В конце шестнадцатого века Тихо Браге был вынужден расстаться с Ураниенбургом и покинуть Данию. Он переселился в Германию, а впоследствии переехал в Прагу.
В небольшом замке, расположенном в двадцати милях от Праги, Тихо Браге продолжал наблюдения, начатые в Дании. В его новой обсерватории часто теперь можно было видеть бледнолицего худощавого человека. Это был новый помощник Тихо Браге, недавно приглашенный им из Граца, по имени Иоганн Кеплер.
После смерти Тихо Браге, последовавшей в 1601 году, в наследство Кеплеру достались многочисленные наблюдения его учителя над движением планет. Точность этих наблюдений была очень высока, и Кеплер на основании их решил попытаться разгадать тайну движения планет. В самом деле, почему планеты движутся на небе не совсем так, как следует по теории Коперника? Несомненно, что в основном Коперник прав: наша Земля — одна из планет, кружащихся вокруг Солнца. Но по каким путям движутся планеты?
Коперник под влиянием Аристотеля считал, что планеты должны двигаться по «совершенным кривым», то есть по кругам. Но так ли это? Ведь в вопросе о кометах Аристотель оказался неправ. И Кеплер все больше думая над вопросом: по каким же кривым движутся планеты?
Из наблюдений Тихо самыми лучшими были те, которые касались движения Марса. И Кеплер начал подбирать форму кривой, по которой должна была бы двигаться эта планета вокруг Солнца, чтобы теория не расходилась с наблюдениями.
Избрав какую-нибудь наиболее вероятную, по его мнению, кривую, Кеплер проделывал долгие теоретические вычисления пути планеты среди звезд. Затем он сравнивал полученные результаты с практическими наблюдениями. Вычисление каждого отдельного положения планеты на звездном небе занимало около десяти страниц, а чтобы проверить орбиту планеты, он должен был проделывать подобные вычисления по 70 раз!
Кеплер пробовал считать орбиту Марса овалом, сложной яйцеобразной кривой, но ничего не получалось! Наконец, после того как были перепробованы разные кривые, дошла очередь до эллипса, — и тогда наблюдения совпали с теорией.
Кеплер много раз проверял свои вычисления, пока не убедился, что открыл, наконец, подлинную форму планетных путей. Эллипс — известная еще древним математикам кривая. Начертить ее очень просто: нужно взять две булавки, связанные свободно провисающей ниткой, воткнуть их в лист бумаги и вести карандашом, натягивая нитку, — карандаш опишет эллипс.
Где же помещается Солнце внутри этой орбиты? В центре эллипса? Нет, такое предположение расходилось с наблюдениями. Но у эллипса, в отличие от круга, есть еще две замечательные точки — его фокусы. Это те самые точки, в которые втыкают булавки при вычерчивании эллипса. И Кеплер пришел к формулировке своего первого закона движения планет: «Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце».
Оказалось, правда, что эллипсы эти очень мало вытянуты и сильно напоминают круги, а фокусы их очень близки к центру. Но тем не менее открытие Кеплера было исключительно важным.
Вскоре Кеплер открыл другой замечательный закон. Оказалось, что планеты обращаются вокруг Солнца неравномерно: вблизи Солнца они движутся быстрее, а вдали от него — медленнее. А ведь Аристотель учил, что планеты кружатся вокруг Земли равномерно! Еще один ошибочный взгляд был опровергнут.
Иоганн Кеплер, открывший законы движения планет.
Труднее всего было установить, есть ли связь, и какая, между расстояниями планет от Солнца и их периодами обращения. После долгой работы Кеплер решил и эту задачу, сформулировав свой третий и последний закон: «Квадраты времени обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы их средних расстояний от Солнца».
Итак, загадка движения планет была разгадана. Новые наблюдения приносили лишь подтверждение замечательных законов Кеплера. Недаром его впоследствии прозвали «законодателем неба».
Однако, казалось, не все небесные тела захотели подчиняться этим законам.
16 сентября 1607 года Кеплер прогуливался по улицам Праги. Наступил ясный осенний вечер, и Кеплер, стоя на мосту, любовался фейерверком, устроенным в одном из пражских садов. Внезапно его внимание привлекла небольшая хвостатая звезда, сиявшая недалеко от ковшика Большой Медведицы. Это была комета.
В продолжение 41 дня Кеплер наблюдал эту туманную звезду, которая широко раскинула по небу свой пышный хвост, а затем уменьшилась в размерах и скрылась из глаз.
Вновь возникли споры об истинной природе комет и законе их движения. Кеплер, вопреки своему учителю Тихо Браге, считал, что кометы движутся совсем не так, как планеты. Пути комет, говорил Кеплер, — это прямые линии. Он считал, что кометы, двигаясь по таким прямым в одном направлении, проходят вблизи нашей Земли, чтобы затем никогда не вернуться. Сравнительная частота появления комет навела Кеплера на мысль, что комет в мировом пространстве столько же, по всей вероятности, сколько рыб в океане.