في مثل هذا اليوم 8مارس1618م..
يوهانس كيبلر يكتشف القانون الثالث لحركة الكواكب ما يعرف بقوانين كبلر…………………
قانون كبلر الثالث يصف أول قانونين لحركة الكواكب في كيبلر شكل مدار الكوكب ويسمحون لنا بحساب سرعة حركته في أي نقطة في المدار. كان كيبلر سعيدًا باكتشاف مثل هذه القواعد الأساسية، لكنها لم ترضي سعيه لفهم حركات الكواكب بشكل كامل
يوهانس كيبلر (27 ديسمبر 1571 – 15 نوفمبر 1630)، عالم رياضيات وفلكي وفيزيائي ألماني. كان أول من وضع قوانين تصف حركة الكواكب بعد اعتماد فكرة الدوران حول الشمس مركزا لمجموعة الكواكب من قبل كوبرنيك وغاليلي.
ولد يوهانس كيبلر في مدينة فايل بمقاطعة فورتمبيرغ جنوب ألمانيا، في يوم 27 ديسمبر 1571م، لأب فقير كان يملك حانة، وكان التطور الطبيعي للأحداث أن يكون كيبلر ساقيا في حانة أبيه، ولكنه لم يكن مؤهلا لهذا العمل، مما حدا بوالديه لأن يرسلاه للدراسة كي يصبح قسيسا بروتستانيا، وكان هذا أفضل اختيار سهل له دراسة علم الفلك، حيث ذهب كيبلر إلى جامعة توبنجن اللاهوتية الشهيرة، وقام بدراسة علم اللاهوت. في ذلك الحين حدثت حادثة حددت مستقبله، إذ إنه قابل أستاذا شرح له النظام الكوبرنيكي للعالم كوبرنيكوس، وهو عالم بولندي، قام عام 1534م بنشر نظريته المشهورة حول النظام الشمسي، دحض فيها نظرية كلوديوس بطليموس (154 بعد الميلاد)، التي كانت قد وضعت الأرض كوكبا غير متحرك في وسط الكون، تدور حوله الشمس والكواكب الأخرى.
ولكن كوبرنيكوس أكد بطريقة علمية أن الشمس وليست الأرض هي مركز النظام الشمسي، وأن الأرض كوكب مثل باقي الكواكب التي تدور كلها حول الشمس.
وأدرك يوهانس كيبلر صحة هذه النظرية، وأصبح من المؤمنين بها، وما لبث أن أصبح اسمه مشهورا، وقد بلغت شهرته شأنا جعل العالم الفلكي تايكو براهي يدعوه في عام 1599م، إلى الحضور إلى براغ لكي يعمل مساعدا له، في بلاط الإمبراطور رودولف الثاني (1552- 1612م).
وفي عام 1600م، سافر كيبلر إلى براغ وأصبح يوهانس كيبلر مساعداً للعالم الفلكي تايكو براهي (تيخو براهي) ويعمل معه في مرصده، ثم بعد أشهر قليلة من عمله معه توفي أستاذه، وبذلك ورث كبلر جميع الإنجازات الرصدية لتايكو براهي، وصار كيبلر عالم فلك في البلاط الملكي.
كان كيبلر يقوم برصد النجوم في الليالي الصافية بأجهزة بصرية بدائية، ثم يتحول إلى أوراقه المكدسة بالأرقام يدرسها ويحسبها دون أن ينال منه الكد أو التعب.
وعكف على دراسة مسار كوكب المريخ محاولاً وضع نموذج هندسي لحركة هذا الكوكب حول الشمس. فما لبث أن اكتشف أن نموذج المسار الإهليلجي (وليس الدائري) يحقق النتائج الأرصادية بدقة كبيرة، حيث تقع الشمس في إحدى بؤرتي الإهليلج. فأهتم بدراسة ظاهرة انكسار الضوء وأعطى قانونها الثاني والذي ينص على ما يلي: «لزوايا ورود صغيرة جداً يكون قانون الانكسار بالشكل التالي:n1.i = n2.r».
ولقد برع في الرياضيات بشكل كبير، واستطاع بمهارته الرياضية أن يقترب من تحقيق حساب التفاضل والتكامل. إن قوانين كبلر هي التي هَدَت العالم الإنكليزي إسحاق نيوتن إلى اكتشاف قانون التجاذب الكوني (قانون الجذب العام) حيث بينت قوانين كيبلر أن هناك قوة تجاذبية بين الكواكب، حيث قال نيوتن: «إن ما قمت به من اكتشافات كان فوق أكتاف كثير من العمالقة، وكيبلر هو واحد من هؤلاء العمالقة».
قوانين كبلر
المقالة الرئيسية: قوانين كبلر
أثبت كيبلر ان النظام الذي وضعه كوبرنيكوس عن مركزية الشمس هو النظام الوحيد الذي يعكس حقيقة حركة الكواكب بدقة، وعن طريق عمليات حسابية وضع قوانينه الثلاثة الهامة بحركة الكواكب حول الشمس.
لقد استطاع كبلر تعميم هذا الاستنتاج على مسارات الكواكب السيارة الأخرى بما في ذلك الأرض، فاتضحت الصورة عنده. لذلك وضع كبلر قانونه الأول الذي يقرر بأن:
(1) كل كوكب يدور في مدار إهليجي حول الشمس تقع الشمس في إحدى بؤرتيه
ثم راجع كبلر دراسة سرعة الكواكب في مداراتها فوجد أن سرعتها تتغير من موقع إلى آخر بحسب بعدها أو قربها من البؤرة التي تقع فيها الشمس، لكنه اكتشف أن:
(2) ان الخط الواصل بين الكوكب والشمس يمسح مساحات متساوية للفلك في أزمنة متساوية
القانون الثاني لكبلر
وهذا يعني أن سرعة الكواكب تتزايد كلما اقتربت من الشمس. وسمي هذا قانون كبلر الثاني. ثم قام كبلر بحساب أقطار هذه المدارات. ولما كانت أشكالها الصحيحة إهلجية وليست دائرية لذلك فلها محورين مختلفين، ومركز الإهليج هو النقطة التي تقع عند تقاطع المحورين. ويسمى نصف المحور الأكبر Semi-major axis بينما يسمى نصف المحور الأصغر Semi-minor axis وبعد دراسة وتحليل نتائج الرصد تبين له أن:
مربع زمن دورة الكوكب حول الشمس تتناسب تناسباً طردياً مع مكعب نصف المحور الكبير
وسمي هذا الاكتشاف قانون كبلر الثالث. وصفت هذه القوانين الثلاثة المتكاملة حركة الكواكب حول الشمس وفق المنظور الجديد القائل بمركزية الشمس بشكل أصبحت فيه الحسابات تطابق الأرصاد الفلكية إلى درجة كبيرة، بذات الوقت الذي فسرت فيه الحركات التراجعية للكواكب دون الحاجة لوجود أفلاك التدوير.
إنجازات أخرى
بين عامي 1618م و 1621م، ألّف كيبلر كتابا عن «ملخص عن علم الفلك الكوبرنيكي» („Abriss der kopernikanischen Astronomie“), ويعتبر هذا الكتاب أول كتاب تعليمي لتدريس موقع الشمس المركزي في المجوعة الشمسية.
كما كان لتنبؤ كيبلر بمرور كوكب الزهرة عبر صفحة الشمس في عام 1631م، فكان له أثرا كبيرا على مجتمع الباحثين آنذاك ويعتبر هذا التنبؤ من الصفحات البارزة في التاريخ الإنساني. فقد كان لهذا الحدث صدى كبيرا إذ احتسب وقوعه بدقة ولأول مرة في التاريخ، واستخدم كيبلر لتحديد هذا الحدث التاريخي قوانينه الفلكية التي اكتشفها.
Schneeflocken. Foto: ويلسون بنتلي
إنجازاته في الرياضيات البحتة
كان حساب اللوغاريتمات قد بدأ عام 1484م، من طرف العالم الفرنسي نيكولاس شوكيت، وقام ميكائيل شتيفل بتعديلها (1486 – 1567) في كتابه Arithmetica integra الذي نشر عام 1544م، في نورنبرغ. ولكن بدأ الحساب العملي في الواقع بعد إدخال نظام الكسور العشرية حوالي عام 1600م. ثم جاء السويسري جوست بورجي (1552 – 1632) الذي أعد جداول اللوغاريتمات بين الأعوام (1550 – 1617)، كما اهتم بها العالم الأسكتلندي جون نابير (1550 -1617). وبعد ذلك قام يوهنيز كيبلر بابتكار طرق حسابية أبسط وأدق عن سابقيه حيث كانت تلك الحسابات تستغرق وقتا طويلا لإجراء الحسابات الفلكية. واستخدم كيبلر طرق حساباته وعقد العزم على نشرها وجعلها في متناول الجميع، وألف على هذا الطريق تفسيرا لمبدأ اللوغاريتمات وزودها بجداول دقيقة وأكملها. علاوة على ذلك فقد عالج كيبلر نظرية كثير الزوايا وقام بابتكار الشكل الهندسي لنجمة مجسمة تحتوي عل 40 طرفا. كما يرجع إلى كبلر تعريف ما يسمى بالموشور المضاد.
إلى جانب اهتمام كيبلر بعلم الفلك فقد أهتم بتناظر الأنظمة البلورية وابتدأ اهتمامه بها عن طريق دراسة بلورات الثلج. وأكتشف أن هناك قوى طبيعية تربط بين جزيئات المواد – وليست بين بلورات الثلج فقط – تعمل على تنمية المادة وترصفها بتلك الأشكال الهندسية المنتظمة. كما اكتشف أن بلورات الثلج تختلف عن بعضها البعض، ومع ذلك فهي تظهر أمامه وتعيد نفسها كلما أدار البلورة 60 درجة، وهذا هو التناظر السداسي.
اختراعه التقني
مضخة ذات تروس
قام يوهانس كيبلر كذلك باختراع طلمبة لمعاونة عمال المناجم، وكانت الطلمبة تستغل في المنجم لإخراج الماء منه إلى أعلى. وتوصل إلى اختراع طلمبة لذلك وهي عبارة عن ترسين متقابليين تتداخل أسنانهما في بعضهما البعض وبينهما فتحات يمكن للماء أن يمر منها ويرفع إلى أعلى: كانت تلك الطلمبة تدار يدويا، فكانت أول طلمبة تعمل من دون صمام. مثل تلك الطلمبة لا تحتاج لعمليات صيانة وتتحمل الكثير من الجهد، وتستخدم في وقتنا هذا كطلمبة الزيت في السيارات
وفاته
في ليلة 15 من شهر نوفمبر عام 1630م، توفي كيبلر في حجرة صغيرة في منزل تاجر في مدينة راتسبون (ريجنسبورج) في جنوب ألمانيا، عن عمر ناهز الثامنة والخمسين عاما.!!
