在天文学史上，1600年2月3日，是一个值得纪念的日子。

那一天，穷困潦倒的开普勒经过艰难跋涉终于来到了布拉格，在这里，他见到了思慕已久的第谷。

第谷与开普勒相遇就像天宇里的两颗“新星”相遇一样，天文学在他们相遇的那一刻揭开了新的一页。第谷长于天文观测和记录，开普勒善于数学计算和分析推理，这两个人可谓珠联璧合、相得益彰。

如果没有第谷数十年如一日地积累资料，开普勒难以取得辉煌的成就；如果没有开普勒的分析推理，第谷的观测资料不知还会沉睡多少年。

今天，我们走进第谷和开普勒的故事，了解天文学史上一段动人的佳话。

一、第谷的成长与天文观测

在丹麦斯科纳镇，有一幢引人注目的豪华建筑，在林荫掩映中，这一幢建筑古朴典雅，庄重威严。这幢建筑的主人就是在整个丹麦都赫赫有名的布拉赫家族的后裔。布拉赫家族是一个曾在丹麦和瑞典繁盛了一个世纪之久的名门望族。

1546年12月14日，这个家族里又诞生了一个小男孩，他的名字就叫第谷·布拉赫。

小时候的第谷聪明又好学，深得族人的喜爱，尤其是他的大伯，对第谷的喜爱甚至超越的第谷的父亲。大伯是家族的长者，十分重视家族的荣誉，一心要把第谷培养成著名的律师，继续为这个家族争光添彩，光宗耀祖。

7岁的时候，大伯为第谷请来了一位家庭教师，第谷总是问教师一些课本以外的问题，比如天上真的有人居住吗？星星为什么会发光？等等，老师总是告诉他，天上的事是上帝的事，不要乱问。老师的回答让第谷很失望。好在，第谷没有熄灭勤学好问的灯火。

13岁那年，第谷被大伯送进了哥本哈根大学继续深造。在哥本哈根大学，第谷对天文学产生了浓厚的兴趣。在这里，他读到了当时著名的天文学著作，如《天球》、《宇宙结构学》等。第谷一读起这些书，就爱不释手。

遗憾的是好景不长，当一心想让第谷学习法律的大伯得知第谷喜欢天文学时，决定立刻给第谷转学，转到莱比锡大学专攻法律。同时，大伯又派了一位大第谷4岁的家庭教师米德尔，让他以陪读的身份随同第谷一起进入莱比锡大学。这为米德尔还减负着读出第谷学业、掌管第谷财务支出的使命。

第谷和米德尔来到了莱比锡大学学习法律，但第谷并没有放弃自己对天文学的学习和研究，他白天学习法律，晚上等米德尔睡着了就专研天文学。

有一次，米德尔发现了第谷晚上学习天文学，就对第谷说：“你不分昼夜地学习，难道想把身体搞垮吗？大伯给你的生活费，都让你买了观测仪器和各种星表，我回去以后怎么向大伯交代？”

第谷回答说：“我的理想在天空，哪里的每束星光都像磁石般吸引着我，这一点，你永远不会懂。你不懂的东西，又不让别人去探索，这不是愚蠢是什么？”

一席话，说得米德尔无言以对。只好无可奈何地叹了一口气，蒙头睡觉去了。

在莱比锡大学，第谷已经开始了天文观测，他发现前人写的星表存在一些错误，第谷暗暗决定要弄清楚这些错误的来源。

1565年，第谷的大伯去世了，第谷伤心的同时也感到一些轻松，第谷不在受大伯思想的牵制，他像冲破鸟笼的小鸟一样，可以自由自在地飞翔在蔚蓝的天空了。

第谷从莱比锡大学毕业之后，漫游欧洲，同时进行天文观测。他在1573年观测到一颗新星的存在，并在1574年发表了一篇名为《论新星》的重要著作。

1575年，第谷收到了丹麦国王弗里德里希二世的邀请函，邀请第谷回到自己的祖国丹麦进行天文学研究，并将位于丹麦海峡中的汶岛赐予第谷。

在国王的大力资助下，第谷在汶岛很快建起了4个观象台、一个图书馆、一个实验室和一个印刷厂，人们习惯地称汶岛为“观天堡”。从此，第谷在汶岛上进行了长达21年的天文观测，在这21年里，第谷对太阳的观察记录就达数千条，除太阳之外，他还测量了77颗恒星的位置，也留下了数千条的观测记录。

第谷根据自己的观测，提出了自己的宇宙模型，写了一本著名的天文学著作《论新天象》。第谷的宇宙模型称作“准地心体系”。具体内容如下：

地球仍然居于宇宙的中心，静止不动，月亮和太阳依次围绕着地球旋转，但五大行星却是以太阳为中心旋转，同时他们又被太阳携带者绕地球运动。

依我们今天的眼光来看，第谷的宇宙体系有根本性的错误，但却为人们探索正确的宇宙结构奠定了一块基石，使人们远离迷信和缺乏根据的传统体系，而大胆地向真理靠近。

1597年，由于丹麦新国王不支持第谷的工作，第谷只好告别了他的汶岛，在罗马帝国皇帝鲁道夫二世的邀请下，来到了布拉格。

第谷在布拉格迅速投入新的天文观测台的建设和观测记录的整理工作。有一天，他收到了邮差送来的一份厚厚的文稿，打开一看，是一部天文学著作手稿，标题为《神秘的宇宙》，署名是开普勒。

看完手稿，第谷大喜，立刻写了一份邀请函，邀请开普勒一起开展天文学研究。

二、开普勒与第谷相遇了

对于开普勒来说，第谷的来信是他生命中的救命稻草，也是他命运的转折点。

关于开普勒的故事，我们还需要从头说起。

1571年，12月27日，在德国符腾堡的魏尔市，一名婴儿出生在一间破旧的房子里。这名婴儿就是开普勒，开普勒的母亲是一个性情暴躁的女人，开一家小酒馆维持生计，父亲整天抽烟酗酒，不务正业。

开普勒3岁的时候，父亲去西班牙当了雇佣军。从此，开普勒就与母亲相依为命，生活十分拮据。

5岁的时候，开普勒得了一场病，高烧几天不退，后来终于恢复了，但这场病对开普勒造成了极大的伤害，从此开普勒视力衰弱，一只手有了残疾。因为长期营养不良，靠谱了从小就体弱，到了上学的年龄，开普勒明显比别的孩子瘦小，总是受人欺负。不过，懂事的开普勒并没有放弃自己，他学习努力，成绩优异。那些欺负他的同学都佩服开普勒学习的毅力。

开普勒的愿望是相当一个神学家，因为在当时，文化和思想完全被教会垄断着，学校都由教会兴办，上神学院，成为神学家，受到社会的尊重和爱戴。

1587年，开普勒如愿以偿考入了蒂宾根大学。蒂宾根大学是一所神学院。由于这所学校提供的助学金非常少，开普勒家又不能给开普勒提供经济支持，开普勒在这所学校过着清苦的生活，尽管如此，开普勒在这所学校学习依然很勤奋，他喜欢独立思考对数学、哲学和天文学都有着浓厚的兴趣。

1591年，20岁的开普勒通过了硕士学位考试，拥有了在本校继续学习神学的机会。

在读硕士期间，开普勒遇到了一位对他启发很大的老师，这位老师就是麦斯特林教授。麦斯特林教授精通哥白尼的天文理论，是哥白尼学说的信奉者。开普勒十分尊敬麦斯特林教授，麦斯特林教授也十分欣赏开普勒的才华。

1594年，在麦斯特林教授的推荐下，开普勒来到了格拉茨的一所教会学校里任数学教师，不过，后来由于选数学的学生较少，开普勒又教授修辞学、伦理学和历史。同时，开普勒还受政府委托，编制年历和预言书。

正是在格拉茨编制预言书的这段时间，开普勒迷上了天文学研究，他对哥白尼的理论体系加以认真推敲。开普勒比较了亚里士多德的水晶球学说，托勒密的地心说和哥白尼的日心说之后，认为哥白尼的学说有许多地方时合理的。通过对哥白尼《天体运行论》的深入研究，开普勒的心智大开，他被日心体系在数学上的简单和谐所倾倒，他从灵魂深处深信它是真实可靠的，并以无比虔诚的心情去欣赏它的美。

在哥白尼理论的基础上，开普勒开始思考三个问题：行星的书目、轨道的大小以及引起行星运动的原因。

开普勒的天文学研究正是从思考这些问题开始起步的，经过潜心研究，1596年底，开普勒完成了他的第一部天文学著作《神秘的宇宙》。

在《神秘的宇宙》一书中，开普勒提出了自己的理论，并把手稿寄给了第谷，于是就出现了前文中出现的一幕，第谷写信邀请开普勒一起开展天文研究。

其实，第谷给开普勒写信的那段时间里，开普勒正在经受着人生中的痛苦，那段时间开普勒先后失去了一个儿子和一个女儿，都是因为患脑膜炎而离世，女儿离世的时候还不到一岁。

第谷的来信给开普勒一次改变的机会。

1600年2月3日，开普勒经过艰难跋涉终于来到了纳基城堡观测台和第谷相遇了。第谷热情周到地接待了开普勒，为他安排好食宿。他们夜晚一起进行天文观测，白天整理计算观测数据。

可是好景不长，第谷和开普勒两人性格不合，经常闹矛盾。常常为一件小事争得面红耳赤，第谷出身贵族，一身傲气，经常摆出一副盛气凌人的架势，大动肝火。

4个月后，由于妻子病重，开普勒告别了第谷，回到了格拉茨。回到格拉茨的开普勒受到天主教徒驱逐，走投无路的开普勒再次受到了第谷的来信，邀请开普勒携带家人一起来布拉格。开普勒收到第谷的来信，机动地对妻子说:“这不是一封普通的书信，对于我们来说，无疑是雪中送炭。在我每一次遭到劫难之时，都是幸亏第谷老师的无私援助，才使我逢凶化吉。在这个世界上，没有人比他更支持我的事业，更了解我的品格了。我们争过，吵过，但是我们的友谊却越发牢不可破。”

天有不测风云，1601年10月，第谷忽然感到身体不适，当时，第谷正在编制一份《鲁道夫星表》。没想到星表没有完成，第谷就生病了，而且这次病的很严重，不久之后，第谷就带着遗憾离开了人间。在临走之际，第谷对开普勒说：“我的事业还没有完成，我把底稿都交给你，希望你完成我的工作。”

第谷去世之后，开普勒接到奥地利皇帝的任命书，他被任命为皇家数学家，接替第谷的工作。

在之后的几年里，开普勒利用第谷留下的观测记录，对火星等行星的运行进行了精心的计算。一开始，开普勒按匀速正圆轨道计算，结果遭到失败，计算结果与观测就不符合。经过多次的失败之后，开普勒意识到到，火星的轨道可能不是正圆形，于是，开普勒便把正圆形轨道修改成了椭圆形轨道，这次计算结果与观察记录恰好吻合。

1609年，开普勒把他的研究结果写在了他出版的《新天文学》一书中。开普勒在书中总结了行星运动的第一和第二定律。

十年之后，开普勒又出版了《宇宙的和谐》一书，发表了他的第三定律。

至此，开普勒用行星运动的三大定律为天空的行星运动“立了法”。

三、为天空立法的开普勒三大定律

为了说明开普勒关于行星运动的三大定律有多牛，我们有必要回顾一下从亚里士多德到第谷的宇宙体系。

亚里士多德认为，地球是个球体，地球是宇宙的中心，太阳及其他行星围绕地球做圆周运动。

托勒密的观点和亚里士多德的观点基本相同，只不过托勒密为了解释一些天体的运动，把天体运动的轨迹解释的更加复杂，托勒密认为，行星的运动由本轮和均轮组成。

哥白尼认为，太阳才是宇宙的中心，地球和其他行星绕着太阳做圆周运动。

第谷根据自己的观测，提出了他认为的宇宙模型，第谷认为，地球是宇宙的中心，太阳和月球绕着地球转，而其他行星则绕着太阳转。

开普勒不同意第谷的观点，他利用第谷的观察数据，通过严密的数学计算，提出了行星运动的三大定律，开普勒提出的三大定律是天文学史上的巨大进步，直到今天，这三大定律依然写进了高中物理教科书。

开普勒第一定律：

行星绕日运动轨道是一个椭圆，太阳位于其中一个焦点上；

开普勒第二定律：

在相同的时间内，行星到太阳的连线扫过的面积相等；

开普勒第三定律：

行星绕太阳公转周期的平方与轨道椭圆半轴长的立方成正比。

开普勒提出的行星运动的三大定律与哥白尼的“日心说”同样重要，正是由于开普勒，哥白尼的“日心说”才立足于世。

在开普勒的一生中，体弱和贫困始终伴随着他，尽管第谷离世之后，开普勒接替了第谷的工作，被聘用为皇家数学家，但由于当时欧洲战乱，宫廷拖欠开普勒的薪水长达二十年之久。

1630年，开普勒死于讨薪的路上，那一年，开普勒58岁。

开普勒的家人在整理开普勒的遗物中发现了开普勒写的一首短诗，后人把这首诗刻在了他的墓碑上：

我曾测过天空，

而今丈量大地的阴暗。

虽然我的灵魂来自上苍，

我的身躯却躺在地下。

开普勒一生追求真理，他的三大定律揭示了行星运行的法则，但开普勒也为后人留下了两个没有解决的问题。

第一，太阳是宇宙的中心的证据在那里？从哥白尼到开普勒，他们的理论到底只是一种数学技巧还是客观真相？《圣经》真的错了吗？光是讲道理不行，科学需要的是证据。

第二，为什么行星的轨道是椭圆？为什么公转周期与距离有种神秘的数学关系？科学精神驱动着人们继续追问为什么。

在开普勒之后，两个天才即将登场，一个一个回答了第一个问题，另一个回答了第二个问题。

这两个天才就是伽利略和牛顿。

伽利略和牛顿是如何解决上面两个问题的呢？

我们下回分解。

本文主要参考书目：

《第谷和开普勒的故事》宋慧娟 编著

吉林科学技术出版社

《星空的琴弦——天文学史话》汪诘著

海南出版社

《天文的故事》扬天林著

科学出版社