"Keplersche Gesetze" - dieser Satz ist jedem bekannt, der sich für Astronomie interessiert. Wer ist diese Person? Die Verbindung und Interdependenz welcher objektiven Realität beschrieb er? Astronom, Mathematiker, Theologe, Philosoph, der klügste Mann seiner Zeit Johannes Kepler (1571-1630) entdeckte die Gesetze der Planetenbewegung im Sonnensystem.
Der Beginn der Reise
Johannes Kepler, gebürtig aus Weil der Stadt (Deutschland), kam im Dezember 1571 auf die Welt. Schwach, mit schlechtem Sehvermögen, überwand das Kind alles, um in diesem Leben zu gewinnen. Das Studium des Jungen begann in Leonberg, wohin die Familie zog. Später wechselte er zu einer fortgeschrittenen Institution, einer Lateinschule, um die Grundlagen der Sprache zu lernen, die er in zukünftigen Veröffentlichungen verwenden wollte.
1589 legte er das Abitur im Kloster Maulbronn in der Stadt Adelburg ab. 1591 trat er in die Universität in Tübingen ein. Ein effektives Bildungssystem wurde von den Herzögen im Zuge der Einführung des Luthertums geschaffen. Mit Hilfe von Zuschüssen und Stipendien für die Armen versuchten die Behörden, dies zu tunum Universitäten Bewerber zur Verfügung zu stellen, die zu gut ausgebildeten Geistlichen ausgebildet werden könnten, die in der Lage sind, den neuen Glauben in Zeiten wütender religiöser Kontroversen zu verteidigen.
Während seines Aufenth alts an der Bildungsstätte geriet Kepler unter den Einfluss von Astronomie-Professor Michael Möstlin. Letzterer teilte heimlich die Ansichten von Kopernikus bezüglich der Idee eines heliozentrischen (Sonne im Zentrum) Universums, obwohl er die Schüler "nach Ptolemäus" (Erde im Zentrum) unterrichtete. Tiefe Kenntnisse der Ideen des polnischen Wissenschaftlers weckten bei Kepler ein großes Interesse an der Astronomie. Die Theorie von Copernicus hatte also einen weiteren Unterstützer, der versuchte, die Bewegungsgesetze der Planeten um die Sonne persönlich zu verstehen.
Das Sonnensystem ist ein Kunstwerk
Seltsamerweise hielt sich derjenige, der später die Gesetze der Planetenbewegung entdeckte, nicht für einen Astronomen von Beruf. Sein ganzes Leben lang glaubte Kepler, dass das Sonnensystem ein Kunstwerk voller mystischer Phänomene ist, er träumte davon, Priester zu werden. Der Astronom erklärte sein Interesse an der Theorie von Copernicus damit, dass er verschiedene Meinungen studieren müsse, bevor er Schlüsse aus seiner eigenen Forschung ziehen könne.
Dennoch sprachen Hochschullehrer von Kepler als einem Studenten mit hervorragendem Verstand. 1591 setzte der Gelehrte nach seinem Magisterabschluss sein Studium auf dem Gebiet der Theologie fort. Als sie kurz vor dem Abschluss standen, wurde bekannt, dass an der lutherischen Schule in Graz ein Professor für Mathematik verstorben war. Die Universität Tübingen empfahl, für diese Position einen Talent aus allen Bereichen zu rekrutieren. Graduierte Beziehung. Abschied von den Gesetzen der Planetenbewegung?
Im Namen Gottes
Der 22-jährige Johann gab seinen ursprünglichen Beruf als Pfarrer widerwillig auf, nahm aber dennoch die Tätigkeit als Mathematiklehrer in Graz auf. Während er in seiner Klasse unterrichtete, m alte der Novize an der Tafel einige geometrische Figuren aus konzentrischen Kreisen und Dreiecken. Und plötzlich dämmerte ihm der Gedanke, dass solche Figuren ein bestimmtes festes Verhältnis zwischen den Größen zweier Kreise widerspiegeln, vorausgesetzt, das Dreieck ist gleichseitig. Wie groß ist das Flächenverhältnis zwischen den beiden Kreisen? Der Denkprozess gewann an Fahrt.
Ein Jahr später veröffentlichte ein ungewöhnlicher Theologe sein erstes Werk, The Mystery of the Universe (1596). Darin skizzierte er seine kreativen Ansichten über die Geheimnisse des Universums, gestützt durch religiöse Überzeugungen.
Er, der die Gesetze der Planetenbewegung entdeckte, tat es im Namen Gottes. Der Forscher enthüllte den mathematischen Plan des Universums und kam zu dem Schluss: Sechs Planeten sind in Kugeln eingeschlossen, zwischen denen fünf regelmäßige Polyeder passen. Natürlich basierte die Version auf der "Tatsache", dass es nur 6 Himmelskörper gibt. Um die Umlaufbahn der Erde skizzierte Kepler ein perfektes Dodekaeder und eine Kugel, die die Umlaufbahn des Mars berührte.
Perfekte Polyeder
In der Umgebung des Mars stellte der Wissenschaftler einen Tetraeder und eine Kugel neben der Jupiterbahn dar. In das Ikosaeder in der Orbitalsphäre der Erde "passt" die Venussphäre perfekt. Den Rest verwendenArten von perfekten Polyedern, dasselbe wurde mit den anderen gemacht. Überraschenderweise stimmten die Verhältnisse benachbarter Planetenbahnen, dargestellt im verschachtelten Kugelmodell von Kepler, mit den Berechnungen von Copernicus überein.
Bei der Entdeckung der Gesetze der Planetenbewegung verließ sich der Priester mit mathematischem Verstand hauptsächlich auf göttliche Inspiration. Er hatte keine wirkliche Grundlage für Argumente. Die Bedeutung der Abhandlung "Geheimnisse des Universums" liegt darin, dass sie der erste entscheidende Schritt zur Anerkennung des von Kopernikus dargelegten heliozentrischen Weltsystems war.
Annahmen vs. hohe Genauigkeit
Im September 1598 wurden die Protestanten in Graz, darunter auch Kepler, von den katholischen Landesherren aus der Stadt vertrieben. Obwohl Johann zurückkehren durfte, blieb die Situation sehr angespannt. Auf der Suche nach Unterstützung wandte er sich an Tycho Brahe, einen Mathematiker und Astronomen am Hof Kaiser Rudolphs II. Der Wissenschaftler war bekannt für seine beeindruckende Sammlung von Planetenbeobachtungen.
Er wusste von dem Werk "Das Geheimnis des Universums". Aber als sein Schöpfer 1600 am Tycho-Observatorium außerhalb der Stadt Prag ankam, begrüßte Brahe, der sich (damals) mit hochpräziser Forschung beschäftigte, ihn als Autor eines bestimmten Werks, aber nicht als seinen Kollegen. Die Konfrontation zwischen ihnen dauerte bis zum Tod des dänischen Astrologen, der ein Jahr später stattfand. Nach der Abreise des Rivalen in eine andere Welt wurde Kepler damit betraut, den Schatz seiner Beobachtungen zu hüten. Sie haben dem Forscher sehr geholfen, derjenige zu werden, der die Bewegungsgesetze entdecktePlaneten um die Sonne.
Der Weg des Mars
Brages jüngste Forschung zur Erstellung einer Tabelle der Planetenbewegungen ist noch nicht abgeschlossen. Alle Hoffnungen ruhten auf einem Nachfolger. Er wurde zum kaiserlichen Mathematiker ernannt. Trotz eines angespannten Verhältnisses zu einem verstorbenen Kollegen konnte Kepler seinen eigenen Interessen in der Astronomie nachgehen. Er beschloss, seine Beobachtungen des Mars fortzusetzen und seine eigene Vision der Umlaufbahn dieses Planeten zu beschreiben.
Johann war sich sicher: Durch das Öffnen des komplexen Marspfades ist es möglich, die Bewegungspfade aller anderen "Wanderer des Universums" aufzudecken. Entgegen der landläufigen Meinung hat er nicht nur Brahes Beobachtungen verwendet, um eine geometrische Figur auszuwählen, die zur Beschreibung passt. Der Theologe von gestern richtete seine Bemühungen auf die Entdeckung einer physikalischen Theorie der Bewegung von "Schwestern, die im luftleeren Raum leben", aus der sich ihre Umlaufbahnen ableiten lassen. Nach einer gigantischen Forschungsarbeit tauchten drei Gesetze der Planetenbewegung auf.
Erstes Gesetz
I. Die Bahnen der Planeten sind Ellipsen mit der Sonne in einem der Brennpunkte.
Das Gesetz der Planetenbewegung im Sonnensystem besagt, dass sich die Planeten in einer Ellipse bewegen. Es erschien nach acht Jahren Berechnungen unter Verwendung einer Datenbank, die von Tycho Brahe auf der Grundlage von Beobachtungen der Planetenbewegung des Sterns Mars zusammengestellt wurde. Johann nannte sein Werk "Neue Astronomie".
Nach Keplers erstem Gesetz hat jede Ellipse also zwei geometrische Punkte, die Brennpunkte genannt werden (Fokus im Singular). Die Gesamtentfernung vom Planeten zu jedem der Zentren wird immer aufsummiertunabhängig davon, wo sich der Planet auf seiner Bewegungsbahn befindet. Die Bedeutung der Entdeckung liegt darin, dass die Annahme, dass die Umlaufbahnen keine perfekten Kreise sind (wie in der geozentrischen Theorie), die Menschen einem genaueren und klareren Verständnis des Bildes der Welt näher brachte.
Zweites Gesetz
II. Die Verbindungslinie zwischen Planet und Sonne (Radiusvektor) überstreicht in gleichen Zeitintervallen gleiche Flächen, während sich der Planet um die Ellipse bewegt.
Das heißt, in jedem Zeitraum, zum Beispiel nach 30 Tagen, überwindet der Planet die gleiche Fläche, egal welchen Zeitraum du wählst. Es bewegt sich schneller, wenn es sich der Sonne nähert, und langsamer, wenn es sich entfernt, aber es bewegt sich mit einer sich ständig ändernden Geschwindigkeit, während es sich um seine Umlaufbahn bewegt. Die „schnellste“Bewegung wird am Perihel (dem Punkt, der der Sonne am nächsten ist) und die „mächtigste“am Aphel (dem am weitesten von der Sonne entfernten Punkt) beobachtet. So argumentierte derjenige, der die Gesetze der Planetenbewegung entdeckte.
Drittes Gesetz
III. Das Quadrat der gesamten Umlaufzeit (T) ist proportional zur dritten Potenz der durchschnittlichen Entfernung vom Planeten zur Sonne (R).
Dieses Prinzip wird manchmal das Gesetz der Harmonie genannt. Es vergleicht die Umlaufzeit und den Umlaufradius der Planeten. Die Essenz von Keplers Entdeckung ist folgende: Das Verhältnis der Quadrate der Bewegungsperioden und der Kubikzahl der durchschnittlichen Entfernungen von der Sonne ist für jeden Planeten gleich.
Um es noch einmal zu wiederholen: Keplers Gesetze der Planetenbewegung basierten auf ernsthaften Langzeitbeobachtungen undmathematisch verarbeitet. Sie zeigten Gesetzmäßigkeiten auf, offenbarten aber nicht die Bedingtheit von Phänomenen. Später bewies der berühmte Entdecker des universellen Gravitationsgesetzes, Newton, dass die Antwort in der physikalischen Eigenschaft der Körper liegt, sich gegenseitig anzuziehen.
Der Schatten meines Körpers ist hier
Trotz seines Erfolges litt Kepler ständig unter finanziellen Schwierigkeiten, Mangel an Zeit für Recherchen und zog auf der Suche nach Orten um, an denen seine religiösen Überzeugungen toleriert wurden. Mehrfach bemühte er sich um einen Lehrauftrag in Tübingen, wurde aber als Verräter, als Protestant wahrgenommen und abgewiesen.
Johannes Kepler starb am 15. November 1630 an einem akuten Fieberanfall. Er wurde auf einem protestantischen Friedhof beerdigt. Auf dem Epitaph schrieb sein legitimer Sohn: „Ich habe den Himmel zum Maß genommen. Jetzt muss ich die Schatten der Erde messen. Obwohl meine Seele im Himmel ist, liegt der Schatten meines Körpers hier.“
Ja, ursprünglich glaubte der Wissenschaftler im Geiste mittel alterlicher Konzepte, dass sich die Planeten bewegen, weil sie Seelen haben, das ist lebendige Magie und nicht nur Materieklumpen. Später erkannte er, dass der wissenschaftliche Ansatz berechtigter war. Nun, der Priester und Astronom, der die Gesetze der Planetenbewegung entdeckte, ging ehrlich den Weg der Einsicht. Aber gestehen wir es uns selbst ein: Manchmal scheint es, als gäbe es so viel Mystik im wissenschaftlichen Universum durch und durch!
