Биография
Иоганн Кеплер – выдающийся немецкий астроном и математик, чья научная мысль намного опережала время. Он вывел 3 закона движения планет, установил, что орбиты имеют эллиптическую форму, и предвосхитил множество научных открытий.
Иоганн Кеплер родился в день святого Иоанна Богослова, 27 декабря 1571 года, в германском городе Вайль-дер-Штадте. Дед будущего ученого был наемникам в Испанских Нидерландах и покинул семью, когда мальчику было 5 лет. Считается, что он погиб во время Восьмидесятилетней войны в Нидерландах.
Мать Катарина Гульденманн содержала трактир, была травницей и подрабатывала гаданием. К моменту рождения Иоганна в семье уже были двое сыновей и дочь, и финансовое состояние Кеплеров было не лучшим.
С астрономией Кеплер познакомился еще ребенком и сразу же влюбился в науку. В 6 лет он, благодаря матери, наблюдал Большую комету 1577 года, в 1580-м любовался на лунное затмение.
Получив базовое образование, юноша учился в Тюбингенской богословской семинарии. В молодости студент Кеплер зарекомендовал себя прекрасным математиком и умелым астрологом – Иоганн увлекался этой «лженаукой» и составлял гороскопы для однокурсников. К окончанию учебы, в 23 года, Иоганн Кеплер получил назначение на должность учителя астрономии и математики в протестантской школе в город Грац.
Наука
Мировоззрение Кеплера как ученого формировалось на двух базовых принципах: научном и теологическом. Поэтому в работах Иоганна значительное место уделяется осмыслению законов жизни через божественное, хотя религиозные тонкости никогда им не ставились выше научных принципов.
Еще в годы студенчества Кеплер в полемике с однокурсниками отстаивал справедливость гелиоцентрической системы, рассматривая систему Коперника и с астрономической, и с теологической точек зрения. Первую крупную работу, «Mysterium Cosmographicum», Иоганн опубликовал 1596 году. После публикации труд не приобрел популярности, но благодаря ему Иоганн получил определенный вес в астрономических кругах.
После «Mysterium Cosmographicum» Кеплеру разрешили продолжать исследования в области изучения законов движения планет. Он планировал написать еще 4 книги: о Солнце и звездах, о планетах и их движении, о физической природе планет и географии, о влиянии неба на Землю, в том числе с точки зрения оптики, метеорологии и астрологии.
В поисках собеседников среди коллег Кеплер написал в том числе и прославленному астроному Тихо Браге. Датчанин вступил с Иоганном в яростную полемику, но переписка продолжилась. Ученые обсуждали астрономические проблемы, основываясь на теории Коперника (в частности – на их сообразности богословию). Однако значительную часть поднятых в переписке вопросов Кеплер не мог изучить – у него не было точных данных, которые Браге получал благодаря высокотехнологичной для тех времен обсерватории.
К 1599 году Иоганн окончательно убедился, что исследования сильно ограничены неточностью данных, а его работе угрожает нарастающая в Граце религиозная напряженность. В декабре Тихо пригласил коллегу в Прагу, и 1 января 1600 года Кеплер отправился в путь, надеясь, что покровительство Браге поможет и в науке, и в решении финансовых трудностей.
К февралю Кеплер встретился с Тихо и его помощниками и следующие 2 месяца гостил у астронома, изучая и анализируя наблюдения Браге за Марсом. К весне астрономы договорились об официальном сотрудничестве, и летом Иоганн вернулся домой, чтобы забрать семью и переехать в Прагу.
Дома ученого ждали политические и религиозные трудности, существенно осложнившие жизнь. 2 августа 1600 года Кеплера и его семью изгнали из Граца за отказ перейти в католичество. Вскоре ученый вместе с домашними двинулся в Прагу. В течение 1601 года он работал непосредственно на Тихо, который поручил коллеге наблюдать за планетами и писать трактат, направленный против исследований Урсуса, давнего соперника Браге.
В октябре 1601 года Тихо неожиданно скончался, и Иоганна назначили его преемником на должности императорского математика, обязав завершить неоконченные исследования датчанина: наблюдения за Марсом и составление Рудольфинских таблиц движения планет. Следующие 11 лет стали наиболее продуктивными в научной биографии Кеплера.
В 1603 году исследователь сосредоточился на оптической теории, вспомнив о странных визуальных эффектах, которые можно наблюдать во время солнечных и лунных затмений. Итог работы, рукопись «Astronomiae Pars Optica», он представил императору 1 января 1604 года.
В ней астроном описал закон обратных квадратов и даже распространил выводы своего исследования человеческого глаза. Сегодняшние нейробиологи считают Кеплера первым, кто понял, что изображение проецируется на сетчатку в перевернутом виде. Труд «Astronomiae Pars Optica» считается основой современной оптики, несмотря даже на отсутствие исследований в области закона преломления света.
В октябре 1604 года в небе появилась новая яркая звезда, SN 1604, но Кеплер вначале не верил слухам – до тех пор, пока сам не убедился в их правдивости. Астроном начал систематические наблюдения и через 2 года написал книгу «De Stella Nova», в которой рассматривал астрономические свойства нового светила.
Вклад Кеплера в изучение движения планет достиг кульминации в работе «Astronomia nova», где были сформулированы первые 2 закона движения планет. Иоганн начал с анализа оставленных Браге наблюдения за орбитой Марса, но счел его и свои выводы недостаточно точными. Использовав доступные на тот момент математические способы исследований, Кеплер постепенно пришел к выводу, что орбита Марса – не окружность, а эллипс.
Также на основании наблюдений за Марсом астроном вывел формулу, согласно которой скорость движения планеты обратно пропорциональна ее расстоянию от Солнца. Однако проверка этой взаимосвязи требовала очень долгого времени. Чтобы упростить задачу, Кеплер переформулировал пропорцию с геометрической точки зрения, установив, что каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца. При этом за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади.
В 1611 году Кеплер создал рукопись «Somnium», публикация которой состоялась только после смерти автора. Трактат описывал практику астрономии с точки зрения другой планеты и был призван окончательно отказаться от геоцентрической системы. Рукопись рассказывала о путешествии на Луну. Отчасти она была аллегорией, отчасти – первым произведением в жанре научной фантастики. В период с 1615 по 1621 годы Кеплер написал 3 тома «Epitome astronomiae Copernicanae». В исследовании были подробно описаны 3 закона движения планет.
Кроме астрономии, ученый имел значительные достижения в области математики. Он установил, как определять объемы тел вращения, впервые использовав методы исчисления, схожие с интегральными. Также Иоганн внимательно изучил симметрию снежинок. Исследования в этой области натолкнули его на идею, согласно которой максимальная плотность упаковки шаров достигается при их пирамидальном расположении. Эту гипотезу подтвердили только через 400 лет.
Не обошел Иоганн и науки физику и механику. Кеплер первым ввел в обращение термин «инерция» и, подобно Галилею, сформулировал 1-й закон механики. Еще одним достижением едва не стал закон тяготения: он вплотную подошел к его описанию, хотя и не с математической точки зрения. Кеплер обнаружил, что в сходные тела стремятся к единству. Движущей силой этого явления астроном полагал магнетизм и вращение планет вокруг оси.
Интересный факт: именно Иоганн впервые предположил, что причиной приливов является лунное воздействие на воду. Ньютон пришел к подобным выводам лишь 100 лет спустя.
Личная жизнь
Первый раз Иоганн женился в 1597 году на Барбаре Мюллер, вдове 25 лет, у которой уже была дочь. В начале брака у пары родились 2 ребенка, сын и дочь, которые умерли в младенчестве. Позже в семье появились еще трое детей.
В 1611 году Барбара Кеплер заразилась пятнистой лихорадкой Скалистых гор. Женщина поправилась, но болезнь оставила осложнение в виде эпилептических припадков. Также в это время заболели оспой дети Кеплера, и 6-летний Фридрих умер. Барбара, вскоре вновь заболевшая, ненадолго пережила сына.
Второй женой Кеплера стала Сусанна Ройттингер, в брак с которой ученый вступил 30 октября 1613 года. У супругов родились шестеро детей, из которых выжили только трое. Личная жизнь ученого во втором браке была более счастливой, чем в первом – Сусанна была доброй и приветливой женщиной, тепло отнесшейся к приемным детям.
Серьезно омрачала жизнь Кеплера ситуация с матерью. То, что Катарина Кеплер была гадалкой и травницей, не нравилось соседям. К тому же тетку матери Иоганна сожгли на костре как ведьму.
Впервые Катарину обвинили в колдовстве в 1615 году, но Кеплер привлек к делу юристов, и женщину удалось оправдать. После этого Иоганн забрал мать в Линц, но спустя 4 года она переехала в Леонберг, где вновь была обвинена и арестована. Женщину посадили на цепь возле городских ворот, однако Катарина и под угрозой пыток отказалась признавать вину. Иоганн вновь сумел защитить мать, и в 1621 году ее вновь оправдали. Однако подорванное заключением здоровье и преклонный возраст привели к тому, что в апреле 1622 года Катарина скончалась.
Смерть
Последние годы жизни Кеплер много времени проводил в дороге. Вскоре после прибытия к императору в Регенсбург за жалованьем умер. Причиной смерти ученого стала простуда, которую он подхватил в пути. Наследникам досталась небольшая сумма наличных, десятки рукописей и 29 тыс. флоринов жалованья, которое ученому задолжал император.
Могила Иоганна не сохранилась: кладбище, на котором похоронили астронома, было уничтожено шведской армией. Сейчас известна только эпитафия, составленная самим Кеплером:
Mensus eram coelos, nunc terrae metior umbras
Mens coelestis erat, corporis umbra iacet.
Я измерил небо, а ныне измеряю тени.
Мой разум в небесах, а тело отдыхает в земле.
До потомков дошло множество портретов Кеплера: популярного ученого, значение работ которого ценилось с момента первых публикаций, часто изображали различные художники, в том числе и при жизни Иоганна.
Труды
- 1596 - Mysterium cosmographicum
- 1604 - Astronomiae Pars Optica
- 1604 - Ad Vitellionem paralipomena
- 1604 - De Stella nova in pede Serpentarii
- 1609 - Astronomia nova
- 1610 - Tertius Interveniens
- 1610 - Dissertatio cum Nuncio Sidereo
- 1611 - Dioptrice
- 1611 - De nive sexangula
- 1613 - De vero Anno, quo aeternus Dei Filius humanam naturam in Utero benedictae Virginis Mariae assumpsit
- 1615 - Eclogae Chronicae
- 1618-1621 Epitome astronomiae copernicanae
- 1627 - Tabulae Rudolphinae
- 1634 - Somnium
