سال‌های اولیه زندگی

دوران کودکی کپلر با فقر و تنگدستی همراه بود. آنها شش خواهر و برادر بودند كه سه تن از آنان در كودكی درگذشتند. هاینزش كوچكترین برادر یوهانس مبتلا به بیماری صرع بود كه ارث خانوادگی آنان به شمار می رفت. او نیز در سن ۴۲ سالگی بر اثر بیماری صرع درگذشت.
کپلر برای تحصیل به مدرسهٔ طلاب پروتستان رفت و به دلیل هنر و استعدادی که از خود نشان داد بوسیلهٔ استادانش روانهٔ دانشگاه توبینگن شد. کپلر در سال ۱۵۹۴ معلم ریاضی مدرسهٔ شبانه‌روزی پروتستان در گراتز شد. وی برای افزودن به درآمد ناچیز خود تقویم‌های ستاره‌شناسی که در میان آن چیزهایی مانند وضع هوا، سرنوشت شاهزادگان، خطرات وقوع جنگ و قیام ترک‌ها را نیز پیش بینی می کرد، چاپ و منتشر می‌نمود. شهرت وی در این زمینه خیلی زود فراگیر شد و سرانجام کپلر طالع‌بین امپراتور رودلف و دیگر اعضای برجستهٔ دربار او شد و این روش منبع درآمدی برای او شد. از وی نقل شده است که: «طالع بینی از گدایی بهتر است.»

ورود به ستاره‌شناسی

مدل سه‌بعدی کپلر از منظومهٔ شمسی (سال ۱۶۰۰)

کپلر که توسط تیکو براهه در رصدخانه سلطنتی استخدام شده بود، در موقعیتی استثنائی قرار داشت و انبوهی از اطلاعات رصدی دقیق تیکو براهه در دسترس وی بود. از آنجا كه براهه بیشتر به رصدهای مستقیم و اندازه‌گیری سرگرم بود و هیچ كوششی برای تجزیه و تحلیل نتایج خود انجام نداده بود، این كار به كپلر كه در سال آخر زندگی تیكو براهه دستیار وی بود واگذار شد. اطلاعات رصدی یادشده در نظریه بزرگ خورشید مركزی كوپرنیك بطور كامل صدق نمی كرد، وی به مدل براهه نیز اعتقادی نداشت و می‌دانست که مدل خورشیدمرکز کپرنیک با قوانین ریاضی و نتایج رصدی مطابقت بهتری دارد. اما او که فردی مذهبی بود و اعتقادات کهن دینی دربارهٔ زمین مقدسی که مرکز عالم قرار داده شده بود، در اعماق وجودش لانه داشت به سختی می‌توانست خود را به پیروی از این مدل جدید قانع کند و از طرفی هم نمی‌توانست آنچه را می‌دید انکار کند. به ناچار مدت ۱۰ سال از عمر خود را وقف بررسی حركت سیارات و قوانین ریاضی حاكم بر آنها كرد. او همه این كارها را به تنهایی و بدون یاری گرفتن از كسی انجام داد.

درون مدل سه‌بعدی کپلر از نگاه نزدیک‌تر

کپلر در سال ۱۵۹۶ كتاب رموز جهان را منتشركرد. وی در این كتاب فواصل هریك از سیارات از خورشید را بیان كرد. همچنین طرح تلسكوپ او به عنوان یك تلسكوپ مجهز در آن زمان ارائه شد. او توانست یك ستاره جدیدرا كشف كند كه امروزه آن را اختر كپلر می‌نامند.
تا بدان روز به جز مدل بِهاسکارای هندی و سجزی سیستانی، همهٔ مدل‌ها، مدار گردش سیارات و ستاره‌ها به دور جرم مرکزی را دایره می‌دانستند. دایره شکل مقدسی بود که از هر طرفی هماهنگی داشت و این موضوع از نظر آنها با نظم آفریننده همخوانی بیشتری از خود نشان می‌داد. کپلر نیز به پیروی از همین عقیده به سختی تلاش می‌کرد تا حرکت سیاره مریخ را در مدلهای گوناگونی که تا آن روز ارائه شده بود توجیه نماید. سرانجام زمانی که کپلر مدار مریخ را بیضی شکل فرض کرد و مدل خورشیدمرکز کپرنیک را پذیرفت همه چیز در جای خود شروع به حرکتی منظم نمود. کپلر مریخ را از آن جهت انتخاب کرده بود که در اطلاعات به ارث رسیده از براهه، عدم تقارن زیادی در حرکت این سیاره مشاهده نمود.

کشفیات

کپلر مسلح به این گنجینه معلومات و با ایمان به درستی نظریه کپرنیک کمر به کشف قوانین ریاضی حل کننده مسأله حرکت سیارات بست. اطلاعات رصدی یاد شده در نظریه بزرگ خورشید مرکزی کوپرنیک بطور کامل صدق نمی‌کرد و کپلر ناچار شد مدت ده سال از عمر خود را صبورانه وقف کار سخت بررسی عملی در حرکت سیارات و قوانین ریاضی حاکم بر آنان کند. او همه این کارها را به تنهایی و بدون یاری گرفتن از کسی کرد و ارزش کار او بجز از سوی چند تن ، درک نشد.

کپلر در 1609 ناگهان به نیروی الهام متوجه حقیقتی شد، سیاره مریخ روی مسیر بیرونی است. نبوغ کپلر با کشف بیضی بودن شکل حقیقی مسیر زمین به دور خورشید ظاهر شد که پیش از آن یک دایره کامل دانشته و پذیرفته شده بود. وقتی کپلر مسیر بیضی شکل ستاره را کشف کرد شروع به پیش بینی حرکت آن نمود و گفت که فلان وقت باید در فلان موضع قرار گیرد و همه جا ستاره را در رأس موعد در محل موعد مشاهده کرد. او آن نتیجه را از راه محاسبه رابطه موقعیتهای مکانی زمین و مریخ و خورشید با یکدیگر گرفت، زیرا داده‌های رصدی تنها در یک مسیر بیضی صدق می‌کردند.

کپلر در پی انجام آن کار دست به کار انجام محاسبات مربوط به حرکت و مدار سیارات شناخته شده دیگر شد. دست آورد او در آن زمینه با در نظر گرفتن پیشرفت کم ریاضیات در آن زمان بسیار بزرگ و چشمگیر بود، وی علاوه بر کشف انطباق دقیق ارقام معلومات رصدی با بیضی بودن مدارها کشف کرد که سرعت حرکت هر سیاره به دور خورشید با فاصله آن از خورشید نسبت عکس دارد. در سال 1609 در کتاب(نجوم جدید) دو قانون که اولی نام او را ابدی ساخته ذکر نموده، این بار دیگر حرکت دایره‌ای که اینقدر در نظر بطلمیوس عزیز بوده‌اند به کلی از بین رفت و نجوم قدیم را همراه برد.

یوهانس کپلر ، ستاره شناس آلمانی ، وقتی ادعا کرد که سیاره‌ها در مدارهای بیضوی به دور خورشید می‌گردند و خورشید تنها نیروی اداره کننده مدارهای سیارات است؛ مورد اعتراض سنتها و باورهایی که قرنها پایدار بود قرار گرفت. قوانین سه گانه او در مورد حرکت سیاره‌ای ، که به قوانین کپلر معروفند تأثیری عمیق بر ستاره شناسان بعد از او بجا گذاشتند و امروزه نیز برای تجسم و درک منظومه شمسی دارای اهمیت فراوانی می‌باشند. او یکی از طرفداران سر سخت نظریه خورشید مرکزی منظومه شمسی بود.

قوانین کپلر

کپلر پس از چندین سال مطالعه در حرکت سیارات در سال 1618 موفق به کشف قانون سوم خود شد. کپلر بر پایه آن یافته‌ها قوانین سه گانه زیر را درباره حرکت سیارات بیان کرد:

1. مدار حرکت سیارات به گرد خورشید یک بیضی است که خورشید در یکی از دو کانون آن قرار دارد.


2. خط وصل کننده هر سیاره به خورشید در زمانهای مساوی مساحتهی مساوی جاروب می‌کند.


3. مکعب فاصله متوسط هر سیاره تا خورشید با مربع زمان یک دور کامل گردش سیاره تناسب مستقیم دارد.
   
   قانون دوم را می‌توان به صورت زیر نیز بیان کرد: زمانی که سیاره دور بیضی مسیر در حرکت است فاصله تا خورشید زیادتر و سرعت حرکت کمتر است، به تدریج که سیاره به نقاط نزدیک بیضی مسیر می‌رسد، سبب می‌شود فاصله تا خورشید کمتر و سرعت سیاره زیادتر می‌شود. این تغییر در سرعت سبب می‌شود که سیاره چه به خورشید نزدیک و چه از آن دور باشد، مساحت در نور دیده‌اش در فضا در فواصل زمانی ثابت ، ثابت می‌ماند.
   
   قانون سوم کپلر را هم می‌توان به اینگونه بیان کرد: هرگاه فاصله متوسط هر سیاره تا خورشید به توان سه و زمان کامل شدن یک دور سیاره به توان دو رسانده و نسبت اعداد حاصل تشکیل شود. این نسبت همواره ثابت و برای تمام سیارات یکی است گذشته از این ، کپلر نخستین بار اصل ماند (اصل جبر) را در مکانیک حدس زد که بعدها بوسیله گالیله صورت تحقق یافت.
   
   کپلر در 15 نوامبر 1631 در اطاق میخانه‌ای زندگی را بدرود گفت. کپلر به زودی پس از مرگ از خاطرها رفت و هیچ کس آثار او را مطالعه نمی‌کرد، ولی دوران افتخار او زمانی آغاز گردید که اسحاق نیوتن و لاپلاس شناخته شدند، او خود قبلاٌ در این خصوص چنین نوشته بود، من کتاب خود را می‌نویسم خواه خوانندگان آن مردان فعلی یا آیندگان باشند تفاوتی ندارد. این کتاب می‌تواند سالها انتظار خوانندگان واقعی خود را بکشد، مگر نه خداوند شش هزار سال انتظار کشید تا تماشاگری برای آثار او پیدا شد.

سال های پایانی

دوران افتخار کپلر زمانی آغاز گردید که نیوتن و لاپلاس شناخته شدند. امروزه بسیاری از دست‌نوشته‌های كپلر درموزهٔ وایل موجود است.

مهمترین رویدادهای زندگی کپلر