Wielcy polscy astronomowie
advertisement
ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy spó³ka jawna ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków tel. +48 12 623 25 20, faks +48 12 623 25 24 e-mail: [email protected] wspólny cel... Wielcy polscy astronomowie Juliusz Domański Historia astronomii w Polsce zaczyna się w XV wieku, gdy na jednym z najstarszych uniwersytetów w Europie – Uniwersytecie Jagiellońskim (nazwa późniejsza) założonym w 1364 roku, powstaje katedra astronomii (1406 rok). Nieco później obejmuje ją astronom Wojciech z Brudzewa (1446–1495) (rys. 1). Odkrył on m.in., że Księżyc porusza się po elipsie i zawsze jest zwrócony do Ziemi tą samą stroną. Był też nauczycielem Mikołaja Kopernika, niewątpliwie najbardziej znanego w świecie polskiego naukowca. Mikołaj Kopernik (1473–1543) (rys. 2) studiował w Akademii Krakowskiej w latach 1491–1495. W 1496 rozpoczął studia prawnicze w Bolonii. Jak wielu ówczesnych uczonych był bardzo wszechstronny. Zajmował się nie tylko astronomią, ale i matematyką (twierdzenie Kopernika), prawem, ekonomią (Traktat o monecie, prawo Kopernika-Greshama). Był strategiem wojskowym, lekarzem, tłumaczem i poetą oraz geografem (sporządził mapę Prus i mapę Królestwa Polskiego i Litwy). Zajmował się też astrologią. Rys. 1 Jednak jego największym dziełem było De Revolutionibus… – O obrotach ciał niebieskich. Sformułował w nim teorię heliocentryczną Układu Słonecznego. Praca została wydana w Norymberdze w 1543 roku, choć była gotowa znacznie wcześniej. Kopernik zwlekał z jej publikacją, spodziewając się słusznie, iż wywoła Rys. 2 ona duży sprzeciw Kościoła katolickiego. Rzeczywiście, w 1633 dzieło to zostało wpisane do Indeksu Ksiąg Zakazanych. Usunięcie z indeksu nastąpiło dopiero w 1835 roku. Dziś mówimy o jego konsekwencjach jako rewolucji kopernikańskiej w nauce. Propagatorem nauki Kopernika był wybitny włoski uczony Galileusz (Galileo Galilei). W 1633 roku na wniosek papieża Urbana VIII został wezwany do Rzymu, aby stanąć przed papieskim trybunałem. W czasie procesu zmuszono go do odwołania i przeklęcia swoich „błędów” i określenia ich jako obrzydliwe. Dzięki temu uzyskał łagodniejszą karę. Uczony został skazany na dożywotni areszt domowy. Rehabilitacja Galileusza nastąpiła dopiero w 1992 roku na wniosek papieża Jana Pawła II. Warto zwrócić uwagę na dokładność obserwacji Kopernika, mimo że posługiwał się on bardzo prymitywnymi przyrządami – przyrządy optyczne były wówczas nieznane. Pokażemy to na wyznaczeniach okresów obiegu planet i ich odległości od Słońca (jednostką odległości jest tu odległość Ziemia–Słońce, w nawiasach podano wartości wyznaczone współcześnie): • Saturn 30 lat (29 lat i 167 dni), 9,1743 (9,5388) • Jowisz 12 lat (11 lat i 315 dni), 5,2192 (5,2028) • Mars 2 lata (1 rok i 322 dni), 1,5198 (1,5297) • Wenus 270 dni (225 dni), 0,7193 (0,7233) • Merkury 80 dni (88 dni), 0,3763 (0,3871) Pierwszego dowodu słuszności modelu Kopernika (choć niepełnego) dostarczył Galileusz z obserwacji faz Wenus (rys. 3). Gdyby poprawny był model Ptolemeusza, średnice Wenus mogłyby różnić się jedynie nieznacznie (rys. 4). W modelu Kopernika powinny być podobne do zaobserwowanych. Wielkim polskim astronomem był również Jan Heweliusz1 (1611–1687) (rys. 5). W roku 1630 podjął studia na wydziale prawa w Lejdzie. W latach 1632–1634 podróżował do Szwajcarii, Londynu i Paryża, gdzie poznał wielu ówczesnych astronomów. W 1634 wrócił do Gdańska, aby skończyć studia prawnicze i jednocześnie pracować w browarze będącym rodzinną własnością. Wtedy też zaczął w pełni interesować się astronomią. W roku 1639 rozpoczął budowę własnego obserwatorium astronomicznego (rys. 6). Powstało ono na dachach trzech Rys. 3 kamienic. Był to wówczas największy teleskop na świecie. Jego długość wynosiła 46 m! Od dawna tego typu teleskopów się nie buduje, zastąpiły je teleskopy zwierciadłowe, znacznie 1 Juliusz Domański, Elżbieta i Jan Heweliuszowie, „Fizyka w Szkole”, nr 1/2011. Dokument zosta³ pobrany z serwisu www.zamkor.pl Wszelkie prawa zastrze¿one. Data utworzenia: 2012-12-11 ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy spó³ka jawna ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków tel. +48 12 623 25 20, faks +48 12 623 25 24 e-mail: [email protected] wspólny cel... krótsze i pozwalające na uzyskiwanie większych średnic. Mówiono, że Heweliusz miał tak dobry wzrok, iż mógł ponoć dostrzec nawet gwiazdy siódmej wielkości. Budował bardzo duże przyrządy pomiarowe, przez co zdołał udoskonalić powtarzalną dokładność pomiarów pozycji gwiazd do jednej minuty w mierze łukowej gołym okiem. W 1663 roku 52-letni owdowiały Heweliusz żeni się z 16-letnią Elżbietą Koopman, córką bogatego kupca pochodzącego z Holandii2. Rys. 4 Mimo tak dużej różnicy wieku było to udane małżeństwo. Uczony nie miał dzieci z poprzedniego, trwającego 20 lat związku. Elżbieta urodziła mu ich kilkoro. Była wykształcona, znała kilka języków, miała szerokie zainteresowania naukowe. Wspólnie z mężem prowadziła Rys. 5 badania astronomiczne (rys. 7). Wyniki swoich obserwacji uczony wysyłał m.in. do Anglii, do Royal Society. Astronomowie angielscy uznali, że wyniki pomiarów wykonywanych przez Heweliusza gołym okiem są zbyt dokładne i powzięli podejrzenie, iż są naciągane. Royal Society wydelegowało do Gdańska Edmunda Halleya celem sprawdzenia solidności obserwacji Heweliusza. Halley Rys. 6 potwierdził, że sposób pomiaru był tak samo dokładny jak inne współcześnie znane sposoby, łącznie z wykonanymi teleskopem pomiarowym, który przywiózł ze sobą z Anglii. Halley był oczarowany młodą żoną Heweliusza, jej wiedzą astronomiczną i (podobno) urodą. Jeszcze przez kilka lat korespondował z polską rodziną i dokonywał w Londynie zakupu strojów na zamówienia pani Elżbiety. Heweliusz zdobył uznanie nie tylko w Polsce. Od 1664 roku był członkiem Royal Society Rys. 7 w Londynie. W 1666 król Ludwik XIV zaproponował mu kierownicze stanowisko w Obserwatorium Paryskim. Podobną propozycję złożyła uczonemu królowa szwedzka Krystyna. Z żadnej z nich nie skorzystał. Popierali go królowie Władysław IV, Jan Kazimierz i Jan III Sobieski. Ten ostatni przyznał mu nawet stałą pensję w wysokości 1000 florenów rocznie. Heweliusz wykonywał wiele obserwacji. Przyglądając się plamom słonecznym, wyznaczył okres obrotu Słońca z najwyższą w owym czasie dokładnością. W dziełach Prodomus cometicus i Cometographia opisał 9 komet. Wyniki obserwacji nowej komety zawarł w dziele Epistola de cometa Anno 1665. Opisał je również w Philosophical Transactions i Acta Erudicorum. Ciekawą pozycją jest Mercurius in Sole visus Gedani, anno christiani 1661. Znajdziemy w niej zapis obserwacji przejścia Merkurego na tle tarczy słonecznej i dokładne obliczenia średnicy tej planety. W 1664 roku Heweliusz zaobserwował fazy Merkurego i wykazał, że potwierdzają one model Kopernika. W 1637 zajął się konstruowaniem lunet (jedną z nich ofiarował Janowi III). Używając ich, osiągnął bardzo dobre wyniki w obserwacjach Księżyca, które opisał w dziele Selenographia. Warto być może zauważyć, iż Selenographia (opis powierzchni Księżyca) została uznana przez papieża Innocentego za dzieło heretyckie. Heweliusz wyodrębnił na niebie 9 nowych gwiazdozbiorów. Jest między nimi gwiazdozbiór nazwany przez uczonego Tarczą Sobieskiego (rys. 8), który opisał w dziele Firmamentum Sobiescianum. Królowi Janowi III dedykował także Machine celestis. Ostatnią pracą astronoma było dzieło Prodomus astronomiae, Rys. 8 2 Kornelia Stefan, Żona astronoma. Historia Elżbiety Katarzyny Heweliusz, Wyd. Bukowy Las, 2010 r. Dokument zosta³ pobrany z serwisu www.zamkor.pl Wszelkie prawa zastrze¿one. Data utworzenia: 2012-12-11 ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy spó³ka jawna ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków tel. +48 12 623 25 20, faks +48 12 623 25 24 e-mail: [email protected] wspólny cel... którego nie zdołał dokończyć. Zrobiła to żona i wydała je w 1690 roku. Po śmierci astronoma przyznaną mu przez Jana III pensję wypłacano nadal Elżbiecie. Heweliusz był pierwszym uczonym zajmującym się stałymi obserwacjami magnetyzmu ziemskiego, zjawiska tak bardzo ważnego m.in. dla nawigacji. Chodziło tu o znajomość deklinacji magnetycznej kompasu. Obserwacje magnetyczne prowadzone przez Heweliusza od 1628 roku obaliły twierdzenie słynnego uczonego angielskiego Williama Gilberta (autora epokowej tezy, że Ziemia jest wielkim magnesem), iż elementy Ziemi nie ulegają zmianom w czasie ani przestrzeni. Heweliusz dowiódł, że są one zmienne, są różne w różnych punktach Ziemi i zmieniają się w czasie. Z tego odkrycia wynikła ogromna korzyść m.in. dla żeglugi morskiej. Uczony zbudował też peryskop lusterkowy, zwany wówczas polemoskopium, do dziś używany na okrętach podwodnych. Heweliusz jest również wynalazcą śruby mikrometrycznej, stosowanej także współcześnie w mikroskopach. Jako pierwszy użył wahadła do odmierzania czasu. Kolejnym wielkim polskim astronomem był Bohdan Paczyński (1940–2007) (rys. 9). Astronomią zainteresował się bardzo wcześnie. Pierwszy artykuł naukowy dotyczący minimów gwiazd podwójnych opublikował w „Acta Astronomiae” w wieku 18 lat. W 1959 roku podjął studia astronomiczne na Uniwersytecie Warszawskim. Tytuł profesora uzyskał już w wieku 39 lat. Trzy lata wcześniej został najmłodszym w historii członkiem Polskiej Akademii Nauk. Otrzymał 28 odznaczeń i nagród, w tym Henry Morris Russel Lectureship – nagrodę dla najwybitniejszych za całokształt dorobku naukowego. W 1970 roku Paczyński wraz z Józefem Smakiem przedstawili projekt instytutu astronomii teoretycznej. Prawdopodobnie jego realizacja nie doszłaby do skutku, gdyby prawie w tym samym czasie podobna inicjatywa nie pojawiła się Rys. 9 w Stanach Zjednoczonych. Powstał tam wówczas komitet do spraw uczczenia 500 rocznicy urodzin Kopernika. Uzyskane dofinansowanie w wysokości 1,6 miliona dolarów (30,7 miliona złotych) przyspieszyło otwarcie w 1978 roku instytutu nazwanego Centrum Astronomii im. Mikołaja Kopernika (popularnie CAMK) (rys. 10). Prof. Paczyński został jego pierwszym dyrektorem. Dość często wyjeżdżał do Stanów Zjednoczonych, współpracując jednocześnie z wieloma amerykańskimi astronomami. W czasie stanu wojennego przebywał w Caltechu i postanowił pozostać w Stanach. Dostał ofertę pracy na Wydziale Astrofizyki w Princeton University, gdzie wykładał do końca swojego życia. Stale jednak utrzymywał kontakt z polskim środowiskiem astronomicznym. Dzięki jego staraniom w Obserwatorium w Las Campanas w Chile stanął polski teleskop o średnicy zwierciadła 1,3 m (dla realizacji projektu OGLE, rys. 11). Pierwsze prace Bohdana Paczyńskiego miały charakter obserwacyjny: fotometria gwiazd zmiennych, głównie pulsujących i zaRys. 10 ćmieniowych. Przez kilkadziesiąt lat profesor zajmował się prawie wyłącznie pracą teoretyczną (m.in. modelowaniem ewolucji gwiazd podwójnych z wymianą masy, modelami dysków akrecyjnych, powstawaniem mgławic planetarnych, późnymi stadiami ewolucji gwiazd pojedynczych). Światowe uznanie przyniosły mu prace poświęcone teorii ewolucji gwiazd należących do ciasnych układów podwójnych. Zrozumienie mechanizmu ewolucji tych obiektów należy do najważniejszych osiągnięć astrofizyki lat sześćdziesiątych. Prof. Paczyński był jednym z pionierów stosujących numeryczne metody modelowania ewolucji gwiazd do badania skutków utraty materii przez jeden ze składników. W latach 70. stał się światowym liderem teorii ewolucji gwiazd. Zadecydowały o tym nie tylko prace o ewolucji układów podwójnych, lecz jego wkład w rozwiązanie podstawowych zagadnień ewolucji gwiazd pojedynczych. W centrum zainteresowań profesora znalazły się dyski akrecyjne. Wtedy też powstał jego ambitny program stworzenia Rys. 11 dla tych obiektów teorii równie solidnej jak teoria struktury i ewolucji Dokument zosta³ pobrany z serwisu www.zamkor.pl Wszelkie prawa zastrze¿one. Data utworzenia: 2012-12-11 ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy spó³ka jawna ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków tel. +48 12 623 25 20, faks +48 12 623 25 24 e-mail: [email protected] wspólny cel... gwiazd. Program ten realizował z zespołem współpracowników, z których niektórzy stali się potem znanymi w świecie specjalistami w tej dziedzinie. W 1974 roku prof. Paczyński opublikował pracę na temat soczewkowania grawitacyjnego. Prace na ten temat kontynuował przez wiele lat wraz z Markiem Abramowiczem (profesorem uniwersytetu w Goeteborgu). W latach 80. zaproponował metodę mikrosoczewkowania grawitacyjnego, czyli poszukiwania słabo świecących (lub nieświecących wcale) obiektów. W 1986 opublikował artykuł Gravitational Microlensing by the Galactic Halo. Zainicjował też projekt Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) we współpracy pomiędzy Warszawą, Princeton i Carnegie, prowadzony przez Andrzeja Udalskiego. W lutym 2008 w czasopiśmie „Science” ukazał się artykuł, którego współautorem pośmiertnie był Paczyński. Artykuł donosił o odkryciu wokół OGLE-2006-BLG-109 układu planetarnego o budowie przypominającej Układ Słoneczny. Jest to piąta i szósta planeta odkryta tą metodą. Zauważono również, iż poza zadaniem, dla którego powstał program OGLE, może też on dostarczyć informacji o strukturze naszej galaktyki. Rzeczywiście tak się stało, dowiedzieliśmy się, iż nasza galaktyka ma poprzeczkę. Zauważmy, że pierwsze planety pozasłoneczne odkrył w 1990 Aleksander Wolszczan, a w 2005 roku Maciej Konacki odkrył planetę w układzie potrójnym gwiazd (co wcześniej uważane było za niemożliwe). Na dzień 15 czerwca 2012 roku katalog planet pozasłonecznych liczy 778 pozycji (ostrzejsze kryteria dają 580 planet). Część z nich została odkryta w projekcie OGLE. Błyski gamma po raz pierwszy zostały zaobserwowane pod koniec lat 60. XX w. przez amerykańskiego satelitę wojskowego. Początkowo podejrzewano, że promieniowanie gamma zostało wyemitowane podczas tajnych prób z bronią jądrową przeprowadzanych przez Związek Radziecki. Wkrótce okazało się jednak, że są to zjawiska kosmiczne. Rozbłyski gamma (GRB, z ang. Gamma-Ray Burst) pojawiają się izotropowo na sferze niebieskiej mniej więcej raz na dobę i trwają od kilku milisekund aż do godziny. Są to nagłe wzrosty natężenia promieniowania gamma w niewielkim obszarze nieba. Rozbłyskom towarzyszą również tzw. poświaty, w zakresie większych długości fal. Paczyński dowodził, iż pochodzenie błysków jest pozagalaktyczne. Równie wybitny astrofizyk, Donald Lamb, twierdził, że ich źródła leżą w naszej galaktyce. Cofnijmy się jednak nieco w czasie. Na początku ubiegłego wieku astronomów nurtował problem tzw. obiektów mgławicowych. Część astronomów z H. Shapleyem na czele dowodziła, iż są to obiekty leżące w naszej galaktyce. Część, wraz z H. Curtisem, twierdziła z kolei, że są to obiekty leżące poza nią. W 1920 roku zorganizowano w Waszyngtonie3 wielką debatę na ten temat. Oczywiście sama dyskusja nie mogła przynieść rozstrzygnięcia, mogły go dostarczyć jedynie obserwacje. Już po trzech latach dzięki obserwacjom Edwina Hubble’a okazało się, że poprawne były racje Curtisa. Nagle Wszechświat stał się znacznie większy. Dokładnie 75 lat później, w tej samej sali w Waszyngtonie odbyła się podobna debata. Głównymi oponentami byli Bohdan Paczyński i Donald Lamb. Oczywiście, jak poprzednio, debata nie rozwiązała problemu. Po kilku latach (w 1997 roku) prowadzone obserwacje potwierdziły, że rację miał polski astronom. Prezentując dokonania naukowe prof. B. Paczyńskiego, nie można pominąć jego roli jako organizatora nauki. Przez wiele lat był on centralną postacią w warszawskim środowisku astronomicznym. Skupiał wokół siebie dużą liczbę młodych naukowców, proponował atrakcyjne tematy prac, zarażając innych swym entuzjazmem dla pracy badawczej. W trudnych dla naszej nauki latach 80. wspierał polskie ośrodki. Corocznie gościł na Wydziale Nauk Astrofizycznych w Princeton kilku warszawskich astronomów. Bezpośrednim plonem ich współpracy jest wiele wspólnych publikacji, a ukoronowaniem – głośne prace dotyczące odkrycia zjawiska mikrosoczewkowania. Prof. Paczyński był zawsze zainteresowany pracą naukową innych, zwłaszcza początkujących adeptów nauki. Dzięki niemu wielu polskich astronomów i fizyków z Warszawy, Torunia, Krakowa i Wrocławia miało ułatwiony dostęp do najlepszych ośrodków astronomicznych w Bostonie, Oxfordzie, Cambridge czy Princeton. Na zakończenie przytoczę zdanie kończące wykład profesora, który wygłosił na uroczystości przyznania mu doktoratu honoris causa Uniwersytetu Wrocławskiego w 2005 roku: „Jeszcze na koniec słowo o moich marzeniach teoretyka. Chciałbym zrozumieć, na czym polegają błyski gamma. Sądzę, że na szczęście nie grozi mi realizacja znanego przekleństwa: Oby spełniły się wszystkie twoje marzenia. Sądzę, że mogę spać spokojnie”. 3 O. Struve, V. Zeebergs, Astronomia XX wieku, PWN, 1967 r. Dokument zosta³ pobrany z serwisu www.zamkor.pl Wszelkie prawa zastrze¿one. Data utworzenia: 2012-12-11
