johannes kepler (1571. - 1630.)

      Johannes Kepler, prvi teorijski astrofizičar i posljednji znanstveni astrolog, kako ga je nazvao Carl Sagan, svojom pojavom je označio pravu prekretnicu u povijesti znanosti. Pionirskim radom na mnogim područjima fizike, astronomije i matematike udario je temelje mnogim znanstvenim disciplinama. No, danas je ipak najpoznatiji po otkriću tri zakona planetarnih gibanja koja čine osnovu nebeske mehanike, a nose njegovo ime.

djetinjstvo i školovanje

      O Keplerovom životu mnogo se saznaje iz horoskopa koje je sam za sebe izrađivao. Rođen je 27. prosinca 1571. godine u gradiću Weilu kraj Stuttgarta u Njemačkoj. Imao je poprilično nesretno djetinjstvo. Oca Heinricha, profesionalnog vojnika i plaćenika, koji je napustio svoju obitelj kad je Johannesu bilo svega pet godina, opisao je kao "opakog, nepopustljivog i svadljivog čovjeka kojemu je pisano da će loše završiti". Ni prema majci, koja se inače bavila travarstvom i liječenjem ljekovitim biljkama (između ostalog je i zbog toga kasnije bila optužena da je vještica), nije bio puno blaži kad je napisao da je "tračara, svadljivica i stalno mrzovoljna".

      Pošto je rođen kao nedonošće, Kepler je uvijek bio boležljiv i slab. Prebolio je mnoge i raznolike bolesti; najteža tjelesna oštećenja na njemu su ostavile male boginje. Patio je i od izražene slabovidnosti koja mu je onemogućavala da promatra nebeske pojave kojima se teorijski bavio cijeli život.

      Iako tjelesno slab, od ranog je djetinjstva pokazivao velik intelekt i nadarenost. Zato je dobio priliku školovati se, unatoč tome što je potjecao iz siromašne obitelji koja mu to nije mogla priuštiti. U ono je vrijeme jedina mogućnost da siromašan mladić poput Keplera stekne solidno obrazovanje bila da se školuje za svećenika. Pa je tako on i učinio! Studirao je teologiju na Sveučilištu u Tübigenu i već kao student došao na glas odličnog matematičara i astrologa. Tamo se upoznao i s Ptolomejevim i Kopernikovim sustavom, te je od samog početka stao na stranu heliocentrizma. Iako je bio jako religiozan, Kepler nije želio postati svećenikom, te je zato rado prihvatio predavačko mjesto u Protestantskoj školi u Grazu odmah po završetku studija.

godine u grazu

      U Grazu se Kepler i nije baš pokazao kao dobar predavač. Zahvaljujući svojoj bujnoj i nekontroliranoj mašti, na predavanjima je (pre)često skretao s teme, posvećivao puno pozornosti nevažnim detaljima koji su bili nejasni i nezanimljivi studentima, zbog čega im je bio poprilično nerazumljiv i smiješan. To nikako nije pridonijelo njegovoj popularnosti, a ni popularnosti njegovih satova matematike. Tako je prve godine imao malo studenata, a kako se glas među njima očito brzo širio, već sljedeće godine nije imao niti jednoga. Dalo bi se naslutiti da je zbog toga uprava škole bila nezadovoljna Keplerom, no upravo suprotno, dodijelili su mu još dva predavanja, retoriku i čitanje Vergilija. Dodatnu zaradu (i to vrlo dobru!) Kepleru je osiguralo sastavljanje godišnjih horoskopa i kalendara.

keplerovo viđenje sunčevog sustava - platonova tijela

      Dok je radio u Grazu, razvio je svoju kozmološku teoriju temeljenu na heliocentrizmu, te ju je objavio 1596. godine u djelu Mysterium Cosmographicum. Keplera, koji je duboko vjerovao u brojevne odnose u prirodi i povezanost između geometrije i svijeta, mučilo je kako može postojati šest (tada poznatih) planeta, kad je samo pet platonskih tijela (tj. pravilnih poliedara - tijela sastavljenih od stranica jednakih ploha). Došao je na ideju da se svemir sastoji od koncentričnih Platonovih tijela (redom: oktaedar, ikosaedar, dodekaedar, tetraedar i kocka), a da su između njih praznine u kojima se gibaju planeti.

      Godine 1600. Kepler je morao napustiti Graz zbog vjerskih razloga, te je na poziv znamenitog danskog astronoma Tycha Brahea, dvorskog matematičara cara Rudolfa II. u Pragu, otišao u Prag i postao Braheov asistent.

rad s braheom

      Kepler vjerojatno nikada ne bi došao do svojih znamenitih zakona da nije imao priliku raditi s Tychom Braheom, ili bolje rećeno, s Braheovom, za ono doba, nevjerojatno točnom bazom podataka o položajima planeta.

ostaci keplerove supernove SN1604 (Chandra X-Ray Observatory)

      Po dolasku u Prag, Kepler dobiva zadatak s kojim su se stariji Braheovi asistenti bezuspješno mučili - određivanje putanje Marsa. Kepler je tom prilikom izjavio da će taj problem riješiti, i to za samo osam dana. I riješio ga je, no za to mu je ipak trebalo šest godina!

      Ubrzo nakon Keplerova dolaska u Prag, umro je Tycho Brahe, a Kepler ga nasljeđuje na mjestu dvorskog matematičara. Time je naslijedio i rezultate Braheovih mjerenja, ali i obavezu da sastavlja carske horoskope i dovrši Rudolfinske tablice (detaljne tablice položaja planeta koje je Brahe započeo izrađivati). Uz to, Kepler se bavio optikom, kombinatorikom, kometima, porijeklom sniježnih pahuljica (to je prvi poznati rad o toj temi!), točnim datumom Kristova rođenja, nekonveksnim pravilnim tijelima (poznatima i pod nazivom Keplerova tijela)... Godine 1604. promatrao je supernovu u zviježđu Zmijonosca (Ophiucus), kasnije nazvanu Keplerovom zvijezdom; to je poslijednja promatrana supernova u našoj galaksiji.

tri zakona planetarnih gibanja

      Na temelju mnogobrojnih podataka koji su mu bili na raspolaganju, Kepler je htio usavršiti svoju kozmološku teoriju, no nalazio je na mnoge poteškoće, te ju je naposlijetku bio prisiljen odbaciti. Po tome se vidi zašto se Kepler često navodi kao jedan od najsistematičnijih znanstvenika u povijesti. Godinama je na stotinama stranica računao teoretske položaje planeta i nikada se nije zadovoljavao nepotpunim podudaranjem svojih proračuna i promatranja. Ako mu se teorija ne bi savršeno uklopila u rezultate promatranja, odbacio bi ju i krenuo tražiti druga rješenja. U tome je pokazivao veliku upornost i često se kaže da je za svaki dobar korak napravio tri kriva, ali je taj jedan bio toliko dobar da mu se krivi opraštaju.

      Kepler je, poput svih astronoma onog vremena, vjerovao da putanje planeta moraju biti kružne, no pošto tako nikako nije dobivao točne rezultate, nevoljko je pokušao razviti model s nekružnim orbitama. I uspio je! Godine 1606. je završio, a 1609. objavio u djelu Astronomia Nova teoriju po kojoj su putanje planeta elipse, a Sunce je u jednom od žarišta elipse. Tu tvrdnju danas nazivamo prvim Keplerovim zakonom. U istom djelu objavio je i svoj drugi zakon koji nam govori da radijvektori planetnih putanja u jednakom vremenu opisuju jednake površine, tj. da se planeti gibaju brže kad su bliže Suncu nego kad su udaljeniji.

ilustracija 2. keplerovog zakona - planet svaku označenu površinu prijeđe u jednakom vremenu

      Između objavljivanja prva dva i trećeg Keplerovog zakona prošlo je deset godina opsežnog znanstvenog rada. U međuvremenu, Kepleru su umrli žena i dijete, zbog vjerskih sukoba u Pragu preselio se u Linz, ponovno oženio, spasio majku od mučenja i slanja u samostan zbog optužbe da je vještica…

      U djelu Harmonices Mundi izdanom 1619. god. iznio je svoj treći zakon, zakon perioda, koji kaže da se kvadrati ophodnih vremena planeta odnose kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od Sunca.

      Zanimljivo je spomenuti da je Kepler iznio još jednu, i to vrlo neobičnu teoriju po kojoj planeti, dok se gibaju oko Sunca, emitiraju nešto poput glazbenih tonova, a jakost tona je proporcionalna brzini kojom se planet giba.

poslijednje godine

      Nekoliko godina nakon što je završio svoj najopsežniji projekt, Rudolfinske tablice, Kepler je pao na niske grane i bavio se isključivo sastavljenjem horoskopa i tiskanjem efemerida (tablica položaja planeta koje su uglavnom služile drugim astrolozima za pisanje horoskopa). Uputio se na put u Ratisbonn kako bi utjerao dug od cara, no pritom je obolio od groznice i umro 15. studenog 1630. god. Dvije godine kasnije, švedska vojska mu je u svom pohodu prilikom Tridesetogodišnjeg rata razorila grob.

keplerov značaj

      Unatoč mnogim neznanstvenim i mističnim pogledima i idejama, doprinos Johannesa Keplera astronomiji i fizici je neupitan. Njegovi zakoni su bili prvi jasan dokaz u prilog heliocentrizma. Unatoč činjenici da nikada nije otkrio dublje razloge svojih zakona, ipak je imao predodžbu o sili pod čijim se utjecajem planeti gibaju. Ispravno je pretpostavio da ta sila potječe od Sunca, no zakoni gibanja još nisu bili dovoljno poznati, niti je pojam sile bio dovoljno jasan da bi mogao dobiti konkretnu sliku o prirodi te sile. Pedesetak godina nakon njegove smrti, Isaac Newton je u svojim aksiomima mehanike i zakonu univerzalne gravitacije iznio teorijsku podlogu Keplerovih empirijskih zakona.

Antonija Oklopčić, 13.1.2007.