George Biddell Airy - George Biddell Airy


George Biddell Airy

George Biddell Airy 1891.jpg
George Biddell Airy i 1891
Født ( 1801-07-27 )27. juli 1801
Alnwick , Northumberland, England
Døde 2. januar 1892 (1892-01-02)(90 år gammel)
Greenwich , London, England
Nationalitet Britisk
Uddannelse Colchester Royal Grammar School
Alma Mater Trinity College, Cambridge
Kendt for Syvende astronom Royal
Se hele listen
Priser Smiths pris (1823)
Copley -medalje (1831)
RAS -guldmedalje (1833, 1846)
Lalande -pris (1834)
Royal Medal (1845)
Albert Medal (1876)
Videnskabelig karriere
Felter Astronomi , matematik
Institutioner Trinity College, Cambridge
Royal Society
Akademiske rådgivere George Peacock

Sir George Biddell Airy KCB PRS ( / ɛər i / ; 27 juli 1801-2 januar 1892) var en engelsk matematiker og astronom , og den syvende Astronom Royal fra 1835 til 1881. Hans mange resultater kan nævnes arbejdet med planeternes baner , måling middelværdien Jordens densitet, en metode til løsning af todimensionale problemer inden for solid mekanik og, i sin rolle som Astronom Royal, etablering af Greenwich som placeringen af primærmeridianen . Hans ry er blevet plettet af påstande om, at Storbritannien ved sin passivitet mistede muligheden for at opdage planeten Neptun .

Biografi

Airy blev født i Alnwick , en af ​​en lang række Airys, der spores deres afstamning tilbage til en familie med samme navn, der var bosat i Kentmere , i Westmorland , i det 14. århundrede. Filialen, som han tilhørte, efter at have lidt i den engelske borgerkrig , flyttede til Lincolnshire og blev landmænd. Airy blev uddannet først på folkeskoler i Hereford og derefter på Colchester Royal Grammar School . Et indadvendt barn, Airy opnåede popularitet hos sine skolekammerater gennem sin store dygtighed i konstruktionen af ​​peashooters.

Fra en alder af 13 boede Airy ofte hos sin onkel, Arthur Biddell i Playford, Suffolk . Biddell introducerede Airy for sin ven Thomas Clarkson , slavehandelsafskaffelsen, der boede i Playford Hall. Clarkson havde en MA i matematik fra Cambridge og undersøgte Airy i klassikere og arrangerede derefter, at han skulle undersøges af en stipendiat fra Trinity College, Cambridge om hans viden om matematik. Som følge heraf trådte han ind i Trinity i 1819 som en sizar , hvilket betyder, at han betalte et reduceret gebyr, men i det væsentlige arbejdede som tjener for at få godtgjort gebyrreduktionen . Her havde han en strålende karriere og ser ud til at være blevet næsten umiddelbart anerkendt som årets førende mand. I 1822 blev han valgt til Trinity -lærd, og året efter tog han eksamen som senior wrangler og opnåede første Smiths pris . Den 1. oktober 1824 blev han valgt til stipendiat i Trinity, og i december 1826 blev han udnævnt til Lucasian professor i matematik i træk efter Thomas Turton . Denne stol havde han i lidt mere end et år, idet han blev valgt i februar 1828 Plumian professor i astronomi og direktør for det nye Cambridge Observatory . I 1836 blev han valgt til stipendiat i Royal Society og i 1840 som udenlandsk medlem af Royal Swedish Academy of Sciences . I 1859 blev han udenlandsk medlem af Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences .

Forskning

George Biddell Airy

En ide om hans aktivitet som forfatter om matematiske og fysiske emner i løbet af disse tidlige år kan hentes fra det faktum, at han før denne udnævnelse havde bidraget med tre vigtige erindringer til de filosofiske transaktioner i Royal Society og otte til Cambridge Philosophical Society . På Cambridge Observatory viste Airy snart sin organisationskraft. Det eneste teleskop i virksomheden, da han tog ansvaret, var transitinstrumentet , og hertil dedikerede han sig kraftigt. Ved vedtagelsen af ​​et regelmæssigt arbejdssystem og en omhyggelig plan for reduktion kunne han holde sine observationer ajour og udgav dem årligt med en punktlighed, som undrede hans samtidige. Inden længe blev der installeret en vægmaleri , og der blev indført regelmæssige observationer med den i 1833. I samme år præsenterede hertugen af ​​Northumberland Cambridge-observatoriet et fint objektglas med en 12-tommer blænde, der blev monteret i henhold til Airys designs og under hans tilsyn, selvom konstruktionen først blev afsluttet, efter at han flyttede til Greenwich i 1835.

Airys skrifter i løbet af denne tid er delt mellem matematisk fysik og astronomi. Førstnævnte beskæftiger sig for det meste med spørgsmål vedrørende teorien om lys, der stammer fra hans professorale foredrag, blandt hvilke specielt kan nævnes hans papir om diffraktion af et objektglas med cirkulær blænde og hans udtalelse af den komplette teori af regnbuen . I 1831 blev Copley -medaljen fra Royal Society tildelt ham for disse undersøgelser. Af hans astronomiske skrifter i denne periode er de vigtigste hans undersøgelse af Jupitermassen , hans rapport til British Association om astronomiens fremskridt i det 19. århundrede og hans arbejde om en ulighed i lang periode i jordens bevægelser og Venus .

Et af afsnittene i hans dygtige og lærerige rapport var afsat til "A Comparison of the Progress of Astronomy in England with that in other Countries", meget til ulempe for England. Denne bebrejdelse blev efterfølgende i høj grad fjernet af hans eget arbejde.

Jordens gennemsnitlige tæthed

En af de mest bemærkelsesværdige af Airys undersøgelser var hans bestemmelse af jordens middeltæthed . I 1826 kom tanken op om at angribe dette problem ved hjælp af pendulforsøg på toppen og bunden af ​​en dyb mine . Hans første forsøg, foretaget samme år, ved Dolcoath -minen i Cornwall, mislykkedes som følge af en ulykke i en af pendlerne . Et andet forsøg i 1828 blev besejret af en oversvømmelse af minen, og der gik mange år, før endnu en mulighed bød sig. Forsøgene fandt til sidst sted ved Harton -graven nær South Shields i det nordlige England i 1854. Deres umiddelbare resultat var at vise, at tyngdekraften i bunden af ​​minen oversteg den i toppen med 1/19286 af dens mængde, dybden var 383 m (1.256 fod). Fra dette blev han ført til den endelige værdi af Jordens specifikke tæthed på 6.566. Denne værdi, selvom den var betydeligt mere end den, der tidligere var fundet ved forskellige metoder, blev holdt af Airy ud fra den omhu og fuldstændighed, hvormed observationerne blev udført og diskuteret, til at være "berettiget til at konkurrere med de andre på i det mindste lige vilkår." Den aktuelt accepterede værdi for Jordens densitet er 5,5153 g/cm³.

Reference geoid

I 1830 beregnede Airy længderne af polarradius og ækvatorial radius af jorden ved hjælp af målinger taget i Storbritannien. Selvom hans målinger blev afløst af mere nøjagtige radiusfigurer (som dem, der blev brugt til GRS 80 og WGS84 ), bruges hans Airy geoid (strengt en reference -ellipsoid, OSGB36) stadig af Storbritanniens Ordnance Survey til kortlægning af England, Skotland og Wales, fordi det passer bedre til det lokale havniveau (ca. 80 cm under verdensgennemsnittet).

Planetære uligheder

Airys opdagelse af en ny ulighed i Venus og Jordens bevægelser er i nogle henseender hans mest bemærkelsesværdige præstation. Ved at korrigere elementerne i Delambres solborde var han blevet mistænkt for en ulighed, som deres konstruktør havde overset. Årsagen hertil søgte han ikke forgæves længe; tretten gange den gennemsnitlige bevægelse af Venus er så næsten lig otte gange Jordens, at forskellen kun udgør en lille brøkdel af Jordens gennemsnitlige bevægelse, og fra det faktum, at udtrykket afhængigt af denne forskel, selv om det er meget lille i sig selv, modtager ved integrationen af differentialligningerne en multiplikator på omkring 2.200.000 blev Airy ført til at udlede eksistensen af ​​en fornuftig ulighed, der strækker sig over 240 år ( Fil. Trans. cxxii. 67). Undersøgelsen var sandsynligvis den mest besværlige, der var blevet gjort op til Airys tid inden for planetteori , og repræsenterede den første specifikke forbedring af solbordene, der blev foretaget i England siden oprettelsen af tyngdekraftsteorien . Som anerkendelse af dette arbejde blev guldmedaljen fra Royal Astronomical Society tildelt ham i 1833 (han ville vinde den igen i 1846).

Luftig disk

Computergenereret billede, der simulerer en luftig disk

Den opløsning af optiske indretninger er begrænset af diffraktion . Så selv den mest perfekte linse kan ikke helt generere et punktbillede i fokus , men i stedet er der et lyst centralt mønster, der nu kaldes Airy -disken , omgivet af koncentriske ringe omfattende et luftigt mønster. Størrelsen på Airy -disken afhænger af lysbølgelængden og åbningens størrelse. John Herschel havde tidligere beskrevet fænomenet, men Airy var den første til at forklare det teoretisk.

Dette var et centralt argument for at tilbagevise et af de sidste tilbageværende argumenter for absolut geocentrisme : kæmpestjerneargumentet . Tycho Brahe og Giovanni Battista Riccioli påpegede, at manglen på stjerneparallakser, der på det tidspunkt kunne påvises, indebar, at stjerner var et kæmpe stykke væk. Men det blotte øje og de tidlige teleskoper med små åbninger syntes at vise, at stjerner var diske af en vis størrelse. Dette ville betyde, at stjernerne var mange gange større end vores sol (de var ikke klar over supergigant eller hyperkæmpestjerner , men nogle blev beregnet til at være endnu større end størrelsen af ​​hele universet estimeret på det tidspunkt). Men stjernernes diskoptræden var falske: de så faktisk ikke stjernebilleder, men Airy -diske. Med moderne teleskoper, selv med dem, der har den største forstørrelse, vises billederne af næsten alle stjerner korrekt som blot lyspunkter.

Astronom Royal

Airy's Transit Circle i Transit Circle Room, Greenwich

I juni 1835 blev Airy udnævnt til Astronomer Royal i træk efter John Pond og begyndte sin lange karriere på det nationale observatorium, som udgør hans overordnede titel til berømmelse. Observatoriets tilstand på tidspunktet for hans udnævnelse var sådan, at Lord Auckland , den første admiralitetsherre , mente, at "det burde ryddes ud", mens Airy indrømmede, at "det var i en queer -tilstand." Med sin sædvanlige energi gik han straks i gang med at reorganisere hele ledelsen. Han ombyggede mængderne af observationer, satte biblioteket på korrekt fod, monterede det nye ( Sheepshanks ) ækvatorial og organiserede et nyt magnetisk observatorium. I 1847 blev der opført en altazimut , designet af Airy for at gøre det muligt at observere månen ikke kun på meridianen , men når den måtte være synlig. I 1848 opfandt Airy reflexzenitrøret for at erstatte zenithsektoren, der tidligere var brugt. I slutningen af ​​1850 blev den store transitcirkel på 203 mm (8 tommer) blænde og 3,5 m (11 ft 6 in) brændvidde opført og er stadig det vigtigste instrument i sin klasse på observatoriet. Monteringen i 1859 af en ækvatorial på 330 mm (13 tommer) blænde fremkaldte kommentaren i hans journal for det år, "Der er ikke nu en enkelt person ansat eller et instrument brugt i observatoriet, som var der på hr. Ponds tid"; og transformationen blev afsluttet ved indvielsen af spektroskopisk arbejde i 1868 og af den fotografiske registrering af solpletter i 1873.

Prime Meridian i Greenwich

Den formidable opgave med at reducere de akkumulerede planetobservationer foretaget i Greenwich fra 1750 til 1830 var allerede i gang under Airys tilsyn, da han blev Astronomer Royal. Kort tid efter påtog han sig den yderligere besværlige opgave at reducere den enorme masse observationer af månen, der blev foretaget på Greenwich i samme periode under ledelse, successivt af James Bradley , Nathaniel Bliss , Nevil Maskelyne og John Pond, for at afholde udgifterne til en stor sum penge blev afsat af statskassen. Som et resultat blev ikke færre end 8.000 måneobservationer reddet ud af glemsel og blev i 1846 stillet til rådighed for astronomer i en sådan form, at de kunne bruges direkte til sammenligning med teorien og til forbedring af tabellerne over månens bevægelse.

For dette arbejde modtog Airy i 1848 et vidnesbyrd fra Royal Astronomical Society , og det førte straks til Peter Andreas Hansen opdagelse af to nye uligheder i månens bevægelse. Efter at have afsluttet disse reduktioner undersøgte Airy, inden han deltog i en teoretisk undersøgelse i forbindelse med dem, om en anden matematiker forfulgte emnet og erfarede, at Hansen havde taget det i hånden under Danmarks konge , men det, på grund af kongens død og den deraf følgende mangel på midler, var der fare for, at han blev tvunget til at opgive det, han søgte admiralitet på Hansens vegne om det nødvendige beløb. Hans anmodning blev straks imødekommet, og dermed skete det, at Hansens berømte Tables de la Lune var dedikeret til La Haute Amirauté de sa Majesté la Reine de la Grande Bretagne et d'Irlande .

I 1851 etablerede Airy en ny Prime Meridian i Greenwich. Denne linje, den fjerde "Greenwich Meridian", blev den definitive internationalt anerkendte linje i 1884.

Søg efter Neptun

George Biddell Airy karikeret af Ape i Vanity Fair november 1875

I juni 1846 begyndte Airy at svare med den franske astronom Urbain Le Verrier over sidstnævntes forudsigelse om, at uregelmæssigheder i Uranus 'bevægelse skyldtes et hidtil uobserveret legeme. Da han vidste, at Cambridge -astronomen John Couch Adams havde foreslået, at han havde lavet lignende forudsigelser, opfordrede Airy den 9. juli James Challis til at foretage en systematisk søgning i håb om at sikre Storbritanniens opdagelsestriumf. I sidste ende vandt en rivaliserende søgning i Berlin af Johann Gottfried Galle , igangsat af Le Verrier, kapløbet om prioritet. Selvom Airy blev "misbrugt mest vildt både af engelsk og fransk" for hans manglende handling på Adams forslag hurtigere, har der også været påstande om, at Adams kommunikation havde været vag og dilatorisk og yderligere, at søgningen efter en ny planet ikke var ansvaret af Astronom Royal.

Ether træk test

Ved hjælp af et vandfyldt teleskop ledte Airy i 1871 efter en ændring i stjerneaberration gennem brydningsvandet på grund af æter-trækhypotesen . Som alle andre forsøg på at opdage etherdrift eller træk opnåede Airy et negativt resultat.

Måneteori

I 1872 opfattede Airy ideen om at behandle måneteorien på en ny måde, og i en alder af enoghalvfjerds begyndte han på den mægtige slid, som denne ordning indebar. En generel beskrivelse af hans metode findes i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , bind. xxxiv, nr. 3. Den bestod hovedsageligt i vedtagelsen af Charles-Eugène Delaunays sidste numeriske udtryk for længdegrad , breddegrad og parallaks , med et symbolsk udtryk knyttet til hvert tal, hvis værdi skulle bestemmes ved substitution i bevægelsesligningerne.

I denne måde at behandle spørgsmålet på er rækkefølgen af ​​vilkårene numerisk, og selvom mængden af ​​arbejde er sådan, at den meget vel kunne have afskrækket en yngre mand, var detaljerne dog lette, og en stor del af det kunne blive betroet "en ren computer ".

Værket blev udgivet i 1886, da dets forfatter var femogfirs år gammel. For lidt tid tidligere var han blevet chikaneret af en mistanke om, at visse fejl havde sneget sig ind i beregningerne, og derfor henvendte han sig til revisionsopgaven. Men hans kræfter var ikke længere, hvad de havde været, og han var aldrig i stand til at undersøge sagen tilstrækkeligt. I 1890 fortæller han os, hvordan en alvorlig fejl var begået i et af de første trin, og tilføjer patetisk: "Min ånd i arbejdet var brudt, og jeg har aldrig hjerteligt gået videre med det siden."

Ingeniørmekanik

Stressfunktionsmetode

I 1862 præsenterede Airy en ny teknik til at bestemme belastnings- og spændingsfeltet inden for en stråle . Denne teknik, undertiden kaldet Airy stress-funktionsmetoden , kan bruges til at finde løsninger på mange todimensionelle problemer inden for solid mekanik (se Wikiversity ). For eksempel blev det brugt af HM Westergaard til at bestemme spændings- og belastningsfeltet omkring en revnespids og derved bidrog denne metode til udviklingen af brudmekanik .

Tay Bridge katastrofe
Original Tay -bro fra nord
Ødelæggelsen af ​​Tay -broen

Airy blev hørt om vindhastigheder og tryk, der sandsynligvis vil blive stødt på den foreslåede Forth -hængebro, der blev designet af Thomas Bouch til North British Railway i slutningen af ​​1870'erne. Han troede, at der ikke kunne forventes pres på mere end ca. 10 pund pr. Kvadratfod (en pascal), en kommentar Bouch betød at betyde også anvendt på den første Tay -jernbanebro, der derefter blev bygget. Meget større pres kan dog forventes i kraftige storme. Airy blev kaldt til at afgive beviser inden den officielle undersøgelse af Tay Bridge -katastrofen og blev kritiseret for hans råd. Imidlertid var der lidt kendt om problemerne med store modstanders vindmodstand, og en Royal Commission on Wind Pressure blev bedt om at undersøge problemet.

Kontrovers

Airy blev beskrevet i sin nekrolog udgivet af Royal Society som værende "en hård modstander" og historier om forskellige uenigheder og konflikter med andre forskere overlever. Francis Ronalds opdagede Airy som hans fjende, mens han var konstitueret æresdirektør for Kew Observatory , som Airy anså for at være en konkurrent til Greenwich. Andre veldokumenterede konflikter var med Charles Babbage og Sir James South .

Privat liv

George Biddell Airy ( John Collier , 1883)

I juli 1824 mødte Airy Richarda Smith (1804-1875), "en stor skønhed", på en vandretur i Derbyshire . Senere skrev han: "Vores øjne mødtes ... og min skæbne blev beseglet ... jeg følte uimodståeligt, at vi skulle være forenede," og Airy foreslog to dage senere. Richardas far, pastor Richard Smith, følte at Airy manglede de økonomiske ressourcer til at gifte sig med sin datter. Først i 1830, med Airy etableret i sin stilling i Cambridge, blev tilladelse til ægteskabet givet.

Airys havde ni børn, hvoraf de tre første døde unge.

  • Elizabeth Airy (født 1833) døde af forbrug ( tuberkulose ) i 1852.
  • Den ældste barn til at overleve til voksenalderen var Wilfrid (1836-1925), som har designet og konstrueret "oberst" George Tomline 's Orwell Park Observatory . Wilfrids datter var kunstneren Anna Airy . Annas mor døde kort efter hun blev født, og hun blev opvokset af sine jomfrutanter Christabel og Annot (se nedenfor).

George Airys søn Hubert Airy (1838–1903) var læge og pioner inden for undersøgelsen af migræne . Airy selv led af denne tilstand.

  • Airys ældste datter, Hilda (1840–1916), giftede sig med matematikeren Edward Routh i 1864.
  • Christabel (1842–1917) døde ugift, ligesom den næste søster Annot (1843–1924) gjorde.
  • Airys yngste barn var Osmund (1845–1929).

Airy blev adlet den 17. juni 1872.

Airy trak sig tilbage i 1881 og boede sammen med sine to ugifte døtre på Croom's Hill nær Greenwich. I 1891 led han et fald og en indre skade. Han overlevede kun den efterfølgende operation kun et par dage. Hans rigdom ved døden var £ 27.713. Airy og hans kone og tre præ-afdøde børn begraves i St. Mary's Church i Playford, Suffolk . Et sommerhus ejet af Airy står stadig ved siden af ​​kirken og nu i private hænder.

Sir Patrick Moore hævdede i sin selvbiografi, at Airys spøgelse er blevet set hjemsøge Royal Greenwich -observatoriet efter nattetid. (side 178)

Arv og hæder

Bibliografi

Om lyd og atmosfæriske vibrationer med musikens matematiske elementer , 1871
Af Airy

For en liste over værker af George Biddell Airy (med digitale kopier) se Wikisource .

En komplet liste over Airys 518 trykte papirer er i Airy (1896). Blandt de vigtigste er:

  • (1826) Matematiske traktater om fysisk astronomi
  • (1828) Om måneteorien, Jordens Figur, Præcession og Nutation og Variationsberegning , hvortil der i anden udgave af 1828 blev tilføjet traktater om Planetary Theory og Undulatory Theory of Light
  • (1834) Gravitation: en elementær forklaring på de vigtigste forstyrrelser i solsystemet ( fuld tekst på internetarkivet)
  • (1839) Eksperimenter på jernbyggede skibe, indført med det formål at opdage en korrektion for afvigelsen af ​​kompasset produceret af skibets jern
  • (1848 [1881, 10. udgave]) Populær astronomi: En række foredrag holdt i Ipswich ( fuld tekst på Wikisource)
  • (1855) En traktat om trigonometri ( fuld tekst på Google Books)
  • (1861) Om den algebraiske og numeriske teori om observationsfejl og kombinationen af ​​observationer .
  • (1866) En elementær afhandling om delvise differentialligninger ( fuld tekst på internetarkivet)
  • (1868) Om lyd og atmosfæriske vibrationer med matematiske matematiske elementer ( fuld tekst på MPIWG)
  • (1870) En afhandling om magnetisme ( fuld tekst på Google Books)
Om Airy
  • Airy, George Biddell; Wilfrid, Airy (1896). Selvbiografien om Sir George Biddell Airy . Cambridge University Press. s. 342 . OCLC  13130558 . Hentet 24. februar 2008 . edward maunder astronom.
  • Cannon, WF (november 1964). "Forskere og brede kirkemænd: et tidligt victoriansk intellektuelt netværk". Journal of British Studies . 4 (1): 65–88. doi : 10.1086/385492 . JSTOR  175122 . PMID  19588590 .
  • Satterthwaite, GE (2003). "Airys zenit-teleskoper og" Birth-Star of Modern Astronomy " ". Journal of Astronomical History and Heritage . James Cook University. 6 (1): 13. Bibcode : 2003JAHH .... 6 ... 13S .
  • Winterburn, E. (2002). "Den luftige transitcirkel" . Britisk historie - viktorianere . BBC . Hentet 9. september 2007 .

Referencer

Noter

Citater

Kilder

Yderligere læsning

Nekrologer

eksterne links

Faglige og akademiske foreninger
Forud af
Edward Sabine
31. præsident for Royal Society
1871-1878
Efterfulgt af
Joseph Dalton Hooker