马斯·黑尔斯（ThomasHales）发表了关于开普勒猜想证明的论文，超过年的历史难题终于有了正式的答案。人们在海边踩过被浸湿的沙滩后会发现脚印变干。这就是因为沙子在自然状态下已经是处于最大堆积状态，人的脚踩下去会使得这种平衡被破坏，底下和侧边的沙子之间的空袭变大，表面的水就会下沉，导致脚印变干。国际天文学联合会决定将号小行星命名为开普勒小行星。事业无成会有各种各样的原因，既有主观的，也有客观的。虽然客观因素会对事业产生一定的影响，但是不起关键作用，真正有决定意义的是主观因素，也就是人的毅力、学问、素养等等。他把一切不幸都化作了推动自己前进的动力，以惊人的毅力，摘取了科学的桂冠。“残疾人”开普勒能够发现行星运动三大定律，在天文学上取得杰出的成就，揭示了许多伟人成功的真谛，值得我们深思。

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