Jan Heweliusz (1611 - 1687)

Wydane w 1647 roku dzieło Selenographia było pierwszym i jednym z największych sukcesów naukowych Heweliusza. Przedstawione w nim zostały wyniki prowadzonych przez niego obserwacji teleskopowych, głównie dotyczących Księżyca. Opublikowane przez niego mapy Księżyca były najdokładniejszymi w tych czasach i pozostały nimi przez ponad 100 lat. Mapy Heweliusza uwzględniały również zjawisko libracji. Choć Księżyc skierowany jest ku Ziemi jedną stroną to jednak występują niewielkie kołysania jego tarczy i pewne punkty znajdujące się blisko brzegu tarczy czasem są widoczne a czasem nie. Dzięki libracji widoczne jest łącznie 59% tarczy Księżyca. Samo zjawisko zostało odkryte przez Galileusza (1564-1642), natomiast Heweliusz uzupełnił je o dodatkowy składnik, czyli librację w długości. Heweliusz opisał zjawisko, ale nie wyjaśnił jego przyczyn. Zrobił to dopiero Izaak Newton (1643-1727), który bazował na obserwacjach Heweliusza. W Selenografii opisane zostały również obserwacje innych ciał niebieskich: planet, księżyców Jowisza i plam na Słońcu.

Obserwacje plam na Słońcu Heweliusz prowadził przez wiele lat i publikował w kolejnych książkach. Obserwacje Heweliusza są bardzo cenne, ponieważ obejmują okres zmniejszonej aktywności Słońca (tzw. Minimium Maundera), z którego to czasu mamy obecnie niewiele danych obserwacyjnych. Wprowadził również używaną do dziś nazwę faculae dla jasnych regionów wokół plam słonecznych.

Heweliusz przez całe życie obserwował komety. Był odkrywcą czterech a obserwował ich siedem. Część wyników obserwacji przedstawił w dziele Cometrographia (1668). W dziele tym, jako pierwszy astronom, sformułował również hipotezę o tym, że komety poruszają się po torach zakrzywionych a nie po liniach prostych jak opisywał Johannes Kepler. Ostateczny dowód tej hipotezy przedstawił kilka lat później Georg Samuel Dörffel (1643-1688), pastor luterański i astronom amator. W swojej pracy Astronomiczna obserwacja wielkiej komety 1680-81 (1681) udowodnił, ze obserwowana kometa poruszała się po orbicie parabolicznej, w której ognisku znajduje się Słońce.

3 maja 1661 roku miało miejsce ciekawe zjawisko astronomiczne jakim był tranzyt Merkurego. Polegało ono tym, że planeta znalazła się na linii łączącej Ziemię i Słońce i była widoczna jako mała plamka na tle tarczy słonecznej. Oczywiście, obserwacja tego zjawiska była możliwa tylko metodą projekcyjną, w której światło przechodzące przez lunetę rzucane jest na ekran. Heweliusz wyznaczył średnicę kątową planety na 11,8 sekundy kątowej, co było wynikiem bardzo bliskim poprawnej wartości 13 sekund kątowych. Wyniki obserwacji tranzytu Heweliusz opisał w traktacie Mercurius in sole visus Gedani, anno christiani 1661.

Heweliusz był ostatnim astronomem odchodzącej w przeszłość epoki, w której obserwacje astronomiczne prowadzono gołym okiem. Choć uczony budował i używał lunety, to jednak w swojej wieloletniej pracy nad katalogiem gwiazd wykorzystywał pozbawione lunety instrumenty przeziernikowe, takie jak kwadranty, sekstanty czy oktanty. Korzystał przy tym z instrumentów, które sam zbudował. Instrumenty Heweliusza odznaczały się dużą dokładnością. Używając ich można było wyznaczyć pozycje z dokładnością do 28 sekund kątowych. Gdy po wydaniu w 1673 roku Machinae Coelestis, w której opisał swoje metody pomiarowe, angielscy uczeni zarzucili mu, że używa przestarzałych metod, które powodują błędy. Heweliusz, jako członek Royal Society zażądał arbitrażu. W 1679 roku przybył do niego młody astronom Edmond Halley, który zasłynął pomiarami nieba południowego. Przez ponad miesiąc uczeni prowadzili obserwacje: Heweliusz – swoimi przyrządami a Halley lunetami wyposażonymi w mikrometry, które przywiózł ze sobą. Werdykt Halleya okazał się pomyślny dla Heweliusza. Angielski astronom przyznał, że dokładność jego pomiarów była taka sama jak pomiarów Heweliusza.

Podsumowaniem prowadzonych przez wiele lat obserwacji pozycyjnych było trzyczęściowe dzieło wydane w 1690 roku, trzy lata po śmierci astronoma. Pierwsza część, Prodromus Astronomiae, zawierała opis stosowanej przez niego metody wykonywania pomiarów. Heweliusz podawał pozycje gwiazd na rok 1660, tłumacząc, że jest to mniej więcej połowa czasu prowadzenia obserwacji. W drugiej części znalazł się katalog podający pozycję 1564 gwiazd, z czego 950 znane było z wcześniejszych zestawień, natomiast pozycje blisko 600 gwiazd zostały wyznaczone po raz pierwszy. Trzecia część, nosząca tytuł Firmamentum Sobiescianum sive Uranographia, była rozpisanym na 56 kartach atlasem nieba. W atlasie Heweliusz utworzył kilka nowych gwiazdozbiorów: Tarczę Sobieskiego, Psy Gończe, Jaszczurkę, Lwa Małego, Rysia, Sekstans Uranii, Strzałę, Trójkąt Mały, Antinous, Cerbera i Górę Moenalis. Oprócz czterech ostatnich, gwiazdozbiory te używane są do dziś, choć Tarcza Sobieskiego stała się zwykłą Tarczą, a Sekstant Uranii zwykłym Sekstantem. Prodromus został zadedykowany długoletniemu mecenasowi Heweliusza - królowi Janowi III Sobieskiemu.

Heweliusz był nie tylko znakomitym astronomem ale również utalentowanym konstruktorem przyrządów obserwacyjnych. Początkowo używał kwadrantu, który Rada Miasta ufundowała dla jego nauczyciela, Petera Krügera. Instrument nie został ukończony, dopiero Heweliusz doprowadził go do porządku i zaczął używać w swoim obserwatorium. Większość swoich przyrządów opisał w pierwszym tomie Machinae Coelestis. Opisom towarzyszyły doskonałe grafiki, rytowane przez sprowadzonego w tym celu z Holandii Izaaka Saala według rysunków gdańskiego malarza Andrzeja Stecha (1635-1697). Wspólną cechą instrumentów przeziernikowych używanych przez Heweliusza do pomiarów pozycyjnych jest skala naniesiona na fragmencie łuku okręgu, natomiast ich nazwy pochodzą od łacińskich nazw użytych wycinków koła. Instrumenty wykorzystujące 1/4 okręgu (90°) nazywane są kwadrantami, instrumenty oparte o 1/6 okręgu (60°) - sekstantami, te zaś wykorzystujące 1/8 (45°) - oktantami. Instrumenty wykonywane były przez gdańskich rzemieślników, ale najistotniejszą część pracy, czyli rytowanie skali pomiarowej, Heweliusz wykonywał samodzielnie.

W swym pierwszym traktacie, Selenographii, Heweliusz opisał budowę lunet używanych przez siebie do obserwacji. Heweliusz samodzielnie budował lunety i zajmował się również szlifowaniem soczewek ze szkła weneckiego. Warto dodać, że Selenografia była jego w pełni autorskim dziełem. Heweliusz zbudował przyrządy używane do obserwacji, napisał tekst, wykonał rysunki i na ich podstawie samodzielnie rytował grafiki, a na koniec wydrukował książkę. Heweliusz budował lunety także i po wydaniu Selenografii. Najsłynniejszym jego instrumentem była luneta o długości 46 m, której używał na polach przed katedrą w Oliwie. Była ona przykładem teleskopu powietrznego, tzn. nie posiadała stałego tubusu (bo taki byłby zbyt ciężki, aby można było się nim posługiwać), ale miała ażurową konstrukcję. Tak duże lunety budowano po to, aby zminimalizować aberrację sferyczną oraz aberrację chromatyczną, czyli wady optyczne soczewek. W przypadku soczewki skupiającej, im większy był promień krzywizny powierzchni soczewki, a zatem im większa była jej ogniskowa, tym mniejsze były zakłócenia obrazu wynikające z obu aberracji. Jednak luneta taka była bardzo niewygodna w obsłudze, dlatego Heweliusz nie używał jej zbyt często.

Biografia

Jan Heweliusz urodził się 28 stycznia 1611 roku w Gdańsku. W 1618 roku rozpoczął naukę w Gimnazjum Akademickim w Gdańsku, którą z przerwami kontynuował do 1630 roku. Duży wpływ na jego późniejszą działalność wywarł nauczyciel matematyki Peter Krüger (1580-1639), były uczeń Johannesa Keplera (1571-1630) i Tychona Brahego (1546-1601), który wprowadził Heweliusza w świat astronomii i nauczył konstruowania instrumentów pomiarowych. W 1630 roku Heweliusz rozpoczął studia prawnicze i ekonomiczne na Uniwersytecie w Lejdzie. Prawo jednak nie pociągało Heweliusza, a poziom nauczania astronomii w Lejdzie nie był wysoki. W 1631 roku wyjechał do Londynu, a w latach 1631-1634 podróżował po Francji. W czasie tej podróży poznał wielu wybitnych uczonych: m. in. Pierre'a Gassendiego (1592-1655), Marina Mersenne'a (1588-1648) i Athanasiusa Kirchera (1602-1680).

Heweliusz wrócił do Gdańska w 1634 roku. Po powrocie, w 1635 toku, ożenił się z Katarzyną z domu Rebeschke (1613-1662), która w posagu wniosła dwie kamienice sąsiadujące z domem należącym do jego rodziny. Około 1640 roku na dachu swoich kamienic rozpoczął budowę obserwatorium astronomicznego.

Heweliusz urodził się w rodzinie, która od kilku pokoleń zajmowała się warzeniem piwa. Uczony kontynuował rodzinne tradycje i w 1636 został członkiem, a w 1643 nawet starszym cechu browarników. W późniejszych latach, gdy dużo czasu poświęcał pracy naukowej, trud zarządzania należącymi do niego browarami przeszedł na żonę. Warzenie piwa było podstawowym źródłem ich dochodów. W 1677 roku król Jan III Sobieski wydał przywilej, w którym nadał mu tytuł Nobilis Ioannes Hevelius Astrologus noster Consul Veteris Civitatis Gedanensis oraz zwolnił jego i jego potomków z opłat na rzecz cechu a także zezwolił mu na swobodną sprzedaż piwa zarówno w mieście jak i poza nim.

W rodzinnym mieście Heweliusz był ceniony nie tylko jako uczony, ale również jako rajca miejski. Rajcą został w 1651 roku i piastował tę godność przez resztę życia.

Jego żona, Katarzyna zmarła w 1662 roku. Półtora roku później Heweliusz ożenił się z Elżbietą Koopman (1647-1693), która wspierała go również w pracy naukowej – prowadziła obserwacje, a także zajmowała się opracowaniem i przygotowaniem do druku dzieł uczonego.

Największą pasją Heweliusza była astronomia. Jak sam wspominał w jednym z dzieł, do systematycznego zajmowania się astronomią zobowiązał go na łożu śmierci jego dawny nauczyciel Peter Krüger. Obserwatorium znajdowało się początkowo na poddaszu należącej do niego kamienicy przy ulicy Korzennej w Gdańsku, później zostało rozbudowane o dachy dwóch sąsiednich kamienic należących do jego żony. Heweliusz sam budował większość instrumentów pomiarowych używanych w obserwatorium. Były to zarówno instrumenty przeziernikowe, takie jak kwadranty czy oktanty, jak i lunety, do których sam szlifował soczewki.

W latach 40. XVI wieku zajmował się głównie obserwacjami Księżyca. Obserwacje prowadził, używając samodzielnie skonstruowanych lunet. Wyniki zebrał w dziele wydanym w 1647 roku zatytułowanym Selenographia sive lunae descriptio (Selenografia, czyli opisanie Księżyca). Zawarł w niej najdokładniejszą w owym czasie mapę Księżyca, a także obserwacje plam słonecznych i księżyców Jowisza. Kolejna praca naukowa, zatytułowana Mercurius in sole visus Gedani, anno christiani 1661 (Merkury widoczny na Słońcu w Gdańsku w roku 1661) ukazała się w 1662 roku. Zawierała obserwacje przejścia Merkurego na tle tarczy słonecznej, które miało miejsce 3 maja 1661 roku. W opublikowanej w 1668 roku Cometographii Heweliusz przedstawił przegląd wszystkich komet odkrytych i obserwowanych do 1665, uzupełniony o własne obserwacje komet.

Machina Coelestis (Machina nieba) wydana w dwóch tomach w 1673 i 1679 roku opisywała przyrządy używane przez Heweliusza i stosowane przez niego metody. W szczególności, do obserwacji pozycyjnych, czyli służących wyznaczeniu pozycji gwiazd na sferze niebieskiej, Heweliusz używał przyrządów przeziernikowych wyposażonych w alidadę, czyli linię z dwoma przeziernikami, którą kierowano na obserwowany obiekt. Heweliusz był ostatnim wielkim astronomem, który korzystał z takich przyrządów. Użycie do pomiarów instrumentów przeziernikowych zostało negatywnie ocenione przez angielskich uczonych, królewskiego astronoma Johna Flamsteeda (1646–1719) i fizyka Roberta Hooke'a (1635–1703). Obaj Anglicy poddawali w wątpliwość dokładność obserwacji Heweliusza, ponieważ używał on przezierników a nie lunety wyposażonej w mikrometr, co było standardem w obserwatorium w Greenwich. W celu rozstrzygnięcia sporu Royal Society wysłało w maju 1679 r. do Gdańska Edmonda Halleya (1656–1742), który przywiózł ze sobą lunety zaopatrzone w instrumenty pomiarowe. Obserwacje wykonane przez obu astronomów wykazały podobną dokładność, obalając tym samym zarzuty wysuwane przez Flamsteeda i Hooke'a.

Obserwacje Heweliusza zapewniły mu uznanie zarówno w kręgach naukowych jak i wśród rządzących. W 1664 roku został zagranicznym członkiem angielskiego towarzystwa naukowego Royal Society, zaś w 1666 roku zaproponowano mu objęcie głównej pozycji w nowo powstałym obserwatorium astronomicznym w Paryżu. Tej propozycji, która oznaczałaby opuszczenie Gdańska, uczony jednak nie przyjął.

W 1659 jego obserwatorium odwiedzili król Polski Jan Kazimierz i królowa Ludwika Maria Gonzaga. Król przyznał mu przywilej, który pozwalał Heweliuszowi na prowadzenie drukarni i samodzielny druk jego książek. Od 1664 roku przez osiem lat otrzymywał roczną pensję od króla Francji Ludwika XIV, któremu w dowód wdzięczności zadedykował pierwszy tom Machinae Coelestis. Drugi tom tego dzieła zadedykował nowemu patronowi. królowi Janowi III Sobieskiemu, którego poznał, gdy był jeszcze marszałkiem koronnym. Sobieski odwiedził jego obserwatorium i zamówił kilka instrumentów naukowych: m.in. mikroskop i dwie lunety. Gdy Sobieski, już jako król, odwiedził Gdańsk w 1677 roku, przyznał mu pensję 1000 florenów rocznie, którą wypłacał do końca życia uczonego.

W 1679 roku w pożarze spłonęły domy należące do Heweliusza, a wraz z nimi jego obserwatorium i instrumenty, a także drukarnia z niemal całym nakładem Machinae coelestis pars posterior. 68-letni już uczony rozpoczął odbudowę domów i obserwatorium. Pomoc finansową otrzymał od swoich dwóch mecenasów, Jana III Sobieskiego i Ludwika XIV. Choć odbudowa trwała kilka lat, to już w 1680 astronom obserwował kometę, a od 1682 roku prowadził systematyczne obserwacje. Wydarzenia tragicznego roku oraz wyniki późniejszych obserwacji opublikował w 1685 roku w tomie Annus climactericus, sive rerum uranicarum observationum annus quadragesimus nonus. (Rok zwrotny…). Znalazły się w nim także wyniki kilkunastoletnich obserwacji gwiazdy zmiennej Mira Ceti.

Heweliusz zmarł w rocznicę urodzin, 28 stycznia 1687 roku. Jego praca została dokończona przez żonę, która dzięki utrzymaniu pensji przez Jana III Sobieskiego doprowadziła do wydania w 1690 roku dzieła Prodromus astronomiae cum catalogo fixarum et firmamentum Sobiescianum (Wysłannik astronomii …), składającego się z trzech części: wstępu, katalogu 1564 gwiazd oraz Firmamentum Sobiescianum sive Uranographia, czyli atlasu nieba.