После смерти Фредерика датский трон занял Кристиан, а Тихо попал в немилость и вынужден был покинуть Ураниборг. Поиски нового покровителя в 1599 году привели его в Прагу, ко двору императора Священной Римской империи Рудольфа II. Будучи католиком, Рудольф тем не менее терпимо относился к лютеранам в целом и особенно тепло принял столь искусного в астрологии человека, как Тихо Браге. Император предложил ему на выбор несколько замков и поручил делать предсказания относительно государственных дел.

Переехав в Прагу, Тихо оказался неподалеку от Иоганна Кеплера, что поспособствовало их судьбоносному сотрудничеству. Кеплер, пока еще неизвестный большинству астрономов и ведущий скромный образ жизни, не мог бы позволить себе посетить остров Тихо. Он радовался приезду Тихо в Богемию как милости Божьей. Также волею судеб, присоединившись к команде замка в Бенатках весной 1600 года, Кеплер обнаружил, что главный помощник Тихо изучал Марс. «Я считаю божественным предопределением, — вспоминал Кеплер, — то, что я приехал туда в то самое время, когда намеревался заняться Марсом, движения которого дают единственно возможный ключ к тайнам астрономии».

Система Тихо Браге

В системе Тихо планеты вращаются вокруг Солнца, но Земля остается неподвижной в центре Вселенной. Хотя наблюдения Тихо продемонстрировали, что твердость небесных сфер — не более чем вымысел, он не мог поверить в то, что Земля движется по орбите и вращается вокруг своей оси.

В год описанной Тихо сверхновой Кеплер был еще грудным ребенком в Вайльдер-Штадте на юго-западе Германии, но в пять лет мать отвела его за руку на вершину холма за городом, чтобы посмотреть на Большую комету 1577 года. К тому времени зрение Кеплера уже начало слабеть. Благородное положение, когда-то отличавшее семью Кеплера, пошатнулось еще до его рождения, так что близорукий юный гений не унаследовал почти ничего, кроме геральдического щита. Однако благодаря своему интеллекту он получал стипендии на всем протяжении учебы в семинарии и университете. Он направлял свой «пылкий энтузиазм» на занятия астрономией, которые убедили его в правильности гипотезы Коперника.

Хотя Кеплер готовился к карьере лютеранского пастора, он принял первое полученное им предложение о работе — школьным учителем в Граце и математиком в провинции Штирия. Однажды в 1595 году, рисуя для школяров на доске повторяющуюся схему соединения Юпитера и Сатурна, он испытал озарение. Геометрия и божественная природа слились в его сознании и помогли интуитивно решить три космические загадки: почему планеты находятся на определенных расстояниях друг от друга, почему Бог создал только шесть планет и почему они вращаются с разными скоростями вокруг Солнца. В первые моменты восторга Кеплер представил сферы планет вписанными в правильные многоугольники — от треугольника к квадрату, пятиугольнику, шестиугольнику и так далее. Но поскольку правильных многоугольников существует сколько угодно, а планет только шесть, то Кеплер вскоре заменил их на более редкие трехмерные эквиваленты — так называемые правильные многогранники. Самый простой из них — тетраэдр из четырех граней, представляющих собой одинаковые равносторонние треугольники, — удачно вписался между сферами Марса и Юпитера. Куб (состоящий из шести равных квадратов) лежал в основе расстояния между Юпитером и Сатурном, а додекаэдр (образуемый двенадцатью идентичными пятиугольниками) объяснял расположение Земли внутри орбиты Марса. Чудесное совпадение пяти правильных геометрических тел с пятью межпланетными пустотами наполнило душу Кеплера ощущением счастья. Он расплакался слезами радости и направил все свои усилия в новую сторону.

«Дни и ночи я проводил за вычислениями, — писал он в своей книге 1596 года «Космографическая тайна», — чтобы проверить, согласуется ли эта идея с коперниковскими орбитами, или же мое счастье рассеется, как туман». Наконец все сошлось. Но Кеплер жаждал дополнительных подтверждений, которые, как он знал, мог дать только Тихо, владевший сокровищницей данных, полученных в результате многолетних скрупулезных наблюдений.

Иоганн Кеплер — придворный математик императора Рудольфа II

Тихо тоже нуждался в Кеплере, а именно в превосходной способности немецкого математика добывать данные ради их скрытой ценности. Если, как верил Тихо, его данные подтвердят его версию устройства Вселенной, тогда труд его жизни превзойдет достижение Птолемея и все его жертвы будут вознаграждены. Но Тихо беспокоился, что Кеплер — явный коперниканец, перепечатавший «Первое повествование» Ретика в качестве приложения к своей «Космографической тайне», — может исказить свидетельства, говорящие в пользу системы Тихо, чтобы поддержать Коперника. Поэтому недоверчивый Тихо Браге тянул время, заставляя Кеплера томиться в ожидании каждой крупицы данных, которые он соизволял сообщить. Только после внезапной смерти Тихо в октябре 1601 года и неизбежной борьбы с его наследниками за право доступа к информации Кеплер наконец овладел сокровищами Тихо и принес их в дар памяти Коперника.

«Я построил всю свою астрономию на коперникианской гипотезе устройства мира», — заявлял Кеплер в книге «Эпитома коперникианской астрономии». Он благодарил Тихо за его наблюдения, но критиковал его систему, которую считал шагом назад. Земля, доказывал он, совершенно точно движется вокруг Солнца вместе с прочими планетами, как утверждал Коперник. Но Коперник считал центром вращения планет точку рядом с Солнцем, а не само Солнце. Кеплер полагал, что это представление физически неправдоподобно, и скорректировал его. Он переместил центр всех планетарных движений в тело Солнца и приписал ему силу, которая распространялась, как свет, сквозь Вселенную и заставляла планеты двигаться быстрее или медленнее, в зависимости от расстояния до них. Мало того, что ближайшие к Солнцу планеты двигались быстрее дальних, как заметил Коперник, так еще и каждая отдельная планета периодически меняла свою дистанцию до Солнца и, соответственно, скорость. Кеплер доказал, что траектория планеты представляет собой не идеальную окружность или какое-либо сочетание таковых, а немного вытянутую двухцентровую окружность, называемую эллипсом, в одном из фокусов которого находится Солнце.

По Кеплеру, слегка сплюснутая орбита Марса лишь чуть-чуть отклонялась от идеального круга, хоть и была намного ближе к элллипсу, чем у любой другой планеты. По этой причине Кеплер считал траекторию Марса (за которой Тихо наблюдал очень тщательно и которую описал наиболее полно) «единственно возможным» путем к истинам «новой астрономии», корни которых уходят в законы физики. Если бы он взялся, например, за Юпитер или Сатурн, то тонкие особенности эллипса ускользнули бы от его внимания, вызвав непреодолимые проблемы.

«Я чуть не сошел с ума, обдумывая и просчитывая этот вопрос, — писал Кеплер о ситуации с Марсом. — Я не мог понять, почему планета склонна двигаться по эллиптической орбите. Ох, как же я смешон!»