德国天文字家开普勒

从古希腊时代起，人们就对宇宙间行星的运动众说纷纭，有着各种学说，直到一位德国天文学家提出了关于行星运动的三定律，人们才逐渐认识了行星绕日运动的本质特征。这位天空立法者叫开普勒。

开普勒于 1571 年 12 月 27 日出生在符腾堡的小城魏尔。他是长子。他父

母的婚姻十分不幸，父亲没有一技之长，儿子出生 3 年后就离家而去。开普勒是一个瘦弱多病的孩子，5 岁时他得了一次天花，差点夭亡。即使在晚年他也常常病魔缠身，时常受着高烧的煎熬。开普勒的一个同代人有一次这样惊奇地谈到：“这样瘦小的躯体里竟蕴藏着这样渊博的学问。”开普勒从幼年起就不能胜任重体力劳动，看来他对天文学活动也十分不适合，因为他的视力很坏，不但近视而且散光，因此看到的图像只能是模糊不清，重重叠叠，开普勒常常埋怨自己的生理缺陷。对于无线电、天文学和巨型望远镜时代的现代人来说是很难体会到这种痛苦的，一方面是瘦弱的身体，一方面是他的聪明才智和爱好志向，使开普勒决定去学习神学。

开普勒经过修道院附校的预备学习，以优异的成绩作为奖学金生进入了著名的图宾根神学院。这样，他的生活就有了着落，因为奖学金生是可以免费住宿的。神学院的生活是清苦而严峻的，学生不得有任何越轨行为或放肆举动。微薄的津贴也不允许学生去参加花销大的娱乐活动。开普勒的天才使他能够不费力气地接受学院教给他的各种文化知识，他偏爱哲学，而且也正是他的哲学基本态度促使他去探索行星轨道的数目、大小和运行的原因。这种探索使他后来改革了整个天文学，使天文学发展到了对天体现象进行物理学解释的阶段。

大学毕业以后，开普勒开始潜心研究天文学。在 1600 年他在布拉格遇到了著名的丹麦籍天文学家第谷·布拉赫，并当上了他的助手。第谷是著名的“星学之王”，对星体进行了大量的精度较高的方位测量，大大超过了同时代其他观测者的水平，因此积累了大量的精确而可靠的观测资料。他把这些资料都传给了开普勒，为开普勒的研究奠定了坚实而可靠的基础。

按照第谷的遗愿，开普勒继续编制星表并进行理论研究。在推算火星的运动规律时，开普勒发现计算结果虽与观察数据基本相符，但总有 8 弧分的误差，8 弧分相当钟表的时针在 0.13 秒内转过的角度，一般认为是允许的计算误差。但是开普勒却认为这一误差正说明了行星绕日运行轨道不是正圆的。经过深入研究，他终于发现自己的想法是正确的。因而提出了行星运动的第一定律，即行星绕日运行轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。开普勒说：“这 8 弧分的误差使我走上了改革整个天文学的道路。”过了不久，开普勒又发现行星在轨道上运行的速度是不均匀的，因而提出了行星运动的第二定律，即行星和太阳的连线在相等的时间扫过相等的面积。10 年以后，他又提出了行星运动的第三定律，即任何两行星公转周期的平方与轨道平均半径的立方成正比。这三个定律同样适用于绕其他恒星运动的行垦和绕行星运动的卫星，因而揭开了天体运动的重要秘密。

开普勒提出的行星三定律不仅是对古代天文学方法的改造，而且也是对自然科学的主要基础的革新。开普勒的第一定律和第二定律，即椭圆形轨道和所谓的面积定律，即行星的运动形式定律，在他计算火星轨道时就已在《新天文学》里提出来了。第三定律的发现则被他看作是他事业的顶峰。“如果

有人问我确切的时间，那是 1618 年 3 月 8 日，这天我脑海中浮现出了这个发现。但当我计算时，却不太顺手，于是就把它当作是错误的东西扔到了一边。但到了 3 月 15 日它又涌上了我的心头，并在一次新的冲击中克服了我的阴暗

心理，在这次冲击中，我对第谷观察材料进行的 17 年之久的研究和我当时的想法完全吻合。起初我竟以为我在做梦，我是事先把我的企图放到了证明材料中去了？但这完全是事实，并且是十分正确的，任何

两颗行星的运行时间之间的比例等于平均距离，即轨道本身的比例的1 1 。”

这就是说，如同开普勒自己对地球和土星比例做的精确计算所表明的那样：行星在轨道上运行一周的时间的平方与其至太阳的平均距离的立方成正比例。开普勒得到的这一结果正是他在早期作品中所探求的计算的最终目标，即把行星的所有运动过程的总和融成一个统一的、有规律的、有秩序的体系，统一成“谐和的宇宙”。

行星运动三定律是宇宙中所有行星运动都遵循的规律，好像行星必须遵守的“法律”。因此，开普勒被誉为“天空立法者”。在开普勒三定律的基础上，伟大的英国科学家牛顿，又发现并总结了物质运动的三定律，使其产生了更加深远的影响。