Иоганн Кеплер (рожд. 27 декабря 1571 г. – смерть 15 ноября 1630 г.) — великий немецкий астроном и математик, был первооткрывателем законов движения планет Солнечной системы.

Иоганн Кеплер - был одним из творцов астрономии нового времени. Им были открыты три основных движения планет относительно Солнца, он изобрел оптическую систему, которая применяется, в частности, в современных рефракторах, подготовил создание дифференциального, интегрального и вариационного исчисления в математике.

Ранние годы. Обучение

Иоганн Кеплер родился в 1571 г. в городе Вейльдер-Штадт на юге Германии в бедной протестантской семье. Закончив обучение в монастырской школе в 1589 г. поступил в духовную семинарию при Тюбингенской академии. В те года он познакомился с гелиоцентрической системой Н. Коперника и сразу стал ее убежденным сторонником. Интерес к астрономии появился у Кеплера еще в детстве, когда его мать показала впечатлительному ребенку яркую комету в 1577 г., а поздней - лунное затмение, которое произошло в 1580 г.

Кеплер родился очень слабым ребенком. В четырех летнем возрасте он заразился оспой и чуть не умер. У него были больные печень и желудок, часто болела голова. Кроме этого, он имел врожденные недостатки зрения - сильную близорукость и дефект, при котором один объект кажется множественным (глядя на Луну, Кеплеру виделось несколько Лун). Болезни преследовали его в течении всей жизни. Тем более достойны уважения его мужество и сила духа, благодаря которым он смог добиться поразительных научных успехов и стать одним из творцов современной астрономии и физики.

1591 год — Кеплер поступает в университет в Тюбингене - вначале на факультет искусств, к которым тогда относили и математику с астрономией, потом перешел на теологический факультет. Окончив академию в 1593 г. Кеплера, обвиненного в свободомыслии, не допустили к богословской карьере и дали должность школьного учителя математики.

Вначале Кеплер планировал стать протестантским священником, однако благодаря незаурядным математическим способностям его пригласили в 1594 г. читать лекции по математике в университете города Граца.

Научная деятельность

В Граце Кеплер был на протяжении 6-ти лет. Там выходит в свет в 1596 г. его первая книга «Тайна мира». В ней Кеплер попытался найти тайную гармонию Вселенной, для чего сопоставил орбитам 5-ти известных в то время планет (сферу Земли он выделял особо) разные «платоновы тела» (правильные многогранники). Орбиту Сатурна он представил как круг (еще не эллипс) на поверхности шара, описанного вокруг куба. В куб в свою очередь был вписан шар, который должен был представлять орбиту Юпитера. В этот шар был вписан тетраэдр, описанный вокруг шара, представлявшего орбиту Марса и т. д.

Эта работа после дальнейших открытий Кеплера утратила свое изначальное значение (хотя бы потому, что орбиты планет оказались не круговыми); тем не менее в наличие скрытой математической гармонии Вселенной Кеплер верил до конца своих дней, и в 1621 г. переиздал «Тайну мира», внеся в нее множество изменений и дополнений.

1597 год — Кеплер женится на вдове Барбаре Мюллер фон Мулек. Их первые двое детей умерли во младенчестве, а супруга заболела эпилепсией. Ко всему еще, в католическом Граце начались гонения на протестантов. Кеплер, занесенный в список изгоняемых «еретиков», был вынужден оставить город.

«Кубок Кеплера»: модель Солнечной системы из пяти платоновых тел

Кеплер в Праге. Наследие

1600 год — он отправился в Прагу к знаменитому астроному Тихо Браге, после смерти которого получил материалы его многолетних и многочисленных наблюдений. Кеплером было написано много научных трудов и статей. 1601 год — после смерти Браге Кеплер стал его преемником в должности, а также после тяжб с родными Браге смог унаследовать и результаты астрономических наблюдений. Будучи великолепным наблюдателем, Тихо Браге за много лет составил объемный труд по наблюдению планет и сотен звезд, при этом точность его измерений была существенно выше, чем у всех предшественников.

В конце XVI столетия в астрономии еще происходила борьба между геоцентрической системой Птолемея (когда центром Вселенной предполагается Земля) и гелиоцентрической системой Коперника (в которой в центре Вселенной стоит Солнце). В модели Коперника планеты равномерно движутся по круговым орбитам: что не согласовывалось с видимой неравномерностью движения планет. Хотя астрономические таблицы Коперника были первоначально более точными, чем птолемеевы, они в скором времени существенно разошлись с наблюдениями, что немало озадачило и охладило восторженных коперниканцев.

Механика и физика

Важнейшим сочинением Кеплера является его труд «Новая астрономия» (1609 г.), посвященная изучению движения Марса по наблюдениям Браге и содержащая первые два закона притяжения планет. Основываясь на системе Коперника, в течении нескольких лет Кеплер внимательно изучал данные Браге и в результате тщательного анализа пришел к выводу, что траектория движения Марса представляет из себя не круг, а эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце - положение, известное в наши дни как первый закон Кеплера.

Дальнейший анализ привел ко второму закону: радиус-вектор, соединяющий планету и Солнце, в равное время описывает равные площади. Это означало, что чем дальше планета находится от Солнца, тем медленней она движется.

При поиске орбит Кеплеру было необходимо пользоваться методом подбора. Он вычислял и вычислял, но совпадений с наблюдениями не оказывалось. Вначале был отброшен овал - кривая, составленная из четырех дуг окружности. Около года ученый возился с «овоидом» - фигурой, имеющей форму яйца. В конце концов, он пришел к выводу: правда лежит между кругом и овалом, как будто орбита Марса есть точный эллипс. Но и эллипс не подходил, пока Кеплер не расположил Солнце в его фокусе.

Тогда в начале 1605 г., все сошлось и стало на свои места. На эллипс легли все точки орбиты, вычисленные из наблюдений, сходилась она и с законом площадей. Новая модель движения вызвала огромный интерес среди ученых-коперниканцев, хотя не все они ее приняли. Галилей кеплеровы эллипсы решительно отверг.

1619 год — в сочинении «Гармония мира» ученый сформулировал третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в стройное целое. Солнце, занимая один из фокусов эллиптической орбиты, является, по Кеплеру, источником силы, движущей планеты. Им были высказаны справедливые догадки о существовании между небесными телами тяготения и объяснил приливы и отливы земных океанов воздействием Луны.

Второй закон Кеплера: закрашенные площади равны и проходятся за одинаковое время

Астрономия

Открытые Кеплером три закона движения планет полностью и с превосходной точностью объяснили видимую неравномерность этих движений. Вместо запутанных моделей Птолемея и Коперника, содержащих надуманные элементы, модель Кеплера включает лишь одну кривую - эллипс. Второй закон установил, как изменяется скорость планеты при удалении или приближении к Солнцу, а третий дает возможность рассчитать эту скорость и период обращения вокруг Солнца.

1627 год, лето — Иоганн Кеплер после 22-х лет трудов опубликовал (за свои деньги) астрономические таблицы, которые в честь императора назвал «Рудольфовыми». Эти таблицы позволяли вычислять для любого момента времени положение планет с высокой для той эпохи точностью. Спрос на них был огромен, так как все прежние таблицы давно разошлись с наблюдениями. Кеплеровы таблицы служили астрономам и морякам вплоть до начала XIX столетия.

Кроме трех законов Кеплера ученому принадлежит еще ряд немаловажных открытий. В работе «Сокращение Коперниковой астрономии» (1618–1622 гг) Кеплер изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений. Его исследования по оптике (проблемы преломления света, астрономической рефракции, разработка теории зрительных труб) изложены в сочинениях «Дополнение к Виттело» (1604 г.) и «Диоптрики» (1611 г.)

Математика

Замечательные математические способности ученого проявились, в частности, в выводе формул для определения объемов многих тел вращения.

Последние годы. Смерть

Последние годы жизни ученый провел в постоянных разъездах, частью вследствие политических смут …Тридцатилетней войны… (одно время он состоял на службе у Валленштейна в качестве астролога), частью вследствие процесса своей матери, обвинявшейся в колдовстве. Умер Иоганн Кеплер 15 ноября 1630 г., в Регенсбурге, где и похоронен на кладбище св. Петра. Над могилой его сделана надпись: «Mensus eram coelos nune terrae metior umbras; Mens coelestis erat, corporis umbra jacet». Эта эпитафия, написанная самим Иоганном Кеплером, в переводе означает: «Прежде я измерял небеса, теперь меряю подземный мрак; ум мой был даром неба - а тело, преобразившись в тень, покоится». В Регенсбурге же, в 1808 году ему поставили памятник.

(Баден-Вюртемберг). 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.

Первоначально Кеплер планировал стать протестантским священником , но благодаря незаурядным математическим способностям был приглашён в 1594 году читать лекции по математике в университете города Граца (ныне в Австрии).

В Граце Кеплер провёл 6 лет. Здесь вышла в свет () его первая книга «Тайна мира» (Mysterium Cosmographicum ). В ней Кеплер попытался найти тайную гармонию Вселенной , для чего сопоставил орбитам пяти известных тогда планет (сферу Земли он выделял особо) различные «платоновы тела» (правильные многогранники). Орбиту Сатурна он представил как круг (ещё не эллипс) на поверхности шара, описанного вокруг куба. В куб в свою очередь был вписан шар, который должен был представлять орбиту Юпитера . В этот шар был вписан тетраэдр , описанный вокруг шара, представлявшего орбиту Марса и т. д. Эта работа после дальнейших открытий Кеплера утратила своё первоначальное значение (хотя бы потому, что орбиты планет оказались не круговыми); тем не менее в наличие скрытой математической гармонии Вселенной Кеплер верил до конца жизни, и в 1621 году переиздал «Тайну мира», внеся в ней многочисленные изменения и дополнения .

Книгу «Тайна мира» Кеплер послал Галилею и Тихо Браге . Галилей одобрил гелиоцентрический подход Кеплера, хотя мистическую нумерологию не поддержал. В дальнейшем они вели оживлённую переписку, и это обстоятельство (общение с «еретиком»-протестантом) на суде над Галилеем было особо подчёркнуто как отягчающее вину Галилея.

Тихо Браге также отверг надуманные построения Кеплера, однако высоко оценил его знания, оригинальность мысли и пригласил Кеплера к себе.

Портреты Иоганна и Барбары в медальоне.

Будучи великолепным наблюдателем, Тихо Браге за много лет составил объёмный труд по наблюдению планет и сотен звёзд , причём точность его измерений была существенно выше, чем у всех предшественников. Для повышения точности Браге применял как технические усовершенствования, так и специальную методику нейтрализации погрешностей наблюдения. Особо ценной была систематичность измерений.

На протяжении нескольких лет Кеплер внимательно изучает данные Браге и в результате тщательного анализа приходит к выводу, что траектория движения Марса представляет собой не круг, а эллипс , в одном из фокусов которого находится Солнце - положение, известное сегодня как первый закон Кеплера .

Дальнейший анализ привёл ко второму закону : радиус-вектор, соединяющий планету и Солнце, в равное время описывает равные площади. Это означало, что чем дальше планета от Солнца, тем медленнее она движется.

Оба закона были сформулированы Кеплером в 1609 году в книге «Новая астрономия», причём, осторожности ради, он относил их только к Марсу.

Новая модель движения вызвала огромный интерес среди учёных-коперниканцев, хотя не все они её приняли. Галилей кеплеровы эллипсы решительно отверг .

Отметим, что в книге, наряду с ценнейшими научными открытиями, изложены также фантастические рассуждения автора о «музыке сфер» и платоновых телах, которые составляют, по мнению Кеплера, эстетическую суть высшего проекта мироздания.

Он жил в эпоху, когда ещё не было уверенности в существовании некоторой общей закономерности для всех явлений природы. Какой глубокой была у него вера в такую закономерность, если, работая в одиночестве, никем не поддерживаемый и не понятый, он на протяжении многих десятков лет черпал в ней силы для трудного и кропотливого эмпирического исследования движения планет и математических законов этого движения!

Сегодня, когда этот научный акт уже совершился, никто не может оценить полностью, сколько изобретательности, сколько тяжёлого труда и терпения понадобилось, чтобы открыть эти законы и столь точно их выразить.

Астрономия

Кеплер стал автором первого обширного (в трёх томах) изложения коперниканской астрономии (Epitome astronomia Copernicanae , -), который немедленно удостоился чести попасть в «Индекс запрещённых книг ». В эту книгу, свой главный труд, Кеплер включил описание всех своих открытий в астрономии.

Математика

Кеплер нашёл способ определения объёмов разнообразных тел вращения , который описал в книге «Новая стереометрия винных бочек» (). Предложенный им метод содержал первые элементы интегрального исчисления . Позднее Кавальери использовал тот же подход для разработки исключительно плодотворного «метода неделимых» . Завершением этого процесса стало открытие математического анализа .

Кроме того, Кеплер очень подробно проанализировал симметрию снежинок. Исследования по симметрии привели его к предположениям о плотной упаковке шаров, согласно которым наибольшая плотность упаковки достигается при пирамидальном упорядочивании шаров друг над другом . Математически доказать этот факт не удавалось на протяжении 400 лет - первое сообщение о доказательстве «задачи Кеплера» появилось лишь в 1998 году в работе математика Томаса Хейлса. Пионерские работы Кеплера в области симметрии нашли позже применение в кристаллографии и теории кодирования.

В ходе астрономических исследований Кеплер внёс вклад в теорию конических сечений . Он составил одну из первых таблиц логарифмов .

У Кеплера впервые встречается термин «среднее арифметическое ».

Физика

Именно Кеплер ввёл в физику термин инерция как прирождённое свойство тел сопротивляться приложенной силе. Заодно он, как и Галилей, формулирует в ясном виде первый закон механики: всякое тело, на которое не действуют иные тела, находится в покое или совершает равномерное прямолинейное движение.

Кеплер вплотную подошёл к открытию закона тяготения, хотя и не пытался выразить его математически. Он писал в книге «Новая астрономия», что в природе существует «взаимное телесное стремление сходных (родственных) тел к единству или соединению». Источником этой силы, по его мнению, является магнетизм в сочетании с вращением Солнца и планет вокруг своей оси.

В другой книге Кеплер уточнил:

Гравитацию я определяю как силу, подобную магне­тизму - взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чем оба тела ближе одно к другому.

Правда, Кеплер ошибочно полагал, что эта сила распространяется только в плоскости эклиптики . Видимо, он считал, что сила притяжения обратно пропорциональна расстоянию (а не квадрату расстояния); впрочем, его формулировки недостаточно ясны.

Кеплер первый, почти на сто лет раньше Ньютона , выдвинул гипотезу о том, что причиной приливов является воздействие Луны на поверхность океанов .

Оптика

Глубокое проникновение в законы оптики привело Кеплера к схеме телескопической подзорной трубы (телескоп Кеплера), изготовленной в 1613 году Кристофом Шайнером. К 1640-м годам такие трубы вытеснили в астрономии менее совершенный телескоп Галилея.

Кеплер и астрология

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 говорил: «Люди ошибаются, думая, что от небесных светил зависят земные дела» . Широко известно также другое его откровенное высказывание:

Конечно, эта астрология - глупая дочка, но, Боже мой, куда бы делась её мать, высокомудрая астрономия, если бы у неё не было глупенькой дочки! Свет ведь ещё гораздо глупее и так глуп, что для пользы этой старой разумной матери глупая дочка должна болтать и лгать. И жалованье математиков так ничтожно, что мать, наверное бы, голодала, если бы дочь ничего не зарабатывала.

Тем не менее, Кеплер не порывал с астрологией никогда. Более того, он имел свой собственный взгляд на природу астрологии, чем выделялся среди астрологов-современников. В труде «Гармония мира» он утверждает, что «в небесах нет светил, приносящих несчастья», но человеческая душа способна «резонировать» с лучами света, исходящими от небесных тел, она запечатлевает в памяти конфигурацию этих лучей в момент своего рождения. Сами же планеты, в представлении Кеплера, были живыми существами, наделёнными индивидуальной душой.

Благодаря некоторым удачным предсказаниям Кеплер заработал репутацию искусного астролога. В Праге одной из его обязанностей было составление гороскопов для императора. Следует заметить, вместе с тем, что Кеплер при этом не занимался астрологией исключительно ради заработка и составлял гороскопы для себя и своих близких. Так в своей работе «О себе» он приводит описание собственного гороскопа, а когда в январе 1598 года у него родился сын, Генрих, Кеплер составил гороскоп и для него. По его мнению, ближайшим годом, когда жизни его сына угрожала опасность, был 1601 год , но сын умер уже в апреле 1598 года .

Попытки Кеплера составить гороскоп для полководца Валленштейна также терпели неудачу. В 1608 г. Кеплер составил гороскоп полководцу, в котором предрекал женитьбу на 33 году жизни, называл опасными для жизни годы 1613, 1625 и 70-й год жизни Валленштейна, а так же описал ряд других событий. Но с самого начала предсказания терпели неудачу. Валленштейн вернул гороскоп Кеплеру, который, исправив в нём время рождения на полчаса, получил точное соответствие между предсказанием и течением жизни. Однако и этот вариант содержал промахи. Так, Кеплер полагал, что период с 1632 по 1634 год будет благополучным для полководца, и не сулит опасности. Но в феврале 1634 года Валленштейн был убит.

Память

Кратер «Кеплер» на Луне.

В честь учёного названы:

• Астероид 1134 Кеплер.
• Сверхновая 1604 , описанная им.
• Орбитальная обсерватория НАСА , выведена на орбиту в марте 2009 года . Основная задача: поиск и исследование планет за пределами Солнечной системы.
• Станция Венского метрополитена .
• В 1971 году к 400-летию со дня рождения Иоганна Кеплера в ГДР была выпущена памятная монета достоинством 5 марок .
• В 2009 году к 400-летию открытия Кеплеровских законов в Германии выпущена памятная серебряная монета достоинством 10 евро .

Труды Кеплера

• Mysterium cosmographicum (Тайна мира),
• Astronomiae Pars Optica (Оптика в астрономии),
• Ad Vitellionem paralipomena (Дополнения к Вителлию), физиологическая оптика,
• De Stella nova in pede Serpentarii (О новой звезде в созвездии Змееносца),
• Astronomia nova (Новая астрономия),
• Tertius Interveniens (Трёхсторонняя интервенция),
• Dissertatio cum Nuncio Sidereo (Разговор со Звёздным вестником), полемика со «Звёздным вестником» Галилея ,
• Dioptrice (Диоптрика),
• De nive sexangula (О шестиугольных снежинках),
• De vero Anno, quo aeternus Dei Filius humanam naturam in Utero benedictae Virginis Mariae assumpsit ),
• Eclogae Chronicae ()
• Nova stereometria doliorum vinariorum (Новая стереометрия винных бочек),
• Epitome astronomiae Copernicanae (Коперниканская астрономия, в трёх томах, выходивших в 1618-1621)
• Harmonice Mundi (Гармония миров),
• Mysterium cosmographicum (Тайна мира, 2-е изд.),
• Tabulae Rudolphinae (Рудольфовы таблицы),
• Somnium (Мечта, фантастический рассказ о полёте в Космос),
• Библиография научных работ Кеплера с ссылками на оригиналы

Переводы на русский язык

• Кеплер, Иоганн Новая стереометрия винных бочек . - М.-Л.: ГТТИ, 1935. - 360 с.
• Кеплер, Иоганн О шестиугольных снежинках. Сон. Разговор с Звёздным вестником. . - М.: Наука, 1982.
• Разговор с звездным вестником
• Сон, или Посмертное сочинение о лунной астрономии по изд. И.Кеплер О шестиугольных снежинках, М., Наука, 1982

Примечания

Ссылки

• Kepler"s discovery (анимации на тему «Новой астрономии» Кеплера)
• Джон Дж. О’Коннор и Эдмунд Ф. Робертсон. Johannes Kepler в архиве MacTutor

Литература

• Коперник, Галилей, Кеплер , Лаплас, Эйлер, Кетле. Биографические повествования (библиотека Ф.Павленкова). Челябинск, «Урал», 1997.
• Белонучкин В. Е. Кеплер, Ньютон и всё-всё-всё. М.: Наука, Серия Библиотечка «Квант», выпуск 78, 1990. 128 с.
• Лишевский В. П. Рассказы об учёных. М.: Наука, 1986, с. 14-30.
• Еремеева А. И., Цицин В. А. История астрономии (основные этапы развития астрономической картины мира). Изд. МГУ, 1989.
• Applebaum, W. Keplerian Astronomy after Kepler: Researches and Problems». History of Science, 1996, V. 34, p.451-504. Online
• Koyre A. The Astronomical Revolution New York: Dover, 1973.

Вскоре после смерти Коперника на основе его системы мира астрономы составили таблицы движений планет. Эти таблицы лучше согласовывались с наблюдениями, чем прежние таблицы, составлявшиеся еще по Птолемею. Но спустя некоторое время астрономы обнаружили расхождение и этих таблиц с данными наблюдений движения небесных тел.

Для передовых ученых было ясно, что учение Коперника правильно, но надо было глубже исследовать и выяснить законы движения планет. Эту задачу решил великий немецкий ученый Кеплер.

Иоганн Кеплер появился на свет 27 декабря 1571 года в маленьком городке Вейле близ Штутгарта. Кеплер родился в бедной семье, и поэтому ему с большим трудом удалось окончить школу и поступить в 1589 году в Тюбингенский университет. Здесь он с увлечением занимался математикой и астрономией. Его учитель профессор Местлин втайне был последователем Коперника. Конечно, в университете Местлин преподавал астрономию по Птолемею, но дома он знакомил своего ученика с основами нового учения. И вскоре Кеплер стал горячим и убежденным сторонником теории Коперника.

В отличие от Местлина, Кеплер не скрывал своих взглядов и убеждений. Открытая пропаганда учения Коперника очень скоро навлекла на него ненависть местных богословов. Еще до окончания университета, в 1594 году, Иоганна посылают преподавать математику в протестантское училище города Граца, столицы австрийской провинции Штирии.

Уже в 1596 году он издает «Космографическую тайну», где, принимая вывод Коперника о центральном положении Солнца в планетной системе, пытается найти связь между расстояниями планетных орбит и радиусами сфер, в которые в определенном порядке вписаны и вокруг которых описаны правильные многогранники. Несмотря на то что этот труд Кеплера оставался еще образцом схоластического, квазинаучного мудрствования, он принес автору известность. Знаменитый датский астроном-наблюдатель Тихо Браге, скептически отнесшийся к самой схеме, отдал должное самостоятельности мышления молодого ученого, знанию им астрономии, искусству и настойчивости в вычислениях и выразил желание встретиться с ним. Состоявшаяся позже встреча имела исключительное значение для дальнейшего развития астрономии.

В 1600 году приехавший в Прагу Браге предложил Иоганну работу в качестве своего помощника для наблюдений неба и астрономических вычислений. Незадолго перед этим Браге был вынужден оставить свою родину Данию и выстроенную им там обсерваторию, где он в течение четверти века вел астрономические наблюдения. Эта обсерватория была снабжена лучшими измерительными инструментами, а сам Браге был искуснейшим наблюдателем.

Когда датский король лишил Браге средств на содержание обсерватории, он уехал в Прагу. Браге с большим интересом относился к учению Коперника, но сторонником его не был. Он выдвигал свое объяснение устройства мира; планеты он признавал спутниками Солнца, а Солнце, Луну и звезды считал телами, обращающимися вокруг Земли, за которой, таким образом, сохранялось положение центра всей Вселенной.

Браге работал вместе с Кеплером недолго: в 1601 году он умер. После его смерти 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.

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. Путем вычислений он доказал, что планеты движутся не по кругам, а по эллипсам — замкнутым кривым, форма которых несколько отличается от круга При решении данной задачи Кеплеру пришлось встретиться со случаем, который, вообще говоря, методами математики постоянных величин решен быть не мог. Дело сводилось к вычислению площади сектора эксцентрического круга. Если эту задачу перевести на современный математический язык, придем к эллиптическому интегралу. Дать решение задачи в квадратурах Кеплер, естественно, не мог, но он не отступил перед возникшими трудностями и Решил задачу путем суммирования бесконечно большого числа «актуализированных» бесконечно малых. Этот подход к решению важной и сложной практической задачи представлял собой в новое время первый шаг в предыстории математического анализа.

Первый закон Кеплера предполагает: Солнце находится не в центре эллипса, а в особой точке, называемой фокусом. Из этого следует, что расстояние планеты от Солнца не всегда одинаковое. Кеплер нашел, что 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 Кеплер разрабатывает принципиально новый математический аппарат, делая важный шаг в развитии математики переменных величин.

Оба закона Кеплера стали достоянием науки с 1609 года, когда была опубликована его знаменитая «Новая астрономия» — изложение основ новой небесной механики. Однако выход этого замечательного произведения не сразу привлек к себе должное внимание: даже великий Галилей, по-видимому, до конца дней своих так и не воспринял законов Кеплера.

Потребности астрономии стимулировали дальнейшее развитие вычислительных средств математики и их популяризации. В 1615 году Кеплер выпустил сравнительно небольшую по объему, но весьма емкую по содержанию книгу — «Новая стереометрия винных бочек», в которой продолжил разработку своих интеграционных методов и применил их для нахождения объемов более чем 90 тел вращения, подчас довольно сложных. Там же им были рассмотрены и экстремальные задачи, что подводило уже к другому разделу математики бесконечно малых — дифференциальному исчислению.

Необходимость совершенствования средств астрономических вычислений, составление таблиц движений планет на основе системы Коперника привлекли Кеплера к вопросам теории и практики логарифмов. Воодушевленный работами Непера, Кеплер самостоятельно построил теорию логарифмов на чисто арифметической базе и с ее помощью составил близкие к неперовым, но более точные логарифмические таблицы, впервые изданные в 1624 году и переиздававшиеся до 1700 года. Кеплер же первым применил логарифмические вычисления в астрономии. «Рудольфинские таблицы» планетных движений он смог завершить только благодаря новому средству вычислений.

Проявленный ученым интерес к кривым второго порядка и к проблемам астрономической оптики привел его к разработке общего принципа непрерывности — своеобразного эвристического приема, который позволяет находить свойства одного объекта по свойствам другого, если первый получается предельным переходом из второго. В книге «Дополнения к Вителлию, или Оптическая часть астрономии» (1604) Кеплер, изучая конические сечения, интерпретирует параболу как гиперболу или эллипс с бесконечно удаленным фокусом — это первый в истории математики случай применения общего принципа непрерывности Введением понятия бесконечно удаленной точки Кеплер предпринял важный шаг на пути к созданию еще одного раздела математики — проективной геометрии.

Вся жизнь Кеплера была посвящена открытой борьбе за учение Коперника. В 1617—1621 годах в разгар Тридцатилетней войны, когда книга Коперника уже попала в ватиканский «Список запрещенных книг», а сам ученый переживал особенно трудный период в своей жизни, он издает тремя выпусками общим объемом примерно в 1000 страниц «Очерки коперниканской астрономии» Название книги неточно отражает ее содержание — Солнце там занимает место, указанное Коперником, а планеты, Луна и незадолго до того открытые Галилеем спутники Юпитера обращаются по открытым Кеплером законам. Это был фактически первый учебник новой астрономии, и издан он был в период особенно ожесточенной борьбы церкви с революционным учением, когда учитель Кеплера Местлин, коперниканец по убеждениям, выпустил учебник астрономии по Птолемею!

В эти же годы Кеплер издает и «Гармонию мира», где он формулирует третий закон планетных движений Ученый установил строгую зависимость между временем обращения планет и их расстоянием от Солнца. Оказалось, что квадраты периодов обращения любых двух планет относятся между собой как кубы их средних расстояний от Солнца Это — третий закон Кеплера.

В течение многих лет он ведет работу по составлению новых планетных таблиц, напечатанных в 1627 году под названием «Рудольфинские таблицы», которые многие годы были настольной книгой астрономов Кеплеру принадлежат также важные результаты в других науках, в частности в оптике Разработанная им оптическая схема рефрактора уже к 1640 году стала основной в астрономических наблюдениях.

Работы Кеплера над созданием небесной механики сыграли важнейшую роль в утверждении и развитии учения Коперника Им была подготовлена почва и для последующих исследований, в частности для открытия Ньютоном закона всемирного тяготения. Законы Кеплера и сейчас сохраняют свое значение научившись учитывать взаимодействие небесных тел, ученые их используют не только для расчета движений естественных небесных тел, но, что особенно важно, и искусственных, таких как космические корабли, свидетелями появления и совершенствования которых является наше поколение.

Открытие законов обращения планет потребовало от ученого многих лет упорной и напряженной работы. Кеплеру, терпевшему гонения и со стороны католических правителей, которым он служил, и со стороны единоверцев-лютеран, не все догмы которых он мог принять, приходится много переезжать. Прага, Линц, Ульм, Саган — неполный список городов, в которых он трудился.

Кеплер занимался не только исследованием обращения планет, он интересовался и другими вопросами астрономии. Его внимание особенно привлекали кометы. Подметив, что хвосты комет всегда обращены в сторону от Солнца, Кеплер высказал догадку, что хвосты образуются под действием солнечных лучей. В то время ничего еще не было известно о природе солнечного излучения и строении комет. Только во второй половине XIX века и в XX веке было установлено, что образование хвостов комет действительно связано с излучением Солнца.

Умер ученый во время поездки в Регенсбург 15 ноября 1630 года, когда тщетно пытался получить хоть часть жалованья, которое за много и задолжала ему императорская казна.

Ему принадлежит огромная заслуга в развитии наших знаний о солнечной системе. Ученые последующих поколений, оценившие значение трудов Кеплера, назвали его «законодателем неба», так как именно он выяснил те законы, по которым совершается движение небесных тел в солнечной

Появление гелиоцентрической системы Николая Коперника - важнейшая составляющая того процесса, который получил у историков название научной революции XVI-XVII веков. В предисловии к свой книге, где он изложил эту теорию, великий поляк осторожно указывал на её нелепость, предлагая считать свой труд лишь попыткой найти способ облегчить математические расчеты в астрономии.

Заслуга превращения коперниковской модели мироздания в принадлежит великому немецкому ученому по фамилии Кеплер. Иоганн в числе других великих современников сделал больше: он возвестил о приходе в мир человека нового типа - ученого, активно познающего природу.

Комета - предвестье великой судьбы

Будущий астроном, математик, механик, оптик родился 27 декабря 1571 года в небогатой семье, в городке Вайль, в герцогстве Вюртемберг, в швабской части Германии. Когда ему исполнилось 5 лет, ушел на войну в Голландию глава семьи - солдат-наёмник Генрих Кеплер. Иоганн больше никогда его не видел. Его мать, Катарина, была дочерью трактирщика, занималась траволечением и гаданием, за что позднее едва не поплатилась головой. Имея небольшой доход, она сделала всё, чтобы сын получил достойное образование.

Интересный факт, может быть, определивший всю судьбу, содержит биография Иоганна Кеплера в самом её начале. Катарина Кеплер показала шестилетнему Иоганну комету, а через три года - в 1580 году - затмение Луны. Звезда, которая движется по ночному небу, и Луна, на глазах меняющая форму, произвели на любознательного мальчика сильное впечатление. Может, тогда родилось его желание докапываться до причин происходящего?

Ученый-богослов, сторонник Коперника

В раннем детстве Иоганн перенес заболевание оспой, ослабившее ему зрение. Поэтому он рос физически слабым и болезненным. Из-за этого ему потребовалось больше времени, чем сверстникам, чтобы получить среднее образование. При этом поступлению Кеплера в университет Тюбингена способствовали городские власти, отмечавшие выдающиеся способности, которыми обладал Иоганн Кеплер. Краткая биография ученого с 1591 по 1594 год представляет собой напряженное впитывание знаний в одном из лучших европейских университетов.

Кеплер всю жизнь был глубоко верующим человеком и убежденным протестантом. Поэтому он готовился стать священником и поступил на теологический факультет. Правда, перед этим он прослушал курс математики и астрономии, став магистром искусств - именно так именовались эти в то время. Среди его преподавателей был сторонник гелиоцентрической системы Михаэль Мёстлин. Под влиянием его лекций убежденным проповедником этой теории становится и Кеплер. Иоганн пытался творчески осмыслить идеи Коперника, но не всегда делал верные выводы.

Кубок Кеплера

Планам Иоганна стать священником помешало приглашение его на должность преподавателя математики в университет города Грац (1594). Хотя убежденность его в приверженности пути служения богу была полная, биография Иоганна Кеплера становится биографией ученого-исследователя, стоящего на платформе учения, отрицавшего Птолемеевскую (геостационарную) модель мира.

В Гарце он занимается поиском математической гармонии в устройстве Солнечной системы и публикует книгу «Тайна мироздания» (1596). Визуальным выражением идей, провозглашенных ученым в этой книге, стал «кубок Кеплера». Это была объемная в которой светило по-коперниковски располагается в центре, но орбиты планет, вращающихся вокруг, Кеплер наделяет свойствами платоновских тел - кубов, шаров и правильных многогранников. Не зря математика считалась в то время искусством - эта модель была очень красива, хотя и абсолютно неверна.

Вовремя сделанное приглашение

Свою книгу Кеплер посылает самым передовым ученым Европы, в том числе Галилею и датчанину Тихо Браге, занимавшему пост придворного астронома в Праге. Отрицая предложенную Кеплером гармонию орбитальных форм, оба ученых высоко оценивают работу молодого математика и астронома. Правда, с разных позиций. Галилей одобрил гелиоцентрический подход, а Браге понравились смелость и оригинальность его мышления. Датчанин пригласил Кеплера в Прагу.

Отъезду Иоганна в Прагу способствовали несколько обстоятельств. Среди них - трудное материальное и моральное положение Кеплера (он женился, но молодая жена заболела эпилепсией и скоро погибла) и начавшееся преследование протестантов со стороны католической церкви, которой был объявлен вероотступником и Иоганн Кеплер. Краткая биография ученого в последний период его пребывания в Гарце полна угроз и давления на него как на сторонника еретических теорий.

В Кеплер прибывает в Прагу, где начинается самый плодотворный этап его жизни.

Кеплер в Праге. Наследие

Вскоре после начала совместной работы Браге неожиданно скончался, оставив Кеплеру архивы своих и место придворного астронома и астролога. Десятилетие, проведенное Кеплером в Праге, лежит в основе всех главных его научных достижений, сделанных в астрономии, физике, математике.

В астрономии Кеплер навел окончательный порядок с представлением о движении планет Солнечной системы. Понять, какое открытие принадлежит Иоганну Кеплеру, его современники могли из главной книги ученого - «Новая астрономия» (1609). В ней и в завершающем труде «Гармония мира» (1618) были сформулированы три закона небесной кинематики. Первый говорил о форме орбиты планет в виде эллипса с Солнцем в одном из фокусов, второй и третий описывал скорость движения планеты по орбите и способы её измерения. Кроме того, Кеплер описал составил точные астрономические таблицы, служившие для ориентации по звездам морякам и астрономам.

Математика была основным инструментом, который использовал в своей работе Кеплер. Иоганн в книге «Новая стереометрия винных бочек» (1615) показывает способы нахождения объема для тел вращения, закладывает основы матанализа и интегрального исчисления. Среди математических находок Кеплера - таблица логарифмов, новые понятия - "среднее арифметическое" и "бесконечно удаленная точка".

Кеплер ввел в научный обиход понятие "инерция", говоря о существовании в природе стремления родственных тел к единению, вплотную подошел к открытию закона всемирного тяготения. Впервые объяснил причину морских приливов и отливов воздействием Луны, описал причины близорукости, разработал более совершенный телескоп.

Последние годы. Память

В 1615 году Кеплер был вынужден стать адвокатом своей матери, обвиненной в колдовстве. Ей грозило сожжение на костре, но Иоганну удалось добиться её освобождения.

Последние годы Кеплер вынужден был проводить в поисках надежного источника для обеспечения своей семьи, и во время поездки к императору, задолжавшему ему жалование, в городе Ригенсбург в 1630 году он скончался.

Имя Кеплера сегодня - в ряду величайших умов, чьи идеи лежат в основе и нынешних научных, и технических достижений. Его именем названы астероид, кратер на Луне, космический грузовик и орбитальная космическая обсерватория, с помощью которой открыта новая планета, похожая по условиям на Землю и также названная именем Кеплера.

Иоганн Кеплер - выдающийся немецкий учёный, всего в жизни достигший благодаря недюжинному упорству и целеустремлённости. Расцвет деятельности учёного пришёлся на изнурительную Тридцатилетнюю войну. Но ни разруха, ни нищета не смогли воспрепятствовать беззаветному служению. Принимая удары судьбы, Кеплер самоотверженно работал и дарил миру открытия вопреки неблагоприятным обстоятельствам, сопровождавшим его на протяжении недолгой жизни.

Родился Иоганн Кеплер 27 декабря 1571 г. в небольшом городке Вайль-дер-Штадт. Отец его имел должность бургомистра в Голландии, часто разъезжал по миру и редко бывал дома. Когда сын достиг восемнадцатилетнего возраста, отец уехал по служебным делам и больше дома не появлялся. Мать мальчика - Катарина, была хозяйкой трактира. Еще она занималась предсказанием судеб.

Астрономией Иоганн увлекся с детства, точнее - с 6-летнего возраста. С тех пор, как увидел падение кометы, а чуть позже, в 1580 году - лунное затмение, любознательный мальчик понял, что хочет связать жизнь с изучением звёзд.

Детство юного Кеплера омрачало слабое здоровье и отсутствие надлежащего ухода. Родители не слишком заботились об образовании ребенка, в 7-летнем возрасте они определили мальчика в начальную школу, и лишь после её окончания встал вопрос, куда отправить сына для дальнейшего обучения. К тому времени отец с ними уже не жил, денег у семьи не было, а выполнять физическую работу молодой человек не мог по состоянию здоровья. В таких обстоятельствах юноша был фактически обречён выбрать духовную карьеру.

В 1584 году Иоганн поступает в низшую семинарию, которую оканчивает через 2 года, и сразу становится учащимся высшей семинарии в Маульбронне. Как способному студенту город выделил ему ежемесячный пансион, что очень помогло Кеплеру учиться в высшей школе - там, где он хотел. В 1591 году он становится студентом высшего учебного заведения в городке Тюбинген, начав обучение на факультете искусств (к ним на тот момент относились и математика, и астрономия). Там он узнаёт о существовании системы мира, которую разработал Николай Коперник.

Поначалу Кеплер планировал быть священником, но в 1594-м его пригласили вести занятия по математике в университете австрийского Граца, и следующие 6 лет он работал именно там.

В 1596 году была напечатана первая книга Иоганна, которую он назвал «Тайна мира». В этом любопытном труде автор демонстрирует нетривиальное мышление при попытке обнаружить гармонию вселенной, «поселив» 5 планет в многогранники. В авторском воображении планетарным орбитам соответствуют геометрически правильные фигуры, встроенные друг в друга. Например, Сатурн он представил в виде шара, Юпитеру соответствовал куб, фигурой Марса стал тетраэдр.

Год спустя Иоганн женился на Барбаре Мюллер фон Мулек, для которой это был второй брак. Первый муж её скончался, оставив супругу молодой вдовой. После неудачных попыток обзавестись потомством (двое малышей скончались в младенческом возрасте) и прокатившейся волны преследований протестантов Кеплер, попавший в перечень еретиков, спешно покинул Австрию.

В 1600-м астроном обосновался в Праге. Город был выбран не случайно, здесь жил Тихо Браге (тот самый Тихо Браге, кому Кеплер отсылал свой первый труд) - астролог при императорском дворе, который отчасти разделял его идеи и симпатизировал молодому учёному. Когда спустя год Браге уходит из жизни, на его место поступает Кеплер. Кажется, будто после смерти друга у Иоганна наступила «черная полоса» в жизни. Мало того, что из-за нестабильной ситуации в стране бюджет был скуден, и оплату учёный получал нерегулярно, так ещё объявились наследники Тихо Браге. Они претендовали на его научные разработки, и Иоганну пришлось расстаться со значительной денежной суммой, выплаченной в качестве отступных.

В 1604 г. ученый обнародовал свои наблюдения сверхновой, которая сегодня носит его имя.

Всё же Браге был прекрасным наблюдателем и оставил после себя множество рукописей по астрономии, которые Иоганн тщательно разбирает последующие несколько лет. Теперь ему кажется, что в своей работе «Тайна мира» он допустил ошибки, к примеру, Марсу соответствует не круг, а эллипс. Скрупулёзно проанализировав записи покойного товарища, Кеплер сформулировал астрономические законы и опубликовал их в 1609 году в книге “Новая астрономия”.

За десятилетие, проведённое в Праге, у супругов родилось трое малышей, однако в 1611 году эпидемия оспы уносит жизнь старшего из сыновей - Фридриха. Вскоре после продолжительной болезни уходит из жизни и верная спутница Иоганна.

В 1612-м Кеплер переезжает в Линц и занимает должность астролога при императоре, но средств к существованию всё равно не хватает. Год спустя он женится на дочери столяра, которой на тот момент едва исполнилось 24 года. За время совместной жизни они нажили четверых детей.

В 1615 году до Кеплера доходит страшная информация - мать обвиняется в колдовстве. Обвинение в то время очень серьёзное, тогда по этой причине было казнено через сожжение множество женщин. Иоганн вступается за мать. Следствие длится несколько лет, на суде он сам выступает в роли защитника, и вскоре уставшую и измученную женщину всё же отпускают. Прожив год, она умерла.

В 1816 году Кеплер сформулировал третий закон и опубликовал его в дополненном варианте своей книги.

1626 год ознаменовался осадой и захватом города Линц, где жил учёный, и он переселился в Ульм. Из-за невзгод военного времени повсюду в округе царили разруха и запустение. Когда Кеплер оказался в трудной ситуации - денег не хватало катастрофически - ему пришлось направиться к императору с просьбой о выплате полагавшегося жалованья. На пути в Регенсбург он подхватил серьёзную простуду, которая свела его в могилу. Это случилось 1630 году, учёному не исполнилось и шестидесяти лет.

Но и после кончины злоключения продолжались. После 30-тилетней войны погост, на котором находилась его могила, был абсолютно разгромлен. От захоронений не осталось и следа. Ещё хуже, что после пожаров половина записей учёного бесследно пропала. Всё, что осталось от его наблюдений, Петербургская Академия наук в 1774 году выкупила, и по сегодняшний день наследие Кеплера находится в Санкт-Петербурге, с рукописями можно ознакомиться в оригинале.

Много идей и открытий подарил потомкам талантливый фантазёр Иоганн Кеплер - европейский математик средневековья, знаменитый механик и астроном, интересовавшийся оптикой и увлечённый астрологией.

Кеплер сформулировал три закона движения планет. Первый гласил, что траекторией движения их является эллипс. Второй закон доказывал, что при приближении к солнцу скорость небесных тел изменяется, третий закон помогал вычислить данную скорость. Изучая систему мира, Иоганн взял за основу модель Коперника, но в ходе своей работы практически полностью отошел от неё, поэтому в этих концепциях так мало общего.

Выведенное им «уравнение Кеплера» до сих пор используется в астрономии для определения положения небесных тел. Впоследствии, открытые исследователем законы кинематики планет взял за основу Ньютон для своей теории тяготения. Кроме того, Иоганн Кеплер является автором самого первого изложения «астрономии Коперника». До этого данная книга, состоящая из трёх томов, много лет оставалась запрещённой.

Кроме изучения небесных тел, он много внимания уделял математике и сформулировал способ определения объёма вращающихся тел, описав его в работе «Новая стереометрия винных бочек». Книга увидела свет в 1615 году. Она уже содержала первые элементы интегрального исчисления. Кроме сказанного, Кеплер был первым, кто представил современникам таблицу логарифмов. Он же впервые употребил термин «среднее арифметическое».

Также с именем Иоганна Кеплера связано понятие «инерция», используемое сегодня в физике. Это он доказал, что тело имеет свойство сопротивляться приложенной внешней силе. Несмотря на то, что часть интересов средневекового учёного распространялась на астрологию, его имя и идеи известны всем современным математикам, физикам и астрономам, а научные достижения спустя века не утратили значение.