如果伽利略发现了新的宇宙，开普勒为星空制定了定律。开普勒没有像希腊和许多其他国家后来所做的那样解释行星运动的原因，而是找到了研究行星如何运动的另一种方法。当然，这使他获得了巨大的成功。
开普勒环形山
他发现了行星运动的三个定律，即历史上著名的开普勒三定律，这使他闻名于世。这三条定律后来被天文学家根据他的著作《新天文学》、《世界的和谐》和《哥白尼天文学大纲》提取出来。这些杰作极大地影响了艾萨克·牛顿，并启发牛顿发现了万有引力定律。
约翰尼斯·开普勒(1571630)，德国天文学家和数学家。他出生在德国南部城市瓦尔的一个贫困家庭。他的父亲是一名职业军人，他的母亲是一家酒店老板的女儿，他的祖父曾是市长。开普勒小时候患过天花和猩红热，使得他的手和眼睛有些残疾。
开普勒年轻时在图宾根大学学习。在他的研究中，他显示出杰出的数学才能，这为他后来发现宇宙运动定律奠定了基础。在大学里，他受到了西藏大学天文学教授迈克尔·梅斯廷的影响，相信了哥白尼的理论，成为了哥白尼的支持者。毕业后，他来到奥地利，在格拉茨大学担任数学和天文学讲师。此后，开普勒离开神学院前往布拉格，与第谷·布拉尼一起从事天文观测(第谷·布拉尼，1544-1604)。在奥地利逗留期间，他致力于探索六大行星轨道大小之间的关系，并就此问题进行了各种研究。1596年，开普勒在《宇宙的奥秘》一书中写下了他所有的研究成果和想法，在书中他试图将柏拉图关于固体天体的思想与哥白尼的体系调和起来。当时，丹麦物理学家第谷·布拉赫担心没有人会为自己整理未发表的天文观测数据。当他看到开普勒的《宇宙之谜》时，他被书中展示的数学天赋所吸引。因此，1600年第谷邀请开普勒作为他的助手在布拉格天文台工作(图3.4)。然而，两人并不喜欢一起工作。开普勒觉得第谷没有公开观察自己，所以他经常威胁要离开。最后，第谷不得不把他在火星上的观测结果告诉开普勒。第谷的数据非常丰富，但他太不善于使用自己的数据，直到开普勒手里才显示出它的真正价值。从那以后，开普勒开始了八年的研究，他的数学天赋在其中发挥了极其重要的作用。正是由于第谷对火星观测数据的8年研究和他自己对其他恒星运动的观察，开普勒最终发现了行星运动的规律。最后，开普勒得出结论，行星的轨道不可能是圆的。然而，第谷没有看到开普勒的研究结果。1601年，第谷死于膀胱破裂。
捷克布拉格第谷和开普勒纪念馆
1609年，开普勒在《新天文学》(又称《关于火星的运动》)上发表了他的研究成果，并提出了行星运动的前两个定律(轨道定律和面积定律)。1611年，开普勒的保护者鲁道夫被他的兄弟强迫退位。他仍然被新皇帝保留着。他不忍与老领主分离，继续做他的随从。1612年，鲁道夫去世，开普勒被奥地利林茨当局聘为数学教师和地图绘制者。在这里，他继续探索行星轨道之间的几何关系。经过漫长而复杂的数学计算和无数次失败后，他终于建立了行星运动的第三定律(周期定律，也称为调和定律)。1619年，他在《世界和谐》中发表了他的第三部法律。
开普勒的三个定律如下。
第一定律:行星围绕太阳的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的焦点(轨道定律)。
第二定律:对于任何行星，当它围绕太阳旋转时，它与太阳的线总是在同一时间扫过同一区域(面积定律)。
第三定律:每个行星的椭圆轨道的半长轴的立方正比于它围绕太阳旋转周期的平方(周期定律，也称为调和定律)，即
开普勒用椭圆代替完美圆是宇宙学史上划时代的事件。爱因斯坦对此发表了深刻的评论，他说:“开普勒惊人的成就是一个特别好的例子，证明了以下真理:知识不能仅仅从经验中获得，而只能从理性发现和观察到的事实之间的比较中获得。”
后来，当伽利略第一次通过望远镜观察木星的四颗卫星时，他发现它们是根据同样的原理绕着木星运行的。许多年后，人们发现多星系统也符合开普勒三定律。越来越多的发现证明了所有天体都遵循开普勒三定律的事实。
开普勒取得了巨大的成功，但是像许多科学家一样，他在那个时代并没有过上好的生活。他生活艰难，经常处于绝望的经济境地。他和他的两个妻子有12个孩子，其中大多数死于贫困。作为一名新教徒，他经常受到天主教会的迫害，他的一些作品被教皇禁止。经济困难和辛劳严重损害了开普勒的健康。当时，皇帝也不太欣赏开普勒，即使在更繁荣的时期，他也不快乐地支付他的薪水。战争期间，开普勒的工资被一次又一次地拖欠，而且他无法及时领到工资。1630年，他几个月没有领到任何薪水，所以他不得不去帝国会议召开的雷根斯堡亲自领取。到达那里后，他突然变得很热。几天后，他因贫困和疾病去世，享年59岁。他被安葬在拉脱维亚的圣彼得教堂。30年战争的狂热摧毁了他的坟墓，但他的行星运动定律被证明是一座比任何石碑都更永恒的纪念碑。他的发现也为牛顿后来发现重力奠定了基础。
摘自清华出版社授权的《科学技术史与方法论》
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