第九節 第谷與開普勒

哥白尼之后，為天文學的新進展做出最大貢獻的是第谷、開普勒、伽利略、牛頓。

他們的努力使得天文學產生了質的突變：從此，天文學將牢牢奠基于科學觀測以及基于科學觀測基礎上的科學理論，再也沒有所謂什么是宇宙中心之類的臆想。

第谷 第谷是丹麥人，出身相當高貴，父親叫奧托·布拉赫，是一個貴族兼高官，曾當過國王的樞密顧問，后來成為一座城堡的堡主，他有5個孩子，第谷是長子。

第谷，1546年生于丹麥斯卡尼亞的克魯斯特魯普，從小由叔叔養大，13歲時進入哥本哈根大學學習法律。不過年輕的第谷對法律的興趣不大，二年級時有一天看到了日全食，這次日全食是按照天文學家們預言的日期出現的，這在當時已經不是什么難事了，卻讓年輕的第谷驚訝萬分，從此迷上了天文學。1562年，他又轉到了德國萊比錫大學，到萊比錫的第二年，他觀察并記錄了一次重要的天象——木星合土星，這也是他一生大量的天文觀測記錄之始。

也就是在這時，他發現實際觀測到的土星和木星出現的日期竟比根據當時流行的《阿爾豐索星表》所推算出來的差了整整一個月！這讓第谷大為震驚，遂決心獻身天文學事業，做出更詳細的觀察，得到更精確的結論。這是1563年8月的事。

兩年之后，他離開萊比錫，開始在歐洲各地游歷，一邊觀察天象，一邊學習天文學。這樣游學的日子一直持續了多年，到1570年他才回到家鄉。第二年，第谷的父親死了。他獲得了一大筆遺產。此后，他移居到了斯卡尼亞，在那里定居下來。這是1571年的事。

1572年，第谷看到了一個天文現象——超新星爆發。這是罕見的天文事件，因為這次超新星爆發比天空最明亮的金星還要亮。直到1574年初這顆新星消失為止，在長達一年多的時間里，他進行了詳細的觀察與記錄。為此他還出版了《論新星》，對這顆新星做了系統的分析。后來，這顆新星被命名為“第谷超新星”。

這部著作的出版使第谷在歐洲天文學界聲譽鵲起，成為著名的新銳天文學家。這時他接到了德國一個大貴族的邀請，準備去建造一座大型天文臺。由于這時候第谷已經是丹麥最有聲望的人物之一了，為了留住人才，丹麥國王弗里德里希二世便將位于丹麥海峽中一座名叫汶島的小島賜給了第谷，并撥出巨款助他在這里修筑了一座大型天文臺。這是1576年的事。從此天文臺就成了第谷的家，他生活在這座設施堪稱當時全歐最先進的“天文堡”里，每天都辛勤地觀測著天象。

第谷不但是一位最優秀的天文觀測家，同時也是一位能工巧匠，他親自設計巧妙的天文儀器，這些儀器許多都是他的發明，在當時無與倫比。靠著這一切，第谷的天文堡成了整個西方世界的天文學研究中心。

弗里德里希二世死后，由于繼位的新王不重視天文學，對他的資助日漸減少，他只好轉而尋求另外的幫助。他的尋求很快得到了回應，神圣羅馬帝國皇帝魯道夫二世答應支持他，于是，1597年，第谷離開生活了20多年的汶島，這時他已經51歲了。他得到了神圣羅馬帝國皇帝的青睞，被封為御前天文學家，得到了位于布拉格近郊的一座小山上的貝納特屈城堡作為府第兼新天文臺。

次年，他得到了一位新助手，名叫開普勒。第谷不久便發現了他超卓的才華，十分欣喜，知道自己的事業后繼有人了。遺憾的是兩人的觀念常相沖突，關系一度頗為緊張。

1601年，第谷正準備全力投入新的天文觀測時，忽然染病，僅僅10來天后，這場突襲而至的病魔便奪走了他的生命。是時，他年僅55歲。

此前，自知不久人世的第谷留下遺囑，把所有天文觀測資料贈送給開普勒，囑托他將自己未竟之事業進行下去。

開普勒 開普勒是德國人，1571年生于德國符騰堡魏爾市的一個窮人家庭。由于是個早產兒，他體質很差，但從小就顯示了過人的才智。靠著大公提供的獎學金順利完成學業，并于1587年進入圖賓根大學。

在大學里開普勒是一個出色的學生，僅一年之后就獲得了文學學士學位，3年后又獲得了文學碩士學位，隨后進入神學院，同時一直在學習天文學。

1594年，開普勒應邀到了奧地利格拉茨，擔任一所路德派高級中學的數學教師。在中學里，開普勒不斷思索一些天文學與數學問題，特別是與哥白尼的日心說有關的問題。據說某一天他上課時突然想到了這樣一個問題：為什么太陽只有6顆行星而不是7顆、10顆或者更多？還有，行星的軌道為什么大小會有變化？他將這些問題與歐幾里得的幾何學、畢達哥拉斯與柏拉圖的哲學聯系起來考慮，其結果就是《宇宙結構的秘密》，這是開普勒的第一本著作。

著作出版之后，開普勒將它們分送給他所尊敬的天文學家們，包括第谷，第谷詳細地閱讀了他的作品，發現了開普勒了不起的數學與天文學才華，便誠心誠意地邀請他前往自己所在的天文臺去，與他一起研究天文學。開普勒欣然接受了，并于1600年到達第谷在貝納特屈城堡的天文臺。

最初，由于與第谷不能和諧相處，第谷也不肯向他開放觀測資料，開普勒4個月后就走了，但后來又回到第谷身邊。第谷張開雙臂歡迎他歸來，并且不再向他隱藏資料，還準備與他一起編訂完整的星表。然而，第二年第谷突然病逝，臨終前要求開普勒完成他們未竟之工作。第谷的逝世令開普勒深感悲傷，他有一種宿命感，認為他與第谷的相遇是上天注定的，像他自己后來所言：“上帝通過一種不可改變的命運把我同第谷聯系在一起，即使我們發生了嚴重的分歧也不許我們分手。”

這段話根據他們的實際情況來看是符合事實的。他倆一個是天才的觀測家，但在理論構建上不怎么在行；另一個則是天才的理論家，但在觀測上也很一般。現在，當他們結合起來后，的的確確是西方科學史上的最佳拍檔！

第谷去世之后，開普勒馬上被任命為他的繼承人，擔任了皇家數學家和御前天文學家。經過長期研究與探索之后，開普勒于1609年出版了《新天文學》。在這本書里，開普勒提出了著名的開普勒行星運動定律：一、行星的運行軌跡是一個橢圓，太陽位于它的一個焦點。二、太陽與行星的連線在相同時間內掃過的面積相等。這兩個定律又分別被稱為“軌道定律”與“面積定律”。

這兩個定律的發現對于天文學的意義幾乎不亞于哥白尼的日心說，其創新性則更要超越日心說。我們知道，哥白尼的日心說雖然優越于地心說，然而日心說早在古希臘就有人提出過。而且，除了將宇宙的中心以地球代替太陽外，日心說其他內容與托勒密地心說并無本質區別，例如都認為行星的運行必須是正圓的軌道，運動也是勻速的。然而開普勒的運動定律根本性地否定了這些千年以來的傳統觀念：以軌道定律否定了圓形軌道，以面積定律否定了勻速運動。

基于此，也有人說文藝復興時期天文學的偉大革新起源于開普勒而不是哥白尼，這種說法并不是全無道理的。

開普勒在布拉格工作的時間前后加起來長達11年，這11年也是他一生中成果最豐碩的歲月。然而，到了第11年，不幸又接踵而至。先是他6歲的兒子由于染上了天花不幸夭折，僅僅幾個月之后妻子又患傷寒辭世。接著一直支持他研究的魯道夫二世皇帝被迫退位，開普勒一下沒了靠山。結果，在布拉格生活了11年之后，他被迫離開。他遷居到了奧地利北部的林茨，這是1611年的事。1619年，他又出版了《宇宙和諧律》，在這本書里他提出了關于行星運動的第三定律：所有行星公轉周期的平方與它到太陽之間距離的立方成正比。這也就是說，對于每顆行星，其公轉周期與到太陽之間的距離之比乃是一個常數。如此，開普勒就在時間與距離之間建立了巧妙的聯系，結合上面的軌道定律與面積定律，開普勒終于完成了對于行星運行規律的描述。

開普勒最后一項偉大成就是完成了《魯道夫星表》。原來，早在第谷還在世時，他給自己定出的最重要的使命就是編出一張完整的星表，以替代原來不準確的老星表。他去世前囑托開普勒完成的主要工作也是這個。后來由于種種原因，開普勒一直未能完成這項工作，直到現在，第谷已經去世20年了，在皇帝的敦促之下，開普勒才開始全力從事這項艱巨的工作。經過7年努力，《魯道夫星表》終于完成，并于同年在德國烏爾姆出版。其名字來源于支持第谷與開普勒研究事業的魯道夫二世。這個星表無疑是到那時為止最為精確的星表，它是第谷與開普勒共同努力的結晶，其精確度之高使它到現在還有利用的價值。

1628年，應帝國扎甘地方的統治者馮·華倫斯坦的邀請，開普勒攜家眷到達扎甘。然而不久華倫斯坦自己也敗落了，當然不能資助開普勒，開普勒的生活日益貧困。

1630年，開普勒病逝，時年59歲。