O teleskopach Galileusza

Teleskopy, za pomocą których Galileusz dokonał przewrotu w technice obserwacji astronomicznych, odkrywając dzięki nim między innymi cztery księżyce Jowisza, znajdują się obecnie w Muzeum Historii Nauk we Florencji. Instrumenty te zostały opisane przez prof. V. Ronchi, dyrektora Państwowego Instytutu Optyki we Florencji, w czasopiśmie „Universo” (IV, 10 1923). Jednak z niewiadomych powodów nie wspominają o tym podręczniki z zakresu historii optyki, nawet astronomicznej (np. A. Danjon i A. Couder: „Lunetes et telescopes”, Paryż 1935, lub A. König: „Fernrohre und Entfernungsmesser”).

W dniach 23–24 maja 1923 r. prof. Ronchi przeprowadził za pomocą teleskopów Galileusza obserwacje Słońca, Księżyca, Jowisza i Mizara ustalając, że zdolność rozdzielcza teleskopu I wynosi 20'', a pole widzenia 15', podczas gdy dane te dla teleskopu II wynoszą odpowiednio 10'' i 15'. W czasie tych pomiarów na okularach i obiektywach nałożone były blendy (diafragmy) używane przez Galileusza. Ponadto optykę poddano „ziemskim” testom, które obejmowały pomiary danych charakterystycznych dla każdej soczewki oraz badania aberracji. Wyniki otrzymane można ująć w następującą tabelkę:

	F/cm	R1/cm	R2/cm	n	D/cm	d/cm	s/cm
Obiektyw I	132,7	99,55	346,5	1,580	5,1	2,6	0,25
Okular I	–9,52	~	4,85	1,509	2,6	1,1	0,30
Obiektyw II	95,6	53,5	5050,0	1,550	3,7	1,6	0,20
Okular II	–4,88	5,15	5,15	1,527	2,21 1,7}	1,6	0,18
Soczewka pęknięta	168,9	94,16	1436,3	1,523	58	3,8	0,40

gdzie: F = długość ogniskowa, R₁ i R₂ = promienie krzywizny, n = współczynnik załamania światła, D = całkowita średnica soczewki, d = średnica diafragmy, s = grubość w środku soczewki. Dane powyższe odnoszą się do światła monochromatycznego (λ = 5500 Å). Okular II posiada dwie wartości D, ponieważ całkowita średnica płytki szklanej, z której został wykonany, wynosi 2,2 cm, ale wykończono jedynie część o średnicy 1,7 cm. Abberracje obserwowane ograniczają się wyłącznie do chromatycznych.

Wymieniona w tabelce „pęknięta soczewka” jest wmontowana w owalny ornament, umieszczony na nóżce podtrzymującej oba teleskopy. Ona to właśnie, użyta jako obiektyw, pozwoliła Galileuszowi na odkrycie „gwiazd medycejskich” — jak na cześć swego protektora, księcia Medici, nazwał nowoodkryte księżyce Jowisza. Soczewka ta była lepsza od dwóch pozostałych obiektywów z następujących powodów:

1. Stosunek grubości do średnicy efektywnej (diafragmy) jest nieco mniejszy niż 1 : 10, co zgodne jest z dzisiejszymi wymogami bardziej niż ten sam stosunek dla obu pozostałych obiektywów, które powinny być mniej więcej dwa razy grubsze niż są w rzeczywistości.

2. Stosunek promieni krzywizny soczewki pękniętej wynosi około 1 : 15, a zgodnie z tablicami Seidela powinien być równy 1 : 7. Tablice Seidela podają ten stosunek w zależności od współczynnika załamania światła „n” tak, aby kształt otrzymanej soczewki był najkorzystniejszy ze względu na aberrację sferyczną. Prawie równie dobrze utrafił Galileusz z krzywiznami obiektywu I, których stosunek wynosi 1 : 3,5, a powinien być równy 1 : 11 przy współczynniku „n” = 1,58. Obiektyw II ma „n” równe 1,55, co odpowiada teoretycznemu stosunkowi promieni 1 : 8, podczas gdy w rzeczywistości wynosi około 1 : 100.

Prawie poprawnie wybrane krzywizny soczewki świadczą o niezwykle wysokim poziomie optyki włoskiej w XVII wieku.

Wracając do zdolności rozdzielczej teleskopów zauważyć należy, że pomimo apertury równej 2,6 cm teleskop I rozróżnia punkty odległe od siebie o 20 sekund łuku, a tymczasem teleskop II z aperturą 1,6 cm ma zdolność rozdzielczą rzędu 10 sekund łuku. Winne są wady szkła, z którego zbudowano obiektyw I (zbyt duży współczynnik załamania światła, zanieczyszczenia, bąbelki powietrza, naprężenia wewnętrzne itd.). Co prawda, w przeciągu ponad 300 lat powierzchnie soczewek podlegały wpływom atmosferycznym, jednak po ponownym przeszlifowaniu — którego zresztą prawdopodobnie nie wykonano — różnice w jakości obu obiektywów pozostałyby niezmienione.

Powiększenie teleskopu I wynosi 14 ×, teleskopu II — 19,5 ×. Przy użyciu tych samych okularów, teleskop III z pękniętą soczewką miałby powiększenie 17,8 oraz 34,6 ×.

Problem autorstwa wynalazku teleskopu po dziś dzień dzieli historyków nauki na dwa obozy. Pierwsi upatrują odkrywcę w holenderskim szlifierzu okularów Hansie Lippershey, który bez wątpienia już w roku 1609 złożył podanie o patent na wyrób tego rodzaju przyrządów. Jego rodak — również szlifierz okularów — Zacharias ogłosił wtedy, że dokonał tego samego wynalazku całe 20 lat wcześniej, czyli około 1590 r. Zgodnie z odnalezionym w Holandii listem uważa się obecnie, że szesnastoletni Zacharias skopiował lunetę przywiezioną z Włoch (wspominają o tym Danjon i Couder w wyżej wymienionej książce). Ta bardzo mglista historia sugeruje przyznanie pierwszeństwa odkrycia Włochom. (Sięgając do języka potocznego, sformułowanie „luneta Galileusza” jest znacznie powszechniejsze niż „luneta holenderska”).

Druga grupa historyków odkrycie teleskopu przypisuje Galileuszowi lub też współczesnemu mu Porcie, znanemu optykowi z Italii. Ten ostatni nie był astronomem ani matematykiem, był raczej optykiem, a więc takim fizykiem, jakim wśród ówczesnych chemików był alchemik. Jego prace przesiąknięte są panującą podówczas wszechwładnie metafizyką, tym nie mniej główne dzieło „De telescopio”, zawierające liczne szkice i rysunki, kładło podwaliny pod optykę geometryczną, eliminując jednocześnie wiele błędnych poglądów, jakie wprowadzili do optyki Alhazen i inni.

Niedawno okazało się, że pretensje do autorstwa wynalazku teleskopu zgłaszają również Anglicy. W jednym z listów, jakie zachowały się po siedemnastowiecznym matematyku angielskim Tomaszu Harriocie, jego uczeń William Lower donosi o obserwacjach Księżyca, dokonywanych przez Harriota przy pomocy lunety, którą nazywał „cylindrem”. Obserwacje te robił już w lipcu 1609 r.

Warto przy okazji chyba wspomnieć o tym, że Galileusz dzięki swym teleskopom był bliski odkrycia pierścieni Saturna. Obserwując tę planetę zauważył po jej obu bokach dwie „wypustki”. Zaintrygowany, ogłosił ówczesną „modą” anagram, zawierający zaszyfrowaną istotę odkrycia. Takie postępowanie pozwalało uczonemu bez pośpiechu przekonać się o prawdziwości obserwowanego zjawiska, zachowując mu jednocześnie możliwość udowodnienia swojego pierwszeństwa. Anagram ów brzmiał:

SMAISMRMIELMEPOETALEUMIBUYNENUGTTAYIRAS

Chcąc odczytać tak zaszyfrowane zdanie należało dokonać ogromnej liczby przestawień liter. Bezprzykładnej tej pracy podjął się rówieśnik Galileusza — Kepler, który po — praktycznie rzecz biorąc — zmarnowaniu szmatu czasu ogłosił odczytane przez siebie zdanie (opuszczając dwie litery):

SALVE, UMBISTINEUM GEMINATUM MARTIA PROLES

co znaczy: „Witajcie bliźnięta, Marsa potomstwo”. Kepler był bowiem przekonany, że Galileusz odkrył dwa księżyce Marsa, których istnienie sam przewidywał. Galileusz tymczasem kontynuował obserwacje Saturna. Niestety, akurat na ten czas przypadało powtarzające się co około 14,5 roku zjawisko „zniknięcia” pierścieni (obserwator ziemski znajduje się wtedy w ich płaszczyźnie) co utwierdziło Galileusza w mniemaniu, iż pierwotne odkrycie wypustek było fałszywe. Odsłonił wtedy tajemnicę swego anagramu, który brzmiał:

ALTISSIMUM PLANETAM TERGEMINUM OBSERVAVI

czyli: „Najwyższą planetę potrójną obserwowałem”. Sformułowanie „najwyższa” pochodzi stąd, że Saturn był najdalszą planetą, znaną w czasach Galileusza. Właściwego odkrycia pierścieni Saturna dokonał Huygens pół wieku później. Wzorem swego poprzednika opublikował on anagram głoszący po rozszyfrowaniu:

„Pierścieniem okrążony cienkim, płaskim, nigdzie nie przecinającym się, do ekliptyki nachylonym”.