Mies joka selvitti aurinkokunnan salaisuuksia

HERÄTKÄÄ!-LEHDEN KIRJOITTAJALTA SAKSASTA

EUROOPPALAISET tunsivat pyrstötähtiä kohtaan pelonsekaista kunnioitusta 1500-luvulla. Niinpä kun tanskalaisen tähtitieteilijän Tyko Brahen tunnetuksi tekemä pyrstötähti näkyi yötaivaalla, Katharina Kepler herätti kuusivuotiaan poikansa Johanneksen katsomaan sitä. Kun Brahe runsaat 20 vuotta myöhemmin kuoli, kenet keisari Rudolf II nimittikään hänen tilalleen Pyhän saksalais-roomalaisen keisarikunnan matemaatikoksi? Johannes Kepler sai tuon viran 29-vuotiaana ja pysyi siinä loppuelämänsä.

Matematiikka ei ole ainoa tieteenala, jolla Kepleriä pidetään suuressa arvossa, sillä hän niitti mainetta myös valo-opin ja tähtitieteen saralla. Hän oli pienikokoinen mutta poikkeuksellisen älykäs ja luonteeltaan määrätietoinen. Syrjinnän kohteeksi hän joutui, kun hän ei suostunut kääntymään katolisuuteen edes kovasta painostuksesta.

Matemaattinen nero

Johannes Kepler syntyi vuonna 1571 Schwarzwaldin reunalla sijaitsevassa pikkukaupungissa Weil der Stadtissa Saksassa. Perhe oli köyhä, mutta paikallisten aatelisten antamien stipendien turvin Johannes sai hyvän koulutuksen. Hän opiskeli teologiaa Tübingenin yliopistossa, sillä hän aikoi luterilaiseksi papiksi. Hänen matemaattinen neroutensa pantiin kuitenkin merkille, ja kun Grazissa Itävallassa toimineen luterilaisen lukion matematiikan opettaja kuoli vuonna 1594, Kepler sai paikan. Grazissa asuessaan hän julkaisi ensimmäisen tärkeän teoksensa Mysterium Cosmographicum.

 Tähtitieteilijä Brahe oli vuosikausia tehnyt huolellisesti havaintoja planeetoista ja pitänyt niistä tarkkaa kirjaa. Kun hän luki Mysterium Cosmographicumia, häneen teki vaikutuksen Keplerin syvällinen matematiikan ja tähtitieteen ymmärrys, ja hän kutsui tämän luokseen Benátkyyn Prahan lähelle. Kun uskonnollinen suvaitsemattomuus pakotti Keplerin lähtemään Grazista, hän otti Brahen kutsun vastaan. Ja kuten edellä jo mainittiin, Brahen kuoltua Kepler peri hänen virkansa. Pikkutarkan havainnoijan sijasta keisarin hovi sai nyt palvelukseensa matemaattisen neron.

Virstanpylväs valo-opissa

Hyötyäkseen täysin määrin Brahen planeettahavainnoista Keplerin täytyi ymmärtää paremmin valon taittumista. Miten planeetasta heijastuva valo taittuu saapuessaan maapallon ilmakehään? Kepler kokosi selitykset teokseen Ad Vitellionem paralipomena, joka pohjautui keskiajalla eläneen tieteilijän Vitelon työhön. Teos oli virstanpylväs valo-opissa. Kepler oli myös ensimmäinen, joka kuvaili silmän toimintaa.

Keplerin pääala ei ollut kuitenkaan valo-oppi vaan tähtitiede. Varhaiset tähtien tutkijat uskoivat, että taivas oli ontto pallo, jonka sisäpinnassa oli tähtiä kuin välkkyviä timantteja. Ptolemaioksen mukaan maa oli kaiken keskus, kun taas Kopernikus uskoi, että kaikki planeetat kiersivät liikkumattoman auringon ympäri. Brahe tuli siihen tulokseen, että muut planeetat kiersivät aurinkoa ja aurinko puolestaan kiersi maata. Kaikki muut planeetat olivat maahan nähden taivaankappaleita, ja siksi niitä pidettiin täydellisinä. Ainoa liikerata, jonka katsottiin olevan niille sovelias, oli täydellinen ympyrä, ja sellaisella kiertoradalla kukin planeetta sitten vaelsi vakionopeudella. Tällainen oli maailmankuva silloin kun Kepleristä tuli keisarillinen matemaatikko.

Modernin tähtitieteen alku

Brahen laatimien planeettataulukoiden avulla Kepler tutki taivaankappaleiden liikkeitä ja teki sen pohjalta päätelmiä. Matemaattisen nerouden lisäksi hän oli hyvin voimakastahtoinen ja loputtoman utelias. Hänen uskomatonta työkykyään kuvastaa se, että tutkiessaan Marsin taulukoita hän suoritti 7200 monimutkaista laskelmaa.

Juuri Marsista Kepler kiinnostui ensimmäiseksi. Tutkimalla huolellisesti taulukoita hän havaitsi, että tuo planeetta kiersi aurinkoa mutta ei ympyrän muotoista rataa. Ainoa kiertorata, joka sopi yhteen havaintojen kanssa, oli muodoltaan ellipsi eli soikio, jonka toisessa polttopisteessä oli aurinko. Kepler aavisteli kuitenkin, että avain taivaiden salaisuuksien selvittämiseen ei piillyt Marsissa vaan Maassa. Professori Max Casparin mukaan ”Kepler keksi kokeilla nerokasta lähestymistapaa”. Hän käytti taulukoita omaperäisellä tavalla. Hän ei tutkinut niiden avulla Marsia vaan kuvitteli itsensä seisomaan Marsin  pinnalle, josta hän sitten katseli Maahan. Hän laski, että maan nopeus vaihteli kääntäen verrannollisesti sen auringosta luettuun etäisyyteen nähden.

Kepler oivalsi, että aurinko ei ole ainoastaan aurinkokunnan keskus. Se toimii lisäksi kuin magneetti, joka pyörii oman akselinsa ympäri ja vaikuttaa voimallaan planeettojen liikkeeseen. Caspar kirjoittaa: ”Tämä oli se suuri uusi käsite, joka siitä pitäen ohjasi häntä tutkimuksissa ja johti hänen nimeään kantavien lakien keksimiseen.” Planeetat olivat Keplerille fysikaalisia kappaleita, joiden liikkeitä hallitsi sopusointuisesti joukko muuttumattomia lakeja. Marsia ja Maata koskevien havaintojen täytyi soveltua kaikkiin muihinkin planeettoihin. Hän päätteli, että kukin planeetta kiertää aurinkoa elliptisellä radalla nopeudella, joka vaihtelee sen mukaan, miten kaukana planeetta on auringosta.

Keplerin lait planeettojen liikkeistä

Vuonna 1609 Kepler julkaisi teoksen Astronomia nova, jota pidetään ensimmäisenä modernin tähtitieteen kirjana ja yhtenä kaikkien aikojen tärkeimmistä tämän alan teoksista. Tuo mestariteos sisälsi Keplerin planeettaliikkeitä koskevista laeista kaksi ensimmäistä. Kolmas laki julkaistiin teoksessa Harmonices Mundi vuonna 1619, jolloin hän asui Linzissä Itävallassa. Näissä kolmessa laissa määritellään planeettojen liikkeiden perusasiat: auringon ympäri kiertävän planeetan radan muoto, planeetan liikkumisnopeus sekä planeetan auringosta luetun etäisyyden ja kierrokseen kuluvan ajan välinen suhde.

Miten nämä lait otettiin vastaan tähtitieteilijöiden piirissä? Niiden merkitystä ei ymmärretty. Jotkut olivat epäuskossaan suorastaan tyrmistyneitä. Ehkä syy ei ollut yksin heidän. Kepler puki ajatuksensa latinankieliseksi proosaksi, joka oli ymmärrykselle lähes yhtä läpitunkematon kuin Venusta ympäröivät pilvet silmälle. Aika oli kuitenkin Keplerin puolella. Noin 70 vuotta myöhemmin Isaac Newton käytti Keplerin työtä omien liike- ja vetovoimalakiensa perustana. Nykyään Kepleriä pidetään yhtenä kaikkien aikojen suurimmista  tiedemiehistä. Hänen ansiostaan tähtitiede siirtyi keskiajalta uudelle ajalle.

Uskonsota puhkeaa Euroopassa

Samassa kuussa kuin Kepler muotoili kolmannen lakinsa, Euroopassa puhkesi kolmikymmenvuotinen sota. Sen aikana (1618–48) murhaaminen ja ryöstely, joiden taustalla oli uskonnollisia syitä, harvensivat maanosan väestöä ja Saksa menetti kolmanneksen asukkaistaan. Noitavainot levisivät laajalle. Keplerin äitiä syytettiin noituudesta, ja hän säästyi hädin tuskin teloitukselta. Keplerin palkkatulot hovista olivat ennen sotaa olleet tiettävästi epäsäännölliset, mutta nyt ne tyrehtyivät lähes kokonaan.

Luterilainen Kepler kohtasi läpi elämänsä uskonnollista vainoa ja ennakkoluuloisuutta. Hänet karkotettiin Grazista – mikä merkitsi menetyksiä ja vaikeuksia – koska hän kieltäytyi kääntymästä roomalaiskatolisuuteen. Benátkyssakin häntä taivuteltiin kääntymään. Hän ei kuitenkaan voinut hyväksyä kuvien ja pyhimysten palvontaa vaan katsoi näiden tapojen olevan paholaisesta. Linzissä häneltä kiellettiin ehtoolliseen osallistuminen toisten luterilaisten kanssa, koska hän ei heidän tavallaan uskonut Jumalan olevan läsnä kaikkialla (ks. tämän lehden sivut 20, 21). Uskonnollinen suvaitsemattomuus oli Keplerille äärimmäisen vastenmielistä, sillä hän katsoi, että planeettojen välillä vallitsevan harmonian pitäisi näkyä myös ihmisten parissa. Hän piti tiukasti kiinni vakaumuksestaan ja oli valmis kärsimään sen takia. ”En olisi ikinä uskonut, että olisi niin mieluista kärsiä monien veljien kanssa uskonnon ja Kristuksen kunnian tähden kestämällä vahinkoa ja häpäisyä, jättämällä talonsa, peltonsa, ystävänsä ja kotinsa”, hän kirjoitti (Ernst Zinner, Johannes Kepler).

Vuonna 1627 Kepler julkaisi niin sanotut Rudolfin taulut, joita hän piti päätyönään tähtitieteen alalla. Toisin kuin aiemmat teokset ne saivat runsaasti tunnustusta, ja niistä tuli pian välttämättömiä apuvälineitä tähtitieteilijöille ja merenkulkijoille. Kepler kuoli marraskuussa 1630 Regensburgissa Saksassa. Eräs hänen kollegoistaan ei voinut lakata hämmästelemästä Keplerin ”vankkaa oppineisuutta ja kaikkein suurimpien salaisuuksien laajaa tuntemusta”. Aiheellinen kunnianosoitus miehelle, joka selvitti aurinkokunnan salaisuuksia.

[Huomioteksti s. 26]

Kepleriä pidetään yhtenä kaikkien aikojen suurimmista tiedemiehistä. Hänen ansiostaan tähtitiede siirtyi keskiajalta uudelle ajalle

[Huomioteksti s. 27]

Uskonnollinen suvaitsemattomuus oli Keplerille äärimmäisen vastenmielistä, sillä hän katsoi, että planeettojen välillä vallitsevan harmonian pitäisi näkyä myös ihmisten parissa

[Tekstiruutu s. 27]

Keplerin näkemyksiä astrologiasta ja teologiasta

Johannes Kepler loi keksinnöillään itselleen suuren nimen tähtitieteessä, mutta on tunnustettava, että uskonnon saralla häneen vaikuttivat hänen oman aikansa yleiset näkemykset. Hän kirjoitti paljon astrologiasta, vaikka hylkäsikin ”suuren osan siitä, mitä väitettiin tiedettävän tähtien vaikutuksesta”.

Hän uskoi myös vankkumattomasti kristikunnan kolminaisuusoppiin. ”Yksi hänelle kaikkein läheisimmistä ideoista – kristillisen kolminaisuuden käsite, jota symboloi geometrinen ympyrä ja vastaavasti näkyvä, luotu maailma – oli suoranainen heijastuma tuosta jumalallisesta salaisuudesta (Jumala, Isä::keskus; Kristus, Poika::kehä; Pyhä Henki::väliin jäävä tila).” (Encyclopædia Britannica.)

Mitä puolestaan Sir Isaac Newton sanoi kolminaisuusopista? Hän hylkäsi sen ja perusteli kantaansa ennen kaikkea sillä, että kun hän halusi tarkistaa uskontunnustusten ja kirkolliskokousten väittämät Raamatusta, hän ei löytänyt tuolle opille sieltä tukea. Hän uskoi lujasti, että Jehova Jumalalla oli korkein suvereenius ja Jeesus Kristus oli Isäänsä alempi, kuten Raamattu osoittaa (1. Korinttilaisille 15:28). *

[Alaviite]

[Kaavio/Kuvat s. 24–26]

(Ks. painettu julkaisu)

Keplerin planeettaliikkeitä koskevat lait

Planeettaliikkeitä koskevia Keplerin lakeja pidetään yhä modernin tähtitieteen alkuna. Ne voidaan tiivistää seuraavasti:

1 Kaikki planeetat kiertävät aurinkoa ellipsiradalla, jonka toisessa polttopisteessä on aurinko

← Aurinko ←

↓ ↑

↓ ↑

Planeetta ● ↑

→ → →

2 Kaikki planeetat liikkuvat nopeammin ollessaan lähempänä aurinkoa. Auringon keskustasta planeetan keskustaan vedetty jana kulkee aina yhtä suuren alan yli yhtä pitkinä aikaväleinä riippumatta siitä, kuinka kaukana auringosta planeetta on

Planeetta liikkuu nopeammin

Planeetta liikkuu hitaammin

A ● B

↓ ↑

↓ Aurinko

A

↓

↓

● B

A

→

→

● B

Jos siis aika, jonka kuluessa planeetta siirtyy pisteestä A pisteeseen B, on sama kussakin esimerkissä, niin varjostetut alat ovat yhtä suuret

3 Planeetan kiertoaika on aika, jonka kuluessa planeetta tekee täyden kierroksen auringon ympäri. Minkä tahansa kahden planeetan kiertoaikojen neliöt suhtautuvat toisiinsa kuten niiden auringosta luettujen keskietäisyyksien kuutiot

[Taulukko]

[Chart]

Planeetta Merkurius

Etäisyys Auringosta * 0,387

Kiertoaika vuosina 0,241

Kiertoaika² 0,058 *

Etäisyys³ 0,058 *

Planeetta Venus

Etäisyys Auringosta 0,723

Kiertoaika vuosina 0,615

Kiertoaika² 0,378

Etäisyys³ 0,378

Planeetta Maa

Etäisyys Auringosta 1

Kiertoaika vuosina 1

Kiertoaika² 1

Etäisyys³ 1

Planeetta Mars

Etäisyys Auringosta 1,524

Kiertoaika vuosina 1,881

Kiertoaika² 3,538

Etäisyys³ 3,540

Planeetta Jupiter

Etäisyys Auringosta 5,203

Kiertoaika vuosina 11,862

Kiertoaika² 140,707

Etäisyys³ 140,851

Planeetta Saturnus

Etäisyys Auringosta 9,539

Kiertoaika vuosina 29,458

Kiertoaika² 867,774

Etäisyys³ 867,977

[Alaviite]

[Kuva s. 24]

Jupiter

[Kuva s. 24]

Kopernikus

[Kuva s. 24]

Brahe

[Kuva s. 24, 25]

Kepler

[Kuva s. 25]

Newton

[Kuva s. 25]

Venus

[Kuva s. 26]

Neptunus

[Kuva s. 26]

Keplerin kaukoputki ja kirjoja

[Kuva s. 27]

Saturnus

[Lähdemerkintä]

NASA/JPL/Caltech/USGS

[Kuvien lähdemerkinnät s. 24]

Kopernikus ja Brahe: Brown Brothers; Kepler: Erich Lessing/Art Resource, NY; Jupiter: NASA/JPL/Caltech/USGS; Planeetta: JPL

[Kuvien lähdemerkinnät s. 25]

Venus: NASA/JPL/Caltech; Planeetta: JPL

[Kuvien lähdemerkinnät s. 26]

Kaukoputki: Erich Lessing/Art Resource, NY; Neptunus: JPL; Mars: NASA/JPL; Maa: NASA photo