Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Astronomia > Nowinka z dn. 19-01-2001  
 Jesteś tutaj
nowinka:
Pola Kapteyna
autor:
Jarosław Włodarczyk
z dnia:
19-01-2001





Pola Kapteyna
150 lat temu urodził się Jacobus Cornelius Kapteyn, holenderski astronom, który wniósł istotny wkład do badań nad budową Drogi Mlecznej. Uczynił to, propagując pośród astronomów na początku XX w. metody międzynarodowej współpracy na wielką skalę.

Jacobus Cornelius Capteyn (1851-1922). Fot. Observatories of the Carnegie Institution of Washington.
Jacobus Cornelius Capteyn (1851-1922). Fot. Observatories of the Carnegie Institution of Washington.
Jacobus Cornelius Kapteyn urodził się 19 stycznia 1851 r. w Barneveld w Holandii jako jedno z piętnastu dzieci państwa Kapteynów. Studia na Uniwersytecie w Utrechcie rozpoczął w 1868 r. W 1875 r. przeniósł się do Obserwatorium Astronomicznego w Lejdzie. W 1878 r. zaś stał się pierwszym profesorem astronomii i mechaniki teoretycznej na Uniwersytecie w Groningen, gdzie pracował aż do przejścia na emeryturę w 1921 r. Powstanie katedry astronomii w Groningen było wynikiem ustawy o szkolnictwie wyższym, wprowadzonej 2 lata wcześniej, według której w trzech wspieranych przez rząd holenderski uczelniach - w Groningen, Lejdzie i Utrechcie - katedry takie powinny istnieć. Dwa ostatnie ośrodki miały nie tylko tradycje w tej dziedzinie, lecz także swe obserwatoria. Groningen nie i, co więcej, rząd nie przeznaczył żadnych dodatkowych środków na budowę obserwatorium.

Aby rozpocząć badania astronomiczne w Groningen na znaczącą skalę, Kapteyn stworzył laboratorium astrometryczne, w którym planował mierzyć precyzyjnie położenia gwiazd na sferze niebieski, wykorzystując w tym celu niedawno powstałą i wciąż się rozwijającą, nową technikę - fotografię astronomiczną. Zaproponował brytyjskiemu astronomowi, Davidowi Gillowi (1843-1914) z Obserwatorium Królewskiego na Przylądku Dobrej Nadziei, że zmierzy (i opracuje wyniki tych pomiarów) współrzędne gwiazd na płytach fotograficznych wykonywanych w tym obserwatorium. Do obserwacji wykorzystano teleskop o średnicy 15 centymetrów, pracujący dla tego programu od kwietnia 1885 do grudnia 1890 r. Każda płyta obejmowała fragment nieba o rozmiarach 5 x 5 stopni. Płyty te poddawano ekspozycji na tyle długiej, by zarejestrować wszystkie gwiazdy do 9,5 wielkości gwiazdowej. O tym, jak szybko rozwijała się wówczas technologia ich produkcji, świadczy fakt, że już po dwóch latach realizowania programu, w 1887 r., astronomowie na Przylądku Dobrej Nadziei mogli zredukować czas ekspozycji (nie rezygnując z granicy 9,5m) z godziny do 30 minut.

W wyniku kilkunastu lat pracy Kapteyn i jego współpracownicy określili położenia 454 875 gwiazd w obszarze nieba od 18 stopnia deklinacji południowej do bieguna południowego. Do tej tytanicznej pracy Kapteyn zatrudniał również więźniów z pobliskiego więzienia. Wyniki zostały opublikowane w latach 1896-1900 w trzytomowym "The Cape Photographic Durchmusterung" (CPD; Fotograficzny przegląd nieba z Przylądka). We wstępie do tego dzieła Kapteyn przyznał, iż "w przypadku dobrej jakości i najbogatszych w obrazy gwiazd płyt wykonywaliśmy 300-400, a bywało, że 450 odczytów w ciągu godziny".

Podczas pracy nad CPD Kapteyn zajmował się również fotograficznym wyznaczaniem paralaks gwiazd. I to także robił na wielką skalę: w 1882 r. znano paralaksy zaledwie 34 gwiazd, pod koniec jego życia w publikacjach Uniwersytetu w Groningen można się było doliczyć paralaks ponad 10 tysięcy gwiazd.

Wszystkie te prace wiązały się z głównymi zainteresowaniami Kapteyna - zagadnieniem kształtu i budowy Drogi Mlecznej, czyli systemu gwiezdnego, w którym znajduje się Słońce. Warto pamiętać, że na przełomie XIX i XX w. nie tylko nie wiedziano, czy Droga Mleczna jest jednym ze składników olbrzymiego Wszechświata (mgławicą lub galaktyką), czy też nim całym, lecz nie potrafiono nawet określić miejsca, jakie w tym systemie przypada Słońcu. Kapteyn rozwijał metody określania rozkładu gwiazd i ich ruchów (prędkości oraz kierunków) w przestrzeni kosmicznej, co pozwoliłoby wyciągać wnioski o strukturze Drogi Mlecznej.

Pierwsze ważne odkrycie Kapteyna dotyczyło ruchów gwiazd w Drodze Mlecznej. W tamtych czasach przyjmowano zazwyczaj, że wędrują one dość przypadkowo we wszystkich kierunkach. Dzięki analizie ruchów własnych gwiazd w wybranych obszarach sfery niebieskiej Kapteyn w 1904 r. potrafił wykazać, że w pobliżu Słońca gwiazdy poruszają się w dwóch uprzywilejowanych, niemal przeciwległych kierunkach: jedna grupa ku Orionowi, druga - ku Strzelcowi. Dopiero w latach dwudziestych udało się wykazać, że jest to odbicie ruchu obrotowego dysku naszej Galaktyki.

W 1906 r. Kapteyn zaproponował podjęcie przez astronomów na całym świecie przedsięwzięcia obserwacyjnego na wielką skalę: przeprowadzenia fotograficznych badań jasności, ruchów własnych, paralaks, typu widmowego i prędkości radialnych gwiazd. Był to tzw. plan wybranych obszarów. Obserwacje miały objąć 206 wycinków nieba rozrzuconych jednorodnie po całej sferze niebieskiej oraz 46 fragmentów w pobliżu płaszczyzny Drogi Mlecznej. W ten sposób te tzw. pola Kapteyna dostarczyłyby statystycznych informacji o trójwymiarowym rozkładzie gwiazd w przestrzeni kosmicznej.

Wyniki tych badań zostały po raz pierwszy przedstawione w dwóch pracach, opublikowanych w czasopiśmie "Astrophysical Journal": w 1920 r. (wraz z asystentem Pieterem J. van Rhijnem) i w 1922 r. Złożyły się one na tzw. wszechświat Kapteyna. W modelu tym Słońce wraz z Ziemią znajdowało się niemal w centrum spłaszczonej sferoidy gwiazd - pięciokrotnie dłuższej w płaszczyźnie Drogi Mlecznej niż w kierunku do niej prostopadłym. Co więcej, Kapteyn określił absolutne rozmiary tego systemu: stwierdził, że w płaszczyźnie Galaktyki gęstość gwiazd w przestrzeni maleje do połowy jej maksymalnej (centralnej) wartości w odległości 800 parseków od środka systemu, do 10% maksymalnej wartości na 2800 parsekach i do 1% dla 8500 parseków. Z analizy Kapteyna wynikało również, że Słońce znajduje się nieco poza płaszczyzną Drogi Mlecznej - w odległości 650 parseków. Chociaż wkrótce miało się okazać - m.in. za sprawą Harlowa Shapleya (1885-1972) - że wszechświat Kapteyna jest za mały w odniesieniu do rzeczywistych rozmiarów Drogi Mlecznej i za bardzo heliocentryczny, rozpoczęty i kontynuowany międzynarodowy program obserwacyjny w polach Kapteyna przez dziesięciolecia dostarczał ważnych danych o budowie naszej Galaktyki.

Kapteyn zajmował w środowisku astronomów bardzo wysoką pozycję. Zaprzyjaźniwszy się z George'em Ellerym Hale'em (1868-1938), w latach 1908-1914 spędzał letnie miesiące w obserwatorium na Mt. Wilson w Kalifornii, prowadząc tam badania. Był członkiem Francuskiej Akademii Nauk, brytyjskiego Royal Society, jak również członkiem założycielem Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IUE). Zaraz po odejściu Kapteyna na emeryturę, a tuż przed śmiercią stworzone przezeń na Uniwersytecie w Groningen laboratorium zdecydowano nazwać jego imieniem. Kapteyn zmarł 18 czerwca 1922 r. w Amsterdamie.

Model Teleskopu im. Jacobusa Kapteyna z obserwatorium na Wyspach Kanaryjskich
powiększenie...

Model Teleskopu im. Jacobusa Kapteyna z obserwatorium na Wyspach Kanaryjskich (La Palma). Teleskop ma zwierciadło paraboliczne o średnicy 1 metra, montaż równikowy i całkowitą masę 15,5 tony. Pracuje od stycznia 1984 r. Rys. Royal Greenwich Observatory.
Poza wspomnianymi polami Kapteyna, nazwisko holenderskiego astronoma w sposób bezpośredni zapisało się w historii astronomii poprzez odkrytą przez niego gwiazdę Kapteyna. Jest to, po gwieździe Barnarda, druga gwiazda ziemskiego nieba obdarzona największym znanym ruchem własnym. Gwiazda Bernarda przesuwa się na sferze niebieskiej o 10,3 sekundy kątowej rocznie, gwiazda Kapteyna - o 8,7 sekundy kątowej. Gwiazda Kapteyna jest oddalona od Słońca o około 4 parseki (niecałe 13 lat świetlnych) i znajduje się w konstelacji nieba południowego - Malarzu. A na początku lat osiemdziesiątych XX w. na Wyspach Kanaryjskich stanął metrowy teleskop Obserwatorium Królewskiego Greenwich, noszący imię Jacobusa Capteyna. Towarzyszy on dwóm innym instrumentom, ustawionym na wyspie La Palma: 2,5-metrowemu Teleskopowi im. Izaaka Newtona oraz 4,2-metrowemu Teleskopowi im. Williama Herschela.

Ze szkoły naukowej stworzonej przez Kapteyna wywodzi się wielu znakomitych astronomów. Pierwszym uczniem Kapteyna był Willem de Sitter (1872-1934) (teza doktorska obroniona w 1901 r.), późniejszy dyrektor Obserwatorium Astronomicznego w Lejdzie, twórca tzw. modelu wszechświata de Sittera we wczesnej fazie rozwoju kosmologii relatywistycznej. Dzięki Kapteynowi astronomią zainteresował się Jan Hendrik Oort (1900-1992) (doktorat w Groningen w 1926 r.), znany z badań nad dynamiką Drogi Mlecznej, ale także twórca hipotezy o istnieniu obłoku Oorta - chmury komet , otaczającej Układ Słoneczny. Po Kapteynie katedrę objął jego asystent, Pieter J. van Rhijn, do którego uczniów zaliczają się Peter van de Kamp (ur. 1901) i Bart Jan Bok (1906-1983).

Jarosław Włodarczyk
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach