Иоганн Кеплер

ИОГАНН КЕПЛЕР (1571—1630)

ИОГАНН КЕПЛЕР (1571—1630)

Дальнейший значительный рост техники, совершенство­вание изготовления наблюдательных инструментов и по­вышение точности астрономических наблюдений способствовали развитию небесной механики и связанной с ней кинематики.

Открытием законов движения планет наука обязана Иоганну Кеплеру (1571—1630). Иоганн Кеплер — немецкий астроном, завершивший дело Коперника по обоснованию учения о движении Земли вокруг Солн­ца. Творчество Кеплера сыграло существенную роль в развитии естество­знания вообще. В математике ему принадлежат значительные достиже­ния в развитии интегрального исчисления, в физике — в области геометрической оптики. Однако основной областью деятельности Кеплера была астрономия. Кеплер открыл три закона планетных движений, которые послужили Ньютону основой для установле­ния закона всемирного тяготения.

Кеплер поставил перед собой задачу обосновать и под­крепить, основываясь на тщательной и детальной обра­ботке материала наблюдений, гипотезы, лежащие в осно­ве системы Коперника. Отправным пунктом его исследо­ваний послужили данные наблюдений Тихо Браге, кото­рые оказались в распоряжении Кеплера после смерти датского астронома.

Первые два закона движения планет, открытые при обработке данных о движении Марса, он опубликовал в своей «Новой астрономии» в 1609 г. Третий закон, т. е. «кубы средних расстояний планет от Солнца про­порциональны квадратам их обращения», или в формули­ровке самого Кеплера — «средние расстояния от Солнца состоят в «полуторном отношении» к временам обраще­ния», т. е. (R : r)3/2 = Т : t, он вывел десятью годами поз­же (1619 г.) в «Гармонии мира».

По мере обработки материалов Тихо Браге Кеплер от­ходил от принятых традиционных методов, часто прибе­гая к приемам инфинитезимального характера. Данные наблюдений вынуждали его несколько раз менять свою схему и обращаться к различным формам орбиты плане­ты. Убедившись, что орбита планеты не может быть получена путем сочетания нескольких круговых движений, Кеплер не сразу пришел к эллипсу (сначала он предпо­ложил, что орбита представляет собой овал).

Согласно системе Птолемея, видимое движение планеты описывалось с помощью сочетания нескольких гипотети­ческих равномерных круговых движений (однако уже Птолемею для согласования своего объяснения с данными наблюдений пришлось внести поправку в эту гипотезу. Он ввел поня­тие «экванта», с принятием которого верность требованию строить ви­димое движение из комбинации равномерных круговых движений ста­новится по существу чисто внешней). Кеплер же открыто признает возможность неравномерных круговых движений. Более того, Кеплер исследует вопрос, каким обра­зом изменяется скорость подобных движений. Сначала на основе данных наблюдений он показал, что (с некоторым приближением) линейные скорости в апогее и перигее обратно пропорциональны расстояниям от Солнца, а затем уже распространил это рассуждение на все точки орбиты, г. е. утверждал, что скорости обратно пропорциональны радиусам-векторам.

Законы Кеплера явились первым (не только в небесной, но и в механике вообще) примером установления точных количественных законов движения материальных тел на основе обработки данных наблюдений движущегося тела.

Законы Кеплера, таким образом, позволяют опреде­лить траекторию и скорость тел на орбите, но и они в свою очередь являются по существу решениями урав­нений движения.

Рассмотренные построения Кеплера чисто кинематиче­ские. Однако, не ограничиваясь ими, Кеплер размышлял и о динамическом объяснении своих законов. Он искал причину неравномерности движения по кругу.

Как ни велико значение открытий Кеплера для не­бесной механики и классической механики в целом, ему не удалось отыскать динамические принципы, которые дали бы рациональное объяснение движений планет.

Хотя его объяснения оказались неудовлетворительны­ми, историческое значение поисков Кеплера очень вели­ко, так как первые попытки динамического объяснения движения планет стали вместе с тем первыми шагами к созданию действительной небесной механики.