«Misterium» Кеплера, отпечатанная в 1597 г., явилась существенным вкладом в укрепление коперниканства в течение следующего десятилетия. Галилей подтвердил получение экземпляра этой книги, сообщив Кеплеру, что к моменту написания письма успел прочесть только введение. Тем не менее он признавал свое согласие с учением Коперника и находил его хорошо согласующимся с природными явлениями, которые не объясняются соответствующими альтернативными теориями, но опасался быть поднятым на смех, что непременно произойдет, если он опубликует свои воззрения. В ответном письме Кеплер настоятельно просил его открыто заявить о своих убеждениях, однако Галилей никак не отреагировал на это. Тихо выразил полное восхищение книгой Кеплера, но вряд ли это его к чему-то обязывало, поскольку, хотя по замыслу она была коперниканской, стиль ее изложения слишком сильно отличался от практикуемой им эмпирической астрономии. Тихо по достоинству оценил многие его вычисления, например расчет эксцентриситетов, и пришел к выводу, что Кеплер – самый талантливый из всех когда-либо нанятых им работников. Однако, пытаясь найти гармоничные соотношения, Кеплер не ограничился желанием знать их математические значения в масштабе Вселенной. Он был нацелен на поиск причин и пришел к выводу: центральное положение Солнца может стать ключом к пониманию физики планетного движения. Периоды обращения планет, как он знал, увеличиваются по мере их удаления от Солнца. Он пытался найти связь между этими двумя величинами, и в «Misterium» ему удалось получить закон, согласно которому период (T) был пропорционален квадрату радиуса орбиты (a). Позже он откроет, что на самом деле показатель степени должен быть равен 3/2.

28 сентября 1598 г. католические власти (Контрреформационная комиссия) приказали всем учителям лютеранского вероисповедания покинуть Грац в кратчайший срок. Отношение к Кеплеру оказалось более благожелательным, чем к остальным, и ему позволили вернуться, но до этого ему следовало найти какую-нибудь другую должность, и в феврале 1600 г., по приглашению Тихо Браге, он прибыл на новое место службы в Прагу. Преодолев охватившее было его раздражение от патернализма Тихо в астрономических вопросах, он стал служить под его началом, занимаясь теорией Марса. Он никак не мог предположить, что на эту «войну с Марсом» (как он назвал ее впоследствии) уйдет шесть следующих лет его жизни.

Ассистент Тихо Лонгомонтан был хорошо знаком с проблемой Марса, причиной которой являлся, конечно же, геоцентризм, царивший в лагере Тихо. Использовав двойной эпицикл, он довольно удачно подогнал теорию к расчетам для серии противостояний по отношению к Солнцу, но для остальных отрезков орбиты теория давала существенные расхождения. Если не принимать во внимание сложную птолемееву теорию Меркурия и трудности в подборе хорошей серии наблюдательных данных, Марс считался планетой с наиболее эксцентрической орбитой, а потому наиболее проблемной для объяснения с помощью кругов. (Если, предвосхищая открытие Кеплера, рассуждать в категориях эллиптических орбит, то надо иметь в виду, что эксцентриситет Марса в два раза меньше, чем у Меркурия, но почти в четырнадцать раз больше, чем у Венеры.) В отличие от Лонгомонтана, Кеплер опирался на учение Коперника, а также на одно из собственных открытий: положение Марса лучше соотносится с истинным Солнцем, а не с центром земной орбиты, как было у Коперника. Линия узлов планетной орбиты (линия пересечения орбитальных плоскостей Земли и Марса) проходит через истинное Солнце – обнаружив это, он очень обрадовался. Этот едва заметный намек на то, что орбитальные плоскости всех других планет также проходят через истинное Солнце и что они не сильно отклоняются друг от друга, имел громадное значение для создания полноценной теории солнечной системы и стал одним из мотивов поиска солнечных сил. Помимо прочего, это был самый важный шаг в направлении правильной теории планетных широт, которая в геоцентрических теориях, построенных по примеру теории Птолемея, представляла собой чрезвычайно сложную проблему. Напомним замечание Кеплера о том, что Коперник не отдавал себе отчета в ценности имеющегося у него богатства: он прошел в одном шаге от тех преимуществ, которые его система предоставляла ему в вопросе широты, поскольку выбрал центром не истинное, а среднее Солнце. Как приятно, наверное, думал Кеплер, быть автором единственной планетной модели, в равной степени хорошо описывающей как долготы, так и широты планет.

Уже в «Misterium» Кеплер начинает задумываться над тем, что эквант может стать хорошим способом согласования наблюдаемого движения Земли с учетом постепенно формирующихся у него физических представлений о том, как планетные расстояния, отсчитываемые от Солнца, могут воздействовать на движение. (Эквант, напомним, – это просто точка, относительно которой движение, например центра эпицикла, является равномерным. Для его обозначения пришлось найти особый термин, поскольку он не входил в число других стандартных точек, движение вокруг которых традиционно рассматривалось как равномерное, – таких, как Земля или центр эксцентрического круга деферента.) Теперь Кеплер успешно использовал эту идею, введя эквант для Марса; но не тот эквант, который прочно ассоциировался с эксцентриситетом (иногда достаточно широко обозначаемым как «гипотеза половинного эксцентриситета»), а тот, положение которого можно было менять до тех пор, пока не будет найдено наилучшее согласие с наблюдениями. Данные Тихо позволили ему довольно точно воспроизвести орбиту Марса, но только после долгого периода сложных вычислений с использованием метода последовательных приближений, посредством которого он достиг максимально точного приближения к наблюдаемым долготам. Модель его экванта, названная им «косвенной гипотезой», находилась в гораздо лучшем согласии с наблюдениями, чем какая-либо другая до нее. Долготы в противостояниях предсказывались с точностью до двух минут дуги. Однако для широт эта теория все еще оставляла желать лучшего, и это подсказало Кеплеру мысль, что взятые им расстояния – не верны.

Смерть Тихо наложила на Кеплера тяжкие обязательства (в числе которых было, например, завершение Рудольфовых таблиц), но позволила ему получить доступ к ревностно оберегаемым Тихо записям наблюдений; кроме того, это означало, что лояльное отношение к системе Тихо более не является для Кеплера моральным долгом. Он продолжил свою схватку с орбитой Марса. Для получения правильных расстояний ему требовалось найти подходящее взаимное расположение экванта и центра деферента. Наконец, он почувствовал, что ему нужно двигаться в направлении птолемеевого «половинного эксцентриситета»; однако это внесло разлад в точность его долгот, ошибка которых в октанте стала теперь составлять от шести до восьми минут. (Октантами называют направления, составляющие 45° и 135° с направлением противостояния Марса по отношению к Солнцу.) Другие ученые, вероятно, остановились бы на этом, но уверенность Кеплера в точности наблюдений Тихо не позволила ему сдаться. Как мы увидим далее, эти восемь минут дуги стали тем раздражителем, который стимулировал Кеплера на осуществление полного переворота представлений в области планетной астрономии.

В 1606 г. Кеплер опубликовал работу с довольно говорящим названием «De stella nova» («О новой звезде»), включавшую размышления над широким спектром физических и космологических вопросов; однако произведением, обратившим на него внимание как на новую интеллектуальную величину, с которой стало невозможно не считаться, стала его «Astronomia nova» («Новая астрономия»). Эту работу он, наконец, опубликовал в 1609 г., после того как уладил отдельные разногласия с наследниками Тихо, касавшиеся прав на использование его наблюдений в не свойственной для Тихо манере. В этот период своей жизни он был изнурен другими хлопотами – как личного, так и общественного характера. Его жена тосковала по богатому хозяйству в поместье, расположенном неподалеку от Тюбингена, и отнеслась к его переезду с гораздо меньшим энтузиазмом, чем он сам. Она не испытывала симпатий к астрономии, впрочем по весьма уважительной причине. Вечная головная боль Кеплера – получение полагающегося ему жалованья. В 1611 г. его с презрением отвергла тюбингенская профессура за высказывание о том, что кальвинисты заслуживают такого же отношения к себе, как братья-христиане. Ему пообещали работу в Линце. Переезд туда, как он надеялся, утешит его жену, но она умерла от тифа, не успев выехать из Праги. Прага была охвачена войной, и там царил хаос, приведший к свержению Рудольфа II. Даже в Линце Кеплер оказался вовлеченным в бесконечные религиозные распри. Однажды это привело к тому, что его лишили доступа к его собственным книгам, а болезнь и смерть детей от первого и второго браков лежали на нем тяжким грузом.

Он писал и на другие темы: в 1604 и 1611 гг. он опубликовал две довольно важные работы, и обе – по оптике, которую он считал неотъемлемой частью астрономии. Ни в «Оптике в астрономии», ни в «Диоптрике» нет ничего похожего на синусоидальный закон преломления. Этот «закон Снеллиуса», как его обычно называют в англоговорящем мире, был впервые получен Томасом Хэрриотом не позднее 1601 г. В 1606 г. Хэрриот послал Кеплеру таблицу углов преломления множества различных веществ, но не поделился с ним формулой с синусами. Во втором из упомянутых оптических трактатов Кеплер приводит подробное математическое изложение построения изображений с помощью линз и взаимное расположение двух собирающих линз, дающих в результате то, что сегодня принято называть «кеплеровским», или «астрономическим», телескопом – телескопом, который позволяет получать перевернутые изображения. К 1611 г. «голландский», или «галилеевский», телескоп был известен уже в течение примерно двух лет.

Кеплер написал множество менее значительных работ, кроме того, время от времени ему приходилось тратить свою неисчерпаемую энергию на решение далеко не только астрономических вопросов. Тем не менее в 1618 и 1621 гг. – отдельными частями – был опубликован труд, который в течение многих десятилетий широко использовался как трактат с углубленным изложением теоретической астрономии; это его «Epitome astronomiae copernicane» («Краткое изложение коперниканской астрономии»). Его «Harmonice mundi» (уже упомянутая нами работа) написана в той же традиции, что и «Mysterium cosmographicum», и в конце концов вышла в свет в 1619 г. Она написана в стиле непринужденных философских размышлений, в которые он позволял себе пускаться в промежутках между долгими сериями вычислений. То же самое можно сказать о работе в защиту Тихо от нападок Сципиона Кьярамонти, пытавшегося реставрировать воззрения Аристотеля в вопросе интерпретации кометы, появившейся в 1625 г. Однако «Epitome» стало наиболее изящным из всех его астрономических сочинений. Это труд, где он вдохновенно отстаивал коперниканскую систему мира, довольно серьезно подправленную в свете его собственных идей. Чрезвычайная сложность этого сочинения дает повод задать вопрос – почему его практически сразу внесли в католический «Индекс запрещенных книг» (ил. 139)? Это могло случиться по нескольким причинам: оттого что к этому времени в Италии началось коперниканское брожение умов; из‐за ревизионистской и антиаристотелевской физики Кеплера; и, несомненно, из‐за того что он вставил в него предложенное им сравнение устройства мира со Святой Троицей. К счастью, католический «Индекс» был не в силах удержать от распространения идеи Кеплера. Будучи лютеранином, Кеплер претерпел много страданий в ходе религиозных войн, но зато он обладал чуть большей степенью интеллектуальной свободы, чем католики, а это, вероятно, служило предметом особой зависти католических астрономов.