W czasach Keplera nie istniało wyraźne rozróżnienie pomiędzy astronomią i astrologią, natomiast astronomia jako jedna zesztuk wyzwolonych była wyraźnie oddzielona odfizyki, zaliczanej dofilozofii przyrody. Kepler w swoich pracach używał argumentówreligijnych, wychodząc z założenia, żeBóg stworzył świat zgodnie z inteligentnym planem, który można poznać za pomocą rozumu[2]. Określał swoją astronomię jako „fizykę niebieską”[3] i jako „wycieczkę wMetafizykę Arystotelesa”[4][5], przenosząc tradycyjnie pojmowaną kosmologię w obszar uniwersalnie obowiązującej matematyki[6][7].Miał dwie żony Susanne Reuttinger i Barbarę Müller.
KometaC/1577 V1, którą Kepler widział w dzieciństwie, przyciągnęła uwagę astronomów w całej Europie
Kepler urodził się 27 grudnia 1571 roku wwolnym mieście cesarskimWeil podStuttgartem (Wirtembergia). Jego dziadek, Sebald Kepler, był wcześniej burmistrzem miasta, ale jeszcze przed narodzinami Johannesa rodzina Keplerów znacznie zubożała. Jego ojciec, Heinrich Kepler, był drobnym handlarzem i właścicielem szynku wiejskiego. Gdy zbankrutował, zaciągnął się do wojskaksięcia Alby de Toledo i wiódł niepewny żywot najemnika w różnych armiach i wojnach. Na zawsze opuścił rodzinę, która powiększyła się o drugiego syna oraz córkę, gdy Johannes liczył 14 lat. Matka Johannesa, Katharina z domu Guldenmann, była córką karczmarza, zielarką i uzdrowicielką, później oskarżoną oczary. Wiele wskazuje na to, że ich związek małżeński był dość przypadkowy. Łączyła ich właściwie tylko zbliżona pozycja społeczna[8]. Johannes był siedmiomiesięcznym wcześniakiem i chorowitym dzieckiem. Miał cztery lata, gdy przeszedł groźną chorobę –ospę. Choroba ta nie zeszpeciła mu zbytnio twarzy, pozostawiając ślady głównie na rękach. Od dzieciństwa przejawiał wielkie zdolności matematyczne, którymi zadziwiał podróżnych w karczmie dziadka[9][10]. W 1576 roku rodzina Keplera przeprowadziła się doLeonbergu, który w 1580 roku porzuciła na dwa lata dlaEllmendingen(inne języki). Wędrówki spowodowały, że podstawowy trzyklasowy kurs ukończył w pięć lat[11].
Z astronomią zetknął się we wczesnym dzieciństwie. Mając 6 lat obserwował przelotkomety, a mając 9 lat –zaćmienie Księżyca[12]. Z powodu przebytej w dzieciństwie ospy miał słaby wzrok, co utrudniało mu obserwacje astronomiczne[13][14]. Droga na uniwersytet prowadziła przez dwustopniowe kilkuletnie seminarium. Nauki te Kepler ukończył we wrześniu 1588 roku, uzyskując stopień bakałarza. 17 września 1589 roku rozpoczął studiateologiczne naUniwersytecie w Tybindze[15]. Zdobył wtedy reputację znakomitego matematyka i astrologa, stawiająchoroskopy innym studentom. Pod kierownictwemMichaela Maestlina poznał zarównoptolemejską, jak ikopernikańską teorię ruchu planet. Stał się zwolennikiem systemuKopernika, broniąc go zarówno z matematycznego, jak i teologicznego punktu widzenia, twierdząc żeSłońce jest głównym źródłem ruchu wewszechświecie[16][17].
Kepler byłluteraninem. Mimo początkowych planów zostaniapastorem, po ukończeniu studiów w 1594 roku przyjął on zaoferowaną pozycję nauczyciela matematyki i astronomii w protestanckiej szkole wGrazu[18][19].
Pierwsza ważna praca astronomiczna Keplera,Mysterium Cosmographicum, była publiczną obroną systemu kopernikańskiego. Kepler twierdził, że doznał objawienia 19 lipca 1595 roku, demonstrując uczniom okresowekoniunkcje Saturna i Jowisza. Zorientował się, że każdywielokąt foremny wyznacza precyzyjny stosunek średnic okręgu opisanego do wpisanego, co może być podstawą geometrii wszechświata. Po nieudanych próbach dopasowania wielokątów do danych obserwacyjnych (nawet po dodaniu dodatkowych planet), Kepler spróbował użyćwielościanów foremnych. Zauważył, że umieszczając sferę wewnątrz wielościanu i opisując na nim kolejną sferę, uzyskuje się ścisłą zależność pomiędzy promieniami tych sfer. Ustawiając wielościany we właściwej kolejności:ośmiościan,dwudziestościan,dwunastościan,czworościan isześcian, uzyskuje się sześć sfer o promieniach odpowiadających (z dokładnością do ówczesnych pomiarów) promieniom orbit sześciu znanych planet:Merkurego,Wenus,Ziemi,Marsa,Jowisza iSaturna[20].
Zbliżenie na wewnętrzną część modelu Keplera
Kepler uznał, że odkrył boski geometryczny plan Wszechświata. W tym modelu Wszechświat sam stanowił obraz Boga, ze Słońcem jako Ojcem, sferą gwiazd jako Synem i przestrzenią pomiędzy jakoDuchem Świętym. W manuskrypcie Kepler zawarł długi wywód godzący heliocentryzm z biblijnymi wersami sugerującymi geocentryzm[21].
Mając poparcie swojego mentoraMichaela Maestlina, Kepler uzyskał pozwolenie od władz uniwersytetu na publikację manuskryptu, pod warunkiem usunięcia fragmentów traktujących o Biblii i dodania prostszego opisu systemu heliocentrycznego.Mysterium zostało opublikowane pod koniec 1596 roku. W 1597 roku Kepler rozesłał jego kopie do ważnych astronomów i patronów w Europie, czym zwrócił na siebie uwagę jako na zdolnego naukowca. Zawarta w pracy wylewna dedykacja do patronów i ludzi kontrolujących pozycję Keplera w Grazu, otworzyła mu drogę do kariery naukowej[22].
Mimo modyfikacji pewnych szczegółów w swoich późniejszych pracach, Kepler nigdy nie zrezygnował z kosmologii opartej na sferach i wielościanach. Jego późniejsze astronomiczne prace głównie ją uściślały, dodając dokładniejsze wyliczenia wewnętrznych i zewnętrznych promieni sfer, na podstawieekscentryczności orbit planet. W 1621 roku Kepler opublikował rozszerzone drugie wydanieMysterium, zawierające poprawki i rozszerzenia uzyskane w ciągu 25 lat pracy badawczej[23].
W grudniu 1595 roku Kepler został przedstawiony Barbarze Müller, dwudziestotrzyletniej wdowie z córką. Müller była córką bogatego właściciela młyna, a dodatkowo posiadała duży majątek po swoich dwóch poprzednich mężach. Pomimo szlachectwa Keplera, jej ojciec Jobst początkowo sprzeciwiał się małżeństwu. Po wydaniuMysterium i zdobyciu sławy, Kepler został w końcu zaakceptowany. Barbara i Johannes wzięli ślub 27 kwietnia 1597 roku[24].
Pierwsza dwójka dzieci małżeństwa Keplerów (Heinrich i Susanna), zmarły w niemowlęctwie. W 1602 roku urodziła im się córka (Susanna), w 1604 roku syn (Friedrich) i w 1607 roku kolejny syn (Ludwig)[25][26].
Po opublikowaniuMysterium i z błogosławieństwem władz uczelni Kepler rozpoczął ambitny plan rozbudowy swojego dzieła. Planował wydanie czterech książek: jednej o stacjonarnych elementach Wszechświata (Słońcu i sferze gwiazd), drugiej o planetach i ich ruchach, trzeciej o fizycznej naturze planet i czwartej o wpływie niebios na Ziemię, uwzględniając optykęatmosfery, meteorologię i astrologię[27].
Kepler starał się nawiązać współpracę z astronomami, którym wysłałMysterium, wśród nich zNicolausem Reimersem, nadwornym matematykiemRudolfa II Habsburga i zaciekłym rywalemTychona Brahe. Nicolaus nie odpowiedział bezpośrednio, ale użył listów Keplera do uzasadnienia swojego pierwszeństwa nad Tychonem w opracowaniu systemu geoheliocentrycznego. Tycho Brahe sam zaczął korespondencję z Keplerem, rozpoczynając ją od merytorycznej krytyki jego systemu. Wśród wielu zarzutów wskazał między innymi niedokładność danych pomiarowych uzyskanych z pracKopernika. Nie mając dostępu do dokładniejszych danych z obserwatorium Tychona, Kepler nie mógł na te zarzuty właściwie odpowiedzieć[28]. Zamiast tego wysunął argumenty oparte nachronologii, harmonii inumerologii łączącej matematykę, muzykę i świat fizyczny. Zakładając, że Ziemia posiada duszę (dzięki której może się poruszać), postulował związek pomiędzy astronomicznymi obiektami, meteorologią i różnymi zjawiskami na powierzchni Ziemi. Ciągły brak wystarczających danych uniemożliwiał mu jednak rozwijanie tych teorii. W grudniu 1599 roku Tycho zaprosił Keplera do odwiedzenia go wPradze. 1 stycznia 1600 roku, zanim zaproszenie Tychona dotarło, Kepler wyruszył do Pragi w nadziei na uzyskanie patronatu Tychona i pomocy w rozwiązaniu jego problemów zarówno filozoficznych, jak i finansowych[29].
4 lutego 1600 roku Kepler spotkał się zTychonem Brahe wBenátkach nad Jizerou (35 km od Pragi), w miejscu, gdzie powstawało nowe obserwatorium Tychona. Przez następne dwa miesiące Kepler przebywał tam jako gość, analizując wyniki obserwacjiMarsa. Tycho niechętnie udzielał dostępu do swoich danych, ale – będąc pod wrażeniem teorii Keplera – wkrótce umożliwił mu szerszy do nich dostęp. Kepler planował przetestować na obserwacjach Marsa przewidywania zawarte wMysterium Cosmographicum, ale ocenił, że nie mając możliwości skopiowania tych danych od Tychona, praca ta zajęłaby mu dwa lata. Z tego powodu próbował wynegocjować formalne zatrudnienie u Tychona. Negocjacje jednak załamały się i po gwałtownej kłótni z Tychonem Kepler wyjechał 6 kwietnia do Pragi. W kolejnych miesiącach udało się w końcu osiągnąć porozumienie i w czerwcu Kepler pojechał do Grazu, aby sprowadzić swoją rodzinę[30].
Polityczne i religijne trudności w Grazu uniemożliwiły Keplerowi natychmiastowy powrót. Mając nadzieję na kontynuację swoich badań astronomicznych, ubiegał się o posadę nadwornego matematyka uRudolfa II Habsburga. Przygotował w tym celu esej dedykowany Ferdynandowi. Przedstawił tam fizyczną teorię zaćmień Księżyca:In Terra inest virtus, quae Lunam ciet – łac. „W Ziemi tkwi siła, która porusza Księżyc”[31]. Choć nie udało mu się uzyskać tej posady, przeprowadzone na podstawie tej pracy obserwacje zaćmienia 10 lipca w Grazu stały się podstawą praw optyki, zebranych później wAstronomiae Pars Optica[32].
2 sierpnia 1600 roku, po odmowie przejścia na katolicyzm, Kepler i jego rodzina zostali wygnani z Grazu. Kilka miesięcy później osiedli na stałe w Pradze. Przez kolejne kilkanaście miesięcy Kepler pracował pod bezpośrednim kierownictwem Tychona, analizując obserwacje planet i pisząc traktat przeciwko nieżyjącemu już Reimersemowi. We wrześniu 1601 roku Tycho włączył go do współpracy nad nowym projektem katalogu gwiazd, który miałby zastąpićTablice pruskieReinholda. Po nieoczekiwanej śmierci Tychona Brahe 24 października 1601 roku Kepler został mianowany jego następcą na stanowisku cesarskiego matematyka[33].
Głównym obowiązkiem Keplera jako cesarskiego matematyka było zapewnianie astrologicznych porad dla cesarza. Poza stawianiem horoskopów dla sojuszników i władców ościennych państw, Kepler doradzał też cesarzowi w sprawach politycznych. Cesarz był również zainteresowany badaniami swoich nadwornych uczonych (w tym wielualchemików) i na bieżąco śledził odkrycia Keplera w dziedzinie astronomii fizycznej[34].
Oficjalnie jedynymi akceptowalnymi doktrynami religijnymi w Pradze byłkatolicyzm ihusytyzm. Nadworna pozycja Keplera umożliwiała mu jednak swobodne praktykowanie wiaryluterańskiej. Wysoka pensja cesarskiego doradcy w praktyce okazywała się niełatwa do otrzymania z powodu ciągłej niewypłacalności cesarskiego skarbca. Między innymi z tych powodów życie małżeńskie Keplera nie układało się pomyślnie. Praca na dworze pozwalała natomiast łatwo nawiązywać kontakty z innymi astronomami i umożliwiała szybki postęp prac naukowych[35].
Astronomiae pars opticaTabliczka zAstronomiae Pars Optica, pokazująca strukturę oczu
Kontynuując analizę obserwacji Marsa i powoli zbierając dane do skompletowania katalogu gwiazd, Kepler jednocześnie wrócił do swoich badań praw optyki. W zaćmieniach zarówno Słońca, jak i Księżyca występowały niewyjaśnione zjawiska, takie jak nienaturalnej wielkości cienie, czerwony kolor zacienionego Księżyca i nieoczekiwana świecąca otoczka przy całkowitym zaćmieniu Słońca. Przez większość 1603 roku Kepler zajmował się tymi zagadnieniami, spisując swoje teorie w nowym manuskrypcie,Astronomiae Pars Optica, zaprezentowanym cesarzowi 1 stycznia 1604 roku. Zawierał on obserwację, że intensywność światła maleje jak kwadrat odległości od źródła, opisywał prawa odbicia dla płaskich i zakrzywionych luster oraz zasadę działaniacamera obscura. W manuskrypcie znalazły się również wyniki badań ludzkich oczu i sugestia, że widziane obrazy są rzucane przezsoczewkę w sposób odwrócony nasiatkówkę[36].
W październiku 1604 roku pojawiła się na niebie nowa jasna gwiazda (SN 1604). Pierwszym, który ją zaobserwował, był asystent Keplera, Jan Brunowski[37]. Kepler początkowo nie wierzył w plotki o jej pojawieniu się, a gdy zobaczył ją sam, rozpoczął jej systematyczne obserwacje. Rok 1603 był początkiem występującej raz na około 800 lat serii koniunkcji. Dwie poprzednie serie astrologowie wiązali z narodzinamiChrystusa (ok. 1600 lat wcześniej) i dojściem do władzyKarola Wielkiego (ok. 800 lat wcześniej), dlatego spodziewano się wielkich wydarzeń w cesarstwie. W tym kontekście Kepler przedstawił wynik swoich obserwacji nowej gwiazdy, sceptycznie podchodząc do krążących wtedy astrologicznych interpretacji. Zauważył jej malejącą jasność, spekulował o jej pochodzeniu i na podstawie brakuparalaksy argumentował, że musi się znajdować na sferze gwiazd stałych. Tym samym podważył doktrynę o niezmienności niebios. Spekulował też, żeGwiazda Betlejemska mogła być podobnym zjawiskiem[38].
Szeroki obszar badań, który zaowocował wydaniemAstronomia nova, zawierającej dwa pierwszePrawa Keplera, rozpoczął się od uważnej analizy obserwacji Marsa. Kepler wielokrotnie wyliczał orbity Marsa, używając pojęciaekwantu (wyeliminowanego w teorii Kopernika), uzyskując ostatecznie model odbiegający od obserwacji Tychona średnio o dwieminuty kątowe (maksymalnie o osiem). Nie był jednak zadowolony ze skomplikowanych i wciąż niedokładnych rezultatów. Nie mogąc uzyskać lepszego modelu tradycyjnymi metodami, spróbował wprowadzić do niego wydłużone orbity w miejsce kołowych[39].
W religijnym spojrzeniu Keplera na kosmos, Słońce (symbolizująceBoga Ojca) było źródłem siły poruszającej wszystkie planety. Przez analogię do postulowanej przezWilliama Gilberta magnetycznej siły wytwarzanej przez Ziemię i własnych prac nad optyką, Kepler podejrzewał, żesiła sprawcza emanująca ze Słońca maleje wraz ze wzrostem odległości od niego, co sprawia, że planety poruszają się tym wolniej, im dalej od niego się znajdują[40].Na podstawie pomiarówperycentrum iapocentrum Ziemi i Jowisza stworzył wzór, w którym prędkość poruszania się planety była odwrotnie proporcjonalna do odległości od Słońca. Ponieważ weryfikacja tego wzoru wymagała jednak skomplikowanych obliczeń, dla uproszczenia w 1602 roku Kepler przeformułował ten wzór do postaci znanej dzisiaj jako drugie prawo Keplera:planety przeczesują równe obszary orbity w równych czasach[41].
Przez kolejne kilka lat Kepler usiłował opisać precyzyjnie całą orbitę Marsa, używając do tego różnych jajowatych orbit. W 1605 roku, po około 40 nieudanych próbach, doszedł w końcu do wniosku, że właściwym rozwiązaniem jestelipsa, którą wcześniej odrzucił jako zbyt prostą, aby została przeoczona przez innych astronomów. Przekonawszy się, że orbita eliptyczna dokładnie odpowiada danym obserwacyjnym, doszedł do wniosku znanego dziś jako pierwsze prawo Keplera, żewszystkie planety poruszają się po elipsach, ze Słońcem w jednym z ognisk. Nie mając jednak asystentów, którzy mogliby przeprowadzić niezbędne obliczenia, nie zastosował tej teorii do innych planet. Ukończył pisanieAstronomia nova w 1605 roku. Wydanie dzieła przeciągnęło się jednak do 1609 roku, z powodu procesu z dziedzicami Tychona Brahe o prawo do użytych danych obserwacyjnych[42][43].
W latach po wydaniuAstronomia Nova Kepler skupił się głównie na tworzeniu katalogu gwiazd i zestawianiuefemeryd. Próbował (bezskutecznie) nawiązać współpracę z włoskim astronomemGiovanni Antonio Magini(inne języki). Publikował prace poświęconedatowaniu wydarzeńbiblijnych i krytykujące katastroficzne przewidywania astrologów[44].
Ulica Karlova na Starym Mieście w Pradze – dom, w którym mieszkał Johannes Kepler
Na początku 1610 rokuGalileusz, używając skonstruowanego przez siebieteleskopu, odkrył czteryksiężyce Jowisza. Swoje odkrycie, opublikowane w traktacieSidereus Nuncius, przedstawił Keplerowi, chcąc podnieść ich rangę. Kepler odpowiedział entuzjastycznie, publikującDissertatio cum Nuncio Sidereo, w którym poparł wyniki obserwacji Galileusza i przedstawił kilka wytłumaczeń i konsekwencji tego odkrycia. W tym samym roku opublikował własne obserwacje tych księżyców – w traktacieNarratio de Jovis Satellitibus, potwierdzając odkrycie Galileusza[45].
Zainspirowany teleskopem Galileusza, Kepler zaczął prowadzić własne badania nad optyką teleskopów, używając teleskopu pożyczonego od księcia Ernesta z Kolonii[46]. Swoje wyniki opublikował w 1611 roku wDioptrice. Opisał tam podstawy teoretyczne działania podwójnie wypukłych i podwójnie wklęsłych soczewek oraz ich kombinacji w teleskopie Galileusza. Wprowadził też pojęciaobrazu rzeczywistego ipozornego oraz wpływu ogniskowej na uzyskiwane powiększenie. Praca ta zawierała projekt ulepszonego teleskopu, w którym dwie wypukłe soczewki dawały większe powiększenie, niż kombinacja wypukłej i wklęsłej u Galileusza[47].
Jeden z diagramów wStrena Seu de Nive Sexangula, prezentującypostulat Keplera
Około 1611 roku Kepler napisał manuskrypt, który po jego śmierci został wydany jakoSomnium (Sen). Opowiadał on historię ucznia Tychona Brahe, który za sprawą sił okultystycznych przeniósł się na Księżyc. Częściowo alegoryczny i częściowo autobiograficzny manuskrypt zawierał również rozważania o badaniach astronomicznych prowadzonych z powierzchni innych ciał niebieskich. Dzieło to, określone przezCarla Sagana „pierwszą powieściąscience fiction”, stało się później dowodem w oskarżeniu matki Keplera o czary[48].
W tym samym roku, jako prezent noworoczny, Kepler napisał dla swojego przyjaciela barona WackheraStrena Seu de Nive Sexangula (Noworoczny podarek albo o sześciokątnych płatkach śniegu). Był to krótki traktat osześciokątnej symetriiśniegu, która, jak spekulował, mogła wynikać zziarnistej budowy materii i faktu, że sześciokątne ułożenie jest przestrzennie najefektywniejsze (później zostało to nazwanepostulatem Keplera)[49].
W 1611 roku nasiliły się napięcia polityczno-religijne w Pradze. Umierający cesarz Rudolf został zmuszony do abdykacji ze stanowiskawładcy Czech na rzecz swojego brataMacieja Habsburga. Choć Kepler doradzał również nowemu władcy, jego pozycja na dworze znacznie osłabła[50]. W tym samym roku Barbara Kepler zachorowała (najprawdopodobniej natyfus plamisty), a wkrótce potem ich trójka dzieci zachorowała naospę prawdziwą. Zmarł wówczas syn Keplera, Friedrich. Po jego śmierci Kepler wysłał listy do potencjalnych patronów wTybindze iPadwie, szukając możliwości nowej posady. Jego powrót do Tybingi uniemożliwiła obowiązująca tamKonfesja Augsburska, traktującakalwińskie poglądy Keplera jakoherezję.Uniwersytet Padewski, dzięki rekomendacji Galileusza, zaproponował Keplerowi stanowisko profesora. Kepler zdecydował się zamiast tego przyjąć pozycję nauczyciela matematyki wLinzu. Zanim zdążył się tam przenieść, jego żona miała nawrót choroby i zmarła[51][52].
Kepler pozostał w Pradze do śmierci Rudolfa na początku 1612 roku. Z powodu problemów politycznych, rodzinnej tragedii i procesu o spadek po żonie, nie prowadził wtedy badań naukowych. Zamiast tego zebrał wcześniejsze wyniki w manuskrypcieEclogae Chronicae, dotyczącym chronologii. Maciej Habsburg po przejęciu władzy pozostawił Keplera na stanowisku, ale pozwolił mu przeprowadzić się do Linzu[53].
W Linzu głównym obowiązkiem Keplera było nauczanie w lokalnej szkole i zapewnianie astrologicznych i astronomicznych porad. Przez pierwsze lata cieszył się tam lepszym bezpieczeństwem finansowym i religijnym niż w Pradze, pomimo wykluczenia zKościoła luterańskiego za swoje publikacje. Pierwszą pracą, którą wydał w Linzu, byłaDe vero Anno (1613), szeroki traktat o latach narodzenia Chrystusa. Uczestniczył wtedy w dyskusji o wprowadzeniukalendarza gregoriańskiego w protestanckich landach Niemiec. Napisał wpływowy matematyczny traktatNova stereometria doliorum vinariorum o mierzeniu objętości nieregularnych pojemników i beczek (opublikowany w 1615 roku)[54].
30 października 1613 roku Kepler poślubił 24-letnią Susannę Reuttinger, po odrzuceniu 10 innych propozycji małżeństwa. W swoim notatniku zapisał: „poślubiłem niezamożną pannę Zuzannę Reuttinger”. Według opinii ówczesnych mieszkańców Linzu była to nadzwyczaj ładna niewiasta. Jej rodzice od dawna nie żyli i dlatego długo przebywała na dworze baronowej Starhemberg, gdzie otrzymała staranne wychowanie. W ciągu 17 lat pożycia Zuzanna urodziła mu siedmioro dzieci, lecz tylko czworo z nich przeżyło swego ojca. W chwili śmierci Keplera żona i czworo nieletnich dzieci (najstarsze miało 9 lat, najmłodsze zaledwie 7 miesięcy) znaleźli się w niezwykle trudnym położeniu. Osieroconą rodziną uczonego zaopiekował się zięć Jakub Bartsch. Ich pierwsza trójka dzieci zmarła w dzieciństwie. Kolejne trzy dożyły dorosłości: Cordula (ur. 1621), Fridmar (1623) i Hildebert (1625). Zgodnie z biografami Keplera, to małżeństwo było o wiele szczęśliwsze niż pierwsze[55][56].
Epitome astronomia Copernicanae, kalendarze i proces matki
Od ukończeniaAstronomia nova Kepler planował stworzenie podręcznika astronomii[57]. Plany te zrealizował w Linzu w postaci trzytomowego dziełaEpitome astronomia Copernicanae. Pierwszy tom (księgi I–III) został wydany w 1617 roku, drugi (księga IV) w 1620 roku, a trzeci (księgi V–VII) w 1621. Pomimo tytułu, sugerującego tylko heliocentryczną teorię, podręcznik ten opisywał Keplerowski model z elipsami. Stał się on najbardziej wpływową z publikacji Keplera. Zawierał wszystkie trzyprawa Keplera i próby wytłumaczenia ruchów ciał niebieskich przy pomocy fizyki[58]. Dzieło to zostało umieszczone przezKościół katolicki naIndeksie ksiąg zakazanych[59][60].
Jednocześnie Kepler wydawał astrologiczne kalendarze, które stały się bardzo popularne i pozwoliły pokryć koszty innych prac. W latach 1617–1624 wydał sześć takich kalendarzy. Przewidywał w nich pozycje planet, jak również pogodę i polityczne wydarzenia. Te ostatnie często okazywały się trafne – dzięki szerokiej wiedzy politycznej Keplera i jego doświadczeniach na dworze cesarskim. W 1624 roku przewidywania te sprowadziły jednak na niego kłopoty polityczne, a jego kalendarz został publicznie spalony w Grazu[61].
W 1615 roku Ursula Reingold procesująca się z Christophem Keplerem, bratem Johannesa, oskarżyła ich matkę Katarzynę o sprowadzenie na nią choroby za pomocą czarów. O tym, że została oskarżona o czary w protestanckimLeonbergu, uczony dowiedział się z listu od siostry, Margarete, w grudniu. Sporządzenie aktu oskarżenia, odwlekanie daty procesu, w czym Kepler brał czynny udział, trwało kilka lat. Wiosną 1620 roku pojawiło się realne niebezpieczeństwo, że matka Keplera zostanie poddana torturom. Siódmego sierpnia tego roku znalazła się w więzieniu. We wrześniu astronom wyruszył z Linzu na proces. Spowodował, że więzienie w Güglingen zamieniono na areszt domowy, choć wciąż w łańcuchach i z dwoma strażnikami. Ostateczna obrona, przedstawiona sądowi 22 sierpnia 1621 roku, mieściła się na 128 stronach, spisanych w dużej mierze ręką Keplera. We wrześniu dokumenty sądowe przesłano do Tybingi. W tym samym miesiącu Katarzynie pokazano izbę tortur. W październiku, po części dzięki interwencji księcia Wirtembergii, Johanna Friedricha, matka Keplera została uznana za niewinną i uwolniona. Pół roku później zmarła (13 kwietnia 1622 r.). Jednym z argumentów oskarżycieli były fragmentySomnium, w którym matka głównego bohatera kontaktuje się zdemonem. Dzięki pieniądzom Johannesa i brakowi dowodów, po czternastu miesiącach została uwolniona od zarzutów[62][63][64].
W 1619 roku Kepler opublikowałHarmonices Mundi (Harmonia Światów). W dziele tym usiłował wyjaśnić proporcje w świecie (w szczególności w astronomicznych obiektach) w kategoriach muzycznych, odwołując się doPitagorejskiejmuzyki sfer[65]. Kepler był przekonany, żegeometryczne obiekty były dla Stwórcy modelem dla całego świata[66].
Praca zaczynała się od rozważań owielokątach ibryłach foremnych, oraz o figurach nazwanych potemwielościanami Keplera. Te rozważania były potem przeniesione na dziedziny muzyki, meteorologii i astrologii. Harmonia pojawiała się w relacjach międzyduszami ciał niebieskich i duszami ludzi. Wśród wielu takich zależności Kepler sformułował tutaj trzecie ze swoich praw:kwadrat okresu obiegu wokół Słońca jest proporcjonalny do sześcianu odległości od Słońca. Szersze konsekwencje tego prawa zostały odkryte dopiero kilkadziesiąt lat później. Odkrycie przezChristiaana Huygensasiły odśrodkowej umożliwiłoNewtonowi iHalleyowi dowiedzenie, że siła, z jaką Słońce przyciąga planety, maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości[67][68][69][70][71].
W 1623 roku Kepler ukończyłTablice rudolfińskie – katalog gwiazd, nad którym pracował ponad 20 lat. Zawierał on położenie około 1500 gwiazd i był wtedy uznawany za największe jego dzieło. Z powodu konfliktu o prawo do danych obserwacyjnych Tychona Brahe, publikacja tego dzieła nastąpiła dopiero w 1627 roku. W międzyczasie kolejne napięcia religijne iwojna trzydziestoletnia zagroziły ponownie bezpieczeństwu rodziny Keplerów. W 1626 Linz znalazł się pod oblężeniem. Kepler przeniósł się doUlm, gdzie zaczął wydawanieTablic na własny koszt[72].
W 1628 roku, po zwycięstwie siłcesarza Ferdynanda pod dowództwemAlbrechta von Wallenstein, Kepler stał się oficjalnym doradcą Wallensteina. Choć nie był oficjalnieastrologiem, stawiał mu horoskopy i dokonywał astronomicznych obliczeń. Większość czasu spędzał wtedy w podróży – między dworem w Pradze, rodziną w Ulm i domem w Linzu. 25 lipca 1628 roku na wezwanie Wallensteina przybył wraz z żoną i dziećmi doŻagania. Książę żagański zapewnił mu mieszkanie, obserwatorium astronomiczne, zbudował drukarnię, wypłacał mu również coroczne stypendium. W Żaganiu Kepler skończył swoje dziełoSomnium astronomia lunari, czyliSen o astronomii księżyca. Wydał je w 1634 jego syn Ludwik[73].
W 1630 roku wyruszył konno doRatyzbony na wieść o niełasce swojego protektora. Prawdopodobnie trudy podróży spowodowały, że kilka dni później zachorował i zmarł 15 listopada 1630 roku[74]. Pogrzeb odbył się 17 bądź 18 listopada na protestanckim cmentarzu za miastem. Wzięli w nim udział nie tylko przyjaciele i znajomi, ale także różne znakomitości obecne w mieście z okazji zjazdu elektorów. Na nagrobku Keplera znalazł się wiersz ułożony przez niego samego:
Wymierzyłem niebiosa, teraz mierzyć będę cienie ziemi.
Dusza należała do niebios, cień ciała tu leży.
Kilka lat później cmentarz, a wraz z nim i grób Keplera, zostały całkowicie zniszczone w wyniku działań wojennych. Dziś w Ratyzbonie znajduje się jedynie symboliczny grób wielkiego astronoma[75].
Teorie Keplera nie zostały natychmiast zaakceptowane przez astronomów jego czasów. Kilku najważniejszych, jakGalileusz czyKartezjusz, całkowicie zignorowałoAstronomia nova. Wielu, w tym nauczyciel Keplera,Michael Maestlin, sprzeciwiło się wprowadzeniu fizyki do astronomii. Niektórzy modyfikowali je na różne sposoby.Ismael Boulliau opracował model z eliptycznymi orbitami, ale wprowadzając ruch z jednostajną prędkością względem drugiego ogniska elipsy.Seth Ward połączył eliptyczne orbity z ruchem opisywanym przezekwant[76][77][78].
Kilku astronomów próbowało przetestować obserwacyjnie teorie Keplera i różne ich modyfikacje. Szczególnie dokładnym testem mogły być dwatranzyty Wenus i jeden Merkurego w kolejnych latach. W przypadku tranzytu Merkurego w 1631 roku, Kepler był na tyle niepewny swoich przewidywań, że zalecał astronomom obserwacje dzień przed i dzień po wyznaczonej dacie.Pierre Gassendi wyznaczonego dnia dokonał pierwszej w historii obserwacji tranzytu Merkurego, potwierdzając przewidywania Keplera[79]. Jego próba zaobserwowania tranzytu Wenus miesiąc później się nie powiodła, ponieważ tranzyt ten nie był widoczny w Europie[80].Jeremiah Horrocks użył własnych obserwacji do określenia parametrów modelu Keplera, przewidział drugi tranzyt Wenus w 1639 roku, zbudował odpowiednią aparaturę i zaobserwował go. Stał się potem silnym orędownikiem modelu Keplera[81][82][83].
Epitome astronomia Copernicanae była czytana przez astronomów w całej Europie i po śmierci Keplera stała się głównym podręcznikiem astronomii, przekonując wielu do teorii Keplera[84]. Niewielu jednak usiłowało rozwijać idee oddziaływania pomiędzy ciałami niebieskimi. Pod koniec XVII wieku w pracachGiovanni Alfonso Borelli iRoberta Hooke’a pojawiły się pomysły zastąpieniaduchowego oddziaływania z prac Keplera przez fizyczną siłę i połączenia jej z pojęciembezwładności wprowadzonym przezKartezjusza. Idee te ostatecznie zaowocowały wydaniem przez NewtonaPhilosophiae naturalis principia mathematica w 1687, w których Newton wyprowadził prawa Keplera z fundamentalnej i uniwersalnej siłygrawitacji[85].
Oprócz swojego wkładu w rozwój astronomii i filozofii przyrody, Kepler wywarł też wpływ nafilozofię i historiografię nauki. HistorycyOświecenia traktowali sceptycznie jego metafizyczne i religijne wywody, ale późniejsi filozofowie eryRomantyzmu uważali je już za kluczowe dla jego sukcesu.William Whewell w swojejHistory of the Inductive Sciences wydanej w 1837 roku podawał Keplera jakoarchetypowy przykład naukowego geniusza. PodobnieErnst Friedrich Apelt, który jako pierwszy przedstawił analizę dorobku Keplera, określił go jako pioniera „rewolucji w naukach”, łączącego matematykę, estetykę, fizykę i teologię w spójny światopogląd[86].
Tłumaczenia wielu dzieł Keplera były wydawane pod koniec XIX i na początku XX wieku[87].W latach trzydziestych XX wiekuAlexandre Koyré i inni historycy stworzyli pojęcierewolucji naukowej – jako kluczowego momentu w rozwoju nauki. Kepler został wtedy określony jako centralna postać tej rewolucji. Koyré podkreślił rolę teorii Keplera, bardziej niż jego obserwacji, w przejściu od starożytnego do współczesnego spojrzenia na świat. Od lat sześćdziesiątych zaczęły pojawiać się setki, a później tysiące prac poświęconych różnym aspektom prac Keplera: jego metodom geometrycznym, astrologii i meteorologii, roli religii w jego pracach, jego literackich i retorycznych metod argumentacji, jego wpływu na środowisko współczesnych mu filozofów i jego roli jako historyka nauki[88][89].
1591 (11.VIII.) uzyskał stopień magistra; rozpoczął studia teologiczne.
1592 Kontynuował studia na wydziale teologicznym akademii protestanckiej w Tybindze.
1593 Zaproponował jako temat publicznej debaty na uniwersytecie astronomię księżycową.
1594 (11.V.) Wyjechał doGrazu, gdzie został zatrudniony jako nauczyciel i matematyk okręgowy. Wydał (1.IX.) swój pierwszy kalendarz i prognostyk astrologiczny (na rok 1595).
1595 (lipiec) Rozpoczął pracę nad dziełemProdromus dissertationum cosmographicarum, contines Mysterium Cosmographicum.
1596 (wrzesień) W Tybindze ukazała sięTajemnica Kosmosu, pierwsze duże dzieło Keplera.
1600 (10.VII.) Obserwował zaćmienieSłońca za pomocą własnoręcznie sporządzonejkamery obskury.
1600 (30.IX.) Przeniósł się z Grazu do Pragi.
1600 (jesień) Podjął pracę nad dziełemAstronomia nova seu Phisica Coelestis, tradita commentariis de Motibus stellae Martis.
1601 Po śmierci Brahego (6.XI.) został mianowany przezRudolfa II matematykiem cesarskim.
1601 (zima) Kepler odkrył drugie prawo ruchu planet, zwane dziś „prawem pól”.
1603 Kepler studiował dzieło o optyceWitelona i przeprowadzał własne badania optyczne.
1604 WydałAd Vitellionem paralipomena (Astronomiae pars optica).
1604 (październik) Obserwowałsupernową; opublikowałBericht von einem ungewṏhnlichen Neuen Stern.
1605 (wiosna) Odkrył pierwsze prawo ruchu planet.
1606 WydałDe Stella Nova in Pade Serpentarii (O gwieździe nowej w konstelacjiWężownika), traktat podsumowujący rozważania o supernowej 1604 roku.
1607 Z Martinem Bachackiem obserwowali plamę słoneczną, biorąc ją zaMerkurego przechodzącego na tle tarczy Słońca.
1608 WydałBericht von dem neulich erschienen Haarstern oder Cometen, dziełko poświęcone komecie z 1607 roku (nazwanej późniejkometą Halleya).
1609 WydałAstronomia nova; w dziele tym podał pierwsze dwa prawa ruchu planet; kontynuował pracę nad dziełemSomnium seu Astronomia Lunaris (Sen, czyli astronomia księżycowa), które rozpoczął pisać jeszcze w okresie studiów.
1610 Ukazały się: traktat astrologicznyTertius interveniens orazDissertatio cum nuncio sidereo, odpowiedź na wyniki teleskopowych obserwacjiGalileusza.
1611 (11.VI.) Kepler otrzymał w Linzu posadę nauczyciela i mianowany został matematykiem okręgowymGórnej Austrii.
1611 We Frankfurcie nad Menem Kepler ogłosiłStrena seu de Niva sexangula (Podarek, czyli o sześciokątnych płatkach śniegu).
1611 Również we Frankfurcie nad Menem ukazała się pracaNarratio de observatis quator Jouis satellitubus (Opowiadanie o obserwacjach czterech satelitów Jowisza).
1611 (3.VII.) Umarła w Pradze pierwsza żona Keplera-Barbara.
1611 OpublikowałDioptrice (Dioptryka), gdzie podał konstrukcję teleskopu astronomicznego (teleskopu Keplera); rękopisSomnium został wywieziony z Pragi.
1612 (kwiecień) Po śmierci Rudolfa II Kepler przeniósł się z Pragi do Linzu, gdzie uzyskał posadę nauczyciela i matematyka okręgowego.
1613 Ożenił się z młodszą od siebie o 18 lat Zuzanną Reuttinger; wydałBericht vom Geburtsjahr Christi, pracę poświęconą chronologii.
1613 (listopad) Opracował metody obliczania objętości brył obrotowych.
1614 WydałDe vero Anno, uzupełniony łaciński przekładBericht vom Geburtsjahr Christii.
1614 Sprawdził słuszność odkrytych przez siebie praw na podstawie ruchu planetyWenus.
1615 Matka Keplera została oskarżona o uprawianie czarów.
1615 W Linzu Kepler wydał dziełoNova stereometria doliorum vinariorum (Nowa stereometria beczek wina).
1615 (zima) Kepler sprawdził słuszność odkrytych przez siebie praw na podstawie ruchuMerkurego.
1616 (wiosna) Kepler wydał w Linzu dziełoAusszug aus der Uralten messekunat Archimedis (Wnioski z antycznej sztuki pomiaru Archimedesa).
1617 Wyjechał jesienią doWirtembergii, by bronić matkę przed zarzutem uprawiania czarów; wydrukowałEphemerides novae, efemerydy astronomiczne na lata 1617–1620.
1618 (15.V.) Odkrył trzecie prawo ruchu planet.
1619 WydałHarmonices mundi libri V orazDe cometis libelli tres, łacińską wersję rozprawy o komecie z 1607 roku; pierwsza częśćEpitome została umieszczona na indeksie ksiąg zakazanych.
1620 Wydał weFrankfurcie nad Menem czwartą księgę dziełaSkrót astronomii kopernikowskiej.
1620 Ponownie wyruszył (z całą swoją rodziną) do Wirtembergii na proces matki.
1621 Otrzymał propozycję objęcia katedry i astronomii na uniwersytecie wPadwie (stanowisko to przed laty zwolnił Galileusz).
1621 (4.XI.) Matka Keplera została uniewinniona i z polecenia arcyksięcia Ferdynanda zwolniona z więzienia.
1621 (jesień) Ukazały się we Frankfurcie nad Menem trzy ostatnie księgi dziełaSkrót astronomii kopernikowskiej.
1621 Opublikował trzecią częśćEpitome (księga V-VII) i drugie, uzupełnione wydanieMysterium cosmographicum; w listopadzie, po zakończeniu procesu matki, powrócił do Linzu.
1622 Umarła matka Keplera. We Frankfurcie nad Menem wyszło dziełoObrona Tychona Brahego z Danii przed zarzutami Scypiona Clarmonta.
1623 (grudzień) W Grazu publicznie spalono egzemplarze ułożonego przez Keplera kalendarza na rok 1624.
1624 (lato) Kepler ukończył rozpoczęte w roku 1601 dziełoTabulae Rudolphinae (Tablice rudolfińskie).
1624 (jesień) WydałChilias logarithmorum (Tablice logarytmów), gdzie przedstawił swój systemlogarytmów.
1625 We Frankfurcie nad Menem wyszło dziełoTychonis Brahei Dani hyperaspistes adversus Scipionis Clarmontii (Obrona Tychona Brahego z Danii przed zarzutami Scypiona Clarmonta).
1627 Kepler na prośbę władz miasta Ulm opracował „kocioł mierniczy”.
1627 (wrzesień) W Ulm ukazały sięTabulae Rudolphinae najdokładniejsze tablice astronomiczne pierwszej połowy XVII wieku. W grudniu tego roku ofiarował je cesarzowiFerdynandowi II.
1629 (grudzień) Jakub Bartsch, przyszły zięć Keplera, pomógł uruchomić mu w Żaganiu własną drukarnię.
1630 W Żaganiu wyszedł trzeci tom dziełaEphemeridum (Efemerydy).
1630 Zakończenie prac nad dziełemSen, czyli astronomia księżycowa i rozpoczęcie jej druku w Żaganiu.
1630 Wydrukował drugą częśćEphemerides novae, obejmującą lata 1621–1629; 8 października wyruszył z Żagania doRatyzbony celem uregulowania spraw finansowych i tam po ciężkiej chorobie 15 listopada zmarł i został pochowany na miejscowym cmentarzu protestanckim[1].
Karl Marx zapytany przez własne dzieci, kogo najbardziej ceni, odpowiedział:Spartakusa i Keplera[92].
Na początku 1945 roku niedobitki wojsk niemieckich schroniły się w Weil der Stadt. Wojska alianckie, które podeszły pod miasto w pierwszej chwili postanowiły skierować na miasto ogień artylerii, ale dowodzący natarciem oficer francuski zrezygnował z tego zamiaru. Motywował to tym, że zniszczeniu uległby rodzinny gród Keplera[1].
↑Stanley Finger: Origins of Neuroscience: A History of Explorations Into Brain Function. Oxford University Press, 2001, s. 74.ISBN 978-0-19-514694-3. (ang.).
Max Caspar: Kepler. New York: Dover Publications, 1993.ISBN 0-486-67605-6., tłumaczenie na j. angielski i redakcja: C. Doris Hellman
James A. Connor: Kepler’s Witch: an astronomer’s discovery of cosmic order amid religious war, political intrigue, and the heresy trial of his mother. San Francisco: HarperSanFrancisco, 2004.ISBN 0-06-052255-0.
Peter Dear: Revolutionizing the Sciences: European Knowledge and its Ambitions, 1500-1700. Princeton University Press, 2001, s. 74–78.ISBN 0-691-08859-4.
Petr Nikolaevich Fedoseev: Karl Marx. A biography. Moskwa: Progress Publishers, 1989.ISBN 978-501000318-0.
J.V. Field: Kepler’s Geometrical Cosmology. Chicago University Press, 1988.ISBN 0-226-24823-2.
Nick Jardine. Koyré’s Kepler/Kepler’s Koyré. „History of Science”. 38, s. 363–376, 2000.
Johanes Kepler: Sen. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe Scholar, 2004.ISBN 83-7383-114-2.
Jerzy Kierul: Kepler. Warszawa: Państwowy Instytut Wydawniczy, 2007.ISBN 978-83-06-03050-1.
Arthur Koestler: The Sleepwalkers: a history of man’s changing vision of the Universe. London, England; New York, NY, USA: Arkana, 1959.ISBN 0-14-019246-8.
Thomas S. Kuhn: The Copernican revolution: planetary astronomy in the development of Western thought. Cambridge, MA, USA: Harvard University Press, 1957.ISBN 0-674-17103-9.
John Lear: Kepler’s Dream. Berkeley: University of California Press, 1965.
John David North: History of Astronomy and Cosmology. London: Fontana Press, 1994.ISBN 0-00-686177-6.
