Johannes Kepler a fost un astronom de origine germană care a descoperit că planetele orbitează Soarele pe orbite eliptice și că Soarele este principala forță care determină forma acestor orbite. Kepler a rupt astfel secole de opinii și tradiții. Cele trei legi ale mișcării planetare, cunoscute sub numele de legile lui Kepler, au avut un impact profund și fundamental asupra generațiilor viitoare de astronomi și rămân baza pentru înțelegerea sistemului solar până în prezent. El a fost unul dintre cei mai importanți avocați ai teoriei heliocentrice a sistemului solar a lui Copernic.
Johannes Kepler, descoperitorul legilor mișcării planetare, s-a născut în 1571 în Weil der Stadt, în sud-estul Germaniei. Tatăl său era soldat mercenar și a murit când Johannes avea trei ani. Mama era fiica hangiului. Johannes a fost primul lor copil.
Din 1574 până în 1576, Johannes a trăit cu bunicii săi. În 1577, el a observat o cometă distinctivă pe cer și acest lucru i-a trezit interesul pentru astronomie. A urmat mai întâi o școală latină, din 1584 la un seminar protestant din Adelberg și în 1589 a început studiile la Universitatea protestantă din Tübingen. A studiat filosofia, matematica și astronomia cu intenția de a deveni preot al Bisericii luterane. Profesorul de matematică al lui Kepler a fost Michal Maestlin, unul dintre primii astronomi care s-a abonat la modelul heliocentric al lui Copernic, deși și-a învățat studenții doar despre sistemul geocentric al lui Ptolemeu. Numai în seminarii selective a învățat studenți entuziaști, inclusiv Kepler, despre detaliile tehnice ale sistemului Copernicus. După cum a recunoscut mai târziu Kepler, a devenit copernic din „motive fizice sau, dacă doriți, metafizice”. În 1588 a primit o diplomă academică mai mică de licență și trei ani mai târziu, în 1591, un grad superior de masterat în arte liberale.
În 1594 a părăsit ideea de a deveni preot și a început să lucreze ca profesor de matematică și astronomie la Graz, Austria. În timpul liber, s-a educat în domeniul astronomiei și astrologiei. În 1597, Kepler s-a căsătorit cu Barbara Müller, înainte de aceasta, în 1596, a scris prima sa lucrare științifică, o carte despre astronomie, Mysterium cosmographicum - misterele universului. Deși teoria pe care a prezentat-o în această carte s-a dovedit ulterior a fi complet incorectă, ea a arătat în mod clar abilitățile sale matematice și originalitatea ideilor. Găsim aici presupunerea sa că distanțele celor șase planete cunoscute de Soare pot fi comparate cu cinci corpuri geometrice regulate (patrulater, cub, octaedru, douăsprezece și douăzeci).
Kepler a rămas la Graz până în 1600, când toți protestanții au fost obligați să se convertească la credința catolică sau au trebuit să plece ca parte a reformei.
Cu toate acestea, talentul matematic al lui Kepler arătat în cartea sa nu a trecut neobservat, în același an Tycho de Brahe l-a invitat la Praga pentru a-i deveni asistent și a calcula noi orbite conform observațiilor lui Tycho.
În 1601, Brahe a murit și Kepler a preluat funcția sa de matematician de curte al împăratului Sfântului Imperiu Roman, Rudolf al II-lea. După Tycho, Kepler a moștenit înregistrări ample de observări ale planetelor cunoscute, în special pe Marte, pe care Tycho le făcuse de mulți ani. Aceste înregistrări aveau o valoare neprețuită la acea vreme și Kepler credea că o analiză matematică aprofundată a înregistrărilor lui Tych îi va permite să determine ireversibil ce teorie a mișcării planetare era corectă, indiferent dacă heliocentricul lui Copernic, geocentricul lui Ptolemeu sau a treia teorie a lui Tych. Kepler s-a scufundat astfel mulți ani în calcule obositoare și în studiul intens al tuturor celor trei teorii. Spre disperarea sa, Kepler a descoperit că nici Copernic, nici teoria lui Ptolemeu nu erau pe deplin corecte. Prin urmare, Kepler s-a concentrat pe teoria lui Brah. După multe cercetări și verificări, a descoperit că Marte nu orbitează, așa cum credeau majoritatea astronomilor de atunci, pe o orbită circulară, ci că Marte și, prin urmare, majoritatea planetelor orbitează într-o orbită eliptică și că Soarele este situat într-o a focarelor lor.
În octombrie 1604, el a observat o supernovă, cunoscută de atunci drept Kepler Nova.
După ce a descoperit principiul de bază, el a lucrat la calcule complexe și îndelungate încă multe luni pentru a se asigura că teoria sa corespunde observațiilor lui Tych. Până în 1609 își publică primele două legi în lucrarea Astronomia nova (Astronomia nouă). Pe lângă această carte, în timpul petrecut la Praga, a publicat și Astronomia pars Optica, care se ocupă de refracția atmosferică, măcinarea lentilelor și o explicație modernă a operei ochiului, iar în 1606 De Stella Nova, informații despre o nouă stea descoperită în 1604.
În timp ce alți astronomi din studiu au abordat vechile probleme în kinamatică, Kepler se uita deja la o abordare dinamică, el a introdus fizica în cer.
În 1610, Kepler a aflat despre descoperirile lui Galileo cu o lupă. El i-a scris rapid o scrisoare de susținere, pe care a publicat-o ca Dissertatio cum Nuncio Siderio, iar un an mai târziu, când a ajuns la un telescop adecvat, și-a publicat observațiile despre lunile lui Jupiter sub titlul Narratio de Observatis Quatuor Jovis Satellitibus. Aceste tratate au fost puternic susținute de Galileo, ale cărui descoperiri au fost condamnate de mulți. Ambele tratate ale lui Kepler au fost retipărite la Florența.
În 1611 a publicat Dioptrice, o lucrare dedicată opticii și proiectării binoclului. Proiectarea sa pentru construirea unui telescop a devenit standardul în astronomie.
După moartea împăratului Rudolf al II-lea (1612), Kepler a plecat la Linz și a devenit matematicianul șef al Austriei de Sus. Soția lui și cei doi fii mor. Se recăsătorește, dar este bântuit de probleme personale și financiare. Cele două fiice ale sale sunt pe moarte.
În Linz, Kepler a publicat prima sa lucrare despre cronologie și anul nașterii lui Isus. Era în limba germană și a fost publicată mai detaliat în 1614 în limba latină: De Vero Anno quo Aeternus Dei Filius Humanam Naturam in Utero Benedictae Virginis Mariae Assumpsit. Anul acesta, Kepler a arătat că calendarul creștin a greșit cinci ani și că Isus s-a născut în 4 î.Hr., o concluzie care este larg acceptată astăzi.
În anii 1615 - 1616, a avut loc o vânătoare de vrăjitoare în locul de naștere al lui Kepler, iar propria sa mamă a fost numită vrăjitoare. Abia în 1620 a fost achitată - fiul ei Johannes a condus apărarea.
În 1617, au fost publicate primele trei cărți ale lucrării în șapte volume a lui Kepler, Epitome astronomiae Copernicanae (Rezumatul astronomiei Copernicus). Este o viziune sistematică, foarte influentă a modelului heliocentric. A devenit unul dintre cele mai răspândite și recunoscute tratate științifice de astronomie din Europa, care a contribuit mult la producerea primelor lentile telescopice. Această lucrare conținea interpretări ale descoperirilor Nova. Alte volume sunt publicate în anii 1620 - 1621.
Între timp, în 1619, a publicat lucrarea Harmonicae Mundi, în care a derivat distanțele heliocentrice ale planetelor și perioadele lor pe baza armoniei muzicale. În această lucrare și-a găsit a treia lege cu privire la raportul dintre orbitele planetelor și razele orbitelor.
În 1618, a început războiul de treizeci de ani, care a afectat întreaga regiune germană și austriacă. În timpul Contrareformei, poziția lui Kepler s-a deteriorat brusc. Cu toate acestea, întrucât Kepler era membru al instanței oficiale din Linz, el a fost protejat de concediere, dar a suferit totuși persecuții.
În timpul tipăririi tabulelor lui Kepler Rudolphinae (tăblițe Rudolfiniene) pe baza observațiilor exacte ale lui Tycho de Brah, a izbucnit o răscoală țărănească. Linz era ocupat, imprimanta a ars cu cele mai multe tipărituri. Soldații s-au stabilit în casa lui Kepler. Prin urmare, el și familia sa au părăsit Linz în 1626. Tabulae Rudolphinae au fost publicate în 1627 în Ulm. Este de fapt un catalog de 1.005 de stele. Conține efemeride (tabele cu pozițiile prezise) ale planetelor conform noilor legi ale lui Kepler.
Kepler nu avea nici locul său, nici salariul. El a încercat să câștige favoarea multor instanțe. S-a întors la Praga și a încercat să-și câștige salariul câștigat în timpul mandatului său de matematician imperial. A murit la 15 noiembrie 1630 din cauza febrei la Regensburg, Bavaria. Pe lângă lucrările menționate mai sus, Kepler a publicat o serie de lucrări mai mici pe diverse teme. La un an de la moartea sa, este publicată povestea sa SF, Solemnium, pe care a scris-o cu 20 de ani mai devreme. Descrie un vis despre o călătorie pe Lună.
Având în vedere importanța rezultatelor lui Kepler, este surprinzător faptul că la început, ca să spunem așa, nimeni nu a luat act de ele, nici măcar un mare om de știință ca prietenul lui Kepler Galileo. Dar lui Kepler nu-i păsa că rezultatele sale au fost ignorate de alți oameni de știință și credea că, în viitor, lumea științifică ar aprecia pe deplin descoperirile lui Kepler. Într-adevăr, în câteva decenii, semnificația lucrării lui Kepler a devenit evidentă pentru lumea științifică. Contribuția personală a lui Kepler la dezvoltarea astronomiei poate fi aproape comparată cu Copernic. Într-un anumit sens, rezultatele lui Kepler au fost și mai impresionante. Lucrarea sa este complet originală și Kepler a făcut față unor calcule matematice solicitante, fără ajutoare tehnice care să-i faciliteze munca.
Legile lui Kepler oferă o descriere esențial completă și corectă a mișcării planetelor în jurul Soarelui, rezolvând astfel una dintre problemele fundamentale ale astronomiei, a cărei descifrare a scăpat chiar de genii precum Copernicus și Galileo Galilei. Deși Kepler nu a explicat de ce planetele se mișcă pe orbită așa cum fac, Isaac Newton a rezolvat problema câteva decenii mai târziu, legile lui Kepler fiind o bază importantă pentru ipotezele lui Newton.