第九节 第谷与开普勒

哥白尼之后，为天文学的新进展做出最大贡献的是第谷、开普勒、伽利略、牛顿。

他们的努力使得天文学产生了质的突变：从此，天文学将牢牢奠基于科学观测以及基于科学观测基础上的科学理论，再也没有所谓什么是宇宙中心之类的臆想。

第谷 第谷是丹麦人，出身相当高贵，父亲叫奥托·布拉赫，是一个贵族兼高官，曾当过国王的枢密顾问，后来成为一座城堡的堡主，他有5个孩子，第谷是长子。

第谷，1546年生于丹麦斯卡尼亚的克鲁斯特鲁普，从小由叔叔养大，13岁时进入哥本哈根大学学习法律。不过年轻的第谷对法律的兴趣不大，二年级时有一天看到了日全食，这次日全食是按照天文学家们预言的日期出现的，这在当时已经不是什么难事了，却让年轻的第谷惊讶万分，从此迷上了天文学。1562年，他又转到了德国莱比锡大学，到莱比锡的第二年，他观察并记录了一次重要的天象——木星合土星，这也是他一生大量的天文观测记录之始。

也就是在这时，他发现实际观测到的土星和木星出现的日期竟比根据当时流行的《阿尔丰索星表》所推算出来的差了整整一个月！这让第谷大为震惊，遂决心献身天文学事业，做出更详细的观察，得到更精确的结论。这是1563年8月的事。

两年之后，他离开莱比锡，开始在欧洲各地游历，一边观察天象，一边学习天文学。这样游学的日子一直持续了多年，到1570年他才回到家乡。第二年，第谷的父亲死了。他获得了一大笔遗产。此后，他移居到了斯卡尼亚，在那里定居下来。这是1571年的事。

1572年，第谷看到了一个天文现象——超新星爆发。这是罕见的天文事件，因为这次超新星爆发比天空最明亮的金星还要亮。直到1574年初这颗新星消失为止，在长达一年多的时间里，他进行了详细的观察与记录。为此他还出版了《论新星》，对这颗新星做了系统的分析。后来，这颗新星被命名为“第谷超新星”。

这部著作的出版使第谷在欧洲天文学界声誉鹊起，成为著名的新锐天文学家。这时他接到了德国一个大贵族的邀请，准备去建造一座大型天文台。由于这时候第谷已经是丹麦最有声望的人物之一了，为了留住人才，丹麦国王弗里德里希二世便将位于丹麦海峡中一座名叫汶岛的小岛赐给了第谷，并拨出巨款助他在这里修筑了一座大型天文台。这是1576年的事。从此天文台就成了第谷的家，他生活在这座设施堪称当时全欧最先进的“天文堡”里，每天都辛勤地观测着天象。

第谷不但是一位最优秀的天文观测家，同时也是一位能工巧匠，他亲自设计巧妙的天文仪器，这些仪器许多都是他的发明，在当时无与伦比。靠着这一切，第谷的天文堡成了整个西方世界的天文学研究中心。

弗里德里希二世死后，由于继位的新王不重视天文学，对他的资助日渐减少，他只好转而寻求另外的帮助。他的寻求很快得到了回应，神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世答应支持他，于是，1597年，第谷离开生活了20多年的汶岛，这时他已经51岁了。他得到了神圣罗马帝国皇帝的青睐，被封为御前天文学家，得到了位于布拉格近郊的一座小山上的贝纳特屈城堡作为府第兼新天文台。

次年，他得到了一位新助手，名叫开普勒。第谷不久便发现了他超卓的才华，十分欣喜，知道自己的事业后继有人了。遗憾的是两人的观念常相冲突，关系一度颇为紧张。

1601年，第谷正准备全力投入新的天文观测时，忽然染病，仅仅10来天后，这场突袭而至的病魔便夺走了他的生命。是时，他年仅55岁。

此前，自知不久人世的第谷留下遗嘱，把所有天文观测资料赠送给开普勒，嘱托他将自己未竟之事业进行下去。

开普勒 开普勒是德国人，1571年生于德国符腾堡魏尔市的一个穷人家庭。由于是个早产儿，他体质很差，但从小就显示了过人的才智。靠着大公提供的奖学金顺利完成学业，并于1587年进入图宾根大学。

在大学里开普勒是一个出色的学生，仅一年之后就获得了文学学士学位，3年后又获得了文学硕士学位，随后进入神学院，同时一直在学习天文学。

1594年，开普勒应邀到了奥地利格拉茨，担任一所路德派高级中学的数学教师。在中学里，开普勒不断思索一些天文学与数学问题，特别是与哥白尼的日心说有关的问题。据说某一天他上课时突然想到了这样一个问题：为什么太阳只有6颗行星而不是7颗、10颗或者更多？还有，行星的轨道为什么大小会有变化？他将这些问题与欧几里得的几何学、毕达哥拉斯与柏拉图的哲学联系起来考虑，其结果就是《宇宙结构的秘密》，这是开普勒的第一本著作。

著作出版之后，开普勒将它们分送给他所尊敬的天文学家们，包括第谷，第谷详细地阅读了他的作品，发现了开普勒了不起的数学与天文学才华，便诚心诚意地邀请他前往自己所在的天文台去，与他一起研究天文学。开普勒欣然接受了，并于1600年到达第谷在贝纳特屈城堡的天文台。

最初，由于与第谷不能和谐相处，第谷也不肯向他开放观测资料，开普勒4个月后就走了，但后来又回到第谷身边。第谷张开双臂欢迎他归来，并且不再向他隐藏资料，还准备与他一起编订完整的星表。然而，第二年第谷突然病逝，临终前要求开普勒完成他们未竟之工作。第谷的逝世令开普勒深感悲伤，他有一种宿命感，认为他与第谷的相遇是上天注定的，像他自己后来所言：“上帝通过一种不可改变的命运把我同第谷联系在一起，即使我们发生了严重的分歧也不许我们分手。”

这段话根据他们的实际情况来看是符合事实的。他俩一个是天才的观测家，但在理论构建上不怎么在行；另一个则是天才的理论家，但在观测上也很一般。现在，当他们结合起来后，的的确确是西方科学史上的最佳拍档！

第谷去世之后，开普勒马上被任命为他的继承人，担任了皇家数学家和御前天文学家。经过长期研究与探索之后，开普勒于1609年出版了《新天文学》。在这本书里，开普勒提出了著名的开普勒行星运动定律：一、行星的运行轨迹是一个椭圆，太阳位于它的一个焦点。二、太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积相等。这两个定律又分别被称为“轨道定律”与“面积定律”。

这两个定律的发现对于天文学的意义几乎不亚于哥白尼的日心说，其创新性则更要超越日心说。我们知道，哥白尼的日心说虽然优越于地心说，然而日心说早在古希腊就有人提出过。而且，除了将宇宙的中心以地球代替太阳外，日心说其他内容与托勒密地心说并无本质区别，例如都认为行星的运行必须是正圆的轨道，运动也是匀速的。然而开普勒的运动定律根本性地否定了这些千年以来的传统观念：以轨道定律否定了圆形轨道，以面积定律否定了匀速运动。

基于此，也有人说文艺复兴时期天文学的伟大革新起源于开普勒而不是哥白尼，这种说法并不是全无道理的。

开普勒在布拉格工作的时间前后加起来长达11年，这11年也是他一生中成果最丰硕的岁月。然而，到了第11年，不幸又接踵而至。先是他6岁的儿子由于染上了天花不幸夭折，仅仅几个月之后妻子又患伤寒辞世。接着一直支持他研究的鲁道夫二世皇帝被迫退位，开普勒一下没了靠山。结果，在布拉格生活了11年之后，他被迫离开。他迁居到了奥地利北部的林茨，这是1611年的事。1619年，他又出版了《宇宙和谐律》，在这本书里他提出了关于行星运动的第三定律：所有行星公转周期的平方与它到太阳之间距离的立方成正比。这也就是说，对于每颗行星，其公转周期与到太阳之间的距离之比乃是一个常数。如此，开普勒就在时间与距离之间建立了巧妙的联系，结合上面的轨道定律与面积定律，开普勒终于完成了对于行星运行规律的描述。

开普勒最后一项伟大成就是完成了《鲁道夫星表》。原来，早在第谷还在世时，他给自己定出的最重要的使命就是编出一张完整的星表，以替代原来不准确的老星表。他去世前嘱托开普勒完成的主要工作也是这个。后来由于种种原因，开普勒一直未能完成这项工作，直到现在，第谷已经去世20年了，在皇帝的敦促之下，开普勒才开始全力从事这项艰巨的工作。经过7年努力，《鲁道夫星表》终于完成，并于同年在德国乌尔姆出版。其名字来源于支持第谷与开普勒研究事业的鲁道夫二世。这个星表无疑是到那时为止最为精确的星表，它是第谷与开普勒共同努力的结晶，其精确度之高使它到现在还有利用的价值。

1628年，应帝国扎甘地方的统治者冯·华伦斯坦的邀请，开普勒携家眷到达扎甘。然而不久华伦斯坦自己也败落了，当然不能资助开普勒，开普勒的生活日益贫困。

1630年，开普勒病逝，时年59岁。