Mitä Galileo keksi?

Galileoa pidetään yhtenä kaikkien aikojen suurimmista tähtitieteilijöistä. Hänen löytönsä Jupiterin suurista kuista (Io, Europa, Ganymede ja Callisto) mullisti tähtitieteen ja auttoi nopeuttamaan kopernikaanisen maailmankaikkeusmallin hyväksymistä. Galilei tunnetaan kuitenkin myös lukuisista tieteellisistä keksinnöistä, joita hän teki elinaikanaan.

Näihin kuului hänen kuuluisa kaukoputkensa, mutta myös joukko laitteita, joilla oli syvä vaikutus maanmittaukseen, tykistön käyttöön, kellojen kehittämiseen ja meteorologiaan. Galilei loi monet näistä laitteista ansaitakseen lisärahaa perheensä elättämiseksi. Mutta lopulta ne auttaisivat lujittamaan hänen mainettaan miehenä, joka kyseenalaisti vuosisatojen ajan vallalla olleet käsitykset ja mullisti tieteet.

Hydrostaattinen vaaka:

Arkhimedeksen tarinan ja hänen ”Heureka”-hetkensä innoittamana Galilei alkoi tutkia, miten jalokivimiehet punnitsivat jalometallit ilmassa ja sen jälkeen syrjäytymällä määritelläkseen niiden ominaispainon. Vuonna 1586, 22-vuotiaana, hän keksi paremman menetelmän, jonka hän kuvasi tutkielmassaan La Bilancetta (eli ”Pieni vaaka”).

Tutkielmassaan hän kuvasi tarkan vaa’an, jolla voitiin punnita asioita ilmassa ja vedessä ja jossa varren osa, johon vastapaino ripustettiin, oli kiedottu metallilangalla. Määrä, jolla vastapainoa oli liikutettava vedessä punnittaessa, voitiin tällöin määrittää hyvin tarkasti laskemalla langan kierrosten määrä. Näin voitiin suoraan lukea metallin, kuten kullan ja hopean, suhde esineessä.

Galileon pumppu:

Vuonna 1592 Galileo nimitettiin Padovan yliopiston matematiikan professoriksi, ja hän teki usein matkoja Arsenaliin eli sisäsatamaan, jossa venetsialaiset laivat varustettiin. Arsenal oli ollut vuosisatojen ajan käytännön keksintöjen ja innovaatioiden tyyssija, ja Galilei käytti tilaisuutta hyväkseen tutkiakseen mekaanisia laitteita yksityiskohtaisesti.

Vuonna 1593 häntä kuultiin airojen sijoittelusta kaleerissa, ja hän toimitti raportin, jossa hän käsitteli airoa vipuna ja teki vedestä oikealla tavalla tukipisteen. Vuotta myöhemmin Venetsian senaatti myönsi hänelle patentin veden nostamiseen tarkoitetusta laitteesta, jonka toiminta perustui yhteen hevoseen. Tästä tuli nykyaikaisten pumppujen perusta.

Joidenkin mielestä Galilein pumppu oli pelkkä parannus Arkhimedeen ruuviin, joka kehitettiin ensimmäisen kerran kolmannella vuosisadalla eaa. ja patentoitiin Venetsian tasavallassa vuonna 1567. On kuitenkin ilmeisiä todisteita, jotka yhdistävät Galilein keksinnön Arkhimedeen aikaisempaan ja vähemmän kehittyneeseen suunnitteluun.

Heilurikello:

1600-luvulla aristoteelinen fysiikka oli edelleen vallitseva tapa selittää kappaleiden käyttäytymistä Maan lähellä. Uskottiin esimerkiksi, että raskaat kappaleet hakeutuvat luonnolliseen paikkaansa eli lepoon eli asioiden keskipisteeseen. Näin ollen ei ollut olemassa keinoa selittää heilurien käyttäytymistä, jossa köyteen ripustettu raskas kappale heilahti edestakaisin eikä pyrkinyt lepäämään keskellä.

Galileo oli jo tehnyt kokeita, jotka osoittivat, että painavammat kappaleet eivät putoa nopeammin kuin kevyemmät – myös tämä oli aristoteelisen teorian mukainen uskomus. Lisäksi hän osoitti, että ilmaan heitetyt esineet kulkevat parabolisia kaaria. Tämän perusteella ja koska häntä kiehtoi ripustetun painon edestakainen liike, hän alkoi tutkia heilureita vuonna 1588.

Vuonna 1602 hän selitti havaintojaan kirjeessä ystävälleen, jossa hän kuvaili isokronismin periaatetta. Galilein mukaan tämä periaate väitti, että aika, jonka heiluri tarvitsee heilahtaakseen, ei ole sidoksissa heilurin kaareen vaan heilurin pituuteen. Vertailemalla kahta samanpituista heiluria Galileo osoitti, että ne heiluvat samalla nopeudella, vaikka niitä vedetään eri pituuksilla.

Vincenzo Vivianin, yhden Galileon aikalaisen, mukaan Galileo loi vuonna 1641 kotiarestissa ollessaan suunnitelman heilurikelloa varten. Koska hän oli tuolloin sokea, hän ei valitettavasti saanut sitä valmiiksi ennen kuolemaansa vuonna 1642. Tämän seurauksena Christiaan Huygensin vuonna 1657 julkaisema Horologrium Oscillatorium -teos tunnustetaan ensimmäiseksi kirjatuksi ehdotukseksi heilurikellosta.

Sektori:

Tykistä, joka esiteltiin Euroopassa ensimmäisen kerran vuonna 1325, oli tullut sodankäynnin tukipilari Galileon aikaan. Koska tykkimiehet olivat kehittyneet ja muuttuneet liikkuvammiksi, he tarvitsivat mittalaitteita, jotka auttoivat heitä koordinoimaan ja laskemaan tulituksensa. Niinpä vuosina 1595-1598 Galileo kehitti ja paransi geometrista ja sotilaallista kompassia tykkimiesten ja maanmittareiden käyttöön.

Olemassa olevat tykistökompassit perustuivat kahteen suorassa kulmassa olevaan varteen ja pyöreään asteikkoon, jossa oli luotiviiva korkeuksien määrittämiseksi. Samaan aikaan kehitetyt matemaattiset kompassit eli jakokompassit suunniteltiin siten, että niiden jaloissa oli erilaisia hyödyllisiä asteikkoja. Galilei yhdisti molempien välineiden käyttötarkoitukset ja suunnitteli kompassin tai sektorin, jonka jalkoihin oli kaiverrettu monia hyödyllisiä asteikkoja, joita voitiin käyttää moniin eri tarkoituksiin.

Sen lisäksi, että se tarjosi tykkimiehille uuden ja turvallisemman tavan kohottaa tykkinsä tarkasti, se tarjosi myös nopeamman tavan laskea tarvittavan ruutimäärän tykinkuulan koon ja materiaalin perusteella. Geometrisena välineenä se mahdollisti minkä tahansa säännöllisen monikulmion rakentamisen, minkä tahansa monikulmion tai ympyräsektorin pinta-alan laskemisen ja monia muita laskutoimituksia.

Galileon lämpömittari:

1600-luvun loppupuolella tiedemiehillä ei ollut käytännöllisiä keinoja mitata lämpöä ja lämpötilaa. Venetsialaisen älymystön yritykset korjata tämä tilanne johtivat termoskooppiin, välineeseen, joka perustui ajatukseen ilman laajenemisesta lämmön vaikutuksesta.

Noin vuonna 1593 Galilei rakensi oman versionsa termoskoopista, joka perustui siihen, että ilman laajeneminen ja supistuminen polttimossa liikutti vettä siihen liitetyssä putkessa. Ajan mittaan hän ja hänen kollegansa kehittivät numeerisen asteikon, joka mittaisi lämpöä putken sisällä olevan veden laajenemisen perusteella.

Ja vaikka kesti vielä vuosisadan, ennen kuin tiedemiehet – kuten Daniel G. Fahrenheit ja Anders Celsius – alkoivat kehittää yleismaailmallisia lämpötila-asteikkoja, joita voitiin käyttää tällaisessa mittalaitteessa, Galilein lämpömittari oli merkittävä läpimurto. Sen lisäksi, että sillä pystyttiin mittaamaan ilman lämpöä, se myös tarjosi ensimmäistä kertaa kvantitatiivista meteorologista tietoa.

Galileon kaukoputki:

Vaikka Galilei ei keksinyt kaukoputkea, hän paransi niitä huomattavasti. Monien kuukausien aikana vuoden 1609 aikana hän esitteli useita kaukoputkimalleja, jotka tulivat kollektiivisesti tunnetuiksi Galilein kaukoputkina. Ensimmäinen, vuoden 1609 kesä- ja heinäkuun välisenä aikana rakennettu kaukoputki oli kolmen tehon kaukoputki, jonka hän korvasi elokuussa kahdeksan tehon välineellä, jonka hän esitteli Venetsian senaatille.

Seuraavaan loka- tai marraskuuhun mennessä hän onnistui parantamaan tätä luomalla kaksikymmentävoimaisen kaukoputken – juuri sen, jolla hän havaitsi Kuun, löysi Jupiterin neljä satelliittia (jotka sittemmin tunnettiin nimellä Galilein kuut), erotti Venuksen vaiheet ja selvitti tähtisumujen laikut tähdiksi.

Nämä löydöt auttoivat Galileota edistämään kopernikaanista mallia, jonka mukaan aurinko (eikä maapallo) oli maailmankaikkeuden keskus (eli heliosentrismi). Hän jatkoi suunnitelmiensa hienosäätöä entisestään ja loi lopulta kaukoputken, joka pystyi suurentamaan kohteita 30-kertaiseksi.

Vaikka nämä kaukoputket olivat nykyaikaisilla standardeilla mitattuna vaatimattomia, ne olivat valtava parannus Galileon aikana käytössä olleisiin malleihin verrattuna. Se, että hän onnistui rakentamaan ne kaikki itse, on vielä yksi syy siihen, miksi niitä pidetään hänen vaikuttavimpina keksintöinään.

Hänen luomiensa välineiden ja niiden avulla tehtyjen löytöjen vuoksi Galilei tunnustetaan oikeutetusti yhdeksi tieteellisen vallankumouksen tärkeimmistä henkilöistä. Hänen lukuisat teoreettiset panoksensa matematiikan, tekniikan ja fysiikan aloille kyseenalaistivat myös vuosisatojen ajan hyväksytyt aristoteeliset teoriat.

Lyhyesti sanottuna Galilei oli yksi niistä harvoista ihmisistä, jotka väsymättömän tieteellisen totuuden tavoittelun kautta muuttivat ikuisesti käsitystämme maailmankaikkeudesta ja sitä ohjaavista peruslaeista.

Universe Todayssä on artikkeleita Galileon kaukoputkesta ja siitä, että tiedemiehet haluavat haudata Galileon ruumiin.

Lisätietoa saat Galileo Projectista ja Galileo the telescope and the Laws of Dynamics.

Astronomy Castissa on jakso, jossa kerrotaan kaukoputken valinnasta ja käytöstä sekä oman kaukoputken rakentamisesta.