Йохан Кеплер () е германски математик, астроном и астролог. Той е ключова фигура в научната революция с изведените от него закони за движението на планетите, изложени в книгите „Нова астрономия“ („Astronomia nova“), „Световна хармония“ („Harmonices mundi“) и „Съкратено изложение на астрономията на Коперник“ („Epitome astronomiae Copernicanae“). Научните му трудове стават основа на теорията на Исак Нютон за всемирното привличане.
В своята кариера Кеплер е учител по математика в Грац, където сътрудничи на Ханс Улрих фон Егенберг, след това е асистент на астронома Тихо Брахе и накрая става придворен математик на император Рудолф II и наследниците му Матиас и Фердинанд II. Освен това преподава математика в университета в Линц и е съветник на военачалника Албрехт фон Валенщайн. Има значителен принос в оптиката, където създава подобрен вариант на рефракторния телескоп.
Кеплер живее във време, в което още няма ясна граница между астрономия и астрология, но са отчетливо разграничени астрономията като клон на математиката, и физиката като дял на натурфилософията. В книгите си Кеплер използва и богословски аргументи — израз на вярата, че Бог е създал света по план, който може да бъде разкрит от човешкия разум. Кеплер описва новата астрономия като „небесна физика“, като допълнение към към трудовете на Аристотел „Метафизика“ и „За небето“. Кеплер първи разглежда астрономията като част от една универсална математическа физика.
Биография Произход и години на учение Йохан Кеплер е роден на 27 декември 1571 г., деня на свети Йоан Богослов, в свободния имперски град Вайл дер Щат, днес в германската провинция Баден-Вюртемберг. Дядо му Зебалд Кеплер е бил кмет на града, но по време на раждането на Йохан общественото положение на семейството е западнало. Бащата Хайнрих Кеплер се прехранва като наемен войник и изоставя семейството си, когато Йохан е петгодишен. Предполага се, че умира в Нидерландия по време на Осемдесетгодишната война. Майката Катарина Гулденман е дъщеря на ханджия. Тя е лечителка и билкарка и по-късно е съдена като вещица. Роден преждевременно, Йохан е слабо и болнаво дете, но впечатлява посетителите на хана на дядо си със забележителните си математически способности.
Още в детска възраст Йохан Кеплер проявява интерес към астрономията, която по-късно играе централна роля в живота му. Когато е на шест години, той наблюдава Голямата комета от 1577 г., като специално е заведен от майка си на високо място, за да я гледа. Деветгодишен, той става свидетел на друго астрономическо явление — лунното затъмнение през 1580 г., за което пише, че Луната „изглеждала доста червена“. Прекарано заболяване от едра шарка го оставя с влошено зрение и осакатени ръце, което през целия му живот е пречка за извършване на астрономически наблюдения.
През 1589 г., след като преминава през начално училище, латинско училище, начална и висша семинария в държавната протестантска образователна система на Вюртемберг, Йохан Кеплер постъпва в Тюбингенския университет като студент по теология. В университета той става известен като отличен математик и умел астролог, изготвяйки хороскопи за своите състуденти. Под ръководството на професора по математика Михаел Местлин той се запознава както с астрономическата система на Клавдий Птолемей, така и с тази на Николай Коперник. Станал привърженик на Коперник, той защитава в студентски диспути хелиоцентризма от теоретична и богословска гледна точка, като твърди, че Слънцето е основният източник на движеща сила във Вселената. Въпреки желанието си да стане свещеник, в края на обучението си Кеплер получава препоръки да бъде назначен за учител по математика и астрономия в протестантското училище в Грац и през април 1594 г. приема назначението.
В Грац и пристигане в Прага „Тайната на космографията“
Първият значим астрономически труд на Йохан Кеплер е „Тайната на космографията“ („Mysterium cosmographicum“, 1596), първата публикувана защита на системата на Коперник. Той твърди, че на 19 юли 1595 г., докато преподава в Грац за периодичното съединение на Сатурн и Юпитер в зодиака, получил прозрение — осъзнал, че правилните многоъгълници имат вписана и описана окръжност с определено съотношение на радиусите, което, според него, може да е геометричната основа на Вселената. След като не успява да открие уникално разположение на многоъгълниците, което да съответства на известните астрономически наблюдения (дори с добавяне в системата на допълнителни планети), Кеплер започва да експериментира с правилните многостени. Открива, че за всяко от петте Платонови тела могат да се дефинират вписана и описана сфера, след което сферите се влагат една в друга, образувайки шест пласта, съответстващи на шестте известни по това време планети – Меркурий, Венера, Земя, Марс, Юпитер и Сатурн. Подреждайки телата по определен начин (октаедър, икосаедър, додекаедър, тетраедър, куб), Кеплер установява, че радиусите на сферите могат да се изберат така, че да съответстват на относителните размери на орбитите на планетите. Този модел е очевидна математическа спекулация: няма физична основа и не може да обясни наличието на други, по-късно открити планети.
Кеплер извежда формула, свързваща размера на орбитата на всяка от планетите с дължината на нейния орбитален период – от вътрешните към външните планети коефициентът на нарастване на орбиталния период е удвоената разлика в радиуса на орбитите. По-късно обаче самият той отхвърля тази формула, тъй като тя се оказва неточна.
Както отбелязва в самото заглавие на книгата, Кеплер смята, че е разкрил геометричния план на Бог за Вселената. До голяма степен ентусиазмът му към Коперниковата система произтича от богословските му убеждения за връзката между материя и дух – за Кеплер Вселена е образ на Бога: Слънцето съответства на Отца, звездната сфера – на Сина, а междинното пространство – на Светия Дух. Първоначалният ръкопис на „Тайната на космографията“ съдържа обширна глава, примиряваща хелиоцентризма с откъси от Библията, които, изглежда, поддържат геоцентризма.
С подкрепата на своя учител Михаел Местлин, Кеплер получава разрешение от ръководството на Тюбингенския университет да публикува ръкописа, като премахва коментарите на Библията и добавя опростено, по-разбираемо описание на системата на Коперник и на новите си идеи. „Тайната на космографията“ е издадена в края на 1596 г., като Кеплер получава своите копия и започва да ги изпраща на известни астрономи и потенциални спонсори в началото на 1597 г. Книгата, макар и не масово четена, утвърждава репутацията му като компетентен астроном. Прочувствените посвещения на влиятелни меценати и на хора с влияние върху положението му в Грац изиграват важна роля за по-нататъшната му кариера.
Макар някои подробности да се променят с по-късните му изследвания, Кеплер никога не се отказва от многостенно-сферичната космология на „Тайната на космографията“. Следващите му основни астрономически трудове в известен смисъл са само нейно доразвиване, насочено към по-точно измерване чрез изчисления на ексцентритетите на планетните орбити. През 1621 г. Кеплер публикува разширено второ издание на „Тайната на космографията“, описвайки подробно в бележки под линия поправките и подобренията, до които е достигнал 25 години след първото публикуване.
„Тайната на космографията“ може да се разглежда като важна първа стъпка в модернизирането на теорията, предложена от Коперник. Коперник, макар да приема хелиоцентризма, се опитва да го обоснове с похвати от теорията на Птолемей, като епициклите, и продължава да използва за отправна точка центъра на земната орбита, а не центъра на Слънцето. В „Тайната на космографията“ Кеплер скъсва окончателно с теорията на Птолемей, поради което тази книга се оценява днес като „първа стъпка в прочистването на Коперниковата система от остатъците на Птолемеевата теория“.
Други изследвания в Грац
В края на 1595 г. Кеплер се запознава с Барбара Мюлер, 23-годишна вдовица с малка дъщеря. Кепллер предлага брак на Барбара Мюлер. Тя е наследница на имотите на двамата си покойни съпрузи и дъщеря на заможен мелничар, който се противопоставя на брака: макар че Кеплер е наследил от дядо си благородническа титла, той е относително беден. Бракът е сключен едва след публикуването на „Тайната на космографията“ и със съдействието на видни протестанти. Двамата се женят на 27 април 1597 г. Първите им две деца умират рано, а след това се раждат дъщеря им Сузана (р. 1602 г.) и двама синове — Фридрих (р. 1604) и Лудвиг (р. 1607).
След публикуването на „Тайната на космографията“ и с подкрепата на училищните инспектори в Грац, Йохан Кеплер предприема амбициозна програма за разширяване и задълбочаване на своя труд. Той планира четири допълнителни книги – една за неподвижните обекти във Вселената (Слънцето и неподвижните звезди), една за планетите и техните движения, една за физичната природа на планетите и образуването на географските обекти (съсредоточена най-вече върху Земята) и една за въздействието на небесните тела върху Земята (включваща атмосферна оптика, метеорология и астрология).
Йохан Кеплер се допитва до множество астрономи, на които изпраща копия от „Тайната на космографията“. Сред тях е Николаус Раймерс, придворен математик на император Рудолф II и яростен съперник на Тихо Брахе. Раймерс не му отговаря пряко, публикува ласкателното писмо на Кеплер, за да демонстрира своето преимущество пред Брахе и неговата гео-хелиоцентрична система. Тихо Брахе започва кореспонденция с Кеплер, подлагайки на критика неговата система, включително използването на неточни числени данни, взети от Коперник. В писмата помежду си двамата обсъждат широк кръг астрономически проблеми, като лунните явления и богословското тълкуване на Коперниковата система. Лишен от значително по-точните данни от обсерваторията на Тихо Брахе, Кеплер трудно успява да отговори на много от забележките.
По това време Йохан Кеплер насочва вниманието си към „хармонията“ — нумерологичните връзки между музиката, математиката и физически свят и техните астрологични следствия. Приемайки, че Земята притежава душа (свойство, което по-късно ще използва за обяснение на това, как Слънцето предизвиква движението на планетите), Кеплер създава спекулативна система, свързваща астрологичните аспекти и астрономическите разстояния с метеорологичното време и други земни явления.
Към 1599 г. обаче Кеплер отново започва да усеща, че работата му е ограничена от неточността на наличните данни. По същото време засилващите се религиозни напрежения поставят под заплаха работата му в Грац. През декември същата година Тихо Брахе му изпраща покана да го посети в Прага. На 1 януари 1600 г., преди да е получил поканата, Кеплер заминава, надявайки се, че с покровителството на Тихо Брахе ще разреши както философските, така и финансовите си проблеми.
Тихо Брахе и император Рудолф II На 4 февруари 1600 г. Кеплер се среща с Тихо Брахе и неговите асистенти Франс Тенгнагел и Христен Сьоренсен Лонгомонтан в Бенатки над Изероу край Прага, където се строи новата обсерватория на Брахе. През следващите два месеца Кеплер остава там като гост, разучавайки някои от наблюденията на Брахе над Марс. Брахе обикновено пази строго данните си, но е впечатлен от теоретичните идеи на Кеплер и скоро му предоставя по-голям достъп до тях. Кеплер възнамерява да изпробва своята теория от „Тайната на космографията“, като използва данните за Марс, но по негова преценка тази задача би му отнела около две години, а не получава разрешение да препише данните за собствени нужди. Със съдействието на Ян Йесениус той се опитва да договори с Тихо Брахе формално назначение на работа, но не постига успех и след разгорещен спор Кеплер заминава за Прага на 6 април. Не след дълго двамата се сдобряват, в крайна сметка се договарят за заплата и жилище и през юни Кеплер се връща в Грац, за да прибере семейството си.