世界科学简析2-行星运动的规律：天才观测者第谷和天空立法者开普勒

第谷-布拉赫（1546-1601），丹麦天文学家，占星学家，近代天文学奠基人，最后一位用肉眼观测星空的天文学家。在占星学上造诣突出，有星学之王的美称。

约翰尼斯-开普勒（1572-1630），德国天文学家，占星学家，数学家，发现了行星运动三大定律，有天空立法者之称，现代实验光学的奠基人。微积分先驱之一。

1546年，第谷-布拉赫出生在丹麦一个贵族世家，

（丹麦首都哥本哈根） 这个贵族世家有多牛逼呢？简单罗列一下：布拉赫家族是当时丹麦最有影响的贵族家庭，从先祖以来，人丁兴旺，分支众多，繁盛数个世纪，官N代属于是，老丹麦正北欧十字旗的，巅峰时期仅仅第谷一个人的财富就可以占据丹麦全国财富的1%-2%，整个家族说是富可敌国，完全不夸张。和王室互通婚姻，交往极其密切。第谷的大伯甚至在丹麦国王陷入危险之时，救了他一命。其他亲戚也在各个政府部门担任要职，为王室出谋划策。贵族出身，加上当时丹麦信奉基督新教中路德派的宗教背景，导致第谷显得有些迂腐古板，他恪守贵族礼仪和生活习惯，几乎到哪里都穿着全套的贵族礼服，第谷是长子，还有一个双胞胎弟弟，可惜后来这位弟弟不幸夭折，第谷的叔叔没有子嗣，于是叔叔就把第谷收养并视为己出，而第谷的亲生父母在第二胎生下一个孩子后，也就默认了这次收养行为。养父母对这个来之不易的孩子十分疼爱，第谷在自述中表达了对他们的感激之情，他们重视教育，想把第谷培养成一名律师。因为这是当时从政的一条好道路，家族的许多成员就是凭借着这条道路而飞黄腾达，然而很快，事情就朝着人们始料未及的方向发展了下去。 天赋异禀的第谷很快就证明了自己的实力，1559年，13岁的他进入哥本哈根大学深造，成为家族有史以来第一位大学生。不过叛逆的他并不想成为一名律师，对他而言，繁琐枯燥的法律条文远远不如天上的点点繁星有意思，他开始投入占星学和天文学的研究上，如饥似渴的阅读相关书籍。在大学校园时常可以见到他拿着仪器，穿着全套贵族礼服，夜观天象的奇景。1560年8月，根据当时的天文预报，第谷成功观测到了一次日食，

（日食） 在当时，日食被认为是不祥之兆，在同时期大多数人惊恐万状的表情中，第谷显得十分兴奋：天体运行是可以预测的！我们可以根据预测结果来观察相应的天象！1562年，第谷来到德国莱比锡大学继续进修法律，1563年，17岁的他写出了自己的第一份天文观测记录，内容是木星和土星在天空上会合的时间，然而，实际结果却让人大跌眼镜，比当时的星历表预言的早一个月，敏锐的第谷立刻意识到当时的星历表还不够精确。他决定另起炉灶，重新编写一份更精确的星历表，此外，他还开辟了一个让自己受益终生的小爱好-占星术，学成之后开始纵横家附体，周旋在丹麦和瑞典的达官贵人之间，给他们进行占卜，取得了辉煌成绩，下面简单列举一下：1566年，欧洲发生了一场月食，第谷根据占星术推算，这将预示着一个人的死亡，这个人就是赫赫有名的奥斯曼帝国苏丹苏莱曼一世，

言出法随，同一年的9月7日，这位已经70岁，征服了贝尔格莱德，罗德岛，侵略北非，匈牙利和中东，变革法律，重视文化，大兴土木，将奥斯曼帝国推向极盛的苏丹去世，引起了当时舆论的震动，连丹麦国王的三个儿子，他都不放过，照样推牌占卜，他还给一个叫做古斯塔夫-阿道夫的人占过卜，喻言，这位拥有瑞典皇室血统的人，以后会成为瑞典国王，1611年，17岁的阿道夫终于成为了瑞典国王，在日后，他会有一个更响亮的名字，古斯塔夫二世，

面对当时瑞典严峻的形势，他推行各方面改革，抵御丹麦的入侵，后来又相继和沙皇俄国，波立联邦发生战争，1630年率军参加德意志地区发生的30年战争，多次击败天主教联盟军队，有北方雄狮和大帝之称，1632年11月，古斯塔夫二世，在吕岑会战中阵亡，年仅38岁。从这几个事例，我们也不难看出第谷在占星方面的实力，可惜生晚了，要再早生30年，我估计他可以和卡尔达诺较量一把。 1565年左右，他向家里人摊牌，我要研究天文学！可想而知，自然遭到了极大的阻力，包括他的养父母和亲生父母在内的亲戚都极力反对，多次争论无果后，第谷与家族决裂。1566年，第谷开始漫游欧洲各国，1567年，他第二次到达德国，这一次，他不再选择法律，而是以一名天文学学生的身份正式进入罗斯托克大学就读。 在第谷留学期间，还发生了一个小插曲，第谷脾气暴躁，性格古怪，还好面子。他有一次去参加他大学教授的婚礼，和同样来自丹麦的一个贵族，因为一个数学问题吵了起来，在反复争吵无果之后，两个人决定用决斗来解决问题，虽然第谷脾气大，但是说实在的，他在决斗方面的能力比对方略逊一筹，交战没多久就被对方用剑削掉了鼻子，（仔细一想，他还算好的，只是少个鼻子，隔壁的伽罗瓦羡慕哭了

），好面子的第谷绝对容忍不了自己这幅被毁容了的脸，他自己亲自动手用金属做了一个假鼻子，为了防止假鼻子不小心掉下去，还随身准备了胶水，以备不时之需。终其一生，他都佩戴着这种假鼻子。 此后几年，第谷一直在瑞士和德国之间四处转悠，1572年，因为父亲生病而回到丹麦，1572年11月11日，他开始观测仙后座出现的一颗超新星，这颗超新星的亮度甚至比金星还亮，这次观察一直持续到1574年3月，不是因为他不想观察了，是因为这个超新星变暗看不见了，他最终确认，这颗超新星相对于其他恒星来说应该是几乎不动的，也就是说它并不属于太阳系内或者是大气层之内的现象，至于它为什么出现，又因为什么逐渐变暗，乃至于最后根本看不见，肯定是因为出现了某种改变，于是他最后得出结论，我们必须抛弃亚里士多德

关于宇宙不变的理论，因为这是错误的，数据已经反驳了这个观点。后来，人们将这颗超新星命名为第谷-布拉赫超新星。

超新星（此图为w49b天鹰座超新星） 这时候，第谷在爱情方面也获得了丰收，他开始和一个农村妇女基尔斯滕交往，两个人很快坠入爱河，已经到达了谈婚论嫁的地步，这在女方那里倒没什么问题，但是在第谷的贵族家庭成员看来，这还有天理吗？这压根门不当户不对耶(▼皿▼#)！！他们开始游说第谷，让他放弃，但是第谷可不会因为此而屈服的，随后，他再次离开丹麦，前往德国。1576年，丹麦国王弗里德里克二世，把他找来，将一座小岛-汶岛，赐给他，作为他建设天文台的台址，并且提供一笔数目可观的经费，在钞能力的加持下，第谷立马着手开干，配备了当时最先进的天文仪器，足足建造了四个观象台，作为配套设施，还建了一个图书馆，一个印刷厂和一个实验室，花费的钱财之中，光是黄金就超过了1吨，为了获得最精确的观测数据，第谷耗费血本，疯狂扩大仪器的尺寸，光是一个象限仪，其半径就达到五米，把仪器制造好，抬到预定的地点，就需要耗费几十个仆人才能搬动，而日常的维护还得耗费几个人，第谷有时候还得亲自上手，除此之外，为了精确的静物观测时间，他还疯狂的购买钟表，这可是让附近国家的钟表商们赚麻了。在他们看来，这个家伙就是在不断的给他们输出现金流啊。

（钟表，此图所示钟表原为法国国王拿破仑三世所有） 天文台的建设工作告一段落之后，第谷开始投入天文观测，取得了重要的成果，收集了许多天体的运行数据，在他的观测下，天体观测的误差缩小到了原来的1/5，其中最值得一提的是1577年大彗星，1577年，欧洲出现了一颗大彗星，

彗星（此图为伦纳德彗星） 人们惊讶不已，纷纷前来观看，当时主流观点认为，彗星是一种大气现象，然而第谷通过对彗星运动轨迹以及外观的观察，提出了自己的观点：彗星和我们之间的距离要比月球和我们之间的距离要远许多倍，为什么这么说呢？是因为我们可以很明显的看到彗星相对于地球来说明显在动，但是动的并没有月球那么快，也没有之前观测到的恒星那样那么慢，因此，彗星离我们的距离应该介于恒星和月球之间，总而言之，彗星并非是之前人们所想的大气现象。彗星应该是在太空中运行的，并且他还测量出了彗星的运动轨道实际上是椭圆形的。到这里，他就要面临一个大问题，一方面，他通过各种实地观察的数据，已经证明了亚里士多德的观点是错的，另一方面，他对哥白尼和布鲁诺等人倡导的日心说也嗤之以鼻，不太相信。于是最终他提出了自己的宇宙模型，第谷体系：首先，地球是宇宙的中心，其次，除了地球以外的天体，都是绕着太阳转的，然后太阳带着这些天体，再绕着地球去转。至于旋转的轨道，第谷仍然继承了古希腊以及哥白尼等人坚持的观点，圆周轨道（因为在当时的观点，圆是最完美的，最接近于神性的） 可是第谷高傲的性格让岛上的居民颇为不满，1588年，弗里德里克二世去世，第谷不受当时贵族的欢迎，气的他直接写诗讽刺他们，因而在政治风波中遭到清算，1599年，在岛上工作了20多年后，腓特烈二世去世，第谷失去了支持者，只好离开天文台，同一年，在神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世的邀请下，移居布拉格，就任宫廷数学家，重新建造天文台，第谷观测能力很强，但是他的数学功底不太好，缺乏将数据提炼为规律的能力，因此，他急需一个人来替他总结规律，用来验证第谷体系的正确性，可是这样的人哪里有呢？万幸的是，第谷很快就找到了，这个人是个德国人，名字叫做约翰尼斯-开普勒 约翰尼斯-开普勒，1572年出生在神圣罗马帝国符腾堡，

德国巴登-符腾堡州 他的祖父曾经担任过市长，然而，到他这一辈的时候，已经家道中落，连生存都成问题，父亲成为了一名雇佣兵，后来参加了荷兰的80年战争，开普勒是一个早产孩子，幼年时体弱多病，不幸染上天花，虽然侥幸捡回了一条命，但是面部被毁容，视力衰弱（几乎等同于瞎子），1577年，开普勒看到了那颗震惊欧洲的1577年大彗星，从此立志研究天文学，开普勒从小就展露出高超的数学才能，给他后来研究天文学提供了绝佳条件，1588年开普勒考入图宾根大学，在大学期间，他开始接触哥白尼的日心说，

尼古拉-哥白尼（1473-1543） 并认同了它，为此经常和同学发生辩论。1593年，开普勒大学毕业之后，成为一名大学教师，他在当地很有名气，这倒并不是因为他教书教的有多好，而是因为他会占星（传统艺能了属于是），凭借着高超的数学能力，他制作的星表准确度非常高。每当一出版的时候，民众总会争相购买。他甚至还准确预言了土耳其将要入侵奥地利。因此，占星成为了开普勒重要的经济来源。1596年，他出版了一本著作，名字叫做《宇宙的神秘》，这本书描绘了他想象中的宇宙模型，他认为，上帝在创造宇宙的时候，一定遵循着一种美感，而这种美感来源于数学中的几何学，因此，根据日心说的基本观点，太阳为宇宙的中心，其他6颗行星当时已知的行星（天王星在18世纪末才由英国天文学家威廉赫歇尔发现，

威廉-赫歇尔（1738-1822），被尊为恒星天文学之父，红外光的发现者，他的儿子约翰赫歇尔，以及他的妹妹卡罗琳，也是天文学家 而海王星是在19世纪被法国天文学家勒维烈以及英国天文学家亚当斯分别预言，最后，在1846年被德国人伽勒观测到）绕着太阳旋转，至于这六颗行星之间的距离，也不是随机的，这个可以和正多面体联系起来，正多面体共有五种，分别是正四面体，正六面体，正八面体，正12面体和正20面体，至于怎么联系起来呢？大概说一下，首先，太阳位于中心，由内向外分别是六颗行星的轨道，这六个轨道分别和正8面体，正20面体，正12面体，正四面体，正六面体相切（最外层轨道不与正多面体相切）正好可以相切出六个球面，而这六个球面所对应的六个大圆，就分别对应包括地球在内的当时已知六颗行星的轨道，

开普勒在著作中猜想的宇宙模型 总之，这篇著作当中充满了开普勒的狂想，他将这部著作分发给当时一些有影响的科学家，第谷也收到了一份，他一开始就对开普勒体系进行严厉但合理的批判（因为他不相信哥白尼的日心说），同时也很欣赏开普勒高超的数学能力，并且对他使用哥白尼的数据这一观点提出异议，宣称自己拥有世界上最精确的数据，1599年12月份，第谷邀请开普勒与他会面，并且邀请他做自己的助手，1600年1月1日，开普勒动身前往丹麦。 1600年2月4日，两人第一次见面，出于谨慎，第谷对自己的数据严格保密，之后两个人和谐相处，结成了忘年交（尽管两个人相差25岁），在第谷的推荐下，开普勒成为宫廷数学家，第谷在经济上倾囊相助，他希望开普勒可以帮助他证明第谷体系的正确，但是，过了一段时间，开普勒受多疑的妻子的挑唆，突然和第谷决裂了。他忘恩负义地公开散布第谷的坏话，最后留下一封满纸侮辱性言语的信，不辞而别。第谷非常伤心，他写信邀请开普勒回来，开普勒读了第谷的诚挚友好的来信，惭愧得无地自容。他热泪盈眶地提笔写了忏悔信，彻底承认错误。当两人重修旧好的时候，开普勒不由自主地又检讨起来，第谷立刻制止说：“过去的还要说什么呢？你是我的好朋友。我们又在一起研究了，这就够了！ 不久之后，第谷提供了火星的数据，

火星 开普勒信心满满，说自己八天之内便可以计算出火星的轨道，可是火星轨道的计算实在是太过繁杂，开普勒夜以继日的工作，才勉强在八天之内完成，不过最后计算出的结果和正圆（哥白尼日心说认为天体的轨道是圆形的）差八分，第谷得知非常满意，不过，与此同时，他也提出了新的问题，这八分的误差是怎么来的？他要求开普勒继续研究下去，然而，没过多久，意外发生了。 1601年，第谷这位伟大的天文学家去参加宴会，大吃大喝了一番，由于当时礼仪的限制，所有人不能随便离开，于是第谷就开始憋尿，好不容易等到宴会结束，按照当天开普勒的日记记载：第谷对于礼仪的重视，远远超过对他自己的健康，等到他回来的时候，他已经不能小便了，之后几天，请多位医生治疗都没有任何效果，第谷知道，自己已经大限将至，临终前，他把开普勒叫来，将自己20年积攒的全部数据交给了开普勒，嘱托他一定要继续研究下去，证明第谷体系的正确，弥留之际，他不无遗憾地说：我这一辈子最大的遗憾，就是没有在天文学上取得开创性的成就。当天晚上，第谷因膀胱破裂而死，享年55岁 第谷死后，开普勒继承了他的遗志，可是火星轨道的计算结果仍然总是与圆形有误差，他尝试了80多种组合方式，仍然失败了。难道是数据错了？不？这不可能？第谷的数据绝对是当时最精确的，难道是自己的数学计算出现了问题？不！自己已经反复计算了很多次，确认没有出现任何问题，那就只有一种可能了，行星运动的轨道根本就不是圆形，而是椭圆！在这个大胆想法的指引下，开普勒很快就取得了巨大的突破，1609年，他最终得到了开普勒第一定律和开普勒第二定律。对此，他激动地写道，十几年了，我终于走出黑暗，走向光明！ 但是并没有多少人支持他这种离经叛道的观点，不过似乎又有一个人给他带来了希望，这个人是意大利天文学家伽利略（1564-1642），伽利略是为数不多对他的观点表示认同的人，开普勒听闻之后大喜，立刻写了一封热情洋溢的信给伽利略，希望和他一起联手推广自己的新发现，可是伽利略并没有给出积极的反应。后来因为时局动荡，1610年之后开普勒和伽利略失去了联系

伽利略-伽利雷（1564-1642） 1609年左右，伽利略给当时的德国公爵寄去了一架望远镜（PS：日后开普勒发明了更为先进的开普勒望远镜），公爵让开普勒先替他调试几天，开普勒找来一群助手，由于开普勒视力不好，所以让助手们轮流在每天晚上观测，将观测结果画在一张纸上，经过对结果的分析，开普勒最终证实了自己的想法是正确的，他决定自己一定要向当时社会上陈旧的观念发起最后一击。 1611年，他创造了世界上第一篇科幻小说《梦》（当然，目前的主流观点认为世界上第一部科幻小说是雪莱的妻子玛丽在1818年所创造的《弗兰肯斯坦》），大致内容就是，假设在月球上存在一种生命，他们也建立了自己的文明，有自己的天文学理论，他们认为月球才是宇宙的中心，（影射死守地心说的人），直到后来，主人公通过星际旅行来到月球，向他们宣讲地球的天文学理论，才解开他们的疑惑，这一年，同样也是开普勒最惨的一年，首先是当时的皇帝鲁道夫二世被弟弟逼迫退位，第二年就去世了，当时神圣罗马帝国已经处在30年战争的前夜，经济状况十分紧张，开普勒已经很长时间没有领过工资了，而新皇帝又不太重视他，因此，工资被进一步拖欠，再然后就是开普勒的三个子女全部染上天花，小女儿因此而夭折，剩下的两个也从此受到了不可逆的伤害，再接下来，妻子又去世了，而自己的理论却没有得到认同，然而，更大的灾难还在等着他 1615年一个和开普勒的弟弟存在经济纠纷的女子宣称，开普勒的母亲用一种有毒的饮料致使他中毒，恰逢当时欧洲处在猎巫运动时期，据记载，在几个世纪之内，因为被指控为巫师而死的良家少女的人数高达近百万，再加上此时开普勒发表的那篇梦的手稿出现了一个歪曲的版本，起因是故事讲述者的母亲向一名恶魔学习太空旅行的方法，在这两个原因的加持下，开普勒的母亲也未能幸免，经过多番周旋之后，才得以出狱，但是由于受到身心上的严重折磨，不久就去世了。 神圣罗马帝国皇帝马蒂亚斯企图在波希米亚（今捷克）恢复天主教，指定斐迪南二世为波希米亚国王。斐迪南二世下令禁止布拉格新教徒的宗教活动，拆毁其教堂，并宣布参加新教集会者为暴民。1618年5月23日，武装暴徒冲进王宫，把皇帝的钦差从窗口抛入壕沟，史称“掷出窗外事件”，三十年战争正式开始。神圣罗马帝国局势动荡，开普勒被迫离开宫廷，在如此动荡的环境下，他仍然坚持研究在1619年出版了《宇宙的和谐》这一著作，提出了开普勒第三定律。

人生的最后十几年，过着动荡不安，到处迁徙的生活。1621年，他撰写了一本天文学教科书，开始尝试将自己发现的定律正式运用到天文学的研究中，1623年，开普勒完成了第谷生前的遗愿，将一份建立在日心说基础上的更精确的星表：鲁道夫星表写作完毕，经历多重波折后，在1627年开始印刷，投入使用 1630年，开普勒前去参加正在召开的萨克森诸侯会议，打算讨要回自己被拖欠多年的薪水，在路上病倒，他知道，自己再也走不动了，1630年11月15日，开普勒在此地去世。享年59岁，他早在死前就已经给自己拟好了墓志铭： 我曾测量天空，现在丈量幽冥。 灵魂生于天上，肉体没入凡尘。 在之后的30年战争之中，开普勒的坟墓被毁。 开普勒曾在生前感慨：我沉溺于神圣的狂喜中，的书已经完稿，他并不是会被我同时代的人读到，就会被我的子孙后代所读到，这是无所谓的事情，他也许足足需要100年的时间才能等来一个读者，就像上帝整整等了6000年才终于有人理解他的作品一样。可惜他的著作在生前，并没有给他带来好运，同时代几乎没有人理解他的发现，他至死都没有得到他应该有的待遇和认同..... 除了在天文学方面贡献显著之外，开普勒还是光学的奠基人之一，对反射，折射以及小孔成像等各种光晕现象均有独到的研究，他还发明了比伽利略望远镜放大倍数更高的开普勒望远镜。他也完善了函数的定义，也是将无限小应用到数学领域的先驱，对后来的微积分产生了一定的影响。整理并出版了第谷生前没有完成的鲁道夫星表。 直到他死后，约半个世纪，人们才渐渐的意识到他的发现的巨大价值，在他的基础上，牛顿在1687年推导出了万有引力定律。天文学也在这批先驱的基础之上迅速发展，蔚为大观。成就如此之丰富多彩的世界...... Johannes Adams Liszt说：20年观测，上千个数据，行星运行，终得准确。十年数学推算，80余种方法，行星运动规律，终被世人所知。二人相辅相成终铸天文学继日心说之后又一里程碑。 致敬，第谷-布拉赫（Tycho Brahe），约翰尼斯-开普勒（Johannes Kepler） 2023年7月28日写于河北保定 Johannes Adams Liszt