Obserwacje Słońca Jana Heweliusza

Obserwacje Słońca Jana Heweliusza
Rok 2011 uchwałą polskiego Sejmu z dnia 16 grudnia 2010 r. został ogłoszony w naszym kraju
rokiem Jana Heweliusza. Ten gdański piwowar i astronom, żyjący w latach 1611-1687, był niezwykle
wszechstronnym i doskonałym obserwatorem nieba. Zasłynął przede wszystkim jako twórca
wspaniałych przyrządów naukowych, jak odkrywca sześciu komet oraz obserwator planet i Księżyca,
który stworzył najdoskonalszą z istniejących wówczas map powierzchni jedynego ziemskiego satelity.
Był jednak Heweliusz także obserwatorem Słońca i tej kwestii poświęcony jest ten skromny artykuł.
Wprawdzie Heweliusz w dziedzinie obserwacji słonecznych nie poczynił żadnych przełomowych
odkryć, jednakże jego obserwacje Słońca są nadal nadzwyczaj ważnym materiałem naukowym,
pozwalającym na odtworzenie aktywności w tym wczesnym okresie zainteresowania naukowców
aktywnością naszej Gwiazdy Dziennej.
Okres niezwykle trwałego zainteresowania Heweliusza Słońcem oraz zjawiskami na jego
powierzchni przypada na lata 1642-1679. Ten długi okres czasu obejmuje bardzo ciekawy epizod w
życiu naszego Słońca, który przypada na początek pierwszej części Minimum Maundera oraz na okres
bezpośrednio go poprzedzający.
Wyniki swoich obserwacji plam słonecznych zawarł Heweliusz w słynnej „Selenographii”,
poświęconej w przeważającej części obserwacjom Księżyca, a wydanej w 1647 roku. Kolejne wyniki i
spostrzeżenia z obserwacji Słońca Heweliusz zamieszcza w drugim swoim dziele: „Machina Coelestis
pars prior” z 1679 roku. Zarówno w młodszym, jak i starszym dziele skromnie przedstawione wyniki
Heweliusza w zakresie obserwacji Słońca nie oddają w pełni jego zaangażowania i umiejętności, które
wykazał w tej pracy.
Heweliusz obserwował nie tylko plamy słoneczne, ale też pochodnie fotosferyczne, dla
których jako pierwszy użył słowa faculae, ciągle obecnego w terminologii astronomicznej. Heweliusz
obserwował także zaćmienia Słońca (30 marca 1661 roku) oraz tranzyt Merkurego przed tarczą
słoneczną (3 maja 1661 roku). Temu drugiemu zjawisku poświęcił Heweliusz pracę zatytułowaną
„Mercurius In Sole visis”, wydaną w 1662 roku we własnej „oficynie”, prowadzonej przez Szymona
Reinigera Młodszego. Gdański astronom wykonywał także zwyczajowe w tamtych czasach
obserwacje pozycyjne Słońca.
Szczególne znaczenie miały wykonane przez gdańskiego astronoma obserwacje przejścia
Merkurego przed tarczą Słońca. Zjawisko to wg Keplera (Tablice Rudolfińskie) miało wystąpić w dniu
3 maja 1661 roku. Z kolei Tablice Alfonsyńskie przewidywał to zjawisko na dzień 11 maja. Zmusiło to
astronoma do podjęcia regularnych obserwacji Słońca już od dnia 1 maja. Tuż przed południem 3
maja tranzyt Merkurego rozpoczął się. Początek obserwacji utrudniały chmury, koniec zjawiska
nastąpił już po zachodzie Słońca. Heweliusz zdołał wyznaczyć siedem pozycji Merkurego, używając
zaś gęsto poliniowanego kartonu na ekranie astronom zdołał także ustalić średnicę planety na 11,8
sekundy kątowej.
Ostatnim dziełem Heweliusza, w którym pojawia się tematyka obserwacji Słońca jest „Annus
climactericus”. Zawierało ono m.in. opis obserwacji zaćmień Słońca w latach 1682 i 1684.
Obserwacje pozycyjne Słońca (z uwzględnieniem wartości paralaksy słonecznej oraz refrakcji)
posłużyły Heweliuszowi do zestawienia obszernych tablic Słońca stanowiących ważne ogniwo w
wyznaczaniu położenia punktu równonocy wiosennej. Przy okazji Heweliusz pokusił się o
wyznaczenie długości roku zwrotnikowego, czyli odstępu czasu pomiędzy dwoma kolejnymi
przejściami Słońca przez punkt równonocy wiosennej.
Obserwując Słońce w latach 1642-1645 Heweliusz doszedł do wniosku, iż pojawiają się one
najdalej na 30 stopni po obu stronach równika słonecznego. Wyznaczył także na podstawie
obserwacji plam okres obrotu Słońca wokół osi na 27 dni, co daje wynik bardzo zbliżony do
przyjmowanego współcześnie. Wyniki te opublikował w „Selenographii”.
Heweliusz obserwował Słońce z użyciem wielu doskonałych na tamte czasy instrumentów.
Opisał je szczegółowo w „Machina Coelestis pars prior”. Wśród tradycyjnych instrumentów
Heweliusza, których używał do obserwacji Słońca, uwagę należy skupić na kilku bardzo prostych, ale
skutecznych przyrządach.
Pierwszy z nich to drewniany kwadrant o promieniu 1,7 metra, nie posiadający ruchomej
celownicy, lecz z obiema przeziernicami na jednym ramieniu. Obserwacji Słońca dokonywał
Heweliusz poprzez rzutowanie jego promieni przez dziurkę wywierconą w środku dalszej przeziernicy
na centralnie położony krążek na bliższej. Dal wyraźniejszego dostrzegania powstającej w ten sposób
plamki słonecznej droga promieni słonecznych wzdłuż ramienia przyrządu osłaniania była
papierowym tubusem. Wysokość obiektu odczytywano według pionu wyznaczanego przez obciążoną
nić, zawieszoną na środku krzywizny (czyli na brzegu krawędzi, przy której znajdowała się dalsza z
przeziernic).
Drugim instrumentem wykorzystywanym przez Heweliusza do obserwacji Słońca był znacznie
mniejszy kwadrant mosiężny o promieniu około 0,8 metra z wpisanym wewnątrz kwadratem
geometrycznym. Budowa jego była równie prosta jak wspomnianego kwadrantu drewnianego. Był
ponadto znacznie lżejszym instrumentem i spełniał zapewne w obserwatorium Heweliusza rolę
przyrządu „mobilnego”, który mógł być łatwo przenoszony z miejsca na miejsce. Przyrząd ten działał
na identycznej zasadzie co wcześniej opisany. Ze względu na swoje rozmiary był jednak mniej
dokładny i o ile drewniany kwadrant był bardzo wszechstronnym instrumentem, to kwadrant
mosiężny służył Heweliuszowi tylko i wyłącznie do wyznaczania czasu z pomiarów wysokości gwiazd.
Kolejną grupą instrumentów, których używał Heweliusz do obserwacji Słońca były różnej
wielkości sekstansy. Oczywiście, żeby obserwować nimi Gwiazdę Dzienną gdański astronom musiał
wymyśleć kolejne udogodnienia, które zarówno chroniły wzrok, jak i podnosiły dokładność tych
wyjątkowo trudnych do wykonywania pomiarów. Obserwator celujący za pomocą sekstansu w
Słońce nakładał na znajdujący się w środku krzywizny łuku cylindryczny kołek, płytkę z małą dziurką
pośrodku, osadzoną na pierścieniu wyposażonym z nóżki. Natomiast na przeziernicę bliską oka
nasadzał drugą płytkę, mającą na środku zaznaczony mały krążek. Promienie słoneczne przechodziły
przez otwór w pierwszej płytce i padały na ów krążek na drugiej. Między obiema płytkami, wzdłuż
ramienia sekstansu montowany był papierowy tubus poprawiający widoczność promienie
słonecznych na drugiej płytce.
Do obserwacji Słońca Heweliusz używał także lunet. O ile wyżej opisane instrumenty służyły
do obserwacji pozycyjnych, za pomocą teleskopów gdański astronom obserwował powierzchnię
Słońca. Do tego typu obserwacji Heweliusz używał głównie lunet keplerowskich, najczęściej z
soczewkami wypukłymi w okularze, dającymi obraz odwrócony, za pomocą których rzutował obraz
Słońca na ekran. Lunety, którymi Heweliusz wykonywał obserwacje Słońca zamieszczone w
„Selenographii” miały bardzo duże rozmiary. Znacząca długość tych lunet zapewniała bardzo
kontrastowy obraz oraz zmniejszała aberracje wynikające z wad optycznych zastosowanych
obiektywów.
Heweliusz do regularnych obserwacji Słońca używał lunety osadzonej w obracalnej kuli w
otworze ściennym pawilonu obserwacyjnego tak, że część obiektywowa znajdowała się na zewnątrz,
a część okularowa wewnątrz zaciemnionego pokoju. Za okularem, na specjalnym wysięgniku
znajdował się ekran wsparty na masywnej podporze o zmiennej wysokości, która zapewniała
stabilność i osiowość całej konstrukcji. Z czasem Heweliusz unowocześnił ten zestaw obserwacyjny o
obracalny ekran (tu pojawia się konieczność znalezienia sobie pomocnika zajmującego się tym
mechanizmem), gdyż zauważył szybko, że przy zastosowaniu montażu azymutalnego tarcze Słońca i
Księżyca z czasem obracają się w zauważalny sposób, zmniejszając poważnie dokładność obserwacji.
Zaskakujące jest, iż Heweliusz nie zastosował znanego już wówczas prostego i skutecznego montażu
paralaktycznego, wymyślonego przez innego znanego obserwatora Słońca – Christopha Scheinera.
Podsumowując: mimo tego, iż Heweliusz nie był astronomem ze szczególną predylekcją do
obserwacji Słońca, to na polu tym jego dokonania są niewątpliwie znaczące. Szczególną uwagę należy
zwrócić na wieloletnie obserwacje aktywności plamo twórczej Słońca, które pozwalają na
dokładniejsze ustalenie zmian jego aktywności w bardzo wczesnym początku ich obserwacji
(zwłaszcza w odniesieniu do Minimum Maundera, które wśród naukowców budzi wiele
kontrowersji). Bez wątpienia wartość naukowa obserwacji Słońca wykonanych przez Heweliusza jest
znacząca i w roku 2011, którego gdański astronom jest „patronem”, obserwatorom Słońca nie
wypada zapomnieć o jego jakże interesujących nasze środowisko dokonaniach.
Adam Derdzikowski