William Herschel
nacque ad Hannover (oggi capitale della Bassa Sassonia all'epoca uno dei 9
elettorati del Sacro Romano Impero ) il 15 novembre 1738.
Il padre si chiamava Isaac, la madre Anna Ilse Mortzen (*).
(*) La coppia avrebbe avuto 10 figli di cui solo 6 sarebbero sopravvissuti all'infanzia
Isaac era un musicista che suonava nella banda dell’esercito di cui faceva parte (fanteria hannoveriana). William, il cui vero nome era Friedrich Wilhelm, aveva ereditato dal padre la passione per la musica e a 14 anni entrò a far parte della stessa banda.
(*) Un conflitto che si svolse fra il 1756 e il 1763 e coinvolse molti paesi d' Europa, l'elettorato di Hannover, per esempio, si trovò a combattere nello schieramento opposto a quello dell' elettorato di Sassonia (pur essendo entrambi frammenti di quello che restava del Sacro Romano Impero)
Lo scoppio della guerra dei 7 anni (*) indusse Wilhelm ad emigrare in Inghilterra
assieme al fratello Jacob. Giunto a Bath si fece notare come violinista, suonatore
di oboe, compositore, insegnante e divenne anche direttore d'orchestra.
Ma Wilhelm aveva “il fuoco dell' astronomia” e nel 1773 iniziò a studiarla da
autodidatta Nel 1774 iniziò a costruirsi i telescopi. Cominciò con un gregoriano e poi, in seguito,costruì un newtoniano.
(*) che in seguito sarebbe stato detto gregoriano.
(**) quello della disputa con Newton.
James Gregory matematico e astronomo scozzese vissuto fra il 1638 e il 1675 nel suo libro Optica Promota, scritto nel 1663, aveva descritto un telescopio riflettore (*), che sarebbe stato costruito dieci anni dopo da Robert Hooke (**).
Fra il 1664 e il 1668 Gregory visse a Padova ove ebbe contatti col matematico Stefano degli Angeli (Venezia 1623, Padova 1698) che insegnava nella locale Università.
Nella stessa città, nel 1668, Gregory pubblicò il
Geometriae pars universalis, un testo in cui
sviluppava, indipendentemente da Newton e
Leibniz, alcune idee che si sarebbero mostrate
fondamentali per lo sviluppo del calcolo
infinitesimale.
Recatosi a Londra nel 1668, Gregory fu ammesso alla Royal Society, ma entrò in polemica con Huygens che criticava i suoi risultati sul calcolo infinitesimale.
Per questa ragione non pubblicò più nulla inerente i suoi ulteriori studi [1], quali ad esempio il teorema binomiale ([2]) e il teorema di Taylor ([3]).
Per quanto riguarda il telescopio, Gregory provò a realizzarlo ma non avendo esperienza nel settore e non trovando nessuno capace di aiutarlo rinunciò all' impresa. Un progetto di telescopio simile a quello di Gregory si trova nel libro Lo specchio ustorio pubblicato nel 1632 da Bonaventura Cavalieri [4] e nell'
harmonie universelle (del 1636) di Marine Mersenne [5].
[1] di cui abbiamo conoscenza grazie alla corrispondenza fra Gregory e John Collins (1625, 1683) matematico inglese noto soprattutto per gli scambi epistolari che ebbe con
Leibniz e Newton.
[2] la cui paternità è attribuita a Newton.
[3] pubblicato da Taylor nel 1715.
[4] Matematico, nato a Milano nel 1598, si chiamava Francesco e prese il nome di Bonaventura quando entrò nell'ordine dei gesuati (sorto nel XIV secolo come fraternità di laici ispirati a San Girolamo, mutatosi prima in ordine mendicante e poi in ordine clericale, soppresso nel 1668 da papa Clemente IX). Studiò matematica a Pisa ove conobbe
Galileo che reputandolo un grande matematico gli fece ottenere nel 1629 un posto di lettore all'Università di Bologna, città ove rimase fino alla morte avvenuta nel 1647.
[5] Teologo, filoso e matematico francese vissuto fra il 1588 e il 1548.
(*) in realtà era nato ad Edinburgo, ma nel 1738 divenuto membro della Royal Society, si era stabilito a Londra. Fu uno dei fondatori della Philosophical Society di Edinburgo e nel 1757 divenne socio straniero dell Accademia Reale Svedese delle Scienze .
Il telescopio gregoriano è costituito da uno specchio primario parabolico, con funzione di obiettivo, e da un secondario concavo a sezione ellittica situato
sull'asse ottico oltre il fuoco del primario.
Il telescopio gregoriano ebbe una grande diffusione intorno alla
metà del XVIII secolo. Celebri sono i gregoriani realizzati dell'ottico inglese (*) James
Short (1710-1768) che nel corso di 33 anni ne costruì ben 1360 che vendette sia ad importanti Osservatori (fra cui quello di
Parigi, San Pietroburgo, Harvard e Uppsala) sia a privati cittadini residenti in
Europa e nel Nord America. Il più famoso fra questi ultimi è probabilmente
George Parker (1695, 1764), un nobile inglese che aveva costruito nel suo
castello un osservatorio privato (oltre che un laboratorio di chimica).
La regione dell' Oxfordshire dove si trova Shirburn sede del
castello di Parker L'ingresso del castello di Parker
Short realizzò per Parker (*) nel 1741, un riflettore con una focale di 3 piedi (**).
Short non assunse mai un assistente e quindi alla sua morte la sua grande esperienza scomparve con lui.
(*) Più che per il suo osservatorio astronomico egli è noto per essere stato uno strenuo sostenitore della riforma gregoriana del calendario che sarebbe entrata in vigore in
Inghilterra mel 1752
(**) 1 piede corrisponde a 30.48 cm
riflettore da 2 pollici e ¼ realizzato da Short nel 1765
Riflettore da 4 pollici e ½ (*) realizzato da Short nel 1737
Entrambi gli strumenti sono conservati al Museo Nazionale della Scozia
(*) 1 pollice corrisponde a 2.54 cm (4 pollici e ½ è riferito all’apertura ossia il diametro dello
specchio)
[1] l'aberrazione sferica, per questo è preferibile la forma parabolica per il primario.
[2] Notate la lieve differenza fra questo valore e quello riportato nella slide 14 della lezione su Newton, la ragione della differenza è nelle diverse “fonti” da cui sono state tratte le
informazioni
Il riflettore Newtoniano fu ideato e realizzato da Newton nel 1668. La scelta di uno specchio piano orientato a 45° obbediva al requisito di avere la minima ostruzione possibile davanti allo specchio primario.
Per semplicità di realizzazione. Newton optò per la forma sferica del primario che però non è esente da problemi ([1])
Il primo telescopio realizzato da Newton aveva un diametro del primario pari a 1.3 pollici ([2]) e un rapporto focale f/5.
Quanto era lunga la focale ?
Newton mostrò che il suo telescopio era
esente da aberrazione cromatica e con esso osservò i 4 satelliti di Giove e le fasi di
Venere.
A Bath, Herschel cominciò a compiere osservazioni regolari a partire dall'autunno del 1774 utilizzando più di un telescopio come documentato dal suo diario che nel settembre del 1774 riporta:
Assistito d 6 o 7 studenti [i suoi allievi di musica ndA] ogni notte ho compiuto osservazioni astronomiche con telescopi di mia costruzione.
Il 1 maggio 1776 il diario di Herschel riporta
Ho osservato Saturno con un nuovo riflettore da 7 piedi E il 13 luglio 1776:
Ho visto Saturno con un riflettore da 20 piedi che ho collocato nel mio giardino.
Gli specchi lavorati da Herschel erano migliori di quelli dell' osservatorio di Greenwich in quanto le immagini delle stelle erano meglio definite.
Fra il 1777 e il 1781 compì numerose osservazioni che gli permisero di verificare la rotazione di Marte e Giove e di stimare l'altezza dei monti della Luna.
Nel 1777 Herschel lasciò l'abitazione di Bath per recarsi a vivere in un'altra casa,
sempre nella stessa cittadina. Nel giardino situato all'interno di questa nuova
casa installò il suo telescopio da 7 piedi (15.7 cm di apertura e 2.13 m di focale)
In realtà Wilhelm non era solo, nel 1771 lo aveva raggiunto a Bath la sorella Caroline (Caroline Lucretia Herschel) più giovane di lui di 12 anni, che era stata colpita dal tifo quando aveva 10 anni, ma miracolosamente era sopravvissuta, seppure rimanendone fisicamente lesa.
Compiuti i ventun’anni aveva deciso di andare a vivere presso il fratello e questo, in modo molto anticonformista, aveva deciso di non farle svolgere solo le faccende domestiche, ma di insegnarle anche a leggere la musica e a cantare.
Quando nel 1773 aveva deciso di dedicare gran parte del suo tempo all’astronomia aveva pensato di coinvolgere la sorella. Per questo le insegnò
oltre all'inglese, anche la matematica, la trigonometria sferica e l'astronomia e gradualmente la coinvolse nelle osservazioni astronomiche.
Inizialmente Caroline affiancava
Wilhelm durante le ore notturne
annotando ciò che lui osservava
al telescopio, poi cominciò ad
aiutarlo nella creazione di
strumenti di osservazione.
La casa di William e Caroline Herschel a Bath in New King Streert 19, sede dal 1981 del Museo di Astronomia di Herschel.
Nel Museo, si trova la ricostruzione del
telescopio da 7 piedi
Herschel, aveva un sogno: misurare la parallasse delle stelle (*). Convinto che le stelle avessero tutte la stessa luminosità intrinseca, cercava le stelle brillanti che
avessero delle “compagne” più deboli. Le prime sarebbero state più prossime alla Terra e lui avrebbe misurato il loro spostamento rispetto alle compagne più deboli (e quindi più lontane). La sera del 13 marzo 1781 cercando una compagna debole di “Eta Geminorum…..”
Martedì 13 marzo tra le 10 e le 11 della sera quando stavo esaminando le
piccole stelle nelle vicinanze di eta Geminorum ([2]) ne ho notata una che pareva visibilmente più grande del
dovuto. Colpito dalla sua non comune luminosità, l' ho confrontata con eta Geminorum e con la piccola stella nel quartile tra l’Auriga e i Gemelli e
trovandola molto più grande di quelle cominciai a sospettare che si trattasse di una cometa.
(*) che avrebbe provato la validità del modello eliocentrico. L'esperimento “crucis” in realtà
sarebbe stato considerato quello di Foucault che nel 1851 col suo pendolo avrebbe dimostrato che la terra ruotava attorno al proprio asse.
(Herschel, W. 1781, Account of a Comet, Philosophical Transactions,Vol. LXXI, pp.
492-501)