นักดาราศาสตร์ โจฮันเนส เคปเลอร์

โจฮันเนส เคปเลอร์




เคปเลอร์เป็นทั้งนักคณิตศาสตร์ นักโหราศาสตร์และนักดาราศาสตร์ โดยมีชาติกำเนิดเป็นชาวเยอรมัน ผลงานที่สำคัญของเคปเลอร์ได้แก่ กฎสามข้อที่ว่าด้วยการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นพื้นฐานที่สำคัญทางดาราศาสตร์และวิศวกรรมระบบดาวเทียม

วัยเยาว์ของเคปเลอร์
เคปเลอร์เกิดในครอบครัวที่ยากจน บิดาของเคปเลอร์มีอาชีพเป็นทหารรับจ้าง และได้จากครอบครัวไปร่วมรบในสงครามที่ประเทศเนเธอร์แลนด์ในขณะที่เคปเลอร์มีอายุได้ 5 ขวบ โดยไม่ได้กลับคืนสู่มาตุภูมิอีกเลย มารดาของเคปเลอร์เป็นบุตรสาวของเจ้าของโรงแรมเล็กๆในเมือง

ในวัยเยาว์ เคปเลอร์มีสุขภาพที่ไม่แข็งแรง โดยอายุได้ 4 ขวบ เคปเลอร์ป่วยเป็นไข้ทรพิษ ทำให้สายตาไม่ดีและมือพิการไปข้างหนึ่ง แต่เคปเลอร์เป็นเด็กที่มีความเฉียวฉลาด และชอบที่จะอธิบายคณิตศาสตร์ที่เข้าใจได้ยากให้แก่แขกที่มาพักที่โรงแรมของตา และจากการที่มีผู้แนะนำเรื่องดาราศาสตร์ให้แก่เคปเลอร์ในขณะวัยเยาว์ ทำให้เคปเลอร์ได้มีพัฒนาการที่ชอบและรักดาราศาสตร์ โดยในปี 1577 ขณะที่มีอายุได้ 6 ขวบ เคปเลอร์ได้สังเกตดาวหาง โดยเขาได้ร้องขอให้มารดาพาไปยังบริเวณที่สูงที่สุดเพื่อจะสังเกตเห็นดาวหางได้ชัดเจน และในปี 1580 เคปเลอร์ในวัย 9 ขวบได้สังเกตปรากฏการณ์จันทรุปราคา ซึ่งมีลักษณะสีแดง

เนื่องจากฐานะที่ยากจน ทำให้เคปเลอร์ได้รับการศึกษาแบบไม่ค่อยต่อเนื่องนัก จนกระทั่งในปี 1589 เคปเลอร์ได้รับทุนจากศาสนจักร ทำให้ได้เข้าศึกษาด้านศาสนาที่มหาวิทยาลัยทูบิงเงิน เคปเลอร์ได้พิสูจน์ให้อาจารย์และคนรอบข้างได้ประจักษ์ว่าตัวเขาเองมีความเป็นเลิศทางคณิตศาสตร์และมีทักษะโด่งดังทางด้านโหราศาสตร์

ภายใต้ความดูแลของศาสตราจารย์ มิคาเอล แมสท์ลิน ได้ทำให้เคปเลอร์ได้เรียนรู้แบบจำลองของปโตเลมี และของโคเปอร์นิคัส โดยที่เคปเลอร์เชื่อและเห็นด้วยกับแนวความคิดโคเปอร์นิคัสที่กำหนดให้ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะจักรวาล


ดาวหางในปี 1577
หลังจากสำเร็จการศึกษาที่ทูบิงเงิน ในปี 1594 เคปเลอร์ได้ทำงานเป็นครูสอนคณิตศาสตร์และดาราศาสตร์ที่โรงเรียนโปรเตสแตนต์ใน
เมืองกราซ ประเทศออสเตรีย

ผลงานชิ้นแรกของเคปเลอร์
ในระหว่างที่สอนหนังสืออยู่ที่กราซเป็นเวลา 6 ปี (1954 - 1600) เคปเลอร์ได้เขียนหนังสือเล่มแรกของเขาขึ้น มีชื่อว่า Mysterium Cosmographicum ซึ่งกล่าวถึงปริศนาลึกลับของจักรวาล โดยพิมพ์ครั้งแรกเมื่อปี 1956 ซึ่งเนื้อหาในหนังสือดังกล่าวได้อธิบายถึงเหตุผลที่เคปเลอร์คิดและเชื่อว่าทฤษฎีจักรวาลของโคเปอร์นิคัสมีความเป็นไปได้และสมเหตุผลมากกว่าทฤษฎีจักรวาลของปโตเลมี


เคปเลอร์นำเสนอแบบจำลองสุริยจักรวาลที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางและอธิบายถึงความสัมพันธ์ของระยะระหว่างดาวเคราะห์ทั้งหก (ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และ ดาวเสาร์) โดยใช้รูปทรง 5 ชิ้นที่บรรจุอยู่ภายในทรงกลม ซึ่งทรงกลมที่อยู่ด้านนอกสุดแสดงถึงวงโคจรของดาวเสาร์ ภายในทรงกลมดังกล่าวเราสามารถบรรจุลูกบาศก์เข้าไปได้และภายในลูกบาศก์เองก็จะมีทรงกลมที่สองบรรจุอยู่ โดยทรงกลมที่สองที่กล่าวถึงนี้จะแสดงถึงวงโคจรของดาวพฤหัสบดี

ในทำนองเดียวกัน รูปทรงกรวยสามเหลี่ยมสามารถบรรจุอยู่ในทรงกลมที่สอง และภายในรูปทรงกรวยสามเหลี่ยมจะมีทรงกลมที่สามซ้อนอยู่ภายใน ซึ่งทรงกลมที่สามนี้แสดงถึงเส้นทางการเคลื่อนที่ของดาวอังคาร

เมื่อพิจารณาระหว่างทรงกลมที่สาม (ดาวอังคาร) และทรงกลมที่สี่ (โลก) เราสามารถบรรจุรูปทรงสิบสองหน้าเข้าไปได้ และระหว่างทรงกลมที่สี่ (โลก) และทรงกลมที่ห้า (ดาวศุกร์) เราสามารถบรรจุรูปทรงยี่สิบหน้าเข้าไปได้ และท้ายที่สุดจะเป็นระหว่างทรงกลมที่ห้า (ดาวศุกร์) และทรงกลมที่หก (ดาวพุธ) เราสามารถบรรจุรูปทรงแปดหน้าเข้าไปได้


โดยที่คำอธิบายข้างต้น ได้สะท้อนถึงขนาดวงโคจรของดาวเคราะห์ทั้งหกที่โคเปอร์นิคัสได้เสนอไว้ โดยมีความผิดพลาดประมาณ 10 % แต่ก็ใช้งานเป็นแบบจำลองจักรวาลได้

เคปเลอร์ร่วมงานกับ ทิโค บราห์
เคปเลอร์ได้ส่งหนังสือ Mysterium cosmographicum ให้ทิโค บราห์ นักดาราศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดในยุคสมัยนั้น เมื่อทิโคอ่านแล้ว ได้ประจักษ์ถึงความสามารถทางคณิตศาสตร์ของเคปเลอร์ จึงได้ชวนให้เคปเลอร์มาทำงานเป็นผู้ช่วยของทิโคที่หอดูดาวเมือง Benatky nad Jizerou ชานกรุงปราก ซึ่งมีองค์จักรพรรดิรูดอล์ฟที่ 2 ทรงเป็นผู้อุปถัมภ์กิจกรรมด้านดาราศาสตร์ให้แก่ทิโค เคปเลอร์ได้ร่วมทำงานกับทิโคเป็นเวลาเกือบ 2 ปี จนกระทั่งทิโคได้เสียชีวิตลงอย่างกระทันหัน และเคปเลอร์ได้รับการแต่งตั้งเป็นนักคณิตศาสตร์ประจำราชสำนักของจักรพรรดิรูดอล์ฟที่ 2 แทนทิโค นอกจากตำแหน่งดังกล่าวแล้ว เคปเลอร์ยังได้ครอบครองข้อมูลบันทึกดวงดาวของทิโคที่ทิโคได้ทำการสังเกตและบันทึกไว้ตลอดช่วงชีวิตของทิโค ซึ่งถือได้ว่าเป็นข้อมูลที่มีค่ามาก

อนุสาวรีย์ทิโค บราห์ และโยฮันเนส เคปเลอร์ ณ กรุงปราก สาธารณเช็ก
เคปเลอร์ถวายคำอธิบายด้านดาราศาสตร์แก่จักรพรรดิรูดอล์ฟที่ 2
ในขณะที่ร่วมงานกับทิโค เคปเลอร์ไม่เห็นด้วยกับแนวความคิดของทิโคในเรื่องของระบบสุริยะ โดยทิโคเข้าใจว่าโลกเป็นศูนย์กลางของระบบตามแบบจำลองของปโตเลมี โดยมีดวงอาทิตย์และดวงจันทร์หมุนรอบโลก แต่ที่แตกต่างจากปโตเลมี ก็คือทิโคระบุว่าดาวเคราะห์ทั้งหกดวงหมุนรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งคล้ายกับแบบจำลองจักรวาลของโคเปอร์นิคัส แต่เคปเลอร์มีความเห็นตามแบบจำลองของโคเปอร์นิคัสที่ระบุว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ โลกและดาวเคราะห์ทั้งหมดโคจรรอบดวงอาทิตย์

นอกจากนี้ ในระหว่างที่ร่วมงานกับทิโค เคปเลอร์ก็ได้ช่วยทิโคทำตารางบัญชีแสดงตำแหน่งดวงดาวบนท้องฟ้าสำหรับช่วยนักเดินเรือ โดยตารางบัญชีนี้ได้บอกถึงตำแหน่งของดวงดาวต่าง ๆ ที่ไม่ได้เคลื่อนที่ ซึ่งทิโคทำไว้ทั้งหมด 777 ดวง แต่ต่อมาเคปเลอร์ได้ค้นพบเพิ่มเติมอีกได้ 228 ดวง ทำให้ทราบตำแหน่งดวงดาวในยุคนั้นถึง 1,005 ดวง

เคปเลอร์กับโหราศาสตร์
นอกจากความรู้ด้านดาราศาสตร์แล้ว ย้อนกลับไปในขณะที่เคปเลอร์ศึกษาที่มหาวิทยาลัยทูบิงเงิน เคปเลอร์ได้ศึกษาด้านโหราศาสตร์จนมีทักษะประจักษ์แก่คนรอบข้าง และเมื่อเคปเลอร์ได้สังเกตการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์และตำแหน่งของดาวฤกษ์ เคปเลอร์ได้สังเกตตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของดาวเหล่านี้และเทียบกับเรื่องราวของชีวิตประจำวันของตนเองว่า เมื่อดาวดวงนั้นโคจรไปอยู่ในราศีใดและมีเหตุการณ์อะไรเกิดกับเขาบ้าง จึงเป็นพัฒนาการในการสะสมประการณ์ทางโหราศาสตร์ จากการสังเกตอย่างละเอียดและถูกต้องของเคปเลอร์ ทำให้เคปเลอร์ได้ทราบความจริงหลายอย่างที่ความรู้ทางดาราศาสตร์และโหราศาสตร์มีความเกี่ยวข้องกัน ซึ่งในปัจจุบันนี้ก็ยังเป็นที่เชื่อถือกันอยู่


แผนภาพจากหนังสือ Mysterium Cosmographicum แสดงรูปแบบของการที่ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์
โคจรมาซ้อนอยู่ในแนวเดียวกัน ซึ่งถูกนำมาใช้ในเชิงโหราศาสตร์ (ภาพจาก Master and Fellows of Trinity College, Cambridge)

ดาวอังคาร : กุญแจแห่งความสำเร็จของเคปเลอร์
ถึงแม้เคปเลอร์จะทำงานร่วมกับทิโค แต่จุดมุ่งหมายกลับแตกต่างกัน โดยเคปเลอร์สนใจในวงโคจรของดาวอังคารเป็นอย่างมาก และเมื่อทิโคเสียชีวิตลง เคปเลอร์ได้ทุ่มเทการทำงานในเรื่องวงโคจรดาวอังคาร โดยใช้ข้อมูลตำแหน่งดาวอังคารที่ถูกบันทึกเป็นจำนวนมากโดยทิโค เคปเลอร์ใช้เวลาร่วม 9 ปี ในการวิเคราะห์จนได้ข้อสรุปว่า ดาวอังคารโคจรรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นไปตามที่โคเปอร์นิคัสได้กล่าวไว้ในหนังสือ "De Revolutionibus Orbium Coelestium" นอกจากนี้ จากการวิเคราะห์พบว่าวงโคจรของดาวอังคารไม่ได้เป็นวงกลมดังที่เข้าใจกันมาก่อน แต่วงโคจรเป็นวงรีและมีดวงอาทิตย์อยู่ที่ตำแหน่งโฟกัสของวงรีดังกล่าว

เคปเลอร์ได้เขียนหนังสือชื่อ Astronomia Nova (New Astronomy) โดยตีพิมพ์เมื่อปี 1609 เคปเลอร์ได้นำเสนอกฎ 2 ข้อ ที่ว่าด้วยการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นผลงานจากการทุ่มเทในการวิเคราะห์ข้อมูลจำนวนมากที่บันทึกโดยทิโค

กฎข้อที่หนึ่ง เคปเลอร์กล่าวไว้ว่า "ดาวเคราะห์โคจรเป็นวงรีรอบดวงอาทิตย์ซึ่งอยู่ที่ตำแหน่งโฟกัสของวงรี"

กฎข้อที่สอง เคปเลอร์กล่าวไว้ว่า "พื้นที่ที่เกิดจากเส้นตรง (ลากจากดาวเคราะห์ไปยังดวงอาทิตย์) ที่ถูกทำให้เคลื่อนไปบนวงโคจรจะมีพื้นที่เท่ากัน ถ้าเวลาที่ดาวเคราะห์เคลื่อนไปมีค่าเท่ากัน"

พื้นที่ x มีค่าเท่ากับพื้นที่ y ถ้าค่าเวลา X มีค่ากับค่าเวลา Y
The Harmony of the World
ในปี 1612 เคปเลอร์ได้ย้ายไปพำนักที่เมืองลินซ์ หลังจากจักรพรรดิรูดอล์ฟที่ 2 ทรงสละราชบันลังก์ อีกทั้งเคปเลอร์เป็นคนที่เคร่งศาสนาซึ่งขัดแย้งกับแนวความคิดด้านศาสนาของจักรพรรดิพระองค์ใหม่

จากการวิเคราะห์ข้อมูลทางดาราศาสตร์ของทิโคและได้ผลลัพธ์นำมาสู่การสร้างกฎ 2 ข้อของเคปเลอร์ในปี 1609 และตีพิมพ์ในหนังสือ Astronomia Nova หลังจากนั้นเป็นเวลาอีก 10 ปี ในขณะที่พำนักที่เมืองลินซ์ เคปเลอร์ได้นำเสนอกฎข้อที่ 3 ในหนังสือ Harmonices mundi ในปี 1619


กฎข้อที่สาม เคปเลอร์กล่าวไว้ว่า "กำลังสองของเวลาที่ดาวเคราะห์ใช้ในการโคจรรอบดวงอาทิตย์ จะเป็นปฏิภาคโดยตรงกับกำลังที่สามของระยะทางเฉลี่ยที่ดาวเคราะห์ดวงนั้นอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์"
กฎทั้ง 3 ข้อ ซึ่งเป็นผลงานของเคปเลอร์เป็นรากฐานที่สำคัญมากที่ได้สร้างพื้นฐานที่สำคัญให้นักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อมา อาทิเช่น ไอแซค นิวตัน ได้สร้างทฤษฎีความโน้มถ่วง

เอกสารอ้างอิง
    [1] Owen Gingerich, The Eye of Heaven, Ptolemy, Copernicus, Kepler, AIP, 1993.
    [2] http://en.wikipedia.org/wiki/Johannes_Kepler
    [3] http://www.hps.cam.ac.uk/starry/kepler.html
    [4] http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Biographies/Kepler.html
    [5] สุทัศน์ ยกส้าน, “อัจฉริยะนักวิทย์”, สำนักพิมพ์สารคดี, 2548
    [6] จารนัย พานิชกุล (ผู้แปล), Jon Balchin (ผู้เขียน), “สุดยอดอัจฉริยะ 100 นักวิทยาศาสตร์ผู้เปลี่ยนแปลงโลก” (100 Scientists Who Changed the World), สำนักพิมพ์ปาเจรา, 2549
    [7] ทวี มุขธระโกษา, “นักวิทยาศาสตร์เอกของโลก”, สำนักพิมพ์สถาพรบุ๊คส์, 2548


ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

แสดงความคิดเห็น