约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler,1571年12月27日—1630年11月15日),德国杰出的天文学家、数学家和占星学家,被誉为“近代天文学之父”。他的工作不仅对当时科学界产生了深远影响,更为后世科学家如艾萨克·牛顿奠定了基础,对现代物理学的发展起到了关键作用。
开普勒出生于符腾堡公国的魏尔市,父亲是一名士兵,母亲则来自一个旅馆经营者的家庭。他的童年并非一帆风顺,幼时身体虚弱,且视力不佳。尽管如此,开普勒展现出过人的智力和对数学、天文学的浓厚兴趣。在图宾根大学获得文学学士学位后,他于1591年进入蒂宾根大学学习神学,并在那里接触到了哥白尼的日心说,这一理论对他后来的科学研究产生了决定性影响。
开普勒的科研生涯始于担任第谷·布拉赫的助手。第谷是当时最杰出的天文观测家之一,他的精确观测数据为开普勒提供了宝贵的科研资料。在第谷去世后,开普勒继承了他的观测成果,并在此基础上进行了深入研究。这一时期,他发表了三部具有里程碑意义的著作,即《新天文学》(Astronomia Nova,1609年)、《世界的和谐》(Harmonices Mundi,1619年)和《鲁道夫星表》(Rudolphine Tables,1627年),共同构成了著名的“开普勒行星运动三定律”。
开普勒第一定律(椭圆定律)
在《新天文学》中,开普勒提出了第一定律,即行星沿椭圆轨道绕太阳运行,太阳位于椭圆的一个焦点上。这一发现打破了自古以来认为行星沿圆形或本轮运动的传统观念,首次以数学方式准确描绘了行星的实际运行轨迹。
开普勒第二定律(面积定律)
在同一著作中,他还揭示了行星运动的第二定律,即行星与太阳连线扫过的面积在相等时间内是相等的。这意味着行星在其轨道上并非匀速运行,而是靠近太阳时速度较快,远离太阳时速度较慢。这一发现解释了行星视运动中的快慢变化现象。
开普勒第三定律(调和定律)
在《世界的和谐》中,开普勒提出了第三定律,即行星公转周期的平方与其轨道长半轴的立方成比例。这一比例关系揭示了太阳系各行星运动间的内在和谐与规律性,为后来寻找外星世界提供了重要的计算依据。
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