封面说明

今年是伟大的德国天文学家和数学家开普勒诞辰450周年。本刊特以他的肖像和以他的名字命名的描述太阳系行星运动的三大定律作为封面，致以敬意。

约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler)1571年12月27日生于符腾堡威尔德斯达特镇。他从小体弱多病，但天性聪慧。受符腾堡公国的君主实行的开明政策下的奖学金资助，他16岁时开始在蒂宾根大学学习，并有幸在M.麦斯特林教授指导下研习天文。在大学学习期间，他了解到并接受了日心说。开普勒于1588年获得学士学位，1591年获文学硕士学位。当时他想当一名路德教的牧师，所以又留校学习神学。1594年他前往奥地利的格拉茨，在路德教会高级中学任数学和天文学教师。1600年开普勒到达布拉格，任第谷的助手，并开始研究火星的运动。次年第谷去世，他继任为鲁道夫二世的御前数学家。

通过对第谷留下的大量观测资料进行长期的分析，开普勒于1609年发现，若假设行星的运行轨道为椭圆的话，则可以对第谷留下的观测资料做出合理的解释。由此他得出了“开普勒第一定律”，即火星是沿着椭圆轨道绕太阳运行的，而太阳则处于两个焦点之一的位置。在当时，这一观点是革命性的，需要提出者有摆脱传统观念的智慧和毅力。在开普勒之前，所有的天文学家，包括哥白尼和伽利略都坚持亚里士多德和毕达哥拉斯的观点，即圆是完美的几何图形，故一切天体的运动轨迹都应该是一个圆周。进一步，开普勒又指出，火星的运行速率是不均匀的：当它离太阳较近时速率较大，而离太阳远时则速率较小。但是从任何一个时刻开始，太阳中心到行星中心的连线在相等的时间所扫过的面积是相等的。这就是开普勒第二定律(面积定律)。这两条定律刊布在1609年出版的《新天文学》(又名《论火星的运动》)一书中。同时，开普勒还指出，这两个定律同样适用于其他行星和月球的运动。进一步，在1619年出版的《宇宙谐和论》一书中，开普勒还公布了他所发现的行星运动第三定律，即绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其各自椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常数。这三大定律最终使他赢得了“天空立法者”的美名。1630年，开普勒在巴伐利亚州雷根斯堡市去世，终年59岁，葬于拉提斯本的圣彼得教堂。

众所周知，开普勒的工作对于牛顿的影响是深远的。特别是牛顿的万有引力公式完全是建立在开普勒第三定律的基础上的。为此有的学者，例如爱德华.泰勒(氢弹之父)写道:“In my opinion, the man who really made the difference was Kepler. Without his ellipses, human thought about the heavens may not have been clarified for many more years”[4]。毋庸置疑的是，开普勒对于唯物论的最后建立有着不可替代的影响。

[1] 《中国大百科全书》，第二版简明版，《中国大百科全书》出版社，2011年11月。

[2] 《不列颠百科全书，国际中文版》 ，修订版，《中国大百科全书》出版社，2007年4月第一版。

[3] This month in physics history, APSNEWS,vol.23,No.7,July 2014,p2-3.

[4] Edward Teller著《Conversations on the Dark Secrets of Physics》,Plenum Press, 1991, 66页。