Zinātnieks, kas atšifrēja Saules sistēmas noslēpumus

NO ATMOSTIETIES! KORESPONDENTA VĀCIJĀ

SEŠPADSMITAJĀ gadsimtā komētas parasti viesa eiropiešos bailes un apbrīnu. Tāpēc, kad naksnīgajās debesīs parādījās dāņu astronoma Tiho Brahes novērotā komēta, Katarīna Keplere piecēla no gultas savu sešus gadus veco dēlēnu Johannesu, lai viņam to parādītu. Pagāja vairāk nekā 20 gadi, Brahe nomira, un Svētās Romas impērijas imperators Rūdolfs II viņa vietā par galma matemātiķi iecēla... 29 gadus veco Johannesu Kepleru! Šo augsto amatu vācu zinātnieks saglabāja līdz mūža beigām.

Matemātika nav vienīgā zinātnes nozare, kurā Keplera ieguldījums tiek augstu vērtēts. Viņš apliecināja sevi arī tādās jomās kā optika un astronomija. Šajā necila auguma cilvēkā slēpās apbrīnojams intelekts un dzelžains gribasspēks. Kad Kepleru gribēja piespiest pievērsties katoļticībai, viņš drīzāk bija gatavs ciest vajāšanas nekā atteikties no savas reliģiskās pārliecības.

Izcils matemātiķis

Johanness Keplers piedzima 1571. gadā Velderštatē — nelielā vācu pilsētiņā pie Švarcvaldes mežiem. Kepleru ģimene bija trūcīga, taču vācu augstmaņu piešķirtā stipendija ļāva nākamajam astronomam iegūt labu izglītību. Viņš studēja teoloģiju Tībingenes universitātē un gribēja kļūt par luterāņu mācītāju. Bet drīz vien atklājās, ka viņš ir ļoti spējīgs matemātiķis, un 1594. gadā, kad Austrijas pilsētā Grācā nomira vietējās luterāņu skolas matemātikas skolotājs, tā vietu ieņēma Keplers. Grācā tapa viens no pirmajiem nozīmīgajiem Keplera darbiem Visuma noslēpumi.

Dāņu astronoms Tiho Brahe daudzus gadus bija rūpīgi novērojis  planētu kustību un uz šo novērojumu pamata veidojis astronomiskās tabulas. Izlasījis Visuma noslēpumus, Brahe pamanīja, ka šī darba autoram ir laba izpratne par matemātiku un astronomiju, un uzaicināja viņu pie sevis par asistentu. Keplers, kas reliģiskās neiecietības dēļ bija spiests pamest Grācu, pieņēma Brahes piedāvājumu un pārcēlās uz Prāgu. Kā jau bija minēts, pēc Brahes nāves Keplers turpināja viņa darbu. Pedantiska novērotāja vietā par galma zinātnieku nu bija kļuvis izcils matemātiķis.

Atklājumi optikas jomā

Keplers apzinājās, ka viņam jāpadziļina savas zināšanas par gaismas refrakciju, jo tikai tad viņš varētu gūt pilnu labumu no Brahes astronomisko novērojumu tabulām. Keplers vēlējās noskaidrot, kā planētu atstarotā gaisma maina virzienu, ieejot zemes atmosfērā. Pētījumu rezultātus viņš apkopoja traktātā Papildinājumi pie Vitelo jeb astronomiskās optikas skaidrojumi, kurā turpināja viduslaiku zinātnieka Vitelo iesākto darbu. Šis traktāts bija nozīmīgs sasniegums optikas jomā. Keplers bija pirmais, kas izskaidroja cilvēka acs darbības principus.

Tomēr galvenā Keplera aizraušanās bija astronomija. Senatnē pastāvēja uzskats, ka debesis ir tukša sfēra, uz kuras iekšējās virsmas ir piestiprinātas zvaigznes — mirdzošas kā dimanti. Sengrieķu astronoms Ptolemajs uzskatīja, ka Zeme ir Visuma centrs, un vēlāk Koperniks izstrādāja teoriju, ka Zeme griežas ap nekustīgu Sauli. Savukārt Keplera laikabiedrs Tiho Brahe domāja, ka planētas riņķo ap Sauli, bet Saule riņķo ap Zemi. Tā kā visas pārējās planētas attiecībā pret Zemi ir debesu ķermeņi, zinātnieki tās uzskatīja par pilnīgām. Līdz ar to vienīgā šīm planētām pieņemamā orbītas forma, viņuprāt, bija ideāla riņķa līnija, pa kuru planētas kustas ar nemainīgu ātrumu. Šāda bija zinātniskās domas attīstība līdz tam laikam, kad Keplers kļuva par galma matemātiķi.

Mūsdienu astronomijas aizsākumi

Izmantojot Brahes sastādītās tabulas, Keplers pētīja planētu kustību un izdarīja secinājumus, balstoties uz savā rīcībā esošajiem faktiem. Viņš bija izcils matemātiķis, kuram turklāt piemita stipra griba un neremdināma zinātkāre. Viņa milzīgo darba spēju apliecinājums ir vairāk nekā 7200 sarežģīti aprēķini, ko viņš izdarīja, pētot Marsa kustības astronomiskās tabulas.

Tieši Marss pirmām kārtām saistīja vācu zinātnieka uzmanību. Rūpīgi izpētījis tabulas, Keplers nonāca pie secinājuma, ka Marss griežas ap Sauli, taču planētas orbīta nav riņķa līnija. Vienīgā orbītas forma, kas atbilda novērojumiem, bija elipse, kuras vienā fokusā atrodas Saule. Taču Keplers apzinājās, ka īstā atslēga, kas palīdzētu piekļūt debesu noslēpumiem, ir nevis Marss, bet Zeme. Saskaņā ar profesora Maksa Kaspara vārdiem, ”Keplera atjautība ļāva viņam izgudrot pilnīgi jaunu pieeju”. Viņš izmantoja sastādītās Marsa tabulas, lai pētītu nevis Marsu, bet Zemi. Viņš iedomājās sevi  stāvam uz Marsa un skatāmies uz mūsu planētu. Ar šīs atjautīgās metodes palīdzību viņš aprēķināja, ka Zemes orbitālais ātrums ir apgriezti proporcionāls attālumam līdz Saulei.

Tagad vācu astronoms saprata ne tikai to, ka Saule ir Saules sistēmas centrs, bet arī to, ka šī zvaigzne griežas ap savu asi un iedarbojas uz planētām līdzīgi kā magnēts. ”Tā bija pavisam jauna doma, kuru Keplers attīstīja turpmākajos pētījumos un kura viņam palīdzēja atklāt un formulēt planētu kustības likumus,” rakstīja profesors M. Kaspars. Keplers uzskatīja planētas par materiāliem ķermeņiem, kuru kustību nosaka savstarpēji saistītu likumu kopums. Viņaprāt, visam tam, ko viņš bija izsecinājis par Marsa un Zemes orbītu, būtu jāattiecas arī uz citām Saules sistēmas planētām. Līdz ar to loģiski būtu secināt, ka arī citas planētas riņķo pa eliptisku orbītu un to kustības ātrums mainās atkarībā no attāluma līdz Saulei.

Keplera planetārās kustības likumi

1609. gadā Keplers publicēja savu darbu Jaunā astronomija, kurā pirmo reizi tika formulētas mūsdienu astronomijas pamatnostādnes un kura tāpēc tiek uzskatīta par vienu no svarīgākajām grāmatām, kas jebkad ir sarakstīta šajā zinātnes jomā. Jaunajā astronomijā Keplers formulēja savu pirmo un otro planētu kustības likumu. 1619. gadā, kad Keplers jau dzīvoja Austrijas pilsētā Lincā, darbā Pasaules harmonija tika publicēts viņa trešais likums. Šajos trijos likumos tika formulēti planētu kustības pamatprincipi — heliocentriskās orbītas forma, kustības ātrums un sakarība starp planētas attālumu no Saules un laiku, kādā tā izdara pilnu apriņķojumu.

Kā šos atklājumus uztvēra citi tā laika astronomi? Keplera secinājumi viņos izraisīja neizpratni vai pat neslēptu sašutumu. Taču nesteigsimies viņus nosodīt. Keplers, kas savus darbus bija ietērpis latīņu prozā, tēlaini izsakoties, bija padarījis tos tikpat ”necaurredzamus” kā Venēras blīvā mākoņu sega. Tomēr laiks bija vācu zinātnieka pusē. Pagāja aptuveni 70 gadi, un Izaks Ņūtons, balstoties uz Keplera pētījumiem, formulēja savus slavenos mehānikas likumus un  gravitācijas teoriju. Mūsdienās Kepleru, kas ir palīdzējis astronomijai spert platu soli pretī mūsdienīgajam pasaules uzskatam, daudzi uzskata par vienu no visu laiku izcilākajiem zinātniekiem.

Eiropa reliģisko konfliktu krustugunīs

Tajā pašā mēnesī, kad Keplers formulēja savu trešo likumu, izcēlās Trīsdesmitgadu karš. No 1618. līdz 1648. gadam Eiropā reliģijas vārdā tika slepkavots un postīts tādā mērā, ka Vācija pēc kara bija zaudējusi trešo daļu iedzīvotāju. Plašumā vērsās raganu medības. Apsūdzības buršanā tika izvirzītas arī Keplera mātei, un viņai draudēja nāvessods. Jau pirms kara Kepleram atalgojumu izmaksāja neregulāri, bet kara laikā to droši vien neizmaksāja vispār.

Keplers bija luterānis, tāpēc viņš pieredzēja reliģiskas vajāšanas un aizspriedumainu attieksmi. Viņš bija spiests pamest Grācu, zaudējot savu īpašumu un lielu daļas iedzīves tādēļ vien, ka atteicās pāriet katoļticībā. Keplers pārcēlās uz Prāgu, tomēr arī tur nerimās centieni pievērst viņu katoļu baznīcai. Taču tēlu un svēto pielūgsme Kepleram nebija pieņemama; šādu rīcību viņš uzskatīja par Velna darbiem. Lincā viņam izcēlās domstarpības ar ticības biedriem luterāņiem, kuri ticēja visuresošam Dievam, un šo domstarpību dēļ zinātnieku nepielaida pie dievgalda (skatīt šī žurnāla 20. un 21. lappusi). Keplers asi nosodīja reliģisko neiecietību. Viņaprāt, harmonijai, kas ir raksturīga planētu kustībai, būtu jāizpaužas arī cilvēku sabiedrībā. Viņš palika nelokāms savos reliģiskajos uzskatos arī tad, kad viņam draudēja vajāšanas. Ernsta Cinnera grāmatā Johanness Keplers ir citēti zinātnieka vārdi: ”Ticības un Kristus dēļ es kopā ar daudziem saviem brāļiem esmu gatavs ciest vajāšanas un negodu, atstāt namu, laukus, draugus un mājas. Es nebiju domājis, ka tāpēc jutīšos tik ļoti pagodināts.”

1627. gadā izdoto grāmatu Rūdolfa tabulas Keplers uzskatīja par savu nozīmīgāko veikumu astronomijā. Atšķirībā no iepriekšējiem vācu zinātnieka darbiem, Rūdolfa tabulas izpelnījās plašu ievērību un drīz vien kļuva par neaizstājamu palīgu astronomiem un jūrasbraucējiem. Izcilais astronoms nomira 1630. gada novembrī Vācijas pilsētā Rēgensburgā. Kā ir teicis kāds mūsdienu zinātnieks, Johannesam Kepleram bija apbrīnojama ”erudīcija un dziļas, vispusīgas zināšanas par Visuma noslēpumiem”. Šie vārdi ir spilgts apliecinājums tam, cik nozīmīgs ir vācu astronoma ieguldījums Saules sistēmas izpētē.

[Izceltais teksts 26. lpp.]

Daudzi uzskata Kepleru, kas ir palīdzējis astronomijai spert platu soli pretī mūsdienīgajam pasaules uzskatam, par vienu no visu laiku izcilākajiem zinātniekiem

[Izceltais teksts 27. lpp.]

Keplers asi nosodīja reliģisko neiecietību. Viņaprāt, harmonijai, kas ir raksturīga planētu kustībai, būtu jāizpaužas arī cilvēku sabiedrībā

[Papildmateriāls 27. lpp.]

Keplers — astrologs un teologs

Johanness Keplers ir pazīstams ar saviem atklājumiem astronomijā, taču savā reliģiskajā pārliecībā vācu zinātnieks daudzējādā ziņā balstījās uz tā laika vispārpieņemtajiem priekšstatiem. Kaut arī Keplers apgalvoja, ka viņš nepiekrīt ”daudz kam no tā, kas it kā esot zināms par zvaigžņu ietekmi”, vairāki viņa darbi ir veltīti astroloģijai.

Keplers bija arī pārliecināts trīsvienības mācības piekritējs. ”Viena no Keplera iemīļotākajām tēzēm bija tā, ka trīsvienības mācības noslēpums atspoguļojas tādā ģeometriskā figūrā kā lode un caur to arī visā redzamajā pasaulē (centrs simbolizē Dievu Tēvu, lodes virsma — Dēlu Kristu, telpa starp centru un virsmu — Svēto Garu)”, teikts Britu enciklopēdijā.

Turpretī angļu zinātnieks Izaks Ņūtons mācību par trīsvienību noliedza. Pēc rūpīgas faktu izpētes Ņūtons secināja, ka ticības apliecinājumiem un baznīcas koncilu lēmumiem, ar kuriem tika ieviesta trīsvienības mācība, nav pamatojuma Bībelē. Ņūtons nešaubīgi ticēja, ka Dievs Jehova ir vienīgais Visuma Valdnieks, un piekrita tam, kas par Jēzu Kristu ir teikts Bībelē, proti, ka Jēzum ir zemāks stāvoklis nekā Tēvam *. (1. Korintiešiem 15:28.)

[Zemsvītras piezīme]

[Shēma/Attēli 24—26. lpp.]

(Pilnībā noformētu tekstu skatīt publikācijā)

Keplera planetārās kustības likumi

Keplers formulēja trīs planētu kustības likumus, kuriem bija fundamentāla nozīme astronomijas tālākajā attīstībā.

1. Katra planēta riņķo pa eliptisku orbītu, kuras vienā fokusā ir Saule.

← Saule ←

↓ ↑

↓ ↑

planēta ● ↑

→ → →

2. Jo vairāk planēta ir pietuvojusies Saulei, jo lielāks ir tās kustības ātrums. Neatkarīgi no planētas attāluma līdz Saulei iedomāts nogrieznis, kas savieno Saules centru un planētas centru, vienādos laika intervālos apraksta vienādu laukumu.

Planēta kustas ātrāk

Planēta kustas lēnāk

A ● B

↓ ↑

↓ Saule

A

↓

↓

● B

A

→

→

● B

Ja vienādi ir laika intervāli, kuros planēta pārvietojas no punkta A līdz punktam B, tad arī iekrāsotie laukumi ir vienādi.

3. Planētas periods ir laika intervāls, kurā planēta vienu reizi apriņķo apkārt Saulei. Jebkuru divu planētu periodu kvadrātu attiecība ir vienāda ar to vidējo attālumu no Saules kubu attiecību.

[Tabula]

Planēta Merkūrs

Attālums līdz Saulei * 0,387

Periods (gados) 0,241

Perioda kvadrāts 0,058 *

Attāluma kubs 0,058 *

Planēta Venēra

Attālums līdz Saulei 0,723

Periods (gados) 0,615

Perioda kvadrāts 0,378

Attāluma kubs 0,378

Planēta Zeme

Attālums līdz Saulei 1

Periods (gados) 1

Perioda kvadrāts 1

Attāluma kubs 1

Planēta Marss

Attālums līdz Saulei 1,524

Periods (gados) 1,881

Perioda kvadrāts 3,538

Attāluma kubs 3,540

Planēta Jupiters

Attālums līdz Saulei 5,203

Periods (gados) 11,862

Perioda kvadrāts 140,707

Attāluma kubs 140,851

Planēta Saturns

Attālums līdz Saulei 9,539

Periods (gados) 29,458

Perioda kvadrāts 867,774

Attāluma kubs 867,977

[Zemsvītras piezīmes]

[Attēls 24. lpp.]

Jupiters

[Attēls 24. lpp.]

Koperniks

[Attēls 24. lpp.]

Brahe

[Attēls 24., 25. lpp.]

Keplers

[Attēls 25. lpp.]

Ņūtons

[Attēls 25. lpp.]

Venēra

[Attēls 26. lpp.]

Neptūns

[Attēls 26. lpp.]

Keplera teleskops un grāmatas

[Attēls 27. lpp.]

Saturns

[Norāde par autortiesībām]

Courtesy of NASA/JPL/Caltech/USGS

[Norādes par attēlu autortiesībām 24. lpp.]

Koperniks un Brahe: Brown Brothers; Keplers: Erich Lessing/Art Resource, NY; Jupiters: Courtesy of NASA/JPL/Caltech/USGS; Planēta: JPL

[Norādes par attēlu autortiesībām 25. lpp.]

Venēra: Courtesy of NASA/JPL/Caltech; Planēta: JPL

[Norādes par attēlu autortiesībām 26. lpp.]

Teleskops: Erich Lessing/Art Resource, NY; Neptūns: JPL; Marss: NASA/JPL; Zeme: NASA photo