Question

宇宙中天体运行规律是什么？哥白尼的答案是错的，开普勒给出正解

Answer 1

在哥白尼提出“日心说”以前，“地心说”统治了人类数千年。正是从哥白尼开始，人类才逐渐对天体运行及其规律有了正确的认识。古人观天象，发现太阳自东而升，自西而落，星空日隐夜现，就觉得日月星辰都是围绕着地球运转的，因此普遍认为地球就是宇宙的中心。其实这种说法是不正确的。

哥白尼的日心说在近代科学发展史上具有重大的革命意义以及非同一般的影响，它不仅仅是发现了古人没有发现的新的天体现象，还在于它解释了天体运行的规律时独特的角度。正是这种角度的确立昭示了现代科学，甚至现代理性主义的诞生。哥白尼描绘的太阳中心的太阳系天体现象，是人类至今也没有实在地观察到的。那是只有到太阳系之外的某个地点才能实地地观察到的现象，而人类至今也并没有能够离开太阳系。也可以说，哥白尼描述的太阳系，是只有“上帝”才能观察到的景象——从某个超越的观察点观察到的景象。

但由于受到 历史 条件的限制，这一理论也存在着不可避免的缺点和错误。譬如说，哥白尼认为行星运动的轨道是圆形的，因为轨道应当是“完美的”，而只有圆形才是最完美的，所以，行星围绕太阳运动的轨道是圆形的。这完全是一种主观猜测，并无事实根据。大约66年后，德国天文学家开普勒纠正了哥白尼学说中的这一错误观点。

开普勒1571年生于德国南部的一个叫威尔的小镇，他中学毕业后就考入了蒂宾根学院。在那里，他接受了麦斯特林教授的观点。麦斯特林信奉哥白尼主义，所以，他常将日心说的观点也灌输给了自己的学生。开普勒勤奋好学，经常向老师提问，于是引起了麦斯特林的注意，并获得了他的赏识。开普勒和老师的关系非常好，他经常拜访老师，而麦斯特林则时常为开普勒详细讲述行星绕太阳运行方面的知识。这样，开普勒渐渐成了日心说的拥护者，他很钦佩哥白尼的学识和勇气。天体运动看起来杂乱无章，但哥白尼却从中找到了简单明了的规律，这一点尤其令开普勒敬佩。

1600年，开普勒应邀来到布拉格，同第谷一起研究火星运动。1601年，第谷去世，留下了大量观测资料，开普勒利用这些资料继续研究火星的运动。按照传统哲学的定义，匀速圆周运动是最为完美和理想的运动。开普勒根据这一观点来计算火星在其运动轨道上的位置。经过无数次计算，其结果总是与第谷的观测结果有出入，至少差8分以上。受条件限制，当时的观察精度不高，因此，这不能算是一个很大的误差。开普勒熟知第谷一丝不苟的研究态度，因此认为老师的观测数据必定没有问题，误差一定是自己的计算问题。他决心找出误差产生的真正原因。

开普勒坚持不懈地潜心分析，终于观察到火星的运行轨道并非圆形，这与哥白尼所持的观点相悖。他细心研究了火星年复一年的运动，终于发现了自己在计算中的错误。原来，行星在太阳附近空间里运行的轨道并非圆形，而是椭圆形。事实上，圆形只是椭圆形的一个特例。太阳实际上位于行星运行的椭圆轨道的一个焦点上，所以在行星绕太阳作椭圆形运动的轨迹中，存在着离太阳远时的近焦点，和离太阳近时的远焦点。这是开普勒研究火星的第一个重要发现，他将其总结为一条定律。后来人们称之为“开普勒行星运动第一定律”。

行星与太阳之间的距离的远近影响到行星沿椭圆轨道运行的速度；行星和太阳的连线是行星的向径，它在相等的时间内扫过的面积相等。这就是著名的“开普勒行星运动第二定律”。

开普勒又研究了9年时间，终于总结出了一个新的行星运行规律，这就是在天文学中非常著名的“开普勒行星运动第三定律”。

牛顿曾说过：“如果说我比别人看得远些的话，是因为我站在巨人的肩膀上。”开普勒无疑是他所指的巨人之一。开普勒对天文学的贡献几乎可以和哥白尼相媲美。因为他更富于创新精神，他所面临的困难相当巨大。事实上从某些方面来看，开普勒的成就甚至给人留下了更深刻的印象。