الفلك الجديد (كتاب)

الفلك الجديد لغة يونانية, αἰτιολογητός can be translated as "explained, justified" (from αἰτιολογῶ "I explain, I justify"), but it also combines two roots αιτία "cause" and λόγος "reason". Kepler's concern with causes, as clearly shown in the book, indicates that he intended something more specific in the title than a generic 'justified' or 'explained', thus the title Astronomia Nova ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΤΟΣ can be understood as "New astronomy based on causes" or "reasoned from causes".Here G.V. is a siglum for "Generositas Vestra", see  هو كتاب من تأليف الفلكي الألماني يوهانس كبلر نشره عام 1609 ووضع فيه خلاصة عشر سنوات من الأبحاث والتحقيقات الفلكية حول حركة كوكب المريخ ومداره، يعتبر هذا الكتاب أحد أهم الكتب في تاريخ علم الفلك وفي تاريخ العلوم ككل، قدَّم هذا الكتاب حججاً حسابية قوية تدعم فكرة مركزية الشمس وساهم في توضيح الطريقة الصحيحة لحركة الكواكب اعتماداً على حركة المريخ، وفي هذا الكتاب أيضاً أول ذكر للمدارات الإهليلجية بدلاً من المدارات الدائرية لحركة الكواكب، من المُسلم به اليوم أنَّ هذا الكتاب واحد من أهم الأعمال التي ظهرت في عصر الثورة العلمية.

 خلفية 
كان الفلكي الدنماركي نيكولاس كوبرنيكوس قد اقترح قبل كيبلر (في عام 1543) أن الأرض والكواكب الأخرى تدور حول الشمس، ويعتبر النموذج الذي وضعه للنظام الشمسي أول محاولة تعتمد على الرصد الفلكي للكواكب بدلاً من الوصف المادي المُجرَّد وقد خالف بذلك نموذج بطليموس الكلاسيكي الذي يدعم فكرية مركزية الأرض.
أما كيبلر فقد درس الأسباب المُقترحة التي تُفسر حركة الكواكب، وكان عمله يستند في المقام الأول على أبحاث معلمه تيكو براهي، وكان الاثنان على الرغم من صداقة العمل التي جمعتهما على علاقة سيئة في أغلب الأوقات، ومع ذلك فقد طلب تيكو براهي وهو على فراش الموت من كيبلر أن يواصل الأبحاث التي بدأها ليتأكد من أنَّ حياته وأعماله لم تذهب سدىً، ولكنَّ كيبلر كان في ذلك الوقت قد بدأ في كتابة «الفلك الجديد» والذي يخالف فيه تصور تيكو براهي عن النظام الكوني على الرغم من اعتماده على حسابته بشكلٍ كبير (وقد خالف فيه أيضاً نظام بطليموس ونظام كوبرنيكوس)، يعتقد بعض المؤرخين اليوم أنَّ كراهية كيبلر لبراهي والعداء القائم بينهما ربَّما يكون له دور هام في رفضه لنظام براهي ومحاولته البحث عن نظام فلكي جديد.

 ملخص كتاب الفلك الجديد 
العنوان الكامل للكتاب باللغة الإنجليزية هو«علم الفلك الجديد، اعتماداً على الأسباب أو الفيزياء الكونية، مع تعليقاتٍ على حركة المريخ من ملاحظات تيكو براهي»، يتألف الكتاب من 650 صفحة، يحمل فيها كيبلر قرَّائه خطوة بخطوة ليشرح الاكتشافات التي قام بها لتبديد أي شك حولها.

كانت مقدمة كتاب علم الفلك وتحديداً مناقشة أفكار الكتاب المقدس هي أشهر أعمال كيبلر وأكثرها انتشاراً وواحدة من أكثر الكتابات توزيعاً وطباعة في القرن السابع عشر، توضح المقدمة الخطوات الأربعة التي اتخذها كيبلر أثناء بحثه، فالخطوة الأولى هي افتراضه بأنَّ الشمس نفسها وليست أي نقطة وهمية بالقرب من الشمس (كما في نظام كوبرنيكوس) هي النقطة التي تتقاطع فيها جميع مسارات الكواكب السيَّارة أي أنها مركز مدارات الكواكب جميعها، وتتمثل الخطوة الثانية في قيام كيبلر باعتبار الشمس مركزاً ومحركاً للكواكب الأخرى، وتحتوي هذه الخطوة أيضاً على رد كيبلر على الاعتراضات ضد اعتبار الشمس كمركز للكون، بما في ذلك الاعتراضات المبنية على الكتاب المقدس، وفي الخطوة الثالثة يفترض كيبلر أنَّ الشمس هي مصدر الحركة لجميع الكواكب اعتماداً على أدلة براهي حول المذنبات التي لا تدور حول الأجرام السماوية، أما الخطوة الرابعة وهي الأهم فهي وصفه لمسار الكواكب بأنها ليست دائرية وإنَّما إهليلجيَّة أو بيضاوية.

أوضح كيبلر في التصور الجديد الذي وضعه للنظام الكوني أنَّ الأنظمة الفلكية الثلاثة السابقة (بطليموس – كوبرنيكوس – براهي) جميعها لا تستطيع أن تتنبأ بمواقع الكواكب المستقبلية، في حين أنَّ مخططه الشهير لحركة المريخ يُقدم صورة صحيحة ودقيقة عن حركة هذه الكوكب ومساره.

يناقش كبلر جميع القضايا باستفاضة كبيرة في جميع أجزاء الكتاب، ويقول في الفصل السادس عشر:

في خطوة مهمة للغاية يُشكك كيبلر أيضاً في الافتراض بأن الكواكب تتحرك حول مركز مدارها بمعدل ثابت وموحد، فقد وجد أنَّ حساب القياسات بناءً على الموقع الفعلي للشمس في السماء بدلاً من الموضع «المتوسط» للشمس يخلق درجة كبيرة من عدم اليقين في النماذج السابقة ويتطلب مزيداً من التحقيق والبحث، كانت فكرة أن الكواكب لا تتحرك بمعدل سرعة موحد ولكن بسرعة تختلف بحسب بعدها عن الشمس، كانت هذه الفكرة ثورية تماماً وأصبحت لاحقاً قانون كيبلر الثاني (رغم أنَّه اكتشفه قبل القانون الأول)، وتجدر الإشارة إلى أنَّ كيبلر قد ارتكب في حساباته المؤدية إلى قانونه الثاني أخطاء رياضية متعددة ولكن لحسن الحظ ألغت هذه الأخطاء بعضها البعض كما لو كان الأمر أشبه بمعجزة.

بحسب القانون الثاني ذكر كيبلر في الفصل الثالث والثالثين أنَّ الشمس هي المحرك الذي يحرك الكواكب، ولتفسير حركة الكواكب افترض أن الشمس تنبعث منها نوع من القوى المادية التي تشبه الضوء الذي ينبعث منها أيضاً وهذه القوى هي المسؤولة عن حركة الكواكب، واقترح أيضاً وجود قوى من نوع آخر داخل كل كوكب تجذبها باتجاه الشمس لمنعها من الضياع في الفضاء، ثم يحاول كيبلر في النهاية إيجاد شكل المسار الحقيقي للكواكب والذي حدَّده هو على شكل قطع ناقص، وقد جرَّب في البداية عدداً كبيراً من الأشكال قبل القطع الناقص بما في ذلك شكل البيضة، بل إنَّ الأغرب من ذلك أنَّه قد وضع مداراً يتوافق مع التعريف الرياضي للقطع الناقص ثم رفضه، ثم اعتمد شكل القطع الناقص دون أن يعرف أنه كان هو نفسه !!!، وعن ذلك يقول:

 قوانين كيبلر 
سجل كتاب الفلك الجديد اكتشاف أول اثنين من المبادئ الثلاثة المعروفة اليوم باسم قوانين كيبلر لحركة الكواكب وهما:
 إنَّ الكواكب تتحرك في مدارات إهليلجية على شكل قطع ناقص وتكون الشمس في إحدى بؤرتي هذا القطع.In his Astronomia nova, Kepler presented only a proof that Mars' orbit is elliptical. Evidence that the other known planets' orbits are elliptical was presented later.
See: Johannes Kepler, Astronomia nova … (1609), p. 285. After having rejected circular and oval orbits, Kepler concluded that Mars' orbit must be elliptical. From the top of page 285: "Ergo ellipsis est Planetæ iter; … " (Thus, an ellipse is the planet's [i.e., Mars'] path; … ) Later on the same page: " … ut sequenti capite patescet: ubi simul etiam demonstrabitur, nullam Planetæ relinqui figuram Orbitæ, præterquam perfecte ellipticam; … " ( … as will be revealed in the next chapter: where it will also then be proved that any figure of the planet's orbit must be relinquished, except a perfect ellipse; … ) And then: "Caput LIX. Demonstratio, quod orbita Martis, … , fiat perfecta ellipsis: … " (Chapter 59. Proof that Mars' orbit, … , be a perfect ellipse: … ) The geometric proof that Mars' orbit is an ellipse appears as Protheorema XI on pages 289-290.
Kepler stated that all planets travel in elliptical orbits having the Sun at one focus in: Johannes Kepler, Epitome Astronomiae Copernicanae [Summary of Copernican Astronomy] (Linz ("Lentiis ad Danubium"), (Austria): Johann Planck, 1622), book 5, part 1, III. De Figura Orbitæ (III. On the figure [i.e., shape] of orbits), pages 658-665. From p. 658: "Ellipsin fieri orbitam planetæ … " (Of an ellipse is made a planet's orbit … ). From p. 659: " … Sole (Foco altero huius ellipsis) … " ( … the Sun (the other focus of this ellipse) … ). 
 إنَّ سرعة الكوكب تتغير في كل لحظة بحيث يكون الوقت بين موقعين متناسقاً دائماً مع المسافة التي عبرها الكوكب في مداره بين هذين الموقعين.In his Astronomia nova … (1609), Kepler did not present his second law in its modern form. He did that only in his Epitome of 1621. Furthermore, in 1609, he presented his second law in two different forms, which scholars call the "distance law" and the "area law".
 His "distance law" is presented in: "Caput XXXII. Virtutem quam Planetam movet in circulum attenuari cum discessu a fonte." (Chapter 32. The force that moves a planet circularly weakens with distance from the source.) See: Johannes Kepler, Astronomia nova … (1609), pp. 165-167. On page 167, Kepler states: " … , quanto longior est αδ quam αε, tanto diutius moratur Planeta in certo aliquo arcui excentrici apud δ, quam in æquali arcu excentrici apud ε." ( … , as αδ is longer than αε, so much longer will a planet remain on a certain arc of the eccentric near δ than on an equal arc of the eccentric near ε.) That is, the farther a planet is from the Sun (at the point α), the slower it moves along its orbit, so a radius from the Sun to a planet passes through equal areas in equal times. However, as Kepler presented it, his argument is accurate only for circles, not ellipses.
 His "area law" is presented in: "Caput LIX. Demonstratio, quod orbita Martis, … , fiat perfecta ellipsis: … " (Chapter 59. Proof that Mars' orbit, … , is a perfect ellipse: … ), Protheorema XIV and XV, pp. 291-295. On the top p. 294, it reads: "Arcum ellipseos, cujus moras metitur area AKN, debere terminari in LK, ut sit AM." (The arc of the ellipse, of which the duration is delimited [i.e., measured] by the area AKM, should be terminated in LK, so that it [i.e., the arc] is AM.) In other words, the time that Mars requires to move along an arc AM of its elliptical orbit is measured by the area of the segment AMN of the ellipse (where N is the position of the Sun), which in turn is proportional to the section AKN of the circle that encircles the ellipse and that is tangent to it. Therefore, the area AMN that is swept out by a radius from the Sun to Mars as Mars moves along an arc AM of its elliptical orbit is proportional to the time that Mars requires to move along that arc. Thus, a radius from the Sun to Mars sweeps out equal areas in equal times.
In 1621, Kepler restated his second law for any planet: Johannes Kepler, Epitome Astronomiae Copernicanae [Summary of Copernican Astronomy] (Linz ("Lentiis ad Danubium"), (Austria): Johann Planck, 1622), book 5, page 668. From page 668: "Dictum quidem est in superioribus, divisa orbita in particulas minutissimas æquales: accrescete iis moras planetæ per eas, in proportione intervallorum inter eas & Solem." (It has been said above that, if the orbit of the planet is divided into the smallest equal parts, the times of the planet in them increase in the ratio of the distances between them and the sun.) That is, a planet's speed along its orbit is inversely proportional to its distance from the Sun. (The remainder of the paragraph makes clear that Kepler was referring to what is now called angular velocity.) 

اكتشف كيبلر القانون الثاني قبل الأول، وقدم قانونه الثاني في شكلين مختلفين: ففي الفصل 32 ينص على أنَّ سرعة الكوكب تتناسب عكسياً مع المسافة بينه وبين الشمس، وفي الفصل 59 ذكر أن نصف قطر القطع الناقص لمدار كوكب بينه وبين الشمس يقطع مساحات متساوية في أوقات متساوية.

ومع ذلك فإن «مبدأ منطقة التوقيت» الذي اقترحه كيبلر لم يسهل من حساب مدارات الكواكب، يستطيع كيبلر وفق هذه الطريقة تقسيم مدار الكواكب إلى عدد افتراضي من الأجزاء ويحسب موقع الكوكب لكل واحد منها، لكنه لم يستطع تحديد موقع الكوكب في كل لحظة على حدة لأن سرعة الكوكب تتغير بشكل دائم، يُشار إلى هذه المفارقة باسم «معضلة كيبلر» والتي دفعت العلماء وعلى رأسهم إسحق نيوتن لتطوير حساب التفاضل والتكامل فيما بعد.

 القانون الثالث 
اكتشف كيبلر قانونه الثالث بعد عقد من نشر كتابه الفلك الجديد وذلك بعد الأبحاث التي نشر نتائجها عام 1619Johannes Kepler, Harmonices Mundi [The Harmony of the World] (Linz, (Austria): Johann Planck, 1619), p. 189. From the bottom of p. 189: "Sed res est certissima exactissimaque quod proportio qua est inter binorum quorumcunque Planetarum tempora periodica, sit præcise sesquialtera proportionis mediarum distantiarum, … " (But it is absolutely certain and exact that the proportion between the periodic times of any two planets is precisely the sesquialternate proportion [i.e., the ratio of 3:2] of their mean distances, … ")
An English translation of Kepler's Harmonices Mundi is available as: Johannes Kepler with E.J. Aiton, A.M. Duncan, and J.V. Field, trans., The Harmony of the World (Philadelphia, Pennsylvania: American Philosophical Society, 1997); see especially p. 411. ، وينص القانون الثالث على أنَّ مربع زمن دورة الكوكب حول الشمس تتناسب مع الجذر التكعيبي لمتوسط بعده عن الشمس «أو لنصف محور مداره الكبير».

 إحياء ذكرى الكتاب 
احتفى الاتحاد الفلكي الدولي عام 2009 بالذكرى السنوية الـ 400 لنشر كتاب الفلك الجديد ضمن احتفالية السنة الدولية لعلم الفلك.

 المراجع 

تصنيف:العلم في 1609
تصنيف:أعمال يوهانس كبلر
تصنيف:تاريخ علم الفلك
تصنيف:كتب 1609
تصنيف:كتب فلكية
تصنيف:كتب فيزيائية
تصنيف:كتب لاتينية في القرن 17