歷史上的今天》11月15日──啟發牛頓萬有引力定律、17世紀科學革命關鍵人物「天空的立法者」克卜勒與世長辭

德國天文學家克卜勒是17世紀科學革命的關鍵人物，也是現代天文學的奠基者，最知名的成就為「克卜勒定律」，他的研究成果啟發了牛頓想出萬有引力定律，他也被譽為「天空的立法者」。克卜勒發明了一種改良型的折光式望遠鏡，知名著作《宇宙的奧秘》支持哥白尼的日心說。此外，他研究了針孔成像，從幾何光學的角度加以解釋，奠定近代光學的基礎。

1571年12月27日，克卜勒（Johannes Kepler ）生於神聖羅馬帝國的威爾（Weil der Stadt），家境貧困，身為早產兒的他從小體弱多病，4歲時染上天花，導致他視力衰弱，雙手嚴重受創。不過，他從小就展露超常的數學才能，很早就接觸到天文學並深深喜歡這門科學，6歲時看到了1577年的大彗星。

1594年4月，23歲的克卜勒在奧地利格拉茨（Graz）一間神學院擔任數學與天文學教師。他在格拉茨任教時，開始致力研究宇宙，認為了解上帝創造的宇宙是基督徒的職責。1596年，他出版了首部天文學著作《宇宙的奧秘》（Mysterium Cosmographicum），也是第一部捍衛哥白尼學說並公開發表的作品，這部著作確立克卜勒的聲望，也可以視為將哥白尼（Nicolas Copernicus）著作《天體運行論》（De Revolutionibus Orbium Coelestium）提出的理論現代化的重要第一步。

1600年2月4日，克卜勒在距離布拉格（Prague）35公里的伊澤拉河畔貝納特基（Benátky nad Jizerou）與丹麥天文學家第谷（Tycho Brahe）見面，第谷曾嚴厲批評克卜勒的研究，不過後來克卜勒同意擔任第谷的天文台助手。

1601年，克卜勒開始為第谷工作，第谷安排他分析行星觀測結果。1601年10月24日，第谷忽然過世，克卜勒成為繼任為皇家數學家，負責完成第谷未完成的工作。克卜勒使用第谷精確的觀測數據與自己發現的行星橢圓軌道，經過多年的努力，才終於在1623年完成了《魯道夫星表》（Tabulae Rudolphinae）。

1603年，克卜勒將大多數的時間專注於光學理論研究，其研究手稿隔年以《天文學的光學需知》（Astronomiae Pars Optica）為題發表，他在文中對控制光強的平方反比定律、平面鏡與曲面鏡的反射、針孔相機原理、光學的天文學含義做出了描述，《天文學的光學需知》也被視為他光學探索的巔峰。

根據對地球與火星遠日點和近日點的測量，他創立了公式：根據這個公式，行星的運動速度與它與太陽的距離成反比。1602年底，克卜勒運用幾何學重新闡述了這個比例：行星在同樣的時間內掃過同樣的面積，這是克卜勒關於行星運動的第二定律。

克卜勒運用幾何速率法則，假定軌道是蛋形軌道，計算火星的整體軌道，但經歷約40次失敗，1605年初，他最終偶然想到「橢圓形」這個概念，並發現橢圓形軌道適用於火星的數據，他立即推斷出所有行星都以太陽為中心按照橢圓形運動，這是克卜勒關於行星運動的第一定律。然而，1605年年底，他完成了《新天文學》（Astronomia nova）的手稿，但是因為使用第谷天文台的數據引起法律爭議，這部著作直到1609年才發表。

克卜勒深信「幾何事物向造物主提供裝飾整個世界的模型」。1619年，他發表《世界的和諧》（Harmonices Mundi），嘗試用音樂解釋自然世界的比例，特別是天文學與占星學，而世界和諧的中心是「天體音樂」。克卜勒也在這部作品清楚說明「行星公轉周期的平方與離太陽的平均距離的三次方成正比」，這是關於行星運動的第三定律。（推薦閱讀：天文學里程碑！1億3000萬年前的中子星撞擊，重力波偵測、電磁波觀測同時達陣）

克卜勒的晚年顛沛流離，從布拉格皇宮、奧地利林茲（Linz）、德國烏爾姆（Ulm）等地，最後到了德國的雷根斯堡（Regensburg），不久後克卜勒就病了。1630年11月15日，他逝於雷根斯堡，享年58歲，他葬在該地，他生前就寫好的墓志銘流傳至今：「我曾測天高，今欲量地深。我的靈魂來自上天，凡俗肉體歸於此地。」（Mensus eram coelos, nunc terrae metior umbras：Mens coelestis erat, corporis umbra iacet.）

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