Geniální britský astronom a geofyzik, který vypočítal periodu Halleyovy komety, financoval vydání Newtonových Principií a objevil pohyb hvězd.

Obsah hesla

[Rejstřík]

1.Mládí a mapování jižní oblohy na Svaté Heleně
2.Záchrana Newtonových Principií pro lidstvo
3.Předpověď návratu komety (1705)
4.Další revoluční objevy

Edmond Halley: Průkopník nebeské mechaniky, geofyziky a přítel Newtona

Edmond Halley (8. listopadu 1656 – 25. ledna 1742) byl anglický astronom, geofyzik, matematik, meteorolog a kartograf. Patří k nejvýznamnějším postavám vědecké revoluce na přelomu 17. a 18. století a v letech 1720 až 1742 působil jako v pořadí druhý britský královský astronom (Astronomer Royal) na observatoři v Greenwichi.

Proslavil se především matematickým výpočtem dráhy a periodicity Halleyovy komety a předpovědí jejího návratu, čímž definitivně prokázal platnost gravitačního zákona pro neperiodické i periodické nebeské objekty. Neméně gigantickou zásluhu má však na samotném zrodu moderní fyziky: byl to právě Halley, kdo přesvědčil Isaaca Newtona k sepsání slavných Principií, a celou knihu osobně redigoval a z vlastních peněz zaplatil její tisk.

1. Mládí a mapování jižní oblohy na Svaté Heleně #

Halley se narodil v Haggerstonu u Londýna v zámožné rodině výrobce mýdla. Již během studií na Oxfordu publikoval práce o drahách planet a slunečních skvrnách.

V pouhých devatenácti letech si uvědomil, že zatímco severní hvězdná obloha je podrobně zmapována, jižní nebe zůstává pro navigátory velkou neznámou. V roce 1676 přerušil studia a odplul na odlehlý ostrov Svatá Helena v jižním Atlantiku. Během osmnáctiměsíčního pobytu v nevlídném deštivém klimatu katalogizoval 341 jižních hvězd, objevil hvězdokupu Omega Centauri a poprvé pozoroval přechod Merkuru přes sluneční disk. Po návratu byl ve 22 letech zvolen nejmladším členem Královské společnosti (Royal Society).

2. Záchrana Newtonových Principií pro lidstvo #

V srpnu 1684 navštívil Halley v Cambridge samotářského a nedůtklivého profesora Isaaca Newtona s teoretickou otázkou: Jakou křivku by opisovaly planety, pokud by přitažlivá síla ke Slunci klesala se čtvercem vzdálenosti? Newton okamžitě odpověděl: „Elipsu.“ Když se ohromený Halley tázal, jak to ví, Newton odvětil: „Spočítal jsem to.“

Když Halley zjistil, že Newton své revoluční výpočty nepublikoval a schovává je v šuplíku, vzal celou věc do svých rukou. Královská společnost byla v té době bez peněz (všechny finance utopila ve vydání neprodejné knihy o historii ryb), a tak Halley z vlastních úspor financoval sazbu, korektury a tisk Newtonova monumentálního díla Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687). Bez Halleyovy diplomatické obratnosti a finanční oběti by jedno z nejdůležitějších děl lidských dějin možná nikdy nevyšlo.

3. Předpověď návratu komety (1705) #

Aplikací Newtonovy gravitační teorie na záznamy historických komet publikoval Halley v roce 1705 knihu Synopsis Astronomiae Cometicae.

Dokázal, že komety z let 1531, 1607 a 1682 obíhají po totožné eliptické dráze s periodou zhruba 76 let, mírně rušené gravitací Jupiteru a Saturnu. Předpověděl, že kometa se vrátí na konci roku 1758. V závěru svého spisu prorocky poznamenal: „Pokud se kometa kolem roku 1758 skutečně vrátí, nestranné potomstvo nebude moci popřít, že tento objev učinil Angličan.“ Návrat komety v prosinci 1758 potvrdil jeho genialitu a navždy spojil jeho jméno s kometou 1P/Halley.

4. Další revoluční objevy #

Halley byl vědcem s neuvěřitelným záběrem:

Objev vlastního pohybu hvězd (1718): Porovnáním moderních pozic hvězd s 1 800 let starým Ptolemaiovým katalogem zjistil, že jasné hvězdy Sirius, Arcturus a Aldebaran se znatelně posunuly. Vyvrátil tak tisícileté dogma o „nehybné sféře stálic“ a dokázal, že hvězdy se pohybují prostorem.
Měření vzdálenosti Slunce: Navrhl geniální metodu stanovení astronomické jednotky ( $1\text{ AU}$ ) pomocí pozorování přechodu Venuše přes sluneční disk ze vzdálených míst planety (tato metoda byla úspěšně realizována expedicemi v letech 1761 a 1769, včetně plavby Jamese Cooka).
Geofyzika a meteorologie: Velel lodi Paramour na třech vědeckých plavbách po Atlantiku, vytvořil první mapu magnetické deklinace Země s izogonami a nakreslil první meteorologickou mapu pasátů a monzunů na světě.
Úmrtnostní tabulky (1693): Na základě statistiky úmrtí ve městě Vratislavi sestavil první vědecké úmrtnostní tabulky, které položily matematické základy moderního pojišťovnictví a demografie.

Odborný astrofyzikální text včetně stavových rovnic, efemerid a spektrální klasifikace.

Profi režim

Nebeská mechanika a astrometrie Edmonda Halleye: Keplerovská kometární perturbace, vlastní pohyb hvězd a sluneční paralaxa

Edmond Halley (1656–1742) transformoval kometární astronomii z empiricko-deskriptivní roviny do exaktní dynamické mechaniky na bázi newtonovského gravitačního zákona.

1. Analytická metoda výpočtu parabolických a eliptických efemerid #

V traktátu Synopsis Astronomiae Cometicae (1705) shromáždil Halley orbitální elementy 24 historických komet. Výpočet vycházel z Barkerovy rovnice pro parabolickou aproximaci v blízkosti perihélia:

\tan\left(\frac{v}{2}\right) + \frac{1}{3} \tan^3\left(\frac{v}{2}\right) = \frac{k_\odot (t - T)}{\sqrt{2} \, q^{3/2}}

Kde $v$ je pravá anomálie, $q$ perihéliová vzdálenost, $k_\odot$ Gaussova gravitační konstanta a $T$ čas průchodu perihéliem. Halley si povšiml shody orbitálních elementů:

Rok	$q$ [AU]	$e$	$i$	$\Omega$	$\omega$
1531 (Apian)	0,567	$\approx 1$	$17^\circ 56'$	$49^\circ 25'$	$301^\circ 39'$
1607 (Kepler)	0,583	$\approx 1$	$17^\circ 02'$	$50^\circ 21'$	$302^\circ 16'$
1682 (Halley)	0,583	$\approx 1$	$17^\circ 42'$	$51^\circ 16'$	$302^\circ 52'$

Halley rozpoznal, že nepatrné odchylky v periodách ( $76\text{ let } 2\text{ měsíce}$ mezi 1531–1607 vs. $74\text{ let } 11\text{ měsíců}$ mezi 1607–1682) jsou způsobeny gravitačními perturbacemi od Jupitera a Saturnu:

\delta \mathbf{v} = \int_{t_1}^{t_2} \left[ \frac{G M_J}{|\mathbf{r}_J - \mathbf{r}|^3} (\mathbf{r}_J - \mathbf{r}) - \frac{G M_J}{r_J^3} \mathbf{r}_J \right] dt

Předpověděl zpoždění způsobené konjunkcí s Jupiterem a stanovil návrat komety na konec roku 1758 s chybou pouhých několika měsíců (Clairaut později upřesnil perihélium na duben 1759).

2. Objev vlastního pohybu stálic (Proper Motion) #

Roku 1718 srovnal Halley měření deklinací a rektascenzí z katalogů Hipparcha a Ptolemaia (obsažených v Almagestu, cca 130 n. l.) s měřeními Tychona Brahe (1590) a Johna Flamsteeda (1700).

Po započtení precese zemské osy ( $\dot{\psi} \approx 50{,}3''/\text{rok}$ ) zjistil reziduální posun:

Sirius ( $\alpha$ CMa): Posun o $\Delta\delta \approx 30'$ (úhlový průměr Měsíce!) směrem k jihu
Arcturus ( $\alpha$ Boo): Posun o $\Delta\delta \approx 60'$ směrem k jihu
Aldebaran ( $\alpha$ Tau): Posun o $\Delta\alpha \approx 20'$

Vlastní pohyb $\mu$ svázal tangenciální prostorovou rychlost $v_t$ se vzdáleností $d$ :

v_t = 4{,}74 \, \mu \, d \quad [\text{km/s}]

Halley tak vyvrátil aristotelský i descartovský koncept statického vesmíru a položil základy stelární kinematiky.

3. Metoda tranzitu Venuše pro určení astronomické jednotky #

V práci publikované roku 1716 v Philosophical Transactions navrhl Halley metodu absolutního určení sluneční paralaxy $\pi_\odot$ :

\sin\pi_\odot = \frac{R_\oplus}{1\text{ AU}}

Pozorovatelé na dvou stanovištích na Zemi o známé zeměpisné šířce $\phi_1, \phi_2$ měří dobu trvání přechodu Venuše přes sluneční disk mezi druhým a třetím kontaktem ( $T_1, T_2$ ). Rozdíl v trvání:

\Delta T = T_1 - T_2 \propto \Delta \theta_{\text{par}}

Tato metoda nevyžadovala absolutní synchronizaci hodin v různých koutech světa (která v 18. století nebyla technicky možná), nýbrž pouze přesné lokální stopování délky trvání úkazu s chybou do několika sekund, což umožnilo mezinárodním expedicím v letech 1761 a 1769 poprvé změřit rozměr Sluneční soustavy s přesností na $1,%$ .

4. Vědecké reference a primární literatura #

[1] Halley, E. (1705). Astronomia Cometicae Synopsis. Philosophical Transactions of the Royal Society, 24(297), 1882–1899.
[2] Halley, E. (1716). A new Method of determining the Parallax of the Sun. Philosophical Transactions of the Royal Society, 29(348), 454–464.
[3] Halley, E. (1718). Considerations on the Change of the Latitude of Some of the Principal Fixt Stars. Philosophical Transactions, 30(356), 736–738.
[4] Cook, A. (1998). Edmond Halley: Charting the Heavens and the Seas. Oxford: Clarendon Press.
[5] Hughes, D. W. (1990). Edmond Halley: His life and work. Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 31, 142–165.

Literatura a vědecké reference

Halley, E.: Astronomia Cometicae Synopsis. Philosophical Transactions of the Royal Society, Vol 24, pp. 1882–1899 (1705)[online]
Cook, A.: Edmond Halley: Charting the Heavens and the Seas. Oxford University Press (1998)[online]

Jmeno	Edmond Halley
Datum narození	8. listopadu 1656 (Haggerston, Londýn)
Datum úmrtí	25. ledna 1742 (85 let, Greenwich, Anglie)
Vědní obor	Astronomie, nebeská mechanika, geofyzika, matematika
Instituce / Působiště	Královská společnost v Londýně, Greenwichská observatoř (Astronomer Royal)
Klíčová díla a objevy	Předpověď návratu Halleyovy komety (1705), objev vlastního pohybu hvězd (1718)
Zasluha o fyziku	Financování, redakce a vydání Newtonových Principií (1687)
Vynalezy a metody	Metoda tranzitu Venuše pro měření 1 AU, první izogonické mapy geomagnetismu, úmrtnostní tabulky
Klíčové publikace a spisy	Catalogus Stellarum Australium (1679), Synopsis Astronomiae Cometicae (1705)

Plne jmeno	Edmond Halley, FRS
Kometarni perturbace	Řešení Barkerovy rovnice a gravitačních poruch Jupitera a Saturna
Vlastni pohyb hvezd	Identifikace posuvu u hvězd Sirius, Arcturus, Aldebaran (1718)
Mereni 1 A U	Relativní paralaxa tranzitu Venuše (vydáno 1716)
Geomagnetismus	První mapa magnetické deklinace Atlantiku (čára izogon, 1701)
Aktuarie a demografie	Breslau Table of Mortality (1693, základy životního pojištění)

Edmond Halley

Edmond Halley

Obsah hesla

Edmond Halley: Průkopník nebeské mechaniky, geofyziky a přítel Newtona

1. Mládí a mapování jižní oblohy na Svaté Heleně #

2. Záchrana Newtonových Principií pro lidstvo #

3. Předpověď návratu komety (1705) #

4. Další revoluční objevy #

Nebeská mechanika a astrometrie Edmonda Halleye: Keplerovská kometární perturbace, vlastní pohyb hvězd a sluneční paralaxa

1. Analytická metoda výpočtu parabolických a eliptických efemerid #

2. Objev vlastního pohybu stálic (Proper Motion) #

3. Metoda tranzitu Venuše pro určení astronomické jednotky #

4. Vědecké reference a primární literatura #

Literatura a vědecké reference

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík

Edmond Halley

Obsah hesla

Edmond Halley: Průkopník nebeské mechaniky, geofyziky a přítel Newtona

1. Mládí a mapování jižní oblohy na Svaté Heleně #

2. Záchrana Newtonových Principií pro lidstvo #

3. Předpověď návratu komety (1705) #

4. Další revoluční objevy #

Nebeská mechanika a astrometrie Edmonda Halleye: Keplerovská kometární perturbace, vlastní pohyb hvězd a sluneční paralaxa

1. Analytická metoda výpočtu parabolických a eliptických efemerid #

2. Objev vlastního pohybu stálic (Proper Motion) #

3. Metoda tranzitu Venuše pro určení astronomické jednotky #

4. Vědecké reference a primární literatura #

Literatura a vědecké reference

Související hesla v AstroWiki

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík