UNIVERSIDAD DE CHILE Curso EH2801 Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Prof. José Maza Sancho Departamento de Astronomía 31 Mayo 2016 1.11.01 Biografía: 1.11. Christiaan Huygens (1629-1695). Físico, matemático y astrónomo holandés, Christiaan Huygens nació en La Haya el 14 de Abril de 1629. Hijo de Constantijn Huygens, estadista y literato. Da pruebas desde niño de una inteligencia superior. Ingresa en 1645 a la Universidad de Leiden para iniciar estudios jurídicos y de matemáticas, que continua en el College de Orange en Breda, entre 1647 y 1649, laureándose en Francia en 1655. John Pell fue su instructor en matemáticas en Breda. Combinó en forma excepcional grandes condiciones de teórico y una gran habilidad técnica. Realizó frecuentes viajes a Francia e Inglaterra. En 1663 fue designado miembro de la Royal Society de Londres. Al crearse la Academia francesa de Ciencias, se lo invita a participar en ella, para lo cual se traslada a París en 1666, donde junto con su trabajo en la Academia fue astrónomo del Observatorio de París. Su trayectoria como físico y matemático estuvo coronada por grandes aciertos. Como inventor logró también destacarse. Perfeccionó la bomba neumática, creada por Otto von Guericke. En 1656 inventó el primer reloj de péndulo. En 1665 inventó el resorte espiral, creando el primer reloj de bolsillo. Construyó luego un cronómetro portátil, destinado a facilitar a los marinos la determinación de la longitud geográfica en el mar. En 1685, al ser revocado el Edicto de Nantes (lo que desata una persecución religiosa en contra de los protestantes), decide abandonar Francia para no asistir al triste espectáculo de la intolerancia. Pese a estar en lo personal a salvo de cualquier persecución, decide regresar a su país natal, en donde fallece el 8 de Julio de 1695, como nos dice Desiderio Papp poco después de haberse oscurecido su razón. Huygens sufría de períodos depresivos importantes y fue una de esas depresiones en su casa en Holanda la que lo llevó a la muerte. En 1690 publica en Holanda, su famoso libro de óptica: Traité de la Lumière, que había escrito en Francia. 1.11.02 Obra astronómica: Las contribuciones de Huygens a la Astronomía son muchas y muy importantes. A los 25 años empieza a pulir lentes, ayudado por su hermano, construyendo instrumentos mucho más poderosos que los de Galileo. En 1655 construyó un refractor de 6,5 metros de distancia focal, construyendo más tarde otro de 70 metros. La abertura sin embargo era sólo de 23 centímetros. Sin embargo 23 cm es enorme con relación a los 5 cm de diámetro del lente de Galileo. Estos telescopios aéreos, muy poco prácticos, se manejaban mediante mástiles y aparejos. Huygens perfeccionó el ocular del telescopio. El ocular de Kepler consistía en una lente simple plano-convexa. El 1
ocular de Huygens consiste en dos lentes plano-convexas una de mayor diámetro y mayor distancia focal (lente de campo) y una segunda de menor diámetro y de distancia focal igual a la mitad de la lente de campo (llamada lente de ojo). El ocular de Huygens representa un gran adelanto para el telescopio astronómico. El 25 de Marzo de 1655 Huygens descubre Titán, el mayor y más brillante satélite de Saturno. Titán es un satélite muy especial pues es el segundo más grande del Sistema Solar (tiene 5.150 kilómetros de diámetro, 270 kilómetros más que el diámetro de Mercurio y es superado como satélite sólo por Ganímedes, satélite de Júpiter, con 5.260 km de diámetro). Titán es el único satélite que posee atmósfera como fuera descubierto en 1944 por el astrónomo Gerard P. Kuiper. Saturno posee un gran número de satélites que hoy totalizan 62, solo 13 de los cuales tienen diámetros mayores a 50 kilómetros. Huygens con su telescopio pudo fácilmente haber descubierto varios satélites más, pero una idea preconcebida se lo impidió. Pensó que el número de satélites en el sistema solar no podía superar al número de planetas. Así, con Titán, el sexto satélite, se completaba el número. 2
Sin embargo, sus estudios sobre Saturno sí le posibilitaron desentrañar la verdadera naturaleza del cuerpo triple del planeta. Observaciones de Saturno hechas por Huygens en el invierno de 1655/1656 le permitieron explicarlo como un planeta rodeado por un anillo que lo circunda en su plano ecuatorial, de gran extensión radial pero muy delgado y que no toca al planeta en ninguna parte. El anillo es circular aunque desde la Tierra se ve elíptico; mide 280.000 kilómetros de diámetro exterior y sólo unos 15 kilómetros de espesor. La inclinación del anillo, con respecto a la órbita del planeta en torno al Sol, es de 27, de modo que el aspecto que presenta el anillo, visto desde la Tierra, cambia durante el período de revolución. Su minúsculo espesor hace que cuando está visto de canto, lo que ocurre cada quince años, se ve sólo una línea de luz. En el 2002 estuvo por última vez en su momento de visión más favorable; en el año 2010 el anillo estuvo de canto, desapareciendo de la visión para telescopios pequeños. Para el 2017 el anillo se Saturno volverá a verse muy bien. 3
Saturno y sus sistema de anillos, vistos bajo diferentes ángulos a lo largo de su órbita. La división de Cassini separa el anillo en una externo y otro interno, más brillante. 4
Huygens, en el año de 1656, descubrió la nebulosa de Orión, una de las nebulosas gaseosas más brillantes que se pueden contemplar en el cielo. Este fue un descubrimiento muy importante pues sólo se conocía otra nebulosa, la nebulosa de Andrómeda. Esta última fue descubierta por el astrónomo alemán Simon Mayer (1570-1624) en el año 1612; la nebulosa de Andrómeda es visible a ojo desnudo (desde el hemisferio norte) y había sido notada por los astrónomos árabes en el siglo décimo. La nebulosa de Orión había sido observada antes que Huygens por J. B. Cysatus en 1618, pero fue redescubierta por Huygens. Dibujos de Saturno y su anillo, hechos por C. Huygens 5
Con su refractor Huygens también estudió el planeta Marte, descubriendo manchas oscuras sobre el disco del planeta (Syrtis Major), que le permitieron comprobar que el período de rotación no se aparta demasiado de 24 horas. También detectó los casquetes polares marcianos. En 1656 inventó, patentando en 1657, el reloj de péndulo. Agregó un péndulo a un reloj impulsado por pesas, de modo que el reloj mantiene en movimiento al péndulo y éste regula la marcha de aquel. En el tratado que publicó en 1673 Horologium Oscillatorium presenta importantes aspectos de la teoría del péndulo. Presenta la fórmula del péndulo: P = 2π l g la cual constituye un método práctico para medir la aceleración de gravedad y sus variaciones con la altura y la latitud. 6
Mecanismo de escape en forma de ancla de un reloj de péndulo. El ancla h está solidaria al péndulo. Cuando un lado del ancla libera un diente de la rueda la parte opuesta del ancla traba la rueda. Cuando el péndulo se devuelve, ese lado del ancla libera la rueda pero la engancha el otro lado. De ese modo la rueda dentada avanza un diente por cada oscilación completa del péndulo. Si éste tiene un longitud de 25 centímetros, entonces la rueda avanza un diente por segundo. Si tiene 1 metro, avanza un diente cada dos segundos. Hay diversos tipos de escapes para un reloj de péndulo pero la idea básica es de Huygens. Los siete grandes satélites del sistema solar. 7
Entre sus escritos inéditos se encontró un librito de corte especulativo, titulado Cosmotheoros (Contemplador del Universo) donde expone sus conjeturas respecto a habitantes de otros planetas y los aspectos que ofrecería el cielo a estos hipotéticos seres de mundos lejanos. Contiene, sin embargo, algunas acertadas predicciones. Acerca de la Luna, reconoce que el satélite terrestre no posee atmósfera y también que sus mares, las manchas oscuras de su superficie, carecen de agua. Plantea además que el Sol es una estrella como muchas otras y procura determinar la distancia a Sirio (la estrella más brillante a simple vista) comparando su brillo con el del Sol. Para ese fin reduce la cantidad de luz solar que entra a su telescopio hasta hacerla igual a la luz que recibe de Sirio. El resultado que obtiene es que Sirio debe estar 27.000 veces más alejado que el Sol, supuestas ambas estrellas iguales. Pese a ser una estimación que sólo corresponde a un 5% del valor real, tiene el mérito de haber sido el primer intento de medir la distancia a las estrellas, por un procedimiento fotométrico. Pone además de manifiesto lo muy alejadas que se encuentran las estrellas. 8
1.11.03 Christiaan Huygens y la Óptica: En su obra Traité de la Lumière Huygens desarrolla la teoría ondulatoria de la luz que había sido planteada ante la Academia de Ciencias de Francia en 1678. El gran Isaac Newton había postulado una teoría corpuscular para explicar la naturaleza de la luz y bajo la tremenda influencia intelectual de Newton la teoría de Huygens, totalmente diferente, fue olvidada por mucho tiempo, hasta comienzos del siglo XIX, donde los experimentos de interferencia de Thomas de Young de 1801 le dieron un renovado impulso a la teoría ondulatoria. Huygens había hablado de ondas longitudinales que tiene problemas pues no explican la birrefringencia pero las ondas transversales la explican perfectamente junto con el experimento de Young. La historia no puede olvidar que Christiaan Huygens, con su óptica, llega más lejos en profundidad conceptual que su insigne rival inglés. Dibujo de Saturno presentado en el Cosmotheoros de Huygens BIBLIOGRAFIA: G. Abetti, "Historia de la Astronomía", Fondo de Cultura Económica, Breviario#119, México, 1956. F. Arago, "Grandes Astrónomos Anteriores a Newton", Espasa-Calpe, Buenos Aires, 1962. F. Hoyle, "Astronomy", Crescent Books, Londres, 1962. C. Huygens, Cosmotheoros, Jekill & Jill, Zaragoza, 2015. P. Moore, "Astronomía", Vergara, Barcelona, 1963. D. Papp y J. Babini, "Panorama General de Historia de la Ciencia", Vol. VII, EspasaCalpe, B. Aires, 1954. 9