Arhiv za 29.12.2009

Dec 29 2009

Sposojene novičke: Galilejev teleskop – instrument, ki je spremenil svet

Se trditev iz naslova bere kot pretiravanje? Pomislite še enkrat: iz preproste napravice s komaj dvakratno povečavo, ki so jo spomladi leta 1609 po velikih evropskih mestih prodajali kot nekakšno igračo, čeprav je bil njen (predvsem vojaški) potencial oblastnikom po vsej Evropi jasen, si je Galileo Galilej naredil bližnjico do »nebes«.

Kar je »oče moderne znanosti« tam odkril, je ob koncu renesanse pretreslo človekovo dotedanje razumevanje sveta in njegove lastne vloge v njem, do temeljev zamajalo avtoriteto Cerkve in dalo zagon živahnemu miselnemu vrvenju, ki je neustavljivo premikalo meje znanega.

Nebesni glasnik

Resnici na ljubo je treba poudariti, da Galilej ni odkril teleskopa niti ni bil edini, ki ga je usmeril v nebo, toda s svojo različico je videl več kot kdorkoli pred njim. V nasprotju z nizozemskim brusilcem leč Hansom Lippersheyem, ki mu kijkerja, kot je imenoval cev z lečami na obeh koncih, ni uspelo patentirati, ali angleškim astronomom Thomasom Harriotom, ki je tako rekoč sočasno zrl proti zvezdam, a bodisi uporabljal preslab instrument (domnevno šestkratne povečave) bodisi videnega preprosto ni znal interpretirati, je Galilej – že vse od leta 1597 prepričan o pravilnosti teorije o heliocentričnosti vesolja – dobro vedel, kaj počne in zakaj.

Nizozemčevo pogruntavščino je namreč Galilej (tudi v upanju na finančno korist, saj se je zavedal pomena takega »povečevala« za vojsko in trgovino) temeljito izboljšal, menda celo, ne da bi jo prej sploh videl v živo – in po uspešni demonstraciji na zvoniku svetega Marka očaranemu beneškemu dožu poklonil perspicillum, svoj prvi teleskop s približno desetkratno povečavo. V zahvalo za to odkritje s tako izjemnim trgovskim in vojaškim potencialom so mu Benečani poklonili dosmrtni položaj na univerzi v Padovi.

404px-sidereus_nuncius_1610galileo.jpgSledeč načelu, da je treba šibkejšo konveksno lečo uporabiti za objektiv, močnejšo konkavno pa za okular, je svoj instrument še izboljšal, za to pa je potreboval ustrezno kvalitetne leče – izdelal jih je v lastni delavnici, beneški proizvajalci pa so od njega dobili natančna navodila, kako narediti steklo, ki ga je pri tem potreboval. Kmalu je tako izdelal napravo, sposobno do tridesetkratne povečave, s katero se je posvetil proučevanju neba. Iskal je dokaz za Kopernikovo teorijo o vrtenju Zemlje tako okoli Sonca kot tudi okoli lastne osi. Konec leta 1609, ki mu direktor Nobelovega muzeja v Stockholmu Svante Lindqvist pravi »čas, ko se je rodila moderna znanost«, in v začetku leta 1610 je tako Galilej skozi okular svojega teleskopa v vesolju, ki naj bi bilo po tedanjih prepričanjih že raziskano in vse zvezde in planeti v njem popisani, odkril marsikaj, česar po tedanjem prepričanju pravzaprav ne bi smel.

Opazoval je razgibano površje Lune, ugotovil je, da Mlečno cesto poleg tistih, vidnih s prostim očesom, sestavlja še nešteto drugih zvezd in 7. januarja 1610 odkril štiri najsvetlejše Jupitrove satelite (od danes znanih več kot 60!) ter jih kot pragmatičen mož poimenoval po svojih mecenih, Medičejcih (danes se imenujejo po Galileju). Svoja prva odkritja, skupaj s po njegovem trdnem prepričanju najpomembnejšim odkritjem Jupitrovih lun, je popisal v knjigi Sidereus Nuncius, ki je v hitro razgrabljenih 550 izvodih izšla že marca 1610. Kasneje je Galilej spremljal še Sončeve pege (torej nepravilnosti, ki jih popolno telo, kakršno naj bi bilo Sonce, po Aristotelovem pojmovanju vesolja ne bi smelo imeti), se ukvarjal s Saturnom, ki naj bi bil po njegovem mnenju (posledica slabih leč Galilejevega teleskopa) sestavljen iz treh teles, ter spremljal Venerine faze in s temi svojimi opazovanji dokazoval, da se v nasprotju s stoletnimi predstavami vse v vesolju ne vrti okoli Zemlje, temveč se Zemlja skupaj z drugimi planeti giblje okoli Sonca, prav tako pa obstajajo nebesna telesa, ki se gibljejo okoli drugih nebesnih teles.

»Posledice teh ugotovitev so močno zaznamovale razvoj moderne zavesti, saj so zavrnile starodavna in globoko zakoreninjena prepričanja. Nič od tega se ne bi zgodilo, če ne bi ta človek izjemne inteligence navadnega predmeta, ki so ga na ulicah Benetk prodajali kot igračo, preoblikoval v znanstveni instrument,« pravi Paolo Galluzi, direktor Istituto e Museo di Storia della Scienza iz Firenc, kjer hranijo bogato zbirko toskanskih vladarjev Medičejcev, v kateri je glavna zvezda razstav v Rimu in Stockholmu, ki ji pravijo tudi »Mona Liza znanosti«: Galilejev teleskop.

Mučenik znanosti

galileo.jpg

Galileo Galilei

Preostali teleskopi (poleg Lippersheya naj bi do te iznajdbe v istem času prišla vsaj še dva nizozemska izdelovalca očal) so imeli le dva- ali trikratno povečavo, Galilej pa je instrument izboljšal do meje tedanjih obrtniških in tehnoloških sposobnosti izdelovanja leč: 30-kratne povečave. Poleg replik naprav, ki jih je pri izboljšavah teleskopa uporabljal, in dokumentov o njegovih opazovanjih iz obdobja med letoma 1609 in 1611 sta obiskovalcu razstave na ogled tudi Galilejevi iznajdbi mirometer in helioskop, ob pomoči katerih je (v prvem primeru) proučeval Jupitrove lune Io, Evropo, Ganimed in Kalisto oziroma (v drugem primeru) risal sončne pege.

»Instrument, ki je spremenil svet«, je kmalu dobil ime teleskop (v grščini tele pomeni daleč, skopein pa gledati, videti), Galilej pa je bil desetletja edini sposoben učenjakom, ki so hoteli potrditi ali ovreči njegove ugotovitve, dobavljati res uporabne teleskope. Omenimo le enega: Johann Kepler, še ena ključna osebnost znanstvene revolucije tistega časa, je mesece iskal dober teleskop in ga leta 1611 končno našel. Bil je Galilejevo delo.

telescope.jpg

Galilejev teleskop

Zaradi še močneje izražene barvne napake so bili to tudi prek 40 metrov dolgi in posledično sila nerodni inštrumenti. Nadomestili so jih (danes med profesionalnimi absolutno prevladujoči) zrcalni ali reflektorski teleskopi, ki imajo namesto leč dve zrcali. Ta z barvno napako namreč nimajo težav, težava tedanjega časa, zaradi katerega so postali tovrstni teleskopi priljubljeni šele stoletje kasneje, pa je bila v tem, da je bila kakovost takratnih ogledal daleč od kakovosti sodobnih. Prvi res učinkovit zrcalni teleskop z zbiralnim zrcalom je leta 1672 Kraljevski družbi v Londonu predstavil Isaac Newton. Ta kratka naprava je bila sposobna enake povečave kot 37 metrov dolg teleskop.

In kaj se je zgodilo z Galilejevim tipom teleskopa? Preselil se je v teater. Gospa, ki si pri spremljanju dogajanja na odru pomaga s kukalom, v roki pravzaprav drži kos zgodovine znanosti.

Kje smo in kam gremo?

Vrnimo se točno tja, nazaj v zgodovino znanosti, kjer se je Galilej s svojim teleskopom lotil reševanja enega najpomembnejših praktičnih problemov tedanjega časa. Ko je relativno omejena sredozemska luža postala za evropske velesile premajhna in so pomorščaki začeli dramatično premikati meje znanega sveta (in trgov), je namreč problem določanja točnega geografskega položaja ladje na širnem morju postajal vse bolj pereč, njegova rešitev pa v interesu vseh pomorskih velesil.

Položaj nebesnega telesa nad horizontom lahko sicer pomaga določiti čas na določenem mestu, toda nenehno vrtenje nebesnih teles preprečuje vsake neposredne meritve razlik v njihovem položaju med enim in drugim krajem, iz katerih bi bilo mogoče določiti razliko v času med njima. Ta je povezana z geografsko dolžino, in sicer znaša štiri časovne minute za vsako stopinjo geografske dolžine. Zgodovina določanja geografske dolžine je tako pravzaprav zgodovina iskanja natančnega astronomskega ali mehanskega časomera. Vse do 17. stoletja je preglavice povzročalo že preprosto tehnično dejstvo, da so mehanske ure vsak dan zgrešile za več minut. In ker je napaka ene minute pomenila napako četrt stopinje geografske dolžine (na ekvatorju je to 25 kilometrov), je razumljivo, da so bile astronomske metode stoletja edine veljavne.

Galilej je v štirih lunah, ki so krožile okoli Jupitra kot kazalci ure, vidne z vsakega kraja na Zemlji, videl nekakšen kozmični časomer. Postavitve Jupitrovih satelitov se je dalo zapisati v tabele, ob pomoči teleskopa pa bi lahko navigator primerjal čas, napovedan za določeno konfiguracijo, z izmerjenim časom ter tako ugotovil razliko v geografski dolžini med krajem opazovanja in krajem, ki bi bil kot referenca naveden v tabelah. Za to je potreboval dober teleskop z ustreznim sistemom, ki bi omogočal opazovanje tudi na gugajočih se ladjah, tabele gibanja satelitov in natančen časomer.

Galilej je v ta namen oblikoval futuristično čelado, celatone, z vizirjem, na ta_0203_p40b_02.jpgkaterega je pritrdil daljnogled, in svojo metodo predlagal Španiji, kjer je po seriji dragih brodolomov Filip II. že leta 1567 razpisal nagrado v višini 6000 dukatov. A zaradi ozkega polja gledanja Galilejevih teleskopov in dejstva, da je vreme močno vplivalo na možnost opazovanj, Španci nad predlogom niso bili navdušeni. Leta 1637 ga je Galilej izboljšal: predvidel je namreč še nekakšno polkroglasto posodo, v kateri bi sedel mornar s teleskopsko čelado, vse skupaj pa bi lebdelo v olju v še eni polkroglasto oblikovani posodi, tako da bi olje nevtraliziralo vpliv guganja ladje in mornarja ohranjalo v stabilnem položaju. Tudi to za Španijo ni bilo dovolj. Vsemu skupaj je nato Galilej dodal še koncept mehanske ure z nihalom in rešitev ponudil Nizozemski, ki je nagrado razpisala leta 1600. A ne Galileju ne Isaacu Newtonu, ki se je ukvarjal izboljševanjem metode z uporabo pozicije Lune glede na zvezde (kar zaradi bližine Lune, ki je v primerjavi z zvezdami zelo svetla, pa še njeno lego je zelo zapleteno natančno izračunati, ni najbolje delovalo), ni uspelo zadovoljivo rešiti problema.

Preden povemo, komu je vendarle uspelo rešiti težavo in osvojiti nagrado – angleški parlament jo je razpisal leta 1714 –, se vrnimo malce nazaj, v leto 1602, ko se je Galilej začel posvečati raziskovanju gibanja nihala, do česar ga je menda pripeljalo zamaknjeno opazovanje nihanja velikega svečnika v katedrali v Pisi. Ugotovil je (in si s tedaj obstoječimi rudimentarnimi metodami merjenja časa to potrdil), da nihaji enako dolgih vrvic, ne glede na njihov največji odmik in maso, ki niha, trajajo enako dolgo. Danes je jasno, da to velja zgolj za majhne odmike nihala, vendar to za naše potrebe ni posebej pomembno: brez takih poenostavitev najbrž nihče ne bi niti pomislil, da bi se dalo z nihalom meriti čas!

Galilej, ki je skupaj s sinom Vincenzom zaman poskušal izdelati uro z nihalom, je že slep v zadnjem letu življenja razvil tudi zaskočni mehanizem za tovrstno uro. Načrte za prvo delujočo uro z nihalom je sicer naredil Christiaan Huygens, nizozemski matematik, ter zanjo leta 1657 dobil tudi patent. Huygens je bil prepričan, da je z natančnim merjenjem časa na ladji mogoče rešiti problem določanja geografske dolžine, a njegove ure zaradi velikih razlik v temperaturi, vlagi, tlaku … in nenehnega guganja ladje takšne natančnosti na dolgih pomorskih potovanjih niso bile sposobne.

Tak inštrument – pomorski oziroma ladijski kronometer – je razvil šele genialni angleški urar John Harrison. Trideset let je trajalo, da je od zelo težkega in precej velikega prvega modela, ki ga je izdelal leta 1735, napredoval do izjemno natančne naprave, ki jo je bilo mogoče držati v dlani. Reklo se ji je H-4 in pisalo se je leto 1759. Kopijo tega inštrumenta, imenovano K1, je na svojem drugem in tretjem potovanju navdušeno in s pridom uporabljal tudi pomorščak James Cook. A zaradi povsem človeških slabosti, ki so posegle v objektivnost odločanja članov odbora (znameniti Board of Longitude), so ostarelega in razočaranega Johna Harrisona nagradili in mu, najpomembneje, priznali rešitev problema – šele po posredovanju kralja Jurija III., leta 1773.

 

Barbara Bizjak

Vir: Delo.si (24.12.2009)

 

  • Share/Bookmark

Še brez komentarjev.