約翰尼斯·開普勒有哪些成就？約翰尼斯·開普勒生平簡介

約翰尼斯·開普勒(Johannes Kepler，1571年12月27日—1630年11月15日)，生於符騰堡的威爾德斯達特鎮，卒於雷根斯堡 [1] 。德國傑出的天文學家、物理學家、數學家。

開普勒就讀於圖賓根大學，1588年獲得學士學位，三年後獲得碩士學位。當時大多數科學家拒不接受哥白尼的日心說。在圖賓根大學學習期間，他聽到對日心學說所做的合乎邏輯的闡述，很快就相信了這一學說。

1630年11月15日，約翰尼斯·開普勒在神聖羅馬帝國巴伐利亞公國雷根斯堡病故，享年58歲 。

開普勒發現了行星運動的三大定律，分別是軌道定律、面積定律和週期定律。這三大定律可分別描述爲：所有行星分別是在大小不同的橢圓軌道上運行;在同樣的時間裏行星向徑在軌道平面上所掃過的面積相等;行星公轉週期的平方與它同太陽距離的立方成正比。這三大定律最終使他贏得了“天空立法者”的美名。同時他對光學、數學也做出了重要的貢獻，他是現代實驗光學的奠基人。

人物生平

在圖賓根大學畢業後，開普勒在格拉茨研究院當了幾年教授。在此期間完成了他的第一部天文學著作(1596年)。雖然開普勒在該書中提出的學說完全錯誤，但卻從中非常清楚地顯露出他的數學才能和富有創見性的思想，於是偉大的天文學家第谷·布拉赫邀請他去布拉格附近的天文臺給自己當助手。開普勒接受了這一邀請，1600年1月加入了泰修的行列。第谷翌年去世。開普勒在這幾個月來給人留下了非常美好的印象，不久聖羅馬皇帝魯道夫就委任他爲接替第谷的皇家數學家。開普勒在餘生一直就任此職。

作爲第谷·布拉赫的接班人，開普勒認真地研究了第谷多年對行星進行仔細觀察所做的大量記錄。第谷是望遠鏡發明以前的最後一位偉大的天文學家.

開普勒認爲通過對第谷的記錄做仔細的數學分析可以確定哪個行星運動學說正確的：哥白尼日心說，古老的托勒密地心說，或許是第谷本人提出的第三種學說。但是經過多年煞費苦心的數學計算，開普勒發現第谷的觀察與這三種學說都不符合，他的希望破滅了。

最終開普勒認識到了所存在的問題：他與第谷、拉格茨·哥白尼以及所有的經典天文學家一樣，都假定行星軌道是由圓或複合圓組成的。但是實際上行星軌道不是圓形而是橢圓形。

1600年，開普勒出版了《夢遊》一書，這是一部純幻想作品，說的是人類與月亮人的交往。書中談到了許多不可思議的東西，像噴氣推進、零重力狀態、軌道慣性、宇宙服等等，人們至今不明白，近400年前的開普勒，他是根據什麼想象出這些高科技成果的。儘管開普勒的書是純幻想作品，但它一定有一些背景來源，比如像畢達哥拉斯的話或古希臘神話。

就在找到基本的解決辦法後，開普勒仍不得不花費數月的時間來進行復雜而冗長的計算，以證實他的學說與第谷的觀察相符合。

開普勒對此運動性質的研究，我們可以看到萬有引力定律已見雛形。開普勒在萬有引力的證明中已經證到：如果行星的軌跡是圓形，則符合萬有引力定律。而如果軌道是橢圓形，開普勒並未證明出來。牛頓後來用很複雜的微積分和幾何方法證出。

開普勒除了發明行星運動定律外，還對天文學做出了許多小的貢獻。他也對光學做出了重要的貢獻。不幸的是他在晚年爲私事而感到憂傷。當時德國開始陷入“三十年戰爭”的大混亂之中，很少有人能躲進世外桃源。

他遇到的一個問題是領取薪水。神聖羅馬皇帝即使在較興隆的時期都是怏怏不樂地支付薪水。在戰亂時期，開普勒的薪水被一拖再拖，得不到及時的支付。開普勒結過兩次婚，有十二個孩子，這樣的經濟困難的確很嚴重。另一個問題是他的母親在1620年由於行巫術而被捕。開普勒花費了大量的時間設法使母親在不受拷打的情況下獲得釋放，他終於達到了目的。

開普勒於1630年在巴伐利亞州雷根斯堡市去世。在“三十年戰爭”的動亂中，他的墳墓很快遭毀，但行星運行定律永存!

天才少年

開普勒學業成績優異。1588年9月25日，他獲得文學學士學位。1591年8月11日，他又通過了文學碩士學位考試。這時他想當一名路德教的牧師，所以又留校學習神學。

在大學裏，開普勒深受祕密傳播哥白尼學說的天文教授麥斯特林的影響。後來他回憶說：“當我在傑出的麥斯特林的指導下開始研究天文學時，看到了舊的宇宙理論的許多錯誤。我非常喜歡教授經常提到的哥白尼，在與同學們辯論時我總是堅持他的觀點。”開普勒對天文學和數學有着濃厚的興趣。

1594年，奧地利的格拉茨新教高級中學的數學教師死了，要求圖賓根大學給選派一名後繼者。此時開普勒的神學課程僅有一年就讀完了，但校方認爲他作教士不夠虔誠，就極力推薦他去格拉茨。他的朋友也勸他放棄神學。同年開普勒到了格拉茨中學教數學、天文，後來又教古典文學、修辭學和道德學。

1596年開普勒在宇宙論方面發表了第一本重要的著作：《宇宙的神祕》。在其中他明確主張哥白尼體系，同時也因襲了畢達哥拉斯和柏拉圖用數來解釋宇宙構造的神祕主義理論。他在序言中指出：“我企圖去證明上帝在創造宇宙並且調節宇宙的次序時，看到了從畢達哥拉斯和柏拉圖時代起就爲人們所熟知的五種正多面體，上帝按照這形體安排了天體的數目、它們的比例和它們運動間的關係。”他認爲土星、木星、火星、地球、金星和水星的軌道分別在大小不等的六個球的球面上，六球依次套切成正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體，太陽居中心。這種假設儘管荒唐，但卻促使開普勒去進一步尋找正確的宇宙構造理論。他把這本書分寄給了一些科學名人。丹麥天文學家第谷·布拉赫雖不同意書中的日心說，卻十分佩服開普勒的數學知識和創造天才。伽利略也把他引爲探索真理的同仁。

由於反宗教改革運動，使格拉茨中學重新回到天主教的懷抱，新教徒的師生全被趕出了校門。開普勒這位新教徒卻因名聲顯赫而被破例復聘。他看到自己的學生盡數散去，不願再回格拉茨，就接受了第谷的邀請，於1600年來到布拉格郊外的天文臺，作第谷的助手。第谷是望遠鏡發明以前的最後一位偉大的天文學家，也是世界上前所未有的最仔細、最準確的觀察家。他當時充任神聖羅馬帝國的皇室數學家，隨皇帝魯道夫二世住在布拉格。他的宇宙理論是托勒密體系和哥白尼體系的混合，他認爲行星繞太陽旋轉，太陽又率羣星圍地球運行。但是第谷對天體方位進行了幾十年的觀測，積累了大量的精確材料，開普勒在天文學上的偉大發現，就是通過歸納分析這些材料得出的。

占星家

1601年第谷去世，開普勒繼任爲皇帝魯道夫二世的御用數學家。給他的俸祿只有第谷的一半，且常常拖欠。他對第谷的遺著作了整理，1602年出版了第谷的《新天文學》六卷，1603年印行了第谷的《釋彗星》。

1601年開普勒出版了《天文學更可靠的基礎》一書，不同意星體決定人的命運的觀點，對占星術持懷疑態度：“如果星相家有時講對了，那應歸功於運氣。”但他仍沒擺脫宇宙的神祕和諧理論。除教數學外，他的一個主要任務就是替皇帝占星算命，這也是他終身從事的職業。在他的遺稿中保存了800多張占星圖。他雖不相信這一僞科學，但爲了謀生只得如此。

立法者

1604年9月30日，開普勒在巨蛇星座附近發現了一顆新星(現知是銀河系內的一顆超新星)。他雖視力不佳，仍持續觀測了十幾個月。他把觀測結果發表在1607年出版的《巨蛇座底部的新星》一書中，打破了星座無變化的傳統說法。這一年他看到了一顆大彗星，即後來定名的哈雷彗星。

當時不論是地心說還是日心說，都認爲行星作勻速圓周運動。但開普勒發現，對火星的軌道來說，按照哥白尼、托勒密和第谷提供的三種不同方法，都不能推算出同第谷的觀測相吻合的結果，於是他放棄了火星作勻速圓周運動的觀念，並試圖用別的幾何圖形來解釋，經過四年的苦思冥想，也就是到了1609年他發現橢圓形完全適合這裏的要求，能做出同樣準確的解釋，於是得出了“開普勒第一定律”：火星沿橢圓軌道繞太陽運行，太陽處於兩焦點之一的位置。發現第一定律，就是說行星沿橢圓軌道運動，需有擺脫傳統觀念的智慧和毅力，在此之前所有天文學家，包括哥白尼和伽利略在內都堅持古希臘亞里士多德和畢達哥拉斯的天體是完美的物體，圓是完美的形狀，一切天體運動都是圓周運動的成見。哥白尼知道幾個圓並起來可以產生橢圓，但他從來沒有用橢圓形來描述天體的軌道。當時由於第谷觀測的精確和開普勒的努力，終使日心說向前推進了一大步。接着開普勒又發現火星運行速度是不勻的，當它離太陽較近時運動得較快(近日點)，離太陽遠時運動得較慢(遠日點)，但從任何一點開始，向徑(太陽中心到行星中心的連線)在相等的時間所掃過的面積相等。這就是開普勒第二定律(面積定律)。這兩條定律刊佈在1609年出版的《新天文學》(又名《論火星的運動》)中，該書還指出兩定律同樣適用於其他行星和月球的運動。

1611年，開普勒的保護人魯道夫被其弟逼迫退位，他仍被新皇帝留任。他不忍與故主分別，繼續隨侍左右。1612年魯道夫卒，開普勒接受了奧地利的林茨當局的聘請，去作數學教師和地圖編制工作。在這裏他繼續探索各行星軌道之間的幾何關係，經過長期繁雜的計算和無數次失敗，最後創立了行星運動的第三定律(諧和定律)：行星繞太陽公轉運動的週期的平方與它們橢圓軌道的半長軸的立方成正比。這一結果表述在1619年出版的《宇宙諧和論》中。

多難人生

開普勒的身世是不幸的。他17歲時父親去世。1620年，他母親，一個酒館老闆的女兒，平時愛吵吵鬧鬧，因被指控犯有巫術罪而入獄，他經一年多的奔波才使其得到無罪釋放。開普勒26歲時與一個出身名門的寡婦結婚，舉止傲慢的妻子使他很少感到家庭溫暖。1613年在前妻死後他又選擇了一個貧家女爲伴，感情雖很融洽，無奈經濟上常處於絕望境地。他兩個妻子共生有12個小孩，大多在貧困中夭折。他作爲新教徒常受到天主教會的迫害，他的一些著作被教皇列爲禁書。

經濟困苦和操勞跋涉嚴重損害了開普勒的健康。皇帝即使在較興隆的時期都是怏怏不樂地支付薪水。在戰亂時期，開普勒的薪水被一拖再拖，得不到及時的支付。

1630年他有幾個月未得薪俸，不得不親自前往正在舉行帝國會議的雷根斯堡索取。到達那裏後他突然發熱，幾天以後即11月15日，在貧病交困中寂然死去，終年59歲。他被葬於拉提斯本的聖彼得教堂，三十年戰爭的狂潮蕩平了他的墳墓，但是也已證明他的行星運動定律是一座比任何石碑都更爲久佇長存的紀念碑。