1600-talet var en mycket lyckosam tid för vetenskaperna, med framsteg som gjordes inom områdena fysik, matematik, kemi och naturvetenskap. Under ett århundrades tid observerades flera planeter och månar för första gången, exakta modeller gjordes för att förutsäga planets rörelser, och lagen om universell gravitation utformades.
Mitt i detta sticker namnet på Christiaan Huygens ut bland resten. Som en av de framstående forskarna i sin tid var han ledande i utvecklingen av klockor, mekanik och optik. Och inom astronomifältet upptäckte han Saturnus Ringar och dess största måne - Titan. Tack vare Huygens inspirerades efterföljande generationer av astronomer att utforska det yttre solsystemet, vilket ledde till upptäckten av andra Cronian månar, Uranus och Neptunus under följande århundrade.
Tidigt liv:
Christiaan Huygens föddes i Haag den 14 april 1629 till en rik och inflytelserik holländsk familj. Christiaan var den andra sonen till Constantijn Huygens och Suzanna van Baerle, som uppkallade Christiaan efter sin farfar. Constantijn - en berömd poet, kompositör och rådgivare till House of Orange - var vän med många samtida filosofer, inklusive Galileo Galilei, Marin Mersenne och René Descartes.
Hans fars anslutningar och personliga tillhörigheter gjorde det möjligt för Christiaan att få en omfattande utbildning i konst och vetenskaper och sätta honom på väg att bli en uppfinnare och astronom. Tills han var sexton var Christiaan hemskola och fick en liberal utbildning och studerade språk, musik, historia, geografi, matematik, logik, retorik och även dans, fäktning och ridning.
Utbildning:
1645 skickades Christiaan för att studera lag och matematik vid University of Leiden, i södra Nederländerna. Efter två år fortsatte Huygens sina studier vid den nystiftade College of Orange i Breda, där hans far var kurator, tills han tog examen 1649. Medan hans far hade hoppats att han skulle fortsätta som diplomat, Christiaans intresse för matematik och vetenskaperna var tydliga.
1654 återvände Huygens till sin fars hus i Haag och började helt ägna sig åt forskning. Mycket av detta ägde rum i ett annat hus som hans familj ägde i närheten av Hofwijck, där han tillbringade stora delar av sommaren. Huygens utvecklade ett brett spektrum av korrespondenter vid denna tidpunkt, som inkluderade Mersenne och kretsen av akademiker som han hade omges med i Paris.
År 1655 började Huygens besöka Paris vid flera tillfällen och deltog i debatter som hölls av Montmor Academy - som hade tagit över från Mersenne-kretsen efter hans död 1648. Medan på Montmor Academy förespråkade Huygens den vetenskapliga metoden och experimentet över traditionella ortodoxier och vad han såg som amatöriska attityder.
År 1661 besökte Huygens sitt första besök i England, där han deltog i ett möte i gruppen Gresham College - ett samhälle av forskare som påverkades av den nya vetenskapliga metoden (som uttrycks av Francis Bacon). År 1663 blev Huygens kamrat från Royal Society, som efterträdde Gresham-gruppen, och träffade så inflytelserika forskare som Isaac Newton och Robert Boyle, och engagerade sig i många debatter och diskussioner med andra i deras hem.
1666 flyttade Huygens till Paris och blev en av grundarna av Louis XIV: s nya franska akademiska vetenskapsakademi. Medan han var där, använde han Parisobservatoriet för att göra sina största upptäckter inom astronomifältet (se nedan), bedrev korrespondens med Royal Society och arbetade tillsammans med med astronomen Giovanni Cassini (som upptäckte Saturnus månar Iapetus, Rhea, Tethys och Dione) .
Hans arbete med akademin beviljade honom en pension som är större än någon annan medlem och en lägenhet i dess byggnad. Bortsett från enstaka besök i Holland bodde han i Paris 1666 till 1681 och gjorde bekanta med den tyska matematikern och filosofen Gottfried Wilhelm Leibniz, med vilken han förblev på vänliga villkor resten av livet.
Prestationer inom astronomi:
Från 1652-53 började Huygens studera sfäriska linser ur en teoretisk synvinkel, med det yttersta målet att förstå teleskop. År 1655, i samarbete med sin bror Constantijn, började han slipa och polera sina egna linser och planerade så småningom det som nu kallas Huygenian okularet - ett teleskopstråle bestående av två linser.
Vid 1660-talet gjorde hans arbete med linser honom möjlighet att träffas socialt med Baruch Spinoza - den berömda holländska filosofen, forskaren och rationalisten - som grundade dem professionellt. Med hjälp av dessa förbättringar som han introducerade i linser, som han i sin tur använde för att bygga egna teleskoper, började Huygens studera planeterna, stjärnorna och universum.
1655, med hjälp av ett 50 kraftbrytande teleskop som han designade själv, blev han den första astronomen som identifierade Saturns Rings, som han korrekt mätte formen på fyra år senare. I hans arbeteSystema Saturnium (1659) hävdade han Saturnus var "omgiven av en tunn platt ring, ingenstans vidrörande och lutad till ekliptiken."
Det var också 1655 som han blev den första astronomen som observerade den största av Saturnus månar - Titan. Då namngav han månen Saturni Luna (Latin för ”Saturnus måne”) som han beskrev i sin traktat med titeln De Saturni Luna Observatio Nova (“En ny observation av Saturnus-månen ”).
Samma år använde han sitt moderna teleskop för att observera Orionnebulan och delade framgångsrikt det i olika stjärnor. Han producerade också den första illustrationen av den någonsin - som han också publicerade i Systema Saturnium 1659. På grund av detta fick den ljusare inre regionen namnet Huygenian-regionen till hans ära.
Strax före hans död 1695 slutförde Huygens Cosmotheoros, som publicerades postumt 1698 (på grund av dess ganska kätterska förslag). I den spekulerade Huygens om förekomsten av utomjordiskt liv på andra planeter, som han föreställde sig att likna jordens. Sådana spekulationer var inte ovanliga då, delvis tack vare den kopernikanska (heliocentriska) modellen.
Men Huygens gick mer i detalj och konstaterade att tillgången på vatten i flytande form var avgörande för livet och att egenskaperna hos vatten måste variera från planet till planet för att passa temperaturområdet. Han tog sina observationer av mörka och ljusa fläckar på ytorna till Mars och Jupiter för att vara bevis på vatten och is på dessa planeter.
Han hanterade möjligheten till skriftliga utmaningar och hävdade att utomjordiskt liv varken bekräftades eller förnekades av Bibeln och ifrågasatte varför Gud skulle skapa de andra planeterna om de inte var tänkta att befolkas som jorden. Det var också i denna bok som Huygens publicerade sin metod för att uppskatta stjärnavstånd, baserat på antagandet (senare visat sig vara felaktigt) att alla stjärnor var lika lysande som Solen.
1659 uttalade Huygens också vad som nu är känt som den andra av Newtons rörelselagar i en kvadratisk form. Då härledde han vad som nu är standardformeln för centripetalkraften, utövad av ett objekt som beskriver en cirkulär rörelse, till exempel på strängen som den är fäst till. I matematisk form uttrycks detta som Fc = mv ^ / r, där m objektets massa, v hastigheten och r radien.
Publiceringen av den allmänna formeln för denna kraft 1673 - även om den var relaterad till hans arbete i pendelklockor och inte astronomi (se nedan) - var ett betydande steg för att studera banor i astronomi. Det möjliggjorde övergången från Keplers tredje lag om planetrörelse till gravyrens omvända fyrkantiga lag.
Andra prestationer:
Hans intresse som astronom för en noggrann mätning av tiden ledde också honom till upptäckten av pendeln som en regulator för klockor. Hans uppfinning av pendelklockan, som han prototypade i slutet av 1656, var ett genombrott i tidtagningen, vilket möjliggjorde mer exakta klockor än som fanns tillgängliga vid den tiden.
1657 kontraherade Huygens klocktillverkare i Haag för att bygga sin klocka och ansökte om ett lokalt patent. I andra länder, som Frankrike och Storbritannien, var han mindre framgångsrik, med designers som gick så långt som att stjäla hans design för eget bruk. Huygens publicerade arbete med konceptet garanterade dock att han krediteras uppfinningen. Den äldsta kända pendelklockan i Huygens-stil är daterad 1657 och kan ses på Museum Boerhaave i Leiden (visas ovan).
1673 publicerade Huygens Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum (Pendelklockans teori och design), hans huvudsakliga arbete med pendlar och horologi. I den hanterade han problem som uppkommit av tidigare forskare som ansåg att pendlar inte var isokrona - dvs. deras period beroende på bredden på deras gunga, med breda gungor som tar något längre tid än smala gungor.
Huygens analyserade detta problem med hjälp av geometriska metoder (en tidig användning av kalkylen) och fastställde att tiden det tar är densamma, oavsett utgångspunkt. Dessutom löste han problemet med hur man beräknar perioden för en pendel och beskrev det ömsesidiga förhållandet mellan svängningscentrumet och svängpunkten. I samma arbete analyserade han den koniska pendeln - en vikt på en sladd som rör sig i en cirkel som använder begreppet centrifugalkraft.
Huygens krediteras också för att ha utvecklat en balansfjäderklocka, under samma period som Robert Hooke (1675). Kontroversen om vem som var den första har kvarstått i århundraden, men det tros allmänt att Huygens utveckling skedde oberoende av Hookes.
Huygens minns också för sina bidrag till optiken, särskilt för sin vågteori om ljus. Dessa teorier överfördes först 1678 till Paris Academy of Sciences och publicerades 1690 i hans “Traité de la lumière” (“Avhandling om ljus”). I den argumenterade han för en reviderad version av Descartes vyer, där ljusets hastighet är oändlig och sprids med hjälp av sfäriska vågor som släpps ut längs vågfronten.
År 1690 publicerades Huygens avhandling om allvar, "Discours de la caus de la pesanteur ” (“Diskurs om orsaken till tyngdkraften“), Som innehöll en mekanisk förklaring av tyngdkraften baserad på kartesiska virvlar. Detta representerade ett avvikelse från Newtons tyngdkraftteori, som - trots hans allmänna beundran för Newton - ansågs av Huygens sakna alla matematiska principer.
Andra uppfinningar av Huygens inkluderade hans design av en förbränningsmotor 1680 som slutade med krutt, även om inga prototyper byggdes någonsin. Huygens byggde också tre teleskoper av sin egen design med brännvidden på 37,5, 55 och 64 meter (123, 180 och 210 fot), som senare presenterades för Royal Society.
Död och arv:
Huygens flyttade tillbaka till Haag 1681 efter att ha lidit av en allvarlig anfall av depressiv sjukdom, som hade plågat honom under hela sitt liv. Han försökte återvända till Frankrike 1685, men återkallandet av Edict of Nantes - som tillät fransk protestant (huguenoterna) frihet att utöva sin religion - utesluter detta. När hans far dog 1687, ärvde han Hofwijck, som han gjorde sitt hem året efter.
1689 besökte han sitt tredje och sista besök i England och träffade Isaac Newton ännu en gång för ett utbyte av idéer om rörelse och optik. Han dog i Haag den 8 juli 1695 efter att ha lidit av ohälsa och begravdes i Grote i Sint-Jacobskerk - Great eller St. James Church, en landmärke protestantisk kyrka i Haag.
För sitt livs arbete och bidrag till många vetenskapsområden har Huygen's hedrats på olika sätt. Som ett erkännande för sin tid vid Leiden universitet byggdes Huygens Laboratory, som är hem för universitetets fysikavdelning. Europeiska rymdorganisationen (ESA) skapade också Huygens-byggnaden, som ligger mittemot European Space Research and Technology Center (ESTEC) i Space Business-parken i Noordwijk, Nederländerna.
Radbound University, beläget i Nijmegen, Nederländerna, har också en byggnad uppkallad efter Huygens, som är en av de viktigaste byggnaderna vid universitetets vetenskapsavdelning. Christiaan Huygens College, en gymnasium belägen i Eindhoven, Nederländerna, utnämns också till hans ära, liksom Huygen Scholarship Program - en speciell beurs för internationella och holländska studenter.
Det finns också det okulära okularet med två element för teleskop designade av Huygens, som därför är känt som Huygenian okular. Ett mikroskopbildbehandlingspaket, känt som Huygens Software, utnämndes också för hans ära. För att hedra både Christiaan och hans far, en annan känd holländsk forskare och forskare, skapade Nederländernas nationella Supercomputer-anläggning i Amsterdam Huygens Supercomputer.
Och på grund av hans bidrag till astronomifältet har många himmelobjekt, funktioner och fordon fått sitt namn efter Huygens. Dessa inkluderar Asteroid 2801 Huygens, Huygens-krateret på Mars, och Mons Huygens, ett berg på månen. Och naturligtvis finns det Huygens-sonden, landaren som användes för att undersöka ytan på Titan, som en del av Cassini – Huygens-uppdraget till Saturn.
Space Magazine har många intressanta artiklar om Christiaan Huygens och hans upptäckter. Till exempel, här är en som erkänner Christiaan Huygens 375-årsdag, en artikel om Saturns Moon Titan och detaljer om Huygen's mission och vad den avslöjade om Titans atmosfär.
Astronomy Cast har också en informativ podcast om ämnet, avsnitt 230: Christiaan Huygens och avsnitt 150: Teleskop, nästa nivå
För mer information, kolla in NASA: s undersökningssida för solsystem om Christiaan Huygens och en biografi om Christiaan Huygens.
