1600-tallet var en meget lykkebringende tid for videnskaberne, hvor der blev gjort fremskridt inden for fysik, matematik, kemi og naturvidenskab. I løbet af et århundrede blev flere planeter og måner observeret for første gang, nøjagtige modeller blev foretaget for at forudsige planeternes bevægelser, og loven om universal gravitation blev udtænkt.
Midt i dette fremtræder navnet på Christiaan Huygens blandt de øvrige. Som en af de fremtrædende videnskabsmænd i sin tid var han afgørende i udviklingen af ure, mekanik og optik. Og inden for astronomien opdagede han Saturns Rings 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 Neptune i det følgende århundrede.
Tidligt liv:
Christiaan Huygens blev født i Haag den 14. april 1629 til en rig og indflydelsesrig hollandsk familie. Christiaan var den anden søn af Constantijn Huygens og Suzanna van Baerle, der opkaldte Christiaan efter sin farfar. Constantijn - en berømt digter, komponist og rådgiver for House of Orange - var venner med mange nutidige filosoffer, herunder Galileo Galilei, Marin Mersenne og René Descartes.
Hans fars forbindelser og personlige tilknytning gjorde det muligt for Christiaan at modtage en omfattende skolegang inden for kunst og videnskab og satte ham ned ad vejen for at blive en opfinder og astronom. Indtil han var seksten, var Christiaan hjemmeskole og fik en liberal uddannelse, hvor han studerede sprog, musik, historie, geografi, matematik, logik, retorik og også dans, hegn og ridning.
Uddannelse:
I 1645 blev Christiaan sendt til at studere jura og matematik ved University of Leiden, i det sydlige Holland. Efter to år fortsatte Huygens sine studier ved det nystiftede College of Orange i Breda, hvor hans far var en kurator, indtil han uddannede sig i 1649. Mens hans far havde håbet, at han ville fortsætte med at blive diplomat, var Christiaans interesse i matematik og videnskaberne var tydelige.
I 1654 vendte Huygens tilbage til sin fars hus i Haag og begyndte at vie sig helt til forskning. Meget af dette fandt sted i et andet hus, som hans familie ejede i det nærliggende Hofwijck, hvor han tilbragte store dele af sommeren. Huygens udviklede en bred vifte af korrespondenter på dette tidspunkt, der omfattede Mersenne og kredsen af akademikere, han havde omgivet sig med i Paris.
I 1655 begyndte Huygens at besøge Paris flere gange og deltog i debatter afholdt af Montmor Academy - som var blevet overtaget fra Mersenne-cirklen efter hans død i 1648. Mens han på Montmor Academy forfærdede Huygens den videnskabelige metode og eksperimentering over traditionelle ortodokser og hvad han så som amatørmændige holdninger.
I 1661 foretog Huygens sit første besøg i England, hvor han deltog i et møde i Gresham College-gruppen - et samfund af videnskabsmænd, der var påvirket af den nye videnskabelige metode (som fremsat af Francis Bacon). I 1663 blev Huygens en medspiller af Royal Society, der efterfulgte Gresham-gruppen, og mødte så indflydelsesrige lærde som Isaac Newton og Robert Boyle, hvor han deltog i mange debatter og diskussioner med andre af deres uligheder.
I 1666 flyttede Huygens til Paris og blev et af grundlæggerne af Louis XIVs nye franske akademi for videnskaber. Mens han var der, brugte han Paris-observatoriet til at gøre sine største opdagelser inden for astronomi (se nedenfor), førte korrespondance med Royal Society og arbejdede sammen med medas astronom Giovanni Cassini (der opdagede Saturns måner Iapetus, Rhea, Tethys og Dione) .
Hans arbejde med Akademiet tildelte ham en pension, der var større end noget andet medlem og en lejlighed i bygningen. Bortset fra lejlighedsvise besøg i Holland, boede han i Paris fra 1666 til 1681 og gjorde bekendtskab med den tyske matematiker og filosof Gottfried Wilhelm Leibniz, som han forblev på venlige vilkår resten af sit liv.
Prestationer 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 designet det, der nu kaldes Huygenian okularet - et teleskop-okular bestående af to linser.
I 1660'erne gav hans arbejde med linser ham mulighed for at mødes socialt med Baruch Spinoza - den berømte hollandske filosof, lærde og rationalist - som grundlagde dem professionelt. Ved hjælp af disse forbedringer introducerede han i linser, som han igen brugte til at bygge egne teleskoper, Huygens begyndte at studere planeterne, stjernerne og universet.
I 1655 ved hjælp af et 50 kraftbrydende teleskop, som han designet selv, blev han den første astronom til at identificere Saturns Rings, som han korrekt målte formen for fire år senere. I hans arbejdeSystema Saturnium (1659) hævdede han Saturn var "omgivet af en tynd flad ring, intetsteds rørende og tilbøjelig til ekliptikken."
Det var også i 1655, at han blev den første astronom, der observerede den største af Saturns måner - Titan. På det tidspunkt navngav han månen Saturni Luna (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 Orion-tågen og med held delte det op i forskellige stjerner. Han producerede også den første nogensinde illustration af den - som han også udgav i Systema Saturnium i 1659. På grund af dette blev den lysere indre region navngivet Huygenian-regionen til hans ære.
Kort før hans død i 1695 afsluttede Huygens sig Cosmotheoros, der blev offentliggjort postumt i 1698 (på grund af dets ret kætiske påstande). I det spekulerede Huygens om eksistensen af udenjordisk liv på andre planeter, som han forestillede sig, at den ville svare til Jorden. Sådanne spekulationer var ikke ualmindelige på det tidspunkt, delvis takket være den kopernikanske (heliocentriske) model.
Men Huygens gik nærmere og anførte, at tilgængeligheden af vand i flydende form var afgørende for livet, 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 Mars og Jupiters overflader som bevis for vand og is på disse planeter.
Han beskæftigede sig med muligheden for skriftlige udfordringer og argumenterede for, at det udenjordiske liv hverken blev bekræftet eller afvist af Bibelen, og stillede spørgsmålstegn ved, hvorfor Gud ville skabe de andre planeter, hvis de ikke var beregnet til at blive befolket som Jorden. Det var også i denne bog, at Huygens offentliggjorde sin metode til at estimere stjernernes afstande, baseret på antagelsen (senere bevist forkert), at alle stjerner var så lysende som Solen.
I 1659 erklærede Huygens også, hvad der nu er kendt som det andet af Newtons bevægelseslove i en kvadratisk form. På det tidspunkt udledte han, hvad der nu er standardformlen for centripetalkraften, udøvet af et objekt, der beskriver en cirkulær bevægelse, for eksempel på den streng, den er knyttet til. I matematisk form udtrykkes dette som Fc = mv² / r, hvor m objektets masse, v hastigheden og r radius.
Offentliggørelsen af den generelle formel for denne styrke i 1673 - skønt den var relateret til hans arbejde i pendulur og ikke astronomi (se nedenfor) - var et vigtigt skridt i studiet af baner i astronomi. Det muliggjorde overgangen fra Keplers tredje lov om planetbevægelse til den omvendte firkantede gravlov.
Andre gennemførelser:
Hans interesse som astronom i den nøjagtige måling af tid førte ham også til opdagelsen af pendelen som en regulator for ure. Hans opfindelse af penduluret, som han prototyperede i slutningen af 1656, var et gennembrud i timekeeping, hvilket gav mulighed for mere nøjagtige ure end der var tilgængelige på det tidspunkt.
I 1657 kontraherede Huygens urproducenter i Haag for at bygge sit ur og ansøgte om et lokalt patent. I andre lande, såsom Frankrig og Storbritannien, var han mindre succesrig, idet designere gik så langt som at stjæle hans design til deres eget brug. Huygens offentliggjorte arbejde med konceptet sikrede dog, at han blev krediteret for opfindelsen. Det ældste kendte pendelur i Huygens-stil er dateret 1657 og kan ses på Museum Boerhaave i Leiden (vist ovenfor).
I 1673 offentliggjorde Huygens Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum (Teori og design af penduluret), hans vigtigste arbejde med pendler og horologi. I den behandlede han problemer rejst af tidligere forskere, der anså pendler ikke for at være isokron - dvs. deres periode afhængigt af bredden af deres sving, med brede svingninger, der tager lidt længere tid end smalle gynger.
Huygens analyserede dette problem ved hjælp af geometriske metoder (en tidlig brug af beregningen) og bestemte, at den tid det tager er den samme, uanset udgangspunktet. Desuden løste han problemet med, hvordan man beregner perioden for en pendul, og beskrev det gensidige forhold mellem svingningscentret og drejepunktet. I det samme arbejde analyserede han den koniske pendul - en vægt på en ledning, der bevæger sig i en cirkel, der bruger begrebet centrifugalkraft.
Huygens krediteres også for at udvikle et balancefjederur i samme periode som Robert Hooke (1675). Kontroversen om, hvem der var den første, er vedvarende i århundreder, men det antages bredt, at Huygens udvikling skete uafhængigt af Hookes.
Huygens huskes også for sine bidrag til optik, især for sin bølgeteori om lys. Disse teorier blev først formidlet i 1678 til Paris Academy of Sciences og blev offentliggjort i 1690 i hans “Traité de la lumière” (“Afhandling om lys”). I den argumenterede han for en revideret version af Descartes synspunkter, hvor lysets hastighed er uendelig og forplantes ved hjælp af sfæriske bølger, der udsendes langs bølgefronten.
Også offentliggjort i 1690 var Huygens afhandling om tyngdekraften, "Discours de la caus de la pesanteur ” (“Diskurs om årsag til tyngdekraften“), Som indeholdt en mekanisk forklaring af tyngdekraften baseret på kartesiske virvler. Dette repræsenterede en afvigelse fra Newtons teori om tyngdekraft, som - til trods for hans generelle beundring for Newton - blev vurderet af Huygen for at være blottet for ethvert matematisk princip.
Andre opfindelser fra Huygens omfattede hans design af en forbrændingsmotor i 1680, der løb tør af kruttet, selvom der aldrig blev bygget nogen 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 led af en alvorlig anfald af depressiv sygdom, som havde plaget ham hele sit liv. Han forsøgte at vende tilbage til Frankrig i 1685, men tilbagekaldelsen af Edict of Nantes - som gjorde det muligt for den franske protestant (huguenoternes) frihed til at udøve deres religion - udelukkede dette. Da hans far døde i 1687, arvede han Hofwijck, som han gjorde sit hjem året efter.
I 1689 foretog han sit tredje og sidste besøg i England, hvor han så Isaac Newton endnu en gang for en udveksling af ideer om bevægelse og optik. Han døde i Haag den 8. juli 1695, efter at have led af dårligt helbred, og blev begravet i Grote i Sint-Jacobskerk - Great eller St. James Church, en milepæl i protestantisk kirke i Haag.
For hans livs arbejde og bidrag til mange videnskabelige områder er Huygen's blevet hædret på forskellige måder. Som en anerkendelse for sin tid ved Leiden Universitet blev Huygens Laboratory bygget, som er hjemstedet for universitetets fysikafdeling. Det europæiske rumfartsagentur (ESA) oprettede også Huygens-bygningen, der ligger over for Det Europæiske Rumforsknings- og Teknologicenter (ESTEC) i Space Business-parken i Noordwijk, Holland.
Radbound University, der ligger i Nijmegen, Holland, har også en bygning opkaldt efter Huygens, som er en af de største bygninger på universitetets videnskabsafdeling. Christiaan Huygens College, en gymnasium beliggende i Eindhoven, Holland, er også udnævnt til hans ære, ligesom Huygen Scholarship Program - en speciel beurs for internationale og hollandske studerende.
Der er også det to-elementede okular okular til teleskoper designet af Huygens, som derfor er kendt som Huygenian okular. En mikroskopbilledbehandlingspakke, kendt som Huygens Software, blev også navngivet til hans ære. Til ære for både Christiaan og hans far, en anden berømt hollandsk lærd og videnskabsmand, oprettede den nederlandske nationale supercomputerfacilitet i Amsterdam Huygens Supercomputer.
Og på grund af hans bidrag til området astronomi er mange himmelobjekter, funktioner og køretøjer opkaldt efter Huygens. Disse inkluderer Asteroid 2801 Huygens, Huygens-krateret på Mars, og Mons Huygens, et bjerg på Månen. Og selvfølgelig er der Huygens-sonden, landeren, der plejede at undersøge overfladen af Titan, som en del af Cassini – Huygens-missionen til Saturn.
Space Magazine har mange interessante artikler om Christiaan Huygens og hans opdagelser. For eksempel er her en anerkendelse af Christiaan Huygens '375-års fødselsdag, en artikel om Saturns Moon Titan og detaljer om Huygen's mission og hvad den afslørede om Titans atmosfære.
Astronomy Cast har også en informativ podcast om emnet, Afsnit 230: Christiaan Huygens og Afsnit 150: Teleskoper, det næste niveau
For mere information, se NASAs side om solsystemundersøgelse om Christiaan Huygens og en biografi om Christiaan Huygens.
