开普勒〈行星运动三大定律〉(4)  江铭辉  五梦网

九、开普勒光学及望远镜

1.   光学

开普勒在物理学，特别是光学领域，也有杰出贡献。1604年，他的《对威蒂略的补充，天文光学说明》一书问世。威蒂略(1220~1270年)是中世纪波兰著名的物理学家，着有《物理学》、《光学》等书，阐述了文艺复兴以前最重要的光学理论。开普勒在此基础上，又作了发展，他描述了人的视觉的形成过程，揭示了视网膜的作用，指明了近视和远视的原因。虽然早在1299年，佛罗伦萨的阿玛蒂就发明了矫正视力的眼镜，但直到开普勒，才解释了这些弯曲的小玻璃片的作用。他对视觉的分析，给了解眼器官的结构和机能打下了基础。

1609年，开普勒发表了《天文学中的光学》一书。

2.   发明开普勒望远镜

1609年，伽利略发明了一架折射望远镜，这架望远镜系由一片凸镜作物镜和一片凹镜作目镜组成，它成正像，但视野受到限制，有球面像差和色差，适眼距也不佳，在天文观测中用途不大。开普勒深入研究并阐释了望远镜的原理，对折射望远镜作重大改进，设计了开普勒望远镜。

开普勒是开普勒改善了伽利略的设计，在1611年发明开普勒望远镜。他改使用一个凸透镜作为目镜而不是伽利略原来用的一个凹透镜。这样安排的好处是从目镜射出的光线是汇聚的，可以有较大的视野和更大的适眼距，但是看见的影像是倒转的。这种设计可以达到更高的倍率，但需要很高的焦比才能克服单纯由物镜造成的畸变。

1613年，开普勒制造出第一架开普勒望远镜，至十七世纪中叶已为天文学家普遍采用。开普勒关于望远镜的理论，写在1611年出版的《光学》一书中。

3.   大气有重量

开普勒最先认为大气有重量，并正确解释了月全蚀时月亮呈红色是因太阳光经过大气折射后、投射到上面而造成的。他首先把潮汐和月球的活动关联起来，第一次宣布地球以外的行星也是物质的。这是一个了不起的发现，但不知为什么原因，他的朋友伽利略却不接受他关于潮汐的理论。

十、《六角形的雪》

1611年，开普勒即兴写了一本未完成的书《六角形的雪》，透过对六角形的雪的观察，使他得出了对称的观念，并推想到由许多球体紧密堆积而成。这本书可视为晶体学的前驱。

十一、皇帝鲁道夫二世逊位

1611年，开普勒的保护人德皇鲁道夫二世受其弟逼迫退位，而他仍被新皇帝留任。

他不忍与故主分别，继续随侍左右。1611年，鲁道夫二世卒，开普勒接受了奥地利的林茨当局的聘请，去作数学教师和地图编制工作。在这里，他继续探索各行星轨道之间的几何关系，经过长期繁杂的计算和无数次失败，最后创立了行星连动的第三定律《谐和定律》：即行星绕太阳公转运动周期的平方与它椭圆轨道的半长轴的立方成正比。这一结果发表在1619年出版的《宇宙谐和论》中。

  1618年，三十年战争爆发，林茨为战乱所扰。开普勒接受意大利波伦亚大学之聘，去任教3年1818年~1821年)，在此期间，他发表了《哥白尼天文学概要》一书，阐释了哥白尼的理论，叙述了他个人对宇宙结构及大小的看法。该书论及日、月蚀甚详，记述1567年的所谓「日蚀」为「四周有光环溢出，参差不齐」，由此可见，这不是日环蚀，而是日冕现象。不久，他又出版了《慧星论》一书，认为慧星尾所以总背着大阳，是由于太阳光排斥慧星头物质所致。这是提前两个半世纪预言了辐射压力的存在。