Det 17. århundrede var en meget gunstig tid for videnskaberne, med fremskridt inden for fysik, matematik, kemi og naturvidenskab. Men det var måske inden for astronomi, at de største bedrifter blev opnået. I løbet af et århundrede blev adskillige planeter og måner observeret for første gang, nøjagtige modeller blev lavet til at forudsige planeternes bevægelser, og loven om universel gravitation blev udtænkt.
Midt i dette skiller navnet Christiaan Huygens sig ud blandt resten. Som en af sin tids fremtrædende videnskabsmænd var han afgørende i udviklingen af ure, mekanik og optik. Og inden for astronomi opdagede han Saturns ringe og dens største måne – Titan . Takket være Huygens blev efterfølgende generationer af astronomer inspireret til at udforske det ydre solsystem, hvilket førte til opdagelsen af andre Cronian-måner, Uranus og Neptun i det følgende århundrede.
Tidligt liv:
Christiaan Huygens blev født i Haag den 14. april 1629 af en rig og indflydelsesrig hollandsk familie. Christiaan var den anden søn af Constantijn Huygens og Suzanna van Baerle, som opkaldte Christiaan efter sin farfar. Constantijn – en berømt digter, komponist og rådgiver for House of Orange – var venner med mange nutidige filosoffer, bl.a. Galileo Galilei , Marin Mersenne og René Descartes.
Hans fars forbindelser og personlige tilhørsforhold gjorde det muligt for Christiaan at modtage en omfattende skolegang inden for kunst og videnskab og satte ham ned på vejen til at blive opfinder og astronom. Indtil han var seksten, blev Christiaan hjemmeundervist og fik en liberal uddannelse, hvor han studerede sprog, musik, historie, geografi, matematik, logik, retorik og også dans, fægtning og ridning.
Portræt af Constantijn Huygens (1596-1687) af Caspar Netscher (1672). Kredit: Rijksmuseum Amsterdam
Uddannelse:
I 1645 blev Christiaan sendt for at studere jura og matematik ved Universitetet i Leiden , i det sydlige Holland. Efter to år fortsatte Huygens sine studier på det nystiftede College of Orange i Breda, hvor hans far var kurator, indtil han blev færdiguddannet i 1649. Mens hans far havde håbet, at han ville fortsætte med at blive diplomat, var Christiaans interesse for matematik og videnskaberne var tydelige.
I 1654 vendte Huygens tilbage til sin fars hus i Haag og begyndte at hellige sig udelukkende forskning. Meget af dette fandt sted i et andet hus, som hans familie ejede i det nærliggende Hofwijck, hvor han tilbragte det meste af sommeren. Huygens udviklede en bred vifte af korrespondenter på dette tidspunkt, som omfattede Mersenne og den kreds af akademikere, han havde omgivet sig med i Paris.
I 1655 begyndte Huygens at besøge Paris ved flere lejligheder og deltog i debatter afholdt af Montmor Academy - som havde overtaget fra Mersenne-kredsen efter hans død i 1648. Mens han var på Montmor Academy, talte Huygens for den videnskabelige metode og eksperimenter frem for traditionelle ortodokser og hvad han så som amatøragtige holdninger.
I 1661 aflagde Huygens sit første besøg i England, hvor han deltog i et møde i Gresham College-gruppen – et samfund af videnskabsmænd påvirket af den nye videnskabelige metode (som fortalt af Francis Bacon). I 1663 blev Huygens Fellow of the Royal Society , som efterfulgte Gresham Group, og mødte så indflydelsesrige forskere som Isaac Newton og Robert Boyle, der deltager i mange debatter og diskussioner med andre af deres ligesindede.
Leiden University, en af Hollands ældste uddannelsesinstitutioner, hvor Huygens studerede fra 1645 til 1649. Kredit: strw.leidenuniv.nl
I 1666 flyttede Huygens til Paris og blev et af de stiftende medlemmer af Ludvig XIVs nye Franske Videnskabsakademi . Mens han var der, brugte han Paris Observatorium at gøre sine største opdagelser inden for astronomi (se nedenfor), udførte korrespondance med Royal Society og arbejde sammen med andre astronom Giovanni Cassini (der opdagede Saturns måner Iapetus , Rhea , Tethys og Dione ).
Hans arbejde med Akademiet gav ham en større pension end noget andet medlem og en lejlighed i dets bygning. Bortset fra lejlighedsvise besøg i Holland boede han i Paris fra 1666 til 1681 og stiftede bekendtskab med den tyske matematiker og filosof Gottfried Wilhelm Leibniz, som han forblev på venskabelig fod med resten af sit liv.
Præstationer inden for astronomi:
Fra 1652-53 begyndte Huygens at studere sfæriske linser fra et teoretisk synspunkt, med det ultimative mål at forstå teleskoper. I 1655 begyndte han i samarbejde med sin bror Constantijn at slibe og polere sine egne linser, og til sidst designede han det, der nu kaldes Huygenian-okularet - et teleskop-okular bestående af to linser.
I 1660'erne tillod hans arbejde med linser ham at mødes socialt med Baruch Spinoza - den berømte hollandske filosof, lærd og rationalist - som jordede dem professionelt. Ved at bruge disse forbedringer, han introducerede i linser, som han igen brugte til at bygge sine egne teleskoper, begyndte Huygens at studere planeterne, stjernerne og universet.
Illustration af et rørløst teleskop, fra Christiaan Huygens 'Compound Telescopes Without a Tube' (1684). Kredit: phys.uu.nl
I 1655 blev han ved at bruge et 50-krafts brydningsteleskop, han selv designede, den første astronom til at identificere Saturns-ringene, som han korrekt målte formen på fire år senere. I sit arbejde Systema Saturnium (1659) hævdede han, at Saturn var 'omgivet af en tynd flad ring, ingen steder rørende, og hældende til ekliptikken.'
Det var også i 1655, at han blev den første astronom til at observere den største af Saturns måner - Titan . På det tidspunkt gav han månen navnetSaturn måne(latin for 'Saturns måne'), som han beskrev i sin traktat med titlen De Saturni Luna Observatio Nova ('En ny observation af Saturns måne').
Samme år brugte han sit moderne teleskop til at observere Oriontågen og opdelte den med succes i forskellige stjerner. Han producerede også den første illustration af den nogensinde – som han også udgav iSystema Saturniumi 1659. På grund af dette blev den lysere indre region navngivetHuygenian-regionentil hans ære.
Kort før sin død i 1695 færdiggjorde Huygens Kosmoteorer , som blev udgivet posthumt i 1698 (på grund af sine ret kætterske påstande). I den spekulerede Huygens om eksistensen af udenjordisk liv på andre planeter, som han forestillede sig ville ligne Jordens. Sådanne spekulationer var ikke ualmindelige på det tidspunkt, til dels takket være den kopernikanske (heliocentriske) model.
Diagram, der viser, hvordan Saturns udseende for os ændrer sig på grund af Jordens (E) og Saturns skiftende positioner, når de kredser om Solen (G), fra Huygens Systema Saturnium (1659). Kredit: sil.su.edu
Men Huygens gik mere i detaljer og udtalte, at tilgængeligheden af vand i flydende form var afgørende for liv, og at vandets egenskaber skal variere fra planet til planet for at passe til temperaturområdet. Han tog sine observationer af mørke og lyse pletter på overfladerne af Mars og Jupiter for at være bevis på vand og is på disse planeter.
Idet han adresserede muligheden for bibelske udfordringer, argumenterede han for, at udenjordisk liv hverken blev bekræftet eller benægtet af Bibelen, og stillede spørgsmålstegn ved, hvorfor Gud ville skabe de andre planeter, hvis det ikke var meningen, at de skulle være befolket som Jorden. Det var også i denne bog, at Huygens offentliggjorde sin metode til at estimere stjerneafstande, baseret på den antagelse (senere bevist forkert), at alle stjerner var lige så lysende som Solen.
I 1659 oplyste Huygens også det, der nu er kendt som det andet af Newtons bevægelseslove i kvadratisk form. På det tidspunkt udledte han det, der nu er standardformlen for centripetalkraften, udøvet af et objekt, der beskriver en cirkulær bevægelse, for eksempel på den streng, den er fastgjort til. I matematisk form er dette udtrykt somFc = mv²/r, hvor m objektets masse, v hastigheden og r radius.
Offentliggørelsen af den generelle formel for denne kraft i 1673 - skønt relateret til hans arbejde med pendulure og ikke astronomi (se nedenfor) - var et væsentligt skridt i at studere baner i astronomi. Det muliggjorde overgangen fra Keplers tredje lov om planetarisk bevægelse til den omvendte kvadratiske gravitationslov.
Andre præstationer:
Hans interesse, som astronom, i den nøjagtige måling af tid førte ham også til opdagelsen af pendulet som en regulator for ure. Hans opfindelse af penduluret, som han lavede en prototype ved udgangen af 1656, var et gennembrud inden for tidtagning, hvilket muliggjorde mere nøjagtige ure, end der var tilgængelige på det tidspunkt.
Fjederdrevet pendulur, designet af Huygens, og kopi af Horologium Oscillatorium. Kredit: Museum Boerhaave, Leiden/Rob Koopman
I 1657 fik Huygens urmagere i Haag til at bygge sit ur og ansøgte om et lokalt patent. I andre lande, såsom Frankrig og Storbritannien, havde han mindre succes, og designere gik så langt som til at stjæle hans design til eget brug. Huygens publicerede arbejde med konceptet sikrede dog, at han blev krediteret med opfindelsen. Det ældste kendte pendulur i Huygens-stil er dateret 1657 og kan ses på Museum Boerhaave i Leiden (vist ovenfor).I 1673 udgav Huygens Et oscillerende ur eller bevægelsen af et pendul (Pendulumurets teori og design), hans hovedværk om penduler og ur. I den adresserede han problemer rejst af tidligere videnskabsmænd, der anså penduler for ikke at være isokrone - dvs. deres periode afhænger af bredden af deres sving, hvor brede sving tager lidt længere tid end smalle svingninger.
Huygens analyserede dette problem ved hjælp af geometriske metoder (en tidlig brug af calculus) og fastslog, at den tid, det tager, er den samme, uanset dets udgangspunkt. Desuden løste han problemet med, hvordan man beregner et penduls periode, og beskrev det gensidige forhold mellem svingningscentret og omdrejningspunktet. I samme arbejde analyserede han det koniske pendul - en vægt på en snor, der bevæger sig i en cirkel, der bruger begrebet centrifugalkraft.
Huygens er også krediteret for at udvikle et balance fjederur, i samme periode som Robert Hooke (1675). Kontroversen om, hvem der var den første, har varet ved i århundreder, men det er en udbredt opfattelse, at Huygens udvikling skete uafhængigt af Hookes.
Huygens Systema Saturna, med titelbladet vist til højre og hans illustration af Saturns ringe til venstre. Kredit: sil.si.edu
Huygens huskes også for sine bidrag til optikken, især for sin bølgeteori om lys. Disse teorier blev først meddelt i 1678 til Paris Academy of Sciences og blev offentliggjort i 1690 i hans' Afhandling om lys '('Afhandling om lys“). I den argumenterede han for en revideret version af Descartes synspunkter, hvor lysets hastighed er uendelig og forplanter sig ved hjælp af sfæriske bølger, der udsendes langs bølgefronten.
Også udgivet i 1690 var Huygens afhandling om tyngdekraften, ' Diskurs om årsagen til tyngdekraften '('Diskurs om årsagen til tyngdekraften“), som indeholdt en mekanisk forklaring af tyngdekraften baseret på kartesiske hvirvler. Dette repræsenterede en afvigelse fra Newtons tyngdekraftsteori, som - på trods af hans generelle beundring for Newton - af Huygens blev anset for at være blottet for ethvert matematisk princip.
Andre opfindelser af Huygens omfattede hans design af en forbrændingsmotor i 1680, der løb af med krudt, selvom der aldrig blev bygget prototyper. Huygens byggede også tre teleskoper af sit eget design med brændvidder på 37,5, 55 og 64 meter (123, 180 og 210 fod), som senere blev præsenteret for Royal Society.
Død og arv:
Huygens flyttede tilbage til Haag i 1681 efter at have lidt af en alvorlig anfald af depressiv sygdom, som havde plaget ham hele livet. Han forsøgte at vende tilbage til Frankrig i 1685, men tilbagekaldelsen af Nantes-ediktet – som tillod franske protestantiske (Huguenotterne) frihed til at udøve deres religion – udelukkede dette. Da hans far døde i 1687, arvede han Hofwijck, som han gjorde til sit hjem året efter.
Hofwijck-huset, hjemsted for Christiaan Huygens fra 1688 til hans død i 1695. Kredit: Wikipedia Commons/Jane023
I 1689 aflagde han sit tredje og sidste besøg i England, og så igen Isaac Newton for en udveksling af ideer om bevægelse og optik. Han døde i Haag den 8. juli 1695 efter at have lidt af dårligt helbred og blev begravet i Grote of Sint-Jacobskerk – Store eller St. James Church, en skelsættende protestantisk kirke i Haag.
For sit livsværk og bidrag til mange videnskabsområder er Huygens blevet hædret på en række forskellige måder. Som en anerkendelse for sin tid på Leiden Universitet, den Huygens Laboratorium blev bygget, som er hjemsted for universitetets fysikafdeling. Den Europæiske Rumorganisation (ESA) skabte også Huygens-bygningen, som er placeret overfor European Space Research and Technology Center (ESTEC) i Space Business Park i Noordwijk, Holland.
Radbound Universitet , der ligger i Nijmegen, Holland, har også en bygning opkaldt efter Huygens, som er en af de største bygninger i universitetets naturvidenskabelige afdeling. Det Christiaan Huygens College , en gymnasieskole beliggende i Eindhoven, Holland, er også navngivet til hans ære, ligesom Huygen Scholarship Program - et særligt stipendium for internationale og hollandske studerende.
Der er også to-element okular okular til teleskoper designet af Huygens, som derfor er kendt som Huygenian okular. En mikroskop billedbehandlingspakke, kendt som Huygens Software, blev også navngivet til hans ære. Til ære for både Christiaan og hans far, en anden anerkendt hollandsk forsker og videnskabsmand, den Hollands nationale supercomputer facilitet i Amsterdam skabte Huygens Supercomputer.
Og på grund af hans bidrag til astronomiområdet er mange himmellegemer, træk og køretøjer blevet opkaldt efter Huygens. Disse omfatterAsteroide 2801 Huygens, Huygens-krateret på Mars og Mons Huygens, et bjerg på Månen. Og selvfølgelig er der Huygens sonde , landeren bruges til at overskue overfladen af Titan, som en del af Cassini – Huygens mission til Saturn.
Universe Today har mange interessante artikler om Christiaan Huygens og hans opdagelser. For eksempel, her er en, der anerkender Christiaan Huygens' 375 års fødselsdag , en artikel om Saturns måne Titan , og detaljer om Huygens mission og hvad det afslørede om Titans atmosfære .
Astronomy Cast har også nogle informative podcast om emnet, Afsnit 230: Christiaan Huygens og Afsnit 150: Telescopes, the Next Level
For mere information, tjek NASAs Solar System Exploration-side på Christiaan Huygens og en biografi om Christiaan Huygens .