Фридрих Бессель

Фридрих Вильгельм Бессель ( нем. [ˈbɛsl̩] ; 22 июля 1784 — 17 марта 1846) — немецкий астроном , математик , физик и геодезист . Он был первым астрономом, определившим достоверные значения расстояния от Солнца до другой звезды методом параллакса . Некоторые важные математические функции после смерти Бесселя были названы функциями Бесселя , хотя первоначально они были открыты Даниэлем Бернулли, а затем были обобщены Бесселем.

Жизнь и семья

Бессель родился в Миндене , Вестфалия , тогдашней столице прусского административного региона Минден-Равенсберг , и был вторым сыном государственного служащего в многодетной семье. В 14 лет он бросил школу, так как ему не нравилось обучение на латинском языке, и поступил учеником в импортно-экспортный концерн «Куленкамп» в Бремене . Зависимость бизнеса от грузовых судов побудила его обратить свои математические навыки на решение проблем навигации . Это, в свою очередь, привело к интересу к астрономии как к способу определения долготы .

Бессель привлек внимание Генриха Вильгельма Ольберса , практикующего врача из Бремена и известного астронома, представив в 1804 году уточнение расчетов орбиты кометы Галлея , используя старые данные наблюдений, взятые у Томаса Харриота и Натаниэля Торпорли в 1607 году ^{. 1]} Франц Ксавер фон Зак отредактировал результаты в своем журнале Monatliche Correspondenz .

Завершив коммерческое образование, Бессель покинул Куленкамп в 1806 году и стал ассистентом в частной обсерватории Иоганна Иеронима Шрётера в Лилиентале близ Бремена в качестве преемника Карла Людвига Гардинга . Там он работал над данными звездных наблюдений Джеймса Брэдли , чтобы определить точные положения примерно 3222 звезд. ^[1]

Несмотря на отсутствие высшего образования, особенно университетского, Бессель был назначен директором недавно основанной Кенигсбергской обсерватории королем Пруссии Фридрихом Вильгельмом III в январе 1810 года в возрасте 25 лет и оставался на этой должности до своей смерти. Некоторые старшие профессора философского факультета оспаривали право Бесселя преподавать математику без какой-либо ученой степени. Поэтому он обратился к своему коллеге Карлу Фридриху Гауссу , который обеспечил присуждение ему степени почетного доктора Гёттингенского университета в марте 1811 года. Оба учёных вели переписку с 1804 по 1843 год. В 1837 году они поссорились из-за привычки Гаусса очень медленная публикация. ^[2]

В 1842 году Бессель принял участие в ежегодном собрании Британской ассоциации содействия развитию науки в Манчестере в сопровождении геофизика Георга Адольфа Эрмана и математика Карла Густава Якоба Якоби , где выступил с докладом об астрономических часах. ^[3]

Бессель женился на Йоханне Хаген, дочери химика и фармацевта Карла Готфрида Хагена , который был дядей врача и биолога Германа Августа Хагена и инженера-гидравлика Готхильфа Хагена , последний также был учеником и помощником Бесселя с 1816 по 1818 год. Физик Франц Эрнст Нойман , близкий товарищ и коллега Бесселя, был женат на сестре Йоханны Хаген Флорентинке. Нейман представил точные методы измерения и обработки данных Бесселя на своем математико-физическом семинаре, которым он руководил совместно с Карлом Густавом Якоби Якоби в Кенигсберге. ^[4] Эти строгие методы оказали длительное влияние на работу учеников Неймана и на прусскую концепцию точности измерений.

У Бесселя было два сына и три дочери. Его старший сын стал архитектором, но внезапно умер в 1840 году в возрасте 26 лет; его младший сын умер вскоре после рождения. Его старшая дочь Мари вышла замуж за физика Георга Адольфа Эрмана , члена учёной семьи Эрман . Одним из их сыновей, в свою очередь, был известный египтолог Адольф Эрман . Его третья дочь Йоханна вышла замуж за политика Адольфа Германа Хагена ; одним из их сыновей был физик Эрнст Бессель Хаген , а внуком их был математик Эрих Бессель-Хаген . Бессель был крестным отцом Адольфа фон Байера , сына его соратника Иоганна Якоба Байера .

После нескольких месяцев болезни Бессель умер в марте 1846 года в своей обсерватории от забрюшинного фиброза . ^[5]^[6]

Работа

Пока обсерватория еще строилась, Бессель разработал «Фундамента астрономии» , основанную на наблюдениях Брэдли. В качестве предварительного результата он составил таблицы атмосферной рефракции , которые принесли ему премию Лаланда Французской академии наук в 1811 году. Кенигсбергская обсерватория начала работу в 1813 году.

Начиная с 1819 года Бессель определял положение более 50 000 звезд с помощью меридианного круга из Райхенбаха , которому помогали некоторые из его квалифицированных учеников. Наиболее видным из них был Фридрих Вильгельм Аргеландер , его преемниками стали Отто Август Розенбергер и Август Людвиг Буш .

Бессель определил первое достоверное значение расстояния между звездой и Солнечной системой с помощью гелиометра Фраунгофера, используя метод звездного параллакса . В 1838 году он опубликовал параллакс 0,314 угловых секунд для 61 Лебедя , что указывало на то, что звезда находится на расстоянии 10,3 миля от нас. ^[7]^[8]^[9] По сравнению с текущими измерениями 11,4 св. лет, цифра Бесселя имела погрешность 9,6%. Благодаря этим результатам астрономы не только расширили представление о Вселенной далеко за пределы космических размеров, но и после открытия в 1728 году Джеймсом Брэдли аберрации света было получено второе эмпирическое свидетельство относительного движения Земли. ^[10] Некоторое время спустя Фридрих Георг Вильгельм Струве и Томас Хендерсон сообщили о параллаксах Веги и Альфы Центавра .

Точные измерения Бесселя с новым меридианным кругом от Адольфа Репсольда позволили ему заметить отклонения в движениях Сириуса и Проциона , которые, должно быть, вызваны гравитационным притяжением невидимых спутников. ^[11]^[12] Его заявление о «темном спутнике» Сириуса в 1844 году было первым правильным заявлением о ранее ненаблюдаемом спутнике с помощью позиционных измерений и в конечном итоге привело к открытию Сириуса B Алваном Грэмом Кларком в 1862 году, первому открытию белый карлик . Джон Мартин Шеберле открыл Процион Б в 1896 году.

Бессель был первым ученым, который осознал эффект, позже названный личным уравнением , заключающийся в том, что несколько одновременно наблюдающих людей определяют несколько разные значения, особенно записывая время прохождения звезд. ^[13]

В 1824 году Бессель разработал новый метод расчета обстоятельств затмений с использованием так называемых бесселевых элементов . Его метод настолько упростил расчеты, не жертвуя при этом точностью, что используется до сих пор. ^[14]

По предложению Бесселя Прусская академия наук начала издание Berliner Akademische Sternkarten ( Берлинские академические звездные карты ) в 1825 году как международный проект под руководством Иоганна Франца Энке в качестве исполнительного редактора. Одна неопубликованная новая карта позволила Иоганну Готфриду Галле найти Нептун вблизи положения, рассчитанного Леверье в сентябре 1846 года в Берлинской обсерватории .

Во втором десятилетии XIX века, изучая динамику гравитационных систем как задачу многих тел , Бессель разработал то, что сейчас известно как функции Бесселя . Эти функции имеют решающее значение для решения некоторых дифференциальных уравнений и используются как в классической, так и в квантовой физике .

В его честь назван поправочный член в формуле для оценки выборочной дисперсии . Это использование множителя n - 1 в знаменателе формулы, а не просто n . Это происходит, когда для центрирования данных используется выборочное среднее , а не генеральное среднее , и поскольку выборочное среднее представляет собой линейную комбинацию данных, остаток выборочного среднего превышает количество степеней свободы на количество уравнений ограничений - в этот случай один.

Как и многие астрономы своего времени, Бессель тоже занимался областью геодезии [ ^15] сначала теоретически, когда опубликовал метод решения основной геодезической задачи . ^[16] В 1830 году он получил королевский заказ на обследование Восточной Пруссии с целью соединить еще существовавшие прусскую и российскую триангуляционные сети . Эта работа проводилась в сотрудничестве с Иоганном Якобом Байером , тогдашним майором прусской армии; окончательный отчет был опубликован в 1838 году. ^[17] Он также получил оценку повышенной точности земного эллипсоида , ныне называемого эллипсоидом Бесселя , на основе нескольких дуговых измерений . ^[18]^[19]

Почести и призы

Почетная степень доктора Геттингенского университета в марте 1811 г.
Премия Лаланда Французской академии наук в 1811 и 1816 годах ^[20]
Член Прусской академии наук с 1812 г. ^[21]
Член Французской академии наук в 1816 г. ^[22]
Иностранный член Шведской королевской академии наук в 1823 г.
Член Королевского общества в 1825 году ^[23]
Иностранный почетный член Американской академии искусств и наук в 1832 году ^[24]
Член Королевского института Нидерландов, предшественник Королевской Нидерландской академии искусств и наук в 1827 году ^[25]
Член Американского философского общества в 1840 г. ^[26]
Бессель дважды получал золотую медаль Королевского астрономического общества , в 1829 и 1841 годах ^[27].

Бессель был одним из первых членов Ордена Pour le Merite (Гражданский класс), когда он был учрежден в 1842 году. ^[28]

Первый космический объект, названный в честь Бесселя, — крупнейший кратер на Луне Море Светлости . ^[29] Астероид главного пояса 1552 Бессель был назван в честь столетия определения параллакса в 1938 году. ^[30]

Географическими памятниками являются два фьорда в Гренландии: Бессель-фьорд на северо-востоке Гренландии и Бессель-фьорд на северо-западе Гренландии .

В его честь был назван Xyletinus besseli ^[31] — ископаемый жук из эоцена , принадлежащий к семейству Ptinidae , найденный в балтийском янтаре в Самбии . ^[32]

Публикации

латинский

Fundamenta Astronomiae pro anno MDCCLV deducta ex Observationibus viri incomparabilis Джеймс Брэдли в Specula astronomica Grenovicensi, per annos 1750–1762 institutis. Кенигсберг: Фридр. Николовиус. 1818.
Tabulae Regiomontanae Reductionum Observeum astronomicarum ab anno 1750 usque ad annum 1850 computatae. Санкт-Петербург: Брюдер Борнтрегер. 1830.

Немецкий

Untersuchungen über die scheinbare und wahre Bahn des im Jahre 1807 erschienenen Grossen Kometen. [ Исследования по видимой и реальной орбите великой кометы 1807 г. ], Кенигсберг, 1810 г.
Untersuchung der Größe und des Einflusses des Vorrückens der Nachtgleichen. [ Исследования по прецессии ], Берлин, 1815 г.
Используйте более длинные строки в течение нескольких секунд. [ Исследования о длине секундного маятника ], Берлин, 1828 г.
Versuche über die Kraft mit welcher die Erde Körper von verschiedener Beschaffenheit anzieht. [ Опыты о силе, с которой Земля притягивает предметы из различной материи ], Берлин, 1832 г.
Бессель, Фридрих Вильгельм; Байер, Иоганн Якоб (1838), Gradmessung in Ostpreußen und ihre Verbindung mit Preußischen und Russischen Dreiecksketten. [ Восточно-Прусское обследование и его связь с прусской и русской сетями ], Берлин, Бибкод : 1838goiv.book.....B
Darstellung der Untersuchungen und Maaßregeln, welche, в 1835-1838 годах, durch die Einheit des Preußischen Längenmaaßes veranlaßt worden sind. [ Описание исследований и правил, проведенных в 1835–1838 годах для стандартизации прусской единицы длины ], Берлин, 1839 г.
Astronomische Beobachtungen auf der Königlichen Universitäts-Sternwarte zu Königsberg. [ Астрономические наблюдения (XXI тома) ], Кенигсберг, 1815–1844 гг.
Астрономические исследования. [ Астрономические исследования. (2 тома) ], Кенигсберг, 1841–1842 гг.
Генрих Кристиан Шумахер , изд. (1848), Populäre Vorlesungen über wissenschaftliche Gegenstände von FWBessel. [ Популярные лекции по научным темам ], Гамбург
Рудольф Энгельманн (редактор), Abhandlungen фон Фридриха Вильгельма Бесселя. [ Трактаты Фридриха Вильгельма Бесселя ]
- Том. 1: I. Bewegungen der Körper im Sonnensystem. II. Сферическая астрономия . Лейпциг 1875 г.
- Том. 2: III. Теория инструментов. IV. Звездная астрономия. В. Математика . Лейпциг 1876 г.
- Том. 3: VI. Геодезия. VII. Физик. VIII. Вершиденес – Литература . Лейпциг 1876 г.
Рудольф Энгельманн, изд. (1878), Рецензия Фридриха Вильгельма Бесселя , Лейпциг{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

Переписка

Königlich Preußische Akademie der Wissenschaften, изд. (1880): Briefwechsel zwischen Gauss und Bessel. [Переписка] Лейпциг.

Смотрите также

Список вещей, названных в честь Фридриха Бесселя

дальнейшее чтение

Фрике, Вальтер (1970–1980). «Бессель, Фридрих Вильгельм». Словарь научной биографии . Том. 2. Нью-Йорк: Сыновья Чарльза Скрибнера. стр. 97–102. ISBN 978-0-684-10114-9.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с Фридрихом Вильгельмом Бесселем, на Викискладе?
О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф. , «Фридрих Бессель», Архив истории математики MacTutor , Университет Сент-Эндрюс