中外科学家发明家丛书:开普勒-第2章
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个的水晶球”，而“静止不动的地球”居于这些水晶球的中心。太阳围绕着
地球运转，因为上帝创造太阳的目的，就是要照亮地球，施恩于人类。至于
天体的运转，按照意大利神学家托马斯·阿奎那的解释：是因为每一个天体
都有一个“天使”在拉着它走。天体的运转取决于“天使”的意志，而“天
使”的意志是人类不能揣磨的。“如果人类有时候能够了解一些问题，那是
因为上帝通过天使对我们作了启示。”公元2世纪，古希腊天文学家托勒密
总结了前人在400年间对宇宙观察研究的结果，写成了《天文集》一书，提
出了“地球是宇宙的中心”的学说。他希望凭借人类的智慧，用观测、演算、
推理等方法，去发现天体运行的规律。但他提出的“地球是宇宙的中心”的
错误说法，因为与《圣经》的记载相一致、而被中世纪的神学家们奉若至宝，
被神学家所利用和把持了1400多年。哥白尼提出的“太阳中心说”，提出地
球是一颗行星，形状属圆，它环绕固定在中心的太阳运行，地球上四季的循
环正是由此而来。哥白尼的 《天体运行》出版以后，罗马教廷就已感到这部
著作的巨大威胁，考虑如何对付，红衣主教施福治向教皇保罗献策道：“我
建议不要理睬这种渎神的言论，因为既然恶魔已点了火，你再去给它煽风，
火就会烧得更大。最好是不闻不问。”罗马教廷采纳了施福治的建议，没有
立即禁止哥白尼这部著作的发行。另外，由于《天体运行》是用拉丁文写的，
而且只有懂数学的人才能看得懂，在一般市民阶层中影响不大，所以罗马教
廷容忍它存在了70多年。到了1616年3月5日，罗马教廷宣布，哥白尼学
说为“异端”；列哥白尼的著作《天体运行》为禁书；凡宣传哥白尼学说的
出版物一律禁止发行，除非对书中的表述方式作某些改动，将其学说作为观
点而非事实才可以发表。
开普勒最初研究天文学和哥白尼的著作正是在哥白尼的著作遭禁之前，
这就使他有可能接触和研究哥白尼的天文学。开普勒平生十分爱好数学，十
分重视数学的作用，总想在自然界寻找数量的规律性，这就是和谐。他接受
哥白尼体系后就专心探求隐藏在行星体系中的数量关系。1595年10月，在
他编制的1596年年历的题辞中，开普勒宣布了他的处女作《宇宙的奥秘》。
在他完成了初稿以后，回到了他的故乡符腾堡，请他的老师与斯特林帮助他
出版此书。在马斯特林不懈的努力下，《宇宙的奥秘》终于于1596年底出版，
并载入法兰克福书目之中，并于1597年2月出现在春季书市上。
开普勒在《神秘的宇宙》一书里设计了一个有趣的、由许多有规则的几
何形体构成的宇宙模型。他试图解释为什么行星的数目恰好是六颗，并用数
学描述所观测到的各个行星轨道大小之间的关系。他发现六个行星恰好同五
种有规则的正多面体相联系。这些不同的几何形体，一个套一个，每个都按
照某种神圣的和深奥的原则确定一个轨道的大小。他用地球来度量其它轨
道。一个十二面体外切地球，这个十二面体就内接于火星的天球。一个四面
体外切火星轨道，这个四面体就内接于木星天球。一个立方体外切木星轨道，
这个立方体就内接于土星天球。把一个二十面体放入地球轨道，外切这个二
十面体的天球就是金星。把一个八面体放入金星轨道，外切这个八面体的天
球就是水星。
这种设计得到的各个星球的半径比率与各个行星轨道大小的已知值相吻
合，有规则的正多面体是具有相同平面的对称体。这种具有对称平面的多面
体只能作出五个，因此，开普勒认为太阳系的行星只有六颗，因为他坚信，
上帝是依照完美的数学原则创造世界的。
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开普勒模型的数字关系纵然如此美妙，但若于年后开普勒分析帝谷的观
测数据，制定行星运行表时，它们却毫无作用，开普勒就摒弃了它。
五、反宗教改革运动对开普勒的影响
1590年4月27日，开普勒和一位磨坊主的女儿巴尔巴拉在格拉茨大教
堂举行了婚礼。这次婚姻是开普勒自己选择的，他的妻子家比较富有，他的
妻子在格拉茨拥有许多财产和有影响的朋友。因此，不管学校里发生了什么
事，开普勒都不必害怕，生活是有保证的。但是开普勒没有想到，他的家庭
会遭到未曾预料的打击，这就是在他婚后两年内接连失去了一个儿子和一个
女儿。他们都是出生后没有几个星期就夭亡的。
与此同时，开普勒的命运也有了重大转变。这就是反宗教改革运动在奥
地利，以费迪南德大公为首的天主教派与新教教徒发生了冲突。费迪南德大
公带来了意大利援兵，撤掉了新教的参事会，城门和兵工场的守卫也交给了
教皇派。冲突中的气氛因为一位新教徒会员的无理被捕而激化到了极点。新
教教徒计划建立自己的医院和新公墓，以借此免交昂贵的殡葬税的作法也引
起天主教派的强烈反对，费迪南德大公命令取消了这一计划。这时期，城里
的大长老下令禁止新教牧师进行宗教活动，他借口自古以来一个地方的大长
老就有权在他的收入因别人进行宗教活动而受损时下令停止其活动，而费迪
南德大公承认长老的这个权利。使反宗教改革运动达到顶点的是：1598年9
月27日，费迪南德大公下了一道诏令，命令新教教堂和学校的所有工作人员
必须在日落之前离开城市；必须在七天之内离开领地，否则处以极刑。开普
勒是格拉茨新教教会学校的教师，当然也在被驱逐之列。这样，他不得不把
妻子留下，到了皇帝统治的匈牙利和克罗西亚地区。开普勒是唯一可以马上
回来的人，在一份正式谕令里费迪南德大公因为他是地方数学家的缘故而允
许他继续居留在格拉茨，但他必须谨慎行事，因为在当时，谁让领区的教士
替孩子洗礼，谁根据基督的命令领圣餐，谁拜访新教牧师，都是犯了弥天大
罪。谁在城里唱圣歌，谁看路德的传道书，就要被逐出城区。谁要求在墓地
举行殡葬仪式，想安慰临终的人，就是犯了重罪，就以滋乱肇事者论处。
家庭的不幸和反宗教改革带来的灾难，使开普勒深感痛苦，他对自己也
日渐不满，他责备自己“胆小怕事”，他说自己想寻找一条穿过密密丛林的
道路，却又在丛林中停留下来。开普勒在痛苦中的唯一快乐是对科学的研究。
为了逃避痛苦，他又回到占星术中去，尽管他十分厌恶占星术。
就在开普勒处在黑暗的痛苦之中时，突然一线希望之光照亮了他，他被
丹麦大天文学家，在布拉格鲁道可夫二世国王宫廷任职的帝谷·布拉赫邀请
到布拉格去一起研究天文学。早在1592年，开普勒就曾把自己的第一部著作
《宇宙的奥秘》寄给帝谷，帝谷就曾邀请开普勒到万斯贝克去。现在，他又
发出了第二次邀请，他在给开普勒的信中说：我不是因为您遭受厄运而请您
来此，而是出于共同的研究愿望和要求请您来此，请您不要把我看作是一位
命运的朋友，而是看作是您的朋友，即使在您不幸的时候，他也不会拒绝给
您出主意想办法，他极想谒诚地帮助您。开普勒欣然接受帝谷的邀请，于1600
年携眷来到布拉格。
六、帝谷·布拉赫及其对天文学的贡献
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帝谷·布拉赫，出身于丹麦的贵族家庭。14岁时因当年的一次日食引起
他对天文学的浓厚兴趣。1572年秋天，天空中突然闪现一颗明亮的新星。这
颗新星的光辉异乎寻常，它不仅比所有恒星都亮，而且盖过亮度最大的金星，
甚至在阳光普照的白昼也可以在天空中看到它。这颗新星的出现，惊动了全
世界，也激发了年轻的帝谷献身天文观测的热情。要知道这颗新星到底是什
么，必须要知道它在哪里，首先引起帝谷兴趣的是测量它的距离。如果它距
离地球不太远，那它应该同月亮和行星一样，对其附近恒星发生相对的位移。
帝谷以其精湛的技巧对新星作了精心观测，却丝毫没有发现这种情形。它既
没有像月亮那样明显位移，也没有行星那样迂回曲折的视行。这意味着新星
远在月亮和行星的轨道之外，绝非是什么某种大气现象，而是高于恒星一类
的星球，后人为纪念他，将这颗新星命名为帝谷星。
帝谷的声望和观测才能得到丹麦国王腓特烈的赏识。1576年，他被聘为
皇室天文学家，受到额外优待。国王把位于哥本哈根和赫尔辛基之间海峡上
的赫芬岛交给他使用，并拨给他一笔款项。帝谷用丹麦王的资金在岛上建立
了巨大的观天堡，配备当时最精密的观测仪器，有一部分仪器是他自己制造
的。这些仪器被放置在有活动房顶的地下观察室里，这样可以防震和防风。
他的最主要的仪器是一个半径2米的大象限仪，其读数精度达到1／6弧分，
这在当时是空前的。帝谷在那里呆了21年，做了大量观测，同时作出几项重
要发现。腓特烈国王去世后，帝谷失去了支持者，由于同僚的嫉妒，他被迫
离开他的天文台，避居哥本哈根，他只抢救出他的极珍贵的仪器。但为观察
星星而建立的巨大天文堡不是被拆除，就是很快倒塌了。这件事对他的打击
很大。幸好另一位以奖励天文学著称的奥地利国王普道尔夫二世支持了他，
不仅许以优厚俸禄，还在布拉格为他建造了一座天文台，帝谷于1599年来到
布拉格。
帝谷对天文学的贡献是多方面的。精密的天文观测是他主要的贡献。他
发明新的观测仪器，并对旧的仪器进行改进。他所作的观测精确度高，是他
同时代的人无法相比的。他在20年间对各个行星位置的测定，误差不大于
0。067度，这个角度大致相当于将一枚针举一臂远处，用眼睛看针尖所张的
角度。他还发现了同球运动的“二均差”，对蒙气差有了更完善的了解。
帝谷的另一成就是对彗星所作的观测。他指出，那些来无影、去无踪的
拖着长尾巴的彗星也不是什么大气中的某种爆发现象，而是一种天体。帝谷
通过观测证实，彗星的轨道远在月球之外，并且可以穿越行星天层而不碰上
任何阻碍。帝谷对行星运动的长期观测；积累了大量观测数据，是一笔宝贵
的财富。
帝谷是一位精明的观测家，但不是一个好的理论家，他对哥白尼很崇敬，
他完全清楚日心体系的优点，并称赞它是：美丽的几何结构。但他拒绝承认
这个学说。首先，地动思想与圣经相违背，这在帝谷看来是不可能的。他不
敢相信，像地球这样既大而笨的东西会有什么运动。其次，帝谷尽管做了极
精心的观测。终究未能发现恒星因地球运动而引起的视差效应。这意味着两
种可能，要么地球是静止的，要么如哥白尼所言，恒星的距离有不可思议的
遥远。但是，帝谷不相信行星系恒星天球之间会有这样广阔的“虚无空间”。
帝谷既不满意托勒密体系，又不愿接受哥白尼学说，他采取一个折衷办
法，于1580年提过他自己另行设计的混合体系——帝谷体系：按照古人的说
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法和《圣经》的启示，我认为只能把地球安置在世界中心。但我不赞成托勒
密那种主张。我想，只有太阳、月亮以及包含全部恒星的第八重天才以地球
为中心而运行，五颗行星则绕太阳运行。太阳处在它们的轨道中心，它们像
陪伴君王那样绕太阳作周年运动。
帝谷的折衷体系没有在欧洲产生很大影响，随着开普勒三大定律的产
生，帝谷体系也就消声匿迹了。
七、成为帝谷科学遗产的继承人
开普勒和帝谷的会面乃是欧洲科学史上最重大的事件。这两位个性迥异
的天文学家的相会标志着近代自然科学两大基础——经验观察和数学理论的
结合。帝谷的精密天文学观察和计算是和开普勒名字联在一起的天文学巨大
进步的基础。没有帝谷的观察，开普勒就不可能改革天文学。
1600年2月，开普勒应帝谷之邀，来到了布拉格，当帝谷在鲁道尔夫二
世国王为他准备的，离布拉格5哩远的贝那特克宫中听到开普勒到了布拉格
的消息时，他真是喜出望外。他马上请开普勒来见他。1600年2月4日晚，
开普勒到达贝那特克宫。在此后的三个多月里，开普勒和帝谷朝夕相处，共
同研究他们感兴趣的问题。
四个月后，开普勒返回了格拉茨，他和帝谷约定，帝谷去要求皇帝下一
道赦令：命令开普勒在布拉格居住两年。这样他就可以和帝谷一起完成行星
理论的研究和出版工作。开普勒回到格拉茨后，却没有想到又受到天主教的
迫害。这时，反宗教改革的浪潮达到顶点。1600年8月1日，诸侯宣布永远
放逐几千名新教市民和官员，命令他们必须在45天内离开城市，开普勒也在
放逐之列。
开普勒获悉放逐令后，马上将他的困境告诉了帝谷。帝谷马上答复他，
要他尽快赶到布拉格，因为皇帝至少已在口头上同意任用开普勒。这样，开
普勒带着家眷和行李前往布拉格，在途中，开普勒生了疟疾，整日发高烧，
同时他的经济状况由于被放逐而日益窘迫。但开普勒没有失望。这时科学工
作是他唯一的安慰和兴趣。尽管体弱多病，他也从未懈怠过。这种不倦的工
作热情是开普勒的基本性格，也是使他过早去世的一个原因。
正在开普勒贫病交加的时候，又是帝谷伸出友谊之手，帮助了开普勒。
帝谷以极大的努力帮助开普勒的家庭，并且对开普勒本人，帝谷也筹划了一
项大规模的计划，他想和开普勒一起开始着手大规模的天文计算工作。这项
工作应该确定行星的运行，为了尊崇皇帝，它被命名为《鲁道尔夫星行表》。
开普勒成为帝谷的一名得力助手。
但是，不久后发生的一件事从根本上改变了开普勒的生活。1601年 10
月24日，帝谷·布拉赫在短期病重以后突然意外地逝世。在帝谷临终前，他
将开普勒选定为他的科学遗产——20多年观测材料的继承人，开普勒答应把
帝谷的工作继续下去，同时注意研究他的假设，而不是哥白尼的假设。开普
勒明白，他应该怎样感激这位天文学家，以及和这位大研究者的科学遗产联
结在一起的那项任务又是多么重大。
八、改革天文学
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帝谷死后不到�
