Johannes Kepler (27. detsember 1571 - 15. november 1630) oli saksa matemaatikaõpetaja, astronoom, optik, loodusfilosoof, astroloog ja luterlik teoloog.

Ta sündis Weil der Stadti linnas ja suri Regensburgis. Keplerit tuntakse eeskätt kui neljanda sajandi alguse teadlast, kes sidus täpsed vaatlusandmed ja matemaatika ning pani aluse taevamehaanika kaasaegsele arusaamale. Lisaks kolmele planeetide liikumise seadusele andis ta olulise panuse geomeetrias (nt tahkete kehade ruumalade hindamine) ja optikas (inimsilma selgitus, kaamera obscura kirjeldus, kahe kumerläätsega nn Kepleri teleskoop).

Ta oli Tycho Brahe õpipoiss. Tycho Brahe uuris, kuidas planeedid taevas liikusid. Johannes Kepler leidis lihtsa võimaluse öelda, kuidas planeedid liiguvad. Kepler uuris ka muid asju, nagu näiteks Kepleri supernoova.

Elu ja töö

Kepler kasvas üles tagasihoidlikes oludes ning põdes lapseeas rõugeid, mis nõrgestas tema nägemist, kuid ei takistanud tal saada suurepäraseks arvutajaks ja vaatlejaks. Ta õppis Tübingeni ülikoolis, kus tema juhendaja tutvustas talle Koperniku päikesekeskset maailmapilti. 1594. aastal asus Kepler tööle Grazi linnakoolis matemaatikaõpetajana ja avaldas oma esimese teose, milles püüdis seletada planeetide orbiite geomeetriliste kehade abil.

1600. aastal kutsuti Kepler Prahasse tööle Tycho Brahe observatooriumi juurde. Pärast Brahe surma sai Keplerist keisri õueastronoom ja keiserlik matemaatik. Ta kasutas Brahe erakordselt täpseid mõõtmisi, eriti Marsi kohta, et tuletada planeetide liikumise tegelik kuju ja rütm. Hiljem töötas ta Linzis ülem-Austria provintsimatemaatikuna ning rändas sõdade keerises, tehes tööd ka taevatabelite ja kalendriarvestuse kallal.

Kepleri kolm seadust

Kepleri seadused kirjeldavad lihtsas ja täpses vormis, kuidas planeedid liiguvad Päikese ümber. Need olid murrangulised, sest lükkasid ümber antiikaja ettekujutuse täiuslikest ringjoontest taevakehade teel.

  • 1. seadus (ellipsiseadus): iga planeet liigub ümber Päikese ellipsikujulisel orbiidil, kus Päike paikneb ühes fookuses.
  • 2. seadus (võrdsete pindalade seadus): planeedi raadiusvektor Päikesest pühib võrdsetes ajavahemikes võrdsed pindalad. See tähendab, et planeet liigub Päikesele lähemal kiiremini ja kaugemal aeglasemalt.
  • 3. seadus (harmooniaseadus): planeedi tiirlemisperioodi ruut on võrdeline tema orbiidi poolsuure telje kuubi ehk kauguse kuubiga. See seob kõik planeedid ühe lihtsa suhteseaduse kaudu.

Esimesed kaks seadust avaldas Kepler teoses Astronomia Nova (1609), kolmanda teoses Harmonices Mundi (1619). Need seadused sillutasid tee Isaac Newtoni gravitatsiooniteooriale ja on siiani taeva- ning kosmoseuuringute põhialus.

Panus optikasse ja vaatlusvahenditesse

Teoses Astronomiae Pars Optica (1604) selgitas Kepler valguse levikut, kujutise tekkimist silmas ja kaamera obscuras ning formuleeris valguse tugevuse pöördvõrdelise ruuduseaduse. 1611. aastal kirjeldas ta kahe kumerläätsega teleskoopi, mida hakatakse nimetama Kepleri teleskoobiks, ning käsitles läätseõpetust teoses Dioptrice. Need tööd parandasid oluliselt kaugvaatluse võimalusi ja täpsust.

Kepleri supernoova ja vaatlusastronoomia

1604. aastal nägi Kepler taevas väga heledat “uut tähte” – Kepleri supernoovat. Ta jälgis selle heledust ja asukohta ning kirjutas nähtusest üksikasjaliku ülevaate. See oli tugev tõend, et taevas ei ole muutumatu, nagu varem arvati. Kepleri tähelepanelik vaatlusviis ja rangus andmete töötlemisel said tema teadusmeetodi tunnusmärgiks.

Rudolphiini tabelid ja prognoosid

1627. aastal avaldas Kepler Rudolphiini tabelid – uued tähe- ja planeeditabelid, mis põhinesid Tycho Brahe täpsetel mõõtmistel ning Kepleri seadustel. Nende abil paranes taevakehade asendite ennustamise täpsus märgatavalt ning need olid kasulikud nii astronoomidele, maamõõtjatele kui ka meresõitjatele. Kepler oskas nende põhjal ette ennustada ka planeetide üleminekuid Päikese kettal.

Muud ideed ja teosed

  • Mysterium Cosmographicum (1596): varajane katse siduda planeetide vahekaugused geomeetria abil; hiljem asendas selle täpsem seaduspärasus.
  • Epitome Astronomiae Copernicanae (1618–1621): populaarne ja mõjukas ülevaade Koperniku maailmasüsteemist ja Kepleri seadustest.
  • Somnium (ilmus 1634): fantaasiaromaan teaduslikest ideedest Kuu vaatlemise ja kosmilise vaateviisi kohta – sageli nimetatud varaseks teadusulme näiteks.
  • Geomeetrilised ja mõõtmismeetodid: nn “veinivaadi reegel” ja teised võtted kehade ruumalade ligikaudseks leidmiseks aitasid kaasa integraalarvutuse tekkele. Kepler arutles ka tihedaima kuulide pakkimise üle, mis on tuntud kui Kepleri hüpotees.

Isiklik elu ja ajastu

Kepleri elu mõjutasid usutülid ja Kolmekümneaastane sõda. Ta pidi Grazi linnast lahkuma, sest ei loobunud oma usust, ja töötas seejärel peamiselt Prahas ning Linzis. Tema ema sattus nõiaprotsessi ohvriks; Kepler kaitses teda edukalt ja saavutas õigeksmõistmise. Kepler abiellus kaks korda ja tal oli mitu last. Ta suri 1630. aastal teel Regensburgi, kuhu oli läinud oma töötasu nõudma. Tema hauatähis on kaduma läinud, kuid tema vaimne pärand elab edasi.

Pärand ja mõju

  • Kepleri seadused moodustavad tänapäevase mehaanika ja taevakehade dünaamika ühe tugisamba.
  • Ilma Kepleri tööta poleks Newtoni universaalse gravitatsiooniseaduse sõnastamine olnud võimalik.
  • Kepleri nime kannavad kraatrid, astronoomilised instrumendid ja kosmosemissioonid; tema meetodid on tähtsad ka satelliitide ja kosmosesondide orbiitide kavandamisel.