Год открытия. 1609
Почему это одно из 100 величайших открытий?
Даже после того, как Коперник упростил и скорректировал структуру Солнечной системы, открыв, что в её центре находится Солнце, а не Земля, он (как и все астрономы до него) предполагал, что планеты вращаются вокруг Солнца по идеальным окружностям. В результате ошибки в предсказании положения планет продолжали существовать.
Кеплер открыл концепцию эллипса и доказал, что планеты на самом деле движутся по слегка вытянутым эллипсам. Благодаря этому открытию наука наконец получила точную картину положения и механики Солнечной системы. После 400 лет значительного развития технологий наше представление о движении планет по-прежнему остаётся тем, которое создал Кеплер. Мы нисколько не изменили и не исправили его, и, вероятно, никогда не сделаем этого.
Как это было обнаружено?
2000 лет назад астрономы поместили Землю в центр Вселенной и предположили, что все небесные тела движутся вокруг неё по идеальным окружностям. Но предсказания, основанные на этой системе, никогда не соответствовали реальным измерениям. Учёные изобрели маленькие круги. Планеты фактически вращались вокруг этой планеты, вращаясь по большим круговым орбитам каждой планеты. Однако ошибки всё равно были, поэтому учёные создали эпиокружности на эпиокружностях.
Коперник открыл, что Солнце находится в центре Солнечной системы, но по-прежнему предполагал, что все планеты движутся по идеальным окружностям. Большинство эпиокружностей было устранено, но ошибки в построении планет всё ещё оставались.
Иоганн Кеплер родился в Южной Германии в 1571 году, через 28 лет после обнародования открытия Коперника. Кеплер пережил тяжёлое детство. Его тётя была сожжена на костре как ведьма. Его мать едва не постигла та же участь. Мальчик часто болел и имел плохое зрение, которое не могли исправить очки. Тем не менее, Кеплер сделал блестящую, хотя и непростую, университетскую карьеру.
В 1597 году он стал ассистентом Тихо Браге, знаменитого немецкого астронома. Десятилетиями Тихо измерял положение планет (особенно Марса) с гораздо большей точностью, чем любой другой европейский астроном. После смерти Тихо Браге в 1601 году он оставил все свои записи и таблицы планетных наблюдений Кеплеру.
Кеплер отверг модель движения планет «эпи-окружность на эпиокружности» и решил рассчитать орбиту Марса, наилучшим образом соответствующую данным Тихо Браге. Предполагать, что Солнце находится в центре Солнечной системы, всё ещё было опасно. Всемогущая католическая церковь сожгла на костре монаха Джордано Бруно за веру в Коперника. Ни один другой учёный не осмелился поддержать радикальную идею Коперника. Тем не менее, Кеплер был полон решимости использовать коперниковскую модель устройства Вселенной и данные Тихо Браге для понимания планет.
Кеплер перепробовал множество идей и математических подходов, которые не сработали. Плохое зрение не позволяло ему проводить собственные астрономические наблюдения. Он был вынужден полностью полагаться на измерения Тихо Браге. В горьком разочаровании он, наконец, был вынужден… подумайте о том, что было в то время немыслимо: планетарные орбиты, которые не были идеальными окружностями. Ничто иное не объясняло показания Тихо Браге относительно Марса.
Кеплер обнаружил, что эллипсы (вытянутые окружности) гораздо лучше соответствуют накопленным данным. Однако данные всё ещё не совпадали. В отчаянии Кеплер был вынужден рассмотреть нечто другое, что также было немыслимо в то время: возможно, планеты вращаются вокруг Солнца с непостоянной скоростью.
Благодаря этим двум революционным идеям Кеплер обнаружил, что эллиптические орбиты идеально соответствуют измеренному Тихо движению планет. Эллиптические орбиты стали первым законом Кеплера. Затем Кеплер добавил свой Второй закон. Скорость каждой планеты изменялась в зависимости от её расстояния от Солнца. Чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она летела.
Кеплер опубликовал свои открытия в 1609 году, а затем провел следующие 18 лет, вычисляя подробные таблицы движения и положения планет для всех шести известных планет.
Это также было первым практическим применением логарифмов, изобретённых шотландцем Джоном Нэпьером в первые годы работы Кеплера. С помощью этих таблиц расчётов (которые точно соответствовали измеренным положениям планет) Кеплер доказал, что он открыл истинное движение планет.
Интересные факты: Плутон называли девятой планетой в течение 75 лет, с момента его открытия в 1930 году. Орбита Плутона — наименее круглая (наиболее эллиптическая) из всех планет. В самой удалённой точке он находится в 7,4 миллиарда километров от Солнца. В самой близкой точке — всего в 4,34 миллиарда километров.
Когда Плутон находится ближе всего, его орбита фактически проскальзывает внутрь орбиты Нептуна. В течение 20 лет из каждых 248 лет Плутон фактически находится ближе к Солнцу, чем Нептун. Это происходило с 1979 по 1999 год. В течение этих 20 лет Плутон был фактически восьмой планетой в нашей Солнечной системе, а Нептун — девятой!
Больше для изучения
Каспер, Макс. Кеплер. Нью-Йорк. Дувр, 1993.
Дрейер, Дж. История астрономии от Фалеса до Кеплера. Нью-Йорк. Довер, 1993. Хафф, Тоби. Расцвет ранней астрономии. Нью-Йорк. Кембриджский университет.
Норт, Джон. История астрономии и космологии Нортона. Нью-Йорк. Нортон, 1995 год.
Стивенсон, Брюс. Физическая астрономия Кеплера. Принстон, Нью-Джерси. Принстонский университет. Пресс, 1997.
