約翰尼斯·開普勒(1571~1630),出生在德國的威爾德斯達特鎮,世界著名的天體物理學家、數學家、哲學家。他首先把力學的概念引進天文學,他還是現代光學的奠基人,製作了著名的開普勒望遠鏡。他發現了行星運動三大定律,為哥白尼創立的“日心說”提供了最為有力的證據,也是繼哥白尼之後第一個站出來捍衛日心學說的人,他的理論為半個世紀後牛頓萬有引力定律的發現奠定了基礎,是一位在天文學方麵有突出性成就的人物,有著“天空立法者”的美譽。
誰也不會想到,世界著名的天文學家開普勒竟然是一個十分不幸的人:一個早產兒,體質很差;在童年時代遭遇了很大的不幸,四歲時患上了天花和猩紅熱,高燒不止,雖僥幸死裏逃生,身體卻受到了嚴重的摧殘,視力衰弱,一隻手半殘,還是一個走路都不正常的跛子……即使這樣,上帝還沒有放棄對他的折磨。這個出生在德國威爾德斯達特鎮貧民家庭的可憐孩子在好不容易進入大學以後,新的不幸又降臨到他身上了,父親病故,母親因被指控有巫術而入獄。生活的不幸並未使他中止學業,身殘誌堅的開普勒反而加倍努力學習,憑借驚人的毅力和刻苦精神,在天文學老師馬斯林的影響下,開始研究天文學。
大學畢業後,開普勒獲得了天文學碩士的學位,被聘請到格拉茨新教神學院擔任教師。後來,由於學校被天主教會控製,開普勒離開神學院前往布拉格,與卓越的天文觀察家第穀一起專心地從事天文觀測工作。正是第穀發現了開普勒的才能。在第穀的幫助和指導下,開普勒的學業有了巨大的進步。雖然,開普勒視力不佳,近視又散光,但是借助工具,仍能頑強地堅持觀測天象。
有一天,他忽然想:星星們一定是在各自的軌道上運行的,否則雜亂無章的天體不就撞成一團了嗎?那麼,天體之間的運行又有什麼規律呢?他決定探究出其間的“奧秘”。
開始,開普勒把宇宙中的天體想象成一個幾何結構模型。於是,他反複計算、分析,並以火星為對象,共進行了七十多次的計算,設計它的運行軌道,可是每次都與實際觀測的數據相差0.133度。
“為什麼會出現這樣的問題呢?”
他苦思冥想,終於悟到,自己把火星運行軌道假設成圓形的,事實上,火星運行的軌道是橢圓形的。這樣,他的計算結果與實際觀測的數據正好吻合。他也成了第一個從理論上計算出火星運行軌道的人,他的這一發現被稱為“開普勒第一運動定律”,即“行星沿橢圓軌道繞太陽運行,太陽處於焦點之一的位置”。這個重大發現把哥白尼學說向前推進了一大步。
當開普勒搞清楚火星運行軌道以後,立即著手編製火星運行表,並進一步觀察它的運行情況。接著,他又發現,火星運行速度雖不均勻(最快時在近日點,最慢時在遠日點),但從任何一點開始,在單位時間內,向徑掃過的麵積卻是不變的。即火星離太陽越近,運動得越快,相反,則越慢。這樣就得出了關於行星運動的第二條定律——開普勒的第二運動定律:行星的向徑,在相等時間內掃過相等的麵積。開普勒還指出,這兩條定律也適用於其他行星和月球的運動。
10年後,開普勒在經過無數次計算、無數次的失敗之後,1612年,他終於揭開天體運動的另一條規律,即開普勒第三運動定律:行星公轉周期的平方和它軌道長軸的立方成正比。
開普勒的行星運動三大定律,揭示了天體運行不互相“撞車”的奧秘。所以,人們稱他是“天空的立法者”。
開普勒一生飽受疾病、貧困、情感的折磨,身患殘疾,結過兩次婚,有12個孩子,經濟十分困難,還要花費大量的時間設法使母親在不受拷打的情況下獲得釋放,這一切都沒有阻止他對科學的研究。通過對天體的長期觀測和研究,他提出了行星運動的三大定律,大大地豐富和發展了哥白尼的日心說,從數學和物理學角度證明哥白尼學說的正確性,從而使它更加接近真理。同時,行星運動三大定律首次定量地揭示了行星運動速度變化和軌道的關係,而運動速度變化又直接和作用力相聯係,這個重大發現奠定了天體力學的基礎。
1630年,開普勒離開人世。後來,他的墳墓在戰爭動亂中被毀,但是他的行星運動定律卻是宇宙間一座永恒佇立的紀念碑。
事業無成會有各種各樣的原因,既有主觀的,也有客觀的。雖然客觀因素會對事業產生一定的影響,但是不起關鍵作用,真正有決定意義的是主觀因素,也就是人的毅力、學問、素養等等。“殘疾人”開普勒能夠發現行星運動三大定律,在天文學上取得傑出的成就,揭示了許多偉人成功的真諦,值得我們深思。