Johannes Kepler

Johannes Kepler (27 Desember 1571 – 15 November 1630) was 'n Duitse natuurfilosoof, wiskundige, sterrekundige, astroloog, optikus en teoloog. Hy staan veral bekend vir sy drie sterrekundige wette. Kepler was ’n sleutelfiguur in die sogenaamde sterrekundige omwenteling van die sewentiende eeu. Hy was een van die groot sterrekundiges in die “wetenskaplike revolusie” van 1543–1700 wat die mens se begrip van die ruimte verander het.

Johannes Kepler
Portret van Kepler deur 'n onbekende kunstenaar in 1620.
Gebore	27 Desember 1571 Weil der Stadt, Heilige Romeinse Ryk
Oorlede	15 November 1630 (op 58) Regensburg, Heilige Romeinse Ryk
Blyplek	Heilige Romeinse Ryk
Nasionaliteit	Heilige Romeinse Ryk
Vakgebied	Sterrekunde, Astrologie, Wiskunde, en naturelle filosofie
Instelling(s)	Universiteit van Linz
Alma mater	Universiteit van Tübingen
Bekend vir	Kepler se wette Kepler-vermoede
Handtekening

Johannes Kepler was ’n baanbreker wat beroemd geword het vanweë sy drie wette oor die beweging van die planete. Kepler het onomstootlik bewys dat Copernicus (die vader van die moderne sterrekunde, 1473–1543) reg was omtrent die sonnestelsel. Hoewel onder meer die ou Grieke en Indiërs eeue tevore reeds die Son as die middelpunt van ons sonnestelsel uitgewys het, was dit Copernicus wat later beroemdheid verwerf het met sy opspraakwekkende teorie dat die planete in die sonnestelsel om die Son draai en nie die Son om die Aarde nie.

Kepler se wette is drie sterrekundige wette wat die beweging van die planete beskryf. Uiteindelik sou Kepler se wette die groot Engelse wetenskaplike, Isaac Newton, lei tot die formulering van die monumentale Universele Wet van die Swaartekrag.

Geboorte en kinderjare

Johannes Kepler is op 27 Desember 1571 as kind van Protestantse ouers in Weil der Stadt naby Stuttgart in die suidweste van Duitsland gebore. Hy het ses broers en susters gehad, waarvan drie vroeg gesterf het. Sy pa, Heinrich Kepler was onder andere ’n beroepsoldaat en dikwels vir lang tye weg van die huis. Van 1574–1575 woon Johannes by sy grootouers terwyl sy ouers in Nederland is. As kind het Johannes pokke opgedoen en het ’n oogsiekte en letsels daarvan oorgehou.

In 1576 trek die gesin na Leonberg, waar Johannes eers die Duitse skool, en later die Latynse skool bygewoon het. Hy moes vir twee jaar op die plaas help en kon toe nie skoolgaan nie. Teen 1583 het hy die laerskooleksamens geslaag, waarna hy na die kloosterskool van Adelsberg is. Hier het hy gereeld met ander leerlinge vasgesit, weens aanpassingsprobleme, maar ook jaloesie oor sy goeie uitslae. In 1586 is hy na die protestantse kloosterskool in Maulbronn.

Verdere opleiding en eerste publikasie

Van 1589 tot 1591 studeer Johannes Kepler teologie aan die Lutherse Universiteit van Tübingen. Hy woon ook wiskundeklasse van Michael Maestlin, ’n professor in wiskunde en sterrekunde, by. Maestlin was een van Copernicus se aanhangers en sy teorie dat die son die middelpunt van ons heelal is, met die planete wat daarrondom wentel. Hier het Kepler ook ’n passievolle aanhanger van hierdie wêreldbeeld geword. Hy verwerf sy meestersgraad in 1591, en sit sy teologiese studies voort. Sy idees oor die bewegende maan en die bewegende aarde in hierdie tyd is verwerk in die werk Somnium (Latyn vir “droom”). Hierdie werk het eers na sy dood verskyn.

Werk en eerste huwelik, verdere publikasies

Astronomiae pars optica

In 1594 vertrek Kepler na Graz as dosent in wiskunde aan die Protestantse ‘Hogeschool’. Hier sit hy sy studie in wiskunde en sterrekunde voort, en word ook bekend vir sy astrologiese kalenders. In 1596 verskyn Kepler se eerste werk, Mysterium cosmographicum. De stella nova. Hierin beskryf hy die teorieë van Copernicus. Dit was die eerste wetenskaplike werk wat Copernicus se wêreldbeeld beskryf het. Later sou hy in Harmonice Mundi (1619) sy gedagtes en idees in Mysterium Cosmograficum verder uitwerk. Hierdie eerste werk van hom het hom met die groot sterrekundige, Tycho Brahe, in verbinding gebring.

Hy trou in April 1597 met Barbara Müller von Mühlegg en hulle gaan woon in Gössendorf. Hul eerste twee kinders sterf kort na geboorte. In hierdie tyd word alle protestante uit die land gedryf en uiteindelik beland hulle in 1600 in Praag, waar hy saam met Tycho Brahe werk. Brahe was Keiser Rudolf II se wiskundige. Hulle het oor die noukeurigste waarnemingsinstrumente van hulle tyd beskik. As Brahe se assistent kry hy die taak om Mars se wentelbaan te bestudeer. Ongelukkig het Brahe steeds die wêreldbeeld gehad dat Aarde die middelpunt van die sonnestelsel is met die son wat om die aarde draai. Dit het die werksverhouding baie bemoeilik, en Kepler kon nie al die nodige waarnemingsdata vanaf Brahe vir sy eie navorsing bekom nie. Deur die studie van mars se wentelbaan het Kepler die ellpitiese bane ontdek, en hierdie werk sou hom jare besighou.

Brahe sterf in 1601, waarna sy data en meetinstrumente ten volle tot Kepler se beskikking is. Hy publiseer in hierdie jaar ’n werk oor astrologie, De Fundamentis Astrologiae Certioribus. Hierna werk hy aan ’n studie oor atmosferiese ligbreking en die werking van die oog en lense. Hierop volg sy publikasie oor die optiese deel van die astronomie, Ad Vitellionem Paralipomena, Quibus Astronomiae Pars Optica Traditur.

Supernova 1604

In Oktober 1604 maak ’n helder nuwe aandster sy verskyning, maar Kepler het nie die gerugte daaroor geglo totdat hy dit self op 17 November 1604 gesien het nie. Hy het die ster stelselmatig ondersoek, gesien hoe dit al hoe dowwer raak en bespiegel oor waar dit vandaan sou kom. Dit het na 'n paar maande verdwyn. Hy skryf ’n verslag oor hierdie “nuwe ster” of supernova, en publiseer sy bevindinge in 1604 in Duits en in 1606 in Latyn. Hierdie supernova staan vandag bekend as SN 1604.

’n Supernova is ’n uiters helder voorwerp in die sterrehemel, die resultaat van die ontploffing van ’n massiewe ster. Daar is geweldig ligtende uitbarsting, wat ’n tydjie selfs helderder kan skyn as die hele galaksie waarin dit gebeur. Daarna, oor etlike weke of selfs maande, verdof dit algaande totdat dit nie meer sigbaar is nie.

Hierdie staan bekend as die Oorblyfsel van Kepler se Supernova. Hierdie kleurryke prent daarvan is die resultaat van saamgevoegde waarnemings deur die wentelende ruimte-teleskope Hubble en Spitzer, asook die Chandra-X-Straal-Observatorium.

Danksy die moderne tegnologie word die oorblysel van die supernova (SN 1604) vandag intensief bestudeer en help dit sterrekundiges om supernovas beter te verstaan.

Kepler se wette

Omstreeks 1605 merk Kepler op dat Brahe se waarnemings van die planete se posisies enkele relatief eenvoudige wiskundige wette volg. Hy werk deurentyd aan Astronomia nova, waarin hy sy gevolgtrekkings oor Mars se wentelbaan neerskryf. Sy volledige en beroemdste werk verskyn, in 1609, as Astronomia nova aitiologetos seu Physica coelestis, waarin hy sy eerste en tweede wette oor die beweging van die planete beskryf. Hy beskryf sy nuwe astronomie as “hemelse fisika”.

Kepler formuleer die volgende drie wette tussen 1609 en 1619. Tweeduisend jaar lank het die geleerde wêreld beweer dat die planete in sirkelbane en met gelykmatige snelheid langs die hemel beweeg. Kepler beskryf met sy eerste twee wette dat die bane ellipsvormig is en dat die planete in hul bane van snelheid verander.

In eenvoudige taal lui die wette soos volg:

Wet 1: "Die wentelbaan van elke planeet is 'n ellips, met die son by 'n brandpunt."

(Alle planete wentel om die son in elliptiese bane, waar die son homself in een van die twee brandpunte van die ellips bevind. Volgens die definisie van ’n ellips is die som van die afstande van een punt op die ellips, dus van die planeet, na beide brandpunte op die ellips oral dieselfde.)

Wet 2: "Die lyn wat die planeet met die son verbind (die voerstraal) bestryk in 'n gelyke tyd 'n gelyke oppervlakte."

(Hierdie wet staan ook bekend as die perkwet. Die voerstraal beskryf ’n konstante oppervlakte of perk per tydseenheid.)

Wet 3: "Die kwadrate van die wenteltye van planete staan in verhouding tot die derde mag van hul afstand van die son."

Kepler se wette het die vroeëre sterrekunde en fisika in twyfel getrek. Sy stelling dat die aarde in beweging is, sy gebruik van ellipse eerder as sirkels en sy bewyse dat die planete se snelhede wissel het sterrekunde en fisika totaal verander. Byna 'n eeu later was dit vir Isaac Newton moontlik om Kepler se wette weer van sy eie bewegingswette en swaartekragwet af te lei (deur gebruik te maak van klassieke Euklidiese meetkunde).

Tans word Kepler se wette gebruik om die benaderde wentelbane van kunsmatige satelliete te bereken, asook dié van liggame om die son waarvan Kepler self nie bewus was nie (soos die buitenste planete en kleiner asteroïedes). Die wette is van toepassing waar enige klein liggaam 'n groter, relatief massiewe liggaam omwentel, alhoewel die effekte van atmosferiese weerstand, relatiwiteit en ander naburige liggame veroorsaak dat die resultate nie akkuraat genoeg is vir 'n spesifieke doel nie.

Kepler se teleskoop, sterftes, tweede huwelik en nog publikasies

Epitome astronomiae copernicanae, 1618

Kepler hoor in 1610 van Galileo Galilei se waarnemings wat hy in sy werk, Sidereus Nuncius, bekend gemaak het. Hierop volg Kepler se eie werk, Dissertatio cum Nuncio Sidereo, waarin hy waardering vir Galilei se werk weergee. Kepler het sy eie astronomiese teleskoop ontwikkel en in 1611 verskyn nog 'n werk, Dioptrice, ’n basiese werk oor straalbreking in lense.

In Julie 1611 sterf Kepler se vrou, Barbara. Later die jaar sterf ook een van hul seuntjies.

In 1612 sterf Keiser Rudolf, en sy broer Matthias word keiser. Die protestante word ook uit Praag verdryf, en uiteindelik kry Kepler deur Keiser Matthias werk as landskapwiskundige in Linz.

In Oktober 1613 trou Kepler weer, dié keer met die veel jonger Susanna Reuttinger. Die Dertigjarige Oorlog was in volle gang en die gesin sou die nadelige gevolge voel. Susanna moes twee kinders uit die eerste huwelik op haar neem, en sou self nog ses kinders kry, waarvan drie jonk gesterf het.

In Linz het Kepler ook die teoretiese basis van musiek bestudeer, siende dat hy belanggestel het in ’n harmoniese model vir die heelal. In Julie 1619 publiseer hy sy gevolgtrekkings oor wêreldharmonie in Harmonices mundi. Die vyfde volume van hierdie werk bevat ook Kepler se derde wet oor die beweging van die planete.

Tussen 1617 en 1621 verskyn ook Epitome Astronomiae Copernicanae, 'n werk in sewe volumes, ’n belangrike bydrae tot die sterrekunde en die nuwe wêreldbeeld.

Weens die oorlog en verdere vervolging van die protestante verhuis die gesin weer in 1626, dié keer na Ulm. In 1627 verskyn sy Tabulae Rudolphinae en hy verhuis na Sagan om daar as wiskundige te werk.

Op reis na Linz in 1930 word hy ernstig siek, en Johannes Kepler sterf op 15 November 1630 in Regensburg. Sy graf is tydens die oorlog verwoes, maar sy grafskrif is welbekend:

Mensus eram coelos, nunc terrae metior umbras.

Mens coelestis erat, corporis umbra iacet.

Dit beteken: Ek het die hemele gemeet, nou meet ek die skadu’s van die aarde. My gees verkeer in die hemel, my liggaamlike omhulsel lê hier.

Slot

Johannes Kepler (1571–1630) was naas Galileo Galilei (1564–1642) en Isaac Newton (1643–1727) een van die belangrikste natuurwetenskaplikes van die moderne tyd. Sedert sy studiejare in Tübingen het hy wetenskaplike en wiskundige aantekeninge en sy eerste gedagtes oor die wêreldbeeld dat die son die middelpunt van ons heelal is met die planete wat daarrondom wentel neergeskryf. Hierdie aantekeninge is uiteindelik na sy dood in 1633 deur sy seun Wilhelm verwerk en gedruk in die boekie Somnium.

Eksterne skakels

• Wikimedia Commons het meer media in die kategorie Johannes Kepler.