Katedry jako obserwatoria…

Katedry jako obserwatoria słoneczne

Znalezisko: https://www.wykop.pl/link/4405087/katedry-jako-obserwatoria-sloneczne-ten-wpis/

Ten wpis jest odpowiedzią na zarzut, że w tagu przedstawiane są jedynie osiągnięcia pojedynczych postaci, co nie jest dowodem na to, że Kościół jako instytucja wspierał naukę. Postanowiłem więc przedstawić taki wycinek działalności, który pokazuje jak wspomagał finansowo rozwój astronomii.

Jak przekonuje historyk nauki John Heilbron w książce The Sun in the Church: „Kościół rzymskokatolicki przeznaczył więcej wsparcia i pomocy finansowej na rzecz rozwoju astronomii przez okres sześciuset lat, od czasu odrodzenia nauki antycznej w późnym średniowieczu do oświecenia, od jakiejkolwiek innej instytucji, lub prawdopodobnie wszystkich innych instytucji razem wziętych”. Jednym z ważniejszych powodów było to, że astronomia miała ważne znaczenie dla Kościoła. Niezbędne było dokładne ustalenie prawidłowej daty Wielkanocy, a jest to, wbrew pozorom, niełatwe zadanie.

Jak wiadomo, Wielkanoc jest świętem ruchomym, obchodzonym w pierwszą niedzielę po pierwszej wiosennej pełni Księżyca(zostało to ustalone na soborze nicejskim w 325 roku). Choć daty wielkanocne obliczane były z kilkuletnim wyprzedzeniem, układane w tabele i rozprowadzane w celach informacyjnych, to jednak te obliczenia nie były ani łatwe do przeprowadzenia ani zbyt dokładne. Trudności polegały na tym, że nie znano dokładnych średnich wartości okresów między kolejnymi równonocami wiosennymi, czyli długości tzw. roku zwrotnikowego.

Najdokładniejszym sposobem zmierzenia tego cyklu był instrument zwany linią południkową lub meridianą. By stworzyć taką meridianę potrzebny był duży, w miarę ciemny budynek(kościoły pasowały więc idealnie), w którego wschodniej ścianie umieszczało się niewielką szczelinę, zwaną gnomonem otworkowym, by przepuszczała światło, tworząc tzw. camera obscura. Promienie światła wpadające przez otwór formują na powierzchni obraz widoku znajdującego się poza otworem. Następnie na podłodze zaznaczało się linię przechodzącą z północy na południe(najczęściej za pomocą prętu w niej osadzonego). Można teraz było obserwować ile dni zajęło wizerunkowi Słońca w południe by powrócić w to samo miejsce na linii południkowej.

Pierwsza ważna meridiana w kościele została zainstalowana przez dominikańskiego kartografa Ignacego Dantiego w 1575 roku. Powstała jako narzędzie mające służyć przy reformie kalendarza, która była wymarzonym projektem księcia Toskanii, Kosma I Medyceusza. Do czasów Kosmy kalendarz juliański różnił się o prawie dziesięć dni w stosunku do roku słonecznego. Przekonał on więc dostojników kościoła Santa Maria Novella we Florencji by pozwolili Dantiemu zrobić małą dziurę w okrągłym oknie w górnej części południowej fasady budynku, 21,35 m nad ziemią. Chciał za jej pomocą ustalić długość roku zwrotnikowego. Skala meridiany Dantiego ukazuje dlaczego wielkie kościoły były idealne jako obserwatoria słoneczne. Pomiędzy letnim a zimowym przesileniem obraz słońca przebiegł 47,6 metrów. Tylko ogromne rozmiary katedry umożliwiły rozmieszczenie długich przyrządów pomiarowych, które ukazały drobne szczegóły dotyczące wielkości i ruchu słońca.

Niestety, zanim Danti zdążył ukończyć swoją meridianę, Kosma zmarł. Śmierć wielkiego księcia doprowadziła do władzy jego syna Francesca, który nie był zainteresowany projektem. Przełożeni Dantiego wysłali go by nauczał na uniwersytecie w Bolonii, gdzie zbudował kolejną meridianę w kościele San Petronio. Niestety, architekt bazyliki umieścił filary podtrzymujące nawę w taki sposób, że bez względu na to, gdzie zostałaby zrobiona dziura, zablokowałyby promienie słoneczne przed dotarciem do podłoża w południe w niektórych porach roku. Na szczęście niezwykły wkład jaki ten kościół miał odegrać w historii astronomii miał dopiero nadejść, wraz osobą Giovanniego Domenico Cassiniego(1625-1712). Cassini, wychowanek jezuitów, został wyznaczony do objęcia dawnego stanowiska Dantiego na Uniwersytecie w Bolonii. Kiedy Cassini objął swoją profesurę w 1651 roku, kościół San Petronio byli w trakcie generalnego remontu.

Przełożeni poprosili Cassiniego by odnowił meridianę, która dzięki przebudowie miała tym razem działać znakomicie. Cassini wykonał gnomon otworkowy w metalowej płytce o średnicy równej jednej tysięcznej wysokości otworu nad ziemią, który znajdował się około 27 metrów nad ziemią. Samą linię południkową powiększył do długości 1/600 000 części obwodu Ziemi, czyli 66,71 metrów(co sprawiło, że jest najdłuższą taką linią na świecie). Wszystko to kosztowało 2500 lirów, czyli około miliona dzisiejszych złotych, które mnisi uzyskali zadłużając się. W przeciwieństwie jednak do swojego poprzednika Cassini nie chciał wykorzystywać swojej meridiany tylko do poprawienia kalendarza. Potrzebował narzędzia mogącego wyznaczyć „orbitę” Słońca, czyli jego pozorny ruch. Miało to służyć rozstrzygnięciu kontrowersyjnej kwestii: czy to Słońce okrąża Ziemię, czy na odwrót?

Już w starożytności dobrze zdawano sobie sprawę, że Słońce wydaje się poruszać po nieboskłonie wolniej latem niż zimą, co minimalnie przedłużało tę porę roku(przynajmniej na północnej półkuli). W starożytności tłumaczono to iluzją optyczną. Przecież obliczenia geometryczne i model fizyczny wykluczały coś takiego. Pokazywało więc to, że matematyka jest bardziej wiarygodna niż empiryczne doświadczenie. Jednak w XVII w. niemiecki astronom Jan Kepler wpadł na inny pomysł, zwany dziś drugim prawem Keplera. Mówi ono, że Ziemia porusza się szybciej gdy jest bliżej Słońca(będąc w peryhelium) niż gdy jest od niego najdalej(będąc w afelium). A ujmując ściślej: W równych odstępach czasu promień wodzący planety, poprowadzony od Słońca, zakreśla równe pola.

Cassini chciał zweryfikować to twierdzenie. By to zrobić musiał zaobserwować, czy widoczna średnica Słońca zmniejszyła się w taki sam sposób, jak zmniejszyła się jego prędkość. Korzystając z meridiany w San Petronio, Cassini określił zmiany średnicy Słońca w ciągu roku, z dokładnością do minuty kątowej. Jedynie dzięki temu, że gnomon otworkowy znajdował się na tak dużej wysokości było to możliwe. Nie udałoby się to, na przykład, z ówczesnymi teleskopami, ponieważ utworzone przez nie obrazy były znacznie mniejsze niż obraz utworzony na podłodze katedry San Petronio. Tym sposobem Cassini obserwacyjnie potwierdził drugie prawo Keplera, choć nie było to potwierdzenie heliocentryzmu, ze względu na równoważność matematyczną między systemem Tycho a systemem Kopernika. Różniły się one jedynie środkiem układu odniesienia, dla Tycho to była Ziemia, dla Kopernika środek orbity Ziemi. Obserwacje Cassiniego zostały potwierdzone przez niezależnych obserwatorów, w tym czołowego jezuickiego astronoma Giambattistę Beccariego. Natomiast sama meridiana w katedrze San Petronio została użyta do obserwacji około 4500 razy w okresie między 1655 a 1736 rokiem.

W XVII i XVIII wieku wykorzystano wiele kościołów jako obserwatoria. Np. Angelo Cesaris w 1786 roku zaprojektował słynną meridianę w Katedrze Narodzin św. Marii w Mediolanie, a w 1801 roku Giuseppe Piazzi w Katedrze Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny w Palermo. Również katedry w Paryżu, Durham w Anglii, Brukseli czy Antwerpii miały swoje linie południkowe. Stały się one nie tylko użytecznym narzędziem badawczym, ale również pewnym wyznacznikiem prestiżu, ozdabiane często malunkami przedstawiającymi znaki zodiaku(dlatego zaczęły pojawiać się również w pałacach i posiadłościach możnych osób). Taki też był jeden z powodów zbudowania meridiany w Bazylice Matki Bożej Anielskiej w Rzymie przez Francesco Bianchiniego w 1702 r. na polecenie papieża Clementa XI(drugim było sprawdzenie dokładności reformy kalendarza). Jednak ten zdolny uczony nie poprzestał na tym.

Bianchini(1662-1729) dodał unikalną cechę dzięki której uzyskał możliwość ustawienia małego teleskopu refrakcyjnego wzdłuż meridiany, pozwalającego dokładnie zmierzyć kąty wysokości i czasy przejścia nie tylko Słońca, ale także gwiazd i planet. Można było obserwować najjaśniejsze gwiazdy nawet w ciągu dnia, aby precyzyjnie określić ich pozycje względem słońca. Ruchomy teleskop mógł również obserwować Gwiazdę Polarną przez drugi otwór skierowany na północ. Umożliwiło to pomiar szerokości geograficznej. Przez pierwsze 15 miesięcy istnienia tej meridiany, Bianchini zaobserwował i dokładnie opisał 53 dni słonecznych tranzytów, jasne gwiazdy takie jak Syriusz, Arktur i Gwiazda Polarna, planety naszego układu, księżyce Jowisza czy zaćmienia księżyca. Swoje spostrzeżenia opublikował w książce zadedykowanej papieżowi.

Poza tym meridiany i gnomony używane były przez wielu uczonych na początku XVIII wieku w celu określenia długości stopnia szerokości geograficznej. Pomiar długości geograficznej jest ważny zarówno dla kartografów jak i nawigatorów, więc w epoce wielkich odkryć geograficznych było to ważne zagadnienie. Rządy i monarchowie wielu krajów ustanawiali nagrody dla odkrywcy prostej i praktycznej metody precyzyjnego określania długości geograficznej. Nie dziwi więc, że poszukiwanie odpowiedzi na ten problem było popularnym zajęciem dla wielu naukowców, a precyzyjne meridiany były używanymi przez nich narzędziami.

Tak więc, od XVI do XVIII wieku wiele katedr służyło uczonym jako najnowocześniejsze ośrodki badań astronomicznych. Te świątynie mieściły precyzyjne instrumenty zbudowane według najbardziej rygorystycznych ówczesnych norm, które przyczyniły się do rozwoju astronomii. Jednak w połowie XVII wieku, dzięki ulepszeniom w mocowaniach i soczewkach, teleskopy stały się bardziej użytecznymi i dokładnymi instrumentami do pomiarów słonecznych niż linie południkowe. Dziś są one trochę zapomnianym reliktem, który co najwyżej przyciąga uwagę turystów zwiedzających kościoły Europy, niezdających sobie sprawy z ich niegdyś wielkiego znaczenia dla nauki. Warto więc o tym przypomnieć.

#naukowcywiary #ciekawostki #historia #nauka #wiara #katolicyzm #4konserwy