克卜勒傳奇的一生

            
克卜勒的墓誌銘是：「我曾測天高，今欲量地深。我的靈魂來自上天，凡俗肉體歸於此地。」

    克卜勒是現代天文學的奠基者，儘管一生波折，他所提出的行星運動三大定律，影響深遠，促成牛頓導出萬有引力理論。
    2009年是伽利略使用望遠鏡觀測星空400週年，聯合國教科文組織將這一年定為全球天文年。話說1608年，一位荷蘭人無意中發明放大倍率5倍的望遠鏡，消息傳到了義大利，在1609年，伽利略根據他光學方面的知識，自行製造出放大倍率高達20倍的望遠鏡。就在這一年，他首先使用望遠鏡觀測星空，之後不到兩年間，陸續有許多驚人的發現：他把望遠鏡指向月球，發現月球表面坑坑洞洞；指向銀河，發現它是由許多星球組成的；指向木星，發現有四顆衛星圍著它旋轉；指向太陽，發現了太陽黑子。
   1609年對天文學而言，是值得大書特書的一年，除了伽利略首先用望遠鏡觀測星空外，德國天文學家克卜勒也在這一年出版《新天文學》，十年後出版《宇宙的和諧》，前後提出行星運動三大定律，促成數十年後，牛頓導出萬有引力理論。伽利略和克卜勒兩人被公認是現代天文學的奠基者。趁紀念全球天文年之便，本文為讀者介紹有關克卜勒的生平及他對天文學的貢獻。

早年及求學過程
    1571年克卜勒出生在德國韋爾。父親是位個性粗鄙的職業傭兵，曾數次離家外出作戰。有一回離家出走，從此再也沒回來，據說是參與戰役後，死於回家途中。因此，克卜勒從小由母親一手帶大。也許是受父親的影響，母親性情相當古怪。她是小酒館老闆的女兒，除了看顧酒館，也常採集藥草為人治病。據信她也會施展巫術，後來還差一點為此喪命。
    克卜勒三歲時染上天花，導致雙手手指受創，視力受損。雖然他身體不好，但小小年紀，就要在母親經營的小酒館餐桌旁服務。儘管童年充滿痛苦和憂慮，但他天資聰穎，獲得獎學金就讀德語寫作學校，後轉入拉丁語學校。1589年他獲得一筆獎學金，進入杜賓根大學研讀神學和數學。在當時，天文學被視為數學的一部分。
   從著名天文教授馬斯特林（Michael Mastlin）那裡，克卜勒接觸到哥白尼的日心宇宙系統。在當時，教會奉行的是托勒密（Ptolemaeus）在第二世紀提出的宇宙系統，即地心說：地球是宇宙的中心，太陽及所有行星均繞著地球旋轉。哥白尼則認為太陽是宇宙的中心，地球及當時所知的另外五顆行星，都繞著太陽轉動。克卜勒很快就相信哥白尼的宇宙系統，並成為它的擁護者。

初試啼聲：神秘的宇宙
   克卜勒是虔誠的基督徒，立志當牧師。他畢業時，剛好奧地利格拉茲新教神學院需要數學教師，於是天文教授馬斯特林推薦他去任教，因而改變了他的一生。 在格拉茲任教時，克卜勒開始致力於對宇宙的了解，因為他認為了解上帝所創造的宇宙，是基督徒的職責。為此他花許多功夫鑽研希臘的幾何學。
   在哥白尼的宇宙系統下，他開始思索為什麼剛剛好只有六顆行星？什麼決定行星軌道間的距離？他秉持「上帝設計宇宙時，必定要用到幾何」這個信念，來尋找問題的答案。首先他從二維的平面圖形出發，發現一個等邊三角形的外接圓半徑與內切圓半徑之比，約等於土星和木星軌道之比。
   可是，當他嘗試用類似的方法尋找火星及其他行星的軌道時，卻得不到正確的答案。於是，他接著考慮三維立體圖形來解決這個問題。古希臘時期已熟知五種正多面體：正四面體、正六面體（即立方體）、正八面體、正十二面體和正二十面體。五者統稱柏拉圖正多面體。

克卜勒<宇宙的神秘>

Closeup of inner section of the model

   希臘人認為宇宙物質由四個基本元素構成：土、水、空氣及火。柏拉圖認為每種基本元素都對應一種基本粒子，並可用一種柏拉圖正多面體來代表：土對應立方體、火對應正四面體、空氣對應正八面體、水對應正二十面體。多出來的正十二面體，是唯一由五邊形構成的正多面體，具有奇特的數學性質，而五邊形和黃金比例密切相關，因此柏拉圖認為正十二面體對應的是宇宙整體。 【更進一步的內容，請參閱第470期科學月刊】http://w2.hkjh.tc.edu.tw/hkteblog/gallery/3/%E5%85%8B%E5%8D%9C%E5%8B%92%E5%82%B3%E5%A5%87%E7%9A%84%E4%B8%80%E7%94%9F.pdf 







圖片來源：
1.(右圖)Johannes_Kepler.jpg<維基百科，自由的百科全書>http://zh.wikipedia.org/zh-tw/File:Johannes_Kepler.jpg
2.(左圖)Johannes Kepler, From Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/Johannes_Kepler
3.劉柏宏<正多面體介紹>http://museum.math.ntnu.edu.tw/introduction.php?zhuan_lan=jheng_duo_mian_ti
4.Platonic solid, From Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/Platonic_solid
5.克卜勒用五種正多面體的外接球和內切球來描述行星到太陽的距離關係<宇宙的神秘>http://obser.nmns.edu.tw/04/telescope-pop06.htm

參考網址：
1.約翰內斯.克卜勒<維基百科，自由的百科全書>http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%BA%A6%E7%BF%B0%E5%86%85%E6%96%AF%C2%B7%E5%BC%80%E6%99%AE%E5%8B%92
2. 林文隆(2009)<科學月刊>2月號第470期http://scimonth.blogspot.com/2009/04/blog-post_4996.html
3.陳欣儀、周沛虹(2006)<星空裡的紀錄—談克卜勒的發展> http://www.shs.edu.tw/works/essay/2006/10/2006103120583675.pdf
4.歐洲古代天文學-近代天文學的誕生-行星運動定律<AEEA天文教育資訊網>http://aeea.nmns.edu.tw/aeea/courses/right3_6.html
5. 捷克舉行大會紀念刻卜勒定律發布400周年<臺北市立天文科學館>http://www.tam.gov.tw/cgi-bin/Message/MM_msg_control?mode=viewnews&ts=4a95c0d1:52ce&theme=/3790000000/379040000E/379041700E/tam.message2&layout= 6.天文學的發展—-第谷與刻卜勒http://blog.udn.com/eurekaphy/2470664