Galileo Galilei (1564–1642) je obecně známou a slavnou postavou. Stojí však za to upozornit na řadu jeho vynálezů a také trochu okomentovat jeh slavné astronomické objevy.
Neuvěřitelně šikovný vynálezce
Galilei byl obdařen naprosto výjimečnou zručností, takže mohl své nápady fyzicky realizovat v úžasné kvalitě. Dělá to až dojem, že dokázal myslet nejen hlavou, ale taky přímo rukama, prostě geniální řemeslník až eskamotér. Navíc nebyl odtažitý teoretik, ale velice společenský člověk, který se rád blýskl svými schopnostmi. Vypráví se bezpočet historek, jak svými kousky dokázal zabavit šlechtu i měšťany. Nešlo o eskamotérství ve smyslu nějakého skrytého triku, div ne podvodu, nýbrž o rafinovaně prováděné fyzikální pokusy.
Pravdivost takových historek většinou nejde ověřit, každopádně však jsou symptomatické. Aspoň jeden příklad: Do láhve se zabroušeným hrdlem prý až po okraj nalil červené víno, do druhé vodu. S nějakou pomůckou, snad cínovým plíškem, pak postavil hrdlo láhve s vodou dnem vzhůru na hrdlo láhve s vínem a umožnil volný kontakt obou kapalin. Ty se prý kupodivu jen málo mísily, spíše si během večera vyměnily místo. (Slyšel jsem, že opakování tohoto pokusu vyžaduje dokonalé pomůcky, zručného eskamotéra a dlouhý cvik. Doložit to však nemohu.) Galileiho kousky provázely legendy. Možná se na vzniku a šíření některých z nich podílel už on sám, každopádně pak jeho blízké okolí. Málem bychom ho zařadili mezi pouhé mimořádně šikovné baviče, nebýt řady vynálezů, které vyčnívají do oblasti objektivního dokladování. Musíme si uvědomit, že zabavování vyšší společnosti, spolu s nabídkou vojensky využitelných vynálezů, ještě stále patřilo k vítaným schopnostem vědce, mnohdy nutným pro ekonomické přežití a financování potřebného vybavení. Tak tomu bylo od helénistické doby. Říká se, že ještě Michael Faraday (1791-1867) si jednou postesknul, že už je pátek a sám ještě neví, jakým novým pokusem bude v neděli odpoledne zabavovat královskou rodinu.
Galileiho vynálezy
Četné vynálezy máme naštěstí doložené písemně, přímo od Galileiho nebo z jeho okolí, některé dokonce fyzicky (viz obr. vpravo).
Z řady dělostřeleckých pomůcek poutá pozornost zdokonalený zaměřovací kompas.
Nedokončeným projektem zůstalo využití kyvadla. Po objevu konstantní periody oscilací kyvadla, teoreticky závislé jen na odmocnině jeho délky, si Galilei uvědomil také možnost využití kyvadla k synchronizaci chodu hodin. V té době se používal středověký systém, který jako oscilátor hodin používal torzní kmity lihýře, což nebylo nijak přesné. Na stará kolena Galilei navrhl krokový mechanismus, který by umožnil konstrukci kyvadlových hodin. V té době prý už byl slepý a popis diktoval svému synovi. Nutno připomenout, že postupné zdokonalování kyvadlových hodin (minimalizace tření a otřesů, odporu prostředí jeho evakuací, teplotní roztažnosti kyvadla a její kompenzace) bylo pro astronomická i jiná fyzikální měření zásadní až do poloviny 20. století, kdy se díky elektronkám a pak tranzistoru přešlo na řízení kmity krystalu křemene, atd.
Díky své zručnosti sestrojil Galilei i lepší dalekohled a o něco později také zdokonalil mikroskop. V těchto případech ale nešlo o principiální vynálezy, pouze o řemeslná zlepšení známých přístrojů. Principiálně dokonalejší dalekohled s vhodnějším okulárem vynalezl Kepler a zrcadlový později zkonstruoval Newton, neboť nevěřil v možnost korekce barevné vady refraktoru. Podstatné je, že v případě dalekohledu byl Galilei veden snahou o získání nástroje k astronomickým pozorováním, nikoli jen o hračku pro potěšení z pohledů do dálky nebo na prodej. Přístroj používal už roku 1609, pouhý rok po snaze několika holandských optiků o získání patentu na patrně už známou optickou hračku, a brzy vyrobil i jeho větší a zdokonalenou verzi s průměrem objektivu 38 mm. Právě dalekohled umožnil Galileimu dalekosáhlé astronomické objevy. Naopak nevíme nic o tom, že by Galilei prováděl něco vědecky zásadního se svým mikroskopem, dokončeným roku 1625. Byla to verze Drebbelova přístroje (holandský inženýr v britských službách), vystavovaná v Římě roku 1624. Galilei si prý už roku 1610 uvědomil, že by se konstrukce dalekohledu dala použít taky podobným způsobem (snad tak pozoroval části hmyzu), takže se cítil k tomuto kopírování oprávněn, a svůj zdokonalený přístroj představil Italské akademii věd (Accademia dei Lincei). Slovo mikroskop prý zavedl Giovanni Faber, člen této akademie.
Astronomická pozorování a objevy
Galilei nebyl první ani jediný, kdo namířil dalekohled na nebe a něco zajímavého tam uviděl. Byl však jeden z prvních, kdo pozoroval systematicky a činil z toho celkové teoretické závěry. Je tedy na místě zreferovat jeho jednotlivá pozorování a dílčí výklady.
Měsíc je hornaté těleso – Už pouhým okem jasně rozlišujeme měsíční fáze a na povrchu Měsíce vidíme tmavší fleky, tradičně zvané „moře“. I nepříliš kvalitní malý dalekohled, jaký byl k dispozici na začátku 17. století, asi jako dnešní horší divadelní kukátko, ukáže obrysy několika největších kráterů a při troše štěstí i náznak hor v okolí terminátoru (hranice světla a stínu), vykreslené hrou stínů, nejlépe kolem první nebo poslední čtvrti. Galileiho druhý přístroj měl zvětšení asi jako dnešní slušné triedry, ale kvalitou obrazu byl pořád srovnatelný spíše s divadelním kukátkem. Přesto s ním dokázal divy, byl obdařen mnohem větší trpělivostí a výkladovým důvtipem než ostatní pozorovatelé té doby.
Měsíc pozoroval od listopadu 1609. Rychle pochopil, že drobné nepravidelnosti linie terminátoru jsou dané osvětlením hor, zvláště kruhových valů kráterů, podobně jako při východu nebo západu Slunce v pozemské hornaté krajině. Zakreslil rozmístění těchto útvarů a podle proměn vzhledu při různých úhlech osvětlení také zhruba odhadoval jejich výšku.
Odedávna se předpokládalo, že Měsíc obíhá kolem Země. V Řecku už v rané klasické době přišli na to (Parmenidés nebo Anaxagorás), že nesvítí vlastním světlem, nýbrž světlem odraženým od Slunce. Anaxagorás dokonce psal o tom, že povrch Měsíce je nejspíš hornatý a mohl by třeba být obydlený, dokonce vtipkoval, že odtud Nemejský lev skočil na Peloponés. V pozdější antice je kamenitá povaha Měsíce celkem standardní, např. v Plútarchovu popisu, viz Mnoho podob Luny a jak se chovat při zatmění Měsíce. Galileiho popis Měsíce tedy novými prostředky pokračuje v této rozumné linii, a šokem mohl být leda pro skalní aristoteliky, neboť Aristotelés tvrdil, že Měsíc je „dokonalá koule“, svou povahou nepoměřitelná s pozemskými tělesy.
Fáze Venuše – Venuši pozoroval Galileo Galilei od září 1610. Do února 1611 sledoval proměnu fáze od úzkého srpku po úplněk, doprovázenou postupným zmenšováním zdánlivé velikosti planety. Pak se to opakovalo v opačném pořadí. Podoba s fázemi Měsíce je očividná, i když pořadí fází je opačné, navíc ta značná změna úhlového průměru. Výklad je nasnadě. Není ovšem možný v ptolemaiovském epicyklovém modelu (tím spíše ne v aristotelském), neboť tam je rozsah možných fází omezen. Pozorování se jasně přimlouvá za některý z úplně nebo částečně heliocentrických modelů. V úvahu připadal důsledně heliocentrický popis Koperníkův a jeho vznikající Keplerova zásadně zdokonalená verze, ale taky některý z „helio-geocentrických“ popisů, nejznámější z nich vytvořil Tycho Brahe. Tam Slunce a Měsíc obíhají okolo Země, zatímco všechny ostatní planety obíhají kolem Slunce.
V dnešní terminologii představovalo pozorování fází Venuše falzifikaci všech tehdy známých striktně geocentrických modelů. Galilei sám byl přesvědčený o náležitosti Koperníkova modelu, kterého byl horlivým zastáncem a statečným popularizátorem, dokonce nerad viděl i některé Keplerovy novinky, zvláště pohyb po elipse. Většina astronomů se však přikláněla k modelu Tychona Braheho. Racionální důvod své volby spatřovali v tom, že nepozorujeme paralaxu hvězd, kterou by se projevoval roční pohyb Země kolem Slunce; navíc mohla Země zůstat nehybná i v tom smyslu, že nemusí rotovat (i když v některých verzích podobných modelů může). Takový mezistupeň byl standardem i mezi učenci v řadách církevní hierarchie. Důsledný heliocentrismus zastávali pouze kopernikánci. Pro účely jednoduché popularizace astronomie a pro skalní fundamentalisty se naopak ještě stále tiskla středověká Sacroboscova učebnice, zvaná Sféra, naposledy roku 1647.
Jupiterovy měsíce – Když Galilei 7. ledna 1610 pozoroval Jupitera, povšiml tří slabých „hvězd“, ležících blízko planety, nápadně v jedné přímce, navíc v rovině ekliptiky. Během následujících nocí pozoroval jejich vzájemný pohyb i pohyb vůči Jupiteru, takže nemohlo jít o stálice! Pozoroval dokonce zmizení jedné z nich, nejspíš zákryt, jak to sám vyložil. Pochopil, že obíhají kolem Jupitera. 13. ledna uviděl čtvrtý Jupiterův měsíc. Jsou to první tělesa objevená pomocí dalekohledu. Na počest svého mecenáše je pojmenoval Cosimovy hvězdy (Cosima Sidera), leč na jeho skromné přání je přejmenoval na Medicejské hvězdy (Sidera Medicea) I až IV, protože medicejští bratři byli také čtyři. Roku 1614 je však popsal i Simon Marius a tvrdil, že je pozoroval o několik dní dřív, k čemuž se upnula část Galileiho odpůrců. Věcně je to asi nesmysl, pozoroval je nejspíš až později, ale dal jim individuální jména, která se ujala, i když se říká, že je vymyslel Kepler. Nevím.
Objev Jupiterových měsíců je pro geocentrický model argumentem pouze podpůrným, avšak psychologicky silným. Názorně představuje analogii mezi soustavami Slunce-Země-Měsíc a Slunce-Jupiter-jeho měsíce. Přesto má také astrofyzikální význam, totiž jako první přímé pozorování soustavy s takovouto hierarchií pohybů.
Saturnovi záhadní „sluhové“ – Saturn zlobil. Když jej Galilei pozoroval poprvé, viděl těsně vedle kotoučku planety po obou stranách cosi, co pochopil jako dva menší kotoučky, které se však vůči planetě nepohybovaly. Vyložil to jako zvláštní potrojnost Saturna, planeta plus dva „sluhové“. A bylo ještě hůř. Během několika let „sluhové“ zmizeli, ale v roce 1616 se znovu objevili! V lepším dalekohledu vidíme disk, kterému tradičně říkáme prstenec, skloněný vůči rovině ekliptiky, takže v rytmu oběhu Saturna mění svou zdánlivou šířku a během této periody dvakrát mizí, protože jej vidíme z boku.
První pozorování Neptunu – Galileimu o vlas uniknul objev Neptunu. Pozoroval jej po Vánocích roku 1612, dokonce zaznamenal jeho pohyb vůči hvězdám, ale pak jej ztratil. Neuvědomil si, že to byla planeta. Možná byla i jeho představivost omezena tradičním výčtem a počtem planet, a nemohl dohledat, ke které by toto divné těleso patřilo. (Kupodivu si nevšiml ani žádné planetky, ale ty budou zanedbávané až do konce 18. století, pak se s nimi roztrhne pytel.)
Komety – Tohle se Galileimu vůbec nepovedlo, možná proto, že asi žádnou neviděl. Komety vysvětlovat jako optické klamy vzniklé v atmosféře, tedy ještě hůř než Aristotelés, pro něhož to byly aspoň reálné nepravidelné jevy v ovzduší.
Sluneční skvrny – Pozorování slunečních skvrn je doložené ze staré Číny, z řecké antiky i z latinského středověku. Dalekohled samozřejmě přinesl nové možnosti. O prvenství se přetahuje řada pozorovatelů z let 1609 až 1611. Galilei se mezi pozorovatele skvrn přiřadil brzy, i když není jasné, jakou metodou Slunce pozoroval. Podle jedné z verzí mu Benedetto Castelli opatřil „helioskop“ a Galilei jej ještě zdokonalil. Šlo projekci obrazu v sekundárním ohnisku, něco jako hodně dlouhý teleobjektiv se stínítkem. Za mistra tohoto přístroje (machina helioscopica) je považován jezuita Christoph Scheiner, který jeho pomocí objevil rotaci Slunce, právě pozorováním slunečních skvrn. (O možné rotaci Slunce psal už roku 1609 Johannes Kepler v díle Astronomia nova.) Pánové Galilei a Scheiner se měli krajně neradi, střídala se obvinění z plagiátorství i z mocenské manipulace. Přes tuto oboustrannou nevraživost nutno vzít v úvahu, že Scheinerova autorita v řádu způsobila, že jezuité považovali sluneční skvrny i jejich pohyb za reálný jev, ne za nějakou chybu skel nebo mámivý efekt kaleidoskopu.
Mléčná dráha – Dalekohledem Galilei uviděl to, co někteří antičtí autoři (např. Anaxagorás) předpokládali, snad z analogie s otevřenými hvězdokupami, totiž že Mléčná dráha je shlukem obrovského počtu slabých hvězd, ležících velice blízko u sebe.
Hvězdy – Roku 1609 Galilei psal, že hvězdy jsou pouhé paprsky světla, s nimiž dalekohled nic nezmůže. Tedy že nejsou odlišitelné od bodů. To je s výjimkou zcela obřích přístrojů (i hvězd) krutá pravda stelární astronomie. Brzy ale změnil názor a začal je dost absurdně porovnávat s kotoučky planet, byť obrazy hvězd shledával jako menší. Dokonce určil jejich zdánlivý průměr, několik úhlových vteřin (nadsadil nejméně o dva řády), úměrný jasnosti, tedy „hvězdné velikosti“. Pro jistotu to prý měřil i bez dalekohledu, zákrytem hvězdy drátem nataženým v dálce. Nejspíš měřil optické následky neklidu vzduchu (seeing). Přesto byly Galileiho odhady nižší než ty, které provedl Tycho Brahe. Tím měla být naznačena obrovská vzdálenost hvězd a vysvětlena nemožnost změřit jejich paralaxu působenou ročním pohybem Země.
Dvojhvězda Mizar – V „oji“ Velkého Vozu snadno najdeme hvězdu Mizar a vedle ní slabší Alkor. Jejich rozlišení je benevolentním testem kvality zraku. Mizar je ale taky dvojhvězdou, první dvojhvězdou objevenou pomocí dalekohledu, její složky dělí 14 úhlových vteřin. Roku 1617 to rozpoznal Galileiho žák a přítel Benedetto Castelli, ten, co mu taky pomáhal s pozorováním slunečních skvrn. Pozorování popsal i Galilei osobně.
Supernova – Pozdní renesance měla na novy a zvláště supernovy štěstí. Tycho Brahe, Tadeáš Hájek a další pozorovali supernovu v Kasiopeji roku 1572, jenže to bylo Galileimu 8 let. Pak přišla Keplerova supernova roku 1604 v Hadonoši, zatím poslední v naší galaxii. Mezitím ještě nova roku 1601. Tato pozorování nahlodala metafyzickou představu o neměnnosti hvězdné sféry. Právě proto bylo důležité vyloučit vlastní pohyb takových hvězd, aby nebyly zařaditelné třeba mezi komety. Další metodou, jak určit jejich náležitost k velice vzdálené sféře, bylo určení jejich paralaxy jako neměřitelně malé. Na tom se prý podílel i Galilei.
Galilei, fyzici, teologové a filosofové
Výčet Galileiho významných astronomických objevů neobsahuje – navzdory jejich překvapivosti – snad nic, co by budilo žhavé věcné kontroverze, spíše hašteřivé spory o prvenství. Jinak tomu je s jeho koperníkánstvím, fyzikálními objevy, občasnými eskapádami do teologie a s filosofickým kontextem. To vydá na samostatný článek.
Literatura
Galileo Galiei: Hvězdný posel. Johannes Kepler: Rozprava s hvězdným poslem. Překlad a komentář Alena Hadravová a Petr Hadrava. Příbram: Pistorius & Olšanská, 2016.
Galileo Galilei na české Wikipedii a na anglické Wikipedii.
Diskuze:
