"Kepleri seadused" - see fraas on tuttav kõigile, kes armastavad astronoomiat. Kes see isik on? Millise objektiivse reaalsuse seost ja vastastikust sõltuvust ta kirjeldas? Astronoom, matemaatik, teoloog, filosoof, oma aja targem mees Johannes Kepler (1571-1630) avastas planeetide liikumise seadused päikesesüsteemis.
Reisi algus
Johannes Kepler, pärit Weil der Stadtist (Saksamaa), tuli siia maailma 1571. aasta detsembris. Nõrk, kehva nägemisega laps ületas kõik, et siin elus võita. Poisi õpingud algasid Leonbergis, kuhu pere kolis. Hiljem siirdus ta kõrgkooli, ladina kooli, et õppida keele põhitõdesid, mida kavatses kasutada tulevastes väljaannetes.
1589. aastal lõpetas ta kooli Adelburgi linna Maulbronni kloostris. Aastal 1591 astus ta Tübingeni ülikooli. Tõhusa haridussüsteemi lõid hertsogid pärast luterluse juurutamist. Võimud püüdsid vaestele mõeldud toetuste ja stipendiumide abilpakkuda ülikoolidele kandidaate, kellest saaks koolitada hästi haritud vaimulikke, kes on võimelised möllavate usuvaidluste ajal uut usku kaitsma.
Õppeasutuses viibimise ajal sattus Kepler astronoomiaprofessor Michael Möstlini mõju alla. Viimane jagas salaja Koperniku seisukohti heliotsentrilise (keskel Päike) universumi idee kohta, kuigi ta õpetas õpilasi "Ptolemaiose järgi" (Maa keskel). Sügavad teadmised Poola teadlase ideedest äratasid Kepleris suurt huvi astronoomia vastu. Nii et Koperniku teoorial oli veel üks toetaja, kes püüdis isiklikult mõista Päikese ümber paiknevate planeetide liikumisseadusi.
Päikesesüsteem on kunstiteos
Kummalisel kombel ei pidanud see, kes hiljem planeetide liikumise seadused avastas, end kutsumuse järgi astronoomiks. Kepler uskus kogu oma elu, et päikesesüsteem on kunstiteos, mis on täis müstilisi nähtusi, ta unistas preestriks saamisest. Astronoom selgitas oma huvi Koperniku teooria vastu sellega, et enne oma uurimistööst järelduste tegemist peab ta uurima erinevaid arvamusi.
Sellegipoolest rääkisid ülikooli õppejõud Keplerist kui suurepärase vaimuga õpilasest. 1591. aastal, olles omandanud magistrikraadi, jätkas teadlane õpinguid teoloogia alal. Kui need olid lõpule jõudmas, sai teatavaks, et Grazi luterlikus koolis suri matemaatikaprofessor. Tübingeni Ülikool soovitas sellele ametikohale värvata kõigis valdkondades andekad.lõpetaja suhe. Niisiis, hüvasti planeetide liikumise seadustega?
Jumala nimel
22-aastane Johann loobus vastumeelselt oma algsest kutsumusest preestrina, kuid asus sellele vaatamata Grazis matemaatikaõpetajana tööle. Algaja õpetaja kujutas klassis loenguid pidades tahvlil geomeetrilisi kujundeid, mis hõlmasid kontsentrilisi ringe ja kolmnurki. Ja äkki tekkis talle mõte, et sellised arvud peegeldavad teatud kindlat suhet kahe ringi suuruste vahel, eeldusel, et kolmnurk on võrdkülgne. Mis on kahe ringi pindalade suhe? Mõtteprotsess sai hoogu.
Aasta hiljem avaldas ebatavaline teoloog oma esimese teose "Universumi mõistatus" (1596). Selles kirjeldas ta oma loomingulisi seisukohti universumi saladuste kohta, mida toetavad usulised tõekspidamised.
See, kes avastas planeetide liikumise seadused, tegi seda Jumala nimel. Universumi matemaatilist plaani avaldades jõudis teadlane järeldusele: kuus planeeti on ümbritsetud sfääridega, mille vahele mahub viis korrapärast hulktahukat. Muidugi põhines versioon "faktil", et taevakehasid on ainult 6. Kepler joonistas Maa orbiidi ümber täiusliku dodekaeedri ja sfääri, mis puudutas Marsi orbiiti.
Täiuslik hulktahukas
Marsi piirkonna ümber kujutas teadlane Jupiteri orbiidiga külgnevat tetraeedrit ja sfääri. Maa orbitaalsfääri ikosaeedris "sobib" Veenuse sfäär suurepäraselt. Kasutades ülejäänutäiuslike hulktahukate tüübid, sama tehti ka ülejäänud. Üllataval kombel langesid Kepleri pesastatud sfäärimudelis esitatud planeetide naaberorbiitide suhted Koperniku arvutustega kokku.
Planeedi liikumise seadusi avastades toetus matemaatilise meelega preester peamiselt jumalikule inspiratsioonile. Tal polnud tõelist alust argumentidele. Trakaadi "Universumi saladused" tähtsus seisneb selles, et see oli esimene otsustav samm Koperniku poolt välja toodud maailma heliotsentrilise süsteemi äratundmise suunas.
Eeldused vs kõrge täpsus
Septembris 1598 sunniti katoliiklikud valitsejad Grazi protestandid, sealhulgas Kepler, linnast välja. Kuigi Johannil lubati tagasi tulla, jäi olukord väga pingeliseks. Otsides tuge, pöördus ta keiser Rudolph II õukonna matemaatiku ja astronoomi Tycho Brahe poole. Teadlane oli tuntud oma muljetavaldava planeedivaatluste kogu poolest.
Ta teadis teosest "Universumi saladus". Kuid kui 1600. aastal jõudis selle looja Praha linnast väljas asuvasse Tycho observatooriumisse, tervitas (tol ajal) ülitäpsete teadusuuringutega tegelev Brahe teda kui konkreetse teose autorit, kuid mitte kui kolleegi.. Nendevaheline vastasseis kestis kuni Taani astroloogi surmani, mis leidis aset aasta hiljem. Pärast rivaali lahkumist teise maailma usaldati Keplerile tema vaatluste varakambri valvamine. Need aitasid teadlasel suuresti saada liikumisseaduste avastajaksplaneedid ümber päikese.
Marsi tee
Brage'i uusim uurimus planeetide liikumiste tabeli koostamiseks ei ole lõpetatud. Kõik lootused olid pandud järglasele. Ta määrati keiserlikuks matemaatikuks. Vaatamata pingelistele suhetele surnud kolleegiga võis Kepler vab alt tegeleda oma huvidega astronoomia vallas. Ta otsustas jätkata Marsi vaatlusi ja kirjeldada oma nägemust selle planeedi orbiidist.
Johann oli kindel: keerulise Marsi tee avamisega on võimalik paljastada kõigi teiste "universumi rändurite" liikumisteed. Vastupidiselt levinud arvamusele ei kasutanud ta kirjeldusele vastava geomeetrilise kujundi valimiseks ainult Brahe tähelepanekuid. Eilne teoloog suunas oma jõupingutused "õhuta ruumis elavate õdede" liikumise füüsikalise teooria avastamisele, millest saab järeldada nende orbiidid. Pärast titaanlikku uurimistööd ilmnesid kolm planeetide liikumise seadust.
Esimene seadus
I. Planeetide orbiidid on ellipsid, mille ühes fookuses on Päike.
Päikesesüsteemi planeetide liikumise seadus näitas, et planeedid liiguvad ellipsis. See ilmnes pärast kaheksa aastat kestnud arvutusi, kasutades Tycho Brahe koostatud andmebaasi, mis põhines Marsi tähe planeedi liikumise vaatlustel. Johann nimetas oma tööd "New Astronomy".
Seega, Kepleri esimese seaduse kohaselt on igal ellipsil kaks geomeetrilist punkti, mida nimetatakse fookusteks (fookus ainsuses). Kogukaugus planeedist iga keskuseni summeeritakse alatisama olenemata sellest, kus planeet oma liikumisteel asub. Avastuse tähtsus seisneb selles, et eeldus, et orbiidid ei ole täiuslikud ringid (nagu geotsentrilises teoorias), viis inimesed lähemale maailmapildi täpsemale ja selgemale mõistmisele.
Teine seadus
II. Planeeti Päikesega ühendav joon (raadiuse vektor) katab võrdsete ajavahemike järel võrdsed alad, samal ajal kui planeet liigub ümber ellipsi.
See tähendab, et igal ajaperioodil, näiteks 30 päeva pärast, ületab planeet sama ala, olenemata valitud perioodist. Päikesele lähenedes liigub see kiiremini ja eemaldudes aeglasem alt, kuid oma orbiidil ringi liikudes liigub see pidev alt muutuva kiirusega. Kõige “nõrgamat” liikumist täheldatakse periheelis (Päikesele lähim punkt) ja kõige “võimsamat” afeelis (Päikesest kaugeim punkt). Nii arutles see, kes avastas planeetide liikumise seadused.
Kolmas seadus
III. Orbiidi aja koguperioodi (T) ruut on võrdeline planeedi ja Päikese keskmise kauguse kuubikuga (R).
Seda põhimõtet nimetatakse mõnikord harmoonia seaduseks. See võrdleb planeetide orbiidi ajaperioodi ja orbiidi raadiust. Kepleri avastuse olemus on järgmine: liikumisperioodide ruutude ja Päikesest keskmiste kauguste kuubikute suhe on igal planeedil sama.
Kordame, et Kepleri planeetide liikumise seadused põhinesid pikaajalistel tõsistel vaatlustel jamatemaatiliselt töödeldud. Seaduspärasusi kuvades ei paljastanud nad nähtuste tinglikkust. Hiljem tõestas kuulus universaalse gravitatsiooniseaduse avastaja Newton, et vastus peitub kehade füüsilises omaduses üksteist meelitada.
Minu keha vari on siin
Hoolimata oma edust kannatas Kepler pidev alt rahaprobleemide, uurimistöö jaoks ajapuuduse ja tema usuliste veendumuste tolerantsi otsimisel. Mitu korda püüdis ta Tübingenis õpetajakohta saada, kuid teda peeti reeturiks, protestandiks ja ta lükati tagasi.
Johannes Kepler suri 15. novembril 1630 ägeda palaviku tagajärjel. Ta maeti protestantlikule kalmistule. Tema seaduslik poeg kirjutas epitaafis: „Ma kasutasin mõõtmiseks taevast. Nüüd pean mõõtma Maa varje. Kuigi mu hing on taevas, on mu keha vari siin.”
Jah, algselt uskus teadlane keskaegsete kontseptsioonide vaimus, et planeedid liiguvad seetõttu, et neil on hing, see on elav maagia, mitte ainult ainetükid. Hiljem mõistis ta, et teaduslik lähenemine oli rohkem õigustatud. Noh, preester ja astronoom, kes avastasid planeetide liikumise seadused, kõndisid aus alt taipamise teed. Kuid tunnistagem seda endale: mõnikord tundub, et teaduslikus universumis on läbi ja lõhki nii palju müstikat!
