3．克卜勒与行星运动定律

乔汉尼斯•克卜勒（Johannes Kepler）1571年12月27日生于德国威尔。他的父亲是一个行为异常的军人，克卜勒从小体弱多病，成年时又有忧郁症的倾向。他于土宾恩上大学，成为梅斯特林的学生，是哥白尼的崇拜者。

克卜勒于1597年公开出版了他《神秘的宇宙结构》的理论，支持哥白尼的宇宙太阳中心论。为了躲避路德教派反教改势力的迫害，克卜勒于1600年从葛瑞兹逃到了布拉格。对克卜勒而言，在那里是一个短暂但重要的时期，他担任了伟大的天文学家第谷•布拉赫的助手。在布拉赫死后的次年，克卜勒继承了他庞大的观测资料，包括不少有关火星的资料。克卜勒利用这些数据，以及传承布拉赫注重精确的态度，在接下来的八年有了些重要的发现。

克卜勒和传统天文学思想的差异，是以力学的观念提出可以解释行星运动的法则。这是天文学史中自哥白尼以来所没有的概念，而且相当精准地预测行星的运行。克卜勒认知火星的轨道都无法套入托勒密或哥白尼的架构，他最后舍弃这两种长期被获得支持的构想：古老的概念认为行星轨道是圆形。同时，他放弃行星以等速运动的假设。他的数据告诉他所有的行星在靠近太阳的地方运行的速度较快，反之速度较慢。经过不断的实验和错误，克卜勒发现行星运动的法则：连接太阳到行星的向量半径，在相等时间内扫过相等的面积。这就是人们所熟知的克卜勒第二定律。

在哥白尼架构下的第二定律被发现后，接着行星运行轨道的真实形状尚待确立。在相当多的研究后，克卜勒领悟到椭圆形的用处，一个古代时就已知道的形状。它符合精密弧形的预测，遂成为克卜勒第一定律：行星轨道为椭圆形，而太阳正位于其中之一的焦点上。克卜勒将第一、第二定律写在他1609年出版的《天文学新星》内。和伽利略一样，他没有发现有关宇宙重力的定律，但他已经很接近了。他先猜测行星间的作用力与质量成正比，但他认为那是磁力的作用。然而《天文学新星》最重要的是开启了对天文学的目标和方法基础性的再教育。克卜勒定律的发现和被了解使得天文几何学已附属于新兴的天文物理学的一部分，可由定律所运算、发现与理解。

1619年，当《世界的和音》出版时，克卜勒认为这是他的杰作。这本书充满了图解和音乐的例子，每个行星有它自己发声的范围。这本书包括了一项基本的科学发现：克卜勒第三定律，说明行星运动，行星绕行太阳的周期的平方和行星与太阳的平均距离的立方成正比，以后便能以行星周期计算行星与太阳的距离。除了天文学方面的理论，他发表有关两项光学的重要的论文。《天文缩影》是1619到1621年间出版的，但很快被教会列入禁书的黑名单。1627年他出版以布拉赫的数据为基础的已知星球的表格，名为《罗多菲表》。该表之后被使用了一个世纪。

所有的证据显示，克卜勒的晚年生活在反教改的欧洲并不容易。他的妻子与儿子相继于1611年去世。1612年，他的赞助人鲁道国王夫因遭叛变被迫下台，所以克卜勒失去了他主任天文学家的职位。不久，克卜勒到了林兹，1625年又到乌尔蒙，只为逃避宗教迫害。1627年他回到布拉格，被沙根公爵赏识并聘为占星家。这样的工作有可能使他遭到怀疑，所以他最后离开了去寻找其他的工作。克卜勒于1630年11月15日死于巴伐利亚。