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标题: 开普勒发现第三定律的的故事 [打印本页]

作者: 跳跳雨 时间: 2010-10-13 19:58
标题: 开普勒发现第三定律的的故事
从相关文章资料中剪辑.

1609年，现代天文学奠基石的开普勒第一、第二定律总算正式问世。

      之后,开普勒经历了艰难辛酸日程,1611年——那个最使开普勒辛酸的年头。这年2月29日，他最心爱的小女儿夭折；3月24日，政变部队拥进首都，他的靠山鲁道夫皇帝不久身亡；7月8日，他的夫人去世……而新皇帝不喜欢他，他只好离开首都来到多瑙河边的一个叫林茨的小城里，在这个小地方任数学教师。家破人亡，靠山倒台，他的境遇十分艰难。恩人鲁道夫死了，但以他的名字命名的《星表》还未编成。开普勒在研究火星轨道问题时，心中无时不在惦念着第谷托付的《鲁道夫行星表》。他本想隐居此地埋头整理《星表》，但是1618年开始了一场“三十年战争”。整个国家政局不稳，宗教斗争严重，炮火连天，哀鸿遍野。他的薪水总是一再欠拖。他穷得连一个助手也雇不起。虽然第谷的那些资料，倒是都已在他的手中，底谷的女婿也家境败落顾不上来找他捣乱纠缠,可是身无分文，连那个他视为知己的伽利略，近来也拒绝与他通信了……
   这天早晨，他凭桌傍窗而坐，望着窗外多瑙河面上粼粼水波，不觉犯了愁思，直瞅着那河，像个木头人似的呆坐了很久。过去是决没有这种情况的，只要一靠近桌子，就像磁石见铁一样埋头写作、计算，而近来他有说不出的烦躁和凄凉。他这个数学家已名存实亡。他这样对着多瑙河想了一番心事，叹了几口气，也无可奈何，又提起笔，对着第谷留下的那一堆数字去动脑子。
   行星是在作着椭圆运动，但是它们绕太阳一周到底要多少时间，为什么有的快，有的慢呢？这茫茫宇宙是无法丈量的。多病、穷困但又十分聪明的开普勒想出了一个妙法，它将人们最热悉的地球到太阳间的距离R定为1，地球绕太阳的公转周期T是1年，这样以此为标准，再换算其他行星的周期和距离，便得到这么一堆数字：

　　行星　T　　R　　
　　水星 0.241　0.387
　　火星　1.881　1.524
　　金星 0.615　0.723
　　木星　11.862　5.203
　　地球 1.000　1.000
　　土星　29.457　　9.539　

　　他们之间到底有甚么联系？开普勒看来看去，这些数字四散在桌子上，它们之间就像多瑙河里的鱼，桌上的蜡与天花板上的尘土一般，看不出一点的联系。但是开普勒坚信宇宙是一个和谐的整体。他和数学家毕达哥拉斯一样，认为世间一切物体都有一定的和谐的数量关系。于是他使将这一堆数字互加、互减、互乘、互除、自乘、自除，翻来倒去，想碰碰能否发现它们之间的规律。这样变了一阵“魔方”，但终究还是乱麻一团。

大约有很多日子，他就这样，一直在乱麻堆里寻求和谐。现在出入书房送茶倒水侍候他的，自然已不是先前那位跟着他吃尽苦头的贵族出身的夫人了，而是一位年龄与他相差甚大的少妇。原来，开普勒的原配夫人死后，由于他的名望，立即有11位姑娘来做他的夫人候选人。这个极讲和谐的科学家选夫人却也有趣。他自知自己瘦削，所以第一个高大强健的女子便被淘汰；第二个矮胖女人也不在入选之列；直到最后，他选了一位不高不矮，身体略瘦的木匠的女儿。他选结婚的日子，也很特殊，得在“天文学的精灵藏匿不见的月蚀那一天”。1613年10月30日他们终于完婚（其实由于计算不准，这日子比月蚀晚两天）。从此，在开普勒绞尽瑙汁追求天体和谐的日日夜夜里，就是这位与他的体形、性格都和谐的年轻夫人服侍着他。

   一天早晨，红日照进书房，一夜没有离开桌子的开普勒正把头埋在稿纸堆里，夫人轻轻走了进来，先吹灭桌子的蜡，又伸手去推窗户。突然开普勒霍地从椅子上弹了起来，一把拉住夫人，“啊，我亲爱的，我找见了，我发现了。感谢上帝将你赐给我，我们是这样的和谐，宇宙是这样的和谐。啊，发现了！弄清了！”他说着甩开夫人，自己上去一把推开窗户．多瑙河上带有雾气的凉风吹了进来，拂动他蓬乱的头发。妻子以为他累疯了，忙喊：“开普勒，亲爱的，你怎么了？”开普勒甚么也不说，忙将一张纸片递给妻子，这张纸上是这样几行数字：

　　行星　T　　　R　　　T2　　R3
　　水星 0.241　0.387　0.058　0.058
　　金星 0.615　0.723　0.378　0.378
　　地球 1.000　1.000　1.000　1.000
　　火星 1.881　1.524　 3.54　 3.54
　　木星 11.862 140.7　140.7　140.7
　　土星 29.457 867.7　867.7　867.7

　　木匠的女儿自然不懂这些数字。但是现在我们却可以看出最后两列数字一模一样。开普勒做了那么多加减乘除之后，终于碰着了天体上的一个电钮，漆黑的宇宙在他的眼前忽然大放光彩。原来行星绕太阳运转时，其运转周期的平方等于它与太阳间平均距离的立方：T2＝R3。这就是后来所称的 "开普勒第三定律"  。这是一个天文史上极伟大的发现，开普勒的“和谐“思想找到了根据，它说明太阳与其他行星决不是一室乌合之众，而是一个极严密的系统－太阳系。

　　再说开普勒的妻子将这张纸片拿在手里正不知何意，却见开普勒不言不语，早伏在案头，又奋笔写起他的笔记：
　“…这正是我十六年以前就强烈希望探求的东西。我就是为这个而同第谷合作……现在我终于揭示出它的真相，认识到这一真理，这已超出我的最美好的期望。大事告成，书已写出，可能当代就有人读它，也可能后世才有人读它，甚至可能要等一个世纪才有读者，就像上帝等了六千年才有信奉者一样，这我就管不着了。”
   正是:
耗尽心血流尽汗，踏破铁鞋翻群山。十年求得一个数，浸卷稿纸喜若癫。

   普勒写完这段话，把笔一甩，拉着妻子，便推门向外跑去。阳光灿烂，清风徐徐，多瑙河波光粼粼。他惊讶地发现大自然这样美好。多少年来，他一直是在黑洞洞的宇宙里探索，今天才有空儿留心一下自己所生活的地球，所傍依多年的多瑙河。开普勒将他的“第三定律”等成果写成一本书《宇宙谐和论》于1619年出版。开普勒发现的这三条定律可真是非同小可，它使那杂乱的宇宙星空顿然井井有序，开普勒自己也被后人誉为天空立法者。

  为了便于记亿这三条重要规律，单有一首打油诗唱道：

　　第一定律限面积，第二定律画椭圆，周期半径归第三，天上从此再不乱。

　　发现第三定律后，开普勒一生的最后目标便是赶快完成《星表》了。但是战乱不断，他只好离开林茨，坐船逆多瑙河而上来到雷根斯堡，然后将妻儿留在那里，一人到乌尔姆组织印刷，后来又举家迁到萨冈。1627年，他将这本书的样本送给皇帝。他在致皇帝的呈词中这样倾诉自己的辛酸：“……经过二十六年的艰辛完成了奉献给陛下的这部著作…，我能说些甚么呢？我就像一个坐着一艘外国轮船的人一样，船在那儿靠岸我也只能在那儿上岸。仅此而已，别无他求。”1629年，这部《星表》终于开始印刷，但是开普勒这时已经穷得揭不开锅了。这天晚上，他把家人叫到一起，说：“我这一辈子研究天体，总算找到了他们和谐关系，可地球上总是这样乱哄哄的。我虽然有发现，有著作，可是现在却没有能养活你们的面包。我这一生的研究就到此为止了。明天一早，我就离开这里到林茨去，去给你们寻饭吃。那是我生活了多年的地方，那里的国会还欠我一大笔薪金，他们总不能这样拖到我死才还吧。你们在家里安心等着，我去些日子就会回来。”说完，他特别把他的女婿，也是他最信任的助手巴尔奇叫到跟前：“孩子，这是我过去写的两行诗，假如我死去不能再归，就请用它做我的墓碑碑文吧。”这两行诗是：

　　我欲测天高，现在量地深。上天赐我灵魂，凡俗的肉体安睡在地下。

　　第二天全家人泣涕而别。

　　11月初，开普勒到达雷根斯堡。三天后，他突然发烧，在大路旁的一间小旅馆里，这位会使天上的众星都俯首听命的伟人就这样在孤独和饥饿中死去。这天是公元1630年11月15日。

作者: axcqy 时间: 2010-10-13 20:00

作者: 跳跳雨 时间: 2010-10-13 20:03
百科词典:
开普勒第三定律（Kepler's third law of planetary motion）是指绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其周期的平方与椭圆轨道半长轴的立方之比是一个常量。　开普勒第三定律也称调和定律。1619年，开普勒（Kepler）出版了《宇宙的和谐》一书，在书中介绍了第三定律。表达形式　　若用R代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，则　　（R^3)/(T^2)=k=GM/(4π^2)（M为中心天体质量）　　比值k是一个与行星无关的常量,只与中心体质量有关, M相同则K值相同. 　　R1:R2=(T1:T2)^2/3 　　T1:T2=(R1:R2)^3/2 　　下图既推导出的公式, a为是行星公转轨道半长轴,T是行星公转周期,K既是比例常数.推导过程把星球作的运动看成圆周运动...

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