Johannes Kepler

Koopia umbes 1610 maalitud Johannes Kepleri portreest
Suurenda
Koopia umbes 1610 maalitud Johannes Kepleri portreest

Johannes Kepler (27. detsember 1571 Weil der Stadt – 15. november 1630 Regensburg) oli saksa astroloog, astronoom ja matemaatik.

Teda tuntakse Kepleri seaduste (planeetide liikumise seaduste) järgi, mis on esitatud raamatutes "Astronomia nova", "Harmonices Mundi" ja õpikus "Koperniku astronoomia kokkuvõte".

Mõnikord nimetatakse teda esimeseks teoreetiliseks astrofüüsikuks. Carl Sagan nimetab teda viimaseks teaduslikuks astroloogiks.

Kepler tegi ka põhjapanevat tööd optika alal ning aitas legitimeerida avastusi, mille tegi teleskoobi abil tema kaasaegne Galileo Galilei.

Kepler oli Grazi seminarikooli (hilisem Grazi ülikool) matemaatikaõppejõud, keiser Rudolf II õuematemaatik ja Albrecht von Wallensteini õueastroloog. Nooruses oli ta Tycho Brahe abiline.

Sisukord

[redigeeri] Elulugu

Johannes Kepler sündis 27. detsembril 1571 vabas riigilinnas Weil der Stadtis. Praegu kuulub see linn Baden-Württembergi Stuttgardi piirkonda, asudes Stuttgartist 30 km lääne pool. Tema vanaisa oli olnud selle linna linnapea, kuid Johannese sündimise ajal ei käinud perekonna käsi hästi. Johannese isa oli palgasõdur ning kui Johannes oli 17-aastane, jättis isa oma perekonna maha. Johannese ema oli kõrtsmiku tütar ning ravitseja ja ravimtaimede tundja, keda peeti nõiaks ning hiljem süüdistati nõiduses.

Johannes sündis enneaegsena, mistõttu ta enda väitel oli nõrk ja haiglane laps. Vaimselt oli ta aga varaküps. Ta avaldas vanaisa kõrtsi külastavatele ränduritele muljet oma haruldase matemaatikaandega.

Astronoomia ja astroloogiaga tutvustati poissi varakult. Viieaastasena vaatles ta 1577. aasta komeeti. Selle kohta on ta kirjutanud: "ema viis mind kõrgele kohale seda vaatama". Üheksa-aastasena vaatles ta 1580. aasta kuuvarjutust. Ta kirjutab: "Mind kutsuti õue... See nägi välja päris punane." Lapsepõlves põetud rõuged kahjustasid Kepleri nägemist, mistõttu ta ei saanud ise vaadelda, vaid pidi piirduma arvutustega.

Koolis õppis ta väga hästi, kuid teda kiusati. Kepler pidas end füüsiliselt eemaletõukavaks. Arvatavasti sukeldus ta just üksinduses lohutust otsides mõtete ja religiooni maailma.

Kepler lõpetas grammatikakooli, ladinakooli ning alama ja kõrgema luterliku seminari ja asus 1587 Tübingeni ülikoolis teoloogiat õppima. Ülikoolis näitas ta end hiilgava matemaatikuna ning omandas oskusliku astroloogi maine.

Michael Maestlini käe all õppis ta nii Ptolemaiose maailmasüsteemi kui ka Koperniku maailmasüsteemi. Temast sai Koperniku süsteemi pooldaja ning ta kaitses üliõpilaste dispuutides heliotsentrilist maailmasüsteemi nii teoloogia kui ka teaduse seisukohast. Kuigi ta ise tahtis saada vaimulikuks, anti Keplerile soovitus matemaatika- ja astronoomiaõpetaja kohale Grazi protestantlikus koolis. Aprillis 1594 võttis ta selle koha 23-aastasena vastu.

Grazis hakkas Kepler arendama Koperniku süsteemil põhinevat originaalset teooriat, mille ta avaldas 1596 raamatus "Mysterium Cosmographicum" ("Kosmograafiline müsteerium").

Aprillis 1597 abiellus Kepler Barbara Mülleriga. Naine suri 1611 ning temast jäi järele kaks Johannese last ja üks laps varasemast abielust.

Detsembris 1599 kirjutas Keplerile Tycho Brahe, kes kutsus ta abiliseks Praha lähedale Benátkysse. Rangemaks muutuv vastureformatsioon, mis piiras protestantide usuvabadust ja poliitilisi õigusi, sundiski Kepleri 1600 Grazist lahkuma ja Tycho Brahe kutse vastu võtma. Kui Tycho Brahe suri, nimetati Kepler novembris 1601 Austria keisri keiserlikuks matemaatikuks. Sellel ametikohal oli ta kolme keisri teenistuses (1630. aastani).

Oktoobris 1604 vaatles Kepler supernoovat, mida kutsuti Kepleri täheks.

Jaanuaris 1612 keiser suri ja Keplerist sai Linzis provintsimatemaatik.

Aastal 1615 abiellus Kepler Susanna Ruettingeriga, kellega ta sai mitu last.

Aastal 1617 süüdistati Kepleri ema Leonbergis selles, et ta on nõid. Alates 1620. aastast oli ema 14 kuud vangis. Osalt tänu Kepleri koostatud kaitseargumentidele ei õnnestunud ema süüdi mõista ning ta vabastati oktoobris 1621. Viimasel korral, kui teda püüti panna üles tunnistama, kirjeldati talle elavalt, kuidas teda kui nõida piinama hakatakse.

15. mail 1618 avastas Kepler oma kolmanda seaduse (ta tegi selle avastuse juba 8. märtsil, kuid heitis selle idee mõneks ajaks kõrvale). Kohtuprotsessi ajal lükkas Kepler muud tööd (Tabulae Rudolphinae ja mitmeköitelise astronoomiaõpiku) edasi ning keskendus "harmooniateooriale". Tulemused avaldas ta 1619 raamatus "Harmonices Mundi", kus on sees ka Kepleri kolmas seadus.

Oma seitsmeköitelise astronoomiaõpiku viimase köite avaldas Kepler 1621. Selles võttis ta kokku oma varasemad tulemused ja laiendas neid. Teosel oli suur tähtsus heliotsentrilise maailmasüsteemi populariseerimisel. Aastal 1627 sai ta valmis Tabulae Rudolphina, kus olid täpselt välja arvutatud tulevased planeetide seisud ja mille järgi sai ennustada haruldasi astronoomilisi sündmusi.

15. novembril 1630 suri Kepler Regensburgis palavikku.

Aastal 1632 lõhkus Rootsi sõjavägi Kolmekümneaastases sõjas Kepleri haua.

[redigeeri] Uurimistöö

Nagu varasemad astronoomidki, uskus Kepler algul, et taevakehad liiguvad mööda täiuslikke ringjooni. Need mudelid olid kooskõlas vaatlustega ning Platoni mõttega, et sfäär on täiuslik kuju. Pärast 20 aasta pikkust arvutamist Tycho Brahe andmete põhjal jõudis Kepler järeldusele, et selline planeetide liikumise mudel ei ole vaatlusandmetega kooskõlas. Neid andmeid kasutades õnnestus Kepleril formuleerida Kepleri seadused, mille kohaselt planeedid ei liigu mööda ringjooni, vaid mööda ellipseid.

Kepleri platooniline universumimudel
Suurenda
Kepleri platooniline universumimudel

Kepler avastas planeetide liikumise seadused, püüdes nagu Pythagoraski leida taevasfääride liikumise harmoonia. Tema maailmanägemise kohaselt polnud juhuslik, et korrapäraste hulktahukate (platooniliste kehade) arv on ühe võrra väiksem kui teadaolevate planeetide oma. Olles omaks võtnud Koperniku süsteemi, hakkas ta tõestama, et planeetide kaugused Päikesest on antud korrapäraste hulktahukate sisesfääride raadiuste näol. Seejuures samastas ta viis platoonilist keha 5 intervalliga 6 teadaoleva planeedi (Merkuuri, Veenuse, Maa, Marsi, Jupiteri ja Saturni) vahel ning 5 klassikalise elemendiga.

1596. aastal avaldas Kepler Kosmograafilise müsteeriumi (Misterium Cosmographicum). Siin on katkend, mis näitab planeetide ja platooniliste kehade vahelist seost:

"... Enne kui universum loodi, ei olnud arve peale Kolmainsuse, kes on Jumal ise... Sest joon ja tasand ei eelda arve: siin valitseb lõpmatus ise. Vaatleme seepärast kehi. Kõigepealt peame kõrvaldama ebakorrapärased kehad, sest meid huvitab ainult korrapärane loomine. Jääb üle ainult 6 keha, kera ja 5 korrapärast hulktahukat. Kerale vastab taevas. Teiselt poolt, dünaamilist maailma esindavad 5 lamedatahulist keha. Neid on viis; kui aga vaadata neid piiridena, siis need 5 määravad 6 erinevat asja: siit kuus planeeti, mis tiirlevad ümber päikese. See on ka põhjus, miks on ainult kuus planeeti..."

"... Edasi ma näitasin, et korrapärased hulktahukad jagunevad kahte rühma: kolm ühes ja kaks teises. Suuremasse rühma kuulub kõigepealt kuup, siis püramiid [ tetraeeder ] ja lõpuks dodekaeeder. Teise rühma kuulub esiteks oktaeeder ja teiseks ikosaeeder. Sellepärast lahutabki kaht rühma universumi tähtsaim osa, Maa, kus Jumala nägu peegeldub inimeses. Sest nagu ma järgmisena olen tõestanud, peavad esimese rühma kehad olema väljaspool Maa orbiiti ja teise rühma omad seespool... Nõnda ma omistasingi kuubi Saturnile, tetraeedri Jupiterile, dodekaeedri Marsile, ikosaeedri Veenusele ja oktaeedri Merkuurile..."

Kepleri platooniline universumimudel
Suurenda
Kepleri platooniline universumimudel

Et oma teooriat esile tuua, kavandas Kepler suurejoonelise universumimudeli: kuubi sisesfäär on tetraeedri välissfäär; tetraeedri sisesfäär on dodekaeedri välissfäär; dodekaeedri sisesfäär on ikosaeedri välissfäär; ikosaeedri sisesfäär on oktaeedri välissfäär. Igal neist taevasfääridest on üks planeet, ja sfäär määrab planeedi orbiidi.

17. oktoobril 1604 vaatles Kepler erakordselt ereda tähe äkilist ilmumist Maokandja tähtkujus. Tähe ilmumine, mida Kepler kirjeldas raamatud De Stella nova in pede Serpentarii (Uuest tähest Maokandja jalas) andis tunnistust sellest, et kosmos ei ole muutumatu. Hiljem mõjutas see Galilei arutlusi. Seda tähte kutsutakse Kepleri täheks. Tegemist oli supernoovaga. Vahepeal ei ole meie Galaktikas vaadeldud ühtki objekti, mis kindlasti oleks supernoova, kuigi supernoovasid on vaadeldud teistes galaktikates.

Nagu ka traktaadis Misterium Cosmographicum, seostas ta 1619 ilmunud raamatus Harmonices Mundi Platoni kehad klassikalise arusaamaga elementidest: tetraeeder on tule kuju, oktaeeder on õhu kuju, kuup on maa kuju, ikosaeeder on vee kuju ning dodekaeeder on kosmose (eetri) kuju. Selline seos võib pärineda antiikajast, sest Platonil räägib dialoogis "Timaios", et universum asub hiiglaslikus dodekaeedris ning ülejäänud neli keha esindavad tuld, õhku, maad ja vett.

Kepleril ei õnnestunud siduda planeetide orbiite hulktahukatega. See-eest nimetati tema auks Kepleri kehadeks mittekumerad korrapärased kehad (näiteks tähekujulised dodekaeedrid), mida ta esimesena uuris.

Kepleri kõige suuremad saavutused tulevad sellest, et ta taipas, et planeetide orbiidid ei ole ringjooned, vaid ellipsid, mille ühes fookuses asub Päike. Selleni ta jõudis pärast seda, kui tal ei õnnestunud paigutada planeetide orbiite seosesse hulktahukatega. Loobudes täpsete vaatlusandmete sunnil oma lemmikteooriast, toimis ta tänapäeva teadlaste vaimus.

Kepler püüdis ka kirjeldada planeetide liikumist Päikeselt lähtuva magnetismisarnase jõu abil. Kuigi ta gravitatsiooni ei avastanud, oli ta nähtavasti esimene, kes püüdis kasutada universaalset seadust, mis käib nii taevakehade kui ka maiste kehade kohta.

Kepler uuris ka kombinatoorikat, geomeetrilist optimeerimist ning loodusnähtusi, näiteks lumehelbeid, pannes alati rõhku kujule ja konstruktsioonile. Samuti defineeris ta antiprismad.

[redigeeri] Kepleri seadused

Lähemalt artiklis Kepleri seadused

Kasutades Tycho Brahe tehtud väga täpseid Marsi asendi vaatlusi, sõnastas Kepler teostes "Astronomia nova" (1609) ja "Harmonices Mundi" (1619) planeetide liikumise kolm seadust, mida tänapäeval nimetatakse Kepleri seadusteks:

  1. Iga planeedi orbiit on ellips, mille fookuses on Päike.
  2. Planeedi raadiusvektor (orbiidi fookust ja planeeti ühendav sirglõik) katab võrdsetes ajavahemikes võrdsed pindalad.
  3. Planeetide tiirlemisperioodide ruudud suhtuvad nagu nende orbiitide pikemate pooltelgede kuubid.

Hiljem näitas Isaac Newton, et Kepleri seadused on rangelt matemaatiliselt tuletatavad ülemaailmsest gravitatsiooniseadusest.

[redigeeri] Teadusfilosoofiline tõlgendus

Induktsionismi seisukohalt paistab viis, kuidas Kepler tegi kindlaks planeetide orbiitide kuju, täiesti induktivistlikuna. Tycho Brahe vaatles hoolikalt Marsi asendeid ning Kepler tegi neid andmeid hoolikalt analüüsides järelduse, et Marsi orbiit on ellipsikujuline.

Artikliga seotud multimeediafaile Wikimedia Commonsis: