ケプラーと宇宙

ケプラーという名前を聞くと、ほとんどの人はNASAの深宇宙を観測するケプラー宇宙望遠鏡を思い浮かべるでしょう。これまでに4,696個の太陽系外惑星候補を発見し、そのうち1,031個が確認されています。2台目のリアクションホイールが失われて以来、K2ミッションに再利用されています。ケプラー望遠鏡は素晴らしいですが、その名を冠したヨハネス・ケプラーも素晴らしいです。王立天文学会の会員であるデイビッド・K・ラブは、新著『ケプラーと宇宙：一人の男がいかに天文学に革命をもたらしたか』で、ケプラーの生涯と主要な発見を鮮やかに記録しています。

16 世紀は天文学にとって興味深い世紀でした。何世紀にもわたり、アリストテレスによる地球中心の宇宙論が支配的でした。すべての天体は原動力によって動かされ、完全な円を描いて地球の周りを回るという考えは、人間を宇宙の中心にしっかりと据えていました。しかし、観測はこの見解を裏付けるものではなく、この矛盾からニコラウス コペルニクスは 1543 年に著した「天球の回転について」で、太陽が中心にある太陽中心のモデルを提唱しました。

コペルニクスの見解は、簡単に受け入れることのできるものではなく、安心して信じられるものでもなかった。地球を中心から外すことは、人間が宇宙の中心ではなく、したがって神の似姿として選ばれた種族ではないことを示唆していた。太陽中心のモデルはローマカトリック教会によって異端として非難され、その考えを推進することは同様に犯罪とみなされた。そして、ヨハネス・ケプラーが1571年12月27日に現在のドイツにある町、ヴュルテンベルクのヴァイル・デア・シュタットで生まれたとき、その考えはわずか28年しか経っていなかった。

彼は幼い頃から天文学に興味を持ち、6 歳のときに 1577 年の大彗星を観測し、1580 年には月食を観察しました。これらの出来事が彼の科学に対する好奇心を刺激したことは間違いありませんが、彼は宗教の道を進むことを選びました。ルーテル教徒として育てられた彼は、テュービンゲン大学で神学を学びました。ここで彼はコペルニクスの考えに触れ、その物議を醸す性質にもひるむことなく、最終的に神学を離れ、オーストリアのグラーツで数学と天文学を教えるようになりました。

1600年にケプラーはプラハに移り、ティコ・ブラーエの下で働くことになった。ブラーエは、太陽は地球の周りを回るが、他のすべての惑星は太陽の周りを回るという地太陽中心説の先駆者として知られる天文学者だった。ブラーエは1601年に亡くなる前に、その時点でまだ調査されていなかった自身の観測結果を分析するようケプラーに依頼した。亡くなった同僚のデータを精査した結果、ケプラーは火星の軌道が円ではなく楕円であることを発見した。この発見は1609年の著書『新天文学』で発表され、現在では惑星運動の第一法則として知られる法則につながった。太陽の周りの惑星の軌道は楕円であり、太陽は2つの焦点のうちの1つである。また、この著作には第二法則も登場し、太陽の中心から惑星の中心に引いた仮想線が等面積に等時間で描くという法則を述べている。

1612年、ケプラーはリンツに移り、7年後に『世界の調和』を出版しました。この後の著作から、惑星の公転周期の2乗は、その軌道の長半径の3乗に比例するという、ケプラーの惑星運動の第3法則が導き出されました。

惑星運動の 3 つの法則はケプラーの最もよく知られた天文学への貢献ですが、これが彼の唯一の天文学への貢献というわけではありません。1604 年に発表された『Astronomia Pars Optica 』は、人間の目の中の屈折の過程と、2 つの目が奥行きを知覚する仕組みを記述した、現代光学の創始者とされています。1615 年の著書『Stereometrica Doliorum』は積分学の基礎となりました。また、彼は太陽が自身の軸を中心に公転することを初めて提唱しました。

ケプラーの生涯と、彼の主要な発見につながった状況は、ラブによって非常に詳細に記録されています。ラブは、ケプラーの生涯に影響を与えた宗教や個人的な要素を軽視することなく、科学に焦点を当てています。 『ケプラーと宇宙』は、おそらく天文学、歴史、宇宙ファンに最もアピールするであろう読みやすい作品ですが、宇宙に強い関心を持つ初心者にとっても読みにくいものではありません。また、わずか 200 ページ強とかなり短いため、休日に長距離の国内横断飛行をする方に最適な本です。

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