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计量人物|开普勒:天空立法者

2421    2023-01-18    发布者:中国测试杂志社    来源:逸夫计量博物馆公众号

计量的发展离不开伟人的努力

在历史上有这样一个人

他为天空立法,为光学奠基

为人类打破了原有的世界观

他就是德国天文学家开普勒

接下来就让我们一起了解开普勒的故事


人物生平

开普勒(Johannes Kepler,1571~1630),1571年12月27日生于德国魏尔。他是七个月的早产儿,从小体弱多病,四岁时患上天花导致他的视力衰弱,一只手半残。但开普勒勤奋努力,智力过人,一直靠奖学金求学。1587年他进入蒂宾根大学学习神学与数学,1591年取得硕士学位。

1594年,开普勒应奥地利南部格拉兹的路德派高校之聘讲授数学。1600年被聘请到布拉格近郊的邦拉基堡天文台,任第谷的助手。1601年第谷去世后,开普勒继承了宫廷数学家的职位和第谷未完成的工作。1612年他移居到奥地利的林茨,继续研究天文学。在晚年时期,开普勒的生活极度贫困,1630年11月15日,年近花甲的他在索薪途中病逝于雷根斯堡。


光学贡献

光学作为十大计量之一,对我们探索世界有着重要作用。开普勒就在光学领域做出了卓越贡献,被誉为现代实验光学的奠基人。

1604年,开普勒发表《对威蒂略的补充,天文光学说明》。在书中他研究了小孔成像,并从几何光学的角度加以解释说明,指出光的强度和光源距离的平方成反比。

1611年,开普勒发表了《折光学》一书,阐述了光的折射原理,认为折射的大小不能单单从物质密度的大小来考虑。例如油的密度比水的密度小,而它的折射却比水的折射大。这一发现为折射望远镜的发明奠定了基础。

也是他最早提出了光线和光束的表示法,把伽利略望远镜的凹透镜目镜改成小凸透镜,这种望远镜后来被称为开普勒望远镜。


三大定律

开普勒最突出的成就莫过于开创了三大定律。1609年,开普勒出版《新天文学》,这是近代天文学的奠基性著作。在书中,开普勒提出关于行星运动的第一定律和第二定律。第三定律发表于1619年。这三大定律又分别称为椭圆定律、面积定律和调和定律。

开普勒第一定律(椭圆定律):所有行星绕太阳的轨道都是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上。

开普勒第二定律(面积定律):行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过的面积相等。

开普勒第三定律(调和定律):所有行星绕太阳一周的恒星时间的平方与它们轨道半长轴(ai)的立方成比例,即 a3/T2=K 。

随着学术的发展,学者们把第一定律修改成为“所有行星(和彗星)的轨道都属于圆锥曲线,而太阳则在椭圆的一个焦点上”;第二定律只有在行星质量比太阳质量小得多的情况下才是精确的,如果考虑到行星也吸引太阳,这便是一个二体问题;第三定律的精确公式也经过了修正。


人物评价

作为中世纪与近代交替时期的人物,受时代影响,开普勒的思想不可避免地具有局限性,但他在天文学、光学、数学领域的成就与贡献却不容质疑。在科学研究中,他始终秉持尊重事实的严肃态度,当他发现设想与事实不符时,就毫不犹豫地抛弃了它们;在学术领域中,他无惧权威,勇于创新,打破了过往被奉为真理的理论,为人类带来了思想上的启蒙;同时他也有顽强的进取精神,即使身体限制了他观察天文的能力,他也从未放弃,敢于做改变命运的勇士。


开普勒作为仰望天空的大神

也是计量发展史上不可不提的人物

他的理论功在当代,利在千秋

他的贡献也引领着一代代学者

在天文学、数学、光学的领域不断探索

今天的我们

也应当学习开普勒宝贵的精神品质

在各自的道路上不断前进



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