1.11 Christiaan Huygens - Departamento de Astronomía

UNIVERSIDAD DE CHILE
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas
Departamento de Astronomía
Curso EH2801
Prof. José Maza Sancho
31 Mayo 2016
1.11. Christiaan Huygens (1629 - 1695).
1.11.01 Biografía:
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
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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.
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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.
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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.
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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 (15701624) 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
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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.
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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.
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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.
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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.
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