Wie was Johannes Kepler
De 17e-eeuwse astronoom Johannes Kepler definieerde de basisregels voor de beweging van de planeten.
De basis voor alles wat we weten over de banen van de planeten komt uit het werk van de Duitse astronoom Johannes Kepler.
Kepler beschreef, zonder kennis te hebben van de zwaartekracht, de bewegingen van de planeten rond de Zon wiskundig in zijn drie wetten van planeetbewegingen. Zijn werk was van cruciaal belang bij het leveren van bewijs voor de theorie van Nicolaus Copernicus dat de Zon, en niet de Aarde, in het centrum van het zonnestelsel stond.
Wanneer werd Kepler geboren?
Johannes Kepler werd op 27 december 1571 geboren in de vrije keizerlijke stad Weil der Stadt. Deze stad ligt in de buurt van Stuttgart in Duitsland. Hij werd op jonge leeftijd door zijn vader, die militair was, in de steek gelaten en door zijn moeder en grootouders als Lutheraan opgevoed.
Hoewel hij als kind werd verwaarloosd, legde hij een talent voor wiskunde aan de dag en was hij getuige van twee astronomische gebeurtenissen die zijn interesse in de kosmos wekten: de Grote Komeet van 1577 en een totale maansverduistering in 1580. Kepler kreeg echter door een aanval van pokken kreupele handen en een beschadigd gezichtsvermogen.
Als tiener studeerde Kepler in een Cisterciënzer klooster in Adelberg waar hij Latijn leerde, de taal die door de geleerden van die tijd werd gebruikt, waardoor hij als volwassene klaar was voor zijn academische studies. Hij ging door naar de universiteit van Tübingen in Duitsland, waar hij filosofie studeerde.
Kepler, Copernicus en de Platonische Lichamen
Toen hij in Tübingen was liet zijn wiskundeprofessor, Michael Maestlin, hem kennismaken met het Copernicanisme, genoemd naar Copernicus die in 1543 was overleden. Dit heliocentrische, of zon-gecentreerde, model beschrijft hoe de Aarde en andere planeten in het zonnestelsel in een baan om de Zon draaien en niet andersom.
Aan het einde van de 16de eeuw was het heliocentrisme nog steeds een marginale theorie, de meeste mensen geloofden dat de Aarde het centrum van de schepping was. In Tübingen leerde Kepler beide theorieën en bij het lezen van Copernicus’ “De Revolutionibus Orbium Coelestium Libri VI” (Zes boeken over de omwentelingen van de hemelse bollen), verwierp hij onmiddellijk de geocentrische, of op de Aarde gecentreerde theorie ten gunste van het heliocentrische model.
Hoewel heliocentrisme logisch was ontbrak er aan het einde van de 16de eeuw observationeel bewijs voor het model. Kepler maakte er zijn levensmissie van om dat bewijs te leveren; hij zag het als een manier om Gods grotere plan beter te begrijpen. In de vrome tijden waarin Kepler leefde vereiste zelfs een beroep op de logica een goddelijke verklaring.
In 1594 kreeg Kepler een aanstelling als docent wiskunde en astronomie in Graz, Oostenrijk, waar hij een doorbraak beleefde. Terwijl hij met geometrische vormen op een schoolbord speelde, tekende Kepler een cirkel in een gelijkzijdige driehoek, waarbij de cirkel de driehoek halverwege elke zijde raakte. Vervolgens tekende hij nog een cirkel rond de driehoek, waarbij de cirkel de driehoek op elk van de drie punten raakte.
Kepler geloofde dat de verhouding tussen de grootte van de cirkels overeenkwam met de verhouding tussen de banen van Jupiter en Saturnus en stelde zich voor dat er zich tussen de banen van elke planeet een “platonische vaste stof” bevond: een driedimensionaal veelvlak. Kepler interpreteerde dit als onderdeel van Gods onderliggende geometrische ontwerp dat de banen van de planeten ondersteunt. In 1596 publiceerde hij zijn ideeën in zijn boek “Mysterium Cosmographium.”
Kepler werkte ook aan een aantal andere ideeën die vandaag de dag als gek zouden worden beschouwd. In 1619 publiceerde hij bijvoorbeeld “Harmonices Mundi”, waarin hij betoogde dat de beweging van de zes bekende planeten (vóór de ontdekking van Uranus en Neptunus) beschreven kon worden door muziektonen en dat hun banen harmonieën voortbrachten. Ondanks deze bizarre ideeën modelleerde Kepler de banen van de planeten nauwkeuriger dan wie dan ook vóór hem.
Heeft Kepler Tycho Brahe vermoord?
In 1600 reisde Kepler naar kasteel Benatky, nabij Praag, om te werken als waarnemend assistent van de Deense astronomen Tycho Brahe en Christen Longomontanus. Met Longomontanus volgde Kepler zorgvuldig de beweging van Mars langs de hemel en bracht hij de baan in kaart. Kepler merkte op dat hoe verder Mars van de Zon was verwijderd, hoe langzamer de planeet bewoog en hoe dichter hij bij de Zon was, hoe sneller Mars zich langs zijn baan bewoog.
Dat waren Keplers eerste stappen in het leveren van observationeel bewijs voor het heliocentrische model. Kepler was echter niet blij om voor Brahe en Longomontanus te werken. Om te beginnen waren zijn superieuren geocentristen en wezen ze het copernicanisme van Kepler af. Ten tweede gaf Brahe Kepler geen toegang tot de gegevens van zijn eigen gedetailleerde waarnemingen van de sterrenhemel, die hij gedurende tientallen jaren had gemaakt.
Ten derde was de omgeving in kasteel Benatky nogal ruig, met veel feesten, alcohol en muziek en weinig privacy; vooral Brahe was een feestbeest. Kepler stelde een reeks eisen, waarin hij om een formeler contract en betere arbeidsomstandigheden vroeg, maar hij werd prompt het kasteel uitgegooid. Gelukkig hadden wijzere mannen de overhand, Brahe en Kepler maakten het goed en Kepler keerde terug met zijn gezin op sleeptouw.
In 1601 was er echter een enorme plotwending: na een periode van bijzonder zwaar feesten stierf Brahe. Destijds werd zijn dood toegeschreven aan een niersteen, maar in de jaren ’90 werd gesuggereerd dat Brahe verleden zou kunnen zijn aan een kwikvergiftiging., waarbij Kepler een verdachte was voor de dood van Brahe. In 2010 werden de stoffelijke resten van Brahe echter opgegraven en een toxicologisch rapport vond geen bewijs van kwikvergiftiging. In plaats daarvan wordt gedacht dat Brahe stierf aan een bacteriële infectie, prostaatkanker of een gebarsten blaas.
Wanneer stierf Kepler?
Kepler overleed aan koorts, mogelijk als gevolg van een blaasontsteking, op 15 november 1630, op 58-jarige leeftijd, in Regensburg in Duitsland.
Zijn naam leeft echter voor altijd voort, zowel in zijn wetten van planeetbewegingen als in de Kepler Space Telescope van de NASA die tussen 2009 en 2018 duizenden exoplaneten ontdekte.
De drie wetten van Kepler
Na de dood van Brahe verving Kepler hem als Keizerlijke Wiskundige van de Heilige Romeinse Keizer, aartshertog Ferdinand. Op zijn sterfbed had Brahe Kepler toestemming gegeven om zijn kostbaar bewaarde astronomische gegevens te gebruiken, en deze gegevens bleken van vitaal belang voor het werk waar Kepler het meest bekend om is: zijn drie wetten van de beweging van planeten.
In 1609 publiceerde Kepler zijn “Astronomia Nova” waarin zijn tien jaar durende onderzoek naar de beweging van Mars aan de hemel werd beschreven. “Astronomia Nova” bevatte de eerste twee wetten; de derde wet werd in de “Harmonices Mundi” gepubliceerd. Vervolgens publiceerde Kepler in 1621 zijn magnum opus, “Epitome Astronomiae”, waarin hij alle drie de wetten volledig beschreef.
Opmerkelijk genoeg had Kepler, zonder kennis van de zwaartekracht die de banen van de planeten beheerst, basiswiskunde van de baanbeweging geleverd. Ze werden later verder ontwikkeld door Isaac Newton, van wie wordt gezegd dat hij de zwaartekracht heeft “ontdekt”, en de wetten van Kepler waren fundamenteel voor de zwaartekrachtwetten van Newton.
De wetten van de beweging van planeten waren niet het enige geldige wetenschappelijke werk van Kepler. In 1604 publiceerde hij “Astronomiae Pars Optica”(“Het optische deel van de astronomie”), waarin werd uitgelegd waarom de maansverduistering die hij in 1580 had gezien rood was (het resultaat van atmosferische breking van zonlicht). In 1604 was hij getuige van een supernova in het sterrenbeeld Ophiuchus – Slangendrager, de laatste supernova die in ons sterrenstelsel werd gezien.
Na de uitvinding van de telescoop in 1608 experimenteerde Kepler met telescopische optica, waarbij hij de ontwerpen van Hans Lippershey en Galileo verbeterde om zo de Kepler-telescoop te creëren, die de basis vormde van alle moderne refractortelescopen.
Kepler’s eerste wet
De eerste wet van de beweging van planeten stelt dat planeten zich in enigszins elliptische banen bewegen – subtiele ovalen in plaats van cirkels. Verder staat er dat de Zon zich in één brandpunt van de ellips bevindt. Bij een cirkel is er een middelpunt dat op gelijke afstand ligt van alle punten op die cirkel. Een ellips heeft daarentegen geen middelpunt dat op gelijke afstand ligt. In plaats daarvan heeft een ellips twee brandpunten – één aan elke kant van het midden – langs de middellijn die de twee breedste delen van de ellips met elkaar verbindt (dit wordt de halve lange as genoemd). De Zon bevindt zich in een van deze brandpunten.
Kepler’s tweede wet
De tweede wet heeft betrekking op hoe een planeet langzamer draait naarmate hij verder van de Zon verwijderd is in zijn elliptische baan. Er staat dat als je een lijn zou trekken tussen een planeet en de Zon, deze lijn in gelijke tijdsduur gelijke gebieden zou bestrijken.
Om dit idee te begrijpen stel je je een ellips voor met de Zon in één brandpunt, zoals beschreven in de eerste wet, en teken je een denkbeeldige lijn van de Zon naar een planeet op die ellips. Stel je nu voor dat de planeet gedurende een bepaalde tijd langs zijn elliptische baan beweegt terwijl hij zich aan de tegenovergestelde kant van de ellips bevindt als de Zon. Omdat hij verder van de Zon staat beweegt hij langzamer. De lijn tussen de planeet en de Zon zal een hoek maken die een bepaald gebied van de ellips bedekt, Stel je nu de planeet aan de andere kant van de ellips voor, het dichtst bij de Zon, en beweegt gedurende dezelfde tijd. Hier beweegt de planeet sneller en is de hoek die wordt gemaakt groter. Maar omdat de planeet dichter bij de Zon staat, wordt hetzelfde gebied bestreken.
Kepler’s derde wet
Kepler’s derde wet stelt dat het kwadraat van de omlooptijd van een planeet evenredig is met de derde macht van de lengte van de halve lange as van zijn baan. Dit is een complexe manier om te zeggen dat de hoeveelheid tijd die een planeet nodig heeft om één baan rond de Zon te voltooien (d.w.z. de omlooptijd) evenredig is aan de halve lange as van zijn elliptische baan, dat is de lijn die door het centrum van de ellips loopt en de twee breedste delen met elkaar verbindt. Met andere woorden: Venus doet er langer over om rond de Zon te draaien dan Mercurius en de Aarde doet er langer over dan Venus en Mars doet er langer over dan de Aarde, etc.
Wetenswaardigheden over Kepler
Waar is Kepler vooral bekend om?
Johannes Kepler was een astronoom die vooral bekend stond om zijn drie wetten over de bewegingen van planeten. Ze beschrijven hoe de planeten in ellipsen rond de Zon draaien. Zijn naam is ook bekend dankzij de Kepler Space Telescope die duizenden exoplaneten heeft gevonden.
Wat heeft Kepler uitgevonden?
In 1611 vond Kepler een type telescoop uit, nu een Kepler-telescoop genoemd, die een convexe oculairlens gebruikte om een breed gezichtsveld te bieden, in plaats van het smalle veld dat door Galileo’s telescoop met concave lens werd gezien. Het Kepleriaanse ontwerp werd de basis voor alle toekomstige refractortelescopen.
Hoe oud was Kepler toen hij stierf?
Kepler werd 58. Hij stierf 6 weken voor zijn 59ste verjaardag. Hij stierf in 1530 aan een korte ziekte tijdens een reis naar Regensburg in Duitsland.
Eerste publicatie: 27 december 2013
Volledige revisie: 27 december 2024
