Джордж Бидделл Эйри - George Biddell Airy


Джордж Бидделл Эйри

Джордж Бидделл Эйри 1891.jpg
Джордж Бидделл Эйри в 1891 году
Родился ( 1801-07-27 )27 июля 1801 г.
Алник , Нортумберленд, Англия
Умер 2 января 1892 г. (1892-01-02)(90 лет)
Гринвич , Лондон, Англия
Национальность Британский
Образование Колчестерская королевская гимназия
Альма-матер Тринити-колледж, Кембридж
Известен Седьмой королевский астроном
Полный список
Награды Премия Смита (1823 г.)
Медаль Копли (1831 г.)
Золотая медаль РАН (1833, 1846 г.)
Премия Лаланда (1834 г.)
Королевская медаль (1845 г.)
Медаль Альберта (1876 г.)
Научная карьера
Поля Астрономия , математика
Учреждения Тринити-колледж Кембриджского
королевского общества
Академические консультанты Джордж Пикок

Сэр Эйри KCB PRS ( / ɛər я / ; 27 июля 1801 - 2 января 1892) был английский математик и астроном , а седьмой Королевский Астроном с 1835 по 1881. Его многочисленные достижения включают в себя работу на планетарных орбитах , измерения среднего плотности Земли, метод решения двумерных задач механики твердого тела и, в его роли Королевского астронома, установил Гринвич в качестве местоположения нулевого меридиана . Его репутация была запятнана обвинениями в том, что из-за его бездействия Великобритания потеряла возможность открыть планету Нептун .

биография

Эйри родился в Алнвике , одном из длинного рода Эйри, которые ведут свое происхождение от одноименной семьи, проживавшей в Кентмере , в Уэстморленде , в 14 веке. Ветвь, к которой он принадлежал, пострадав в гражданской войне в Англии , переехала в Линкольншир и стала фермерами. Эйри получил образование сначала в начальной школе в Херефорде , а затем в Королевской гимназии Колчестера . Ребенок-интроверт, Эйри завоевал популярность среди одноклассников благодаря своему мастерству конструирования стрелков.

С 13 лет Эйри часто останавливался со своим дядей Артуром Бидделлом в Плейфорде, Саффолк . Бидделл познакомил Эйри со своим другом Томасом Кларксоном , борцом за отмену работорговли, жившим в Плейфорд-холле. Кларксон получил степень магистра математики в Кембридже и изучил Эйри по классике, а затем организовал для него экзамен на знание математики у научного сотрудника из Тринити-колледжа в Кембридже . В результате он поступил в Тринити в 1819 году в качестве сизара , что означало, что он заплатил пониженную плату, но, по сути, работал слугой, чтобы компенсировать снижение платы. Здесь он сделал блестящую карьеру и, кажется, почти сразу был признан лучшим человеком своего года. В 1822 году он был избран стипендиатом Тринити, а в следующем году получил высшее образование и получил первую премию Смита . 1 октября 1824 года он был избран членом Троицы, а в декабре 1826 года был назначен Лукасовским профессором математики вслед за Томасом Тертоном . Этот стул он занимал чуть больше года, был избран в феврале 1828 года Plumian профессора по астрономии и директору новой Кембриджской обсерватории . В 1836 году он был избран членом Королевского общества, а в 1840 году - иностранным членом Шведской королевской академии наук . В 1859 году он стал иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук .

Исследовать

Джордж Бидделл Эйри

Некоторое представление о его деятельности в качестве писателя на математических и физических объектов в течение этих ранних лет может быть собрана из того факта , что до этого назначения он способствовал три важных воспоминаний в Philosophical Transactions в Королевском обществе , и восемь к Кембриджского философского общества . В Кембриджской обсерватории Эйри вскоре продемонстрировал свою организованность. Единственным телескопом в учреждении, когда он взял на себя ответственность, был транзитный инструмент , и он энергично посвятил себя этому. Приняв регулярную систему работы и тщательно разработав план сокращения, он смог обновлять свои наблюдения и ежегодно публиковать их с пунктуальностью, которая поражала его современников. Вскоре был установлен настенный круг , и в 1833 году с ним были начаты регулярные наблюдения. В том же году герцог Нортумберленд подарил Кембриджской обсерватории прекрасный объект-стекло с 12-дюймовым отверстием, которое было установлено в соответствии с проектами Эйри и под его руководством, хотя строительство не было завершено, пока он не переехал в Гринвич в 1835 году.

Работы Эйри в это время делятся на математическую физику и астрономию. Первые по большей части связаны с вопросами теории света, вытекающими из его профессорских лекций, среди которых можно особо упомянуть его статью о дифракции предметного стекла с круглой апертурой и его изложение всей теории. из радуги . В 1831 году за эти исследования ему была присуждена медаль Копли Королевского общества. Из его астрономических работ в этот период наиболее важными являются его исследование массы Юпитера , его отчет Британской ассоциации о прогрессе астрономии в 19 веке и его работа « О неравенстве долгого периода в движениях Земли». и Венера .

Один из разделов его умелого и поучительного доклада был посвящен «Сравнение прогресса астрономии в Англии с прогрессом в других странах», что очень не понравилось Англии. Впоследствии этот упрек был в значительной степени снят его собственными трудами.

Средняя плотность Земли

Одним из самых замечательных исследований Эйри было определение средней плотности Земли . В 1826 году ему пришла в голову идея решить эту проблему с помощью экспериментов с маятником наверху и внизу глубокой шахты . Его первая попытка, сделанная в том же году на шахте Долкоат в Корнуолле, не удалась из-за аварии с одним из маятников . Вторая попытка в 1828 году потерпела поражение из-за затопления шахты, и прошло много лет, прежде чем представилась еще одна возможность. В конечном итоге эксперименты проводились на карьере Хартон возле Саут-Шилдс на севере Англии в 1854 году. Их непосредственный результат показал, что сила тяжести на дне шахты превышала гравитацию наверху на 1/19286 ее величины, а глубина составляла 383 м. (1,256 футов). Отсюда он пришел к окончательному значению удельной плотности Земли 6,566. Эта ценность, хотя и значительно превышающая ценность, ранее обнаруженную другими методами, была сохранена Эйри благодаря тщательности и полноте, с которой проводились и обсуждались наблюдения, как «право конкурировать с другими, по крайней мере, на равных». термины." В настоящее время принятое значение плотности Земли составляет 5,5153 г / см³.

Опорный геоид

В 1830 году Эйри рассчитал длины полярного и экваториального радиусов Земли, используя измерения, сделанные в Великобритании. Хотя его измерения были заменены более точными значениями радиуса (такими, как те, которые использовались для GRS 80 и WGS84 ), его геоид Эйри (строго опорный эллипсоид, OSGB36) по-прежнему используется Службой боеприпасов Великобритании для картографирования Англии, Шотландии и Уэльса, потому что он лучше подходит для местного уровня моря (примерно на 80 см ниже среднего мирового уровня).

Планетарные неравенства

Открытие Эйри нового неравенства в движениях Венеры и Земли является в некоторых отношениях его самым выдающимся достижением. Исправляя элементы солнечных таблиц Деламбра, он заподозрил неравенство, упущенное их конструктором. Причину этого он долго не искал напрасно; В тринадцать раз среднее движение Венеры почти равно восьмикратному движению Земли, что разница составляет лишь небольшую часть среднего движения Земли, и из того факта, что член, зависящий от этой разницы, хотя и очень мал сам по себе, получает при интегрировании дифференциальных уравнений с множителем около 2 200 000 Эйри пришел к выводу о существовании разумного неравенства, продолжающегося более 240 лет ( Phil. Trans. cxxii. 67). Это исследование было, вероятно, самым трудоемким из всех, что были сделаны во времена Эйри в теории планет , и представляло собой первое конкретное усовершенствование солнечных таблиц, осуществленное в Англии с момента создания теории гравитации . В знак признания этой работы в 1833 году ему была присуждена Золотая медаль Королевского астрономического общества (он снова выиграл ее в 1846 году).

Эйри диск

Компьютерное изображение, имитирующее диск Эйри

Разрешение оптических устройств ограничено дифракцией . Таким образом, даже самый совершенный объектив не может создать точечное изображение в фокусе , но вместо этого есть яркий центральный узор, который теперь называется диском Эйри , окруженный концентрическими кольцами, составляющими узор Эйри. Размер диска Эйри зависит от длины волны света и размера апертуры. Джон Гершель ранее описал это явление, но Эйри был первым, кто объяснил его теоретически.

Это был ключевой аргумент в опровержении одного из последних оставшихся аргументов в пользу абсолютного геоцентризма : аргумента гигантской звезды . Тихо Браге и Джованни Баттиста Риччоли указали, что отсутствие обнаруживаемого в то время параллакса звезд привело к тому, что звезды находились на огромном расстоянии. Но невооруженным глазом и ранними телескопами с маленькими отверстиями казалось, что звезды представляют собой диски определенного размера. Это означало бы, что звезды были во много раз больше нашего Солнца (они не знали о звездах- сверхгигантах или гипергигантах , но некоторые из них были рассчитаны даже больше, чем размер всей Вселенной, оцененный в то время). Однако появление звезд на дисках было ложным: на самом деле они видели не звездные изображения, а диски Эйри. С современными телескопами, даже с теми, которые имеют самое большое увеличение, изображения почти всех звезд правильно выглядят как простые точки света.

Королевский астроном

Транзитный круг Эйри в Транзитном кольце, Гринвич

В июне 1835 года был назначен Эйри Королевского Астроном последовательно к Джону пруду , и начал свою долгую карьеру в национальной обсерватории , которая составляет его главный титул на славу. Состояние обсерватории на момент его назначения было таким, что лорд Окленд , первый лорд Адмиралтейства , считал, что «ее следует очистить», в то время как Эйри признал, что «она находилась в странном состоянии». Со своей обычной энергией он сразу же принялся за реорганизацию всего управления. Он переделал тома наблюдений, привел библиотеку в надлежащее состояние, установил новую экваториальную обсерваторию ( Овчарка ) и организовал новую магнитную обсерваторию. В 1847 году был установлен альтазимут , спроектированный Эйри, чтобы можно было наблюдать за Луной не только по меридиану , но и везде, где она может быть видна. В 1848 году Эйри изобрел рефлекторную зенитную трубку, чтобы заменить ранее использовавшийся зенитный сектор . В конце 1850 года был возведен большой транзитный круг с апертурой 203 мм (8 дюймов) и фокусным расстоянием 3,5 м (11 футов 6 дюймов) , который до сих пор является основным инструментом своего класса в обсерватории. Установка в 1859 году экваториальной апертуры 330 мм (13 дюймов) вызвала комментарий в его журнале за тот год: «В настоящее время в обсерватории нет ни одного работника или инструмента, который использовался во времена мистера Понда»; преобразование было завершено открытием спектроскопических работ в 1868 году и фотографической регистрации солнечных пятен в 1873 году.

Главный меридиан в Гринвиче

Грозное начинание по сокращению накопленных планетных наблюдений, сделанных в Гринвиче с 1750 по 1830 год, уже выполнялось под наблюдением Эйри, когда он стал королевским астрономом. Вскоре после этого он предпринял дальнейшую трудоемкую задачу по сокращению огромного количества наблюдений за Луной, сделанных в Гринвиче в тот же период под последовательным руководством Джеймса Брэдли , Натаниэля Блисса , Невила Маскелина и Джона Понда, чтобы покрыть расходы на которые большая сумма денег была выделена казначейством. В результате не менее 8000 лунных наблюдений были спасены от забвения и в 1846 году были предоставлены в распоряжение астрономов в такой форме, что их можно было использовать непосредственно для сравнения с теорией и для улучшения таблиц движение луны.

За эту работу Эйри получил в 1848 году свидетельство Королевского астрономического общества , что сразу привело к открытию Питером Андреасом Хансеном двух новых неравенств в движении Луны. После завершения этих сокращений Эйри, прежде чем приступить к каким-либо теоретическим исследованиям в связи с ними, поинтересовался, занимается ли какой-либо другой математик этим предметом, и узнал, что Хансен взял его в руки под покровительством короля Дании , но что, из-за смерти короля и связанной с этим нехватки средств возникла опасность того, что его вынудят отказаться от него, он обратился в адмиралтейство от имени Хансена за необходимой суммой. Его просьба была незамедлительно удовлетворена, и так случилось, что знаменитые « Таблицы де ла Луны» Хансена были посвящены «Высокой Амиро де са Majesté la Reine de la Grande Bretagne et d'Irlande» .

В 1851 году Эйри установил новый нулевой меридиан в Гринвиче. Эта линия, четвертый «Гринвичский меридиан», стала окончательно признанной во всем мире линией в 1884 году.

Поиск Нептуна

Джордж Бидделл Эйри в карикатуре обезьяны на Vanity Fair, ноябрь 1875 г.

В июне 1846 года Эйри начал переписку с французским астрономом Урбеном Леверье по поводу предсказания последнего о том, что нарушения в движении Урана были вызваны до сих пор ненаблюдаемым телом. Зная, что кембриджский астроном Джон Коуч Адамс предположил, что он сделал аналогичные предсказания, 9 июля Эйри призвал Джеймса Чаллиса предпринять систематические поиски в надежде обеспечить триумф открытия для Британии. В конечном итоге поиски соперника в Берлине Иоганном Готфридом Галле , инициированные Ле Верье, выиграли гонку за приоритет. Хотя Эйри был «жестоко оскорблен как англичанами, так и французами» за его неспособность действовать в соответствии с предложениями Адамса более оперативно, также были утверждения, что сообщения Адамса были расплывчатыми и медленными, и, кроме того, поиск новой планеты не входил в сферу ответственности. Королевского астронома.

Тест сопротивления эфира

Используя заполненный водой телескоп , в 1871 году Эйри искал изменение звездной аберрации через преломляющую воду из-за гипотезы сопротивления эфира . Как и все другие попытки обнаружить дрейф или сопротивление эфира, Эйри получил отрицательный результат.

Лунная теория

В 1872 году Эйри задумал по-новому взглянуть на теорию Луны и в возрасте семидесяти одного года приступил к колоссальному труду, связанному с этой схемой. Общее описание его метода можно найти в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , vol. xxxiv, No. 3. По сути, он заключался в принятии окончательных числовых выражений Шарля-Эжена Делоне для долготы , широты и параллакса с символическим термином, прикрепленным к каждому числу, значение которого должно было определяться путем подстановки в уравнения движения.

При таком способе рассмотрения вопроса порядок терминов является числовым, и, хотя количество труда таково, что могло бы отпугнуть молодого человека, все же детали были легкими, и большую часть его можно было бы поручить "другому человеку". просто компьютер ".

Произведение было опубликовано в 1886 году, когда его автору было восемьдесят пять лет. Некоторое время назад его беспокоило подозрение, что в вычисления вкрались определенные ошибки, и, соответственно, он обратился к задаче проверки. Но его силы больше не были такими, какими были раньше, и он никогда не мог в достаточной мере исследовать этот вопрос. В 1890 году он рассказывает нам, как на одном из первых шагов была допущена грубая ошибка, и трогательно добавляет: «Мой дух в работе был сломлен, и с тех пор я никогда не делал этого серьезно».

Инженерная механика

Метод функции напряжения

В 1862 году Эйри представил новый метод определения поля деформации и напряжений в балке . Этот метод, иногда называемый методом функции напряжения Эйри , можно использовать для поиска решений многих двумерных задач механики твердого тела (см. Викиверситет ). Например, его использовал HM Westergaard для определения поля напряжений и деформаций вокруг вершины трещины, и тем самым этот метод способствовал развитию механики разрушения .

Катастрофа на Тей-Бридж
Оригинальный мост Тей с севера
Разрушение Тайского моста

Эйри проконсультировался по поводу скорости ветра и давления, которые могут возникнуть на предлагаемом подвесном мосту Форт, спроектированном Томасом Бушем для Северной Британской железной дороги в конце 1870-х годов. Он считал, что можно ожидать давления не выше примерно 10 фунтов на квадратный фут (500 паскалей). Этот комментарий, который, по мнению Буша, имел в виду, также относился к первому строящемуся тогда железнодорожному мосту в Тей. Однако во время сильных штормов можно ожидать гораздо большего давления. Эйри был вызван для дачи показаний перед официальным расследованием катастрофы на мосту Тэй и подвергся критике за его советы. Однако мало что было известно о проблемах ветроустойчивости больших конструкций, и Королевской комиссии по ветровому давлению было предложено провести исследование этой проблемы.

Полемика

В некрологе, опубликованном Королевским обществом, Эйри был описан как «жестокий противник», и сохранились истории о различных разногласиях и конфликтах с другими учеными. Фрэнсис Рональдс обнаружил, что Эйри был его противником, когда он был инаугурационным почетным директором обсерватории Кью , которую Эйри считал конкурентом Гринвича. Другие хорошо задокументированные конфликты были с Чарльзом Бэббиджем и сэром Джеймсом Саутом .

Частная жизнь

Джордж Бидделл Эйри ( Джон Кольер , 1883)

В июле 1824 года Эйри встретил Ричарду Смит (1804–1875), «великую красавицу», во время пешеходной экскурсии по Дербиширу . Позже он написал: «Наши взгляды встретились ... и моя судьба была предрешена ... Я непреодолимо почувствовал, что мы должны объединиться», и Эйри сделал предложение двумя днями позже. Отец Ричарда, преподобный Ричард Смит, считал, что Эйри не хватает финансовых ресурсов, чтобы жениться на его дочери. Только в 1830 году, когда Эйри занял свое место в Кембридже, разрешение на брак было получено.

У Эйри было девять детей, первые трое из которых умерли молодыми.

  • Элизабет Эйри (род. 1833) умерла от чахотки ( туберкулеза ) в 1852 году.
  • Старший ребенок , чтобы выжить во взрослую жизнь был Уилфрид (1836-1925), который разработал и спроектированный «полковник» Джордж Томлин «s Оруэлл Парк обсерватории . Дочерью Уилфрида была художница Анна Эйри . Мать Анны умерла вскоре после ее рождения, и ее воспитывали первые тети Кристабель и Аннот (см. Ниже).

Сын Джорджа Эйри Хуберт Эйри (1838–1903) был врачом и пионером в изучении мигрени . Сам Эйри страдал от этого состояния.

  • Старшая дочь Эйри, Хильда (1840–1916), вышла замуж за математика Эдварда Роута в 1864 году.
  • Кристабель (1842–1917) умерла незамужней, как и следующая сестра Аннот (1843–1924).
  • Самым младшим ребенком Эйриса был Осмунд (1845–1929).

Эйри был посвящен в рыцари 17 июня 1872 года.

Эйри вышел на пенсию в 1881 году, живя со своими двумя незамужними дочерьми в Крумс-Хилл около Гринвича. В 1891 году он упал и получил внутреннюю травму. Он пережил последующую операцию всего несколько дней. Его состояние на момент смерти составляло 27 713 фунтов стерлингов. Эйри, его жена и трое умерших детей похоронены в церкви Святой Марии в Плейфорде, графство Саффолк . Коттедж, принадлежащий Эйри, до сих пор стоит рядом с церковью и сейчас находится в частных руках.

Сэр Патрик Мур утверждал в своей автобиографии, что призрак Эйри был замечен в Королевской Гринвичской обсерватории после наступления темноты. (стр.178)

Наследие и почести

Библиография

О звуковых и атмосферных колебаниях с математическими элементами музыки , 1871 г.
Автор: Эйри

Список работ Джорджа Бидделла Эйри (с цифровыми копиями) см. В Wikisource .

Полный список 518 печатных работ Эйри находится в Эйри (1896 г.). Среди наиболее важных:

  • (1826) Математические трактаты по физической астрономии
  • (1828) О лунной теории, фигуре Земли, прецессии и нутации и исчислении вариаций , к которым во втором издании 1828 года были добавлены трактаты о планетарной теории и волнообразной теории света.
  • (1834) Гравитация: элементарное объяснение основных возмущений в Солнечной системе ( полный текст в Интернет-архиве)
  • (1839) Эксперименты на кораблях, построенных из железа, учрежденные с целью обнаружения поправки на отклонение компаса, производимого железом кораблей.
  • (1848 [1881, 10-е издание]) Популярная астрономия: серия лекций, прочитанных в Ипсвиче ( полный текст в Wikisource)
  • (1855) Трактат по тригонометрии ( полный текст в Google Книгах)
  • (1861) Об алгебраической и численной теории ошибок наблюдений и комбинации наблюдений .
  • (1866) Элементарный трактат по уравнениям с частными производными ( полный текст в Интернет-архиве)
  • (1868) О звуке и атмосферных вибрациях с математическими элементами музыки ( полный текст в MPIWG)
  • (1870) Трактат о магнетизме ( полный текст в Google Книгах)
О Эйри
  • Эйри, Джордж Бидделл; Уилфрид, Эйри (1896). Автобиография сэра Джорджа Бидделла Эйри . Издательство Кембриджского университета. п. 342 . OCLC  13130558 . Проверено 24 февраля 2008 года . Эдвард Маундер, астроном.
  • Пушка, WF (ноябрь 1964 г.). «Ученые и широкие церковники: ранняя викторианская интеллектуальная сеть». Журнал британских исследований . 4 (1): 65–88. DOI : 10.1086 / 385492 . JSTOR  175122 . PMID  19588590 .
  • Саттертуэйт, GE (2003). «Зенитные телескопы Эйри и« Родная звезда современной астрономии » ». Журнал астрономической истории и наследия . Университет Джеймса Кука. 6 (1): 13. Полномочный код : 2003JAHH .... 6 ... 13S .
  • Уинтерберн, Э. (2002). "Воздушный транзитный круг" . Британская история - викторианцы . BBC . Проверено 9 сентября 2007 года .

использованная литература

Примечания

Цитаты

Источники

дальнейшее чтение

Некрологи

внешние ссылки

Профессиональные и академические ассоциации
Предшественник
Эдвард Сабин
31-й президент Королевского общества
1871–1878 гг.
Преемник
Джозеф Далтон Хукер