第3章 开普勒：太空立法者（1571.12.27）

自古以来，人类一直梦想进入太空，可打开太空大门的钥匙在何方？人类苦苦寻找。伟大科学先驱开普勒提出行星运动三定律，奠定了天文学的基础，指明了天体力学的方向，对人类探索宇宙产生了重大而深远的影响。

1571年12月27日，开普勒出生于德国斯图加特。他曾在奥地利一神学院教授数学和天文学，后应第谷·布拉赫邀请，到布拉格天文台工作，观测到一颗超新星，后称“开普勒超新星”。

在天文研究中，开普勒发现古代天文学家和老师布拉赫的大多数天文星图、天文观测和理论都是唯心的、错误的和荒谬的。1596年，开普勒出版了《神圣的宇宙奥秘》一书，开始了宇宙学的探索。他挑战公认的亚里士多德和托勒密的“地心说”理论和地心模型，支持哥白尼的“日心说”理论，是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、奠定天文学基础的科学家。

老师布拉赫逝世后，开普勒总结他的观测资料，在1609年发表了伟大的科学著作《新天文学》，提出两个行星运动定律。

行星运动第一定律认为：每颗行星都在一个椭圆轨道上绕太阳运转，而太阳位于这个椭圆轨道的一个焦点上。

行星运动第二定律认为：行星运行离太阳越近，速度就越快。行星的速度以这样的方式变化。

科学就是追求真实。1618年，开普勒发表了行星运动第三定律：行星距离太阳越远，速度就越慢，运行周期就越长。这是开普勒第一次准确描述椭圆轨道和行星围绕太阳运动的规律，简单而精确地推算出行星的运动，基本上建立了科学的天体力学。

科学就是追求完美。根据当时哥白尼的天文学理论，行星轨道都是正圆形的。开普勒第一个进行火星轨道的详细计算，认为大多数行星轨道都是椭圆形，并推断那些远离太阳的其他天体，也运行在椭圆轨道上。

科学就是追求真理。开普勒的行星运动定律，引起其他天文学家的质疑和反对。几十年后，科学巨人牛顿用微积分和几何方法证明：根据一定的理想条件，开普勒的行星运动定律完全正确。最终，开普勒的行星运动定律成为现代天文学和天文物理学的基础和重要部分。

科学是在探索、实验、分析甚至论战中诞生的。1619年，开普勒的《和谐的宇宙》一书出版，以数学的和谐性探索宇宙，为天文学做出了巨大贡献。

而开普勒望远镜、开普勒定律和开普勒猜想，不仅给数学、天文学打开了一扇科学之窗，也打开了一个真实的和想象的宇宙空间。牛顿在描述自己科学成就时说：“如果说我比别人看得远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。”开普勒无疑是站得最高的巨人，他为后来的人造卫星、宇宙飞船、航天飞机、探测器和空间站等航天器的太空飞行指明了方向，科学史家和航天学家称他为“太空立法者”。