Творец небесной техники

Человек, который нашёл наше место в Солнечной системе

В конце XVI века в астрономии ещё происходила борьба между геоцентрической системой Птолемея и гелиоцентрической системой Коперника. В модели Коперника планеты равномерно движутся по круговым орбитам: чтобы согласовать это предположение с видимой неравномерностью движения планет, Копернику пришлось ввести дополнительные движения по эпициклам. Но его астрономические таблицы, первоначально более точные, чем Птолемеевы, вскоре существенно разошлись с наблюдениями, что немало озадачило и охладило восторженных коперниканцев.

        Для передовых учёных было ясно, что учение Коперника правильно, но надо было глубже исследовать и выяснить законы движения планет. Эту задачу решил великий немецкий ученый - математик, астроном, оптик и астролог Иоганн Кеплер.

Иоганн Кеплер (Johannes Kepler) родился 27 декабря 1571 г. в городе Вайль-дер-Штадте (в 30 километрах от Штутгарта, сейчас — федеральная земля Баден-Вюртемберг).

Его отец был ландскнехтом испанского короля Филиппа II и редко жил дома, участвуя в военных походах. После одного из них он пропал и что с ним стало - неизвестно.

Мать Кеплера, Катарина Кеплер, обладала тяжёлым и неуживчивым характером. Она разбиралась в травах и лечила обращавшихся к ней за советом настоями и отварами. Эта её деятельность стала причиной, по которой её позже объявили ведьмой.

Детство Кеплера было безрадостным, прошло среди грубых и невежественных людей. Иоганн родился семимесячным и рос слабым ребёнком. Его преследовали сыпи, нарывы, незаживающие язвы, болезни печени и желудка, головные боли.

В четыре года Кеплер тяжело заболел оспой и чуть не умер. "Хилый, вялый, тощий", - писал он о себе тех лет.

Два события детства, может быть, определили его будущее: в шесть лет он впервые увидел комету, а через три года - лунное затмение.

         Детство Иоганн провёл в нужде. Помогая матери, с 9 лет начал работать, оставив для этого на два года школу. Он был слабым нездоровым ребенком с дефектом зрения. Это не мешало выбору ремесла. Иоганн хорошо учился, что позволяло добиваться карьеры чиновника или священника.

       В 1589 году Кеплер окончил школу при монастыре Маульбронн, обнаружив выдающиеся способности. Городские власти назначили ему стипендию для помощи в дальнейшем обучении.

       В 1591 году он поступил в университет в Тюбингене — сначала на факультет искусств, к которым тогда причисляли и математику с астрономией, затем переходит на теологический факультет. Здесь он впервые услышал о разработанной Николаем Коперником гелиоцентрической системе мира и сразу стал её убеждённым сторонником.

После окончания в 1593 г. этого университета Кеплер получил степень бакалавра, а три года спустя - степень магистра. 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).

    Там он на¬писал в 1596 году свою первую книгу "Тайна Вселенной", в которой попытался установить числовую зависимость между расстояниями планет от Солнца и размерами правильных многогранников.

Кеплер предположил, что поскольку в мире должна существовать полная математическая гармония, пять планетных сфер должны располагаться вокруг Солнца таким образом, чтобы между ними вписывались правильные многогранники. Проделанная им вычислительная работа была под силу только незаурядному математику. Между самыми далёкими сферами Сатурна и Юпитера он поместил куб так, чтобы вершинами он касался сферы Сатурна, а гранями - сферы Юпитера. Между Юпитером и Марсом Кеплер поместил тетраэдр и т.д. с тем же расчётом, чтобы гранями каждый многогранник касался внутренней, меньшей сферы, а вершинами был вписан во внешнюю, большую сферу.

Он не сомневался, что раскрыл тайну Вселенной: ведь он не только объяснил устройство Солнечной системы, но и открыл, почему планет шесть, а не другое число. Склонный к умозрительным построениям Кеплер попал на ложный путь.

Эту книгу Кеплер послал Галилео Галилею и Тихо Браге, двум известным астрономам того времени. 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.

В 1597 г. Кеплер женится на дочери мельника вдове Барбаре Мюллер фон Мулек и через год у них появляется сын Генрих. Прожив всего два месяца, ребёнок умирает от менингита. Та же участь постигла и его дочь Сусанну, родившуюся годом позже. Кеплер тяжело переживал смерть детей.

Из-за преследования в католическом Граце протестантов Кеплер занесён в список изгоняемых «еретиков» и вынужден покинуть город. Вместе с семьёй он переезжает в Прагу к знаменитому датскому астроному Тихо Браге и служит у императора Рудольфа II придворным астрономом и астрологом. Проведённые здесь 10 лет — самый плодотворный период его жизни.

Встреча Кеплера и Браге состоялась 4 февраля 1600 г. Они были разными по возрасту, по характерам, по общественному положению и научным методам. Браге поручил Кеплеру заняться изучением закономерностей в движении планеты Марс. Гордый поручением Кеплер взялся решить задачу за восемь дней. Но работа затянулась на восемь лет напряжённого труда.

         Отношения Кеплера и Браге стали быстро ухудшаться - слишком разные по темпераменту и по образу жизни были эти люди. Аристократ, привыкший к роскоши, Тихо всегда работал с большим штатом помощников и учеников, уступавших ему по знаниям. Кеплер по отношению к Браге был плебеем и бедняком, он не привык подчиняться сильным мира сего, был учёным одиночкой. Невзгоды не могли пройти бесследно: Кеплер стал раздражительным, находился на грани психологического срыва. Браге чувствовал глубокий ум, богатое и смелое воображение, упорство в работе Кеплера, но не собирался ставить его рядом с собой. А со своими ассистентами Браге держал себя высокомерно, не считался с их мнениями, установил для них жёсткий распорядок дня. Журнал астрономических наблюдений Браге не показывал Кеплеру. Ассистенты Браге, почувствовав в Кеплере конкурента, старались очернить его в глазах Браге.

Назревала ссора. Её инициатором стал Кеплер. Он требовал от Браге предоставить ему отдельную квартиру, так как шум и гам в квартире Браге его раздражали, требовал по 50 талеров ежемесячно пока император не назначит ему жалованье, требовал топливо и провиант, право самому определять время работы и тему исследований. Браге заявил, что не желает иметь с Кеплером ничего общего. Успокоившись, Кеплер понял, какие богатые возможности в продолжении научной работы он потерял и как несправедливо и неблагодарно он поступил по отношению к всемирно знаменитому астроному. Презрев самолюбие, не привыкший ни перед кем унижаться Кеплер обращается к Браге с покаянным письмом, в котором раскаивается в происшедшем, умоляет о прощении и обещает впредь не допускать ничего подобного. Великодушие Тихо характеризует его с самой лучшей стороны: он едет к Кеплеру и добрые отношения между ними восстанавливаются.

Несмотря на достигнутую в Праге договорённость, Кеплер возвращается в Грац и не может сделать выбор, что делать дальше: остаться в Граце, где его удерживало имущество жены, переехать к Браге или устроиться в Тюбингене. В это время эрцгерцог распорядился, чтобы все протестанты Граца либо перешли в католичество, либо покинули страну. Кеплер был изгнан из страны. Он отправляется в Прагу. На перевозку скарба денег не хватало. В пути Кеплер тяжело заболел. Приступы болезни мучили его несколько месяцев. И тут Браге в 1601 г.скоропостижно умирает. Перед смертью, как вспоминал Кеплер, «он просил меня, хотя и знал мою приверженность к мнению Коперника, проработать всё согласно его собственной гипотезе». Это завещание Браге Кеплер не выполнил.

Через два дня после похорон Браге император Рудольф II поручил Кеплеру заботы о рукописях и инструментах Браге и присвоил ему звание императорского математика, назначив ему жалованье 500 гульденов в год. Это было в шесть раз меньше, чем получал Браге, но и это жалованье он за 30 лет получил лишь один раз.

    Неожиданно объявившиеся наследники Тихо Браге претендовали на его научные разработки, и Иоганну пришлось расстаться со значительной денежной суммой, выплаченной в качестве отступных.

В Праге Кеплер издал ряд трудов, в том числе трактат "Дополнения к Виттело" (1604) о применении оптики к астрономии, где объяснил причину появления солнечной короны и сформулировал закон убывания освещённости обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. В трактате "Диоптрики" (1611) он описал изобретённый им телескоп - так называемую зрительную трубу Кеплера, состоящую из двух двояковыпуклых линз. Кеплер создал теорию изображения с учётом геометрического построения, разрушив хитроумную теорию своих предшественников, и предложил свою схему видения, по которой лучи света, испускаемые телами, преломляются в преломляющей среде глаза и создают изображение на сетчатке. В его трактатах также описаны закон преломления, явление полного внутреннего отражения, дана формула линзы. Ему принадлежит мысль о том, что причиной приливов и отливов в океанах является Луна. Он предложил понятие силы как причины ускорения.

В "Новой астрономии" (1609) Кеплер рассмотрел движение Марса по наблюдениям Т.Браге и сформулировал два закона его движения. Кеплер первым из учёных поднял вопрос о причинах движения планет. До этого считалось, что природа отражает волю бога, и вопрос о причинах был неуместен. Для объяснения причин движения Кеплер впервые применил понятия сила и инерция.

       Открытые Кеплером три закона движения планет полностью и с превосходной точностью объяснили видимую неравномерность этих движений. Вместо многочисленных надуманных эпициклов модель Кеплера включает только одну кривую — эллипс. Второй закон установил, как меняется скорость планеты при удалении или приближении к Солнцу, а третий позволяет рассчитать эту скорость и период обращения вокруг Солнца.

Законы планетной кинематики, открытые Кеплером, послужили позже Ньютону основой для создания теории тяготения. Ньютон математически доказал, что все законы Кеплера являются прямыми следствиями закона тяготения.

В Праге у Кеплера родилось трое детей: дочь Сусанна(1602) и сыновья Фридрих(1603) и Людвиг(1607).

В 1610 году Галилей сообщает Кеплеру об открытии спутников Юпитера. Кеплер встречает это сообщение недоверчиво и в полемической работе «Разговор со Звёздным вестником» приводит несколько юмористическое возражение: «непонятно, к чему быть [спутникам], если на этой планете нет никого, кто бы мог любоваться этим зрелищем…». Но позже, получив свой экземпляр телескопа, Кеплер изменил своё мнение, подтвердил наблюдение спутников и сам занялся теорией линз. Результатом стали усовершенствованный телескоп и фундаментальная работа «Диоптрика».

В 1610 г. заболевает жена Кеплера Барбара. Врачи находят у неё эпилепсию и признаки душевного расстройства. В 1611 г. заболевают оспой все трое детей Кеплера и восьмилетний Фридрих умирает. В это же время душевнобольной император Рудольф II, проиграв войну с собственным братом Матвеем, отрекается в его пользу от чешской короны и вскоре умирает. Кеплер начинает сборы для переезда в Линц, но тут после долгой болезни умирает его жена Барбара.

         В 1612 г., собрав скудные средства, Кеплер переезжает в Линц (Австрия), где прожил 14 лет. За ним сохранена должность придворного математика и астронома, но в деле оплаты новый император ничем не лучше старого. Некоторый доход приносят преподавание математики и гороскопы.

         В 1613 году Кеплер женится на 24-летней дочери столяра Сюзанне Риттингер. У них родилось семеро детей, выжили четверо.

В 1615 году Кеплер получает известие, что его мать обвинена в колдовстве. Обвинение серьёзное: прошлой зимой в Леонберге, где жила Катарина, были по той же статье сожжены 6 женщин. Сожгли и тётку матери как ведьму только на том основании, что её пациенты выздоравливали. Обвинение матери содержало 49 пунктов: связь с дьяволом, богохульство, порча, и т. п. Кеплер пишет городским властям; мать вначале отпускают, но затем снова арестовывают. Следствие тянулось пять лет, 14 месяцев она просидела в тюрьме в цепях. Наконец, в 1620 году начался суд. Кеплер сам выступил защитником, и через год измученную женщину, наконец, освободили. В следующем году она скончалась. Шесть лет вместо занятий наукой Кеплер был вынужден бороться с невежеством, тупостью, жестокостью – он отстаивал не только свою мать, но и своё доброе имя.

В 1619 году он издаёт трактат "Гармония Мира", в котором сформулировал третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в стройное целое: отношение куба среднего удаления планеты от Солнца к квадрату периода обращения её вокруг Солнца есть величина постоянная для всех планет: a3/T2 = const.

Кеплер писал: «Я испытываю божественное чувство ... Моя книга закончена. Её прочитают и мои современники, и будущие поколения - но не это меня волнует. Она может сотни лет прождать читателя, как бог прождал 6000 лет, пока кто-то поймёт его работу».

В книге, наряду с ценнейшими научными открытиями, изложены также философские рассуждения о «музыке сфер» и платоновых телах, которые составляют, по мнению учёного, эстетическую суть высшего проекта мироздания.

Кеплер был активным сторонником учения Н.Коперника и своими работами способствовал его утверждению и развитию. Трактат Кеплера "Сокращение коперниковой астрономии", в котором он показал, что открытые им для Марса первые два закона справедливы для всех других планет и Луны, а третий - также для движения четырёх известных тогда спутников Юпитера, был занесён Ватиканом в список запрещённых книг, а законы Кеплера стали основой для открытия И. Ньютоном закона всемирного тяготения. По философским взглядам Кеплер был близок к пифагорейцам и мистикам.

Кеплер считал Солнце одной из многочисленных звёзд, что другие звёзды, рассеянные в пространстве, также окружены планетами. Он описал способы предсказания Солнечных и Лунных затмений.