XVII век был очень благоприятным временем для науки, когда были достигнуты успехи в области физики, математики, химии и естественных наук. Но, возможно, наибольшие достижения были сделаны в области астрономии. В течение столетия были впервые обнаружены несколько планет и лун, были созданы точные модели для предсказания движения планет и разработан закон всемирного тяготения.
Среди всего этого выделяется имя Христиана Гюйгенса. Как один из выдающихся ученых своего времени, он сыграл решающую роль в разработке часов, механики и оптики. А в области астрономии он открыл Кольца Сатурна и его самая большая луна - Титан . Благодаря Гюйгенсу последующие поколения астрономов были вдохновлены исследованием внешней Солнечной системы, что привело к открытию других крониевых спутников, Урана и Нептуна в следующем столетии.
Ранние годы:
Христиан Гюйгенс родился в Гааге 14 апреля 1629 года в богатой и влиятельной голландской семье. Христиан был вторым сыном Константина Гюйгенса и Сюзанны ван Берле, которые назвали Кристианом в честь своего деда по отцовской линии. Константин - известный поэт, композитор и советник Дома Оранжевых - дружил со многими современными философами, в том числе Галилео Галилей , Марин Мерсенн и Рене Декарт.
Связи и личные связи его отца позволили Христиану получить полное образование в области искусства и науки и помогли ему стать изобретателем и астрономом. До шестнадцати лет Христиан обучался на дому и получил гуманитарное образование, изучая языки, музыку, историю, географию, математику, логику, риторику, а также танцы, фехтование и верховую езду.
Портрет Константина Гюйгенса (1596-1687) работы Каспара Нетчера (1672). Предоставлено: Рейксмузеум Амстердам.
Образование:
В 1645 году Христиана отправили изучать право и математику в Лейденский университет , на юге Нидерландов. Через два года Гюйгенс продолжил учебу в недавно основанном колледже Оранж в Бреде, где его отец был куратором, до его окончания в 1649 году. Хотя его отец надеялся, что он станет дипломатом, Кристиан проявлял интерес к математике. и науки были очевидны.
В 1654 году Гюйгенс вернулся в дом своего отца в Гааге и полностью посвятил себя исследованиям. По большей части это происходило в другом доме его семьи в соседнем Хофвейке, где он провел большую часть лета. В то время у Гюйгенса появился широкий круг корреспондентов, в том числе Мерсенн и круг ученых, которыми он окружил себя в Париже.
К 1655 году Гюйгенс начал посещать Париж несколько раз и принимал участие в дебатах, проводимых Академией Монмора, которая пришла на смену кружку Мерсенна после его смерти в 1648 году. Находясь в Академии Монмора, Гюйгенс защищал научный метод и эксперименты над традиционными. ортодоксы и то, что он считал дилетантскими взглядами.
В 1661 году Гюйгенс совершил свой первый визит в Англию, где он присутствовал на собрании группы Грешэм-колледжа - общества ученых, испытавших влияние нового научного метода (как его поддерживал Фрэнсис Бэкон). В 1663 году Гюйгенс стал членом Королевское общество , которая пришла на смену Gresham Group и встретила таких влиятельных ученых, как Исаак Ньютон и Роберт Бойль, участвуя во многих дебатах и дискуссиях с другими себе подобными.
Лейденский университет, одно из старейших учебных заведений Нидерландов, где Гюйгенс учился с 1645 по 1649 год. Фото: strw.leidenuniv.nl
В 1666 году Гюйгенс переехал в Париж и стал одним из основателей нового правления Людовика XIV. Французская Академия Наук . Находясь там, он использовал Парижская обсерватория сделать свои величайшие открытия в области астрономии (см. ниже), вел переписку с Королевским обществом и работал вместе с другим астрономом Джованни Кассини (который открыл спутники Сатурна Япет , Рея , Тетис а также Диона ).
Работа в Академии обеспечила ему пенсию, большую, чем у любого другого члена, и квартиру в ее доме. Помимо случайных поездок в Голландию, он жил в Париже с 1666 по 1681 год и познакомился с немецким математиком и философом Готфридом Вильгельмом Лейбницем, с которым оставался в дружеских отношениях до конца своей жизни.
Достижения в астрономии:
В 1652-53 годах Гюйгенс начал изучать сферические линзы с теоретической точки зрения с конечной целью - понять телескопы. К 1655 году в сотрудничестве со своим братом Константином он начал шлифовать и полировать свои линзы и в конечном итоге разработал то, что сейчас называется окуляром Гюйгена - окуляр телескопа, состоящий из двух линз.
К 1660-м годам его работа с линзами позволила ему социально встретиться с Барухом Спинозой - известным голландским философом, ученым и рационалистом - который обосновал их профессионально. Используя эти улучшения, которые он внес в линзы, которые он, в свою очередь, использовал для создания собственных телескопов, Гюйгенс начал изучать планеты, звезды и Вселенную.
Иллюстрация бескамерного телескопа из книги Христиана Гюйгенса «Составные телескопы без трубки» (1684 г.). Кредит: Phys.uu.nl
В 1655 году, используя рефракторный телескоп в 50 баллов, который он сконструировал сам, он стал первым астрономом, который идентифицировал кольца Сатурна, форму которых он правильно определил четыре года спустя. В своей работе Systema Saturnium (1659 г.) он утверждал, что Сатурн «окружен тонким плоским кольцом, нигде не касающимся и наклоненным к эклиптике».
Также в 1655 году он стал первым астрономом, наблюдавшим самый большой из спутников Сатурна - Титан . В то время он назвал лунуСатурн Луна(На латыни «луна Сатурна»), которую он описал в своем трактате, озаглавленном De Saturni Luna Observatio Nova ('Новое наблюдение Луны Сатурна »).
В том же году он использовал свой современный телескоп, чтобы наблюдать туманность Ориона и успешно разделил ее на разные звезды. Он также произвел первую иллюстрацию к нему, которую он также опубликовал вSystema Saturniumв 1659 году. Из-за этого более яркая внутренняя область была названаГюйгенский районв его честь.
Незадолго до своей смерти в 1695 году Гюйгенс завершил Космотеорос , который был опубликован посмертно в 1698 году (из-за довольно еретических положений). В нем Гюйгенс размышлял о существовании внеземной жизни на других планетах, которые, по его мнению, были бы похожи на Землю. Такие предположения не были редкостью в то время, отчасти благодаря модели Коперника (гелиоцентрической).
Диаграмма, показывающая, как внешний вид Сатурна для нас меняется из-за изменения положения Земли (E) и Сатурна, когда они вращаются вокруг Солнца (G), из Systema Saturnium Гюйгена (1659 г.). Кредит: sil.su.edu
Но Гюйгенс углубился в детали, заявив, что наличие воды в жидкой форме имеет важное значение для жизни и что свойства воды должны варьироваться от планеты к планете, чтобы соответствовать диапазону температур. Он считал свои наблюдения темных и ярких пятен на поверхности Марса и Юпитера свидетельством наличия воды и льда на этих планетах.
Обращаясь к возможности библейских проблем, он утверждал, что внеземная жизнь не подтверждается и не опровергается Библией, и задавался вопросом, почему Бог создал другие планеты, если они не предназначены для заселения, как Земля. Также в этой книге Гюйгенс опубликовал свой метод оценки расстояний между звездами, основанный на предположении (которое позже оказалось неверным), что все звезды были такими же яркими, как Солнце.
В 1659 году Гюйгенс также заявил о том, что теперь известно как второе из Законы движения Ньютона в квадратичной форме. В то время он вывел то, что сейчас является стандартной формулой для центростремительной силы, действующей на объект, описывающий круговое движение, например, на веревку, к которой он прикреплен. В математической форме это выражается какFc = mv² / r, где m масса объекта, v скорость и r радиус.
Публикация общей формулы этой силы в 1673 году - хотя и была связана с его работой с маятниковыми часами, а не с астрономией (см. Ниже) - была значительным шагом в изучении орбит в астрономии. Это позволило перейти от Третий закон движения планет Кеплера закону обратных квадратов гравитации.
Другие достижения:
Его интерес как астронома к точному измерению времени также привел его к открытию маятника как регулятора часов. Его изобретение маятниковых часов, прототипом которых он стал к концу 1656 года, стало прорывом в хронометрии, позволившим создавать более точные часы, чем те, которые были доступны в то время.
Пружинные маятниковые часы, разработанные Гюйгенсом, и копия Horologium Oscillatorium. Предоставлено: Музей Бурхааве, Лейден / Роб Купман.
В 1657 году Гюйгенс нанял часовщиков в Гааге для создания своих часов и подал заявку на получение местного патента. В других странах, таких как Франция и Великобритания, он был менее успешным, и дизайнеры доходили до того, что крали его дизайн для собственного использования. Тем не менее, опубликованная работа Гюйгена над этой концепцией гарантировала, что ему приписывают изобретение. Самые старые известные маятниковые часы в стиле Гюйгенса датируются 1657 годом и их можно увидеть в музее Бурхааве в Лейдене (показано выше).В 1673 году Гюйгенс опубликовал Колебательные часы или движение маятника (Теория и конструкция маятниковых часов), его основная работа по маятникам и часовому искусству. В нем он обратился к проблемам, поднятым предыдущими учеными, которые считали маятники не изохронными, то есть их период зависит от ширины их колебания, причем широкие колебания занимают немного больше времени, чем узкие.
Гюйгенс проанализировал эту проблему, используя геометрические методы (одно из первых применений исчисления), и определил, что время, необходимое для ее решения, одинаково, независимо от его отправной точки. Кроме того, он решил проблему вычисления периода маятника, описав взаимную зависимость между центром колебаний и точкой поворота. В той же работе он проанализировал конический маятник - груз на шнуре, движущийся по кругу, который использует концепцию центробежной силы.
Гюйгенсу также приписывают разработку часов с пружиной баланса в тот же период, что и Роберт Гук (1675 г.). Споры о том, кто был первым, сохранялись веками, но широко распространено мнение, что развитие Гюйгена произошло независимо от развития Гука.
Гюйгенс Systema Saturna, с титульным листом справа и иллюстрацией колец Сатурна слева. Кредит: sil.si.edu
Гюйгенса также помнят за его вклад в оптику, особенно за его волновую теорию света. Эти теории были впервые переданы в 1678 г. в Парижскую академию наук и опубликованы в 1690 г.' Трактат о свете '('Трактат о свете“). В нем он аргументировал пересмотренную версию взглядов Декарта, в которой скорость света бесконечна и распространяется посредством сферических волн, излучаемых вдоль волнового фронта.
В 1690 году был опубликован также трактат Гюйгена о гравитации: « Беседа о причине гравитации '('Беседа о причине притяжения«), Который содержал механическое объяснение гравитации на основе декартовых вихрей. Это представляло собой отход от теории гравитации Ньютона, которая, несмотря на его всеобщее восхищение Ньютоном, по мнению Гюйгена, лишена каких-либо математических принципов.
Среди других изобретений Гюйгенса в 1680 году он разработал двигатель внутреннего сгорания, работающий на порохе, хотя прототипы так и не были построены. Гюйгенс также построил три телескопа собственной конструкции с фокусным расстоянием 37,5, 55 и 64 метра (123, 180 и 210 футов), которые позже были представлены Королевскому обществу.
Смерть и наследие:
Гюйгенс вернулся в Гаагу в 1681 году после тяжелого приступа депрессивного заболевания, которое преследовало его на протяжении всей его жизни. Он попытался вернуться во Францию в 1685 году, но отмена Нантского эдикта, давшего французским протестантам (гугенотам) свободу исповедовать свою религию, помешала этому. Когда его отец умер в 1687 году, он унаследовал Хофвейк, который сделал своим домом в следующем году.
Дом Хофвейков, где проживал Христиан Гюйгенс с 1688 года до его смерти в 1695 году. Предоставлено: Wikipedia Commons / Jane023.
В 1689 году он совершил свой третий и последний визит в Англию, снова встретившись с Исааком Ньютоном для обмена идеями о движении и оптике. Он умер в Гааге 8-го июля 1695 года, страдая от плохого здоровья, и был похоронен в Grote of Sint-Jacobskerk - Великой церкви Святого Иакова, известной протестантской церкви в Гааге.
За труд своей жизни и вклад во многие области науки Гюйген получил множество наград. В знак признательности за время работы в Лейденском университете Лаборатория Гюйгенса был построен, в котором находится физический факультет университета. Европейское космическое агентство (ЕКА) также создало здание Гюйгенса, которое находится напротив Европейский центр космических исследований и технологий (ESTEC) в космическом бизнес-парке в Нордвейке, Нидерланды.
Radbound University , расположенный в Неймегене, Нидерланды, также имеет здание имени Гюйгенса, которое является одним из главных зданий научного факультета университета. В Колледж Христиана Гюйгенса , средняя школа, расположенная в Эйндховене, Нидерланды, также названа в его честь, как и стипендиальная программа Huygen Scholarship Program - специальная стипендия для иностранных и голландских студентов.
Существует также двухэлементный окуляр для телескопов, разработанный Гюйгенсом, который поэтому известен как окуляр Гюйгена. Пакет обработки изображений микроскопа, известный как программное обеспечение Huygens, также был назван в его честь. В честь Христиана и его отца, еще одного известного голландского ученого и ученого, Национальный суперкомпьютер Нидерландов объект в Амстердаме создал суперкомпьютер Huygens.
И из-за его вклада в область астрономии многие небесные объекты, особенности и транспортные средства были названы в честь Гюйгенса. Это включаетАстероид 2801 Гюйгенс, кратер Гюйгенс на Марсе и Монс Гюйгенс, гора на Луне. И, конечно же, есть Зонд Гюйгенса спускаемый аппарат, который использовался для обследования поверхности Титана, как часть Кассини - Гюйгенс миссия на Сатурн.
В Universe Today есть много интересных статей о Христиане Гюйгенсе и его открытиях. Например, вот одно признание 375 лет со дня рождения Христиана Гюйгенса , статья о Луне Сатурна Титан , а также подробности о Миссия Гюйгена и что это рассказало о Атмосфера Титана .
Astronomy Cast также имеет несколько информативных подкастов по этой теме, 230 серия: Христиан Гюйгенс а также Эпизод 150: Телескопы, новый уровень
Для получения дополнительной информации посетите страницу НАСА «Исследование Солнечной системы» на Христиан Гюйгенс а также биография Христиана Гюйгенса .