Szaturnusz

Christiaan Huygens a Szaturnusszal kapcsolatos kutatásainak köszönheti megfigyelőként szerzett hírnevét és annak, hogy ő fedezte fel e bolygó első holdját, melyet aztán Titánnak nevezett el. Egy olyan korban, melyben teljesen magától értetődőnek vesszük, hogy holdak márpedig vannak, és bolygók körül keringő ûrszondák felvételek tömegét készítik a kisebb-nagyobb holdakról, nehéz elképzelni, milyen világrengető volt egy ilyen felfedezés. A Jupiter négy holdjának Galilei nevéhez fûződő felfedezése megrázta az egész világot: Galilei Sidereus Nuncius címû könyvét (1610) már két héttel megjelenése után elkapkodták. Rosszakarói – márpedig ilyenek bőven akadtak – csalással vádolták Galileit. Kritikusai teleszkópja tökéletlenségeinek tulajdonították a fénypontokat. Huygens megfigyelései azonban bebizonyították, hogy a holdak egészen természetes, közönséges lakói a mi Naprendszerünknek, és inkább az számít kivételesnek, ha egy bolygónak nincsenek kísérői.&Iacuteme a Szaturnusz megfigyelése, 1657. december 27-ről, egy kéziratból, balra egy apró csillag a comes (kísérő) szóval. (Ez az a hold, amelyet Huygens később Titánnak keresztelt el.) Alatta a feljegyzés: „felfedeztem a Szaturnusz bolygó holdját, melyet itt Comesnek nevezek”. A vázlaton világosan látható, hogy a Titán elég messze helyezkedik el a Szaturnusztól, vagyis nem lehetett valami könnyû a háttérben látható összes csillag között ezt az egy fénypontot holdként kiszúrni. Ráadásul Huygens saját készítésû távcsöve nem volt felszerelve automatikus követőrendszerrel, vagyis a megfigyelés nem volt egyszerû feladat – ezt minden gyerek tudja, aki már épített magának távcsövet. Ennek volt betudható az is, hogy azok közül, akiket Galilei megajándékozott egyik vagy másik távcsövével, nem mindenki tudta megerősíteni a csillagász megfigyeléseit; Galilei számtalan levelében figyelmeztetett arra, milyen fontos, hogy stabilan álljon a mûszer.

Huygens megállapította a Titán keringési idejét; abból indult ki, hogy a hold pályája kör alakú. Méréseiből ez nem adódott közvetlenül, később azonban megközelítőleg helyesnek bizonyult a következtetése. &Uacutegy ítélte, olyan típusú holdról lehet szó, mint amilyeneket a Jupiter körül fedezett fel Galilei. A négy holdat Gailei Medici-holdaknak nevezte, így próbálva elnyerni a Mediciek jóindulatát. Feltûnő, hogy Huygens nem Orániainak nevezte el a maga holdját, jóllehet atyja az Orániai-Nassaui herceg személyi titkára volt. Ehhez Christiaan túlságosan is holland volt, Orániai Móric pedig, minden hibája ellenére, mintafejedelem a hírhedt Granduca di Toscanához képest.Huygens előtt már sokan megfigyelték, hogy a Szaturnusz egy korong, aminek két füle van. De ő állt elő elsőként a helyes magyarázattal: a Szaturnuszt nagyon lapos gyûrû veszi körül.

Ha megnézzük a Szaturnusz bolygó formáját megmagyarázni hivatott régebbi modelleket, amelyek éppen ilyen megfontolásból közös ábrán szerepelnek Huygens Systema Saturnium címû mûvében, akkor fel fog tûnni, csaknem mindegyik arra a következtetésre vezetett (vagy fordítva, azt szemléltette), hogy a Szaturnusznak két nagy holdja van, melyek a bolygó mellett egyhelyben állnak.Tudomásom szerint maga Huygens sohasem nyilatkozott arról, miként jutott erre a felismerésre, de elméleti emberként meg tudom tippelni. Gondolkodását teljes egészében a kopernikuszi világkép határozta meg, mely szerint a bolygók a Nap körül keringenek, de kristályszférákban, melyekhez mintegy hozzá vannak erősítve. A Jupiter Galilei-holdjai ugyanígy viselkednek. Huygens több egymást követő éjszakán saját szemével láthatta, milyen pályát írt le az általa felfedezett Titán a Szaturnusz körül.

Vagyis alighanem teljességgel természetellenesnek tûnhetett számára, hogy a Szaturnusznak két jókora holdja lenne, amelyek a bolygó két oldalán egy helyben állnának. Naprendszerünk egy korong; a Jupiter-rendszer ugyanígy; akinek van érzéke hozzá, hogy átlássa a dolgok mûködését, legalábbis eljátszik a gondolattal, vajon a Szaturnuszra nem alkalmazható-e ez a modell.Vagyis a Szaturnusz gyûrûje esetében nem szabályos felfedezéssel állunk szemben – ennyiben különbözik a Jupiter említett Galilei-holdjainak vagy a Titánnak a felfedezésétől. Mindenki tudta, hogy a Szaturnusz nem kerek, hanem nyúlványai vannak.

Huygens első rajza a Szaturnuszról (legalábbis azok közül, melyeket ismerünk; kéziratainak kiadói nem nyilatkoznak egyértelmûen a kérdésben) gyengébb azoknál, melyeket saját megfigyeléseik alapján korábban mások készítettek, talán azért, mert ők jobb lencsével rendelkeztek. Gömb alakú égitest két füllel – ennyi, nem több. A kéziratban található széljegyzetekből nem tudom megállapítani, vajon Huygens rögtön rájött-e a különös forma magyarázatára, mégis szinte biztosra veszem, hogy igen. Ugyanis bármiről is gondolkodott, feljegyzései mindig telis-tele voltak próbálkozásokkal. Itt azonban semmi nyoma ennek, ezért gyanítom, hogy azonnal tudta a megoldást.

 Mintha az lenne az első rajza a Szaturnuszról, amely mellett egyik kéziratában a Jupiterről és négy holdjáról készült megfigyelése szerepel. Huygens a Szaturnuszt ugyanazzal a két nyúlvánnyal ábrázolja, melyet előtte már mások is megfigyeltek, de az összes többi megfigyelésén a gyûrû szerepel
– ezért is gondolom, hogy ez a legkorábbi rajza.

Huygensnek nemcsak a türelem – amely minden jó megfigyelőre jellemző – volt sajátja, hanem az a képesség is, hogy szisztematikusan kikövetkeztesse a helyes megoldást. A szakértők az 1669-ben készült rajzot tartják számon a Szaturnusz első olyan megfigyeléseként, amelyen Huygens valószínûleg már a felismeréseit ábrázolta. A bolygótól balra eső nyúlvány alsó felén néhány tollvonást látni. Ez akár véletlen is lehetne, de nem így van, ez az apró besatírozott rész a bolygó árnyékát jelzi a gyûrûn. A Szaturnuszról nézve a Föld és a Nap meglehetősen közel vannak egymáshoz az égbolton; a bolygó árnyéka tehát többé-kevésbé pontosan a Földdel ellentétes irányba mutat, ezért az árnyék sohasem lehet igazán nagy. Ehhez a felfedezéshez jó távcsőre volt szükség, és éles elmére, amely képes volt a látottak jelentőségét felismerni.

Ez volt az egyik első utalás, amelyből Huygens arra következtetett, hogy nem egy szeszélyes formájú objektumról van szó, éppen ellenkezőleg, közönséges gömb alakú bolygóról, amelyet körbevesz valami. Vagyis egy nagyon is szabályos objektumról. Azt gondolom, amikor a rajzot készítette, már tudta, mit kellett látnia. Buta ember esetében ez végzetes lehet, Huygensszel azonban fordítva áll a helyzet. Miközben csinálod, elgondolkodsz, miközben gondolkozol, már tudod, mit kell nézned, mit kell tenned. A tudományos gondolkodás ilyen körpályát ír le: megfigyelés > hipotézis > előrejelzés > megfigyelés.

Hasonlítsuk össze mármost a Szaturnuszról készített vázlatot a rendelkezésünkre álló újabb megfigyelésekkel. A modern felvételek az ûrből készültek. A gyûrûre vetülő árnyékot Huygens ebből a nézőpontból egyszerûen nem figyelhette volna meg, következésképp alakját sohasem láthatta ilyennek, azonban a Cosmotheoros utolsó részében szereplő leírásokból kiderül, nagyon is tudatában volt annak, milyennek mutatkozna a Szaturnusz az ûrből, sőt annak is, hogy milyen lehet élni ezen a bolygón.

Amikor Huygens és kortársai megfigyeléseiről, valamint a Huygens által kialakított elméletről beszélek, gondolatban meg kell próbálnom visszamenni az időben, egy olyan korba, amikor még a klasszikus mechanika és a csillagászat egyetlen tétele sem számított magától értetődőnek. Nem is volt olyan szörnyen rég, amikor épp hogy megkezdődött a heliocentrikus világkép áttörése, és az akkori emberek szelleme, beleértve a tudósokét is, többnyire nem volt nyitott radikális változások befogadására.

A gyûrû magyarázata nem volt gyerekjáték, mint az kiderül a mások által javasolt megoldásokból, melyeket Huygens az 1660-ban készített ábrán tekintett át. Tarka egyveleg, fülek, lebenyek és a legkülönfélébb alakzatok. Ahogy így együtt látom ezeket, különös és méltánytalan érzés fog el, szeretném odakiáltani ezeknek az asztronómusoknak: „Gyerünk, mi lesz már, hisz olyan egyszerû!” De egyáltalán nem volt egyszerû, még véletlenül sem. Ez a körülmény ismét kiemeli, milyen leleményes módon közelített a problémához Huygens. Szép lassan egészen megszoktuk a Szaturnuszt. Az ûrkutatás lélegzetelállító képeket szállított nekünk, olyan ügyes kis mûszerek jóvoltából, melyeknek Huygens rettentően örült volna. A kor mûszereivel látható kép homályos volt, nem csak amiatt, mert a Föld atmoszférája olyan zavaros.

Huygens maga készítette a lencséit, és különös kegye a sorsnak, hogy még ma is megszemlélhetjük ezeket a tárgyakat. A Boerhave Múzeumban járkálva kivételesen megható érzés, hogy a kiállított 15 centiméter átmérőjû üveglencsét minden idők egyik legnagyobb elméje saját kezûleg készítette.Rég elmúlt már az az idő, amikor – tisztelet a kivételnek – egy akadémiai kutató el tudta készíteni a saját mûszereit. Kizárólag az elméleti fizika és a csillagászat ad lehetőséget a kezdeményező kedvû embernek arra, hogy saját maga által kitalált képletek alapján a saját (számítógépes) programjait megírja. Többek között ezért olyan lebilincselő számomra az elméleti munka.

A Szaturnusz-talány megfejtése rendkívüli teljesítmény volt. Huygens nem úgy jött rá a helyes megoldásra, hogy visszaszaladt a távcsőhöz, mert az imént rekonstruált képnél sokkal jobbra nem volt képes a kor, hanem tudományos eszköztárának legfontosabb elemét, az agyát használta. Hogy használta a fejét, az minden írásából, feljegyzéséből kiderül. Huygens mégis próbált úgy tenni, mintha jobb minőségû lencséinek köszönhetően jutott volna ezekre a következtetésekre.

Nem így volt. Lencséit csillagászati szempontból közepes minőségûnek mondhatnánk. Mégis élesebben látott, mivel az agy is része minden tudományos mûszernek. És biztosíthatom önöket, hogy Christiaan Huygens messze kora előtt járt. A Szaturnusz gyûrûjének megtalálásához lényegében ugyanazokat az elveket hívta segítségül, melyekre a klasszikus mechanika alapjait is lefektette: a szimmetriát, a szerkezetet és a mozgást. Elég volt hallgatólagosan feltételeznie:
a Szaturnusz nyúlványai is ugyanúgy keringenek, mint a bolygók holdjai, és máris egy szimmetrikus rendszerhez, a bolygót körülvevő gyûrûhöz jutott. Hogy ez nem egy állandó képződmény, arra Huygens talán úgy jöhetett rá, hogy feltételezte: Kepler harmadik törvénye a gyûrûben is érvényesül: a bolygótól való távolsággal csökken a keringési idő. Ekkor azonban Huygens még nem rendelkezett elég adattal annak bizonyításához, hogy a gyûrû sohasem lehet elég erős és összetartó ahhoz, hogy osztatlan egészként keringjen a bolygó körül.

Ahogy az a jó tudományos elméletekkel már lenni szokott, attól fogva, hogy végképp eldöntötte: a Szaturnusznak márpedig gyûrûje van, Huygens rögtön más megfigyeléseket is képes volt megmagyarázni, olyanokat, amelyek titkát addig nem sikerült felfedni. A legpompásabb ezek közül a gyûrû rendszeres, időszakos eltûnésének magyarázata. Már ismert volt, hogy a Szaturnusz „fülei” (ansae) bizonyos időközönként gyöngülnek, és végül csak keskeny csíkként figyelhetők meg, sőt néhány órára el is tûnnek a szemünk elől. Huygens felismerte, hogy ez a jelenség nagyon is érthető: amikor a Föld pontosan a gyûrû síkjában helyezkedik el, vagyis a gyûrû épp az élét mutatja felénk, nem látjuk a gyûrût, ha az nagyon keskeny. Még ahhoz is volt mersze, hogy megsaccolja, mekkora lehet a gyûrû maximális vastagsága: „600 német mérföld” (egy német vagy porosz mérföld 7,532 km). A gyûrû tényleges vastagsága ennek századrésze, Huygens azonban csak felső határt adott meg. És az helytállónak bizonyult. §