Hvad opfandt Galileo?

Galileo anses for at være en af de største astronomer gennem tiderne. Hans opdagelse af Jupiters store måner (Io, Europa, Ganymedes og Callisto) revolutionerede astronomien og var med til at fremskynde accepten af den kopernikanske model af universet. Galilei er imidlertid også kendt for de mange videnskabelige opfindelser, han foretog i løbet af sit liv.

Disse omfattede hans berømte teleskop, men også en række apparater, der skulle få stor betydning for landmåling, brugen af artilleri, udviklingen af ure og meteorologi. Galileo skabte mange af disse for at tjene ekstra penge til at forsørge sin familie. Men i sidste ende skulle de være med til at cementere hans ry som den mand, der udfordrede århundreders tidligere opfattelser og revolutionerede videnskaberne.

Hydrostatisk balance:

Inspireret af historien om Archimedes’ og hans “Eureka”-øjeblik begyndte Galilei at undersøge, hvordan guldsmede vejede ædle metaller i luft og derefter ved fortrængning for at bestemme deres specifikke tyngde. I 1586, i en alder af 22 år, fandt han på en bedre metode, som han beskrev i en afhandling med titlen La Bilancetta (eller “Den lille balance”).

I denne afhandling beskrev han en nøjagtig vægt til vejning af ting i luft og vand, hvor den del af armen, som modvægten blev hængt op på, var omviklet med metaltråd. Det beløb, hvormed modvægten skulle flyttes ved vejning i vand, kunne derefter bestemmes meget nøjagtigt ved at tælle antallet af omdrejninger af tråden. Herved kunne man direkte aflæse forholdet mellem metaller som guld og sølv i genstanden.

Galileos pumpe:

I 1592 blev Galileo udnævnt til professor i matematik ved universitetet i Padova og foretog hyppige ture til Arsenalet – den indre havn, hvor de venetianske skibe blev udstyret. Arsenalet havde i århundreder været et sted for praktiske opfindelser og innovationer, og Galilei benyttede lejligheden til at studere mekaniske anordninger i detaljer.

I 1593 blev han konsulteret om placeringen af årer i galejer og afleverede en rapport, hvori han behandlede åren som en løftestang og korrekt gjorde vandet til omdrejningspunktet. Et år senere tildelte det venetianske senat ham et patent på en anordning til at hæve vand, som var afhængig af en enkelt hest til at fungere. Dette blev grundlaget for moderne pumper.

For nogle var Galileos pumpe blot en forbedring af Archimedes-skruen, som først blev udviklet i det tredje århundrede f.Kr. og patenteret i Den Venetianske Republik i 1567. Der er dog tydelige beviser, der forbinder Galileos opfindelse med Archimedes tidligere og mindre sofistikerede design.

Pendelur:

I det 16. århundrede var den aristoteliske fysik stadig den fremherskende måde at forklare opførslen af legemer i nærheden af Jorden på. F.eks. mente man, at tunge legemer søgte deres naturlige sted eller hvile – dvs. i tingenes centrum. Som følge heraf fandtes der ingen måde at forklare pendulernes adfærd på, hvor et tungt legeme ophængt i et reb ville svinge frem og tilbage og ikke søge hvile i midten.

Gallei havde allerede udført eksperimenter, der viste, at tungere legemer ikke faldt hurtigere end lettere legemer – en anden tro, der var i overensstemmelse med den aristoteliske teori. Desuden viste han også, at genstande, der kastes i luften, bevæger sig i paraboliske buer. På baggrund af dette og sin fascination af den frem og tilbage bevægelse af en ophængt vægt begyndte han at forske i pendler i 1588.

I 1602 forklarede han sine observationer i et brev til en ven, hvori han beskrev princippet om isokronisme. Ifølge Galilei hævdede dette princip, at den tid, det tager pendulet at svinge, ikke er knyttet til pendulets bue, men derimod til pendulets længde. Ved at sammenligne to pendler af samme længde viste Galilei, at de ville svinge med samme hastighed, selv om de blev trukket i forskellige længder.

Ifølge Vincenzo Vivian, en af Galileis samtidige, var det i 1641, mens han var i husarrest, at Galilei lavede et design til et pendulur. Da han på det tidspunkt var blind, var han desværre ikke i stand til at færdiggøre det inden sin død i 1642. Som følge heraf er Christiaan Huygens’ udgivelse af Horologrium Oscillatorium i 1657 anerkendt som det første registrerede forslag til et pendulur.

Sektoren:

Kanonen, der først blev introduceret i Europa i 1325, var blevet en vigtig støtte i krigen på Galileos tid. Da kanonisterne var blevet mere sofistikerede og mobile, havde de brug for instrumenter til at hjælpe dem med at koordinere og beregne deres ild. Derfor udviklede og forbedrede Galileo mellem 1595 og 1598 et geometrisk og militært kompas til brug for kanonister og landmålere.

De eksisterende kanonerkompasser var baseret på to arme i rette vinkler og en cirkulær skala med en lodlinje til at bestemme højder. I mellemtiden blev matematiske kompasser, eller dividers, udviklet i løbet af denne tid, designet med forskellige nyttige skalaer på deres ben. Galilei kombinerede brugen af begge instrumenter og designede et kompas eller en sektor, der havde mange nyttige skalaer indgraveret på benene, som kunne bruges til en række forskellige formål.

Ud over at tilbyde en ny og mere sikker måde for skytterne til at hæve deres kanoner præcist, gav det også en hurtigere måde at beregne den nødvendige mængde krudt på, baseret på størrelsen og materialet af kanonkuglen. Som et geometrisk instrument gjorde det det muligt at konstruere enhver regelmæssig polygon, beregne arealet af enhver polygon eller cirkulær sektor og en række andre beregninger.

Galileos termometer:

I slutningen af det 16. århundrede fandtes der ingen praktiske midler for videnskabsmænd til at måle varme og temperatur. Forsøg på at rette op på dette inden for den venetianske intelligentsia resulterede i termoskopet, et instrument, der byggede på ideen om luftens udvidelse som følge af tilstedeværelsen af varme.

I ca. 1593 konstruerede Galilei sin egen version af et termoskop, der byggede på luftens udvidelse og sammentrækning i en pære for at flytte vand i et fastmonteret rør. Med tiden arbejdede han og hans kolleger på at udvikle en numerisk skala, der kunne måle varmen baseret på vandets ekspansion i røret.

Og selv om det skulle tage endnu et århundrede, før videnskabsmænd – såsom Daniel G. Fahrenheit og Anders Celsius – begyndte at udvikle universelle temperaturskalaer, der kunne bruges i et sådant instrument, var Galileos termoskop et stort gennembrud. Ud over at kunne måle varmen i luften gav det også kvantitative meteorologiske oplysninger for første gang nogensinde.

Galileos teleskop:

Selv om Galilei ikke opfandt teleskopet, forbedrede han det i høj grad. I løbet af mange måneder i løbet af 1609 afslørede han flere teleskopdesigns, der tilsammen ville blive kendt som Galileos teleskoper. Det første, som han konstruerede mellem juni og juli 1609, var en kikkertsigte med tre krafter, som han i august erstattede med et instrument med otte krafter, som han præsenterede for det venetianske senat.

I den følgende oktober eller november lykkedes det ham at forbedre dette ved at skabe et teleskop med tyve krafter – det samme teleskop, som han brugte til at observere Månen, opdage Jupiters fire satellitter (herefter kendt som de galilæiske måner), skelne Venus’ faser og opløse tågepletter til stjerner.

Disse opdagelser hjalp Galilei med at fremme den kopernikanske model, som i bund og grund fastslog, at solen (og ikke jorden) var universets centrum (også kaldet heliocentrisme). Han forfinede sine designs yderligere og skabte til sidst et teleskop, der kunne forstørre objekter med en faktor 30.

Men selv om disse teleskoper var ydmyge efter moderne standarder, var de en stor forbedring i forhold til de modeller, der fandtes på Galileos tid. Det faktum, at han formåede at konstruere dem alle selv, er endnu en grund til, at de betragtes som hans mest imponerende opfindelser.

På grund af de instrumenter, han skabte, og de opdagelser, de var med til at gøre, er Galilei med rette anerkendt som en af de vigtigste personer i den videnskabelige revolution. Hans mange teoretiske bidrag til områderne matematik, teknik og fysik udfordrede også de aristoteliske teorier, der havde været accepteret i århundreder.

Kort sagt var han en af de få mennesker, der – gennem deres utrættelige stræben efter videnskabelig sandhed – for altid ændrede vores forståelse af universet og de grundlæggende love, der styrer det.

Universe Today har artikler om Galileos teleskop og om forskere, der ønsker at opgrave Galileos lig.

For mere information, se Galileo Project og Galileo the telescope and the Laws of Dynamics.

Astronomy Cast har et afsnit om valg og brug af et teleskop, og hvordan du bygger dit eget.