George Biddell Airy


George Biddell Airy

George Biddell Airy 1891.jpg
George Biddell Airy 1891
Född ( 1801-07-27 ) 27 juli 1801
Alnwick , Northumberland, England
dog 2 januari 1892 (1892-01-02) (90 år)
Greenwich , London, England
Nationalitet brittisk
Utbildning Colchester Royal Grammar School
Alma mater Trinity College, Cambridge
Känd för
Seventh Astronomer Royal Se hela listan
Utmärkelser




Smiths pris (1823) Copley-medalj (1831) RAS-guldmedalj (1833, 1846) Lalande-priset (1834) Kunglig medalj (1845) Albert-medalj (1876)
Vetenskaplig karriär
Fält Astronomi , matematik
institutioner
Trinity College, Cambridge Royal Society
Akademiska rådgivare George Peacock

Sir George Biddell Airy KCB PRS ( / om ˈɛər i / ; 27 juli 1801 – 2 januari 1892) var en engelsk matematiker och astronom , och den sjunde kungliga astronomen från 1835 till 1881. Hans många prestationer inkluderar arbete med att röra sig planeternas omloppsbanor . jordens densitet, en metod för lösning av tvådimensionella problem inom solid mekanik och, i sin roll som Astronomer Royal, etablera Greenwich som platsen för nollmeridianen .

Biografi

Airy föddes i Alnwick , en av en lång rad Airys som spårade sin härkomst tillbaka till en familj med samma namn som bodde i Kentmere , i Westmorland , på 1300-talet. Den gren som han tillhörde, efter att ha lidit under det engelska inbördeskriget , flyttade till Lincolnshire och blev bönder. Airy utbildades först på grundskolor i Hereford , och därefter på Colchester Royal Grammar School . Airy var ett introvert barn och blev populär bland sina skolkamrater genom sin stora skicklighet i att bygga ärnskyttar.

Från 13 års ålder bodde Airy ofta hos sin farbror Arthur Biddell i Playford, Suffolk . Biddell introducerade Airy för sin vän Thomas Clarkson , slavhandelsavskaffaren som bodde i Playford Hall. Clarkson hade en MA i matematik från Cambridge, och undersökte Airy i klassiker och sedan arrangerade han för att bli undersökt av en Fellow från Trinity College, Cambridge på hans kunskaper i matematik. Som ett resultat gick han in i Trinity 1819, som en sizar , vilket innebar att han betalade en reducerad avgift men i huvudsak arbetade som tjänare för att gottgöra avgiftssänkningen. Här hade han en lysande karriär och verkar nästan omedelbart ha blivit erkänd som årets ledande man. År 1822 valdes han till treenighetslärare, och året därpå tog han examen som senior tävlande och fick första Smith's Prize . Den 1 oktober 1824 valdes han till Trinity-stipendiat, och i december 1826 utsågs han till Lucasian professor i matematik i följd efter Thomas Turton . Denna stol höll han i lite mer än ett år, valdes i februari 1828 Plumian professor i astronomi och chef för det nya Cambridge Observatory . 1836 valdes han till stipendiat i Kungliga Samfundet och 1840 till utländsk ledamot av Kungliga Vetenskapsakademien . 1859 blev han utländsk medlem av Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences .

Forskning

George Biddell Airy

En uppfattning om hans verksamhet som författare i matematiska och fysiska ämnen under dessa tidiga år kan hämtas från det faktum att han före denna utnämning hade bidragit med tre viktiga memoarer till The Philosophical Transactions of the Royal Society och åtta till Cambridge Philosophical Society . Vid Cambridge Observatory visade Airy snart sin organisationsförmåga. Det enda teleskopet i etablissemanget när han tog ansvaret var transitinstrumentet, och åt detta ägnade han sig kraftfullt. Genom antagandet av ett regelbundet arbetssystem och en noggrann plan för reduktion kunde han hålla sina iakttagelser aktuella och publicerade dem årligen med en punktlighet som förvånade hans samtida. Snart installerades en väggcirkel , och regelbundna observationer inleddes med den 1833. Samma år försåg hertigen av Northumberland Cambridge-observatoriet med ett fint objektglas med 12-tums öppning, som var monterat enligt Airys konstruktioner och under hans överinseende, även om konstruktionen inte slutfördes förrän efter att han flyttade till Greenwich 1835.

Airys skrifter under denna tid är uppdelade mellan matematisk fysik och astronomi. De förstnämnda är till största delen sysselsatta med frågor som rör teorin om ljus som uppstår ur hans professorsföreläsningar, bland vilka särskilt kan nämnas hans uppsats On the Diffraction of an Object-Glass with Circular Aperture, och hans uttalande av hela teorin av regnbågen . [ citat behövs ] 1831 tilldelades Copley-medaljen från Royal Society till honom för dessa undersökningar. Av hans astronomiska skrifter under denna period är de viktigaste hans undersökning av Jupiters massa , hans rapport till British Association om astronomis framsteg under 1800-talet och hans arbete On an Inequality of Long Period in the Motions of the Earth och Venus .

Ett av avsnitten i hans skickliga och lärorika rapport ägnades åt "A Comparison of the Progress of Astronomy in England with that in other Countries", mycket till Englands nackdel. Denna förebråelse togs sedan till stor del bort av hans eget arbete.

Jordens medeldensitet

En av de mest anmärkningsvärda av Airys forskning var hans bestämning av jordens medeldensitet . 1826 kom tanken upp för honom att attackera detta problem med hjälp av pendelexperiment på toppen och botten av en djup gruva . Hans första försök, som gjordes samma år, vid Dolcoath-gruvan i Cornwall, misslyckades till följd av en olycka med en av pendlarna . Ett andra försök 1828 besegrades av en översvämning av gruvan, och många år förflöt innan en annan möjlighet dök upp. Experimenten ägde så småningom rum vid Harton -gropen nära South Shields i norra England 1854. Deras omedelbara resultat var att visa att gravitationen vid gruvans botten översteg den på toppen med 1/19286 av dess mängd, djupet var 383 m. (1 256 fot). Från detta leddes han till det slutliga värdet på jordens specifika densitet på 6,566. Detta värde, ehuru avsevärt översteg det som tidigare funnits med olika metoder, ansågs Airy, från den omsorg och fullständighet med vilken observationerna utfördes och diskuterades, vara "berättigad att konkurrera med de andra på åtminstone lika villkor." Det för närvarande accepterade värdet för jordens densitet är 5,5153 g/cm 3 . [ citat behövs ]

Referensgeoid

År 1830 beräknade Airy längderna på jordens polarradie och ekvatorialradie med hjälp av mätningar tagna i Storbritannien. Även om hans mätningar ersattes av mer exakta radievärden (som de som används för GRS 80 och WGS84 ) används hans luftiga geoid (enbart en referensellipsoid, OSGB36) fortfarande av Storbritanniens Ordnance Survey för kartläggning av England, Skottland och Wales eftersom den passar bättre den lokala havsnivån (ca 80 cm under världsgenomsnittet).

Planetära ojämlikheter

Airys upptäckt av en ny ojämlikhet i Venus och jordens rörelser är i vissa avseenden hans mest anmärkningsvärda prestation. När han korrigerade elementen i Delambres solbord hade han fått misstanke om en ojämlikhet som förbises av deras konstruktör. Orsaken till detta sökte han inte länge förgäves; tretton gånger Venus medelrörelse är så nästan lika med åtta gånger jordens att skillnaden bara uppgår till en liten bråkdel av jordens medelrörelse, och från det faktum att termen beroende på denna skillnad, även om den är mycket liten i sig, tar emot i integrationen av differentialekvationerna en multiplikator på cirka 2 200 000, leddes Airy till att sluta sig till förekomsten av en förnuftig ojämlikhet som sträcker sig över 240 år ( Fil. Trans. cxxii. 67). Undersökningen var förmodligen den mest mödosamma som hade gjorts fram till Airys tid inom planetteorin , och representerade den första specifika förbättringen av solborden som gjorts i England sedan grundandet av gravitationsteorin . Som ett erkännande för detta arbete tilldelades han guldmedaljen från Royal Astronomical Society 1833 (han skulle vinna den igen 1846).

Luftig disk

Datorgenererad bild som simulerar en luftig disk

Upplösningen hos optiska enheter begränsas av diffraktion . Så även den mest perfekta linsen kan inte riktigt generera en punktbild i fokus , utan istället finns det ett ljust centralt mönster som nu kallas Airy disk , omgivet av koncentriska ringar som består av ett Airy-mönster. Storleken på Airy-skivan beror på ljusets våglängd och storleken på bländaren. John Herschel hade tidigare beskrivit fenomenet, men Airy var den första som förklarade det teoretiskt.

Detta var ett nyckelargument för att motbevisa ett av de sista kvarvarande argumenten för absolut geocentrism : jättestjärnargumentet . Tycho Brahe och Giovanni Battista Riccioli påpekade att avsaknaden av stjärnparallax som kunde detekteras vid den tiden innebar att stjärnor var ett stort avstånd bort. Men det blotta ögat och de tidiga teleskopen med små öppningar verkade visa att stjärnor var skivor av en viss storlek. Detta skulle antyda att stjärnorna var många gånger större än solen (de var inte medvetna om superjätte eller hyperjättestjärnor , men vissa beräknades vara ännu större än storleken på hela universum som uppskattades vid den tiden). Stjärnornas skivutseende var dock falska: de såg faktiskt inte stjärnbilder, utan luftiga skivor. Med moderna teleskop, även med de som har den största förstoringen, framstår bilderna av nästan alla stjärnor korrekt som bara ljuspunkter.

Astronom Royal

Airy's Transit Circle i Transit Circle Room, Greenwich

I juni 1835 utsågs Airy till kunglig astronom efter John Pond och började sin långa karriär vid det nationella observatoriet som utgör hans främsta titel till berömmelse. Tillståndet för observatoriet vid tidpunkten för hans utnämning var sådant att Lord Auckland , amiralitetets första Lord , ansåg att "det borde rensas ut", medan Airy medgav att "det var i ett queertillstånd". Med sin vanliga energi satte han genast igång med att omorganisera hela ledningen. Han gjorde om observationsvolymerna, satte biblioteket på en ordentlig grund, monterade den nya ( Sheepshanks ) ekvatorial och organiserade ett nytt magnetiskt observatorium. År 1847 restes en altazimuth , designad av Airy för att möjliggöra observationer av månen inte bara på meridianen , utan närhelst den kan vara synlig. 1848 uppfann Airy det reflexmässiga zenitröret för att ersätta den tidigare anställda zenitsektorn . I slutet av 1850 restes den stora transitcirkeln med 203 mm (8 tum) öppning och 3,5 m (11 fot 6 tum) brännvidd , och är fortfarande det främsta instrumentet i sin klass vid observatoriet. Monteringen 1859 av en ekvatorial med 330 mm (13 tum) öppning framkallade kommentaren i hans journal för det året, "Det finns nu inte en enda person anställd eller instrument som används i observatoriet som var där på Mr Ponds tid"; och omvandlingen fullbordades genom invigningen av spektroskopiskt arbete 1868 och av den fotografiska registreringen av solfläckar 1873.

Prime Meridian i Greenwich

Det formidabla uppdraget att minska de ackumulerade planetobservationer som gjordes i Greenwich från 1750 till 1830 pågick redan under Airys överinseende när han blev Astronomer Royal. Kort därefter åtog han sig den ytterligare mödosamma uppgiften att reducera den enorma mängd observationer av månen som gjordes i Greenwich under samma period under ledning, successivt, av James Bradley , Nathaniel Bliss , Nevil Maskelyne och John Pond, för att täcka bekostnad av vilka en stor summa pengar tilldelades av statskassan. Som ett resultat räddades inte mindre än 8 000 månobservationer från glömskan och ställdes 1846 till astronomernas förfogande i en sådan form att de kunde användas direkt för jämförelse med teorin och för att förbättra tabellerna för månens rörelse.

För detta arbete fick Airy 1848 ett vittnesmål från Royal Astronomical Society, och det ledde genast till Peter Andreas Hansens upptäckt av två nya ojämlikheter i månens rörelse. Efter att ha slutfört dessa minskningar, gjorde Airy undersökningar, innan han ägnade sig åt någon teoretisk undersökning i samband med dem, om någon annan matematiker höll på med ämnet och fick veta att Hansen hade tagit det i hand under beskydd av kungen av Danmark, men att , på grund av konungens död och därav följande penningbrist, var fara för att han skulle nödgas överge den, ansökte han hos amiralitetet på Hansens vägnar om erforderlig summa. Hans begäran beviljades omedelbart, och därmed kom det sig att Hansens berömda Tables de la Lune tillägnades La Haute Amirauté de sa Majesté la Reine de la Grande Bretagne et d'Irlande .

1851 etablerade Airy en ny Prime Meridian i Greenwich. Denna linje, den fjärde "Greenwich Meridianen", blev den definitivt internationellt erkända linjen 1884.

Sök efter Neptune

George Biddell Airy karikerad av Ape i Vanity Fair nov 1875

I juni 1846 började Airy korrespondera med den franske astronomen Urbain Le Verrier angående den senares förutsägelse att oegentligheter i Uranus rörelse berodde på en hittills oobserverad kropp. Medveten om att Cambridge-astronomen John Couch Adams hade föreslagit att han hade gjort liknande förutsägelser, uppmanade Airy den 9 juli James Challis att genomföra en systematisk sökning i hopp om att säkra upptäcktens triumf för Storbritannien. Till slut vann en rivaliserande sökning i Berlin av Johann Gottfried Galle , invigd av Le Verrier, loppet om prioritet. Även om Airy "misshandlades mest brutalt av både engelska och franska" för hans underlåtenhet att agera på Adams förslag snabbare, har det också förekommit påståenden om att Adams kommunikation hade varit vag och vidsträckt och vidare att sökandet efter en ny planet inte var ansvaret av Astronomer Royal.

Eterdragtest

Med hjälp av ett vattenfyllt teleskop letade Airy 1871 efter en förändring i stjärnaberration genom det brytande vattnet på grund av hypotesen om eterdrag . Precis som alla andra försök att upptäcka eterdrift eller drag, fick Airy ett negativt resultat.

Månteori

1872 kom Airy på idén att behandla månteorin på ett nytt sätt, och vid sjuttioett års ålder inledde han det enorma möda som detta upplägg innebar. En allmän beskrivning av hans metod återfinns i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. xxxiv, nr 3. Det bestod huvudsakligen i antagandet av Charles-Eugène Delaunays slutliga numeriska uttryck för longitud , latitud och parallax , med en symbolisk term fäst till varje nummer, vars värde skulle bestämmas genom substitution i rörelseekvationerna.

I detta sätt att behandla frågan är termernas ordning numerisk, och även om arbetsmängden är sådan att den mycket väl kunde ha avskräckt en yngre man, var detaljerna ändå lätta, och en stor del av det kunde anförtros till "en bara dator ".

Verket publicerades 1886, när dess författare var åttiofem år gammal. Under en kort tid tidigare hade han trakasserats av en misstanke om att vissa fel hade smugit sig in i beräkningarna, och därför riktade han sig till uppgiften att revidera. Men hans krafter var inte längre vad de hade varit, och han kunde aldrig undersöka saken tillräckligt. 1890 berättar han för oss hur ett allvarligt misstag hade begåtts i ett av de första stegen och tillägger patetiskt: "Min ande i arbetet var bruten, och jag har aldrig hjärtligt gått vidare med det sedan dess."

Ingenjörsmekanik

Stressfunktionsmetod

1862 presenterade Airy en ny teknik för att bestämma töjningen och spänningsfältet inom en stråle . Denna teknik, ibland kallad Airy stress function method , kan användas för att hitta lösningar på många tvådimensionella problem inom solid mekanik (se Wikiversity ). Till exempel användes den av HM Westergaard för att bestämma spännings- och töjningsfältet runt en sprickspets och därigenom bidrog denna metod till utvecklingen av brottmekanik .

Tay Bridge-katastrofen
Original Tay Bridge från norr
Förstörelse av Tay-bron

Airy rådfrågades om vindhastigheter och tryck som sannolikt kommer att mötas på den föreslagna Forth-hängbron som designades av Thomas Bouch för North British Railway i slutet av 1870-talet. Han trodde att trycket inte var större än cirka 10 pund per kvadratfot (500 pascal) kunde förväntas, en kommentar som Bouch menade också gällde den första Tay-järnvägsbron som byggdes. Mycket större tryck kan dock förväntas vid kraftiga stormar. Airy kallades för att vittna inför den officiella utredningen av Tay Bridge-katastrofen och kritiserades för sina råd. Men lite var känt om problemen med vindmotstånd hos stora konstruktioner, och en kunglig kommission för vindtryck ombads att forska om problemet.

Kontrovers

Airy beskrevs i sin dödsruna publicerad av Royal Society som "en tuff motståndare" och berättelser om olika meningsskiljaktigheter och konflikter med andra vetenskapsmän överlever. Francis Ronalds upptäckte att Airy var hans fiende medan han var tillträdande hedersdirektör för Kew Observatory , som Airy ansåg vara en konkurrent till Greenwich. Andra väldokumenterade konflikter var med Charles Babbage och Sir James South .

Privatliv

I juli 1824 träffade Airy Richarda Smith (1804–1875), "en stor skönhet", på en vandringstur i Derbyshire . Han skrev senare, "Våra ögon möttes ... och mitt öde var beseglat ... Jag kände oemotståndligt att vi måste förenas", och Airy friade två dagar senare. Richardas far, pastor Richard Smith, kände att Airy saknade ekonomiska resurser för att gifta sig med sin dotter. Först 1830, med Airy etablerad i sin Cambridge-ställning, beviljades tillstånd för äktenskapet.

George Biddell Airy ( John Collier , 1883)

Airys hade nio barn, varav de tre första dog unga.

  • Elizabeth Airy (född 1833) dog av konsumtion ( tuberkulos ) 1852.
  • Det äldsta barnet som överlevde till vuxen ålder var Wilfrid (1836–1925), som designade och konstruerade " överste" George Tomlines Orwell Park Observatory . Wilfrids dotter var konstnären Anna Airy . Annas mamma dog kort efter att hon föddes och hon uppfostrades av sina jungfrufastrar Christabel och Annot (se nedan).
  • George Airys son Hubert Airy (1838–1903) var läkare och en pionjär inom studiet av migrän . Airy själv led av detta tillstånd.
  • Airys äldsta dotter, Hilda (1840–1916), gifte sig 1864 med matematikern Edward Routh .
  • Christabel (1842–1917) dog ogift, liksom nästa syster Annot (1843–1924).
  • Airys yngsta barn var Osmund (1845–1929).

Airy adlades den 17 juni 1872.

Airy gick i pension 1881 och bodde med sina två ogifta döttrar på Croom's Hill nära Greenwich. 1891 drabbades han av ett fall och en inre skada. Han överlevde operationen som följde bara några dagar. Hans rikedom vid döden var £27 713, motsvarande £3 746 548,49 2021. Airy och hans fru och tre föravlidna barn begravs i St. Mary's Church i Playford, Suffolk . En stuga som ägs av Airy står fortfarande kvar, i anslutning till kyrkan och nu i privata händer.

Sir Patrick Moore hävdade i sin självbiografi att spöket Airy har setts hemsöka Royal Greenwich Observatory efter mörkrets inbrott. (sida 178)

Arv och äror

Bibliografi

Om ljud och atmosfäriska vibrationer med musikens matematiska element, 1871
Minnesmärke i St Mary's Playford
Av Airy

För en lista över verk av George Biddell Airy (med digitala kopior) se Wikisource .

En komplett lista över Airys 518 tryckta papper finns i Airy (1896). Bland de viktigaste är:

  • (1826) Matematiska traktater om fysisk astronomi
  • (1828) On the Lunar Theory, The Figure of the Earth, Precession and Nutation, and Calculus of Variations, till vilka det i den andra upplagan av 1828 lades traktater om Planetary Theory och the Undulatory Theory of Light.
  • (1834) Gravitation: en elementär förklaring av de viktigaste störningarna i solsystemet ( fulltext Internet Archive)
  • (1839) Experiment på järnbyggda fartyg, inrättade i syfte att upptäcka en korrigering för kompassens avvikelse producerad av fartygens järn
  • (1848 [1881, 10:e upplagan]) Popular Astronomy: A Series of Lectures Levered at Ipswich ( Fulltext på Wikisource)
  • (1855) A Treatise on Trigonometry ( Fulltext på Google Books)
  • (1861) Om den algebraiska och numeriska teorin om observationsfel och kombinationen av observationer .
  • (1866) En elementär avhandling om partiella differentialekvationer ( fulltext på Internet Archive)
  • (1868) On Sound and Atmospheric Vibrations with the Mathematical Elements of Music ( Fulltext MPIWG)
  • (1870) A Treatise on Magnetism ( Fulltext på Google Books)
Om Airy
  •   Airy, George Biddell; Wilfrid, Airy (1896). Sir George Biddell Airys självbiografi . Cambridge University Press. sid. 342 . OCLC 13130558 . Hämtad 24 februari 2008 . edward maunder astronom.
  •     Cannon, WF (november 1964). "Forskare och breda kyrkomän: ett tidigt viktorianskt intellektuellt nätverk". Journal of British Studies . 4 (1): 65–88. doi : 10.1086/385492 . JSTOR 175122 . PMID 19588590 . S2CID 42948903 .
  •   Satterthwaite, GE (2003). "Airys zenitteleskop och "The Birth-Star of Modern Astronomy" " . Journal of Astronomical History and Heritage . James Cook University. 6 (1): 13. Bibcode : 2003JAHH....6...13S . doi : 10.3724/SP.J.1440-2807.2003.01.02 . S2CID 117043816 .
  • Winterburn, E. (2002). "Den luftiga transitcirkeln" . Brittisk historia – viktorianer . BBC . Hämtad 9 september 2007 .

Anteckningar

Citat

Källor

Vidare läsning

Dödsannonser

externa länkar

Professionella och akademiska föreningar
Föregås av
31: e presidenten i Royal Society 1871–1878
Efterträdde av