经过层层筛选，石头科普工作室秋季征文大赛终于进入了大众评审环节！

在这个环节中，我们将每天发布一篇最终入选的合规稿件，交由各位观众来进行线上赏评打分！投票打分环节将出现在文章末尾，请选择最符合你心中评判的选项吧~

大众评审分数将占最终分数的50％！请各位积极投出自己宝贵的一票哦~

另：为保证本次大赛的公平，所有入选稿件将不做任何修改，并使用统一模板进行美编。

今天的稿件是由知行合一同学为大家带来的《开普勒——天空立法者》，请各位看完后不要忘记投票哦~

在高中物理课本《万有引力与航天》一章我们初次接触到一位著名的天文学家——约翰尼斯-开普勒。他的生命共持续了59年（1571~1630），但在这短短的59年里，他在天文学方面做出了不可磨灭的贡献！他通过研究发现了开普勒三大定律。这三大定律的发现，对整个天文学造成了巨大的影响，不仅彻底否定了之前托勒密地心说，还坚定地支撑了哥白尼的日心说，并对其进行了改进与完善。这为日后人类航天事业的发展打下了坚实的理论基础！（这两大学说后面会介绍）

1571年开普勒生于德国威尔，他从小因疾病导致身体羸弱，视力不佳（这严重影响了他以后对天体的观察），而且他的家庭贫困。然而，这些并未阻挡这位天才前进的步伐，他凭借优异的成绩获得奖学金，以此供来自己上学。在年仅16岁时，他便进入德国蒂宾根大学学习数学、神学、哲学等，由于当时人们普遍相信托勒密的地心说，人云亦云的情况下，当时他对地心说也一度深信不疑。但凭借扎实的数学功底，他想通过自己的数学方法来表达自己的想法，于是不久他出版了他的第一部著作《宇宙的秘密》，在这本书中，他利用正四面体、正方体、正八面体、正12面体、正20面体及六个球体嵌套起来，从而解释各行星的哥白尼轨道，令人惊奇的是，这方案误差竟然不超过5%！（由于世界上只有五种正多面体，即以上所列的，所以开普勒认为，他的解释应该就是真理，事实结果是这是错的）。尽管这一纯粹的几何型宇宙构想并没有什么实际意义，但却充分彰显了他的数学才华，于是他终究是遇到了自己的伯乐——第谷。第谷在看完他的处女作后，十分欣赏他的数学才华，于是邀请他来布拉格天文台担任自己的助手。可不幸的是一年后第谷因病逝世，第谷在临终前，希望开普勒能继承他的事业，于是把他20多年来观测的有关各类天体的数据全部交给了开普勒，（估计有好几大麻袋）让他寻求其中的规律。面对这无尽的数据，在他那个没有计算机的时代，只有靠人力笔算来找到其中的规律，这好比大海捞针，十分困难（因为有关天体的数据一般比较大）。可真理就隐藏在这堆数据当中！怀着自己对天文方面的兴趣和热情以及对追求真理的渴望，开普勒毅然接下了这份重任。

在介绍开普勒的研究历程之前，为便于大家理解，先介绍先前托勒密和哥白尼的学说。托勒密学说（古希腊时代地心说）：一，地球位于宇宙中心静止不动。二，每个行星都在一个称为“本轮”的圆形轨道上做匀速转动，本轮中心在绕称为“均轮”的大圆轨道上绕地球匀速转动，但地球不是均轮中心，而是同圆心有一段距离。（还有两条因字数限制不再列出，大家自己去查）

哥白尼学说（日心说）：太阳是不动的，而且在宇宙中心，地球及其它行星绕太阳转动，只有月亮环绕地球转动。（还有两条因字数限制，故不列出，大家可以自己去看）由于第谷生前对火星的观测最多，所以得到的有关火星的资料数据最多。开普勒于是就从火星开始研究，起先他仍按照传统观念假设火星进行匀速圆周运动，但是用正圆编制火星运行表，火星总是出轨，于是他便将正圆修改为偏心圆，在进行了无数次试验后，他找到了与事实较为符合的方案，可照这个方法预测卫星的位置与第谷观测得到的数据不符，产生了八角分的误差（几乎可忽略不计，这相当于秒针瞬间转过的角度）可开普勒始终坚持事实。最终他放弃圆轨道，将火星轨道确定为椭圆轨道，此外他还用三角定点法测出了地球也是椭圆轨道。而以椭圆轨道计算得到的结果与观测值有了相当好的契合。开普勒经过总结后，整理出了第一条定律，也就是开普勒第一定律：每一行星沿一个椭圆轨道环绕太阳，而椭圆轨道的一个焦点上。

开普勒第二定律的发现几乎与第一定律的是同时的，前面已经提到开普勒的数学能力非常强，在这浩如烟海的数据里，他利用自己高超的数学计算能力，发现了开普勒第二定律也叫面积定律（其实就是角动量守恒的一种表现形式）：从太阳到行星所连接的直线在相等的时间内扫过同等面积。

再之后，他通过日以继日数学计算，发现了开普勒第三定律。得到这条定律十分不容易（1609年开普勒发表第一、二一定律，而第三定律发表于1619年，他花了十年！）第三定律内容是：所有行星绕太阳一周的恒星时间（T）的平方与它们轨道半长轴（a）的立方成比例。

开普勒在发现这三大神奇宇宙奥秘后，当之无愧被大家公认为“天空立法者”。之后开普勒利用自己的研究成功的预言了水星、金星凌日现象。除了天文方面的成就，开普勒在光学，数学方面也卓有成就（因主题限制故不做过多阐述，大家可以自己去查）但开普勒一生不足之处在于始终未解决行星绕太阳运动原因，这问题被后来的牛顿解决，即牛顿用万有引力定律解决了开普勒生前没解决的问题。牛顿曾说他的成功源于站在巨人肩膀上，显然开普勒就是这其中巨人之一了！

小结：开普勒虽一生遭遇挫折，但这些均未阻挡他对科学真理的追求。在追求真理的路上，他尽管也受到固有思想的束缚，但他坚持客观事实，用坚持不懈的努力带给了大家宇宙的真理。此外开普勒还有敢于挑战权威的勇气，他敢于推陈出新。这些流露在他身上的高贵品质是值得我们后代人仔细品味、认真学习的。

（责任编辑：杨玉露）

（版权说明，转载自：石头科普公众号）