開普勒〈行星運動三大定律〉(4)  江銘輝  五夢網

九、開普勒光學及望遠鏡

1.   光學

開普勒在物理學，特別是光學領域，也有傑出貢獻。1604年，他的《對威蒂略的補充，天文光學說明》一書問世。威蒂略(1220~1270年)是中世紀波蘭著名的物理學家，著有《物理學》、《光學》等書，闡述了文藝復興以前最重要的光學理論。開普勒在此基礎上，又作了發展，他描述了人的視覺的形成過程，揭示了視網膜的作用，指明了近視和遠視的原因。雖然早在1299年，佛羅倫斯的阿瑪蒂就發明了矯正視力的眼鏡，但直到開普勒，才解釋了這些彎曲的小玻璃片的作用。他對視覺的分析，給了解眼器官的結構和機能打下了基礎。

1609年，開普勒發表了《天文學中的光學》一書。

2.   發明開普勒望遠鏡

1609年，伽利略發明了一架折射望遠鏡，這架望遠鏡係由一片凸鏡作物鏡和一片凹鏡作目鏡組成，它成正像，但視野受到限制，有球面像差和色差，適眼距也不佳，在天文觀測中用途不大。開普勒深入研究並闡釋了望遠鏡的原理，對折射望遠鏡作重大改進，設計了開普勒望遠鏡。

開普勒是開普勒改善了伽利略的設計，在1611年發明開普勒望遠鏡。他改使用一個凸透鏡作為目鏡而不是伽利略原來用的一個凹透鏡。這樣安排的好處是從目鏡射出的光線是匯聚的，可以有較大的視野和更大的適眼距，但是看見的影像是倒轉的。這種設計可以達到更高的倍率，但需要很高的焦比才能克服單純由物鏡造成的畸變。

1613年，開普勒製造出第一架開普勒望遠鏡，至十七世紀中葉已為天文學家普遍採用。開普勒關於望遠鏡的理論，寫在1611年出版的《光學》一書中。

3.   大氣有重量

開普勒最先認為大氣有重量，並正確解釋了月全蝕時月亮呈紅色是因太陽光經過大氣折射後、投射到上面而造成的。他首先把潮汐和月球的活動關聯起來，第一次宣布地球以外的行星也是物質的。這是一個了不起的發現，但不知為什麼原因，他的朋友伽利略卻不接受他關於潮汐的理論。

十一、《六角形的雪》

1611年，開普勒即興寫了一本未完成的書《六角形的雪》，透過對六角形的雪的觀察，使他得出了對稱的觀念，並推想到由許多球體緊密堆積而成。這本書可視為晶體學的前驅。

十二、皇帝魯道夫二世遜位

1611年，開普勒的保護人德皇魯道夫二世受其弟逼迫退位，而他仍被新皇帝留任。

他不忍與故主分別，繼續隨侍左右。1611年，魯道夫二世卒，開普勒接受了奧地利的林茨當局的聘請，去作數學教師和地圖編製工作。在這裡，他繼續探索各行星軌道之間的幾何關係，經過長期繁雜的計算和無數次失敗，最後創立了行星連動的第三定律《諧和定律》：即行星繞太陽公轉運動週期的平方與它橢圓軌道的半長軸的立方成正比。這一結果發表在1619年出版的《宇宙諧和論》中。

  1618年，三十年戰爭爆發，林茨為戰亂所擾。開普勒接受意大利波倫亞大學之聘，去任教3年1818年~1821年)，在此期間，他發表了《哥白尼天文學概要》一書，闡釋了哥白尼的理論，敘述了他個人對宇宙結構及大小的看法。該書論及日、月蝕甚詳，記述1567年的所謂「日蝕」為「四周有光環溢出，參差不齊」，由此可見，這不是日環蝕，而是日冕現象。不久，他又出版了《慧星論》一書，認為慧星尾所以總背著大陽，是由於太陽光排斥慧星頭物質所致。這是提前兩個半世紀預言了輻射壓力的存在。