Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Astronomia Nova )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Astronomia nova (английский: Новая астрономия)
АвторИоганн Кеплер
Оригинальное названиеAstronomia Nova ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΤΟΣ seu Physica coelestis, tradita commentariis de motibus stellae Martis ex monitoringibus Г. В. Тихонис Браге (Новая астрономия, основанная на причинах, или небесная физика, обработанная посредством комментариев к движениям звездного Марса, из наблюдений благородного Тихо Браге)
Языклатинский
Предметастрономия

Astronomia nova ( английский : Новая астрономия , полное название на латинском оригинале: Astronomia Nova ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΤΟΣ seu Physica coelestis, tradita commentariis de motibus stellae Martis ex monitoringibus GV Tychonis Brahe ) [1] [2] - это книга, опубликованная в 1609 году, которая содержит результатыдесятилетнего исследования движения Марса астрономом Иоганном Кеплером . Одна из самых значительных книг в истории астрономии , Astronomia nova, предоставила веские аргументы в пользу гелиоцентризма.и внес ценный вклад в понимание движения планет. Это включало первое упоминание об эллиптических траекториях планет и изменение их движения на движение свободно плавающих тел в отличие от объектов на вращающихся сферах. Он признан одним из важнейших произведений научной революции . [3]

Фон [ править ]

До Ада Николай Коперник в 1543 году предположил, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца. Модель Солнечной системы Коперника рассматривалась как средство для объяснения наблюдаемых положений планет, а не как физическое описание. [ необходима цитата ]

Кеплер искал и предлагал физические причины движения планет. Его работа в первую очередь основана на исследованиях его наставника Тихо Браге . У них были бурные отношения, хотя они и были близки в своей работе. Тем не менее, в 1601 году на смертном одре Браге попросил Кеплера убедиться, что он «не умер напрасно», и продолжить разработку своей модели Солнечной системы . Вместо этого Кеплер написал бы Astronomia nova , в которой он отвергает систему Тихона, а также систему Птолемея и систему Коперника . Некоторые ученые предполагают, что неприязнь Кеплера к Браге, возможно, повлияла на его отказ от системы Тихона и формирование новой. [4]

К 1602 году Кеплер приступил к работе по определению орбиты Марса, информируя Давида Фабрициуса о своих успехах. Он предположил Фабрициусу возможность овальной орбиты к началу 1604 года, хотя в это не поверили. Позже в том же году Кеплер написал в ответ об открытии эллиптической орбиты Марса . Рукопись Astronomia nova была завершена к сентябрю 1607 г. и была напечатана к августу 1609 г. [5]

Структура и резюме [ править ]

Диаграммы трех моделей движения планет до Кеплера

На английском языке полное название его работы - « Новая астрономия, основанная на причинах» или «Небесная физика, трактуемая с помощью комментариев к движениям звезды Марс» из наблюдений Тихо Браге, Гент . На протяжении более чем 650 страниц Кеплер шаг за шагом проводит своих читателей через процесс открытий, чтобы развеять любое впечатление о «культивировании новизны», - говорит он.

Astronomia сверхновой ' s введение, в частности , обсуждение Писания, был наиболее широко распространен в работах Кеплера в семнадцатом веке. [6] Во введении описаны четыре шага, которые Кеплер предпринял во время своего исследования. Во-первых, он утверждает, что само Солнце, а не какая-либо воображаемая точка около Солнца (как в системе Коперника)) - точка пересечения всех плоскостей эксцентриков планет или центр орбит планет. Второй шаг состоит в том, что Кеплер помещает Солнце как центр и движитель других планет. Этот шаг также содержит ответ Кеплера на возражения против размещения Солнца в центре вселенной, включая возражения, основанные на Священных Писаниях. В ответ на Священное Писание он утверждает, что оно не претендует на физическую догму, и его содержание следует воспринимать духовно. На третьем этапе он утверждает, что Солнце является источником движения всех планет, используя доказательство Браге, основанное на кометах, о том, что планеты не вращаются по орбам. Четвертый шаг состоит в описании пути планет как не круга, а как овала.

Когда начинается собственно Астрономическая новая , Кеплер демонстрирует, что системы Тихона, Птолемея и Коперника неотличимы только на основе наблюдений. Три модели предсказывают одинаковые положения планет в ближайшем будущем, хотя они расходятся с историческими наблюдениями и не в состоянии предсказать будущие положения планет на небольшую, хотя и абсолютно измеримую величину. Кеплер представляет здесь свою знаменитую диаграмму движения Марса по отношению к Земле, если Земля оставалась неподвижной в центре своей орбиты. Схема показывает, что орбита Марса была бы совершенно несовершенной и никогда не следовала бы по тому же пути.

Кеплер подробно обсуждает всю свою работу на протяжении всей книги. Он обращается к этой длине в шестнадцатой главе:

Если тебе наскучил этот утомительный метод расчета, пожалей меня, которому пришлось пройти по крайней мере семьдесят его повторений с очень большой потерей времени. [7]

Кеплер на очень важном этапе также ставит под сомнение предположение о том, что планеты движутся вокруг центра своей орбиты с одинаковой скоростью. Он обнаружил, что вычисление критических измерений, основанных на фактическом положении Солнца на небе, а не на «среднем» положении Солнца, вносит значительную степень неопределенности в модели, открывая путь для дальнейших исследований. Идея о том, что планеты движутся не с одинаковой скоростью, а со скоростью, которая зависит от их расстояния от Солнца, была полностью революционной и станет его вторым законом (открытым раньше первого). Кеплер в своих вычислениях, ведущих к своему второму закону, допустил несколько математических ошибок, которые, к счастью, нейтрализовали друг друга, «как будто чудом». [7]

Учитывая этот второй закон, в главе 33 он заявляет, что Солнце является двигателем, движущим планеты. Чтобы описать движение планет, он утверждает, что Солнце излучает физический вид, аналогичный свету, который оно также излучает, которое толкает планеты вперед. Он также предлагает вторую силу внутри каждой планеты, которая притягивает ее к Солнцу, чтобы не дать ей уйти по спирали в космос.

Затем Кеплер пытается найти истинную форму планетных орбит, которую он определяет как эллиптическую. Его первоначальная попытка определить орбиту Марса как круг отклонилась всего на восемь угловых минут , но этого было достаточно, чтобы он посвятил шесть лет устранению несоответствия. Данные, казалось, производили симметричную яйцевидную кривую внутри его предсказанного круга. Сначала он проверил форму яйца, затем разработал теорию орбиты, которая колеблется в диаметре, и вернулся к яйцу. Наконец, в начале 1605 года он геометрически проверил эллипс, который ранее считал слишком простым решением, чтобы астрономы не могли его упустить из виду. [8] По иронии судьбы, он уже получил это решение тригонометрическим путем много месяцев назад. [9] Как он говорит,

Я отложил [исходное уравнение] в сторону и вернулся к эллипсам, полагая, что это была совершенно другая гипотеза, тогда как эти две, как я докажу в следующей главе, в [ sic ] одинаковы ... Ах, какой я был глупой птицей! [10]

Законы Кеплера [ править ]

Astronomia сверхновой записывает открытие первых двух из трех принципов , известных сегодня как законы Кеплера движения планет , которые являются:

  1. Планеты движутся по эллиптическим орбитам с Солнцем в одном фокусе . [11]
  2. Скорость планеты изменяется в каждый момент, так что время между двумя положениями всегда пропорционально площади, проложенной на орбите между этими положениями. [12]

Кеплер открыл «второй закон» раньше первого. Он представил свой второй закон в двух различных формах: в главе 32 он заявляет, что скорость планеты изменяется обратно пропорционально ее расстоянию от Солнца, и поэтому он может измерить изменения положения планеты, сложив все меры расстояния, или глядя на область вдоль дуги орбиты. Это его так называемый «закон расстояния». В главе 59 он заявляет, что радиус от Солнца до планеты сметает равные области в равное время. Это его так называемый «зональный закон».

Однако «принцип площади-времени» Кеплера не облегчает вычисление положений планет. Кеплер мог разделить орбиту на произвольное количество частей, вычислить положение планеты для каждой из них, а затем связать все вопросы с таблицей, но он не мог определить положение планеты в каждый отдельный момент, потому что скорость планеты постоянно менялась. Этот парадокс, получивший название « проблема Кеплера », послужил толчком к развитию математического анализа .

Через десять лет после публикации Astronomia сверхновой , Кеплер открыл свой «третий закон», изданный в его 1619 Harmonices Mundi ( Harmonies мира ). [13] Он обнаружил, что отношение куба длины большой полуоси орбиты каждой планеты к квадрату времени ее орбитального периода одинаково для всех планет.

Знание Кеплера о гравитации [ править ]

Смотрите также: История теории гравитации

В своем вводном обсуждении движущейся Земли Кеплер обратился к вопросу о том, как Земля могла бы удерживать свои части вместе, если бы она удалялась от центра Вселенной, который, согласно аристотелевской физике , был местом, к которому естественным образом перемещались все тяжелые тела. Кеплер предложил силу притяжения, подобную магнетизму , которая, возможно, была известна Ньютону.

Гравитация - это взаимная телесная склонность родственных тел к объединению или соединению; таким образом, земля притягивает камень гораздо больше, чем камень ищет землю. (Магнитная способность - еще один пример такого рода) .... Если бы два камня были установлены рядом друг с другом в каком-то месте в мире за пределами сферы влияния третьего родственного тела, эти камни, как два магнитных тела, подошли бы. вместе в промежуточном месте, приближаясь друг к другу на расстояние, пропорциональное основной массе [ моль] другого .... Ибо из этого следует, что, если сила притяжения Земли будет с большей вероятностью распространяться на Луну и далеко за ее пределы, и, соответственно, что ничего, что хоть сколько-нибудь состоит из земного материала, не переносится высокий, никогда не ускользает от могущественной силы притяжения. [6]

Кеплер обсуждает гравитационное воздействие Луны на приливы следующим образом: [14] [15]

Сфера притягательной силы луны простирается до земли и соблазняет воды; но поскольку луна быстро летит в зените, а воды не могут следовать так быстро, в жаркой зоне возникает поток океана на запад. Если притягательная сила Луны простирается до Земли, то с большей причиной следует, что притягательная сила Земли простирается до Луны и намного дальше; и, короче говоря, ничто, состоящее из земной субстанции, каким-либо образом созданное, хотя и поднятое на любую высоту, никогда не может избежать мощного действия этой притягательной добродетели.

Кеплер также разъясняет концепцию легкости с точки зрения относительной плотности в противоположность аристотелевской концепции абсолютной природы или качества легкости следующим образом. Его аргумент можно легко применить сегодня к чему-то вроде полета на воздушном шаре.

Ничто, состоящее из телесной материи, не является абсолютно легким, но оно сравнительно легче, что бывает реже, либо по своей природе, либо из-за случайного тепла. И не следует думать, что световые тела убегают на поверхность вселенной, пока их несут вверх, или что они не притягиваются Землей. Их привлекают, но в меньшей степени, и поэтому их выталкивают наружу тяжелые тела; когда это делается, они останавливаются и удерживаются землей на своем собственном месте. [15]

Ссылаясь на дискуссию Кеплера о гравитации, Уолтер Уильям Брайант в своей книге « Кеплер» (1920) делает следующее заявление .

... Введение в «Комментарии к движению Марса» Кеплера, всегда считавшееся его наиболее ценной работой, должно было быть известно Ньютону, так что ни один такой инцидент, как падение яблока, не требовалось для обеспечения необходимого и достаточного объяснение происхождения его теории всемирного тяготения. Взгляд Кеплера на такую ​​теорию мог быть не более чем проблеском, потому что он не пошел дальше с ней. Это кажется прискорбным, поскольку оно гораздо менее фантастично, чем многие из его идей, хотя и не лишено «добродетелей» и «животных способностей», которые соответствуют «духу и юмору» Гилберта. [15]

Кеплер считал, что это притяжение было взаимным и пропорционально массе тел, но считал, что оно имеет ограниченный диапазон, и не рассматривал, могла ли и как эта сила изменяться с расстоянием. Более того, это влечение действовало только между «родственными телами» - телами схожей природы, природу, которую он четко не определил. [16] [17] Идея Кеплера значительно отличалась от более поздней концепции гравитации Ньютона, и ее «лучше рассматривать как эпизод в борьбе за гелиоцентризм, чем как шаг к всемирной гравитации ». [18]

Кеплер прислал книгу Галилею, когда тот работал над своим « Диалогом о двух главных мировых системах» (опубликованным в 1632 году, через два года после смерти Кеплера). Галилей пытался определить путь объекта, падающего из состояния покоя к центру Земли, но в своих расчетах использовал полукруглую орбиту. [19]

День памяти [ править ]

Международный год астрономии 2009 г. отмечает 400-летие публикации этой работы. [20]

Заметки [ править ]

  1. ^ Греческий , αἰτιολογητός может быть переведен как «объяснил, оправдал» (от αἰτιολογῶ «объясняю, я оправдываю»), но он также объединяет два корня: αιτία «причина» и λόγο reason «причина». Забота Кеплера о причинах, как ясно показано в книге, указывает на то, что он имел в виду нечто более конкретное в названии, чем общие «обоснованные» или «объясненные», поэтому название Astronomia Nova ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΤΟΣ можно понимать как «Новая астрономия, основанная на причинах» или «исходя из причин».
  2. ^ Здесь GV является siglum для "Generositas Вестра", см Winiarczyk, Марек (1995). Sigla Latina в libris Impressis Произведение: cum siglorum graecorum appendice (2-е изд.). OCLC  168613439 .
  3. ^ Voelkel, Джеймс Р. (2001). Состав "Астрономической новой" Кеплера . Принстон: Издательство Принстонского университета . п. 1. ISBN 0-691-00738-1.
  4. Перейти ↑ Koestler, Arthur (1990) [1959]. Лунатики: история меняющегося видения Вселенной человеком . Лондон: Книги Пингвинов . п. 1 . ISBN 0-14-019246-8.
  5. ^ Дрейер, Джон Луи Эмиль (1906). История планетных систем от Фалеса до Кеплера . Кембридж: Издательство университета. С. 401–2.
  6. ^ a b Кеплер, Иоганнес ; Уильям Х. Донахью (2004). Выдержки из Astronomia Nova Кеплера . Санта-Фе: Green Lion Press. п. 1. ISBN 1-888009-28-4.
  7. ^ a b Кестлер, Артур (1990). Лунатики: история меняющегося видения Вселенной человеком . Лондон: Книги Пингвинов. п. 325 . ISBN 0-14-019246-8.
  8. Перейти ↑ Caspar, Max (1993). Кеплер ; перевод и изд. по C. Doris Hellman ; с новым введением и ссылками Оуэна Джинджериха; библиографические цитаты Оуэна Джинджериха и Алена Сегондса. Нью-Йорк: Дувр. п. 133. ISBN 0-486-67605-6 
  9. ^ Гиллиспи, Чарльз Coulston (1960). Грань объективности: очерк истории научных идей . Издательство Принстонского университета. С.  33–37 . ISBN 0-691-02350-6.
  10. Перейти ↑ Koestler, Arthur (1990). Лунатики: история меняющегося видения Вселенной человеком . Лондон: Книги Пингвинов. п. 338 . ISBN 0-14-019246-8.
  11. ^ В своей Astronomia nova Кеплер представил только доказательство того, что орбита Марса является эллиптической. Доказательства того, что орбиты других известных планет имеют эллиптическую форму, были представлены позже. См .: Иоганн Кеплер, Astronomia nova … (1609), с. 285. Отказавшись от круговой и овальной орбит, Кеплер пришел к выводу, что орбита Марса должна быть эллиптической. Сверху страницы 285: «Ergo ellipsis est Planetæ iter;…» (Таким образом, эллипс - это путь планеты [т. Е. Марса];…) Далее на той же странице: «… ut sequenceti capite patescet: ubi simul etiam manifestrabitur, nullam Planetæ relinqui figuram Orbitæ, præterquam perfecte ellipticam;… "(… Как будет показано в следующей главе: где также будет доказано, что необходимо отказаться от любой фигуры орбиты планеты, кроме идеального эллипса;…) И затем: «Caput LIX. Demonstratio, quod orbita Martis,… , fiat perfecta ellipsis:… » (Глава 59. Доказательство того, что орбита Марса…, является идеальным эллипсом:…) Геометрическое доказательство того, что орбита Марса является эллипсом, появляется как Protheorema XI на страницах 289-290.
    Кеплер заявил, что все планеты движутся по эллиптическим орбитам, имея Солнце в одном фокусе в: Иоганн Кеплер, Epitome Astronomiae Copernicanae [Краткое изложение астрономии Коперника] (Линц ("Lentiis ad Danubium"), (Австрия): Иоганн Планк, 1622), книга 5, часть 1, III. De Figura Orbitura (III. На рисунке [т.е. форме] орбит),страницы 658-665. С п. 658: «Ellipsin fieri orbitam planetæ…» (Из эллипса образована орбита планеты…). С п. 659: «… Sole (Foco altero huius ellipsis)…» (… Солнце (другой фокус этого эллипса)…).
  12. ^ В своей Astronomia nova … (1609) Кеплер не представил свой второй закон в его современной форме. Он сделал это только в своем « Эпитоме» 1621 года. Более того, в 1609 году он представил свой второй закон в двух различных формах, которые ученые называют «законом расстояния» и «законом площади».
    • Его «закон расстояния» представлен в: «Caput XXXII. Virtutem quam Planetam movet in circum attuari cum discessu a fonte». (Глава 32. Сила, которая перемещает планету по кругу, ослабевает по мере удаления от источника.) См .: Иоганн Кеплер, Astronomia nova … (1609), стр. 165-167. На странице 167 Кеплер утверждает: «… quanto longior est αδ quam αε, tanto diutius moratur Planeta in certo aliquo arcui excentrici apud δ, quam in æquali arcu excentrici apud ε».(…, Поскольку αδ длиннее αε, планета будет оставаться на определенной дуге эксцентрика вблизи δ, чем на такой же дуге эксцентрика около ε.) То есть, чем дальше планета находится от Солнца ( в точке α), тем медленнее он движется по своей орбите, поэтому радиус от Солнца до планеты проходит через равные области за равное время. Однако, как представил Кеплер, его аргумент верен только для кругов, а не для эллипсов.
    • Его «закон площади» представлен в: «Caput LIX. Demonstratio, quod orbita Martis,…, fiat perfecta ellipsis:…» (Глава 59. Доказательство того, что орбита Марса,… является идеальным эллипсом:…), Protheorema XIV и XV, стр. 291-295. На верхней стр. 294, он гласит: «Arcum ellipseos, cujus moras metitur area AKN, debere terminari in LK, ut sit AM». (Дуга эллипса, продолжительность которой ограничена [т. Е. Измеряется] площадью AKM, должна оканчиваться в LK, чтобы она [т. Е. Дуга] была AM.) Другими словами, время, которое Марс требуется, чтобы двигаться по дуге AM его эллиптической орбиты, измеряется площадью сегмента AMN эллипса (где N - положение Солнца), которая, в свою очередь, пропорциональна сечению AKN круга, окружающего эллипс. и это касается его. Следовательно, площадь AMN, которая смывается радиусом от Солнца к Марсу, когда Марс движется по дуге AM своей эллиптической орбиты, пропорциональна времени, которое требуется Марсу для движения по этой дуге. Таким образом, радиус от Солнца до Марса выметает равные площади в равное время.
    В 1621 году Кеплер переформулировал свой второй закон для любой планеты: Иоганн Кеплер, Epitome Astronomiae Copernicanae [Краткое изложение астрономии Коперника] (Линц («Lentiis ad Danubium»), (Австрия): Иоганн Планк, 1622), книга 5, стр. 668 . Со стр. 668: «Dictum quidem est in superioribus, divisa orbita in specialulas minutissimas æquales: accrescete iis moras planetæ per eas, in пропорционально intervallorum inter eas & Solem». (Выше было сказано, что, если орбита планеты разделена на наименьшие равные части, времена планеты в них увеличиваются в соотношении расстояний между ними и солнцем.) То есть скорость планеты вдоль его орбита обратно пропорциональна расстоянию от Солнца. (Оставшаяся часть абзаца ясно показывает, что Кеплер имел в виду то, что теперь называется угловой скоростью.)
  13. ↑ Иоганн Кеплер, Harmonices Mundi [Гармония мира] (Линц, (Австрия): Иоганн Планк, 1619), стр. 189. Снизу п. 189: «Sed res est certissima precisionissimaque quod proportio qua est inter binorum quorumcunque Planetarum tempora periodica, sit præcise sesquialtera ratiois mediarum distantiarum,…» (Но совершенно очевидно и точно, что пропорция между периодическими временами любых двух планет точно равна полуторные пропорции [то есть отношение 3: 2] их средних расстояний… »)
    . Английский перевод« Harmonices Mundi » Кеплерадоступен как: Johannes Kepler с EJ Aiton, AM Duncan иДж. В. Филд , пер., Гармония мира (Филадельфия, Пенсильвания: Американское философское общество, 1997); см. особенно стр. 411 .
  14. ↑ Иоганн Кеплер, Astronomia nova … (1609), стр. 5 Introductio in hoc opus (Введение в эту работу). Со страницы 5: "Orbis virtutis tractoriæ, quæ est in Luna, porrigitur utque ad Terras, & prolectat aquas sub Zonam Torridam,… Celeriter vero Luna verticem transvolante, cum aquæ tam celeriter sequi non Possible, fluxus quidem fit Oceani sub Torrida in Occidentem" … » (Сфера подъемной силы, которая [сосредоточена] в Луне, простирается до земли и притягивает воды под жаркой зоной… Однако Луна быстро летит через зенит; потому что воды не могут следовать так быстро, океан под жаркой [зоной] действительно направлен на запад,…)
  15. ^ a b c Брайант, Уолтер Уильям (1920), Кеплер , Пионеры прогресса: люди науки, Лондон: Общество содействия христианскому знанию , стр. 36 
  16. ↑ Стивенсон, Брюс (1994), Физическая астрономия Кеплера , Принстон: Princeton University Press, стр. 4–6, ISBN 0-691-03652-7
  17. ^ Койре, Александр (1973), астрономическая революция: Коперник, Кеплер, Борелли , Ithaca, NY: Cornell University Press , стр 194-5,. ISBN 0-8014-0504-1
  18. ^ Стефенсон, Брюс (1994), Физическая астрономия Кеплера , Принстон: Princeton University Press, стр. 5, ISBN 0-691-03652-7
  19. ^ Гиллиспи, Чарльз Coulston (1960). Грань объективности: очерк истории научных идей . Издательство Принстонского университета. п. 51. ISBN 0-691-02350-6.
  20. ^ «Международный год астрономии и Иоганна Кеплера» . Миссия Кеплера . Архивировано из оригинала на 8 сентября 2008 года . Проверено 9 января 2009 года .

Ссылки [ править ]

  • Иоганн Кеплер, Новая астрономия, перевод Уильяма Х. Донахью, Кембридж: Cambridge Univ. Пр., 1992. ISBN 0-521-30131-9 
  • Астрономическая Нова Кеплера
  • космология и астрономия

Внешние ссылки [ править ]

  • Астрономия новая Иоганна Кеплера, 1609 г., на латыни, сканирование полного текста
  • Астрономия новая Иоганна Кеплера, 1609 г., на латыни, полный текст на archive.org
  • Истоки современности - Кеплер: Astronomia nova