17. století bylo velmi příznivou dobou pro vědy, s pokroky v oblasti fyziky, matematiky, chemie a přírodních věd. Ale bylo to možná v oblasti astronomie, kde bylo dosaženo největších úspěchů. Během jednoho století bylo poprvé pozorováno několik planet a měsíců, byly vyrobeny přesné modely pro předpovídání pohybů planet a byl pojat zákon univerzální gravitace.
Uprostřed toho mezi ostatními vyniká jméno Christiaan Huygens. Jako jeden z předních vědců své doby byl stěžejní ve vývoji hodin, mechaniky a optiky. A v oblasti astronomie objevil Saturnovy prstence a jeho největší měsíc – Titan . Díky Huygensovi byly následující generace astronomů inspirovány k průzkumu vnější sluneční soustavy, což vedlo k objevu dalších cronských měsíců, Uranu a Neptunu v následujícím století.
Raný život:
Christiaan Huygens se narodil v Haagu 14. dubna 1629 v bohaté a vlivné holandské rodině. Christiaan byl druhým synem Constantijna Huygense a Suzanny van Baerle, kteří pojmenovali Christiaana po svém dědečkovi z otcovy strany. Constantijn – slavný básník, skladatel a poradce Domu Orange – se přátelil s mnoha současnými filozofy, včetně Galileo Galilei , Marin Mersenne a René Descartes.
Otcovy kontakty a osobní vztahy umožnily Christiaanovi získat komplexní vzdělání v umění a vědách a postavily ho na cestu k tomu, aby se stal vynálezcem a astronomem. Až do svých šestnácti let se Christiaan vzdělával doma a dostával liberální vzdělání, studoval jazyky, hudbu, historii, zeměpis, matematiku, logiku, rétoriku a také tanec, šerm a jízdu na koni.
Portrét Constantijna Huygense (1596-1687) od Caspara Netschera (1672). Kredit: Rijksmuseum Amsterdam
Vzdělávání:
V roce 1645 byl Christiaan poslán studovat práva a matematiku na univerzitě Univerzita v Leidenu , na jihu Nizozemska. Po dvou letech Huygens pokračoval ve studiu na nově založené College of Orange v Bredě, kde byl jeho otec kurátorem, až do promoce v roce 1649. Zatímco jeho otec doufal, že se stane diplomatem, Christiaanův zájem o matematiku a vědy byly zřejmé.
V roce 1654 se Huygens vrátil do domu svého otce v Haagu a začal se plně věnovat výzkumu. Většina z toho se odehrála v jiném domě, který jeho rodina vlastnila v nedalekém Hofwijcku, kde trávil velkou část léta. Huygens v této době vyvinul širokou škálu korespondentů, mezi něž patřil i Mersenne a okruh akademiků, kterými se obklopil v Paříži.
V roce 1655 začal Huygens při různých příležitostech navštěvovat Paříž a účastnil se debat pořádaných Montmorskou akademií – která převzala vedení z okruhu Mersenne po jeho smrti v roce 1648. Během pobytu na Montmorské akademii Huygens obhajoval vědeckou metodu a experimentování před tradičními ortodoxie a to, co považoval za amatérské postoje.
V roce 1661 Huygens poprvé navštívil Anglii, kde se zúčastnil setkání skupiny Gresham College – společnosti vědců ovlivněných novou vědeckou metodou (jak ji zastával Francis Bacon). V roce 1663 se Huygens stal Fellow of the královská společnost , která následovala Gresham Group, a setkala se s tak vlivnými učenci jako Isaac Newton a Robert Boyle, kteří se zapojují do mnoha debat a diskuzí s ostatními podobnými.
Leiden University, jedna z nejstarších vzdělávacích institucí v Nizozemsku, kde Huygens studoval v letech 1645 až 1649. Kredit: strw.leidenuniv.nl
V roce 1666 se Huygens přestěhoval do Paříže a stal se jedním ze zakládajících členů Ludvíka XIV. Francouzská akademie věd . Zatímco tam byl, použil Pařížská observatoř učinil své největší objevy na poli astronomie (viz níže), vedl korespondenci s Královskou společností a spolupracoval s kolegou astronomem Giovannim Cassinim (který objevil Saturnovy měsíce Iapetus , Rhea , Tethys a Dione ).
Spolupráce s Akademií mu zajistila vyšší důchod než kterýkoli jiný člen a byt v její budově. Kromě občasných návštěv Holandska žil v letech 1666 až 1681 v Paříži a seznámil se s německým matematikem a filozofem Gottfriedem Wilhelmem Leibnizem, s nímž udržoval přátelské vztahy po zbytek života.
Úspěchy v astronomii:
V letech 1652-53 začal Huygens studovat sférické čočky z teoretického hlediska s konečným cílem porozumět dalekohledům. V roce 1655 začal ve spolupráci se svým bratrem Constantijnem brousit a leštit své vlastní čočky a nakonec navrhl to, čemu se dnes říká Huygenův okulár – teleskopický okulár sestávající ze dvou čoček.
V 60. letech 17. století mu práce s čočkami umožnila společenské setkání s Baruchem Spinozou – slavným holandským filozofem, vědcem a racionalistou – který je profesně uzemnil. Pomocí těchto vylepšení, která zavedl do čoček, které zase použil ke stavbě vlastních teleskopů, začal Huygens studovat planety, hvězdy a vesmír.
Ilustrace beztubusového dalekohledu od Christiaana Huygense „Složené dalekohledy bez tubusu“ (1684). Kredit: phys.uu.nl
V roce 1655 se pomocí 50 výkonového refrakčního dalekohledu, který sám navrhl, stal prvním astronomem, který identifikoval Saturnovy prstence, jejichž tvar o čtyři roky později správně odhadl. Ve své práci Systema Saturnium (1659) tvrdil, že Saturn je „obklopen tenkým plochým prstencem, který se nikde nedotýká, a je nakloněný k ekliptice“.
Bylo to také v roce 1655, kdy se stal prvním astronomem, který pozoroval největší ze Saturnových měsíců – Titan . V té době pojmenoval měsícSaturn Měsíc(latinsky „Saturnův měsíc“), kterou popsal ve svém traktu s názvem De Saturni Luna Observatio Nova ('Nové pozorování Saturnova měsíce“).
Ve stejném roce použil svůj moderní dalekohled k pozorování mlhoviny v Orionu a úspěšně ji rozdělil na různé hvězdy. Vytvořil také vůbec první jeho ilustraci – kterou také publikoval vSystema Saturniumv roce 1659. Z tohoto důvodu byla jasnější vnitřní oblast pojmenovánaHuygenská oblastna jeho počest.
Krátce před svou smrtí v roce 1695 dokončil Huygens Cosmotheoros , která byla vydána posmrtně v roce 1698 (kvůli svým spíše kacířským propozicím). Huygens v něm spekuloval o existenci mimozemského života na jiných planetách, o kterých si představoval, že budou podobné tomu na Zemi. Takové spekulace nebyly v té době neobvyklé, částečně díky koperníkovskému (heliocentrickému) modelu.
Diagram ukazující, jak se nám Saturnův vzhled mění v důsledku měnících se poloh Země (E) a Saturnu, když obíhají kolem Slunce (G), z Huygenova Systema Saturnium (1659). Kredit: sil.su.edu
Huygens však zašel do větších podrobností a uvedl, že dostupnost vody v kapalné formě je pro život nezbytná a že vlastnosti vody se musí lišit planetu od planety, aby vyhovovaly teplotnímu rozsahu. Svá pozorování tmavých a jasných skvrn na povrchu Marsu a Jupiteru považoval za důkaz vody a ledu na těchto planetách.
Když se zabýval možností biblických výzev, tvrdil, že mimozemský život Bible ani nepotvrdila, ani nevyvrátila, a ptal se, proč by Bůh stvořil jiné planety, kdyby neměly být osídleny jako Země. V této knize také Huygens publikoval svou metodu pro odhad hvězdných vzdáleností, založenou na předpokladu (později se ukázal jako nesprávný), že všechny hvězdy byly stejně svítivé jako Slunce.
V roce 1659 Huygens také uvedl to, co je nyní známé jako druhý z Newtonovy pohybové zákony v kvadratické formě. V té době odvodil to, co je nyní standardním vzorcem pro dostředivou sílu, vyvíjenou objektem popisujícím kruhový pohyb, například na struně, ke které je připojen. V matematické formě je to vyjádřeno jakoFc = mv²/r, kde m hmotnost předmětu, v rychlost a r poloměr.
Zveřejnění obecného vzorce pro tuto sílu v roce 1673 – i když souviselo s jeho prací v kyvadlových hodinách a ne s astronomií (viz níže) – bylo významným krokem ve studiu orbit v astronomii. Umožnil přechod z Třetí Keplerov zákon pohybu planet na inverzní čtverec gravitačního zákona.
Další úspěchy:
Jeho zájem jako astronoma o přesné měření času ho také přivedl k objevu kyvadla jako regulátoru hodin. Jeho vynález kyvadlových hodin, které prototypoval do konce roku 1656, byl průlom v měření času a umožňoval přesnější hodiny, než byly v té době k dispozici.
Kyvadlové hodiny s pružinou, navržené Huygensem, a kopie Horologium Oscillatorium. Kredit: Museum Boerhaave, Leiden/Rob Koopman
V roce 1657 uzavřel Huygens smlouvu s výrobcem hodin v Haagu, aby sestrojili jeho hodiny, a požádal o místní patent. V jiných zemích, jako je Francie a Británie, byl méně úspěšný, designéři šli tak daleko, že ukradli jeho design pro vlastní potřebu. Huygenova publikovaná práce na konceptu však zajistila, že je za vynález připsán. Nejstarší známé kyvadlové hodiny v Huygensově stylu jsou datovány rokem 1657 a lze je vidět v Museum Boerhaave v Leidenu (viz výše).V roce 1673 vydal Huygens Oscilační hodiny nebo pohyb kyvadla (Teorie a konstrukce kyvadlových hodin), jeho hlavní dílo o kyvadlech a horologii. Zabýval se v ní problémy, na které upozornili předchozí vědci, kteří nepovažovali kyvadla za izochronní – tedy jejich periodu závislou na šířce jejich výkyvu, přičemž široké výkyvy trvají o něco déle než úzké výkyvy.
Huygens analyzoval tento problém pomocí geometrických metod (první použití kalkulu) a zjistil, že čas, který to trvá, je stejný, bez ohledu na jeho výchozí bod. Dále řešil problém, jak vypočítat periodu kyvadla, popisující vzájemný vztah mezi středem kmitání a otočným bodem. Ve stejné práci analyzoval kónické kyvadlo – závaží na šňůře pohybující se po kruhu, které využívá koncept odstředivé síly.
Huygens je také oceněn za vývoj bilančních pružinových hodinek ve stejném období jako Robert Hooke (1675). Kontroverze o tom, kdo byl první, přetrvává po staletí, ale obecně se má za to, že Huygenův vývoj probíhal nezávisle na Hookově.
Huygens Systema Saturna, s titulní stránkou zobrazenou vpravo a jeho ilustrací Saturnových prstenců vlevo. Kredit: sil.si.edu
Huygens je také připomínán pro jeho příspěvky k optice, zejména pro jeho vlnovou teorii světla. Tyto teorie byly poprvé sděleny v roce 1678 Pařížské akademii věd a byly publikovány v roce 1690 v jeho' Pojednání o světle '('Pojednání o světle“). V něm argumentoval revidovanou verzí Descartových názorů, ve kterých je rychlost světla nekonečná a šíří se pomocí sférických vln vyzařovaných podél čela vlny.
V roce 1690 také vyšlo Huygenovo pojednání o gravitaci, „ Diskuse o příčině gravitace '('Diskuse o příčině gravitace“), který obsahoval mechanické vysvětlení gravitace založené na karteziánských vírech. To představovalo odklon od Newtonovy teorie gravitace, kterou – navzdory jeho obecnému obdivu k Newtonovi – Huygen považoval za postrádající jakýkoli matematický princip.
Mezi další Huygensovy vynálezy patřila jeho konstrukce spalovacího motoru z roku 1680, který se spotřeboval na střelný prach, ačkoliv nebyly nikdy postaveny žádné prototypy. Huygens také postavil tři dalekohledy vlastní konstrukce s ohniskovými vzdálenostmi 37,5, 55 a 64 metrů (123, 180 a 210 stop), které byly později předloženy Královské společnosti.
Smrt a dědictví:
Huygens se přestěhoval zpět do Haagu v roce 1681 poté, co trpěl vážným záchvatem depresivní nemoci, která ho sužovala po celý život. Pokoušel se vrátit do Francie v roce 1685, ale odvolání ediktu z Nantes – který umožňoval francouzským protestantům (hugenotům) svobodu praktikovat své náboženství – to vylučovalo. Když jeho otec v roce 1687 zemřel, zdědil Hofwijck, ze kterého se následující rok stal domovem.
Dům Hofwijck, domov Christiaana Huygense od roku 1688 až do jeho smrti v roce 1695. Kredit: Wikipedia Commons/Jane023
V roce 1689 podnikl svou třetí a poslední návštěvu Anglie, kde se znovu setkal s Isaacem Newtonem, aby si vyměnil nápady na pohyb a optiku. Zemřel v Haagu 8. července 1695 poté, co trpěl špatným zdravím, a byl pohřben v Grote of Sint-Jacobskerk – Great nebo St. James Church, významném protestantském kostele v Haagu.
Za své celoživotní dílo a příspěvky do mnoha oblastí vědy byl Huygen’s oceněn mnoha různými způsoby. Jako uznání za jeho čas na Leiden University, Laboratoř Huygens byla postavena, která je domovem katedry fyziky univerzity. Evropská kosmická agentura (ESA) také vytvořila budovu Huygens, která se nachází naproti Evropské vesmírné výzkumné a technologické centrum (ESTEC) ve Space Business parku v Noordwijku v Nizozemsku.
Radbound University , která se nachází v nizozemském Nijmegenu, má také budovu pojmenovanou po Huygensovi, která je jednou z hlavních budov vědeckého oddělení univerzity. The Vysoká škola Christiana Huygense , střední škola se sídlem v Eindhovenu v Nizozemsku, je také pojmenována na jeho počest, stejně jako Huygen Scholarship Program – speciální stipendium pro mezinárodní a nizozemské studenty.
Existuje také dvouprvkový okulár pro dalekohledy navržené Huygensem, který je proto známý jako Huygenův okulár. Na jeho počest byl také pojmenován balíček pro zpracování mikroskopického obrazu, známý jako Huygens Software. Na počest jak Christiaana, tak jeho otce, dalšího renomovaného holandského učence a vědce Nizozemský národní superpočítač zařízení v Amsterdamu vytvořilo superpočítač Huygens.
A díky jeho přínosu na poli astronomie bylo po Huygensovi pojmenováno mnoho nebeských objektů, útvarů a vozidel. Tyto zahrnujíAsteroid 2801 Huygens, kráter Huygens na Marsu a Mons Huygens, hora na Měsíci. A samozřejmě existuje Huygensova sonda , lander používaný k průzkumu povrchu Titanu, jako součást Cassini – Huygens mise k Saturnu.
Universe Today má mnoho zajímavých článků o Christiaanu Huygensovi a jeho objevech. Zde je například jedno uznání 375. výročí narození Christiaana Huygense , článek o Saturnově Měsíci Titan a podrobnosti o Huygenova mise a o čem to prozradilo Atmosféra Titanu .
Astronomy Cast má také několik informativních podcastů na toto téma, Epizoda 230: Christiaan Huygens a Episode 150: Telescopes, the Next Level
Pro více informací se podívejte na stránku NASA Solar System Exploration Christian Huygens a životopis Christiaana Huygense .