Wiek XVII był bardzo pomyślny dla nauk, z postępem w dziedzinie fizyki, matematyki, chemii i nauk przyrodniczych. W ciągu stulecia po raz pierwszy zaobserwowano kilka planet i księżyców, stworzono dokładne modele do przewidywania ruchów planet i opracowano prawo powszechnej grawitacji.
Pośród nich imię Christiaan Huygens wyróżnia się spośród reszty. Jako jeden z wybitnych naukowców swoich czasów był kluczowy w rozwoju zegarów, mechaniki i optyki. A w dziedzinie astronomii odkrył Pierścienie Saturna i jego największy księżyc - Tytan. Dzięki Huygensowi kolejne generacje astronomów zainspirowały się do eksploracji zewnętrznego Układu Słonecznego, co doprowadziło do odkrycia innych księżyców Kronos, Urana i Neptuna w następnym stuleciu.
Wczesne życie:
Christiaan Huygens urodził się w Hadze 14 kwietnia 1629 r. W bogatej i wpływowej rodzinie holenderskiej. Christiaan był drugim synem Constantijna Huygensa i Suzanny van Baerle, którzy nazwali Christiaan po swoim dziadku ze strony ojca. Constantijn - znany poeta, kompozytor i doradca Domu Orange - przyjaźnił się z wieloma współczesnymi filozofami, w tym Galileo Galilei, Marin Mersenne i René Descartes.
Dzięki powiązaniom i osobistym powiązaniom ojca Christiaan otrzymał kompleksowe wykształcenie z zakresu sztuki i nauki, a także wyznaczył drogę do zostania wynalazcą i astronomem. Do szesnastego roku życia Christiaan był uczony w domu i uzyskał liberalne wykształcenie, studiując języki, muzykę, historię, geografię, matematykę, logikę, retorykę, a także taniec, szermierkę i jazdę konną.
Edukacja:
W 1645 roku Christiaan został wysłany na studia prawnicze i matematyczne na Uniwersytecie w Leiden na południu Holandii. Po dwóch latach Huygens kontynuował naukę w nowo powstałym College of Orange w Breda, gdzie jego ojciec był kuratorem, aż do ukończenia w 1649 roku. Podczas gdy jego ojciec miał nadzieję, że zostanie dyplomatą, Christiaan zainteresował się matematyką a nauki były oczywiste.
W 1654 roku Huygens wrócił do domu ojca w Hadze i zaczął całkowicie poświęcać się badaniom. Wiele z tego miało miejsce w innym domu jego rodziny w pobliskim Hofwijck, gdzie spędził większość lata. Huygens opracował w tym czasie szeroką gamę korespondentów, w tym Mersenne i grono naukowców, z którymi otaczał się w Paryżu.
Do 1655 r. Huygens wielokrotnie odwiedzał Paryż i brał udział w debatach prowadzonych przez Akademię Montmor - która przejęła go z koła Mersenne po jego śmierci w 1648 r. W Akademii Montmor Huygens opowiadał się za metodą naukową i eksperymentami nad tradycyjnymi ortodoksje i to, co postrzegał jako postawy amatorskie.
W 1661 r. Huygens odbył swoją pierwszą wizytę w Anglii, gdzie wziął udział w spotkaniu grupy Gresham College - społeczeństwa naukowców pod wpływem nowej metody naukowej (jak poparł Francis Bacon). W 1663 roku Huygens został członkiem Towarzystwa Królewskiego, który zastąpił Grupę Gresham, i spotkał się z tak wpływowymi uczonymi, jak Isaac Newton i Robert Boyle, angażując się w wiele debat i dyskusji z innymi podobnymi osobami.
W 1666 Huygens przeniósł się do Paryża i stał się jednym z członków-założycieli nowej Francuskiej Akademii Nauk Ludwika XIV. Będąc tam, użył Obserwatorium Paryskiego, aby dokonać swoich największych odkryć w dziedzinie astronomii (patrz poniżej), prowadził korespondencję z Royal Society i współpracował z innym astronomem Giovanni Cassini (który odkrył księżyce Saturna: Japet, Rhea, Tethys i Dione) .
Dzięki współpracy z Akademią otrzymał emeryturę większą niż jakikolwiek inny członek i mieszkanie w budynku. Oprócz okazjonalnych wizyt w Holandii mieszkał w Paryżu od 1666 do 1681 r. I poznał niemieckiego matematyka i filozofa Gottfrieda Wilhelma Leibniza, z którym pozostawał w przyjaznych stosunkach do końca życia.
Osiągnięcia w astronomii:
W latach 1652–53 Huygens zaczął badać soczewki sferyczne z teoretycznego punktu widzenia, a ostatecznym celem było zrozumienie teleskopów. W 1655 roku, we współpracy ze swoim bratem Constantijnem, zaczął szlifować i polerować własne soczewki, a ostatecznie zaprojektował to, co nazywa się teraz okularem Huygenian - teleskopowy okular składający się z dwóch soczewek.
W latach 60. XVI wieku praca z soczewkami pozwoliła mu spotkać się społecznie z Baruchem Spinozą - słynnym holenderskim filozofem, uczonym i racjonalistą - który ugruntował je profesjonalnie. Korzystając z tych ulepszeń, które wprowadził do soczewek, których z kolei użył do budowy własnych teleskopów, Huygens zaczął badać planety, gwiazdy i wszechświat.
W 1655 roku, za pomocą zaprojektowanego przez siebie teleskopu załamującego energię 50, stał się pierwszym astronomem, który zidentyfikował Pierścienie Saturna, które prawidłowo ocenił kształt cztery lata później. W jego pracySystema Saturnium (1659) twierdził, że Saturn był „otoczony cienkim płaskim pierścieniem, nigdzie się nie dotykającym i skłonny do ekliptyki”.
Również w 1655 roku został pierwszym astronomem, który zaobserwował największy z księżyców Saturna - Tytan. W tym czasie nazwał księżyc Saturni Luna (Łac. „Księżyc Saturna”), który opisał w swoim traktacie zatytułowanym De Saturni Luna Observatio Nova (“Nowa obserwacja Księżyca Saturna ”).
W tym samym roku wykorzystał swój nowoczesny teleskop do obserwacji Mgławicy Oriona i z powodzeniem podzielił ją na różne gwiazdy. Stworzył także pierwszą ilustrację tego, w której również opublikował Systema Saturnium w 1659 roku. Z tego powodu jaśniejszy region wewnętrzny został nazwany Region Huygenian na jego cześć.
Tuż przed śmiercią w 1695 roku Huygens ukończył Cosmotheoros, który został wydany pośmiertnie w 1698 r. (z powodu raczej heretyckich propozycji). W nim Huygens spekulował na temat istnienia życia pozaziemskiego na innych planetach, które, jak wyobrażał sobie, będą podobne do życia na Ziemi. Takie spekulacje nie były wówczas niczym niezwykłym, częściowo dzięki modelowi kopernikańskiemu (heliocentrycznemu).
Ale Huygens zajął się bardziej szczegółowo, stwierdzając, że dostępność wody w postaci płynnej była niezbędna do życia i że właściwości wody muszą być różne dla różnych planet, aby pasowały do zakresu temperatur. Obserwacje ciemnych i jasnych plam na powierzchni Marsa i Jowisza uznał za dowód wody i lodu na tych planetach.
Odnosząc się do możliwości biblijnych wyzwań, argumentował, że życie pozaziemskie nie zostało ani potwierdzone, ani zaprzeczone przez Biblię, i zapytał, dlaczego Bóg stworzyłby inne planety, gdyby nie miały one być zaludnione jak Ziemia. W tej książce Huygens opublikował swoją metodę szacowania odległości gwiezdnych, opartą na założeniu (później udowodnionym niepoprawnym), że wszystkie gwiazdy były tak jasne jak Słońce.
W 1659 r. Huygens stwierdził również, co jest obecnie znane jako drugie z praw ruchu Newtona w formie kwadratowej. W tym czasie wyprowadził on standardową formułę siły dośrodkowej wywieraną przez obiekt opisujący ruch kołowy, na przykład na sznurku, do którego jest przymocowany. W formie matematycznej wyraża się to jako Fc = mv² / r, gdzie m jest masą obiektu, v prędkością ir promieniem.
Publikacja ogólnej formuły tej siły w 1673 r. - choć związana z jego pracą nad zegarami wahadłowymi, a nie z astronomią (patrz poniżej) - była znaczącym krokiem w badaniu orbit astronomicznych. Umożliwiło to przejście od trzeciego prawa ruchu planet Keplera do odwrotnego prawa grawitacji.
Inne osiągnięcia:
Zainteresowanie astronoma dokładnym pomiarem czasu doprowadziło go również do odkrycia wahadła jako regulatora zegarów. Jego wynalazek zegara wahadłowego, którego prototypował pod koniec 1656 roku, był przełomem w pomiarach czasu, pozwalając na uzyskanie dokładniejszych zegarów, niż były wówczas dostępne.
W 1657 roku Huygens zlecił zegarmistrzom w Hadze zbudowanie swojego zegara i złożył wniosek o lokalny patent. W innych krajach, takich jak Francja i Wielka Brytania, odnosił mniejsze sukcesy, a projektanci posuwali się nawet do kradzieży jego projektu na własny użytek. Jednak opublikowane prace Huygen nad koncepcją zapewniły, że jest on uznany za wynalazek. Najstarszy znany zegar wahadłowy w stylu Huygensa pochodzi z 1657 roku i można go zobaczyć w Muzeum Boerhaave w Lejdzie (pokazano powyżej).
W 1673 opublikowano Huygens Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum (Teoria i konstrukcja zegara wahadłowego), jego główna praca nad wahadłami i horologią. Omówił w nim problemy podniesione przez poprzednich naukowców, którzy uważali wahadła za nie izochroniczne - tj. Ich okres zależny od szerokości ich huśtawki, przy czym szerokie huśtawki trwały nieco dłużej niż wąskie huśtawki.
Huygens przeanalizował ten problem za pomocą metod geometrycznych (wczesne zastosowanie rachunku różniczkowego) i stwierdził, że czas potrzebny jest taki sam, niezależnie od jego punktu początkowego. Ponadto rozwiązał problem obliczania okresu wahadła, opisując wzajemną zależność między środkiem oscylacji a punktem obrotu. W tej samej pracy analizował wahadło stożkowe - ciężar na sznurku poruszającym się w kole, który wykorzystuje koncepcję siły odśrodkowej.
Huygens przypisuje się także opracowanie zegarka wiosennego z balansowaniem w tym samym okresie, co Robert Hooke (1675). Kontrowersje dotyczące tego, kto był pierwszy, trwały od stuleci, ale powszechnie uważa się, że rozwój Huygen nastąpił niezależnie od rozwoju Hooke.
Huygens jest również pamiętany za swój wkład w optykę, zwłaszcza za falową teorię światła. Teorie te zostały po raz pierwszy przekazane w 1678 r. Paryskiej Akademii Nauk i zostały opublikowane w 1690 r. W jego „Traité de la lumière” (“Traktat o świetle„). Argumentował w nim poprawioną wersję poglądów Kartezjusza, w której prędkość światła jest nieskończona i rozprzestrzenia się za pomocą fal sferycznych emitowanych wzdłuż czoła fali.
W 1690 r. Opublikowano także traktat Hugena o grawitacji:Discours de la cause de la pesanteur ” (“Dyskusja na temat przyczyny grawitacji„), Która zawierała mechaniczne wyjaśnienie grawitacji oparte na wirach kartezjańskich. Oznaczało to odejście od teorii grawitacji Newtona, która - pomimo ogólnego podziwu dla Newtona - była uważana przez Hugena za pozbawioną jakichkolwiek zasad matematycznych.
Inne wynalazki Huygensa obejmowały jego zaprojektowanie silnika spalinowego z 1680 r., Który spływał z prochu, chociaż nigdy nie zbudowano prototypów. Huygens zbudował także trzy własne teleskopy o ogniskowej 37,5, 55 i 64 metrów (123, 180 i 210 stóp), które zostały później przedstawione Royal Society.
Śmierć i dziedzictwo:
Huygens wrócił do Hagi w 1681 r. Po ciężkiej chorobie depresyjnej, która nękała go przez całe życie. Próbował wrócić do Francji w 1685 r., Ale cofnięcie edyktu z Nantes - które pozwoliło francuskim protestantom (hugenotom) na praktykowanie ich religii - wykluczyło to. Kiedy jego ojciec zmarł w 1687 roku, odziedziczył Hofwijck, który w następnym roku zamieszkał w domu.
W 1689 roku odbył trzecią i ostatnią wizytę w Anglii, gdzie ponownie spotkał się z Izaakiem Newtonem w celu wymiany pomysłów na temat ruchu i optyki. Zmarł w Hadze 8 lipca 1695 roku, po tym, jak cierpiał na zły stan zdrowia, i został pochowany w Grote of Sint-Jacobskerk - Great or St. James Church, przełomowym kościele protestanckim w Hadze.
Za swoją życiową pracę i wkład w wiele dziedzin nauki Huygen został uhonorowany na wiele sposobów. W uznaniu za czas spędzony na uniwersytecie w Leiden zbudowano laboratorium Huygens, które jest siedzibą wydziału fizyki uniwersytetu. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) stworzyła również budynek Huygens, który znajduje się naprzeciwko Europejskiego Centrum Badań i Technologii Kosmicznej (ESTEC) w Space Business Park w Noordwijk w Holandii.
Radbound University, z siedzibą w Nijmegen w Holandii, ma również budynek nazwany na cześć Huygensa, który jest jednym z głównych budynków wydziału naukowego uniwersytetu. Christiaan Huygens College, liceum z siedzibą w Eindhoven w Holandii, jest również nazwane na jego cześć, podobnie jak program stypendialny Huygen - specjalny stypendium dla studentów zagranicznych i holenderskich.
Istnieje również dwuelementowy okular do teleskopów zaprojektowany przez Huygensa, który jest zatem znany jako okular Huygenian. Na jego cześć nazwano również pakiet do przetwarzania obrazu mikroskopowego, znany jako Huygens Software. Na cześć zarówno Christiaana, jak i jego ojca, innego znanego holenderskiego uczonego i naukowca, holenderski narodowy superkomputer w Amsterdamie stworzył superkomputer Huygens.
Ze względu na swój wkład w astronomię wiele obiektów niebieskich, cech i pojazdów nazwano na cześć Huygensa. Obejmują one Asteroida 2801 Huygens, krater Huygens na Marsie i Mons Huygens, góra na Księżycu. I oczywiście jest sonda Huygens, lądownik używany do badania powierzchni Tytana, w ramach misji Cassini – Huygens na Saturna.
Magazyn Space zawiera wiele interesujących artykułów na temat Christiaana Huygensa i jego odkryć. Na przykład tutaj jest uznanie 375. urodzin Christiaana Huygensa, artykuł o Księżycowym Tytanie Saturna oraz szczegóły dotyczące misji Huygen i tego, co ujawniło o atmosferze Tytana.
Astronomy Obsada ma również podcast informacyjny na ten temat, odcinek 230: Christiaan Huygens i odcinek 150: Teleskopy, następny poziom
Więcej informacji można znaleźć na stronie NASA Solar System Exploration poświęconej Christiaan Huygens i biografii Christiaan Huygens.
