3.开普勒与行星运动定律的发现.ppt

开普勒与行星运动定律的发现,一、开普勒生平,开普勒（1571-1630）是德国著名的天体物理学家、数学家、哲学家他首先把力学的概念引进天文学，他还是现代光学的奠基人，制作了著名的开普,勒望远镜他发现了行星运动三大定律，为哥白尼创立的“太阳中心说”提供了最为有力的证据他被后世誉为“天空的立法者”一、开普勒生平,1571年12月27日，开普勒出生在德国威尔的一个贫民家庭他的祖父曾是当地颇有名望的贵族但当开普勒出生时，家道已经衰落，全家人就靠经营一家小酒店生活他兄妹五个，三个早逝，一个患有癫痫开普勒是是早产儿，体质很差，,先天不足，后天多病他在童年时代遭遇了很大的不幸，四岁时患上了天花，虽大难不死，但落下个麻子，接着又患猩红热，高烧持续不退，结果眼睛被烧坏，导致视力衰弱，一只手半残的后遗症一、开普勒生平,成年后，他又承受着多个子女夭折的悲痛晚年他积劳成疾，受尽了胃病和哮喘的折磨，还要加上莫名其妙的高烧煎熬青少年时期的开普勒天智聪颖，学习刻苦他12岁时入修道院学习由于家庭破产，他曾经停学 ，一度在他父亲办的小客栈时当杂佣后来又继续上学，在符腾堡的德语学校和拉丁语学校学习过一、开普勒生平,17岁那年，开普勒免费进入图宾根大学攻读神学，1591年他获得了神学硕士学位。

斯宾根大学的天文学教授米海尔·麦斯特林 是赞同哥白尼学说的他在公开的教学中讲授托勒玫体系，暗地里却对最亲,,近的学生宣传哥白尼体系开普勒是深受麦斯特林赏识的学生之一，他从这位老师那里接受哥白尼学说后，就成为新学说的热烈拥护者他称哥白尼是个天才横溢的自由思想家，对日心体系予以很高评价一、开普勒生平,的警惕，认为开普勒是个“危险”分子学院毕业的学生都去当神甫，开普勒则未获许可他只得移居奥地利，靠麦斯特林的一点帮助以及编制当时盛行的占星历书维持生活占星术是一门伪科学，开普勒不信这一套他不相信天上那些星辰的运行和地上人类生息的祸福命运会有什么相干！,读书期间，因父亲负债累累，使他不得不中途退学由于他体弱多病，他的父母认为他只适合做一名牧师，因为这个职业轻松一些但由于开普勒能言善辩，喜欢在各种集会上发表见解因而引起学院领导机构——教会,一、开普勒生平,由于开普勒的数学才华非常出众，当他了解到一些有关自然科学的理论之后，就把当牧师的想法抛得一干二净这时因奥地利格拉茨的路德新教教会高中有一名数学教师去世，当局要图宾根大,,学派员补缺，开普勒被选中，从此，也完全改变了他的人生道路开普勒在担任数学教师是同时，认真阅读了当时所能获得的各种天文学著作，不断充实自己的天文学知识。

他一方面相信哥白尼的日心说，一方面通过长时间的观察、记录、思考和计算，又逐渐发现哥白尼学说中所存在的问题一、开普勒生平,家第谷寄书并写信他把自己研究天文学的成果和想法告诉了第谷 1597年，第谷收到了开普勒寄来的新书《宇宙的奥秘》，尽管他看完这本书后，对书中的种种解释不太满意，但对于开普勒的想象力和数学才能却很赏识，于是，第谷便邀请开普勒到布拉格去作他的助手他感到哥白尼对行星的理解似乎过于简略于是，24岁的开普勒以他丰富的数学知识为基础，开始对行星进行新的探索，并废寝忘食地写成了《宇宙的奥秘》一书开普勒又贸然给素不相识的丹麦天文学,值得一提的是，1600年，开普勒还出版了一本叫做《梦》纯幻想作品，说的是人类与月亮人的交往书中谈到了许多不可思议的东西，像喷气推进、零重力状态、轨道惯性、宇宙服等等，人们,至今不明白，近400年前的开普勒，他是根据什么想象出这些高科技成果的尽管开普勒的书是纯幻想作品，但它一定有一些背景来源，比如像毕达哥拉斯的话或古希腊神话一、开普勒生平,栈中，是第谷及时的接济，终使他来到了布拉格在这里两位天文学上的巨人相会了此时，第谷55岁，他30岁一、开普勒生平,开普勒接受第谷的邀请，去协助整理观测资料和编制新星表。

1600年1月，开普勒经过长途艰辛跋涉，特别是曾一度贫病交加，潦倒在异乡的小客,力，不相信哥白尼学说开普勒眼睛近视，身体虚弱，待人和蔼，但意志坚强，富于想象力，特别是数学分析能力很强，相信哥白尼学说他俩一见如故，成了好朋友一、开普勒生平,第谷与开普勒是两个性格截然不同，志趣相同的人第谷的特点是目光锐利，身体健壮，生活奢侈，急躁、偏执、骄傲，但聪明、直率、勤奋，善于精确观察，但缺乏想象,历史上称它为开普勒新星(这是一颗银河系内的超新星)1607年，他观测了一颗大彗星，就是后来的哈雷彗星一、开普勒生平,开普勒开始作第谷的助手其实，开普勒视力不佳，不大适合进行天文观测但还是作了不少观测工作，1604年九月30日在蛇夫座附近出现一颗新星，最亮时比木星还亮开普勒对这颗新星进行了17个月的观测并发表了观测结果这是开普勒最快乐的时代，他不再为生活而发愁，专心从事天文学研究然而很不幸，他们相处没有多久，第谷便于第二年（1601年）去世开普勒遭到一次很沉重的打击一、开普勒生平,具有讽刺意味的是，这两位学者，一个始终是哥白尼体系的反对者，另一个则是该体系的衷心拥护者但他们毕竟撮合在一起了，并且戏剧般地成为天文学史上合作的光辉典范！,一、开普勒生平,开普勒继任第谷的工作，任务是编制一张同第谷记录中的成千个数据相协调的行星运行表。

虽然他得到“皇家数理家”的头衔，但宫廷却不发给他应得俸禄，他不得不再从事星相术来糊口第谷这位被称为“星学之王”的天文观测家把他毕生积累的大量精确的观测资料全部留给了开普勒他生前曾多次告诫开普勒：一定要尊重观测事实！ 从此，开普勒接替了第谷的职位运行表时毫无用处，不得不把它摒弃不论是哥白尼体系、托勒玫体系还是第谷体系，没有一个能与第谷的精确观测相符合这就使他决心查明理论与观测不一致的原因，全力揭开行星运动之谜一、开普勒生平,第谷的观测记录到了开普勒手中，竟发挥意想不到的惊人作用，使开普勒的工作变得严肃起来他发现自己的得意杰作——开普勒宇宙模型，在分析第谷的观测数据、制订行星,交加中奋战了20多年，他终于探索到了一个个宇宙和星辰的秘密，建立了天体运动的三大定律，实现了年轻时立下的宏愿，成为名符其实的“天空立法者”一、开普勒生平,为此，开普勒决定把天体空间当做实际空间来研究，用观测手段探求行星的“真实”轨道开普勒运用自己的毕生精力对第谷所留下的大量精确的观测资料进行分析研究并在贫病,他在病中暗暗自语：“我是惯于这种病痛，不久就会好的我的星表还没有做完……”这位骨瘦如柴、病魔缠身的科学老人，在举目无亲的地方，走完了他生命的旅程，时年59岁。

他被葬于当地的一家小教堂他为自己撰写的墓志铭是：“我曾测天高，今欲量地深我的灵魂来自上天，凡俗肉体归于此地一、开普勒生平,不过，科学的成就并没有带来生活的时来运转，他还是生着病，一贫如洗1630年11月14日，一个阴寒的秋日，他辞别爱妻，去布拉格索要拖欠了二十余年的欠薪，但走到拉迪斯本镇，第二天他就起不来床了二、第谷的观测,及在宇宙观问题上均有独到的发现和创新，大大推动了天文学的发展和文艺复兴时期自然科学的解放；同时，也为开普勒、伽利略乃至牛顿的科学发展奠定了一定基础第谷·布拉赫(1546年—1601年)是欧洲文艺复兴后期杰出的天文学家，是１６世纪最杰出的天文观测大师第谷在对恒星、行星、彗星的观测和制作古典天文仪器方面以,第谷1546年出身于丹麦的一个贵族（律师）家庭自幼喜欢观察星辰1559年进入哥本哈根大学学习法律1562年入莱比锡大学 他的家庭希望他成为一名律师，但他并不热心于此1560年，一次日食的,二、第谷的观测,观测使14岁的他把注意力转向了天文学 1572年，26岁的第谷发现了一颗比金星还要明亮的恒星发生了爆炸，后人将这颗恒星命名为“第谷星”第谷的这一发现奠定了他“近代天文学始祖”的地位。

第谷是一性格刚烈，争强好胜的人1566年，20岁的第谷在一次醉酒后他与同学发生口角，便以决斗定胜负因为当时已天黑，再加上酒后头晕，两个决斗者根本无法,二、第谷的观测,看清对方在一片惊呼声中，第谷的鼻子被对方不小心砍掉为掩盖身体的缺陷，第谷给自己设计了一个金属鼻子，由金银合成自此第谷就有了一个绰号——“金鼻子”1901年，他的尸体被考古学家挖掘出来当时尸体早已腐烂，但“金鼻子”完好无损，只是由于氧化已变成绿色有历史学家怀疑，第谷的假鼻子原本是“铜鼻子”1576年2月，丹麦国王将丹麦海峡中的汶风岛赐给第谷，并拨巨款让第谷在岛上修建大型天文台这座天文台被誉为“天堡”，它规模宏大，设备齐全，所用的天文仪器几乎都是第谷设计制造的其中最,二、第谷的观测,著名的是第谷象限仪这座天文台还有配套的仪器修造厂、印刷所、图书馆、工作室和生活设施第谷在此工作了21年，重新测定了一系列重要的天文数据，他的测量结果与现代值都很接近第谷对观测身心高度集中，每天晚上坚持观测，认真做好记录他一生的奋斗目标就是提高观测的精确性，终身坚持准确细致的实地观测他不断改进天文仪器，使其加大加重加稳，有的置于地平面之下,二、第谷的观测,以避免风的影响，从而增加了读数的长期可靠性与标度的精确性。

他还仔细确定了大气折射等引起的误差改正量等等他的观测结果一般误差不超过0.5角分（即0.5分，每分等于一度的1/60），最多为2角分，比哥白尼的准确20倍，几乎达到望远镜出现前的肉眼观测极限第谷计划观测1000颗恒星，进而完成编制1000颗星表（鲁道夫星表）的任务可惜第谷于1601年病逝了，他只观测777颗星星弥留之际，他对开普勒说“我一生之中，都是以观察星辰为工作，我要得到一种准,二、第谷的观测,确的星表，现在我希望你继续我的工作我把底稿交给你，你把我观察的结果出版出来，题名为《鲁道夫星表》”弥留之际，第谷把他毕生积累的观测资料遗赠给开普勒并让开普勒完成他的事未竟事业作为第谷的接班人，开普勒认真地研究了第谷多年对行星进行仔细观察所做的大量记录第谷是望远镜发明以前的最后一位伟大的天文学家，也是世界上前所未有的最仔细、最准确的观察家，,二、第谷的观测,因此他的记录具有十分重大的价值开普勒认为通过对第谷的记录做仔细的数学分析可以确定哪个行星运动学说是正确的：哥白尼日心说，古老的托勒密地心说，或许是第谷本人提出的第三种学说第谷逝世去世后，开普勒接替了第谷的工作，开始编制鲁道夫星表但开普勒的兴趣和注意力却更多的放在改进和完善哥白尼的日心说上，在探讨行星轨道性质的研究上。

第谷作为世界上前所,未有最仔细、最准确的观察家，因此他的记录具有十分重大的价值作为第谷·布拉赫的接班人，开普勒认真地研究了第谷多年对行星进行仔细观察所做的大量记录三、开普勒定律的建立过程,经过多年煞费苦心的数学计算，他发现第谷的观测数据，与哥白尼体系、托勒密体系都不符合他决心寻找这种不一致的原因和行星运行的真实轨道，全力揭开行星运动之谜为此，开普勒决,定利用第谷的观测资料来探求行星的“真实”轨道最终开普勒认识到了所存在的问题：他与第谷、拉格茨·哥白尼以及所有的经典天文学家一样，都假定行星轨道是由圆或复合圆组成的但是实际上行星轨道不是圆形而是椭圆形三、开普勒定律的建立过程,开普勒平生爱好数学他也和古希腊学者们一样，十分重视数的作用，总想在自然界寻找数量的规律性 （早期希腊学者称为和谐）规律愈简单，从数学上看就愈好，因而在他看来就愈接近自然他之所以信奉哥白尼学说，,正是由于日心体系在数学上显得更简单更和谐他说：“我从灵魂深处证明它是真实的，我以难以相信的欢乐心情去欣赏它的美他接受哥白尼体系后就专心探求隐藏在行星中的数量关系他深信上帝是依照完美的数学原则创造世界的三、开普勒定律的建立过程,应当说，哥白尼首创的日心体系还残留着托勒密体系的若干成分，没有完全摆脱经院哲学思想的束缚，认为天体只能作简单的匀速圆周运动。

因此，为了解释行星运行中存在较小的不均匀性，,仍然。