Иоганн Кеплер

Великий немецкий ученый родился 27 декабря 1571 г. неподалеку от Штутгарта. Семья жила небогато, к тому же отец мальчика почти не бывал дома, поскольку служил наемником в иностранных армиях. Воспитание детей лежало на матери, Катарине, которая содержала трактир, а также подрабатывала травницей и гадалкой. По легенде, Иоганн заинтересовался астрономией, когда мать показала ему комету и лунное затмение.

Мальчик рос очень болезненным и не мог заниматься тяжелым физическим трудом. Однако был довольно сообразительным. Так что уже в семилетнем возрасте его отдали в начальную школу, откуда он перешел в латинское училище. В 13 лет Иоганн сдал экзамены в духовную семинарию, а пять лет спустя стал студентом Тюбингенского университета. Два года юноша обучался на факультете искусств, к которым тогда причисляли и математику с астрономией. Затем перешел на теологический факультет. А поскольку астрономию ему преподавал Михаэль Местлин, последователь Коперника, Иоганн изучил труды греческих геометров, освоил арифметику и тригонометрию, разобрался в тонкостях космологии по Птолемею и Копернику, при этом полностью приняв идею гелиоцентрической системы.

После выпуска Иоганна пригласили читать лекции по математике в университете австрийского города Грац, где срочно требовался учитель математики. На одном из уроков, объясняя движение Юпитера и Сатурна, которые каждые 20 лет сближаются в зодиакальном поясе, молодой учитель начертил круг, отметил несколько точек сближения планет, затем соединил три точки последовательных сближений и… получил правильный треугольник, вписанный в окружность зодиака. Повторив эту операцию несколько раз, Кеплер увидел, что точки пересечения треугольников выстроились в окружность вдвое меньшего радиуса по сравнению с зодиакальной. И тут его осенило. Благодаря трудам Коперника он знал, что орбита Сатурна превышает орбиту Юпитера в 1,75 раза — примерно настолько, насколько отличались нарисованные им окружности. Значит, подытожил он, пропорции орбит можно вычислить исходя из свойств определенных геометрических фигур!

Вскоре Кеплер осознал: с помощью плоских фигур устройство системы планет не постичь. Необходимы объемные тела. Тогда он разработал теорию о «пяти правильных фигурах». Она заключалась в том, что правильные многогранники (куб, тетраэдр, додекаэдр, икосаэдр, октаэдр) можно последовательно поместить внутри сфер, соответствующих орбитам шести известных в то время планет. Кеплер первым догадался, что все планеты подвержены силовому воздействию Солнца, и это натолкнуло его на мысль, что по мере приближения к светилу планеты движутся все быстрее. Позже данное суждение помогло Кеплеру открыть три главных закона движений небесных тел.

Изложив свою теорию в труде «Тайны мироздания», Кеплер отправил его нескольким видным астрономам, в том числе Галилео Галилею и датчанину Тихо Браге. Галилей одобрил гелиоцентрический подход Кеплера, а Браге счел упражнения с многогранниками остроумными, но совершенно бессмысленными. Однако дал понять, что готов ознакомить Кеплера со своим архивом наблюдений за движениями планет, совершенных в лучшей обсерватории вблизи Копенгагена.

Осенью 1598-го из-за гонений на протестантов Кеплеру пришлось покинуть Грац. Тогда на помощь ему пришел Тихо Браге — к тому времени датчанин переехал в Прагу, где служил придворным астрономом и астрологом у императора Рудольфа II. Светило науки пригласил Кеплера к сотрудничеству. По просьбе Браге император взял Кеплера на службу, дабы тот составил точные таблицы планетных движений. Проведенное в Праге десятилетие стало самым плодотворным периодом жизни Кеплера. После смерти датского ученого Иоганн был назначен придворным математиком. К тому же он получил часть архива Браге, посвященную Марсу. Эти материалы легли в основу знаменитой теории движений планет, изложенной в труде «Новая астрономия».

Изучив движение Земли и Марса, ученый определил: изменение скорости этих планет не видимое, как считали древние астрономы, а вполне реальное. Земля движется аналогично Марсу, т. е. является обычной планетой и не может располагаться в центре Вселенной. С помощью сложных вычислений Кеплер установил, что орбита Марса не может быть окружностью. Сначала он думал, будто Марс движется по овалу либо же очерчивает фигуру, похожую на сечение яйца. Но позже выяснил: орбита планеты имеет форму эллипса. Применив это утверждение к остальным планетам, Кеплер сформулировал свой первый закон: каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого расположено Солнце. А затем вывел второй закон: каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца.

С 1604-го по 1611 год Кеплер издал два труда, которые положили начало оптике как науке. В них было описано преломление света (в т. ч. при переходе в среду с меньшей плотностью), изложена общая теория о линзах и их системах (причем впервые введены понятия «мениск», или выпукло-вогнутая линза, и «оптическая ось»), сформулирован закон снижения освещенности. Также Кеплер установил роль хрусталика глаза, описал причины дальнозоркости и близорукости. Анализ оптических явлений помог ему усовершенствовать телескоп — путем замены рассеивающей линзы на собирающую линзу, что увеличило обзор.

После смещения короля Рудольфа и смерти супруги ученый переехал в Линц, где женился во второй раз. Кеплер продолжил астрономические исследования и в 1618 г. открыл третий закон движения небесных тел («квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца соотносятся так же, как кубы больших полуосей планетарных орбит»). Этот результат Кеплер публикует в завершающей книге «Гармония мира». Также он составил одну из первых таблиц логарифмов; ввел понятие «среднее арифметическое»; указал способ расчета объемов разных тел вращения с помощью вычисления интеграла — основного понятия математического анализа, которое связано с нахождением площади под кривой, пройденного пути при неравномерном движении, массы неоднородного тела и пр.

Кеплер подробно изучил симметрию снежинок, что сыграло большую роль в развитии кристаллографии; ввел термин «инерция» — в значении свойства объектов оказывать сопротивление внешней силе, и вплотную приблизился к формулированию закона всемирного тяготения, а также выдвинул гипотезу о том, что причиной приливов является воздействие Луны на верхние слои океанов…

В 1630 г. Кеплер направился к императору в Регенсбург — за жалованьем. Но в дороге сильно простудился и вскоре скончался. За свою недолгую жизнь он успел сделать множество важных открытий, требовавших не только гениальных озарений, а и изнурительного труда. После себя ученый оставил 27 изданных и множество неопубликованных рукописей, которые послужили базой для открытий других ученых (в т. ч. Ньютона). Именем Кеплера назвали телескоп, запущенный в 2009 г. для исследования дальних звездных систем.