“天空立法者”开普勒

罗方扬

说起开普勒，不能不先提另一位传奇的天文学家——第谷。

1576年，第谷受到丹麦国王腓特烈二世的资助，在文岛建立起配备了当时最先进观测仪器的天文台。那时，望远镜还没被发明，但是第谷的视力极好，在文岛进行了20多年的观测，编制了当时最为精密的星表。第谷的星表中，各大行星的运行数据尤为精确。

第谷是一位杰出的观测家，还是地心说的拥护者。第谷认为所有行星都绕太阳运动，而太阳则率领众行星绕地球运动，这算是“改良版”的地心说。1599年，第谷来到布拉格，随后就结识了开普勒，两人就此开始天文学方面的合作。虽然他们共事的时间不到一年，但那是天文学发展史上非常重要的一段时间。

开普勒出身贫苦，却有着过人的学习天赋。经过努力奋斗，他成为奥地利格拉茨新教学校（后来成为格拉茨大学）的数学与天文学教师。开普勒信奉哥白尼学说，赞同日心宇宙体系。

他们一起工作时经常吵吵闹闹，但是感觉互相离不开对方。第谷擅长目视观测，开普勒擅长数理分析，两人在工作中相辅相成。第谷于1601年去世，留下大量的观测资料。开普勒在这些资料的基础上，经过10多年的分析计算，提出了行星运动三大定律——

第一定律：所有行星围绕太阳公转的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。

第二定律：对每一个行星而言，太阳和行星的连线在相同时间内扫过的面积相等。

第三定律：所有行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等。如果我们把半长轴记作a，公转周期记作T，那么a3/T2=k。

对当时已知的五大行星和地球来说，那就是k水星=k金星=k地球=k火星=k木星=k土星。

自古希腊时期起，人们就认为天体的运动是如此神圣，它们应该做匀速圆周运动。开普勒原本也是這么认为的，但是他随即发现，如果把行星轨道看作正圆的话，计算得到的理论位置与第谷的观测位置不相符，两者相差8角分。开普勒并没有忽视这个微小的差异，他深信第谷的观测是精准的，从而对行星正圆轨道理论产生了怀疑。经过无数次的尝试后，他最终发现行星轨道是椭圆的。

开普勒对这8角分位置差的不懈研究，引起了天文学的重大变革，因此后世把开普勒称为“天空立法者”。

开普勒虽然提出了这3个定律，但是他也无法解释天体运动为何如此，他是用第谷的观测数据计算并“硬凑”出来的。特别是第三定律，由于涉及三次方的计算，他凑了很长时间。1630年，开普勒在贫病交加中去世。

（责任编辑：白玉磊）