Teleskop i mechanika nieba

Teleskop został wynaleziony na początku XVII w. w Niderlandach, ale jego użycie do obserwacji astronomicznych spopularyzował Galileusz (1564–1642), publikując w 1610 r. Posłanie z gwiazd (Sidereus nuncius).

Ta nieduża książeczka pokazywała czytelnikowi góry na Księżycu, słabe gwiazdki, tworzące Drogę Mleczną, i cztery naturalne satelity Jowisza. Wkrótce przyszły odkrycia dziwnego wyglądu Saturna, za który są odpowiedzialne jego pierścienie, faz Wenus i plam słonecznych, ale nie wszystkie możemy przypisać tylko Galileuszowi. W każdym razie dzięki teleskopowi przekonano się, że istnieją inne ośrodki ruchu (np. Jowisz dla swoich księżyców) – a zatem pojawiły się nowe argumenty na rzecz systemu Kopernika – i że ciała niebieskie są zbudowane z materiału prawdopodobnie niewiele różniącego się od ziemi.

Karta z Sidereus nuncius Galileusza, Wenecja 1610.

Kiedy w 1665 r. Robert Hooke relacjonował swoje obserwacje Księżyca przez teleskop, stwierdzał: „[...] ponieważ jest całkiem prawdopodobne, że Księżyc ma prawo grawitacji, tym samym stanowi w poszukiwaniu przyczyny grawitacji, czyli przyciągania, doskonały wyróżniający się przykład [...]; Księżyc bowiem ma prawo przyciągania, skoro nie tylko posiada okrągły kształt, lecz także mocno obejmuje i utrzymuje wszystkie swoje części złączone, chociaż wiele z nich sprawia wrażenie tak luźnych jak piaski na Ziemi [...]; tak więc należy wymyślić jakąś zasadę, która będzie w zgodzie zarówno ze wszystkimi satelitami, jak i głównymi planetami”. Innymi słowy, stało się jasne, że cały wszechświat formują takie same siły.

Postać tych sił odkrył Izaak Newton (1642–1727), publikując w 1687 r. Matematyczne zasady filozofii naturalnej, słynne Principia. Przedstawił w nich fundamenty mechaniki i udowodnił, że prawa Keplera wynikają z prawa powszechnego ciążenia. Newton wykazał również, że komety są ciałami niebieskimi, poruszającymi się po krzywych stożkowych. Idąc tym tropem, Edmond Halley (ok. 1656–1742) przepowiedział powrót komety, którą obserwowano w l. 1531, 1607 i 1682. Prognoza Halleya sprawdziła się w 1758 r., stając się wielkim sukcesem newtonowskiej mechaniki nieba.

W XVIII w. rozwinęła się ona zresztą do postaci dojrzałej teorii, której podstawą nie była już, jak jeszcze u Newtona, geometria, lecz analiza matematyczna. I za sprawą prac Jeana le Ronda d’Alemberta (1717–1783), Alexisa Clairaut (1713–1765), Leonharda Eulera (1707–1783), Josepha Louisa Lagrange’a (1736–1813), Pierre’a Simona de Laplace’a (1749–1827) i innych teoria ta święciła kolejne tryumfy, wyjaśniając coraz precyzyjniej ruchy ciał niebieskich w granicach Układu Słonecznego. Kolejnym wielkim sukcesem mechaniki nieba stanie się odkrycie w 1846 r. Neptuna – na podstawie obliczeń Urbaina Jeana Josepha Le Verriera (1811–1877) i, niezależnie, Johna Coucha Adamsa (1819–1892).

Równolegle do postępów teorii dokonywał się rozwój metod obserwacyjnych. Teleskop Galileusza dawał obraz prosty; w 1611 r. Kepler zaproponował inną konstrukcję, z większym polem widzenia i obrazem odwróconym. W poł. XVII w. teleskop Keplera został wykorzystany do zwiększenia dokładności pomiarów pozycyjnych: wynaleziono mikrometr. Tradycyjna astrometria, w której pomiary dokonywano za pomocą instrumentów przystosowanych do obserwacji gołym okiem, a którą po Tychonie Brahem kultywował jeszcze Gdańszczanin Jan Heweliusz (1611–1689), trafiła do lamusa.

Zwierciadlany teleskop Williama Herschela z 1783 r. o średnicy 46 cm i długości ponad 6 m.

Jednym z ważniejszych sukcesów nowej astronomii obserwacyjnej będzie zidentyfikowanie w 1728 r. przez Anglika Jamesa Bradleya (1693–1762) zjawiska aberracji światła – bezpośredniego potwierdzenia postulowanego przez Kopernika okołosłonecznego ruchu Ziemi. Za sto lat astrometria odniesie kolejny spektakularny sukces: w l. 1836–1837 Wilhelm Struve (1793–1864) i F. W. Bessel (1784–1846) po raz pierwszy zmierzą odległości do pobliskich gwiazd.

W latach sześćdziesiątych XVII w. Szkot James Gregory i, niezależnie, Newton zaproponowali nowy rodzaj instrumentu – teleskop zwierciadlany. Sto lat później przyrząd ten bardzo efektywnie wykorzysta w badaniach astronomicznych William Herschel (1738–1822), budując w Anglii własnoręcznie teleskopy zwierciadlane o średnicach 46 cm i 122 cm. Herschel zyskał sławę, odkrywając w 1781 r. Urana, ale jego równie ważnym dokonaniem było wskazanie astronomom nowych kierunków badawczych przede wszystkie za sprawą swoich wieloletnich systematycznych obserwacji mgławic, gromad gwiazd i gwiazd podwójnych. Badania te w odniesieniu do nieba południowego kontynuował jego syn, John Herschel (1792–1871).

 

Literatura

1. Historia astronomii, pod red. Michaela Hoskina, Warszawa 2007.
2. North John, Historia astronomii i kosmologii, Katowice 1997.