开普勒和他的行星定律

红马童书

天文学的历史非常悠久，生活在两千多年以前的人们就对挂在天上的太阳、月亮和星星充满了好奇。在确定它们不会轻易掉下来砸到脑袋以后，大家开始观察它们的位置和出现的时间，研究它们跟季节、潮汐的关系。

那时，天文学还有一个顶重要的作用是占星。人们相信天象的变化和人间即将发生的大事件有关，可以预测战争的胜负、、国家的兴亡或者……自己的运气。这听起来挺不靠谱，不过因为占星需要观测天象，所以的确对天文学的发展有帮助。

如果说正儿八经的天文学知识，古时候西方最主流的是古希腊大学者亚里士多德提出的地心说。他认为地球是宇宙的中心，其他的一切包括太阳、月亮和五大行星都围绕地球运转。（注：那时靠肉眼能观测到的行星只有金星、木星、水星、火星和土星这五颗。）它们之所以会转，是因为有一种神秘的力量在推动，而发出这种持续推动力的……咳咳……就是神。

别笑，那时候几乎所有人都相信神的力量，所以大家觉得亚里土多德的见解高明极了。

住在亚历山大城的古埃及学者托勒密和亚里士多德的看法差不多。他认为地球静止不动地待在宇宙正中心，太阳、月亮和五大行星沿着完美的圆形轨道绕地球运转。在它们的轨道以外，有个晶莹的天层，那里就是各位神灵的家。

在漫长的一千五百年里，西方人对地心说深信不疑。16世纪初，波兰天文学家哥白尼经过几十年的观测和研究，发现地心说其实大错特错。他认为处于宇宙中心的不是地球而是太阳，地球和别的行星都绕太阳运转，只有月亮绕地球运转，日月星辰每天东升西落是因为地球在自转。

哥白尼的发现非常伟大，但狂热的宗教信仰者们认为他冒犯了上帝，于是起劲儿反对。哥白尼还算运气好，至少没有被杀掉，他的支持者布鲁诺则被烧死在罗马的鲜花广场上。虽然追求真理的道路很惨烈，但总有那么一些不怕死的家伙。我们今天要认识的，就是继承了哥白尼学说的德国天文学家约翰内斯·开普勒（1571年-1630年）。

真幸运，开普勒没被烧死，还发现了行星运动三大定律。他的定律让地心说彻底垮台，也让行星复杂的运动变得不再神秘。下面就是这位先生的故事，你会看到他波折的一生以及探索真理的勇气和毅力，还会了解到一些有关他的小秘密，比如……

天文学家需要大量观测，偏偏他的视力很差。

他不爱刮胡子也不爱剪头发，形象超邋遢。

他虽然曾经在宫廷任职，但一直是个穷光蛋。

他最爱的读物是《天体运行论》，你猜作者是谁？

开普勒开奖啦不要轻易评价不了解的事

我家在德国南部的瓦尔，老爸是个粗俗的职业佣兵。他常常跟随部队到处打仗，有一次离开了家就再也没回来。从那以后，老妈的脾气变得很古怪一其实她本来就够古怪的了。有人说她会施展巫术，还有人说她是个女巫。她有一个没有窗户的小房间，里面充满霉味和灰尘，每件家具的历史都超过一百年。她常把自己关在里面，“叽里咕噜”地念咒语，还会用各种草药调配神秘的药水。

女巫并不是合法职业，为了养家，老妈还经营着一家小酒馆。我从小就在酒馆里帮忙，尽管这份工作对我来说并不适合。我小时候得过天花和猩红热，虽然死里逃生，但一只手的手指变得很不灵活，视力也受到了影响，脸上还留下了很多大麻点儿——你瞧我这运气！

你瞧，让未来的天文学家一天到晚在酒馆里挨酒鬼的打是不是太过分了。不过说真的，那时我可没想过以后研究天文学，我的目标是继承小酒馆或者当个神父。

十几岁时，我进入瓦尔的一家拉丁语学校读书，至于学习内容嘛，大部分都是顶没劲的宗教典籍。几年后，我得到一笔奖学金，进入图宾根大学学习神学和数学。在我的年代，天文学被当成数学的一部分，所以我也学到了一些天文学知识。

天文学教授马斯特林在课堂上讲授地心說，但下课以后常常满怀热情地介绍哥白尼和日心说。

开头我也觉得日心说荒谬极了，然而事实告诉我不要轻易评价我所不了解的事，因为那只能显示出自己的无知。当我弄清楚日心说理论以后，我迷上了天文学，变成了哥白尼最坚定的支持者。

我不会硬要做自己不擅长的工作

1391年，我从图宾根大学毕业，得到了一个硕士学位以及这样一份评语。

我的同学纷纷被推荐当了神父，而我没有得到任何工作。后来，奥地利的格拉茨神学院出现了一个数学教师的空缺，在马斯特林教授的帮助下，我拿到了聘书。

除了上课，我还有很多空闲时间，于是我决定像哥白尼一样研究宇宙的奥秘，成为一名天文学家。观测和记录是天文学家最重要的工作，但是你也听说了，我的视力不好，所以我打算用数学方法来解释其他天文学家的观测数据——硬要做自己不擅长的工作才是笨蛋咧，视力这种事是硬伤，又不是努力就能改变的。

你知道，数学计算非常枯燥，而且需要集中注意力。我试过几天几夜不睡觉，也试过把身边的一切都忘掉。因为对结果太期待，所以整个过程变得非常有趣。不过，我的学生和同事恐怕不这么想，他们对我来不及修剪的胡子和头发很有意见。

我按照计算结果制作了一个宇宙模型，并把这一切写成一本书，书名是《宇宙的神秘》——听起来还不错对吧。也许你认识一个叫伽利略的人，他是和我同时代的意大利科学家，刚好也在研究宇宙问题。他写过一封信给我……

因为“哥白尼”和“日心说”都是敏感词，所以他在信里用了暗号。我把新出版的《宇宙的神秘》寄给他，并告诉他我正在研究行星的运行轨道。遗憾的是，他似乎并不感兴趣。

可怕的是连重新开始都没有勇气

1598年，奥地利爆发了激烈的宗教冲突，同样信仰上帝的天主教徒和新教徒大打出手。为了躲避战乱，我离开了奥地利——你瞧，我失业了。不过这时候，一位大人物给我提供了一个很棒的工作机会。

看到那个名字了吗？大名鼎鼎的第谷·布拉赫！他是丹麦王室天文学家，丹麦国王腓特烈二世曾经为他建了一座顶先进的天文台，他拥有最丰富的观测资料。

对于第谷先生的邀请，我当然一口答应，于是我们在1600年开始了合作。第谷先生以观测精密著称，而我则擅长分析数据，我们刚好互补，相处非常愉快。不幸的是，一年以后第谷先生竟然病死了，这对我来说简直是比失恋还沉重的打击。我接替了他的工作，还得到了他的观测资料——你知道那一共有多少吗？

我把这些观测资料整理好，并用它们进行复杂又烦琐的数学计算，希望找到行星的运行规律。几年以后，我终于得出了最后的计算结果，但我吃惊地发现这个结果跟我设计的那个宇宙模型并不吻合。也就是说，我引以为傲的宇宙模型是错的，我一直以来的研究也是错的——这可真令人沮丧啊。

我打算放弃——我是说放弃那个模型，而不是我的兴趣。一切从头开始并不可怕，可怕的是连重新开始都没有勇气。

我打赢了和战神马尔斯的持久战

我打起精神继续研究，发现无论是托勒密的地心说、哥白尼的日心说还是第谷先生本人提出的折中学说，没有一种符合观测资料的计算结果。第谷先生是全世界最准确的观察家，他的记录不可能出错。我打算用火星当例子，弄清问题到底出在哪儿。至于为什么选火星，那是因为在第谷先生的资料里，火星篇幅最多。而且，火星是红色的，被称为战神玛尔斯，这名字听起来就很有斗志，不是吗？

我和玛尔斯的战争开始了。本来我以为很快就能征服它，但没想到这工作比想象中困难得多。

无穷无尽的计算让我精疲力尽，而且无论怎么算，结果总跟第谷的资料不吻合。

你猜我和火星的战争持续了多久？三个月？一年？两年？不，足足八年。经过八年没完没了的冗长计算，我终于有了一个惊人的发现——一千多年来，大家一直相信上帝创造宇宙会用完美的圆形轨道，但事实上火星的轨道是非常接近圆形的椭圆！

按照这个思路，我又验证了其他行星的运行轨道，发现了两条行星运动定律——轨道定律和面积定律。我写了一本新书《新天文学》介绍这个发现，还因此登上了天文学周刊——遗憾的是得跟伽利略那家伙共享一个版面。

研究天文学的确让人愉快，可惜我不能一直过安稳的日子。教派的爭端让德国陷入长达三十年的混乱，我的生活和大多数人一样陷入了困境……

因为担心战乱，所以总得搬家——你知道天文学家搬一次家有多麻烦！

虽然我当上了王家数理家，但国王从来不肯及时支付我薪水。为了维持生活……

老妈被控施展巫术，为了不让她被当成女巫处以火刑，我想方设法为她辩护。

参加我亲爱的太太和孩子们的葬礼——传染病真的太可怕了。

即使是这样，我也一直进行着我的研究，用困境中的坚持显示我对天文学最大的诚意。十年以后，我又发现了行星运动的第三条定律也就是周期定律。现在我的定律完整了，不仅行星遵循它，就连行星的卫星以及太阳周围的其他天体也无一例外。我发现了一个有严密组织的天体系统——嗯，就是你们常说的太阳系。我的三条定律被称为宇宙的法律，我本人则被称为宇宙立法者——这个外号真适合我，对吧。

1630年，开普勒去德国宫廷讨要薪水，结果很不幸地在半路感染伤寒病死了。六十多年以后，大科学家牛顿根据他的学说继续深入研究，提出了举世闻名的万有引力定律。

开普勒就是牛顿所说的巨人当中的一位，这一点毫无疑问。