Wer war Christian Huygens?

Das 17. Jahrhundert war eine sehr vielversprechende Zeit für die Wissenschaften mit Fortschritten in den Bereichen Physik, Mathematik, Chemie und Naturwissenschaften. Aber vielleicht wurden die größten Errungenschaften auf dem Gebiet der Astronomie erzielt. Innerhalb eines Jahrhunderts wurden erstmals mehrere Planeten und Monde beobachtet, genaue Modelle zur Vorhersage der Planetenbewegungen erstellt und das Gesetz der universellen Gravitation erfunden.

Dazwischen sticht der Name Christiaan Huygens hervor. Als einer der herausragenden Wissenschaftler seiner Zeit war er maßgeblich an der Entwicklung von Uhren, Mechanik und Optik beteiligt. Und auf dem Gebiet der Astronomie entdeckte er Saturns Ringe und sein größter Mond – Titan . Dank Huygens wurden nachfolgende Generationen von Astronomen dazu inspiriert, das äußere Sonnensystem zu erforschen, was im folgenden Jahrhundert zur Entdeckung anderer kronischer Monde, Uranus und Neptun führte.

Frühen Lebensjahren:

Christiaan Huygens wurde am 14. April 1629 in Den Haag als Sohn einer reichen und einflussreichen niederländischen Familie geboren. Christiaan war der zweite Sohn von Constantijn Huygens und Suzanna van Baerle, die Christiaan nach seinem Großvater väterlicherseits benannte. Constantijn – ein berühmter Dichter, Komponist und Berater des Hauses Oranien – war mit vielen zeitgenössischen Philosophen befreundet, darunter Galileo Galilei , Marin Mersenne und René Descartes.

Die Verbindungen und persönlichen Verbindungen seines Vaters ermöglichten Christiaan eine umfassende Ausbildung in den Künsten und Wissenschaften und machten ihn auf den Weg, ein Erfinder und Astronom zu werden. Bis zu seinem sechzehnten Lebensjahr wurde Christiaan zu Hause unterrichtet und erhielt eine liberale Ausbildung. Er studierte Sprachen, Musik, Geschichte, Geographie, Mathematik, Logik, Rhetorik sowie Tanz, Fechten und Reiten.

Porträt von Constantijn Huygens (1596-1687) von Caspar Netscher (1672). Bildnachweis: Rijksmuseum Amsterdam

Ausbildung:

Im Jahr 1645 wurde Christiaan zum Studium der Rechtswissenschaften und Mathematik an die geschickt Universität Leiden , im Süden der Niederlande. Nach zwei Jahren setzte Huygens sein Studium am neugegründeten College of Orange in Breda fort, wo sein Vater Kurator war, bis er 1649 seinen Abschluss machte und die Wissenschaften waren offensichtlich.

1654 kehrte Huygens in das Haus seines Vaters in Den Haag zurück und widmete sich ganz der Forschung. Vieles davon fand in einem anderen Haus seiner Familie im nahe gelegenen Hofwijck statt, wo er einen Großteil des Sommers verbrachte. Huygens entwickelte in dieser Zeit einen breiten Korrespondentenkreis, zu dem auch Mersenne und der Akademikerkreis, mit dem er sich in Paris umgeben hatte, gehörten.

Ab 1655 besuchte Huygens mehrmals Paris und nahm an Debatten der Montmor-Akademie teil, die nach seinem Tod im Jahr 1648 den Mersenne-Kreis abgelöst hatte. Während seiner Zeit an der Montmor-Akademie befürwortete Huygens die wissenschaftliche Methode und das Experimentieren gegenüber traditionellen Orthodoxien und das, was er als dilettantische Haltung ansah.

Im Jahr 1661 unternahm Huygens seinen ersten Besuch in England, wo er an einem Treffen der Gresham College-Gruppe teilnahm – einer Gesellschaft von Wissenschaftlern, die von der neuen wissenschaftlichen Methode (wie sie von Francis Bacon unterstützt wurde) beeinflusst wurde. 1663 wurde Huygens Fellow of the königliche Gesellschaft , das der Gresham-Gruppe nachfolgte, und traf so einflussreiche Gelehrte wie Isaac Newton und Robert Boyle, die sich an vielen Debatten und Diskussionen mit anderen ihresgleichen beteiligen.

Universität Leiden, eine der ältesten Bildungseinrichtungen der Niederlande, an der Huygens von 1645 bis 1649 studierte. Kredit: strw.leidenuniv.nl

1666 zog Huygens nach Paris und wurde eines der Gründungsmitglieder von Ludwig XIV Französische Akademie der Wissenschaften . Dort benutzte er die Pariser Observatorium um seine größten Entdeckungen auf dem Gebiet der Astronomie zu machen (siehe unten), führte Korrespondenz mit der Royal Society und arbeitete mit seinem Astronomenkollegen Giovanni Cassini (der die Saturnmonde entdeckte) zusammen Iapetus , Rhea , Tethys und Dion ).

Seine Arbeit bei der Akademie verschaffte ihm eine höhere Rente als jedes andere Mitglied und eine Wohnung in ihrem Gebäude. Neben gelegentlichen Besuchen in Holland lebte er von 1666 bis 1681 in Paris und lernte den deutschen Mathematiker und Philosophen Gottfried Wilhelm Leibniz kennen, mit dem er zeitlebens freundschaftlich verbunden blieb.

Erfolge in Astronomie:

Von 1652-53 begann Huygens, sphärische Linsen aus theoretischer Sicht zu studieren, mit dem ultimativen Ziel, Teleskope zu verstehen. 1655 begann er in Zusammenarbeit mit seinem Bruder Constantijn, seine eigenen Linsen zu schleifen und zu polieren und entwarf schließlich das sogenannte Huygenian-Okular – ein Teleskopokular, das aus zwei Linsen besteht.

In den 1660er Jahren ermöglichte ihm seine Arbeit mit Objektiven eine gesellschaftliche Begegnung mit Baruch Spinoza – dem berühmten niederländischen Philosophen, Gelehrten und Rationalisten – der sie professionell begründete. Mit diesen Verbesserungen, die er in Objektiven einführte, die er wiederum zum Bau eigener Teleskope verwendete, begann Huygens, die Planeten, Sterne und das Universum zu studieren.

Illustration eines schlauchlosen Teleskops aus Christiaan Huygens „Compound Telescopes Without a Tube“ (1684). Bildnachweis: phys.uu.nl

Im Jahr 1655 identifizierte er mit einem selbst konstruierten 50-fach Brechteleskop als erster Astronom Saturnringe, deren Form er vier Jahre später richtig einschätzte. In seiner Arbeit Systema Saturnium (1659) behauptete er, Saturn sei „von einem dünnen flachen Ring umgeben, der sich nirgendwo berührt und zur Ekliptik geneigt ist“.

1655 beobachtete er als erster Astronom den größten Saturnmond – Titan . Damals nannte er den MondSaturn Mond(lateinisch für „Saturns Mond“), die er in seinem Traktat mit dem Titel . beschrieb De Saturni Luna Observatio Nova ('Eine neue Beobachtung des Saturnmonds“).

Im selben Jahr beobachtete er mit seinem modernen Teleskop den Orionnebel und unterteilte ihn erfolgreich in verschiedene Sterne. Er produzierte auch die allererste Illustration davon – die er auch in . veröffentlichteSystema Saturniumim Jahr 1659. Aus diesem Grund wurde die hellere Innenregion als bezeichnetHuygenian-Regionzu seiner Ehre.

Kurz vor seinem Tod im Jahr 1695 vollendete Huygens Kosmotheoros , das 1698 (aufgrund seiner eher ketzerischen Aussagen) posthum veröffentlicht wurde. Darin spekulierte Huygens über die Existenz außerirdischen Lebens auf anderen Planeten, das seiner Meinung nach dem der Erde ähneln würde. Solche Spekulationen waren zu dieser Zeit keine Seltenheit, auch dank des kopernikanischen (heliozentrischen) Modells.

Diagramm, das zeigt, wie sich Saturns Erscheinung für uns aufgrund der sich ändernden Positionen der Erde (E) und des Saturns ändert, während sie die Sonne (G) umkreisen, von Huygens Systema Saturnium (1659). Bildnachweis: sil.su.edu

Huygens ging jedoch näher darauf ein und erklärte, dass die Verfügbarkeit von Wasser in flüssiger Form für das Leben unerlässlich sei und dass die Eigenschaften von Wasser von Planet zu Planet variieren müssen, um dem Temperaturbereich gerecht zu werden. Er nahm seine Beobachtungen von dunklen und hellen Flecken auf den Oberflächen von Mars und Jupiter als Beweis für Wasser und Eis auf diesen Planeten.

Er sprach die Möglichkeit von Herausforderungen durch die Bibel an und argumentierte, dass außerirdisches Leben von der Bibel weder bestätigt noch geleugnet wurde, und stellte die Frage, warum Gott die anderen Planeten erschaffen würde, wenn sie nicht wie die Erde bevölkert wären. In diesem Buch veröffentlichte Huygens auch seine Methode zur Schätzung von Sternentfernungen, basierend auf der Annahme (die sich später als falsch herausstellte), dass alle Sterne so leuchtend wie die Sonne waren.

Im Jahr 1659 erklärte Huygens auch, was heute als zweiter von . bekannt ist Newtons Bewegungsgesetze in quadratischer Form. Er leitete damals die heute übliche Formel für die Zentripetalkraft ab, die ein Objekt ausübt, das eine Kreisbewegung beschreibt, beispielsweise auf die Schnur, an der es befestigt ist. In mathematischer Form wird dies ausgedrückt alsFc = mv²/r, wobei m die Masse des Objekts, v die Geschwindigkeit und r der Radius ist.

Die Veröffentlichung der allgemeinen Formel für diese Kraft im Jahr 1673 – obwohl sie sich auf seine Arbeit an Pendeluhren und nicht auf die Astronomie bezieht (siehe unten) – war ein bedeutender Schritt bei der Untersuchung von Bahnen in der Astronomie. Es ermöglichte den Übergang von Das dritte Keplersche Gesetz der Planetenbewegung zum inversen quadratischen Gravitationsgesetz.

Andere Leistungen:

Sein Interesse als Astronom an der genauen Zeitmessung führte ihn auch zur Entdeckung des Pendels als Regulator für Uhren. Seine Erfindung der Pendeluhr, die er Ende 1656 als Prototyp herstellte, war ein Durchbruch in der Zeitmessung, da sie genauere Uhren ermöglichte, als sie zu dieser Zeit verfügbar waren.

Federbetriebene Pendeluhr, entworfen von Huygens, und Kopie des Horologium Oscillatorium. Bildnachweis: Museum Boerhaave, Leiden/Rob Koopman

1657 beauftragte Huygens Uhrmacher in Den Haag mit dem Bau seiner Uhr und meldete ein lokales Patent an. In anderen Ländern wie Frankreich und Großbritannien war er weniger erfolgreich und Designer gingen sogar so weit, sein Design für den eigenen Gebrauch zu stehlen. Huygens veröffentlichte Arbeit zum Konzept sorgte jedoch dafür, dass ihm die Erfindung zugeschrieben wird. Die älteste bekannte Pendeluhr im Huygens-Stil stammt aus dem Jahr 1657 und ist im Museum Boerhaave in Leiden zu sehen (siehe oben).

1673 veröffentlichte Huygens Eine schwingende Uhr oder die Bewegung eines Pendels (Theorie und Design der Pendeluhr), sein Hauptwerk über Pendel und Uhrmacherei. Darin ging er auf Probleme früherer Wissenschaftler ein, die Pendel als nicht isochron betrachteten – d. h. ihre Periode hängt von der Breite ihres Schwungs ab, wobei weite Schwingungen etwas länger dauern als schmale Schwingungen.

Huygens analysierte dieses Problem mit geometrischen Methoden (einer frühen Anwendung der Infinitesimalrechnung) und stellte fest, dass die dafür benötigte Zeit unabhängig vom Ausgangspunkt gleich ist. Außerdem löste er das Problem der Berechnung der Pendelperiode, indem er die wechselseitige Beziehung zwischen dem Schwingungszentrum und dem Drehpunkt beschrieb. In derselben Arbeit analysierte er das konische Pendel – ein Gewicht auf einer sich im Kreis bewegenden Schnur, das den Begriff der Fliehkraft verwendet.

Huygens wird auch die Entwicklung einer Spiralfederuhr zugeschrieben, in der gleichen Zeit wie Robert Hooke (1675). Die Kontroverse darüber, wer der Erste war, hält seit Jahrhunderten an, aber es wird allgemein angenommen, dass Huygens Entwicklung unabhängig von Hookes Entwicklung stattgefunden hat.

Huygens Systema Saturna, mit der Titelseite rechts und seiner Illustration der Saturnringe links. Bildnachweis: sil.si.edu

Huygens ist auch für seine Beiträge zur Optik bekannt, insbesondere für seine Wellentheorie des Lichts. Diese Theorien wurden erstmals 1678 der Pariser Akademie der Wissenschaften mitgeteilt und 1690 in seinem . veröffentlicht' Abhandlung über Licht '('Abhandlung über Licht“). Darin argumentierte er für eine überarbeitete Version der Descartes-Ansichten, in der die Lichtgeschwindigkeit unendlich ist und sich mittels Kugelwellen ausbreitet, die entlang der Wellenfront emittiert werden.

Ebenfalls 1690 veröffentlicht wurde Huygens Abhandlung über die Schwerkraft: Diskurs über die Ursache der Schwerkraft '('Diskurs über die Ursache der Schwerkraft“), die eine mechanische Erklärung der Schwerkraft basierend auf kartesischen Wirbeln enthielt. Dies stellte eine Abkehr von Newtons Gravitationstheorie dar, die Huygen – trotz seiner allgemeinen Bewunderung für Newton – für frei von jeglichen mathematischen Prinzipien hielt.

Zu anderen Erfindungen von Huygens gehörte sein Entwurf eines Verbrennungsmotors im Jahr 1680, der aus Schießpulver lief, obwohl keine Prototypen gebaut wurden. Huygens baute auch drei Teleskope seines eigenen Designs mit Brennweiten von 37,5, 55 und 64 Metern (123, 180 und 210 Fuß), die später der Royal Society präsentiert wurden.

Tod und Vermächtnis:

Huygens zog 1681 nach Den Haag zurück, nachdem er an einer schweren depressiven Erkrankung litt, die ihn sein ganzes Leben lang geplagt hatte. Er versuchte 1685, nach Frankreich zurückzukehren, aber die Aufhebung des Edikts von Nantes – das den französischen Protestanten (den Hugenotten) die Freiheit gewährte, ihre Religion auszuüben – verhinderte dies. Als sein Vater 1687 starb, erbte er Hofwijck, das er im folgenden Jahr zu seiner Heimat machte.

Das Hofwijck-Haus, in dem Christiaan Huygens von 1688 bis zu seinem Tod 1695 lebte. Quelle: Wikipedia Commons/Jane023

1689 reiste er zum dritten und letzten Mal nach England und traf Isaac Newton noch einmal zu einem Gedankenaustausch über Bewegung und Optik. Er starb am 8. Juli 1695 in Den Haag an einem schlechten Gesundheitszustand und wurde in der Grote of Sint-Jacobskerk – Great or St. James Church, einer bedeutenden protestantischen Kirche in Den Haag, beigesetzt.

Für sein Lebenswerk und seine Beiträge zu vielen Wissenschaftsgebieten wurde Huygens auf vielfältige Weise geehrt. In Anerkennung seiner Zeit an der Universität Leiden verlieh der Huygens-Labor errichtet wurde, in dem die Fakultät für Physik der Universität untergebracht ist. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat auch das Huygens-Gebäude geschaffen, das sich gegenüber der Europäisches Zentrum für Weltraumforschung und -technologie (ESTEC) im Space Business Park in Noordwijk, Niederlande.

Radbound Universität , in Nijmegen, Niederlande, hat auch ein nach Huygens benanntes Gebäude, das eines der wichtigsten Gebäude der wissenschaftlichen Fakultät der Universität ist. Die Christiaan Huygens College , ein Gymnasium in Eindhoven, Niederlande, ist ebenfalls nach ihm benannt, ebenso wie das Huygen-Stipendienprogramm – ein besonderes Stipendium für internationale und niederländische Studenten.

Außerdem gibt es das von Huygens entwickelte zweigliedrige Okularokular für Teleskope, das daher als Huygenian-Okular bekannt ist. Ihm zu Ehren wurde auch ein Mikroskop-Bildverarbeitungspaket namens Huygens Software benannt. Zu Ehren von Christiaan und seinem Vater, einem weiteren renommierten niederländischen Gelehrten und Wissenschaftler, Niederländischer Nationaler Supercomputer in Amsterdam den Huygens Supercomputer entwickelt.

Und wegen seiner Beiträge zur Astronomie wurden viele Himmelsobjekte, Merkmale und Fahrzeuge nach Huygens benannt. Diese beinhaltenAsteroid 2801 Huygens, der Huygens-Krater auf dem Mars, und Mons Huygens, ein Berg auf dem Mond. Und natürlich gibt es die Huygens-Sonde , der Lander, mit dem die Oberfläche von Titan im Rahmen der Cassini – Huygens Mission zum Saturn.

Universe Today hat viele interessante Artikel über Christiaan Huygens und seine Entdeckungen. Hier ist zum Beispiel eine Anerkennung 375. Geburtstag von Christiaan Huygens , ein Artikel über Saturns Mond Titan , und Details zu den Huygens Mission und worüber es enthüllt wurde Titans Atmosphäre .

Astronomy Cast hat auch einige informative Podcasts zu diesem Thema, Folge 230: Christiaan Huygens und Folge 150: Teleskope, die nächste Stufe

Weitere Informationen finden Sie auf der Seite zur Erforschung des Sonnensystems der NASA auf Christian Huygens und eine Biographie von Christiaan Huygens .