Mož, ki je razvozlal skrivnosti sončnega sistema

OD PISCA ZA PREBUDITE SE! IZ NEMČIJE

EVROPEJCI, ki so živeli v 16. stoletju, so na komete gledali s strahospoštovanjem. Ko je bil tako neke noči na nebu viden komet, ki je postal znan z danskim astronomom Tychom Brahejem, je Katharina Kepler zbudila svojega šestletnega sina Johannesa, da bi si ga ogledal. Čez dobrih 20 let je Brahe umrl – in koga je cesar Rudolf II. postavil namesto njega za dvornega matematika? Pri starosti 29 let je Johannes Kepler postal matematik cesarja svetega rimskega cesarstva, kar je ostal do konca svojega življenja.

Matematika ni edina znanstvena veda, v kateri je Kepler zelo cenjen. Uveljavil se je tudi na področju optike in astronomije. Keplerjeva majhna postava je v sebi skrivala osupljiv intelekt in odločen značaj. Ko se niti pod hudim pritiskom ni hotel spreobrniti v rimskega katoličana, je moral prenašati zapostavljanje.

Matematični genij

Johannes Kepler se je rodil leta 1571 v mestecu Weil der Stadt na obrobju nemškega Schwarzwalda. Njegova družina je bila revna, toda krajevni veljaki so Johannesa štipendirali, tako da si je lahko pridobil dobro izobrazbo. Študiral je bogoslovje na tübingenski univerzi, saj je nameraval postati luteranski duhovnik. Toda odkrili so, da je genialen matematik. Ko je leta 1594 na luteranski srednji šoli v avstrijskem Gradcu umrl učitelj matematike, ga je Kepler nadomestil. Med tamkajšnjim bi- vanjem je objavil svoje prvo pomemb- no delo z naslovom Mysterium Cosmo- graphicum (Koz- mografska skrivnost).

 Astronom Brahe je dolga leta natančno in podrobno zapisoval svoja opazovanja planetov. Ko je Brahe prebral Mysterium Cosmographicum, je bil nad Keplerjevim razumevanjem matematike in astronomije tako navdušen, da ga je povabil, naj se mu pridruži v Benátkyju blizu Prage v današnji Češki republiki. Kepler je, potem ko je bil zaradi verske nestrpnosti prisiljen zapustiti Gradec, njegovo povabilo sprejel. In ko je Brahe umrl, ga je Kepler nasledil, kot je opisano že v uvodu. Cesarski dvor je namesto skrajno natančnega opazovalca zdaj imel matematičnega genija.

Mejnik v optiki

Keplerju Brahejeva zbirka astronomskih opazovanj ni kaj dosti koristila, dokler ni bolje razumel lomljenja svetlobe. Kako se svetloba, ki se odbija od planetov, lomi ob prihodu v Zemljino atmosfero? Keplerjevo razlago je vsebovalo delo Ad Vitellionem Paralipomena, Quibus Astronomiae Pars Optica Traditur (Dodatek k Vitelliju, Razlaga optičnega dela astronomije), v katerem je razvil teze srednjeveškega znanstvenika Vitellija. Keplerjeva knjiga je bila mejnik v optiki. Bil je prvi, ki je pojasnil delovanje očesa.

Toda Keplerja ni zanimala optika sama po sebi, ampak astronomija. Prvi astronomi so verjeli, da je nebo votla krogla in da so zvezde kakor svetlikajoči se diamanti pritrjene na notranjo stran krogle. Ptolemaj je imel Zemljo za središče vesolja, Kopernik pa je verjel, da se vsi planeti vrtijo okoli negibnega Sonca. Brahe je menil, da se planeti vrtijo okoli Sonca, to pa kroži okoli Zemlje. V primerjavi z Zemljo so bili vsi drugi planeti nebesna telesa in zato so jih šteli za popolne. Veljalo je, da je zanje edina primerna pot gibanja popolna krožnica, po kateri naj bi vsak planet potoval s stalno hitrostjo. V takšnem okolju se je Kepler lotil svojega dela kot dvorni matematik.

Začetki sodobne astronomije

Kepler je opremljen z Brahejevimi tabelami astronomskih opazovanj preučeval gibanje v vesolju in sklepal na podlagi tega, kar je videl. Njegovo matematično genialnost sta dopolnjevali močna volja in nepotešljiva radovednost. O njegovih neusahljivih delovnih sposobnostih priča 7200 zapletenih izračunov, ki jih je naredil ob preučevanju tabel s podatki, pridobljenimi z opazovanji Marsa.

In prav Mars je prvi pritegnil njegovo pozornost. Natančno preučevanje tabel je razkrilo, da Mars potuje okoli Sonca, vendar ne po krožnem tiru. Glede na opazovanja je bila edina ustrezna oblika tira elipsa s Soncem v enem od njenih gorišč. Toda Kepler je slutil, da ključ za razvozlanje skrivnosti neba ni Mars, ampak Zemlja. »Keplerju je njegov iznajditeljski duh,« kot pravi profesor Max Caspar, »položil na dlan genialno zamisel.« Tabele je uporabil  povsem drugače. Namesto da bi z njimi preučeval Mars, si je predstavljal, da stoji na Marsu in gleda proti Zemlji. Izračunal je, da je hitrost Zemlje v obratnem sorazmerju z njeno oddaljenostjo od Sonca.

Kepler je zdaj razumel, da Sonce ni samo središče osončja. Sonce, ki deluje podobno kakor magnet, se vrti okoli svoje osi in vpliva na gibanje planetov. Caspar piše: »To je bil veličasten nov koncept, ki ga je od takrat naprej vodil pri raziskavah in ga privedel do odkritja njegovih zakonov.« Za Keplerja so bili vsi planeti fizična telesa, ki jih vodi nespremenljiv skupek zakonov, tako da so med seboj v harmoniji. Kar se je naučil o Marsu in Zemlji, je prav gotovo veljalo za vse planete. Kepler je tako sklenil, da vsak planet potuje okoli Sonca po eliptičnem tiru s hitrostjo, ki se spreminja glede na njegovo oddaljenost od Sonca.

Keplerjevi zakoni o gibanju planetov

Leta 1609 je Kepler objavil svoje delo Astronomia Nova (Nova astronomija), ki velja za prvo knjigo sodobne astronomije in za eno najpomembnejših del, kar jih je bilo kdaj napisanih na to temo. Ta mojstrovina je vsebovala prva dva Keplerjeva zakona o gibanju planetov. Svoj tretji zakon je objavil leta 1619, ko je živel v Linzu v Avstriji, v delu z naslovom Harmonice Mundi (Harmonija sveta). Ti trije zakoni definirajo osnove gibanja planetov: obliko tira, po katerem planet potuje okoli Sonca, hitrost, s katero se planet premika, in razmerje med planetovo oddaljenostjo od Sonca in časom, ki ga planet potrebuje za svoj obhod.

Kako so se odzvali Keplerjevi kolegi astronomi? Niso dojeli pomembnosti teh zakonov. Nekateri, povsem zgroženi, niso mogli verjeti njegovim dognanjem. Za to si morda niso povsem sami krivi. Kepler je svoja dela odel v latinsko prozo, ki je bila skoraj tako nepredirna kakor oblaki okoli Venere. Toda čas je bil njegov zaveznik. Kakih 70 let kasneje je Isaac Newton na podlagi Keplerjevega dela formuliral zakone gibanja in težnosti. Danes Kepler velja za  enega največjih znanstvenikov v vsej zgodovini – za znanstvenika, ki je astronomijo pomagal spraviti iz srednjega veka v sodobni čas.

Evropa sredi verske vojne

Istega meseca, ko je Kepler formuliral svoj tretji zakon, je izbruhnila tridesetletna vojna. V tem obdobju (1618–48) so Evropo pretresali verski pomori in plenjenje, tako da je Nemčija izgubila tretjino svojega prebivalstva. Razširjen je bil lov na čarovnice. Keplerjeva mati je bila obsojena čarovništva in se je komaj ognila usmrtitvi. Keplerju so na dvoru že pred vojno menda neredno izplačevali plačo, med vojno pa jo je sploh redko dobil.

Kepler je bil kot luteranec vse svoje življenje žrtev verskega preganjanja in predsodkov. Ker ni hotel postati rimski katoličan, je bil prisiljen zapustiti Gradec, kar je pomenilo finančno izgubo in stisko. Ko je bil v Benátkyju, so ga zopet poskušali prepričati, da bi se spreobrnil. Toda Kepler ni mogel sprejeti čaščenja podob in svetnikov, saj so bili po njegovem takšni običaji delo hudobnega. V Linzu mu soluteranci niso pustili, da bi se udeležil Gospodove večerje, ker se ni strinjal z njimi, da je Bog vsenavzoč. (Glej strani 20–21 v tej reviji.) Keplerju se je verska nestrpnost gnusila, saj je verjel, da bi se harmonija, ki vlada med planeti, morala kazati tudi med ljudmi. Ostal je zvest svojim prepričanjem in voljno trpel. »Nikoli si ne bi mislil, da je lahko tako prijetno trpeti skupaj s številnimi brati zavoljo vere in v Kristusovo slavo s tem, da prenašaš krivico in sramotenje, zapustiš hišo, polja, prijatelje in dom,« je zapisal Kepler. (Ernst Zinner: Johannes Kepler)

Leta 1627 je objavil Tabulae Rudolphinae (Rudolfove tablice), ki jih je štel za svoje glavno delo na področju astronomije. V nasprotju z njegovimi dotedanjimi knjigami je ta povsod požela hvalo in je kmalu postala nepogrešljiv pripomoček astronomov in krmarjev. Kepler je umrl novembra 1630 v Regensburgu v Nemčiji. Eden od njegovih kolegov se je neprestano čudil temu, da sta bili v Keplerju »tako utemeljeno znanje in tolikšno bogastvo poznavanja najglobljih skrivnostih«. To je hvalevreden poklon možu, ki je razvozlal skrivnosti sončnega sistema.

[Poudarjeno besedilo na strani 26]

Kepler velja za enega največjih znanstvenikov v vsej zgodovini – za znanstvenika, ki je astronomijo pomagal spraviti iz srednjega veka v sodobni čas

[Poudarjeno besedilo na strani 27]

Keplerju se je verska nestrpnost gnusila, saj je verjel, da bi se harmonija, ki vlada med planeti, morala kazati tudi med ljudmi

[Okvir na strani 27]

Keplerjevi pogledi na astrologijo in teologijo

Johannes Kepler je zelo zaslovel zaradi svojih odkritij na področju astronomije, kljub temu pa je treba priznati, da so nanj vplivale verske zamisli, razširjene v njegovih dneh. Tako je denimo napisal veliko astroloških napovedi, čeprav je zavračal »veliko tega, kar je bilo domnevno znano o vplivu zvezd«.

Prav tako je trdno verjel v Trojico, ki jo uči tako imenovano krščanstvo. »Podoba krščanske Trojice, ki jo simbolizira geometričen krog in zato tudi vidno stvarstvo, je bila ena od zamisli, na katero je bil nadvse močno navezan. Ta zamisel je bila dobesedno odsev te božanske skrivnosti (Bog Oče:: središče; Kristus Sin:: obod; Sveti Duh:: vmesni prostor).« (Encyclopædia Britannica)

Kaj pa je o Trojici menil sir Isaac Newton? Ni je priznaval. Njegov glavni razlog za zavračanje tega nauka je bil, da v Svetem pismu ni našel nobenih dokazov, s katerimi bi potrdil veroizpovedi in sklepe cerkvenih koncilov. Pravzaprav je trdno verjel, da je Bog Jehova absolutno Najvišji in da ima Jezus Kristus, kot pravi Sveto pismo, nižji položaj od Očeta. * (1. Korinčanom 15:28)

[Podčrtna opomba]

[Shema/slike na straneh 24-26]

(Lega besedila – glej publikacijo)

Keplerjevi zakoni o gibanju planetov

Keplerjevi zakoni o gibanju planetov še vedno veljajo za začetek sodobne astronomije. Povzeli bi jih lahko takole:

1 Planeti potujejo vsak po svojem eliptičnem tiru okoli Sonca, ki je eno od gorišč elipse

← Sonce ←

↓ ↑

↓ ↑

Planet ● ↑

→ → →

2 Planet se premika hitreje, ko je bliže Soncu. Črta, ki povezuje središče Sonca s središčem planeta, ne glede na njuno medsebojno razdaljo popiše v enakem času enako ploščino.

Planet se premika hitreje

Planet se premika počasneje

A ● B

↓ ↑

↓ Sonce

A

↓

↓

● B

A

→

→

● B

Torej, če je čas, ki ga planet potrebuje od točke A do točke B, v vseh primerih enak, potem so enake tudi ploščine osenčenih likov

3 Orbitalna perioda ali obhodna doba je čas, ki ga planet potrebuje, da obkroži Sonce. Kvadrata period katerih koli dveh planetov sta v premem razmerju s kuboma njune povprečne razdalje od Sonca.

[Tabela]

Planet Merkur

Oddaljenost od Sonca * 0,387

Perioda v letih 0,241

Perioda² 0,058 *

Razdalja³ 0,058 *

Planet Venera

Oddaljenost od Sonca 0,723

Perioda v letih 0,615

Perioda² 0,378

Razdalja³ 0,378

Planet Zemlja

Oddaljenost od Sonca 1

Perioda v letih 1

Perioda² 1

Razdalja³ 1

Planet Mars

Oddaljenost od Sonca 1,524

Perioda v letih 1,881

Perioda² 3,538

Razdalja³ 3,540

Planet Jupiter

Oddaljenost od Sonca 5,203

Perioda v letih 11,862

Perioda² 140,707

Razdalja³ 140,851

Planet Saturn

Oddaljenost od Sonca 9,539

Perioda v letih 29,458

Perioda² 867,774

Razdalja³ 867,977

[Podčrtne opombe]

[Slika na strani 24]

Jupiter

[Slika na strani 24]

Kopernik

[Slika na strani 24]

Brahe

[Slika na straneh 24, 25]

Kepler

[Slika na strani 25]

Newton

[Slika na strani 25]

Venera

[Slika na strani 26]

Neptun

[Slika na strani 26]

Keplerjevi knjigi in teleskop

[Slika na strani 27]

Saturn

[Vir slike]

Courtesy of NASA/JPL/Caltech/USGS

[Navedba vira slike na strani 24]

Kopernik in Brahe: Brown Brothers; Kepler: Erich Lessing/Art Resource, NY; Jupiter: Courtesy of NASA/JPL/Caltech/USGS; Planet: JPL

[Navedba vira slike na strani 25]

Venera: Courtesy of NASA/JPL/Caltech; planet: JPL

[Navedba vira slike na strani 26]

Teleskop: Erich Lessing/Art Resource, NY; Neptun: JPL; Mars: NASA/JPL; Zemlja: NASA photo