开普勒与开普勒望远镜——几何光学时期

2021-06-18 17:34:37

    西方早期的光学幼苗，它没有中国强大。直到明朝中叶，凹面镜，凸面镜，眼镜，透镜以及西方出现的黑匣子、滑梯等光学元件，它显示出比中国更具前瞻性的光学视野。17世纪是光学史上的一个转折点。通过开普勒、斯内尔、笛卡尔等“大神”的进步，最后，费马推出光的反射和折射定律，它成为几何光学的起源。

     今天我们来谈谈天文学界一位非常著名的人物。他是德国杰出的天文学家、物理学家和数学家。他叫约翰内斯·开普勒。1571年，他出生在德国符腾堡的威尔德施塔特镇。

开普勒在蒂宾根大学学习并在1588获得学士学位，三年后我获得了硕士学位。起初，由于其他原因，开普勒不接受哥白尼的日心说。在他就读于图宾根大学期间，他听到、学习并理解了日心说的逻辑。所以他相信哥白尼的日心说。

说到开普勒，我不得不说。

     他的三条著名法律。这三个定律帮助开普勒发现行星运动的第一定律是轨道定律，第二定律是面积定律，第三定律是周期定律。这三条定律可以概括为“所有的行星都在大小不同的椭圆中。在轨道上，同时，心连心。在轨道平面上扫过的面积相等。

行星周期的平方与它离太阳距离的立方成正比。这三条定律使开普勒在天文学上获得了非常高的荣誉。

     大学毕业后，他在开普勒格拉茨研究所担任教授多年。在他当教授的几年里，他完成了他的第一本关于天文学的书。虽然这本书中提出的许多观点都是错误的，但我们可以清楚地理解，开普勒展现了自己的数学能力和丰富的创造性思维。

所以著名的天文学家第谷·布拉赫邀请他到布拉格附近的天文台做他的助手，开普勒非常乐意去。

1601年第谷死后，开普勒成为第谷的继承人。位于第谷的开普勒天文台对行星进行了非常仔细的观测和大量的记录。开普勒认为，对第谷的记录进行详细的数学分析可以确定哪个行星运动理论是正确的。

哥白尼的日心说，托勒密的地心说，也许还有第谷提出的第三种理论，但经过多年的数学计算，开普勒发现了第谷的计算。

这与这三种理论是不一致的，所以开普勒意识到没有问题。像所有天文学家一样，开普勒假设行星只能是由圆或复合圆组成的轨道，但事实上行星的轨道不一定是圆的，它们可能是椭圆的。

在找到基本解之后，开普勒花了数月时间进行复杂的计算。这证明他的理论与他自己的观察非常一致。开普勒研究了这个物体的运动特性。

开普勒也是现代光学的创始人。他研究针孔成像，并从几何光学的角度加以解释。他指出，光的强度与距离光源的平方成反比。开普勒还研究了光的折射，他最早发表并提出了光和光数的表达式。他把伽利略望远镜的凹透镜改成了凸透镜，这就是开普勒望远镜。

开普勒式望远镜（The Kepler telescope），折射式望远镜的一种。物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。这种望远镜成像是上下左右颠倒的，但视场可以设计的较大，最早由德国科学家开普勒（Johannes Kepler）于1611年发明。为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双筒望远镜引在光路中增加了转像稜镜系统。此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式

开普勒还发现了大气折射的近似定律。他首先认为大气是有重量的，在此基础上，他解释说，月全食时月球的红色是由地球大气投射到月球上的一部分太阳光造成的。

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开普勒的人生经历是不幸的。17岁时，他的父亲去世了。1620年，他的母亲也去世了。26岁时，他娶了一个名门望族的寡妇。但是他的妻子让他很少感受到家庭的温暖，所以在前妻去世后，她选择了一个贫穷的女人作为她的伴侣。虽然她的关系很好，但她经济上常常很穷。

战争期间，开普勒的工资一再推迟，无法及时支付。1630年，他有好几个月没有薪水了。他不得不去雷根斯堡向皇帝要钱。到了那里后，他突然热起来。几天后，他死于贫穷和饥饿。

59岁时，他被安葬在拉蒂斯本的圣彼得堡教堂。三十年的战争使他的坟墓化为乌有。

但没有墓碑能比得上。他是天文学、物理学的伟大奠基人，也是光学研究领域为数不多的人才之一。他为后来的著名科学家如牛顿提供了大量的经验和知识。