Jak Simon Newtcombe stworzył matematyczne podstawy współczesnej astronomii

18

Był dzieckiem, które wyciągało korzenie sześcienne, zanim zdążył zawiązać buty.

Urodzony w Wallace w Nowej Szkocji w 1835 roku Simon Newtcombe nie tylko kochał liczby. Żył w nich. W wieku czterech lat ojciec, nauczyciel, który stale zmieniał miejsce zamieszkania, nauczył go liczyć. W wieku pięciu lat całymi godzinami ćwiczył dodawanie i mnożenie. W wieku siedmiu lat przeczytał wszystkie książki do arytmetyki w domu, łącznie z nieprzyjemnym tematem obliczania pierwiastków sześciennych.

Nie był to tylko przedwczesny talent. To była cecha jego myślenia.

Newtcomb nie miał prawie żadnego formalnego wykształcenia. W wieku 16 lat odbył praktykę u szarlatana zielarza w Nowym Brunszwiku. Nie podobało mu się to. Uciekł, aby dołączyć do swojego owdowiałego ojca w Maryland. Tam znalazł coś lepszego niż zioła. Znalazł biblioteki.

Mianowicie biblioteki w Waszyngtonie.

Pochłaniał teksty techniczne, aż zdał sobie sprawę, że jego mózg został stworzony do jednego: matematyki. Zainteresował się amerykańskimi efemerydami i almanachem żeglarskim. W tym corocznym przewodniku przewidywano położenie ciał niebieskich na niebie. Dla Newtcomba było to coś więcej niż tylko harmonogram. Była to zagadka czekająca na dokładne rozwiązanie.

Złożył podanie o pracę. Otrzymał go w 1857 roku, kiedy rozpoczął pracę jako kalkulator dla American Nautical Almanac w Cambridge w stanie Massachusetts. Uczęszczał także do Lawrence School of Science na Uniwersytecie Harvarda, uzyskując dyplom w 1858 roku.

W 1861 roku zauważyła go Marynarka Wojenna. Awansował do korpusu nauczycieli matematyki i został przydzielony do Obserwatorium Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych w Waszyngtonie. Przez ponad dekadę określał położenie ciał niebieskich. Najpierw za pomocą instrumentów meridianowych. Następnie w ciągu dwóch lat za pomocą nowego 26-calowego teleskopu refrakcyjnego.

Ta praca zmieniła wszystko.

W 1877 Newtcomb stał na czele Amerykańskiego Almanachu Morskiego. Miał w głowie wspaniały projekt. Zamierzał obliczyć ruch każdego ciała w Układzie Słonecznym. To zajmie mu resztę życia.

W 1897 roku osiągnął wiek emerytalny dla kapitanów. Marynarka wojenna zrobiła dla niego wyjątek. Odszedł na emeryturę w stopniu kontradmirała. Rzadkie wyróżnienie.

On także uczył. Od 1884 do 1893 był profesorem matematyki i astronomii na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Baltimore. Mieszkał w Waszyngtonie. Redagował American Journal of Mathematics. Założył Amerykańskie Towarzystwo Astronomiczne i był jego pierwszym prezesem w latach 1899–1905.

Jednak prawdziwego dziedzictwa nie kryły się w tytułach. To były dane.

Jego najważniejsze prace ukazały się w serii „Artykuły astronomiczne przygotowane do użycia amerykańskich efemeryd i almanachu żeglarskiego”. Rozpoczął tę serię w 1879 roku. Jego cel był prosty, ale rygorystyczny: wykorzystać najlepsze istniejące dane do systematycznego określania stałych astronomicznych. Chciał ponownie zbadać teorie ruchu ciał niebieskich. Chciał tablic, wzorów i zasad konstruowania efemeryd.

W efekcie powstało 36 artykułów. Około 4500 stron w formacie quoro. Pierwsze dziewięć tomów.

Newtcomb był jedynym lub głównym autorem 25 z nich.

Sporządził tabele dla Słońca, Merkurego, Wenus, Marsa, Urana i Neptuna. George W. Hill, inny amerykański astronom, opracował tablice dla Jowisza i Saturna. Razem stały się światowym standardem.

Kto ich używał?

Każdy astronom na Ziemi.

Tabele te obliczały dzienne pozycje ciał niebieskich od 1901 do 1959 roku. Na tym nie kończyła się ich użyteczność. Dla Słońca, Merkurego, Wenus i Marsa pozostały one istotne jeszcze długo po tym.

Jakość była stała i wysoka. Prawie nic w tych artykułach nie okazało się błędne. W połowie XX wieku nadal zasługiwały na uwagę każdego poważnego badacza ruchu ciał niebieskich.

Newtcomb zmarł w Waszyngtonie w 1909 r. Został wybrany do Narodowej Akademii Nauk w 1869 r. Przez resztę życia pełnił funkcję sekretarza Izby Reprezentantów, wiceprezydenta i ministra spraw zagranicznych.

Otrzymał wiele stopni honorowych. Zdobył najwyższe nagrody naukowe swoich czasów.

Ale spójrz na dzisiejsze niebo. Spójrz, gdzie są planety.

Patrzysz na wynik mężczyzny, który uciekł przed szarlatanerem zielarskim i zdecydował, że jedyną rzeczą, której warto ufać, są liczby.

Walka o uniwersalny standard astronomiczny

Najważniejszym dziedzictwem Newcomba był nie tylko zbiór liczb, ale cały system. Razem z A. M. W. Downingiem, dyrektorem Brytyjskiego Biura Astronomicznego Marynarki Wojennej, sprowadził odmienne pola do wspólnego mianownika. Do tego momentu astronomia precyzyjna była chaosem. Astronomowie z różnych krajów korzystali z różnych danych podstawowych. Zamieszanie było całkowite. Instytucje obliczały pozycje ciał niebieskich na podstawie wybranych przez siebie stałych.

Ten brak jedności praktycznie uniemożliwiał globalną koordynację. Newcomb i Downing wyraźnie widzieli problem. Chcieli jednego zestawu znaczeń, z którym zgodziliby się wszyscy i wszędzie.

Jak konferencja paryska w 1896 roku zmieniła wszystko

Rozwiązanie znaleziono w maju 1896 roku. W Paryżu spotkali się dyrektorzy efemeryd narodowych USA, Wielkiej Brytanii, Francji i Niemiec. Nie tylko dyskutowali, oni działali. Konferencja zdecydowała się przyjąć specyficzny zestaw stałych, począwszy od 1901 roku. Wybór padł na pracę Newcomba, która została znacznie zmodyfikowana.

To było odważne posunięcie. Niektóre obliczenia Newcomba nie zostały jeszcze ukończone. Komisja ufała mu na tyle, że wprowadziła w życie niedokończone dane. Bardziej wierzyli w dokładność niż w aktualne terminy.

Decyzja ta nie tylko ujednoliciła liczby. Uruchomiła program współpracy międzynarodowej. To było ambitne. Wymagało to zaufania między rywalami. I przetrwało próbę czasu. System przetrwał dwie wojny światowe. Z każdym konfliktem stawała się tylko silniejsza, a nie osłabiana.

Dlaczego stałe z 1896 r. obowiązywały przez dziesięciolecia

Czy ta współpraca była jedynie tymczasowym środkiem na czas wojny? Nie. To było strukturalne. W 1950 r. ponownie odbyła się konferencja w Paryżu. Dokonała przeglądu systemu. Werdykt był jednomyślny: stałe przyjęte w 1896 r. nadal były lepsze niż jakiekolwiek nowe alternatywy do praktycznego zastosowania.

Dlaczego trwały tak długo? Ponieważ dane Newcomba były wiarygodne. Pracowali. Pierwotny chaos różnorodnych danych obcych został zastąpiony jednym, jednolitym głosem. Ten ujednolicony system stałych astronomicznych stał się podstawą nawigacji na niebie.

Wpływ był natychmiastowy. Nawigatorzy na statkach mogli polegać na spójnych tabelach na całej granicy. Piloci mogli ufać współrzędnym, które nie zmieniały się w zależności od narodowości. Niebo, które wcześniej było źródłem błędów obliczeniowych, stało się stałą siatką.

Newcomb nie tylko podał nam nową wartość precesji równonocy. Dał nam protokół. Sposób, w jaki cały świat może spojrzeć w górę i zobaczyć te same gwiazdy, obliczony przy użyciu tej samej matematyki. Ta standaryzacja pomaga nie tylko naukowcom. Ona utrzymuje świat w ruchu.