Mannen som løste solsystemets gåter
Mannen som løste solsystemets gåter
AV EN VÅKN OPP!-SKRIBENT I TYSKLAND
EUROPEERE som levde på 1500-tallet, så på kometer med ærefrykt. Så da en komet som var blitt kjent gjennom den danske astronomen Tycho (Tyge) Brahe, var synlig på nattehimmelen, tok Katharina Kepler sin seks år gamle sønn, Johannes, ut av sengen for at han skulle få se den. Over 20 år senere døde Brahe, og kan du tenke deg hvem keiser Rudolf II utnevnte for å erstatte ham som sin keiserlige matematiker? Da Johannes Kepler var 29 år, var det nettopp han som ble keiserlig matematiker for den tysk-romerske keiseren, en stilling som han beholdt resten av livet.
Matematikk er ikke den eneste vitenskap som Kepler blir høyt aktet for. Han skilte seg også ut innen optikk og astronomi. Kepler var ikke så stor i fysisk forstand, men han tok det igjen ved sitt forbløffende intellekt og sin store viljestyrke. Da han ikke ville konvertere til katolisismen, selv om han ble utsatt for et sterkt press, førte det til at han ble diskriminert.
Matematisk geni
Johannes Kepler ble født i 1571 i Weil i Württemberg, en liten by ved fjellområdet Schwarzwald i Tyskland. Familien var fattig, men stipendier fra adelen sikret Johannes en god utdannelse. Han studerte teologi ved Tübingen universitet med sikte på å bli luthersk prest. Men hans evner innen matematikk ble lagt merke til. Da en matematikklærer ved en luthersk skole i Graz i Østerrike døde i 1594, fikk Kepler hans jobb. Mens han bodde i Graz, gav han ut sitt første store verk, Mysterium cosmographicum.
Astronomen Brahe hadde brukt flere år på å føre et omhyggelig register over planetobservasjoner. Da han leste Mysterium cosmographicum, ble han imponert over Keplers forståelse av matematikk og astronomi og inviterte ham til å slutte seg til ham i Benátky i nærheten av Praha, som nå ligger i Tsjekkia. Da religiøs intoleranse tvang Kepler til å forlate Graz, tok han imot invitasjonen. Og, som nevnt tidligere, da Brahe døde, overtok Kepler etter ham. I stedet for å ha en grundig observatør hadde det keiserlige hoff nå fått et matematisk geni.
En milepæl innen optikken
For å få fullt utbytte av Brahes samling av planetobservasjoner måtte Kepler forstå bedre hvordan lyset brytes. Hvordan blir reflektert lys som kommer fra en planet, brutt når det kommer inn i jordens atmosfære? Keplers forklaringer ble samlet i boken Ad Vitellionem paralipomena, quibus astronomiae pars optica traditur, som supplerte arbeidet til Witelo, en vitenskapsmann som levde i middelalderen. Keplers bok var en milepæl innen optikken. Han var den første som forklarte hvordan øyet fungerer.
Men det var ikke optikk Kepler i hovedsak beskjeftiget seg med; det var astronomi. I gammel tid trodde astronomer at himmelen var en hul kule med stjerner festet på innsiden som glitrende diamanter. Klaudios Ptolemaios så på jorden som universets midtpunkt, mens Copernicus trodde at alle planetene kretset rundt en stasjonær sol. Brahe framholdt den tanke at de andre planetene roterte rundt solen, som igjen gikk i bane rundt jorden. Siden alle de andre planetene i motsetning til jorden ble regnet som himmellegemer, ble de sett på som fullkomne. Den eneste form for bevegelse som man mente var passende for dem, var en perfekt sirkel der hver planet beveget seg i en konstant hastighet. Slik var situasjonen da Kepler begynte sitt arbeid som keiserlig matematiker.
Begynnelsen til moderne astronomi
Utstyrt med Brahes tabeller over planetobservasjoner studerte Kepler kosmiske bevegelser og trakk konklusjoner ut fra det han så. Han var ikke bare usedvanlig dyktig til å gjøre beregninger. Han var også viljesterk og veldig nysgjerrig. Noe som vitner om hans utrolige arbeidskapasitet, er de 7200 kompliserte utregningene han fullførte mens han studerte tabellene med informasjon om observasjoner av Mars.
Og det var Mars som i første rekke tiltrakk seg Keplers oppmerksomhet. Et omhyggelig studium av tabellene avslørte at Mars beveger seg i bane rundt solen, men ikke i en sirkelbane. Den eneste omløpsformen som passet til observasjonene, var en elliptisk bane med solen i det ene brennpunktet. Men Kepler følte at nøkkelen til å forstå himmelrommets hemmeligheter ikke var Mars, men jorden. Ifølge professor Max Caspar «drev Keplers oppfinnsomhet ham til et snev av det geniale». Han brukte informasjonen i tabellene på en original måte. I stedet for å bruke dem for å utforske Mars, forestilte Kepler seg at han stod på Mars og betraktet jorden. Han regnet ut at jordens omløpshastighet endret seg omvendt proporsjonalt med avstanden fra solen.
Kepler forstod nå at solen ikke bare er midtpunktet i solsystemet. Solen fungerer også som en magnet som roterer rundt sin egen akse og påvirker bevegelsene til planetene. Caspar skriver: «Dette var en helt ny idé som hjalp ham framover i hans forskning og førte ham fram til oppdagelsen av hans lover.» I Keplers øyne var alle planetene fysiske legemer som ble styrt på en harmonisk måte av en samling konstante lover. Det han hadde lært om lovene for Mars og jorden, måtte gjelde for alle de andre planetene også. Han trakk derfor den slutning at hver planet beveger seg rundt solen i en elliptisk bane med en hastighet som varierer i forhold til dens avstand fra solen.
Keplers lover om planetbevegelsene
I 1609 utgav Kepler Astronomia nova, som er anerkjent som den første boken om moderne astronomi og som en av de viktigste bøkene som noen gang er skrevet om dette emnet. Dette mesterverket inneholdt Keplers to første lover om planetbevegelsene. Hans tredje lov ble offentliggjort i boken De harmonice mundi i 1619, da han bodde i Linz i Østerrike. Disse tre lovene forklarer det grunnleggende ved planetenes bevegelser: formen på en planets bane rundt solen, den hastigheten som en planet beveger seg med, og forholdet mellom en planets avstand fra solen og den tiden det tar å fullføre et omløp.
Hvordan reagerte de andre astronomene på Keplers tid? De forstod ikke betydningen av Keplers lover. Noen ble rystet og tvilte på det Kepler hadde kommet fram til. Og man kan kanskje ikke legge all skyld på dem heller. Kepler innhyllet sitt arbeid i en latinsk prosastil som var nesten like ugjennomtrengelig som skyene rundt Venus. Men tiden var på Keplers side. Omkring 70 år senere brukte Isaac Newton Keplers arbeid som grunnlag for sine lover om bevegelse og gravitasjon. I dag er Kepler anerkjent som en av de største vitenskapsmennene gjennom tidene — en som var med på å flytte astronomien ut av middelalderen og inn i den moderne tid.
Religionskrig i Europa
Den samme måneden som Kepler utarbeidet sin tredje lov, brøt trettiårskrigen ut. I løpet av denne perioden (1618—1648) ble Europa nesten helt ødelagt av religiøse drap og plyndringer, og Tyskland mistet en tredjedel av befolkningen. Heksejakt var utbredt. Keplers mor ble beskyldt for hekseri og unngikk så vidt å bli henrettet. Keplers lønn ved hoffet ble etter det som fortelles, utbetalt uregelmessig før krigen, men under krigen ble den knapt utbetalt i det hele tatt.
I hele sitt liv ble Kepler, en lutheraner, utsatt for religiøs forfølgelse og møtt med fordommer. Han ble tvunget til å forlate Graz — noe som innebar tap og vanskeligheter — fordi han nektet å bli katolikk. I Benátky møtte han flere som forsøkte å overtale ham til å konvertere. Men Kepler kunne ikke godta tilbedelsen av bilder og helgener; for ham var en slik praksis gjerninger som var av den onde. I Linz ble han utelukket fra nattverden fordi han var uenig med sine lutheranske trosfeller, som trodde at Gud er allestedsnærværende. (Se sidene 20 og 21 i dette bladet.) Kepler tok sterk avstand fra religiøs intoleranse; han mente at den harmonien som eksisterte blant planetene, burde komme til uttrykk blant menneskene. Han holdt seg til sine trosoppfatninger og led villig. «Det å lide sammen med mange brødre for religionens skyld og for Kristi æres skyld ved å utholde smerte og skam, ved å forlate sitt hus, sine åkrer, sine venner og sitt hjem — jeg hadde aldri trodd at alt det kunne være så tilfredsstillende,» skrev Kepler. — Johannes Kepler av Ernst Zinner.
I 1627 utgav han Tabulae Rudolphinae, som han betraktet som et av sine viktigste astronomiske verker. I motsetning til de bøkene han hadde utgitt tidligere, ble dette verket bifalt vidt og bredt, og det ble raskt uunnværlig for astronomer og navigatører. Kepler døde i november 1630 i Regensburg i Tyskland. En av Keplers medarbeidere sa at han til stadighet ble forundret over at Kepler hadde «en slik velbegrunnet viten og et slikt vell av kunnskap om de dypeste hemmeligheter». Det var virkelig en verdig hyllest til mannen som løste solsystemets gåter.
[Uthevet tekst på side 26]
Kepler er anerkjent som en av de største vitenskapsmennene gjennom tidene — en som var med på å flytte astronomien ut av middelalderen og inn i den moderne tid
[Uthevet tekst på side 27]
Kepler tok sterk avstand fra religiøs intoleranse; han mente at den harmonien som eksisterte blant planetene, burde komme til uttrykk blant menneskene
[Ramme på side 27]
Keplers syn på astrologi og hans teologi
Selv om Kepler etter hvert fikk en strålende omtale for sine oppdagelser innen astronomi, må det innrømmes at han var påvirket av datidens religiøse oppfatninger. Han skrev derfor mye om astrologi, selv om han avviste «mye av det man hevdet å vite om stjernenes innflytelse».
Han hadde også en sterk tro på kristenhetens treenighetslære. «En av de oppfatningene som han var sterkest knyttet til — bildet av den kristne treenighet symbolisert ved en geometrisk kule og følgelig ved den synlige skapte verden — gjenspeilte bokstavelig talt dette guddommelige mysteriet (Gud, Faderen:: i midten; Kristus, Sønnen:: omkretsen; Den hellige ånd:: rommet imellom).» — Encyclopædia Britannica.
Hva mente på den annen side sir Isaac Newton om treenighetslæren? Han fornektet den. Den viktigste grunnen til at han forkastet den, var at da han ville etterprøve det som stod i trosbekjennelsene, og det som var blitt sagt på kirkemøtene, fant han ikke noe støtte for læresetningen i Bibelen. Han trodde faktisk sterkt på Jehova Guds suverene overherredømme og på den underordnede stillingen som Bibelen viser at Jesus Kristus har i forhold til sin Far. * — 1. Korinter 15: 28.
[Fotnote]
^ avsn. 30 Se Vakttårnet for 15. oktober 1977, sidene 473—476.
[Oversikt/bilder på sidene 24 til 26]
(Se de trykte publikasjonen)
Keplers lover om planetbevegelsene
Keplers lover om planetbevegelsene er fortsatt anerkjent som begynnelsen til moderne astronomi. De kan oppsummeres slik:
1 Hver planet beveger seg i en elliptisk bane med solen i det ene brennpunktet
← Solen ←
↓ ↑
↓ ↑
Planet ● ↑
→ → →
2 Hver planet beveger seg raskere når den er nærmere solen. Uavhengig av planetens avstand til solen vil en linje mellom solens sentrum og planetens sentrum sveipe over like store arealer i like lange tidsrom
Planeten beveger seg hurtigere
Planeten beveger seg saktere
A ● B
↓ ↑
↓ Solen
A
↓
↓
● B
A
→
→
● B
Så hvis det tar like lang tid for planeten å bevege seg fra punkt A til punkt B i hvert av eksemplene, vil de skraverte arealene være like store
3 Den tiden det tar for en planet å fullføre ett omløp rundt solen, kalles planetens omløpstid. Kvadratet av en planets omløpstid er proporsjonalt med dens gjennomsnittlige avstand fra solen opphøyd i tredje potens
[Oversikt]
Planet Merkur
Avstand fra solen * 0,387
Omløpstid i år 0,241
Omløpstid2 0,058 *
Avstand3 0,058 *
Planet Venus
Avstand fra solen 0,723
Omløpstid i år 0,615
Omløpstid2 0,378
Avstand3 0,378
Planet Jorden
Avstand fra solen 1
Omløpstid i år 1
Omløpstid2 1
Avstand3 1
Planet Mars
Avstand fra solen 1,524
Omløpstid i år 1,881
Omløpstid2 3,538
Avstand3 3,540
Planet Jupiter
Avstand fra solen 5,203
Omløpstid i år 11,862
Omløpstid2 140,707
Avstand3 140,851
Planet Saturn
Avstand fra solen 9,539
Omløpstid i år 29,458
Omløpstid2 867,774
Avstand3 867,977
[Fotnote]
^ avsn. 61 Relativ avstand sammenlignet med jordens. Avstanden fra Mars til solen er for eksempel 1,524 ganger så stor som avstanden fra jorden til solen.
^ avsn. 63 Legg merke til at i denne tabellen er disse to tallene like eller nesten like for hver planet. Forskjellen øker jo lenger planeten er fra solen. En tid senere justerte Isaac Newton Keplers tredje lov i sin universelle gravitasjonslov og gjorde de nødvendige korrigeringene ved å ta med hver enkelt planets masse og solens masse i utregningene.
^ avsn. 64 Legg merke til at i denne tabellen er disse to tallene like eller nesten like for hver planet. Forskjellen øker jo lenger planeten er fra solen. En tid senere justerte Isaac Newton Keplers tredje lov i sin universelle gravitasjonslov og gjorde de nødvendige korrigeringene ved å ta med hver enkelt planets masse og solens masse i utregningene.
[Bilde på side 24]
Jupiter
[Bilde på side 24]
Copernicus
[Bilde på side 24]
Brahe
[Bilde på side 24]
Kepler
[Bilde på side 25]
Newton
[Bilde på side 25]
Venus
[Bilde på side 26]
Neptun
[Bilde på side 26]
Keplers teleskop og bøker
[Bilde på side 27]
Saturn
[Rettigheter]
Gjengitt med tillatelse av NASA/JPL/Caltech/USGS
[Bilderettigheter på side 24]
Copernicus og Brahe: Brown Brothers; Kepler: Erich Lessing/Art Resource, NY; Jupiter: Gjengitt med tillatelse av NASA/JPL/Caltech/USGS; planet: JPL
[Bilderettigheter på side 25]
Venus: Gjengitt med tillatelse av NASA/JPL/Caltech; planet: JPL
[Bilderettigheter på side 26]
Teleskop: Erich Lessing/Art Resource, NY; Neptun: JPL; Mars: NASA/JPL; jorden: NASA photo