Наука

457 години от рождението на Галилео Галилей – бащата на съвременната наблюдателна астрономия

457 години от рождението на Галилео Галилей - бащата на съвременната наблюдателна астрономия

Днес се навършват 457 години от рождението на бащата на съвременната наблюдателна астрономия – Галилео Галилей. Той е физик, астроном и философ, успял да направи собствен телескоп и извършва впечатляващи астрономически наблюдения. Той е и публичен защитник на хелиоцентричната система. Едни от най-забележителните му отрития са четирите най-големи спътници на Юпитер кръстени общо на негово име – Галилееви спътници (Йо, Европа, Ганимед и Калисто).

Галилео Галилей е роден в Пиза, Тоскана на 15 февруари 1564. Той е първото от седемте деца на Винченцо Галилей и Джулия Аманати.

457 години от рождението на Галилео Галилей - бащата на съвременната наблюдателна астрономия

Основният принос на Галилео Галилей към Научната революция е използването на количествени експерименти и математическата интерпретация на резултатите от тях. По негово време тези методи са нови в Европа. Уилям Гилбърт, непосредствен предшественик на Галилей, започва да използва експерименти, но без количествения подход към тях. В същото време бащата на Галилео Галией – Винченцо Галилей, прави експерименти, при които открива вероятно първото нелинейно отношение във физиката – връзката между опъна и честотата на звука в напрегната струна.

Галилео Галилей, свидетел на наблюденията на баща си, има възможност да ги обобщи на съвсем друго ниво. Той първи ясно заявява, че природните закони са математически и, както сам твърди, „езикът на Бог е математиката“.

Галилей показва забележително разбиране за връзките между математика, теоретична физика и експериментална физика.

  • Разбира математическата парабола както като конично сечение, така и като квадратична зависимост.
  • Твърди, че параболата е теоретично идеалната балистична крива при липса на триене или други препятствия. Той дори поставя ограничения за валидността на тази теория, като казва, че тя е уместна за траектории в мащаба на лаборатория или бойно поле. Изхождайки от чисто теоретични съображения, смята, че хипотезата може би не е вярна при мащаби, съпоставими с размера на планетата.
  • Осъзнава, че експерименталните данни никога няма да съвпаднат точно с някаква теоретична или математическа форма поради неточността на измерванията, непренебрежимостта на триенето и т.н.

Галилео Галилей публикува първите си астрономически наблюдения с телескоп през март 1610 в краткия трактат „Sidereus Nuncius“. На 7 януари същата година той открива три от четирите големи спътника на Юпитер – Йо, Европа и Калисто. Четири нощи по-късно открива и четвъртия – Ганимед. Той забелязва, че спътниците се появяват и изчезват периодично, което обяснява с тяхното движение около Юпитер, заключавайки, че те се движат в орбита около планетата. Той прави допълнителни наблюдения на спътниците през 1620. По-късно астрономите променят първоначалното наименование на спътниците, дадено от Галилей, „Медичиеви звезди“ (от името на неговите покровители – фамилията Медичи) на „Галилееви спътници“. Наблюдението, че около една планета се въртят по-малки планети, поставя под въпрос геоцентричната система, според която всички астрономически обекти се движат около Земята.

457 години от рождението на Галилео Галилей - бащата на съвременната наблюдателна астрономия

Галилей открива и цикличния характер на вида на Венера, наподобяващ лунните фази. Според хелиоцентричната система, предложена от Коперник, би трябвало да се наблюдават всички фази, тъй като движението на Венера около Слънцето би обръщало към Земята нейната осветена страна, когато тя е от отсрещната страна на Слънцето, и нейната тъмна страна, когато тя е между Земята и Слънцето. Според геоцентричния модел пълна фаза не би трябвало да се наблюдава, тъй като Венера винаги остава между Слънцето и Земята. Наблюденията на Галилей подкрепят, макар и да не доказват еднозначно, хелиоцентричната система.

Галилео Галилей е един от първите европейци, наблюдавали слънчевите петна, макар че има свидетелства, че китайски астрономи са правили това много по-рано. Той също така предлага нова интерпретация на наблюдение на слънчево петно от времето на Карл Велики, обяснявано погрешно с преминаване на Меркурий пред Слънцето.

Галилей е и първият, публикувал сведения за планини и кратери по повърхността на Луната, основавайки се на очертанията от светлина и сянка по нея. На базата на тези наблюдения той дори прави оценки за височината на планините. Това го довежда до заключението, че Луната е „груба и неравна, точно като повърхността на самата Земя“, а не идеалната сфера от теориите на Аристотел.

Наблюденията на Галилей показват също, че Млечният път, смятан преди това за мъглявина, представлява множество звезди, струпани толкова гъсто, че приличат на облаци, гледани от Земята. Той открива и множество други звезди, твърде отдалечени, за да бъдат наблюдавани с просто око. През 1612 Галилей наблюдава Нептун, но не разбира, че това е планета, и не му обръща особено внимание.

Теоретичните и експериментални изследвания на Галилей върху движението на телата заедно с работите на Йоханес Кеплер и Рене Декарт поставят основите на класическата механика, развита малко по-късно от Исак Нютон. Галилей е сред първите европейски учени, извършващи обстойни експерименти и стремящи се към математическо изразяване на природните закони.

Един от най-известните разкази за Галилей описва как той пуска топки с различна маса от Наклонената кула в Пиза, за да демонстрира, че времето, за което падат, не зависи от масата им. Макар че тази история се появява в негова биография, писана от ученика му Винченцо Вивиани, днес тя обикновено се смята за измислена. Всъщност Галилей прави опити с топки, търкалящи се по наклонена равнина, с което демонстрира същото явление – ускорението не зависи от масата. Макар този факт да противоречи на широко приетата по онова време теория на Аристотел, Галилей не е първият, достигнал до този извод. Независимостта на ускорението при падане и масата е описана още от Йоан Филопон през 6 век, а същото твърди и Джанбатиста Бенедети, съвременник на бащата на Галилей.

Освен че отхвърля теорията на Аристотел, според която по-тежките тела трябва да падат по-бързо, Галилей установява и математическата зависимост на ускорението при свободно падане – изминатото разстояние, започвайки от състояние на покой, е пропорционално на квадрата на изминалото време. Формулировката на закона е точна, макар че по това време не се използва съвременното компактно алгебрично означаване.

Галилео Галилей се противопоставя и на друга теория на Аристотел – че движещите се тела се забавят и спират, ако върху тях не действа някаква сила. Той формулира по-прецизно теорията на Ибн ал-Хайтам, поддържана по-късно и от Жан Буридан, според която при липса на триене тяло, движещо се по хоризонтална повърхност, би запазило скоростта и посоката на движението си. В Китай тази теория е застъпвана много по-рано от Мо Дзъ. Принципът за запазването на скоростта става един от трите закона за движение на Нютоновата механика.

Освен изследванията си в областта на физиката и астрономията Галилей има принос и към развитието на техниката. През 1595 – 1598 той прави подобрен вариант на „геометричен и военен компас“. Това е инструмент, предназначен за артилеристи и геодезисти, подобен на по-ранните уреди на Николо Тарталя и Гуидобалдо дел Монте. Той дава възможност за по-сигурно и точно позициониране на оръдията и за изчисляване на заряда от барут за гюлета с различен размер и материал. Инструментът може да се използва и за построяване на произволен правилен многоъгълник, за изчисляване на лицата на многоъгълници и кръгови сектори и много други.

Около 1606 – 1607 Галилей прави т.нар. галилеев термометър, като използва разширяването и свиването на въздух в колба, за да променя нивото на водата в свързана с нея тръба.

Въпреки широко разпространеното мнение Галилео Галилей не е откривателят на телескопа. Първите телескопи са направени в Холандия през 1608. Използвайки откъслечни схеми на първите устройства, Галилей прави свой собствен телескоп с осемкратно увеличение, който демонстрира във Венеция на 25 август 1609. Смята се също, че той първи използва телескопа за астрономически наблюдения. През 1610 използва телескоп като съставен микроскоп, а в края на живота си прави някои подобрения в устройството на микроскопа.

През последната година от живота си вече слепият Галилей работи върху механизма на часовник с махало, но първият действащ прототип е създаден от Христиан Хюйгенс през 50-те години на 17 век. Галилей оставя и многобройни скици на различни неосъществени изобретения, като съчетание от свещ и огледала, отразяващи светлината във вътрешността на сграда, машина за бране на домати, джобен гребен, който се разгъва в прибор за хранене, и предмет, наподобяващ химикалка.

Може да подкрепите MediaBricks.bg чрез платформата Patreon Become a Patron!