#歷史# #科普#1601年第谷的意外離世成就了另一大神，就是開普勒。30歲的開普勒如獲至寶啊！幾麻袋的精準觀測數據終於到了自己手中，現在先來介紹一下約翰內斯·開普勒。開普勒是1571年出生在神聖羅馬帝國的威爾，現在在德國境內，我們一般說開普勒是德國物理學家。其實那個時候還沒有現在的德國呢！那時候就是神聖羅馬帝國，後來神聖羅馬帝國滅亡之後，普魯士王國組織多數德意志聯邦組成德意志帝國，再後來經歷了一戰、德國革命然後二戰，二戰戰敗又分裂成西德東德，一直到1990年又重新統一成德意志聯邦共和國，這才是我們現在說的德國。
好說回開普勒，開普勒出生家道中落，他家之前條件還是可以的，開普勒的爺爺曾經是市長，他爹是一名僱傭兵，在開普勒五歲時父親戰死沙場。自此全家的重擔落到了醫生媽媽的肩上，家裡沒了頂樑柱後條件也是越來越差，開普勒還有兩個哥哥一個姐姐，生活條件雪上加霜，更悲劇的是開普勒還是個早產兒。自生下來就體弱多病，小時候還得過天花，當時又沒有什麼好的治療手段能保住狗命已經算是很幸運的了。但是後遺症留下不少，視力嚴重衰弱、雙手輕微殘疾等等。總之就是很慘，但是寶劍鋒從磨礪出，開普勒從小就有驚人的數學天賦，對古希臘的數學很有一番研究，咱們後面會聊到。
1577年開普勒6歲當年發生一件事咱們之前的文章提到過，就是整個歐洲上空經歷了一次彗星事件，幾乎全歐洲人都看到了，這裡面當然就包括了開普勒。
從此開普勒就對天文學產生了興趣，九歲的時候又經歷了一次月食，開普勒說月亮居然變紅了，但是剛剛才提到開普勒視力不好，像這種明顯的天文現象能夠看清，但對於細微的天文現象就是心有餘而力不足了，大學就學了哲學和神學。畢業之後年僅23歲就成為了一名數學家與天文學家的大學教師，並且在業內也算小有名氣。
開普勒是日心說的忠實擁護者，他認為哥白尼說的沒有毛病！大道至簡，開普勒認為地心說至少在數學上就太麻煩了，而日心說則簡單得多。1596年25歲的頻率出版了一本書叫做《宇宙的神秘》，這本書是第一部公開發表的捍衛哥白尼日心說觀點的書。
開普勒在書中說："上帝建立宇宙一定是有獨特美感的，而我認為這種美感就是幾何學的美感！"早在古希臘時期人們就發現了，正多面體只有五種分別是正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體。
古希臘的很多哲學家都認為這一定不是偶然，正多面體只有這五種必定是上天的安排。所以最早就是和四元素說聯繫上了。當時還沒發現正十二面體，剛好已知的四個正多面體分別對應了，四種基本元素土、氣、水、火。後來呢人們發現了正十二面體之後，亞里斯多德有認為那就一定還存在第五種元素就是以太，這就是以太最早的由來。
所以你看很早的時候人們就嘗試給過這種，乍一看很偶然的事件尋找一個必然的聯繫，試圖發現宇宙的真諦，我國古代的五行不也一樣嘛！開普勒認為他也找到了，按照日心說的觀點，太陽是宇宙的中心，地球和當時已知的其他五顆行星都是圍繞著太陽旋轉的。由內到外依次是水星、金星、地球、火星、木星還有土星，開普勒認為6顆行星軌道之間的距離必定也不是隨機出現，一定是上帝安排好的，其中的奧秘就是正多面體身上。
正多面體當時只有五個，而已知的行星當時就有6個，這這麼建立聯繫呢？有辦法！開普勒說最裡面的是水星軌道，把水星的軌道以太陽為中心做一個球體，在這個球體外做一個外切正八面體，在這個正八面體外再做一個外切球，這是金星的運行軌道。依次類推得到下圖中的模型。
開普勒認為行星之間的軌道，一定滿足這種近乎完美的幾何關係。在這各位也不難看出，科學家也不是生來就科學的，顯然都是一點一點悟出來。也正是這個模型讓開普勒和他的《宇宙的神秘》這本書在天文學界，準確的說是占星學界名聲鵲起。也正是這本書讓開普勒與第谷在1600年就認識了。通過第谷的觀測數據開普勒發現自己還"Too young too simple！"
開普勒很快就發現之前的理論好像不太對啊！所以就惦記第谷的所有觀測數據，想要趕緊計算一下，一年之後第谷膀胱破裂而死，開普勒如願以償的得到了第谷的所有觀測數據，並且在第谷去世的第三天開普勒就被魯道夫二世任命為皇家數學家，接替第谷的工作，繼續研究天文學，其實主要是個皇帝占卜。開普勒了的職業其實就是占卜師，在當時的占卜界也是權威人士。
在當時其實占卜學跟天文學是不分家的，開普勒曾經自己也寫過星曆書，這東西跟我們先輩流行的黃曆一樣，就是對戰爭、災害、兇吉等等做一些預言。開普勒曾經在自己24歲的時候說今年冬天特別冷和預言土耳其人很可能要入侵奧地利，當然這兩件事都應驗了所以說開普勒在當時小有名氣嘛！主要就是占卜比較準，尤其16、17世紀當時的占卜書很流行的，據說有幾年銷量甚至超過了《聖經》。就是根據天體的位置來占卜，所以第谷臨終前還交代給開普勒一個很重要的任務，就是重新繪製一張星圖，要送給魯道夫二世。因為人們當時用的星圖基本還是當年托勒密留下來的呢！很多恆星位置不夠精準，這給當時的占卜學帶來很大的麻煩。
第谷生前最大的願望就是重新繪製一張更加精準的星圖，這個重任自然就交到開普勒手中。但是開普勒心中這些事都得往後排，第一要務就是趕緊驗證日心說到底對不對。這個時候數學天賦就發揮作用了，1602年開普勒就從眾多數據中，發現了第一個行星運動的規律。就是如果我們把行星和太陽之間連一條連線，行星運動這條線也跟著運動，那麼在相同時間內，行星以及連線掃過的面積則相等。也就是我們在中學所學的開普勒第二律。
也就是說開普勒第二定律是最早發現的，它對應的就是角動量守恆。
1605年開普勒又發現行星運動軌跡並不是一個正圓，也就是並不是勻速圓周運動，行星運動軌道是一個橢圓，太陽位於這個橢圓的一個焦點上。這就是開普勒三大定律的第一定律。
您還別覺得這個容易發現，當時理論和觀測的誤差僅僅只有8角分，就是預計火星的出現位置和實際位置，僅僅差了8角分（1度的1/60是一角分），這麼小的誤差一般人絕對就馬馬虎虎當誤差過去了，而開普勒則是嘗試各種模型。最開始還假設軌道可能是雞蛋形，後來發現是橢圓。
日心說終於是找到理論上的證據，1605年開普勒圍繞第一、第二定律寫了一本新書叫做《新天文學》。但是剛剛準備發表的時候好玩的是就來了，第谷的女婿——騰格納爾找上門來了，說不能發表，說你用的數據是我岳父的，我有權繼承你沒有。再說了你答應我岳父了不能相信日心說，你這怎麼還反悔了呢？反正你不能發表！
兩人周旋了四年，1609年《新天文學》終於發表了，但是作為要求，開普勒得答應騰格納爾來給自己的這本書寫一篇序，於是騰格納爾就寫了"開普勒是如何如何背叛我岳父的、出爾反爾的小人、日心說根本不對大家還是別看了、我祝你們一本書也賣不出去！"開普勒也沒辦法啊！這本書也真就這麼出版了，不幸的是新出的書並沒有給開普勒帶來好運，1611年是開普勒人生髮生重大變故的一年。
這一年先是魯道夫二世被弟弟逼迫退位，第二年就死了。新皇帝還不待見開普勒，就是沒有人給發工資了，緊接著開普勒三個孩子全部染上的天花，小女兒6歲夭折，不久之後妻子病逝，但是開普勒並沒有因此而停止思考。
1619年開普勒發現第三定律：行星繞太陽的公轉週期的平方，與其橢圓軌道半長軸的立方成正比。
有了第三定律人們就可以通過它，來計算行星之間的軌道關係了，大家先有個印象，之後會具體聊這個問題。而這個第三定律被開普勒寫在了《世界的和諧》一書當中，至此開普勒三大定律齊了。
1615年到1621年用了6年的時間開普勒撰寫了《哥白尼天文學概要》三卷，這三卷書就是當時整個歐洲的天文學教材，1623年開普勒也終於完成了第谷的遺願——一張建立在日心說上的更加精準的星圖誕生了。為了紀念魯道夫二世，這個星圖就叫做魯道夫星表。1627年發表，這其中包含了1006顆恆星，是當時第谷在汶島上21年期間所觀測的，還有400多顆是托勒密和後人觀測的。這張星圖的精度在1角分之內，相當的精準。
後來開普勒把星圖交給當時的皇帝，希望可以討回自己多年的工資，但是新皇馬蒂亞斯一分錢也沒給他。到了晚年開普勒過著流浪一樣的生活，1630年11月15號，開普勒落魄而死，享年58歲！開普勒被安葬在雷根斯堡，生前也為自己寫好了墓誌銘："我曾測天高，今欲量地深，靈魂自上天，肉體入凡塵"
偉人的一生啊！往往也沒有我們想象的那麼波瀾壯闊，相反更多的可能是命途多舛、生不逢時！但正是這些偉人的發現才有了今天的科學！開普勒作為日心說的忠實擁護者，他在理論上做出了強有力的保障，而在實際觀測上推動這場革命的人則又是一位偉人——伽利略！
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