Vad uppfann Galileo?

Galileo anses vara en av de största astronomerna genom tiderna. Hans upptäckt av Jupiters stora månar (Io, Europa, Ganymedes och Callisto) revolutionerade astronomin och bidrog till att påskynda acceptansen av den kopernikanska modellen av universum. Galileo är dock också känd för de många vetenskapliga uppfinningar han gjorde under sin livstid.

Dessa inkluderade hans berömda teleskop, men också en rad anordningar som skulle få en djupgående inverkan på lantmäteri, användningen av artilleri, utvecklingen av klockor och meteorologi. Galileo skapade många av dessa för att tjäna extra pengar för att försörja sin familj. Men i slutändan skulle de bidra till att befästa hans rykte som mannen som utmanade århundraden av tidigare föreställningar och revolutionerade vetenskaperna.

Hydrostatisk balans:

Inspirerad av berättelsen om Archimedes och hans ”Eureka”-ögonblick började Galilei undersöka hur juvelerare vägde ädelmetaller i luft och sedan genom förskjutning, för att bestämma deras specifika tyngd. År 1586, vid 22 års ålder, kom han på en bättre metod som han beskrev i en avhandling med titeln La Bilancetta (eller ”Den lilla balansen”).

I denna avhandling beskrev han en noggrann våg för att väga saker i luft och vatten, där den del av armen som motvikten hängde på var omlindad med metalltråd. Den mängd med vilken motvikten måste flyttas vid vägning i vatten kunde sedan bestämmas mycket exakt genom att räkna antalet vändningar av tråden. På så sätt kunde andelen metaller som guld och silver i föremålet avläsas direkt.

Galileos pump:

1592 utsågs Galileo till professor i matematik vid universitetet i Padua och gjorde ofta resor till Arsenal – den inre hamnen där venetianska fartyg utrustades. Arsenalen hade i århundraden varit en plats för praktiska uppfinningar och innovationer, och Galileo utnyttjade möjligheten att studera mekaniska anordningar i detalj.

1593 rådfrågades han om placeringen av åror i galärer och lämnade in en rapport där han behandlade åran som en hävstång och korrekt gjorde vattnet till stödpunkten. Ett år senare beviljade den venetianska senaten honom ett patent för en anordning för att höja vatten som förlitade sig på en enda häst för att fungera. Detta blev grunden för moderna pumpar.

För vissa var Galileos pump bara en förbättring av den arkimediska skruven, som först utvecklades på 300-talet f.Kr. och patenterades i Venetien 1567. Det finns dock uppenbara bevis som kopplar Galileos uppfinning till Archimedes tidigare och mindre sofistikerade konstruktion.

Pendelklocka:

Under 1500-talet var den aristoteliska fysiken fortfarande det förhärskande sättet att förklara beteendet hos kroppar nära jorden. Man trodde till exempel att tunga kroppar sökte sin naturliga plats eller vila – dvs. i tingens centrum. Därför fanns det inget sätt att förklara pendelns beteende, där en tung kropp som hängde i ett rep skulle svänga fram och tillbaka och inte söka vila i mitten.

Redan tidigare hade Galilei genomfört experiment som visade att tyngre kroppar inte föll snabbare än lättare – en annan tro som stämde överens med den aristoteliska teorin. Dessutom visade han också att föremål som kastas i luften färdas i paraboliska bågar. Baserat på detta och på sin fascination för den fram- och återgående rörelsen hos en upphängd vikt började han undersöka pendlar år 1588.

År 1602 förklarade han sina observationer i ett brev till en vän, där han beskrev principen om isokronism. Enligt Galilei hävdade denna princip att den tid det tar för pendeln att svänga inte är kopplad till pendelns båge, utan snarare till pendelns längd. Genom att jämföra två pendlar av samma längd visade Galileo att de skulle svänga med samma hastighet trots att de drogs i olika längder.

Enligt Vincenzo Vivian, en av Galileos samtida, var det 1641 när Galileo satt i husarrest som han skapade en ritning för en pendelklocka. Eftersom han då var blind kunde han tyvärr inte slutföra den före sin död 1642. Som ett resultat av detta erkänns Christiaan Huygens publicering av Horologrium Oscillatorium 1657 som det första dokumenterade förslaget till en pendelklocka.

Sektorn:

Kanonen, som först introducerades i Europa 1325, hade blivit en viktig del av kriget på Galileos tid. Eftersom kanonisterna hade blivit mer sofistikerade och rörliga behövde de instrument som kunde hjälpa dem att samordna och beräkna sin eldgivning. Mellan 1595 och 1598 utformade och förbättrade Galileo därför en geometrisk och militär kompass för användning av skyttar och lantmätare.

De existerande skyttekompasserna byggde på två armar i rät vinkel och en cirkulär skala med ett lod för att bestämma höjder. Under tiden utvecklades matematiska kompasser, eller delare, under denna tid och var utformade med olika användbara skalor på benen. Galilei kombinerade användningsområdena för båda instrumenten och utformade en kompass eller sektor som hade många användbara skalor ingraverade på benen och som kunde användas för en mängd olika ändamål.

Förutom att den erbjöd ett nytt och säkrare sätt för skyttarna att höja sina kanoner exakt, erbjöd den också ett snabbare sätt att beräkna den mängd krut som behövdes baserat på storlek och material av kanonkulan. Som geometriskt instrument gjorde den det möjligt att konstruera vilken regelbunden polygon som helst, beräkna arean av vilken polygon eller cirkulär sektor som helst och en mängd andra beräkningar.

Galileos termometer:

Under slutet av 1500-talet fanns det inget praktiskt sätt för forskare att mäta värme och temperatur. Försök att rätta till detta inom den venetianska intelligentian resulterade i termoskopet, ett instrument som byggde på idén om luftens expansion på grund av närvaron av värme.

Omkring 1593 konstruerade Galilei sin egen version av ett termoskop som byggde på luftens expansion och sammandragning i en glödlampa för att flytta vatten i ett bifogat rör. Med tiden arbetade han och hans kollegor för att utveckla en numerisk skala som skulle mäta värmen utifrån vattnets expansion i röret.

Och även om det skulle dröja ytterligare ett århundrade innan forskare – som Daniel G. Fahrenheit och Anders Celsius – började utveckla universella temperaturskalor som kunde användas i sådana instrument, var Galileis termoskop ett stort genombrott. Förutom att det kunde mäta värme i luft gav det också kvantitativ meteorologisk information för första gången någonsin.

Galileos teleskop:

Men även om Galileo inte uppfann teleskopet så förbättrade han dem avsevärt. Under många månader under 1609 presenterade han flera teleskopkonstruktioner som tillsammans kom att bli kända som Galileos teleskop. Det första, som han konstruerade mellan juni och juli 1609, var ett spionglas med tre krafter, som han i augusti ersatte med ett instrument med åtta krafter som han presenterade för den venetianska senaten.

I oktober eller november följande år lyckades han förbättra detta genom att skapa ett tjugodrivet teleskop – samma teleskop som han använde för att observera månen, upptäcka Jupiters fyra satelliter (som därefter blev kända som de galileiska månarna), urskilja Venus faser och lösa upp nebulära fläckar till stjärnor.

Dessa upptäckter hjälpte Galileo att föra fram den kopernikanska modellen, som i huvudsak hävdade att solen (och inte jorden) var universums centrum (även kallad heliocentrism). Han fortsatte att förfina sina konstruktioner ytterligare och skapade så småningom ett teleskop som kunde förstora föremål med en faktor 30.

Tyvärr var dessa teleskop blygsamma med dagens mått mätt, men de var en stor förbättring jämfört med de modeller som fanns under Galileos tid. Det faktum att han lyckades konstruera dem alla själv är ytterligare en anledning till att de anses vara hans mest imponerande uppfinningar.

På grund av de instrument han skapade och de upptäckter som de bidrog till är Galileo med rätta erkänd som en av de viktigaste personerna under den vetenskapliga revolutionen. Hans många teoretiska bidrag till områdena matematik, teknik och fysik utmanade också aristoteliska teorier som hade varit accepterade i århundraden.

Samt sett var han en av få personer som – genom sin outtröttliga strävan efter vetenskaplig sanning – för alltid förändrade vår förståelse av universum och de grundläggande lagar som styr det.

Universe Today har artiklar om Galileos teleskop och om att forskare vill gräva upp Galileos kropp.

För mer information, se Galileo Project och Galileo the telescope and the Laws of Dynamics.

Astronomy Cast har ett avsnitt om hur man väljer och använder ett teleskop och hur man bygger sitt eget.