Oleme sellesse e-raamatusse koondanud teadlaste elulugusid, samuti lugusid teadusest ja teaduse tegemisest. Enamus neist lugudest on kokku pandud Tartu Observatooriumi vanemteadur Tõnu Viigi poolt. Teiseks selle valla viljakaks autoriks on olnud Henn Kääbre.

Tõnu Viik ütles selle tegevuse kohta nii:

Me kõik oleme koolides õppinud mitmeid suurmeeste poolt loodud teooriaid ja pähe õppinud teinekord päris keerulisi valemeid. Need suurmehed olid sageli ainult fotod õpikutes ja fotode all oli tavaliselt kaks aastaarvu sulgudes. Sellest tundus mulle vähe olevat. Vanemas eas ei suutnud ma enam oma uudishimule vastu panna – ma tahtsin kangesti teada, mis inimesed nad ikkagi sellised olid ja millist elu elasid. Nii juhtuski, et ma hakkasin nende elulugusid uurima ja tulemusi kirja panema, rõhutades alati, et need pole tõsiteaduslikud, sest neis puuduvad korrektsed viited originaalallikaile ja nad pole kaugeltki allikakriitilised. 

Ometi ma loodan, et need elulood suudavad vaigistada kõige elementaarsema uudishimu selle kohta, kuidas need minu huviorbiiti sattunud suurmehed tegelikult elasid.

1.1.1 Arthur Stanley Eddington - teoreetilise astrofüüsika rajaja

Tõnu Viik

Lapsepõlv ja vanemad

Arthur Stanley Eddington sündis  28. detsembril 1882  Inglismaal, Kendalis, otse Järvede piirkonna äärealal. Tema isa Arthur Henry oli põlisest farmerite perest. Kahjuks ta suri juba kolmekümne nelja aastasena salmonelloosi, nii et ema Sarah Ann (s. Shout), kelle esivanemad olid olnud kveekerid juba selle liikumise algpäevadel, asus koos oma poja ja tütre Winifrediga elama ämma Rachel Eddingtoni juurde Weston-super-Mare'sse Somersetis. Eddingtoni isa oli saanud suurepärase hariduse, alguses kveekerite koolis Sidcot'is ja pärast Flounders'i kolledžis Yorkshire's. Pärast seda õppis ta filosoofiat Heidelbergis Kuno Fischeri juures ja lõpetanud Londoni ülikoolis bakalaureusena, sai ta tuutoriks Flounders'i kolledžis,  ja selle järel, koha vabanedes sai ta kohaliku kveekerite seltsi abil Stramongate kooli direktoriks 1878.a., kooli, kus sada aastat varem oli direktoriks olnud kuulus John Dalton. 

Noor Stanley, nagu perekonnas teda kutsuti, näitas üles kalduvust matemaatika suunas ja väga head mälu. Enne lugema õppimist oskas ta peast rehkendada 24 korda 24 piirides ja võttis endale eesmärgiks lugeda kokku tähed piiblis. Tõsi, lõpuni ta ei jõudnud, kuid esimese Moosese raamatu kohta sai ta andmed kätte.

Kuna taevatähed teda võlusid, siis ta proovis ka neid kokku lugeda. Aga kui ta sai laenata kolmetollise teleskoobi, siis tema huvi astronoomia vastu kasvas plahvatuslikult ning Eddingtonide teenija pidi kuulama poisikese loenguid astronoomiast.  Ilmselt pingutas Eddington taeva vaatlustega oma silmi üle, nii et juba kaheteistkümne aastasena sai ta prillid. Nende asjade teravalt nägemine, mida ta ilma prillideta ei saanud näha, vapustas teda, nii et ta võis jääda pikaks ajaks vaatama tavalist puud. Üsna mitmed Eddingtoni kolleegid olid kindlad, et looduse terase vaatlemise komme pärineski sellest perioodist tema elus.

Kuue aastasena hakkas ta huvi tundma suurte arvude vastu astronoomias. See huvi jäi talle eluks ajaks, sest oma raamatus “Füüsikateaduste filosoofia” kirjutab ta välja kaheksakümnekohalise arvu, mis pidi tema rehkenduste kohaselt olema täpne prootonite arv Universumis.

Haridustee algus

Oma algse hariduse sai ta kodus, seejärel väikeses ettevalmistuskoolis ja alates 1893.aastast asus ta õppima Brynmelyn'i kooli Westonis, mis õhutas ta akadeemilisi kalduvusi, kuid samal ajal oli ta kooli esimestes kriketi ja jalgpallimeeskondades (First Eleven). Eddington tunnistas

Chandrasekharile, et selles koolis oli ta end lõbustanud grammatiliselt korrektsete, kuid sisuliselt mõttetute lausete koostamisega, nagu näiteks To stand by the hedge and sound like a turnip.

Ühel ajal tuli kooli külla Greenwichi observatooriumi direktor Sir Robert Ball ja pidas populaarteadusliku loengu. Võib ette kujutada, mida see astronoomiast huvitunud poisile tähendas. Seda enam, et talle anti võimalus kohtuda Balliga, kes hoiatas teda, et astronoomi tee ei tarvitse kuigi mugav elutee olla, kuid kui kõvasti tööd teha, siis võib nii mõnegi “sule mütsi külge saada”.

1898.a. Somerseti maakonna nõukogu stipendium (60 naela kolmeks aastaks) lubas tal astuda Owen'i kolledži Manchesteris, mis oli tuntud oma teistimõtlemisega ja mis hiljem muutus Victoria ülikooliks ning 1902.a. Manchesteri ülikooliks.  Siis polnud Eddington veel 16aastane ja tal oli alguses raskusi, sest ülikooli astumise vanusepiir oli 16 aastat. Sellest manööverdati ikka kuidagi mööda. Oma mälestustes kirjutab koolivend dr. E. F. Hill, et ta mäletab hästi seda väikest poissi, kes tuli kolledžisse mütsiga, samal ajal kui ülim mood oli käia kõvakübaraga (bowler hat). Peagi sai selgeks, et see, mis oli mütsi sees, oli sama ebatavaline, kui müts ise. Professor Arthur Schuster õpetas talle füüsikat ja Horace Lamb matemaatikat. Juba teisel kursusel oli ta esimene ladina keeles ning Inglismaa ajaloos ja samuti ka matemaatikas ja mehaanikas. Ta lõpetas ülikooli bakalaureuse kraadiga 1902 ja astus  19-aastasena Trinity kolledžisse Cambridge'is ja kuna ta eksamitulemused olid nii head, anti talle stipendium 75 naela  aastas.

Selles, et tuldi pärast mõne väiksema kolledži lõpetamist tugevasse Trinity'sse, polnud midagi imelikku, sest näiteks  James Clerk Maxwell tuli sinna 52 aastat pärast Edinburghi ülikooli lõpetamist. Kolmanda aasta matemaatikakursus (mathematical tripos) oli eriti raske - nt 1860.a. võimalikust 17000 punktist “senior  wrangler” – parim matemaatikatudeng – sai 7634 punkti. Samal ajal kindlustas “senior wrangleri” nimetus hea töökoha näiteks ülikoolis ja auahned tudengid treenisid ennast nagu võidusõiduhobused treenerite käe all.

Chandrasekhar kirjutab, et 1936.a. kohtus ta Alfred North Whiteheadiga, kes oli olnud stipendiumite määramise komitee liige 1907.a., kui arutluse all olevat olnud kahe taotleja tööd. Üks oli olnud äärmiselt pikk ja põhjalik, teine aga palju lühem, kuid see-eest väga originaalne. See oli Eddingtoni töö. Kui pea kogu komitee kaldus andma esikohta esimesele tööle, siis Whitehead kaitses tuliselt teist tööd. Nii saigi Eddington selle stipendiumi. Chandrasekhar lisas, et Whitehead oli väga uhke, et ta oli siis Eddingtoni toetanud.

Kuid Eddington polnud mingi kitsas spetsialist, sest ta luges palju ja pani kirja kõik oma loetud raamatud. Selles nimekirjas olid näiteks Moliére, Goethe ja Dante originaalkeeltes.

Muusika ei mänginud tema elus mingit rolli kuni 1906. aastani, kui ta juhtus kuulama “Fausti”. Pärast seda hakkas ta oopereid kõrgelt hindama.

1903.a. teeb ta oma esimese reisi kontinendile, külastades Šveitsi ja tehes pikki matku Davosi lähedal.

Tema püüdlustest annab aimu see, et ta läbis eksamid Londoni ülikooli bakalaureusekraadi saamiseks 1903.a., olles seejuures matemaatikas esimene ja füüsikas kolmas.

Cambridge

1904.a. kuulas ta Cambridge'i matemaatikaloenguid ja oli esimene inimene Trinity ajaloos, kes sai “senior wrangler”'iks kahe aastaga. Õpingud Trinity's Cambridge'i kraadi saamiseks ja ka õpetamine võtsid ta aja kuni 1906.a. alguseni.

Tema Cambridge'i ülikoolikaaslased mäletavad teda kui vaikset ja reserveeritud tudengit, kes sõbrustas vaid rühmakaaslase C.J.A. Trimble'iga ja see sõprus jäi kauaks kestma.

Cambridge'is olles liitus ta  matemaatilise ΔV klubiga (kus ta üheksa kuu jooksul läbis tee sekretärist asepresidendi ja presidendini), Maleklubiga (kus ta valiti peatselt sekretäriks ja hiljem presidendiks), Cambridge'i matemaatilise klubiga (kus ta omandas kombe piipu suitsetada, mis hiljem jäigi tema lahutamatuks kaaslaseks), Cavendish'i seltsiga, Teisitimõtlejate uniooniga ja Portfolio seltsiga.   Pärast kaht semestrit suurendati Eddingtoni stipendiumi 100 naelani aastas.

Eddington pidi tegelema ka õpetamisega – ta luges sfäärilist trigonomeetriat, ja üks tema tudengeist kirjeldas Eddingtoni loenguid kui väga igavaid.

Greenwich

1906.a. veebruaris võttis Eddington vastu Kuningliku astronoomi William Christie pakkumise hakata Greenwichi  observatooriumi peaassistendiks ja kui ta selle pakkumise vastu võttis, siis olid tema kolm ja pool aastat Trinitys lõppenud.

Tema kohustused Greenwich'is olid peamiselt vaatluslikud ja tema põhiline teaduspanus sellel ajal oli tähtede liikumiste kohta. Samal ajal vastutas ta mitmete praktiliste ülesannete eest, mis olid seotud ka reisidega, nagu näiteks 1909.a. Maltale koos Harold Christiega sealse geodeetilise jaama – nn Spenceri monumendi - koordinaatide täpsustamiseks. Eddington ise kirjutab sellest, et neil oli kaasas aparatuuri ja vaatlusonni näol tonn kraami., mille nad pidid töökorda seadma suure kiiruga ja seejärel pidi Eddington pea igal öösel vaatlusi tegema. Kuid ekspeditsiooni ülesandega tulid nad hiilgavalt toime ning see näitas ka, et Eddington oli esmaklassiline vaatleja.

Samal aastal käis Eddington koos J.J.Thomsoni ja Ernest Rutherfordiga 1909.a. Kanadas Briti Assotsiatsiooni Winnipegi koosolekul.

Ning 1912.a. saadeti ta koos kahe kaaslase, Davidsoni ja Atkinsoniga Brasiiliasse päikesevarjutust vaatlema. Brasiilias ühinesid nendega veel kaks astronoomi ja Passa Quatros seadsid nad oma instrumendid üles. Varjutuse päeval 10. oktoobril ei lubanud vihm teha mingeid vaatlusi.

Brasiilia ekspeditsioon oli tegelikuks lõppakordiks Eddingtoni sellele elulõigule Greenwichis. See aeg oli Greenwichi direktoriks olnud Sir Frank Dyson, kes oli igati Eddingtoni toetanud ja kui Sir Frank 1939.a. suri, siis kirjutas Eddington väga südamliku järelhüüde, mis ütles väga palju ka kirjutaja enda kohta.

Taas Cambridge

1704.a. Rochesteri arhidiakoni Thomas Plume asutatud astronoomia ja eksperimentaalse filosoofia kateeder jäi ilma professorita 1913.a., sest George Darwin oli surnud eelmisel aastal. Ja Eddington nimetati sellele kohale, kus ta püsis kuni oma surmani 1944.a. Järgmisel aastal, 32 aasta vanuselt valiti ta Kuningliku seltsi liikmeks ja nimetati Cambridge'i observatooriumi direktoriks. See tõi kaasa ka elukoha observatooriumi majas, kuhu kolisid ka tema ema ja õde. See maja jäi nende koduks kogu eluks.

Kui puhkes I maailmasõda, siis ajavahemikul 1914-1916 olid Inglise sõdurid vabatahtlikud, kuid hiljem muudeti sõjaväeteenistus kohustuslikuks. Kuid Eddington oli kveeker, mis välistas täielikult igasuguse sõjaväeteenistuse. Eddingtoni suureks õnneks sai ülikool talle vabastuse, põhjendades seda rahvusliku huviga. Selle vabastuse vaidlustas ministeerium ja Eddingtoni kutsuti 1918.aastal kolm korda aru andma oma usutunnistuse kohta. Viimasel korral toetas teda kuninglik astronoom, kes põhjendas vabastamist sellega, et Eddington peab minema päikesevarjutuse ekspeditsioonile 1919. aasta maikuus kontrollima Einsteini üldrelatiivsusteooria põhimõtteid. Nõukogu andis talle vabastuse kaheteistkümneks kuuks.

Enne ekspeditsiooni algust aga kirjutati alla vaherahule 11. novembril.  Sir Frank Dyson taipas juba 1817.a. märtsis, et lähenev 1919.a. päikesevarjutus pakub suurepärase võimaluse Einsteini teooria veelkordseks kontrolliks, sest siis pidi Päike läbima suhteliselt heledate tähtede kogumi – Hüaadide täheparve.. Nii saadeti välja kaks ekspeditsiooni, üks Principe saarele Aafrika ranniku lähedal Guinea lahes (Eddington ja Cottingham) ja teine Sobrali Brasiilias (Crommelin ja Davidson). Ekspeditsioone valmistati ette, kui sõda veel käis ja õnneks vahetult enne varjutust jõuti siiski vaherahuni. Veel õhtul enne väljasõitu istuti koos Dysoni juures ja arutati valguskiire nihke suurust. Eddingtoni kaaslaseks nimetatud Cottingham küsis Dysonilt, aga mis siis saab, kui nihe on kaks korda suurem kui Einsteini teooria annab  (tuletame meelde, et Einsteini teooria annab kaks korda suurema nihke, kui Newtoni teooria). Selle peale vastas Dyson, et siis läheb Eddington hulluks ja Cottingham peab üksinda tagasi tulema. 

Varjutuse päeval 29. mail 1919 hakkas varakult vihma sadama, ähvardades Eddingtonil juba teist korda varjutuse vaatlemise nurjata, kuid just enne varjutust läks selgeks. Eddington olevat öelnud, et ta varjutust ei näinudki, sest oli nii ametis fotoplaatide vahetamisega.

Principe vaatlused otsustati läbi töötada kohapeal, sest kardeti, et midagi halba võib plaatidele juhtuda teel koju. Kolm päeva pärast varjutust oli selge, et Einsteini teooria on vaatlustele vastu pidanud ja Cottingham ei tarvitsenud üksinda koju sõita. Nad said päris hea foto, millelt saadi tulemus, mis kinnitas Einsteini teooria õigsust.

Harrastused

On selge, et selline intensiivne uurimistegevus nõudis ka puhkust. Kui me jätame välja harvad ja lühikesed sotsiaalsed üritused, siis tema suhtlemine naissooga piirdus vaid ema ja õe seltskonnaga – ta ei abiellunud kunagi.

Ta hoidis ennast füüsilises vormis igapäevaste jalutuskäikude või jalgrattasõitudega.

Eddington oli kogu elu kirglik jalgrattasõitja ja pidas selle kohta ka päevikut, näiteks 1905.a. sõitis ta läbi 2669 miili ehk siis 4270 km. Enne kui Chandrasekhar lahkus Cambridge'ist 1936.a. detsembris, näitas Eddington talle suurt Inglismaa kaarti, kuhu ta oli musta tindiga kantud kõik need teed, mida ta oli läbi sõitnud pikkade aastate vältel. Eddington ütles, et see oli tegelikult juba teine kaart, sest esimese oli ta koer katki närinud. Ta oli näinud palju vaeva kõikide trasside kandmisega uuele kaardile! Kui ta oli Greenwichis vanemassistendiks, siis oli ta koos Sydney Chapmaniga, kes oli samuti suur jalgrattasõitja, võtnud kasutusele kriteeriumi oma sõitude hindamiseks. See kriteerium oli suurim arv N, mis tähendas, et oldi läbi sõidetud N või rohkem miile N erineva päeva jooksul. Nii kirjutas Eddington Chandrasekharile 1938.a. juulis, et tema N oli siis 75, ja 1943.a. septembris oli see juba 77!

Koos oma sõbra Trimble'iga võtsid nad ette pikki jalgsimatku paljudes paikades Inglismaal. Neist on mitmeid lõbusaid mälestusi, näiteks kord Snowdoni lähedal mäeküljel, kus nad otsustasid laskuda tagumikul oma 700 meetrit. Nõlv oli rohune, kuid täis murust väljaulatuvaid kive. Trimble sai alla ilma tõsisemate vigastusteta, ka Eddington, kuid mingi terav kivi oli rebinud ta püksitagumikust välja suure tüki. Haaknõelu neil kaasas polnud ja Trimble'i soovitust lahtirebitud tükki käega kinni hoida ei võtnud Eddington kuulda. Selle asemel pidi Trimble kõndima nii lähedal Eddingtoni taga kui võimalik. Muidugi äratas selline marss poisikeste uudishimu kõikides asulates, kust nad läbi kõndisid. Nad mõlemad tänasid taevast, et nad kõmri keelest aru ei saanud. Kui nad oma peatuspaika lõpuks jõudsid, siis palusid nad kohe nõela ning niiti ja Trimble pidi paikamise nii-öelda in situ tegema, sest Eddington ei nõustunud pükse jalast võtma. Trimble tunnistas pärast, et ta vist õmbles Eddingtoni särgi pükste külge!

 Ja veel, kogu elu oli Eddington fanaatiline ristsõnade lahendaja The Times'is ja New Statesman and Nation'is. Ta polevat kulutanud kunagi rohkem kui viis minutit mõistatuse peale.

Astrofüüsika

Kui vaadata Eddingtoni saavutusi teaduses, siis pole kahtlust, et tegu on XX sajandi ühe suurima füüsiku ja astronoomiga. Huvitav, et suhtumine temasse varieerus väga laias vahemikus, enamus imetles teda ja oli ka neid, kes teda ei sallinud.

Vahemikus 1906-1914 domineeris Eddingtoni publikatsioonides tähtede omaliikumise uurimine. Kui ta alustas tööd  Greenwichis, siis vaadeldi veel tähti kui mingi statsionaarse gaasi osakesi, mis liiguvad juhuslikul viisil üksteise suhtes. Ja et neil puudub igasugune kollektiivne liikumine.  Arvati, et Päike liigub läbi teiste tähtede pilve, mistõttu me jälgime nende näivas liikumises süstemaatilist nihet, mille abil saab Päikese liikumiskiirust määrata (apeksi asukoha oli määranud juba 1783.a Sir William Herschel ja mõnikümmend aastat hiljem kinnitas neid vaatlustulemusi F.W.A. Argelander).  J.C. Kapteyni vaatlused Groningeni observatooriumis Hollandis näitasid 1904.aastal, et vaadeldud kiiruste jaotus ei vastanud statsionaarse gaasi mudelile.  Vaatlustest ilmnes, et tähed jagunevad omaliikumiste järgi kahte rühma, kusjuures rühmade sees oli tähtede liikumine juhuslik.

Eddington kirjutas Greenwichis töötamise esimestel aastatel artikli “Tähtede süstemaatilised liikumised”, kus kasutas uusi laialdasemaid andmeid, leides, et Kapteynil oli õigus. Asja klaarimiseks külastas Eddington Kapteyni Hollandis ja nende arutelu tulemuseks oli KapteynEddingtoni hüpotees kahest tähevoolust, mida nad kirjeldasid kahe Maxwelli jaotuse summa abil. Eddington arendas välja analüütilised meetodid jaotuse parameetrite leidmiseks.

Lisaks Kapteyni ja Eddingtoni kahe voolu teooriale konkureeris nähtuse seletamisele ka Karl Schwarzschild Göttingenist tähekiiruste ellipsoidaalse jaotusega. Kui Schwarzschild 1917.a. suri, siis kirjutas Eddington:” Näiv vastuolu meie seletuste vahel kaob, kui me tuletame meelde, et kummagi eesmärk oli kirjeldav”. Siiski nimetas Eddington Schwarzschildi alternatiivset formuleeringut kõige elegantsemaks ja vaatlustulemusi kõige paremini rahuldavaks. Tänapäevalgi kasutatakse stellaardünaamikas tähekiiruste ellipsoidaalse jaotuse teooriat.

Tuleb öelda, et see oli tegelikult Universumi struktuurist arusaamise algus. Kuid isegi 1914.aastal, kui Eddington kirjutas oma raamatu “Tähtede liikumine ja Universumi struktuur” oli see arusaamine kaugel sellest, mida me praegu teame, sest ka galaktikate mõiste oli siis ainult julge spekulatsioon. Eddington kirjutas spiraalsete udukogudest: ”...nende kohta puuduvad otsesed tõendid, kas nad asuvad tähesüsteemide sees või väljaspool.  Kui me aga oletame, et nad asuvad väljaspool, siis nad on tegelikult võrdsed meie oma süsteemiga, ja me võime hüpoteetiliselt järeldada, et meie oma süsteem on spiraalne udukogu.”  Läks veel kakskümmend aastat, enne kui galaktikate pöörlemisteooria ilmus ja seletas tähevoolude statistika, mis põhimõtteliselt andis Eddingtonile õiguse.

Chandrasekhari arvamuse kohaselt on Eddingtoni suurim panus füüsikalistesse teadustesse moodsa teoreetilise astrofüüsika loomine ning see, et ta lõi tähtede struktuuri, koostise ja evolutsiooni teadusala.

Tähtede siseehituse vastu hakkas ta huvi tundma tsefeiidide muutlikkuse käsitlemisel. Tema uurimuste tulemusena pandi paika meie põhilised tänapäevased arusaamad tähtede siseehituse kohta:

1. oli esimene, kes taipas, et kiirgusrõhk mängib gaasirõhu kõrval suurt rolli, eriti massiivsetes tähtedes,
2. kirjutas välja tähe kiirgusliku tasakaalu võrrandi, mida edaspidi kasutas tähe siseehituse rehkendustes,
3. sai aru, et läbipaistmatust põhjustav protsess on määratud neeldumisega pehmes röntgenkiirte piirkonnas, aatomite sisemistes K ja L kihtides,
4. kui elektronidel hajumine on täheaine läbipaistmatuse põhiliseks agendiks, siis eksisteerib antud massi jaoks tähe heleduse ülempiir,
5. analüüsis tsefeiide tähedünaamika seisukohalt,
6. tuletas teoreetilise mass-heledus seose, mis aitas seletada vaadeldud Hertzsprung-Russellidiagrammi,
7. sai aru, et tähtedel on vaja tuumaenergia allikat, ja et selleks on kõige tõenäosemaltvesiniku põlemine heeliumiks - tuumareaktsioonid avastati 15 aastat hiljem.

Need ja teised avastused pani ta kirja raamatus “Tähtede siseehitus” (1926), mis muutus kiiresti astrofüüsikute piibliks ja jäi selleks aastakümneteks.

Selles raamatus teeb Eddington kiirgusrõhu mõjust ja tähtsusest arusaamiseks järgmise mõttelise katse. Oletagem, et meil on suur hulk gaaskerasid, kusjuures n-nda kera mass olgu 10ⁿ grammi. Kui me nüüd arvutame välja nii gaasi- kui kiirgusrõhu nendes  kerades, siis selgub, et väikeste masside juures on gaasirõhk suures ülekaalus ja suurte masside puhul on kiirgusrõhk suures ülekaalus . Ja ainult vahemikus 33<n<35 kasvab kiirgusrõhu osatähtsus 0.106 kuni 0.850. Aga just selles massivahemikus enamik tähti ongi.

Eddington arvutas tähe siseehituse mudeleid, eeldades, et gaasirõhu suhe kiirgusrõhku on konstantne läbi kogu tähe, ja et keskmine molekulkaal on 2.5.

Chandrasekhar rõhutab ka Eddingtoni ennustust selle kohta, et tähtede energiaallikas on tuumaenergia. Eddington räägib Astoni tähelepanekust, et vesiniku aatomi mass on 1.008 ja heelimil vaid 4. Seega kui neljast vesiniku aatomist saab üks heeliumi aatom, siis osa energiat peab välja kiirguma. Eddingtoni rehkenduste kohaselt jätkub Päikesele sellest energiast rohkem kui 15 miljardiks aastaks.

Eespool oli öeldud, et Eddingtoni huvi tähtede siseehituse vastu sai alguse huvist tsefeiidide vastu - ta püüdis seletada nende periood-heleduse seost. Ta üldistas Ritteri varasemat analüüsi konvektiivses tasakaalus olevate tähtede adiabaatliste võnkumiste kohta, kasutades oma standardmudelit, mis oli kiirguslikus tasakaalus!  Nii sai ta üldise seose tsefeiidide heledus-perioodi suhte kohta, kuid see ei seletanud faasiseoseid heleduse, efektiivse temperatuuri ja radiaalkiiruste vahel. Kuid ometi võis lugeda tsefeiidide heleduse muutumist pulsatsiooni tõttu tõestatuks. Eddington taipas, et täpsete seoste saamiseks on vaja põhjalikult uurida energialevi tähe väliskihtides, kus vesinik ja heelium ioniseeritakse ning algab konvektsioon.

Loetlegem siinkohal teisi Eddingtoni saavutusi: nn Eddingtoni lähendus kiirguslevi ülesande lahendamisel, spektrijoonte teke täheatmosfäärides, peegeldusefekt kaksiktähtedes, dilutsiooniteguri sissetoomine, kasutas esimesena kasvukõvera meetodit interstellaarsete neeldumisjoonte puhul. Ta näitas samuti, et interstellaarsetest neeldumisjoontest saadud radiaalkiirused sõltuvatena galaktilisest laiusest peavad olema poole väiksemad tähtede puhul saadutest.

Tähe siseehituse probleemides oli Eddingtonil suuri vaidlusi Jeansi ja hiljem Milne'iga. Kuigi neil vaidlustel pole tänapäeval enam mingit tähtsust, polnud Eddington neis vaidlustes Chandrasekhari arvates alati korrektne. 

Siinkohal tuleb peatuda Eddingtoni ja Chandrasekhari vastuolul valgete kääbuste maksimaalse massi koha pealt. Kui Chandrasekhar sõitis laevaga Indiast Inglismaale õppima, siis kasutas ta aega valgete kääbuste tasakaaluliste konfiguratsioonide leidmiseks. Selleks võttis ta arvesse vabade elektronide relativistlikku kõdumist ja sai tulemuseks, et kui valge kääbuse mass on suurem kui 1.44 Päikese massi, siis tasakaaluline konfiguratsioon pole enam võimalik. Seda aga Eddington ei uskunud, sest tema arvates oli relativistliku kõdunud aine olekuvõrrand vale. Ta läks isegi niikaugele, et ütles:” Ma arvan, et peaks olema lausa loodusseadus, mis keelab tähel käitumast nii absurdsel viisil!” See on siis nii, nagu Chandrasekhar näitas, et kui valge kääbuse mass on suurem kindlast piirist, siis ei päästa tähte kokku kukkumast miski.

Peaaegu üldse ei räägita sellest, et Eddingtonil õnnestus oma tähtede siseehituse teooriale tuginedes arvutada tähtede nurkdiameetreid. See oli Briti Assotsiatsiooni Cardiffi koosolekul 1920.aastal, kui Eddington teatas, et ta on leidnud punaste hiidude Betelgeuse  (0”.051), Antarese (0”.043), Aldebarani (0”.022), Arcturuse (0”.020) ja Polluxi (0.”013)  nurkdiameetrid. Betelgeuse puhul tähendas see nii suurt tähte, millesse oleks mahtunud Päikesesüsteem kuni Marsini kaasa arvatult. Seda ei tahntnud füüsikud kuidagi uskuda, aga kui Mt. Wilsoni observatooriumis 100-tollise teleskoobi ja 20-jalase Michelsoni interferomeetriga tehtud vaatlused Betelgeuse puhul Eddingtoni tulemusi kinnitasid, siis jäid kritiseerijad vait. 

 Relatiivsusteooria

Ruum ja aeg on olnud sajandeid, kui mitte aastatuhandeid, inimeste mõistust kütkestanud mõisted. Nende kallal on päid murdnud paljud väljapaistvad uurijad, nimetagem siinkohal vaid Newtonit, Kanti ja Leibnitzi. Kui Newton tuli välja omaenda gravitatsiooniteooriaga, mis osutus erakordselt viljakaks, lubades leida tundmatu planeedi koordinaadid laua taga istudes, siis sai Newtoni absoluutne ruum ja aeg tõepoolest absoluutse  tähenduse. Mõnda aega olid inimesed kindlad, et Newtoni seadused reguleerivad kogu Universumi käekäiku ja me saame kõikide taevakehade asendid ning kiirused välja rehkendada, kui ainult saame Newtoni diferentsiaalvõrrandeile korralikud algandmed anda. Siis aga vaadeldi Merkuuri periheeli asendit ja tehti kindlaks, et see liigub 42 kaaresekundit sajandis rohkem, kui Newtoni teooria lubab. Ja Michelson-Morley katse 1887.aastal, mille tulemusena ei avastatud Maa liikumist maailma eetri suhtes. Ning katsetes mõõdeti elektroni massi kasvu selle kiiruse kasvuga.  Oli vaja Einsteini läbinägelikkust, et tulla välja alguses relatiivsusprintsiibiga 1905.aastal ja 1915.aastal üldrelatiivsusteooriaga nende nähtuste seletamiseks.

Kui Einsteini teooria publitseeriti 1915.a. Berliini akadeemia toimetistes, oli maailma sõjas. Eddington sai siiski tänu Hollandi neutraalsusele need väljaanded de Sitteri käest, kuigi mitte kohe pärast nende avaldamist. Eddington sai otsekohe aru selle teooria tähtsusest ja tänu oma matemaatilisele andekusele oli peatselt võimeline  sellest teooriast aru saama. Londoni Füüsika selts tellis temalt ettekande “Ülevaade gravitatsiooni relativistlikust teooriast”, ja see publitseeriti kohe 1918.a., olles nii üldrelatiivsusteooria esimeseks inglisekeelseks väljaandeks. Eddington kirjutas selles ülevaates, et Einsteini teooria seletas ära Merkuuri periheeli nihke, ilma et oleks olnud vaja mingeid täiendavaid konstante sisse tuua ja et see teooria viib huvitavatele järeldustele ka valguskiire paindumisel raskusväljas ning Päikese spektrijoonte punanihke osas.

Sellest algas Einsteini teooria võidukäik ja kuigi kohe ei suudetud leida Päikese spektrijoonte punanihet gravitatsiooni tõttu, ei mõjutanud see suhtumist üldisesse relatiivsusteooriasse. Einsteini teooria oli aga väga keeruline ja sellest arusaamine nõudis tõsist matemaatilist ettevalmistust. Eddington meenutab, et Kuningliku seltsi ja Kuningliku astronoomiaühingu ühise koosoleku lõpul pöördus L.Silberstein Eddingtoni poole ja sõnas:” Professor Eddington, te olete üks kolmest inimesest, kes saab üldrelatiivsusteooriast aru.” Ja kui Eddington sellele vastu vaidles, siis ütles Silberstein, et ärgu Eddington nii tagasihoidlik olgu. Selle peale kostis Eddington, et vastupidi, ta püüab ära arvata, kes see kolmas inimene on!

Eddington on andnud oma panuse ka klassikalise gravitatsiooniteooria arengusse. Kõigepealt näitas ta, et singulaarsus Schwarzschildi meetrikas on näiv ja kõrvaldatav koordinaatide teisenduse abil, see teisendus on praegu tuttav Eddington-Finkelsteini teisendusena. Eddington käsitles juba 1922.a. gravitatsioonikiirgust põhjustatuna allika muutuvast kvadrupolmomendist. Ta näitas seda jäiga pöörleva varda baasil, saades korrektse tulemuse ja avastades  Einsteini saadud valemis vea.

1938.a. vaatlesid Eddington ja Clark N-keha probleemi üldrelatiivsusteoorias.  Nad ei taandanud probleemi Hamiltoni kujusse ega saanud tavalist kümmet liikumisintegraali, vaid olid pigem huvitatud masskeskme liikumisest.  Selle uuringu käigus lahendasid nad kahe masspunkti liikumise piiratud probleemi.

Kui nüüd rääkida klassikalisest relatiivsusteooriast, siis Eddington pööras suurimat tähelepanu Weyl'i teooria üldistamisele, so siis gravitatsiooni ja elektromagnetismi ühendamisele. Weyli teooria nõudis, et geomeetrilised ruumisuhted ja füüsikaseadused peavad olema invariantsed mitte ainult suvalise koordinaatide teisenduse, vaid ka kalibreerimisteisenduse suhtes.  Sellistel eeldustel Weyl suutis need kaks teooriat tõepoolest ühendada, ja mis puutub gravitatsiooni, siis Weyli teooria kõige tähtsam järeldus on see, et elektromagnetvälja puudumisel tuleb Einsteini võrrandisse vaakuumis sisse kosmiline konstant Λ. Kui Eddington Weyli teooria üldistas, siis jäi kosmiline konstant elektromagnetvälja puudumisel ikka võrrandisse sisse. See konstant kujunes mõnes mõttes idee-fixiks ja ta väitis, et  ta pigem pöördub tagasi Newtoni gravitatsiooniteooria juurde kui loobub kosmilisest konstandist. Muide, see usk polnud omane ainult Eddingtonile, ka Lemaître arvas, et  tähtsaim üldrelatiivsusteooria poolt tehtud muutus oli kosmilise konstandi sissetoomine. Me teame, et  Λ saatus on olnud kirju. Pärast Friedmanni kosmoloogilise mudeleid kirjutasid Einstein ja de Sitter, et saab läbi ka ilma selle konstandita. Praegu on see konstant jälle tugevasti sadulas.

Toetudes oma universumi mudelile, rehkendas ta välja osakeste arvu staatilises Einsteini universumis,  kusjuures ta oli toetunud arvamusele, et peenstruktuuri konstandi pöördväärtus on täpselt 137 (praegu on kindlaks tehtud, et see on 1/137.035999679(94)). Ta arvas samuti, et prootonite arvu maailmas saab täpselt leida ja et see on 136*2²⁵⁶  ehk  15 747 724 136 275 002 577 605 653 961 181 555 468 044 717 914 527 116 709 366 231 425 076 185 631 031 296.

Ka sai ta tulemuseks, et universumi raadiuseks on 1.07 miljardit valgusaastat. Eddington oli veendunud, et need arvud on heas kooskõlas vaatlustulemustega. Praeguseks on selge, et Eddingtoni kosmoloogiline mudel ei kehti sugugi, sest uued vaatlusandmed enam sellesse ei sobi.

Siiski on Eddingtoni füüsika-alastes tulemustes palju sellist, mis jäävad püsima. Üks neist on nn E-numbrid, mis sisuliselt on 16-elemendilise rühma algebra, mis rahuldab Diraci maatriksite antikommutatsiooni reegleid. Kui ta sai aru, et E-algebra on viiedimensiooniline reaalarvude vallas, siis tõi ta sisse kiraalsuse mõiste elementaarosakeste füüsikasse

(kiraalsuse mõiste füüsikas üldiselt defineeris Lord Kelvin 1904.a.)

Eddington kirjutas relatiivsusteooriast ainult mõned artiklid, kuid kaks raamatut: “Aeg, ruum ja gravitatsioon” (1920) ja “Relatiivsuse matemaatiline teooria” (1923). 

Populariseerimine, filosoofia, müstika

Eddington tegeles väga laialdaselt teadusmõtte populariseerimisega, tehes seda elegantses ja võib isegi öelda poeetilises keeles, mis lugejaid mitmetel maadel paelus. Kui teda rüütliks löödi 1930.a., siis oli ta juba hästituntud ja kõrgelt hinnatud rahvusvaheline figuur. Kuid mitte filosoofide hulgas, sest  tema positsioon oli nende jaoks idealistlik. Ajavahemikul 1920-1930 pidas Eddington lugematu arvu loenguid, andis intervjuusid, rääkis raadiosaadetes relatiivsusteooriatest ja hiljem ka kvantmehaanikast ja avaldas raamatu “Relatiivsusteooria matemaatlised alused”.

 Eddingtoni loengud olid erakordselt menukad mitte ainult esituse selguse tõttu, vaid ka tema valmisoleku tõttu arutada uue füüsika filosoofilisi ja religioosseid järeldusi. Ta toetas sügavat filosoofilist harmooniat teadusuuringute ja religioosse müstitsismi vahel, samuti ka moodsa füüsika positivistlikku loomust, mis lubas mõtlemisruumi isiklikule religioossele eksperimendile ja vabale tahtele.

Kui jälgida Eddingtoni mõttekäike mitmesuguste probleemide lahendamisel, siis hämmastab tema toetumine intuitsioonile nii tema otsingutel teaduses kui ka igapäevasel inimlikul tasemel. Kui Eddington kirjutas või rääkis nähtamatu maailma ja füüsilise maailma seostest, siis torkas silma tema loomulikkus kõige kirjeldamisel. Ta oli küll kveeker, kuid tema ainuke religioosne essee oli 1929.aasta Swarthmore Loeng Sõprade seltsile (siis kveekerite ühendusele). Selle pealkiri oli “Teadus ja nähtamatu maailm” ning seda on korduvalt trükitud ilmumise ajast peale.

Eddington polnud mitte ainult loomulik müstik, kes on tundlik “maailmas nähtava ilu imele”, vaid ta oli ka religioosne müstik, kelle oli aus ja sügav tunne spirituaalsete väärtuste suhtes.

Nagu Rabindranath Tagoregi, tundis ta Igaviku kestvat mõju meie elu mööduvates hetkedes.

Elu lõpp

Kogu 1944.aasta  tundis Eddington ennast halvasti. Tal olid tugevad valud, kuid ta ei rääkinud neist kellelegi, ka mitte oma lähimale sõbrale. Novembri alguses ütlesid arstid, et vajalik on operatsioon. Raske operatsiooni järel 7. novembril  ei paranenud Eddingtoni olukord ja ainult ta õel lubati haiget vaatamas käia. Ta hoidis elust kinni veel kaks nädalat ja suri 22. novembril. Lahkumisteenistus peeti Trinity kolledži kirikus, kus olid koos kõik Eddingtoni kolleegid kogu riigist ja sugulased – õde ja onupoeg John. Urn lahkunu tuhaga maeti St Giles'i kalmistule ema kõrvale. Käsikirjad läksid testamendi kohaselt Kuninglikule astronoomia seltsile, pärand jäi õele kuni ta surmani ja läks siis Trinity kolledžile. 

Eddingtoni kolleegid asutasid  regulaarse Arthur Stanley Eddingtoni mälestusloengu, mis pidi puudutama kaasaegset teadusmõtet religiooni või eetika filosoofias. See hakkas toimima igaaastaselt ja Cambridge University Press annab välja selle loengu raamatukesena.  

Kokkuvõte

 Oma tööde eest pälvis Eddington mitmeid autasusid, nagu Bruce'i medal (1924), Henry Draperi medal samal aastal, Kuningliku astronoomiaseltsi kuldmedal samal aastal, Jules Jansseni auhind Prantsuse astronoomiaseltsilt, Teenete orden (Order of Merit) (1938) jpt.

Rüütlikslöömisest me juba rääkisime. Eddingtoni järgi on nimetatud kraater Kuul, asteroid, Kuningliku astronoomia seltsi medal jpm.

Eddington oli vaieldamatult kahekümnenda sajandi suur mõtleja, kes jääb ajalukku peamiselt teoreetilise astrofüüsika rajajana.

 Raamatud, mida Eddington kirjutas:

• 1914. Stellar Movements and the Structure of the Universe
• 1918. Report on the relativity theory of gravitation.
• 1920. Space, Time and Gravitation: An Outline of the General Relativity Theory.
• 1923, 1952. The Mathematical Theory of Relativity.
• 1925. The Domain of Physical Science.
• 1926. Stars and Atoms.
• 1926. The Internal Constitution of Stars.
• 1928. The Nature of the Physical World.
• 1929. Science and the Unseen World.
• 1930. Why I Believe in God: Science and Religion, as a Scientist Sees It • 1933. The Expanding Universe: Astronomy's 'Great Debate', 1900-1931.
• 1935. New Pathways in Science.
• 1936. Relativity Theory of Protons and Electrons.
• 1939. Philosophy of Physical Science.
• 1948. Fundamental Theory.

Kasutatud kirjandus

1. I.A. Hutchinson, Astrophysics and Mysticism: the life of Arthur Stanley Eddington, http://silas.psfc.mit.edu/eddington/
2. A.V. Douglas, Arthur Stanley Eddington, Thomas Nelson and Sons Ltd, Edinburgh, 1956.
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_Eddington
4. S. Chandrasekhar, Eddington: The most distinguished astrophysicist of his time, Cambridge University Press, 1983.
5. http://astro.berkeley.edu/~kalas/labs/documents/kennefick_phystoday_09 .pdf

1.2.1 Rolf Maximilian Sievert ja kiirguskaitse

Tõnu Viik

Veidi päritolust ja lapsepõlvest

Rolf Sieverti isapoolne vanaisa pärineb Saksamaalt Magdeburgi lähedalt. Ärimehena nägi ta  head võimalust Rootsis tegutsema hakata ja ta avas 1881.a. Stockholmis Max Sieverti masinakaupluse. Algul importis ta vaid saksa kaupa, kuid hiljem asutas tehase ja hakkas ka ise valmistama elektrotehnikale vajalikke tooteid. Algul importis Lars Magnus Ericsson – rootsi telefonide tootmise algataja – kaableid ainult Max Sieverti äri kaudu, kuid hiljem kasutas Sieverti tehase toodetuid. Isal oli plaan, et Rolf astub tema jälgedesse ja kui poiss oli sobivas vanuses, siis pandi ta praktiseerima ühte isa vabrikusse. Kuid see lõppes kiiresti, kui keegi töölistest viskas mingi raudeseme direktori pojale pähe. Kohe otsiti Rolfi jaoks rahulikum töökoht.

Rolfi isa suri 1913.a., kui poiss oli 17-aastane, jättes talle hiigelvaranduse.

Haridustee jätkamine ja elutöö algus

Ta tegi ära tudengieksamid Uues Elementaarkoolis ja 1914.a. sügisel alustas ta meditsiiniõpinguid  Karolinska instituudis, kuid seal talle ei meeldinud. Siis tahtis ta õnne proovida Kuninglikus tehnikakõrgkoolis (KTH), kuid ka seal talle ei meeldinud. 1915. a sügisel astus ta KTHsse elektrotehnikat õppima, kuid seal tundus talle õppimise tempo liiga kõrgena. Lõpuks jõudis ta oma otsingutega Uppsalasse, kus 1919.a. sooritas filosoofia kandidaadieksami astronoomias, meteoroloogias, matemaatikas ja mehaanikas.

Pärast lõpetamist pöördus Sievert Stockholmi tagasi ja asus tööle assistendina TA Nobeli instituudis Tycho Auréni juures uurima röntgenkiirte neeldumist ja tegi ära füüsika litsensiaadieksami 1924.a. Samal aastal alustas ta Radiumhemmetis  koostööd Gösta Forsselliga.

Veel enne seda, 1920.a. oli ta ette võtnud õppimisreisi omal kulul USAsse, kus ta sai kokku Forsselliga. Tegelikult algasidki tema radiofüüsikalised uuringud pärast USAst tagasipöördumist ning aastad enne II maailmasõda olid talle viljakad, sest siis ta võttis kiirguse mõõtmiseks kasutusele kondensaatorkambri meetodi ja teoreetilises plaanis jõudis Sieverti integraalini.

Juba oma töö alguses seadis ta enda ette kolme põhisuunaga tegelemise:

1. Töötada välja meetodid kiirgusega röntgenaparaatide ja raadiumipreparaatidega kiirguse kasutamiseks;
2. Teoreetilises plaanis paremini aru saada kiirguse kvantitatiivsest olemusest, et välja töötada paremad mõõteriistad. Ka kiirguse bioloogilise mõju uurimine oli tähtis;
3. Uurida kiirguse kasutamist Rootsi haiglates.

Radiumhemmetis pidi Sievert läbi ajama kitsastes oludes – tal oli eksperimentide tegemiseks vaid 5 ruutmeetrit ruumi ja palka ta sealt ei saanud. Rootsi vähiühingu tegevuse tulemusena  valmis 1924. aastal radiofüüsika laboratoorium, mille etteotsa sai Sievert.

Laboratoorium tegeles tõhusalt kiirguse uute mõõtmismeetodite ja –riistade väljatöötamisega, kuid ruumid jäid taas kitsaks. 1929.a. lõpus kolis laboratoorium Södermalmi linnaossa aadressil Fjällgatan 20A.  Samal ajal tegi Sievert oma inimeste tööajas olulise muudatuse, et vähendada nende kiiritamist.

1925.a. sügisel oli Sievert käinud Berliinis Füüsika-tehnika riigiasutuses oma instrumente kalibreerimas kindlaksmääratud röntgenühiku, nn R-ühiku baasil. See ühik oli defineeritud, nagu tollal kombeks, naha erüteemse doosi järgi, st naha punetamise järgi. Sievert alustas statistilist uuringut mitmetes Rootsi haiglates R-ühiku ja enne kasutusel olnud HED-ühiku võrdluseks (rootsi keeles hud erütem dosen – naha erüteemdoos). Tulemuseks oli, et doosi suurus isegi sama tüüpi kiirguse puhul võis erineda kuni neli korda! Selle tulemusena asutas Sievert oma laboris uue osakonna, kes tegeles peamiselt Rootsi haiglates kasutatava kiirgusravi jälgimise ja standardiseerimisega.

1928.a. oli rahvusvaheline ühikutekomitee teinud Stockholmis ettepaneku võtta kasutusele uus doosimõõtmise ühik ja Sievert, kes oli komitee liige, toetas seda ettepanekut igati, kuid  1936. a  otsustas Rootsi meditsiinilise radioloogia ühing ikkagi teisiti.

Sievert oli juba oma kiirgusuurimise tee alguses olnud väga huvitatud kiirguse intensiivsuse täpsest mõõtmisest. 1923.a. konstrueeris ta oma esimese mõõteriista, mille olu seisnes tuntud kiirgusallika kiirguse võrdlemises uuritava allika kiirgusega. See oli kohmakas riistapuu, kuid lubas mõõta kiirgust varjestava ekraani taga. Sievertile oli oluline kaitsta kiirgusega tegelevaid inimesi kiirguse tervistkahjustava toime eest. Ta uuris igasuguste ehitusmaterjalide kaitsvat mõju ja tõi selle kirjeldamiseks sisse seatina ekvivalendi, so kui paks peaks olema seatinast plaat, et ta peaks kinni samapalju kiirgust kui mingisuguse kindla paksusega uuritav materjal.

Kuid Sieverti kõige suuremaks saavutuseks mõõteaparatuuri loomisel oli kondensaatorkambri meetodi kasutamine. Selle meetodi kasutamiseks oli vaja ionisatsioonikambrit, elektromeetrit ja juhtmeid. Elektromeeter mõõtis elektrivoolu, mis tekkis, kui mõõdetav kiirgusallikas ioniseeris õhku ionisatsioonikambris, ning see kamber ja elektromeeter olid omavahel juhtmega ühendatud. Siin on oluline, et Sievert lahutas ionisatsioonikambri ja elektromeetri, mistõttu uurija sai olla varjestuse taga. Sievert arendas mõõteaparatuuri, tehes seda väiksemaks ja usaldusväärsemaks. 1932. aastaks oli mõõtekambri läbimõõt vaid 14 mm.

Sieverti huvitas, milline on füüsiliste dooside mõju organismile ja selle erinevatele osadele. Niisuguse mõju rehkendamiseks oli vaja teada kiirguse jaotust ruumis ja kui kiirgus lähtub lineaarsest allikast (nt raadiuminõelast), siis doosi  arvutamiseks tuletas Sievert valemi, mis sisaldas nn Sieverti integraali.

1928. a tekkis hea võimalus Radiumhemmeti kolimiseks uude asukohta, sest Gustav V oli andnud oma 70-ks sünnipäevaks Rootsi rahva poolt kogutud kingituse – üle 5 miljoni krooni – vähiuuringute seltsile. Selle eest otsustati rajada kiirgusravi kliinik, mis sai nimeks Juubelikliinik, Karolinska haigla juurde. Sama raha eest sai Radiofüüsika instituut  uue kolmekorruselise hoone 100 meetri kaugusel Juubelikliinikust.

Tegutsemine Rootsis ja mujalgi

1920.aastate algul sai William David Coolidge’i leiutatud kuumkatoodröntgenitoru aina

tavalisemaks. See andis aga märksa tugevama röntgenkiirte voo ja kasvajate ravimisel pidi olema väga ettevaatlik, et mitte terveid kudesid kahjustada. Seega doosi suuruse määramine muutus erakordselt tähtsaks. Mitmel pool maailmas hakkasid tekkima radioloogiaühingud ning tekkis vajadus rahvusvahelise koostöö järele. Esimesel radioloogia kongressil Londonis 1925.aastal lepiti kokku universaalsete ühikute vajalikkuses, aga samuti ka kiirguskaitse soovitustes. Otsustati kokku tulla kolme aasta pärast Stockholmis. Nii toimuski II radioloogiakonverents Riksdagi hoones, kuhu tuli kokku 964 delegaati 40 maalt. Moodustati väike kiirguskaitse küsimustega tegelev diskussioonirühm inglase G.W.C. Kaye’ga eesotsas, kes tegi ettepaneku luua kiirguskaitse komitee. Sievert valiti selle esimeheks ja komitee sai nimeks Rahvusvaheline Röntgenkiirte ja Raadiumi Kaitsekomitee, mis 1950.a. muudeti ICRPks (International Commission on Radiological Protection – radioloogilise kaitse rahvusvaheline komitee).  Kriipsutagem siinkohal alla - selle komitee asutamisega algas tegelikult läbimõeldud ja füüsikale toetuv kiirguskaitse. Komitee pidas enne II maailmasõda kolm koosolekut: Pariisis 1931, Zürichis 1934 ja Chicagos 1937. Zürichis kehtestas komitee doosi piirmäära ja doosi suuruse ühikuks sai röntgen. Sievert paistis komitee töös välja kui hea konstruktor ja teoreetik ning tema kuulsus kasvas.

Üks Sieverti headest sõpradest oli Nobeli preemia laureaat Manne Siegbahn, kes oli Uppsalast tulnud taasavatud teaduste akadeemia füüsika instituudi professoriks. Gösta Forssell oli olnud selle instituudi avamise suur eestvõitleja. Siegbahni õpilased olid samuti ühel või teisel viisil seotud Sievertiga, nimetagen siin vaid Nobeli preemia laureaati Hannes Alfvéni ja Sigvard Eklundi, kes vastutas Rootsi esimese tuumareaktori ehitamise eest. 

Sievert reisis palju ja kohtus mitmete radiofüüsikutega üle kogu maailma.  Nendest kaht meest pidas ta oma headeks sõpradeks, inglasi Frederick W. Spiers’i ja Harold Gray’d. Gray oli mõõtnud kiirguse neeldumist ja siis hakanud tegelema kiirguse kasutamisega kasvajate ravil.

Juba 20.sajandi kahekümnendatel aastatel oli selge, et ioniseeriva kiirguse kasutamist tuleb reguleerida. Esimene riik, kes võttis vastu patsientide ja personali kiirguskaitse seaduse, oli Itaalia 1925. aastal.  Samal aastal hakkas ka Nõukogude Liit reguleerima tervisekontrolli ja tööaegu. Neile järgnes Põhjamaadest Taani, kus 1930. aastal võeti vastu seadus

röntgeniaparaatide kasutamise kohta. Rootsi kiirgusseaduse aluseks võeti Taani oma ja Sievert soovis, et seadus hakkaks kehtima juba 1928. Kuid pärast kuueaastast mõtlemist keeldus sotsiaalminister eelnõud kooskõlastamast. Valitsus andis siiski uue eelnõu koostamise Karolinska instituuti Radiumhemmetisse, kus Sievert koos oma kolleegidega uue eelnõu kokku pani, kuid alanud sõja tõttu võeti seadus vastu alles pärast sõda.

Mõned päevad pärast 1. septembrit 1939 kutsus Manne Siegbahn Rootsi füüsikuid organiseeruma Füüsikute Valmisoleku komiteesse, kes pidi otsima kontakti kaitseväega, et leida võimalusi koostööks.  Ning kahe kuu pärast asutati Rootsi füüsika rahvuslik komitee, mille juhatusse valiti ka Sievert. Tegeldi rakettidega ja tankivastaste kumulatiivmürskudega.  Vastuolust teadlaste ja sõjaväelastega ülesaamiseks loodi Kaitseuuringute komitee Manne Siegbahniga eesotsas, kuid ega teadlaste uuringuvabadust ja sõjaväelaste survet ei õnnestunud ikkagi kokku panna.

Luhtunud katsed hiigelsuurte kiirgusdooside saamiseks

Sellest ajast peale, kui Hahn, Meitner ja Strassmann avastasid uraani lõhustumise 1938.a., muutus akadeemiline tuumauurimine tohutuks tööstusharuks. Ja kui USA aatompommi

valmis sai ning seda ka kasutas, hakkasid kõikide riikide sõjamehed seda pommi ka endale tahtma. Rootsi polnud mingi erand ning korraga oli radiofüüsika erakordselt populaarne teadusharu. Valitsus asutas Aatomikomitee juba 1945.a. hilissügisel, kuhu teiste hulgas värvati ka Hannes Alfvén ja Manne Siegbahn. Komitee andis raha fundamentaaluuringuteks radiofüüsika alal üli- ja kõrgkoolidele.

Sieverti suurim projekt pärast sõda oli nn kõrgepingesaal, et kõrgepinge abil saada suuri kiirgusdoose. Enne II maailmasõda arvati, et suur kiirgusdoos lühikese aja vältel ei põhjusta organismis suuri muutusi, erinevalt pikaajalisest nõrgemast doosist. Selle arvamuse lähemaks uurimiseks oli Sievert sõja esimesel aastal konstrueerinud seadme, mille abil sai objekti kiiritada tuhandiksekundi vältel, kuid ta tahtis seda aega veelgi lühendada.

Sellise lühikese ülitugeva doosi saamiseks oli vaja kaskaadgeneraatorit ja suuri kondensaatoreid.  Pärast mõningaid sekeldusi algas saali ehitus 1946.a. Saali pandi üles Cockroft-Waltoni generaator.

1949. aastal prooviti seadet 400000 voldise pingega, kuid tegelikult ei hakanud see seade kunagi tööle täisvõimsusel ja Sievert hakkas tegelema muude probleemidega.

Paralleelselt kõrgepingesaali projektiga oli Sievert koos Agnar Egmarkiga rajanud radoonilabori, mille kaudu oleks jagatud raadiumi lagunemisel tekkivat radooni teistele Rootsi uurimisasutustele ja haiglatele. Aeg-ajalt läks laboris radoonikontsentratsioon nii kõrgeks, et töötajad tuli saata parki jalutama, kuni laborit tuulutati.

Ka Radiofüüsika instituudis sai tuule tiibadesse radooniuurimine, sest uutes majades hakati kasutama ehitusmaterjalina raadiumirikast fosfokipsi, mille tulemusena ehituskonstruktsioonid hakkasid tööle kui radooni generaatorid. Uuriti elumajade radoonisisaldust, mis võis erinevates Rootsi paikades ja erinevatest materjalidest tehtud majades erineda kuni kümme korda. Uurijad soovitasid sagedast ruumide ventileerimist.

Uued uurimissuunad

Lisaks kõigele konstrueeris Sievert inimkeha radioaktiivsuse mõõtja, mis toimis ionisatsioonikambri meetodil. Kuna Sievert soovis täppistulemusi, siis tuli labor viia kosmiliste kiirte mõju vähendamiseks varjule Henriksdali kalju sisse raiutud veepuhastusjaama, kus seda hakkas katma 70-meetrine graniidikiht. Ja kuna graniit ise samuti kiirgab, siis  ümbritseti mõõteseade veel eriti mitteaktiivse veega, mis saadi Thamesist ja toodi kohale laevade ballastveena ning veeti piimatsisternidega laborini. Seejärel sai Sievert Stockholmi tuletõrjega kaubale, et need oma võimsate pumpadega toimetasid vee 8-kuupmeetritesse raudpaakidesse, mis igalt poolt mõõteseadet ümbritsesid. Nii suudeti looduslikku kiirgust umbes 100 korda vähendada.

1950. aastate algul valmistas Sievert  koos Rune Walstamiga nn topeltkambri radioaktiivsuse mõõtmiseks. See aparaat kõrvaldas kondensaatorkambrite probleemi, milleks oli väike mõõtmispiirkond.

Pärast II maailmasõda oli Sievert hakanud huvi tundma virmaliste vastu, ilmselt Hannes Alfvéni mõjul. See langes kokku Rootsi teaduste akadeemia huviga põhjaalade vastu, sest juba 1944.a. hakkas kujunema idee ühendada geofüüsikalised, seismoloogilised ja magnetilised vaatlused ja neid läbi viia Rootsi meteoroloogia ja hüdroloogia instituudis (SMHI), kuid asukohaga Abiskos.

Teaduste akadeemia lõi komitee, mille esimeheks sai 1945.a. Sievert. Komitee võttis 1946.a. ette reisi Abiskosse ja Kirunasse, mille tulemusena otsustati rajada geofüüsika observatoorium Kiruna lähedale.

8. jaanuaril 1948 pidas Sievert teaduste akadeemias ettekande observatooriumi rajamise võimaluste kohta ning selle tulemusena kerkis observatoorium 1957. a 8 km Kirunast itta rikka rauamaagikaevanduse linna Kiruna toel.

Praegu paikneb Kirunas Rootsi kosmiliste uuringute keskus.

USA ja NSVL aatomi- ja vesinikupommide atmosfäärikatsetuste  tõttu kasvas foonikiirgus ning ÜRO oli sunnitud astuma samme poliitilise diskussiooni suunas, luues 1955.a. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation - UNSCEAR.

Sievert valiti 1956.a. ICRP esimeheks ning kaks aastat hiljem ka UNSCEARi esimeheks. Tulekahju Windscale’I tuumajaamas Inglismaal 10.oktoobril 1957, mille ohtlikkus   International Nuclear Event Scale’i 7-pallise skaala järgi oli 5,  ja mis paiskas atmosfääri 740 terabekerelli radioaktiivseid aineid – ennekõike  jood-131 (võrdluseks Tšernobõl, kus paiskus välja 1 760 000 terabekerelli), sundis Rootsit asutama  ekspertkomiteed valitsuse nõustamiseks aatomõnnetuste puhul (KRA).

Aastatel 1950-1965 oli Sievert tugevasti seotud rahvusvahelise tööga. Rootsis ja Inglismaal leiti, et isegi madalad kiirgusdoosid võivad põhjustada verepildi muutusi. Juba 1927. aastal oli ameerika geneetik Hermann Muller leidnud, et röntgenkiirgus suurendab mutatsioonide sagedust.  Sellega seoses pani Sievert 1947. a Londonis ette vähendada radioloogilisel tööl oleva personali nädalast kiiritust 10 korda, seega siis 0.1 röntgenini. Samale nõudele jõudis ICRP alles 1956.a.         

 Kui NSVL lõhkas oma esimese vesinikupommi 1953. aasta augustis, siis tõusis fooni kiirgustase tunduvalt ja jätkas tõusmist  pärast kõiki järgnevaid katseid. Sievert organiseeris pideva foonikiirguse mõõtmise autol Volvo Duett, mis oli kohandatud kiirgusmõõtmisteks. Bengt Håkansson sõitis sellega piki Rootsi maanteid suvel ja talvel. Ühel juhul ootas Sievert kannatamatult andmeid Göteborgis, kuhu Håkansson pidi varsti jõudma. Linna sissesõidul ilmusid Håkanssoni auto taha kaks politseiautot, mis eskortisid teda sihtpunktini. Selgus, et Sievert oli palunud politseil seda teha, et takistada Bengtil kohvi jooma minemast ja sellega aega raiskamast! 

Pärast 1955.a. pommikatsetusi tõusis Lõuna-Rootsis fooni kiirgustase 10% ja jäi selliseks kuni 1958.aastani. Siis tõstis selle aasta vihmane suvi foonikiirguse 20% kõrgemaks pikaajalisest keskmisest, see küll sügisel taas langes, kuid jäi ikka 10% kõrgemaks. Loomulikult hakkas see ka inimeste kehakiirgust kasvatama. Alguses polnud selge, mis aine seda põhjustab, kuid 1955/1956 tegid Chicago uurijad Miller ja Marinelli kindlaks, et see aine on tseesium-137. 1955.a. paiku ostis Sievert instituudile Volkswageni bussi, millesse paigutati mõõteaparatuur, ka gammaspektromeeter. Buss hakkas koostama Rootsi foonikiirguse kaarti. 1951. loodi Rootsis veel üks komitee – kiirguskaitsekomitee, kuhu läks muidugi ka Sievert. Komitee pidi muuseas tegema ka Riksdagile ettepanekuid kiirgusseaduse muutmiseks, kui asjaolud seda nõuavad. Komitee kritiseeris Radiofüüsika instituuti selles, et seal olid segi läinud teadusuuringud rutiinse kontrollimistööga, misläbi puudusid töötajate tegevuse täpsed kirjeldused. Instituuti ähvardas jagunemine mitme teise organisatsiooni vahel. Matts Helde instituudi eestseisusest tegi ettepaneku, et Sievert, kes püüdis kõiki  ohje enda käes hoida, taganeks instituudi juhtimisest ja pühenduks ainult uurimistööle.

Riksdag nii otsustaski aastal 1958.

Elu lõpuaastad

Sievert otsustas pärast pikka kõhklust pühenduda rohkem rahvusvahelisele tööle. Kõhkles ta aga reiside pärast, sest nagu siis räägiti, oli tema soovimatus lennata  sama suur kui tema soovimatus laevaga sõita. Sageli tegi ta nii, et ostis USAsse sõiduks nii lennuki- kui laevapiletid ja otsustas alles viimasel minutil, kumba kasutada.

Saanud 1956.a. ICRP juhiks, asendas ta vanad komiteed nelja uue spetsialistidest moodustatud komiteega. Rahvusvahelisel radioloogia konverentsil 1956.a. defineeriti esimest korda lubatud doos indiviidile, mis on akumuleerunud pikema aja jooksul.

Sieverti suurim panus ICRPsse polnud mitte teaduslik, vaid finantsiline, sest 1959.a. õnnestus tal saada Fordi fondist 250000 dollarit ICRP tegevuskuludeks viie aasta vältel. Lisaks sellele sai ta toetust ka Maailma Tervishoiu Organisatsioonilt ja Rockefelleri fondist. Ka Rootsi teaduste akadeemia toetas ICRP tööd.

Sievert oli UNSCEARi esimees 1960. aastani. 

1956.a. otsustas Riksdag, et Rootsis tuleb luua eraldiseisev  kiirguskaitse organisatsioon nimega Riigi Kiirguskaitse Instituut (SSI). Sellega võeti kiirguskaitse alased tegevused Radiofüüsika instituudilt ära, kuid need asutused asusid kõrvuti ning neid hakkas hiljem lausa ühendama avar galerii. Seega siis Sieverti loodud impeerium jagunes kolmeks – haiglafüüsikaks Karolinska haiglas ja Radiumhemmetit administreeris SSI.

Viimastel eluaastatel tegutses Sievert aktiivselt Rootsi teaduste akadeemias.

Sievert inimesena

Eespool pole me kuigi palju kirjutanud Sievertist kui inimesest. Nüüd on aeg see viga parandada.

Kahest abielust oli Sievertil seitse last, talle meeldisid lapsed, liblikad ja kaktused ning ta armastas  juba lapsest saati purjetada.

Talle meeldis ka muusika ja Tvartorpi kabelisse  laskis ta ehitada oreli. Olles Stockholmis asuva Oscari kiriku organist Alf Linderi sõber, kutsus Sievert teda igal aastal Tvartorpi kontserti andma teenijarahvale ja rentnikele (Tvartorp oli 1000-ha mõis, mille Sievert oli ostnud isa kaablitehase aktsiate müügist saadud raha eest). 

Sievert päästis koos oma lapsepõlvesõbra Harald Almqvistiga Tvartorpi lähedal asunud Rejmyre klaasivabriku, mis raskustesse sattus ja see klaasivabrik töötab tänase päevani.

Ülemusena oli Sievert range, kasutas alati tiitleid, kuid samas korraldas igal aastal Luutsinapäeva pidusid kogu personalile ning pidas õdusaid ühiseid kolmapäevaõhtuid kohvi ja saiakestega – kõik selleks, et inimesed omavahel tutvuksid ja ühte hoiaksid.

1. detsembril 1966 oli Sievertil maooperatsioon, mis läks hästi, kuid kaks päeva hiljem tekkis tromb ja Sievert suri.

Kuna ta oli oma töös palju tähelepanu pööranud korduvate väikeste kiirgusdooside mõju uurimisele, siis võttis  Conférence Générale des Poids et Mesures 1979. aastal  kasutusele ioniseeriva kiirguse ekvivalentdoosi mõõtmiseks ühiku 1 siivert = 1 J/kg (Sv). See ühik kujutab endast organismis neeldunud kiirgusdoosi, mis on läbi korrutatud kiirgusfaktoriga, mis arvestab erinevat liiki kiirguste erinevat mõju  kudedele.

Osaliselt korrates juba öeldut, tuleb eriti rõhutada järgmisi Sieverti panuseid kiirguskaitsesse:

1. Ta lõi juba 1919.a. meditsiini- ja kiirgusfüüsika alused Rootsis. Sellest algas ioniseeriva kiirguse kasutamise võidukäik nii diagnostikas kui ravis.
2. Sievert avaldas 1923.a. artikli ajakirjas “Zeitschrift für Physik” artikli meditsiinis kasutatava raadiumi preparaadi primaarse gammakiirguse jaotuse ja intensiivsuse kohta. See oli väga oluliseks esimeseks sammuks patsiendidoosi hindamisel. 
3. 1925.a. lõi Sievert mobiilse labori dosimeetria standardiseerimiseks ja mõõtis paljudes Rootsi haiglates röntgeniaparaatide kiirgust.
4. Avaldas ajakirjas “Acta Radiologica” artikli kondensaatorkambri meetodist ja hakkas seda kasutama.
5. 1940ndatel oli pioneeriks kõrgrõhu-ionisatsioonikambri arendamisel gammakiirguse mõõtmiseks inimkehas ja loodusliku foonikiiirguse mõõtmiseks.

Selline oli siis Rolf Maximilian Sieverti elu, kes oli üks väga oluline inimene kiirguskaitse rajamisel ja kiirguse kasutamisel maailmas.

Tänuavaldused

Olen väga tänulik Henno Putnikule R.M. Sieverti elu käsitleva raamatu kinkimise eest ning Enn Realole käsikirja lugemise ja paljude oluliste täpsustuste eest!

Kasutatud kirjandus

1. Weinberger, Hans: Sievert: enhet och mångfald, en biografi över den svenska radiofysikens, radiobiologins och strålskyddets grundare Rolf Sievert. Stockholm, 1990.
2. Taylor,  Lauriston S.: Rolf Sievert, Radiation Research, 33, 681-684, 1968.
3. Walstam, Rune: Sven Benner. Pionjär inom den medicinska radiofysiken, Strålskyddsnytt, 16-17, No 3, 2001.
4. Radiation Protection Act and Ordinance, Swedish Code of Statutes (SFS), 1988:220, Published on May 25, 1988.

1.3.1 Augustin-Jean Fresnel – meremeeste elude päästja

Tõnu Viik

1.  Sissejuhatus

Olen pärit Soome lahe äärest ja juba lapsena jälgisin sageli majakatulesid pimedatel ja soojadel augustiõhtutel. Idas ja kirdes oli näha majakatulesid Pranglis ja Keris, loodes Aegna sadamakai otsas olevalt tulepaagilt, läänes mõlemate Naissaare majakate tulesid ja edelapool Kakumäe majaka tuld.  Olin näinud ka laevade pardatulede laternaid, millel  on imeliku sakilise profiiliga klaasid. Kuid mul ei tekkinud küsimust, miks nad sellised on. Ja alles nüüd vanast peast tegin selle endale selgeks ja sain aru, millist osa majakate tulede heledamaks muutmisel ja seega ka meremeeste elude päästmisel oli mänginud prantsuse õpetlane Augustin Jean Fresnel. Olin ju ülikoolis õppinud Fresneli valemeid, seega üht-teist ma temast teadsin, kuid seda oli ikkagi väga vähe. Järgnev on see, mida ma tema kohta teada sain ja mida ma nüüd püüan ka teiega jagada.

2.  Fresneli noorus

Augustin Jean Fresnel sündis Prantsusmaal, Normandias 10. mail 1788, kui tema isa – edukas Normandia arhitekt Jacques Fresnel renoveeris Normandia teise hertsogi ja Prantsusmaa marssali de Broglie lossi (muide, kuulus füüsik Louis-Victor-Pierre-Raymond de Broglie oli Normandia seitsmes hertsog). Isa oli kohanud lossi ülevaataja haritud ja jumalakartlikku tütart Augustine Mérimée'd ja temaga ka abiellunud. Neil sündis neli poega: Louis, Augustin Jean, Léonor ja Fulgence. Augustin sündis teise lapsena, kui maakonna nimi oli veel Normandia. Revolutsiooni käigus see nimi kadus, sest uus võim soovis sulatada erinevaid keeli rääkivaid rahvusrühmi üheks prantsuse rahvaks.

Tõsi, hiljem Normandia nimi ikkagi taastati. 

Siinkohal sobib öelda, et Fresneli emapoolne onu oli kirjanik Prosper Mérimée isa.

1789.a revolutsioon tõi kaasa veel teisegi muutuse Fresnelide elus, sest hertsog põgenes Inglismaale ja renoveerimistööd sellega ka lõppesid. Jacques Fresnel pidi otsima endale uue töö ning ta leidis selle Cherbourgis sadama ehitusel. Kuid ka selle katkestas revolutsioon 1794.a ja isa kolis koos perega Mathieu’sse Caeni lähedal. Siin veetis Fresnel oma lapsepõlve veendunud jansenistidest vanemate mõju all ja sai siin ka esmase koolihariduse. Ta ei paistnud välja oma eriliste annete poolest, veel kaheksa-aastasena polevat ta osanud lugeda, kuid tal oli teatav praktiline leidlikkus, millega võitis enda poole kohalikud lapsed, kes teda geeniuseks nimetasid. Asi oli selles, et Fresnel leidis katse-eksimuse meetodil parima puu vibu tegemiseks – nimelt leedri, ja laste vibulaskmine ägenes sedavõrd, et tõsiseid vigastusi kartnud vanemad keelasid selle ära. 

12-aastaselt asus Fresnel koos oma kahe vennaga õppima Caeni École Centrale du Calvados’i, kus ta tutvus lähemalt täppisteadustega matemaatikaõpetaja F.J. Quesnot’ käe all. Ka grammatika õpetaja P.F.T.

Delarivière jättis Fresnelile tugeva mulje.

3.  Kõrgem haridus ja töö algus

1804.a astus Fresnel  École Polytechnique’i kavatsusega saada inseneriks. Kuna Caeni kool oli andnud väga tugeva aluse, siis sisseastumiseksamitel platseerus ta seitsmeteistkümnendaks kolmesajast. Ta õppis seal kaks aastat ja sai väga tugeva hariduse täppisteadustes. Edasi viis ta tee Sildade ja Teede Kooli, kus ta kolme aasta jooksul kuulas tehnikaloenguid ja sai praktilisi kogemusi inseneritööks. Pärast selle kooli lõpetamist saadeti ta tööle Vendéesse, kus ta rajas teid departemangu sidumiseks uue keskuse  La Roche-sur-Yon’iga. Uus keskus rajati aga sellepärast, et Vendée oli keeldunud andmast 300000 meest vabariigi armeesse ning pannud kokku omaenda armee. Nii puhkes sisuliselt kaks aastat kestnud kodusõda, mis lõppes alles seetõttu, et vabariigi väed laastasid, tapsid ja põletasid kogu piirkonna.  Kui Napoleon võimule tuli, polnud Vendée veel päris alistatud ning 1804.a asutas Napoleon uue linna sõjaväebaasina. Sellest siis see uute teede rajamine.  1812.a saadeti Fresnel Nyoni, kus ta pidi abistama Hispaaniat ja Itaaliat ühendava maantee ehitamisel üle Col Montgenèvre’i  mäekuru Alpides. 

4.  Hädas Napoleoniga

Alates 1814.aastast on Fresnelis huvi äratanud optika ning ta mõtiskles valguse lainehüpoteesi üle. Kuid kõik need mõtisklused jäävad kõrvale, kui Napoleon põgenes Elbalt. Kuna Fresnel oli jäänud kindlaks rojalistiks, siis lahkus ta oma ametikohalt ja pakkus oma teeneid rojalistidele. See aga ei olnud tark tegu, sest kui Napoleon impeeriumi taastas – küll lühikeseks ajaks, siis pandi Fresnel politsei valve alla ja ta kõrvaldatati töölt. Kuna Fresneli ülemus kostis tema eest ja nimetas teda erakordselt heaks inseneriks, siis lubati Fresnelil  pöörduda tagasi Mathieu’sse. Teel sinna kohtus ta Pariisis esimest korda Aragoga ja meeste vahel  tekkis sügav sõprus, isegi hoolimata sellest, et nad olid oma iseloomudelt täiesti erinevad. Fresnel alustas Mathieu’s difraktsioonikatseid. Need kinnitasid tema veendumust, et valgus on laineprotsess. Kuid need katsed Mathieu’s said kesta vaid lühikest aega, sest Napoleon sai lüüa Waterloo all ja ta pagendati Püha Helena saarele. Ja Fresnel tehti kangelaseks, kes jäi oma kuningale rasketel aegadel truuks ning ta suunati tagasi Nyoni, kus teda kolm kuud tagasi oli napoleonimeelsete poolt taga kiusatud. Fresnel sai aru selle lähetuse ohtlikkusest ja ta palus kaht kuud puhkust ning ta sai selle, sest teede ehitus oli peatatud. 

5.  Difraktsioonikatsed ja akadeemia

Mathieu’s jätkas ta  difraktsioonikatsed, ehitades pimeruumi, millesse päikesekiir sisenes vaid läbi väikese ava. Et saada hästi intensiivset kiirt, paigutas Fresnel ava ette suure läätse, mis koondas kiire avale. Kuid Päikese liikumise tõttu läätse fookuse asend muutus ning läätsest polnud enam kasu. Fresnel lahendas selle olukorra geniaalsel viisil, paigutades avasse tilga mett (Fresneli ema pidas mesilasi) ja see tilk toimis pea ideaalse läätsena. Fresnel kasutas mitmesuguse kujuga katsekehasid kiire ees, lastes difraktsioonipildi valgele ekraanile ja mõõtes  seal difraktsioonijoonte vahekaugusi. Sel viisil ei saanud ta aga vajalikku täpsust. Siis leidis ta, et kui ta ise oma silmaga vaatas difraktsioonipilti, siis nägi ta seda palju selgemalt. Fresneli katsed andsid suurepäraseid tulemusi, sest tema teooriast saadud difraktsioonijoonte asendite ja katsetest saadud asendite vahed olid vaid 0.2 mm!

Ta saatis tulemused akadeemiasse, kust sai vastuse, et akadeemia suunas selle retsenseerimiseks Aragole. 

Fresneli puhkus aga lõppes ja ta suunati teid ehitama Rennes’i, Bretagne’i poolsaare algusosas. Tema puhkuse avaldust ei võetud kuulda, kuid Arago abiga sai ta siiski veel kuu armuaega. See oli 1816.a, mida hakati nimetama ilma suveta aastaks, sest Indoneesias pursanud vulkaan paiskas välja tuhapilve, mis hajus üle terve maakera.

Arago innustas Fresneli kirjutama oma katsetest artikli ajakirja Annales de chimie et de physique. Arago oli käinud Fresneli katsete tulemustest ette kandmas ka Inglismaal, kuid seal öeldi, et Thomas Young on kõike seda juba ammu teadnud ja kirja pannud ning ei tahetud Fresnelist kuuldagi.  Ilma suveta aastale järgnes nälg ja Prantsusmaa valitsus rajas inimeste elushoidmiseks hulga nn ateliers de charité ehk heategevuslikud töökojad, kus puudustkannatavad inimesed aitasid ühiskondlikke töid teha.

Fresnel kutsuti Rennes’i tagasi ja ta pidi tegelema nii tee-ehituse kui ka heategevuslike töökodade personaliga, mis teda kui tagasihoidlikku inimest hirmsasti väsitas.

1817.a kuulutas akadeemia välja preemia difratsiooni uurimise alal. Aragol õnnestus Fresnel oma tutvuste kaudu Pariisi tagasi tuua, kus Fresnel oma katsete tulemusi vormistama hakkas.  Ta esitas akadeemiale oma memuaari 20. aprillil 1818 ja kohe suunati ta Pariisile Ourcq’i jõest joogivee kanalit ehitama, sest Seine oli kohutavalt reostunud. 

Akadeemias käis aga sõda valguse kui protsessi füüsikalise olemuse üle – kas see on osakeste või lainete levimine. Osakeste mehed olid põhiliselt Laplace, Biot ja Poisson ja nad ei tunnistanud isegi silmnähtavalt suurepärast kooskõla Fresneli teooria ning katsete vahel. Poisson tungis läbi Fresneli keeruliste võrrandite ja nn Fresneli integraalide rägastiku ning avastas oma arust fataalse vea Fresneli töös, sest näitas, et Fresneli teooria kohaselt peab ümmarguse ketta varju keskel olema hele täpp, mis on niisama hele, nagu poleks ketast valguse ees üldse olnudki. See tundus olevat võimatu. Korraldati katse, mida jälgis akadeemia preemiakomisjon täies koosseisus. Ja ketta varju tsentris oligi hele täpp!

Vastased pidid alla andma ja Fresnel sai Grand Prix, peaaegu aasta pärast oma töö esitamist akadeemiale.

Arago palus Fresneli ülemust krahv de Molé’d suunata Fresnel Pariisi, et aidata Tuletornide komisjoni, mille Napoleon oli loonud 29. aprillil 1811. Krahv lubaski seda, kuid ajutiselt ja ainult sel ajal, kui ta polnud seotud Pariisi teede ehitusega. 

6.  Tuletornidest

Molé sai mereministeeriumi direktoriks (Ministère de la Marine) 1817.a ja Sildade ning teede korpuse uueks juhiks tõusis Louis Becquey. Otsemaid tuli mereministeeriumist aruanne, mis sisaldas muu hulgas ka pika nimekirja meremeeste kaebustest Prantsusmaa viletsate majakate kohta, mille tuled, erinevalt Inglismaa majakatest, ei paistnud kuigi kaugele. 

Algselt puid ja sütt põletatavate majakates võeti 1780.a kasutusele suitsuvabad õlilambid, mille autor oli Šveitsi füüsik Aimé Argand. Umbes samal ajal paigutati majakalambi taha peeglid, algul sfäärilised ja seejärel paraboolsed. Kasutati mitut peeglit, mis pandi ka pöörlema, nii et majakatuled kord kustusid ja siis jälle süttisid. Tulede perioodide pikkuse kaudu said meremehed aru, milline majakas parajasti näha on ja seega siis ka selle, kus nad merel asuvad. 

Prantsusmaal oli kaks firmat, kes reflektoreid valmistasid – Étienne Lenoir, kes oli ehitanud esimese reflektoriga majaka Louis XVI jaoks 1788.a, mis paigutati Cordouani, Dordogne’i ja Garonne’i jõgede ühinemiskoha lähedale. Teine firma oli Isaac-Ami Bordier-Marcet, kes samuti reflektoreid tegema hakkas.

Kuid see kombinatsioon, lamp ja peegel ei rahuldanud meremehi, kes ikka kaebasid, et majakatulesid on kehvasti näha. 

Arago ettepanekul otsustas komisjon kontrollida majakates kasutatavat tehnoloogiat otsese testimise teel. Arago nõudis selleks Becquey’ käest, et tema assistentideks oleksid Claude-Louis Mathieu ja Augustin Fresnel. Testimiseks pidi majakalambid tõstma alles ehitamisel oleva Triumfikaare tippu. Fresnel kaebas, et tal tuli mitmeid kordi päevas kaare tippu tõusta, et tulesid justeerida. 

Kuid ta sai kohe aru, milles on kasutusel oleva süsteemi probleem – nimelt peegel, mis ainult poole sellele langevast valgusest tagasi peegeldas, ülejäänu neeldus peeglis. Enamasti neeldus isegi rohkem. 

7.  Peeglite asemele läätsed

Fresnel otsustas peeglid läätsedega asendada, sest need poleks neelanud kaugeltki nii palju valgust, kui peegel. Kuid siin ilmnes kohe suur probleem – et murda kiired paralleelseks, pidi läätse kõverusraadius suur olema, seega siis lääts ise keskosast väga paks. Inglased olid läätse katsetanud 1789.a, kuid loobusid otsemaid, sest lääts oli keskelt viis ja pool tolli paks ning neelas palju rohkem kui mistahes peegel. Oleks ju võimalik läätse lambist kaugemale paigutada ja sellega oleks saanud läätse õhemaks teha, kuid sel juhul oleks läätse läbimõõt pidanud olema väga suur, palju suurem kui tol ajal valmistada osati.

Siis mõtles Fresnel välja tsonaalse läätse, jagades läätse kontsentrilisteks tsoonideks, mis olid nagu kontsentrilised valgust murdvad prismad. Kõik need kontsentrilised prismad murdsid lambi kiiratud valgust sellisel viisil, et tekkis ühtlane paralleelne kiirtekimp nagu ühestainsast läätsest lambi ees. Kuid Fresneli lääts oli palju-palju õhem ja seega ka kergem. Ta ise nimetas seda läätse „astmeliseks“ – lentilles à échelons. 

Selle ideega tuli Fresnel välja 1819.a augustis majakate komisjoni istungil, kus ta esitas aruande peeglite kasutamisest majakates (ja leidis selle olevat ebarahuldava). Komisjoni liige Charles arvas end olevat lugenud midagi sellist krahv Buffoni töödes. Fresnel kurvastas väga, et keegi oli temast jälle ette jõudnud (tuletagem meelde Thomas Youngi töid valguse lainelise olemuse kohta), kuid hiljem selgus, et Buffoni idee oli ikkagi teistsugune. Komisjoni veenmiseks otsustas Fresnel valmistada töötava mudeli. 

8.  Klaas ja lambid

Ta otsustas kasutada originaalläätsena tasakumerat läätse (Buffoni kaksikkumera läätse asemel) ja läätse materjalina kroonklaasi, mille refraktsiooniindeks oli küll väiksem, kuid klaas ise palju kergem.

Fresnel küsis komisjoni käest 500 franki, kuid isegi see, tolle aja kohta suur summa ei suutnud panna projektist huvituma Saint-Gobaini – Prantsusmaa riiklikku klaasivabrikut.   Töö võttis ette Choisy-le-Roi kompanii, kuid tulemus oli jube: tervet läätse nad teha ei suutnud, vaid ainult väiksemate polügoonidena ja isegi need olid täis mulle ja vööte.

Siis pöördus Fresnel François Soleil poole ja see meister oli ülesande kõrgusel, sest ta suutis klaasi kuumutamise teel kõrvaldada mullid ja triibud (isegi praegu ei teata täpselt, kuidas ta seda tegi). Soleil suutis isegi prismasid kaarekujulisteks painutada, nii et nad paremini astmelise läätse moodustaksid. Probleeme tekkis ka nende polügoonide kokkukleepimisega, sest väga tugev valgus sulatas tuntud liimid. Asi paranes, kui Arago kusagilt mingit kaladest saadud liimi hankis.

Ka lambiga oli tegemist, sest see pidi olema valgusvõimas ning samal ajal kerge. Arago ja Fresnel lahendasid selle probleemi nii, et lambis põles leek neljal kontsentriliselt paigutatud tahil, mille koguläbimõõt oli vaid kolm ja pool tolli. 

9.  Eksamid

Märtsiks 1820 oli katseseade valmis ja selle demonstratsiooniks kutsus Fresnel kokku nii palju majakate komisjoni liikmeid kui võimalik. Kuigi Fresnelil oli kasutada vaid üksainus paneel astmelist läätse, oli katse väga edukas ja Becquey tellis veel seitse paneeli, et terve aparaadi kokku saaks. Aasta pärast oli aparaat kokku pandud ja Arago korraldas 13. aprillil 1821 omapärase võistluse Fresneli seadme ja Lenoir’i ning Bordier-Marcet reflektorite vahel.  Fresneli läätsed paigutati ühele poole Pariisi observatooriumit ja konkurentide seade teisele poole observatooriumit. Pealtvaatajad kogunesid Montmartre’i kõrgendikule, kus ka kogu majakate komisjon oli tulnud katset jälgima ja mida võistlejad pidid oma seadmetega valgustama. Ka meremehi oli kohale kutsutud, kui tõelisi arbiitreid hindama võistluse tulemust.  Katse tulemuses polnud muidugi mingit kahtlust, sest Fresnel võitis mäekõrguselt. Becquey oli võlutud ja teatas, et Fresneli läätsed mitte ainult ei päästa tuhandeid meremehi, vaid aitab ka Inglismaale koha kätte näidata.

Cordouan tuletorn oli mitmel korral olnud kohaks, kus hakati rakendama moodsaid meetodeid. Nii ka seekord valiti Cordouan välja Fresneli läätsede katsetamiseks tegelikes tingimustes. Kuid esmalt pidid Fresnel ja Soleil läätsede ehitust parandama, sest Fresnel tahtis, et tasapinnalised läätsede paneelid tuleb asendada kumeratega, mis tuletorni lampi silindri kujul ümbritseksid – nii läheks valgust minimaalselt kaotsi. Pealegi oleks selline süsteem praktiliselt kaotanud sfäärilise aberratsiooni. Jällegi ei suutnud Choisy-le-Roi kompanii selliseid läätsi valmistada ja tuli pöörduda SaintGobaini poole. Nüüd ei saanud nad enam ära öelda, sest neid palus Sildade ja teede korpuse peamees ise. Prismad hakkasid Fresneli töökotta saabuma kaarjate lõikudena, mida Fresnel siis hoolega kontrollis ja üsnagi suur hulk neist tuli tagasi saata.

Fresneli abistasid lisaks Soleil’le ka noor insener Jacques Tabouret, kuid Fresneli suurimad abimehed olid ta kaks venda – Léonor ja Fulgence. 

Fresnel täiendas oma seadet veel kaheksa peegliga ülal ja 128 peegliga all – ikka sellepärast, et lambi valgusest nii suur osa kui võimalik suunata paralleelsesse kiirtekimpu. Juuliks 1822 oli asi niikaugel, et seadme sai toimetada taas Triumfikaare juurde. Becquey otsustas katsetuse lükata edasi, kuni Louis XVIII tagasitulekuni kuu aega kestnud äraolekust. Fresnel muidugi oli salaja enne oma seadet proovinud ja ta tunnistas vennale, et üsna mitmed pariislased olid öisel ajal Champs-Élyséel jalutades järsku hirmunult sattunud päikesepaistesse.

Suur katse toimus 20. augustil 1822, kuid kuninglik seltskond koos majakate komisjoni liikmetega kogunes Mortefontaine’i külakese katedraali juurde, 32 km põhjapool Pariisi. Öö oli kuuta, mis veelgi võimendas katse tulemusi. Kuningas koos komisjoniga kuulutas katse edukaks, sest valguskiir oli isegi nii kaugel pimestav.

10.  Cordouan

Fresnel pakkis oma seadme ja saatis selle Bordeaux’sse. Cordouani majakale sai läheneda vaid väga vaikse ilmaga ja tavaliselt viidi selle meeskonnale pooleaastane toiduvaru. Järelikult pidi uue seadme ülespanek ootama talve möödumist. 

Fresnel kasutas seda aega maksimaalsel viisil – ta kirjutas terve seeria artikleid, kus pani kirja valguse kui laineprotsessi põhjaliku teooria. Võib arvata, et selle loomingulise purske taga oli hirm oma tervise pärast, mis just sellel talvel hakkas kiiresti halvenema.

Kuid kevadel olid need hirmud selleks korraks möödas ja Fresnel sõitis Cordouani oma seadet üles panema. Kohalikud töölised olid tal pigem tüliks kui abiks ja tegelikku abi sai ta optika alal vaid Taburet’lt ja  lambi pöördemehhanismi osas kelleltki härra Hansult, kelle oli pöördemehhanismi valmistaja Bernard-Henri Wagner talle appi saatnud. 

25. juuliks 1823 oli majakas töös. Fresnel sõitis lähedal asuvad sadamad läbi, kus kõik tema majaka tule heledust imetlesid. Fresnel ikka veel kahtles ja ta küsis ka hollandi meremeestelt arvamust, kuid see oli samuti äärmiselt positiivne. Pole ka ime, sest Fresneli seadeldis oli sama hele kui 38 inglise parimat reflektorit ja tarvitas seejuures kaks korda vähem õli. Cordouani majaka tuli 64-meetrisest tornist oli selgesti näha suurema purjelaeva mastikorvist 61 km kaugusel! 

Majakatulede nähtavuse kohta vahetas Fresnel kirju Robert Stevensoniga, kes oli Šotimaa põhjapoolsete majakate nõukogu esimees ja ühtlasi kuulsa kirjaniku Robert Louis Stevensoni vanaisa. See mees teadis majakate kohta kõike, sest oli neid Šotimaa randadesse ehitanud kokku 16. 

1823.a valiti Fresnel teaduste akadeemia liikmeks ja järgmisel aastal andis valitsus talle Auleegioni ordeni.

Kuid Fresnel ei jäänud loorberitele puhkama. Talle tegi muret asjaolu, et isegi tema täiustatud seadmes läks vähemalt pool lambi valgusvoost kaduma, sest lambist kõrgemal ja allpool paiknevad prismad ei suutnud murda kiiri suurema kui 45-kraadise nurga all. Sinna paigutatud peeglitest oli kasu küll, kuid vähe. Fresnel mõtles välja briljantse lahenduse – asendada peeglid ikkagi prismadega, kuid sellistega, milles toimus täielik sisepeegeldumine. Nii sai ta katadioptrilise aparaadi, kus toimub nii kiirte refraktsioon (dioptriline osa) kui ka peegeldumine (katoptriline osa). Fresnel tegi läbi rehkendused ja valmistas väikese töötava mudeli, mis paigutati Saint-Martini kanalisse, kuhu see ka tööle jäigi.

11.  Carte des phares

Nüüd oli Prantsusmaa valmis alustama projekti, mis pidi selle riigi rannad varustama Fresneli läätsedel töötavate tuletornidega. Fresnel, kes oli selle ajani olnud majakate komisjoni ilma palgata ajutine abiline, sai nüüd Becquey  käsul komisjoni sekretäriks, kes ainsana komisjonist hakkas palka saama. Koos admiral Rosseli ja meremeeste esindajatega tegid nad kindlaks, kuhu, kui palju ja milliseid majakaid oli tarvis ehitada. 1825.a sai majakate kaart valmis, kus oli ettenähtud 51 majakat (selle ajani oli majakaid 13). Majakates kasutatavad läätsed jagati järkudesse – esimene järk, süsteemi läbimõõt ligi kaks meetrit, teine järk – 1.4 m, kolmas järk – 0.5 m ja nel;jas – 0.3 m. Nende lambid olid ka vastavad: 1. järk – nelja tahiga, 2. järk kolme tahiga, 3. järk kahe tahiga. Suurem osa majakaist uues plaanis – kokku 28 - olid esimest järku. 

Majakatulede vilkumise tekitas pöördemehhanism, mille kiirused olid igal majakal isesugused, nii et meremehed teadsid majakatulesid nähes otsekohe, kus nad parajasti asuvad. 

Järgmine Fresneli läätsedega majakaks sa Dunkirkis asuv Leughenaer. Seadme üleapaneku ajal sai Fresnel tuttavaks kellassepp Augustin Henry’ga, kellest edaspidi sai Fresneli majakatele mehaaniliste komponentide tarnija, ühtlasi uuendas ta oluliselt tulede pöörlemismehhanismi. Nii käis Fresnel läbi pea kõik Prantsusmaa majakad ja aitas seal üles panna oma seadme.

Kuid nende tootmine oli aeglane, sest vajalike astmeliste läätsede lihvimine käis käsitsi. Ja alles1826.a lõpul kasutati aurumasinat lihvimiseks, kuid see jäi ainult katseks. 

Suur mereriik Inglismaa ei jäänud selles majakate „võistluses“ pealtvaatajaks. Kuigi neil puudus selline ühtne riiklik süsteem nagu Prantsusmaal – neil palju eramajakaid, mis meremeestelt raha lausa välja pressisid, hakkasid nad seda looma ja Robert Stevenson tuli Prantsusmaale, et näha Fresneli läätsede valmistamist oma silmaga. Kohtumine oli väga sõbralik, kuid mõnevõrra takistatud, sest kumbki ei osanud teise keelt. Tagasi Šotimaal, tellis Stevenson kaks suurt Fresneli läätse ja ühe lambi, kuid ta ei kiirustanud sugugi neid üles panema. Üks põhjuseid oli David Brewster, kes oli vankumatult jäänud valguse osakeste teooria juurde ja võitles vihaselt ja isegi hullumeelsuseni ulatuvalt laineteooria ja seega ka Fresneli vastu.

12.  Lõpetuseks

Fresnel ei saanud kaua nautida oma loomingut Prantsusmaa randades, sest ta tervis halvenes kiiresti ja ta suri 14. juulil 1827, revolutsiooni aastapäeval, oma ema käte vahel.

Ent majakate revolutsioon sellega ei peatunud, sest Fresneli vend Léonor jätkas alustatut.

Oma teaduslike saavutuste eest sai Fresnel mitmeid tunnustusi. 1823.a valis Prantsuse teaduste akadeemia Fresneli üksmeelselt oma liikmeks. Ta oli Šveitsi Füüsika ja Loodusteaduste ajaloo Seltsi välisliige ja Londoni Kuningliku seltsi korrespondentliige. Oma viimasel eluaastal sai ta sellelt seltsilt Rumfordi medali. 

Tema nimi on üks seitsmekümne kahest, mis on kirjutatud Eiffeli tornile. Ja Kuul on tema nimi jäädvustatud Fresneli neeme (Promontorium Fresnel) ja sellest läänes asuva Fresneli väina (Rimae Fresnel) kaudu.

Kasutatud kirjandus

1.  Theresa Levitt, A Short Bright Flash: Augustin Fresnel and the birth of the modern lighthouse, W.W. Norton & Company, New York-London, 2013. 

2.  https://en.wikipedia.org/wiki/Augustin-Jean_Fresnel

3.  http://www.encyclopedia.com/people/science-and-technology/physicsbiographies/augustin-jean-fresnel

4.  Julia Elton, A Light to Lighten our Darkness: Lighthouse Optics and the Later Developmentof Fresnel’s Revolutionary Refracting Lens 1780-1900, Int. J. for the history of Eng.&Tech., Vol. 79, No. 2, 183-144, 2009.

[1] Fresneli optika-alased uuringud on siin ainult põgusalt esindatud  

1.4.1 Joseph von Fraunhoferi elu ja töö

Tõnu Viik

Lapsepõlv 

Joseph Fraunhofer sündis 6. märtsil 1787.a. kella 8 ja 9 vahel õhtul Kaalude märgi all Straubingi linnas Baieris. Ta oli noorim 11-lapselises peres, kellest ainult neli said täisealisteks. 

Tema isa oli klaasimeister Franz Xavier Fraunhofer, pärit Miesbachist Ülem-Baieris, kus tema esivanemad juba 1612.a. olid elanud. Kuidas nad omal ajal Straubingi olid tulnud, see pole selge. Teada on, et 1681.a. elas ja töötas Straubingis apteeker Bartholomäus Fraunhofer. Tema perekonnavapp oli sama, mis hiljem kõrtsmik Caspar Fraunhoferil Miesbachis - ju nad siis samast tüvest pärit olid. Kõrtsmiku poeg Johann

Michael ja tema onu läksid Straubingisse ja hakkasid seal klaasimeistriteks. Johann Michaelil sündis 1743.a. poeg, kellele anti nimeks Franz Xavier ja kellest sai isa ameti järgi samuti klaasimeister. 

Ema Maria Anna Fröhlich oli isal teine naine ja pärines riigiteenistujast klaasimeistri perekonnast. 

Lapsepõlves oli Joseph Fraunhofer (edaspidi Fraunhofer) kehva tervisega, mistõttu pole imelik, et ta üldse koolis ei käinud, seda enam, et üldist koolikohustust polnud veel kehtestatudki. Kuid klaasimeistri ametit pidi ta ometi lapsest saadik õppima. Ega see amet mingi kullaauk polnud, kuid äraelamise siiski kuidagi kindlustas.

Fraunhofer kaotas oma ema 11-aastaselt, kui ema kukkus keldritrepist alla. Ema kohta pidi täitma hakkama tema  kõige vanem tütar Maria Anna Viktoria, kes siis juba 20aastane oli. 

Järgmisel aastal suri ka Fraunhoferi isa oma 56. eluaastal ja poisile määrati eestkostjad: kaupmees ja linnavalitsuse nõunik Josef Gründberg ja viiulimeister Thumbardt, kes peatselt suri ja uueks määratud eestkostjaks sai treial Josef Beck. Straubingi ajaleht 1811. aastast kirjeldab eestkostjaid kui valjusid ja tooreid mehi, kuigi Joseph ise mõni kuu hiljem teatas, et ta nendele meestele oma kasvatuse eest tänu võlgneb. Treiali ameti õppimise pidi Fraunhofer siiski pooleli jätma oma nõrga tervise pärast. Siis leidsid eestkostjad talle koha, kuhu poiss õppima suunata - õukonna peeglimeistri ja klaasilihvija Philipp Anton Weichselbergeri juurde. Kuna õpperaha maksta polnud, siis lepiti kokku, et õppeaeg oli kuus aastat (ilma palgata), millest siiski kolmveerand aastat maha arvati, kuna poiss oli seda ametit juba isa juures õppinud. 20. augustil 1799 alustas Fraunhofer sõitu Straubingist Müncheni poole, taskus eestkostjate antud kaks teemanti, üks kulden reisirahaks ja kiri meister Weichselbergerile, kus eestkostjad olid soovinud, et uus peremees poisile nõuandjaks, isaks ja sõbraks oleks. Kahjuks koges Fraunhofer varsti, et Weichselberger seda soovi ei kavatsenudki täita:   kõikides allikates räägitakse meistrist kui valjust ja ihnsast laste töö kasutajast. 

Baierimaa XVIII sajandi lõpul ja XIX sajandi alguses

Prantsuse 1789.a. revolutsioon oli Euroopa valitsejates hirmu esile kutsunud, kuid paljudes riikides poldud ikka veel aru saadud, et lihtrahvas kuningate võimu iseenesestmõistetavaks enam sugugi ei pea. Kuigi isegi Pariisis läks võim pärast revolutsiooni ja terrorit  ikkagi end imperaatoriks kuulutanud Napoleon Bonaparte kätte, kes tahtis revolutsiooni ideid ka mujale Euroopasse viia. See tähendas sõda, sest ega Euroopa monarhid ei kavatsenud oma võimu vabatahtlikult käest anda.

Ka Baierimaal toimusid suured muutused – 1799.a. alguses suri kuurvürst Karl Theodor ja uueks valitsejaks sai Maximilian IV Joseph. Temaga koos tuli Münchenisse Maximilian von Montgelas, kes pidi saama tulevaste muutuste eestvedajaks. Ta oli küll juba Karl Theodori ajal Baieri riigiteenistuses olnud, kuid kuna tuli välja, et ta illuminaatide hulka kuulus, siis tuli tal oma ametiga hüvasti jätta ja maalt lahkuda.

Illuminaate peeti siis riigivastasteks ja kiusati taga kuidas jõuti.

Uus kuurvürst leidis Münchenis ees katastroofilise olukorra, sest Reini vasaku kalda alad olid kaotatud ja paremat kallast ähvardas Prantsusmaa. Rahaline olukord oli äärmiselt kehv.

Baieris oli 109 000 austria sõdurit ja kõik kartsid, et Austria keiser maa varsti annekteerib. Seda siiski ei juhtunud, sest Austria sai 3. detsembril 1800 Hohenlindeni lahingus Napoleoni käest hävitavalt lüüa. Tegelikult oli Austria Baierimaa juba mõni kuu varem Prantsusmaale loovutanud, mis muidugi rahva hulgas suure vihavaenu Austria vastu tekitas. Ning imelikul kombel suure poolehoiu prantslaste vastu.

Kui Montgelas pärast Luneville’i rahu 1801.a. veebruaris Napoleoniga kontakti otsis, siis toetas Baierimaa rahvas teda. Nende kontaktide tulemusena suurendas Maximilian IV Joseph Baierimaad tunduvalt ja sai 1806.a. Baieri kuningaks.

Õpiaastad 

Fraunhoferil oli juba lapsena soov õppida, kuid selle soovi täitmine ei osutunud lihtsaks, sest meister keelas igasuguse õppimise kus aga sai. Isegi pühapäeval ei lasknud meister poissi Feiertagschule'sse ja ei lubanud Fraunhoferil lugemiseks küünalt süüdata. Ta pidi päikesetõusust loojanguni töötama küll jooksupoisi, küll käskjalana. Ametiõppimine oli hoopis kõrvaline asi. Kuid siis täiesti ootamatult muutus Fraunhoferi elu täielikult.  

1801.a. kukkusid Weichselbergeri kaks maja Tiereckgäschen'il kokku. Ühes neist elas meister koos naise ja õpipoisiga. Paar päeva varem oli hakatud maju remontima, aga ei pandud tähele, et praod seintes aina laiemaks muutusid. Enne kokkukukkumist olid majad ragisema hakanud ja nii pääses meister ise koos teiste elanikega majast välja, kuid meistri naine ja Fraunhofer jäid sisse. Naine sai surma, kuid Fraunhofer kaevas ennast teiste abiga rusude alt välja, sest allalangenud lagi oli jäänud millegi taha kinni ning ei kukkunud Fraunhoferile päris peale. Päästeaktsiooni juhatas Müncheni politseidirektor von Baumgartner isiklikult ja päästetöid oli vaatama tulnud kuurvürst Maximilian IV Joseph, kes oli sellest päästeaktsioonist nii vaimustatud, et kinkis päästemeeskonnale 300 kuldnat. Weichselbergerile organiseeriti korjandus, mis 202 kuldnat 46 kreutserit sisse tõi. Lisaks sellele kutsus kuurvürst Fraunhoferi suveresidentsi Nymphenburgis, ning kinkis talle 18 tukatit ning lubas poissi veelgi aidata.  

Õnnetuse ajal tutvus Fraunhofer eduka ettevõtja Joseph von Utzschneideriga, kes päästmist jälgis ja  Fraunhoferi elus nii suurt rolli mängima hakkas, et temast tuleks lausa eraldi kirjutada. Utzschneider sündis 1763.a. vaeses perekonnas kohakeses nimega Rieden am Staffelsee. Tänu oma onule sai ta hariduse Müncheni kadetikoolis, mille nime oli hertsoginna Maria Anna von der Pfalz Neuburg muutnud 1777.a.

Marianische Landes-Akademie’ks. Kuna Utzschneider oli aidanud Illuminaatide ordut agaralt paljastada, siis sai ta 1784.a. õuenõuniku koha, kus ta tegeles Ülem-Baieri soode kuivendamise ja metsakorraldusega. Tal oli oluline roll Berchtesgadeni liitmisel Baieriga ja see andis talle Baieri kaubandusesindaja ameti Berchtesgadenis. Ta oli kahtlemata võimekas mees, kuid kaunis kannatamatu, mis talle rohkesti vaenlasi tõi ja

1799.a. pidi ta Berchtesgadenist lahkuma. Kui aga uus kuurvürst ametisse sai, siis tõusis Utzschneider ametiredelil kiiresti. Veel siis, kui keegi ei uskunud, et Maximilian Joseph uueks kuurvürstiks saab, laenas Utzschneider alalises rahahädas olevale Maximilianile suuri summasid. Juba 1800.a. oli Utzschneider rahandusministeeriumi salareferent, mis tänapäeval tähendaks riigisekretäri ametit. Kuid ega ta iseloom ei paranenud, nii et 1801 oli ta jälle ametist prii. Fraunhoferi päästmise ajal plaanis ta asutada mitut manufaktuuri nii Münchenis kui selle ümbruses. Pärast õnnetust külastas ta Fraunhoferit mõnel korral, kusjuures Utzschneiderile meeldis poisi tohutu teadmishimu, sest oli ta ju ise samal viisil ühiskonnas tõusnud.  

Fraunhofer proovis ise klaasimeistri ametit ja lihvis vabadel päevadel klaasi.

Utzschneider viis ta kokku optik Joseph Niggl’iga, kes prilliklaase tegi ja seda ka Fraunhoferile õpetas. Ka tutvustas ta Fraunhoferit astronoom Ulrich Schiegg'ile, kes  soovitas poisil palju lugeda ja eriti optikat õppida.

Sel ajal oli Utzschneider see, kes Fraunhoferi õpihimu igati toetas ning talle vajalikku kirjandust soovitas. Kuna Weichselberger Fraunhoferile igasuguseid takistusi seadis, siis pidi Fraunhofer otsima võimalusi õppimiseks. Ta põgenes vabadel päevadel Karli värava lähedal asunud aasale, kus luges heki taga (praegu on see piirkond botaanikaaed). See oligi Fraunhoferi gümnaasium!

1793.a. oli Müncheni sõjakooli professor Franz Xaver Kefer asutanud õpipoistele ja sellidele pühapäevakooli, mis Baieri riigile hakkas kuuluma ja kuhu meistrid pidid oma õpilased saatma. Seal sai Fraunhofer oma alghariduse. 1804.a. ostis ta ikka veel osaliselt alles olnud kuurvürsti rahadega ennast vabaks alandavast poolest õpiaastast meistri juures. 

Ta rajas oma ettevõtte ja hakkas seal nimekaarte trükkima, kuid ajad olid väga halvad ja inimesed ei tahtnud sellist asja osta, mis ilmtingimata polnud vajalik. Ettevõte läks pankrotti ja Fraunhofer pidi tagasi pöörduma Weichselbergeri juurde, seekord siiski juba sellina. 19. mail 1806 sai ta oma sellipaberid kätte, neis oli kirjas, et ta väga osav oma töös on ja et ta ilma erandita on end väga korralikult üleval pidanud. 

Vahepeal oli Utzschneider Fraunhoferi silmist kaotanud, sest tal endal oli palju tegemist manufaktuuridega, mis kuidagi nii suurt sissetulekut ei tahtnud anda, kui Utzschneider soovis. Ka oli ta end sidunud mehaanika-matemaatika instituudi asutamisega.

Töö algus

1800.a. marssisid Prantsusmaa väed Münchenisse ja kohe asutasid nad Topograafia Büroo, mille ülesandeks oli ümbruskonna täpsete topograafiliste kaartide koostamine. Tegelikult siis kahel eesmärgil, mis olid militaarne ja maksureformi läbiviimine täpsustatud kaartide alusel. Tööle võeti palju inimesi, nende hulgas ka Utzschneider. Kuid suur puudus oli täpsetest instrumentidest. Kuni 1806. aastani saadi neid John Dollondi käest Inglismaal, kes oskas väga puhast klaasi sulatada ja täpseid läätsi lihvida. Kuid siis kehtestas Napoleon kontinentaalblokaadi ja kaubavahetus Inglismaa ning kontinendi vahel katkes. Salakaubandus Inglismaa ja eriti Põhja-Saksamaa vahel puhkes õitsele, kuid kaubad läksid ülemäära kalliks. 

Üks nendest, kes taipasid, kui hädasti kontinendil optilisi täppisriistu vajati, oli Georg Friedrich  von Reichenbach. Ta oli meistermehaaniku ja kahuritorude puurija poeg, kes

19-aastaselt sai 500-kuldnase grandi Inglismaale praktikale sõiduks James Watti ja Matthew Boultoni juurde.  Ta kopeeris seal Watt’i aurumasina joonised, kuigi Watt neid saladuses hoida püüdis, ning õppis tundma raua töötlemist ning masinaehitust. Pärast kaheaastast Inglismaal viibimist asus ta elama ja töötama Münchenis, kus valmistas nn jagamismasina, mis oli võimeline jagama ringi äärmise täpsusega võrdseteks osadeks. Kuna Maximilian Joseph soovis Ambergisse relvavabriku asutada, siis nägi Reichenbach siin võimalust oma ettevõte rajada. Abiliseks leidis ta Joseph Liebherri, kes oli kellassepp, mehaaniku ja tornikellade meistri poeg. 

Reichenbachil õnnestus oma ettevõtte jaoks saada toetust – Baieri Teaduste Akadeemialt 600 kuldnat ja Baieri topograafilisest büroost 1000 kuldnat ning 1802.a. loodi Reichenbachi ning Liebherri mehaanika-matemaatika instituut. Põhiline seadeldis seal oli suur jagamismasin.  Äri ei tahtnud aga hästi minna ning Reichenbach pöördus Utzschneideri poole abi saamiseks. 

Utzschneider oli ärimehena ammu silma peal hoidnud Saksamaa optikameistritel ja leidnud, et need vähesed oskasid vaid prille ja kehva kvaliteediga miksroskoope teha.

Utzschneider soovis aga arendada täppisoptikat, ning nüüd avanes selleks suurepärane võimalus – 20. augustil 1804 sõlmiti leping  Utzschneideri, Reichenbachi ja Liebherri vahel, kus defineeriti täpselt igaühe ülesanded.  Kahurväe kapten Reichenbach  juhtis nii instituudi tehnilist kui teaduslikku suunda, Liebherr oli instituudi esimene meister ja töötas käsikäes Reichenbachiga ning  Utzschneider hoolitses vajaliku raha olemasolu eest ning juhatas instituudi kommertspoolt. Tähelepanuväärne on, et valmistatud instrumentidel vaid Reichenbachi ja Liebherri nimed seisid. Kuigi instituudi käsi tundus hästi käivat, andis ennast tunda hea flint- ja kroonklaasi puudus. Utzschneider ei tahtnud end lepingujärgselt vaid ärimeheks taandada ja võttis ette mitu reisi Lõuna-

Saksamaale, Austriasse ja Šveitsi, kus Neuchȃteli krahvkonnas Les Brenets’s sai tuttavaks Pierre Louis Guinand’iga. See mees oli leidnud viisi hea flintklaasi valmistamiseks ja Utzschneider kutsus Guinand’i tööle Baierisse, Müncheni lähedale Benediktbeuerni kloostrisse, mille ta 1805.a. oli ostnud. See oli hea koht, sest klooster oli ruumikas ja ümberringi oli palju metsa, kust sai lihtsalt puid klaasisulatamiseks ja lähedal paiknes ka kvartsliiva kaevandus. Utzschneider ehitas sinna klaasiahju, mis

1806.a. märtsis käiku läks. Kaks kuud hiljem kirjutati alla ka leping Guinand’iga, milles seisis, et meister vaid üksi ahju juures töötab. Lepingu järgi pidi Guinand saama 500 kuldnat aastas ja 20% tuludest ning klaasisulatamisretsepti eest 5000 kuldnat kümne aasta jooksul. Ka pidi ta ühe oma poegadest välja õpetama, et salajane retsept kaotsi ei läheks, kui Guinand juhtuks järsku surema. Aasta hiljem muudeti lepingut, sest Utzscneider tahtis kogu Benediktbeuerni toodangut ainult oma Münchenis paikneva mehaanikainstituudi tarbeks. Uues lepingus oli punkt, mis kohustas Guinandi välja õpetama inimest, kelle Utzschneider on välja valinud. Samas kasvas Guinand’i aastapalk 1600 kuldnani, kuid retsepti eest ja müügituludest saadavast rahast juttu enam polnud.      

1807. aastast oli  Fraunhofer Utzschneideri, Reichenbachi ja Liebherri optikainstituuti tööle arvatud. Milline pidi olema mulje, mille 19-aastane üheski koolis käimata noormees neile jättis, kui nad ta oma soliidsesse firmasse tööle võtsid! Kuid Müncheni ülikooli astronoomiaprofessor Schiegg’i mitmepäevase eksami tulemused ei jätnud kahtlemisvõimalust. Ning juba samal aastal koostas Fraunhofer traktaadi paraboolsete, elliptiliste ja hüperboolsete peeglite valmistamisest teleskoopide tarvis.

Kuid firma omanikud polnud peeglitest huvitatud ja Fraunhoferil tuli läätsede juurde tagasi pöörduda. 

Tõus karjääriredelil

Töö Benediktbeuernis käis nii, et Guinand sulatas klaasi ja Fraunhofer lihvis ja poleeris

seda vajalikku kujju. Lihvimine toimus Reichenbachi leiutatud pendellihvimismasinaga ja poleerimine Fraunhoferi leiutatud masinaga, kus kasutati vaikalusel niisket rauaoksiidi. See poleerimisviis oli küll juba üle viiekümne aasta vana, kuid Fraunhofer märkas, et  poleerida ei tohi liiga kiiresti, sest siis läätse kuju võib muutuda ja Fraunhofer laskis poleerida metronoomi taktis. Poleeritud läätsi tuli veel tsentreerida ja selleks konstrueeris Fraunhofer spetsiaalse kahekordse kangi põhimõttel töötava riista. Fraunhofer seadis sisse ka läätsede karmi kvaliteedikontrolli, alguses sfäromeetriga ja hiljem Newtoni interferentsrõngaid kasutades, saavutades nii täpsuse umbes 1/10 000 mm. Seda meetodit laskis Utzschneider kiivalt varjata.

Kõik see aitas Bendiktbeuerni toodangu kvaliteeti tõsta, kuid Fraunhofer polnud sugugi rahul klaasi kvaliteediga ja kontrollis seda pidevalt. See aga viivitas Utzschneideri arvates liigselt klientide tellimuste täitmist.

Muidu oli Utzschneider Fraunhoferiga ülimalt rahul. Niggl’i äraminekust saati oli Fraunhoferist saanud optikainstituudi juht, kes Utzschneiderile teatas, millist klaasi millises koguses vaja läks ja kui palju toorlihvijaid veel vaja läks. Ainult klaasisulatamise üle tal kontrolli polnud. 

28. jaanuaril 1809 kirjutas Utzschneider Fraunhoferile, et tema ja Reichenbach tahavad tulla Benediktbeuernisse, et Fraunhofer firma osanikuks kutsuda ja selleks leping sõlmida ning alates 7. veebruarist selline leping ka jõustus. Lepingus oli eraldi ära märgitud, et Fraunhofer peeglitega tegelda ei tohi ja et osanikuna saab ta kolmandiku kasumist. 

Kohe suurendas Fraunhofer töötajate arvu – aprillist hakkasid seitse uut poissi toorlihvimisega tegelema, kes said töö eest vaid süüa ja magamiskoha, aga mitte palka.  Ja mis veel tähtsam, Utzschneider andis Guinand’ile käsu Fraunhofer klaasisulatamise saladustesse pühendada.

Fraunhofer hakkab klaasi sulatama

Sisuliselt tähendas see, et Fraunhoferist oli saanud de facto optikainstituudi juhataja nii Benediktbeuernis kui Münchenis.  

See aga tähendas, et Guinand’i ja Fraunhoferi suhted halvenesid veelgi, sest nüüd pidi Guinand oma klaasisulatamise saladused Fraunhoferile avaldama. Küsimus polnudki mitte niivõrd ainetes ja nende kogustes, mis klaasimassi saamiseks kokku tuli segada, vaid sulatamisprotsessis endas. Sula klaas sulatas ka ahju seinu ja nii lisandus ebasoovitavaid aineid klaasimassi. Lisaks vajus flintklaasi saamiseks massi lisatav pliioksiid ahju põhja, muutes nii saadud klaasi triibuliseks. Guinand oli osanud selle probleemi lahendada, sest ta oli kirikukellade valamisel näinud, kuidas sula metallimassi segati. Selle võttis Guinand ka klaasisulatamisel kasutusele. Raskusi valmistas aga segava varda materjali leidmine. Lõpuks hakkas ta kasutama puust varrast, mille peal oli savikiht ärapõlemise vastu. Teine Guinandi leiutis seisnes selles, et korraga sulatati ahjus kaugelt suurem hulk klaasi, kui senini oli tehtud - kuni 100 kilo korraga. Saadud tükid saagis ta pooleks ja võttis kasutusele vaid homogeensed osad.

Fraunhofer töötas kaks aastat Guinand’i käe all, kuni lõpuks Utzschneider kogu töö ülevaatamise Fraunhoferile andis. Ja juba teisel Fraunhoferi juhatusel tehtud 100kilosel flintklaasi sulatisel oli klaasi murdumisnäitaja ploki allpool sama suur kui üleval.  

Kroonklaasiga oli lugu palju halvem, sest kuidagi ei saadud värvitut klaasi, ikka oli ta alguses kollakas ja hiljem jahtudes lausa läbipaistmatult rohekas-kollane. Ei aidanud suurem ahi ega pikem korsten paremaks äratõmbeks. Lõpuks taipas Fraunhofer, et põhjus on kokkusulatatavate ainete puhtuses. Ta hakkas puhastama kaltsiumkarbonaati ja kvartsi tooma Pillertalist Tiroolis, ning ka seda puhastama lisanditest. Seejärel uuris

Fraunhofer sulatamisele minevate ainete koguseid, ning avastas, et kui ta vähendab kaltsiumkarbonaadi kogust ja suurendab lubja hulka, siis jääb klaas läbipaistvaks. Ka avastas ta, et ahju ei tohi korraga täita, vaid uus portsjon segu tuleb lisada alles siis, kui eelmine on täiesti sulanud. 

Lisaks leidis ta, et väikesete õhumullide esinemine läätses ei halvenda kuidagi vaatlusteks kasutatavate läätsede omadusi.       

Klaasi omaduste paranemine tähendas seda, et Fraunhofer sai suuremaid läätsi valmistada: 1811 – läbimõõduga 77 mm, 1812 – 61 kuni 83 mm, ning sama aasta lõpul akromaatilisi läätsi läbimõõduga 176 mm. Sellise läbimõõduga läätse sai Napoli observatoorium. See oli juba väga kõva sõna.

Kuid sellel oli oma hind, sest Fraunhoferi ja Guinand’i suhted halvenesid niivõrd, et Guinand 1813.a. asjad kokku pakkis ning koos oma naise Rosaliega tagasi Les Brenet’sse läks. Kuigi ta ei tohtinud lepingujärgselt kellelegi klaasisulatamise detaile avaldada, rajas ta Les Brenet’sse oma optikatöökoja, mis aga edu ei toonud. 1816.a. tahtis ta tulla Benediktbeuernisse tagasi tingimusel, et  ei Fraunhoferil ega tema assistendil Blochmannil selle kohta midagi öelda oleks. Utzschneider isegi ei vastanud sellele kirjale.

Kuni selle ajani, kui Benediktbeuernis head optilist klaasi saadi Guinand’i retsepti järgi suhteliselt ebakindlalt, siis püüdis Utzschneider optikainstituuti vee peal hoida prillide ja ooperibinoklitega kaubitsedes. See aga polnud eriti tulutoov, sest Saksamaal valitses sel alal väga tugev konkurents. Pealegi oli Utzschneideri soov olnud kogu aeg valmistada kõrgekvaliteedilisi optilisi instrumente. 

Ent Fraunhoferi uuendustega olukord muutus ja firma hakkas avaldama oma toodete hinnakirju kogu Euroopas. Pakuti kokku 56 erinevat toodet, mille hulgas oli kuus akromaatilist objektiivi. Uute toodete hulgas olid mikroskoobid – ainult 529 kuldna eest, millel olid Fraunhoferi idee kohaselt igas suunas liigutatavad peeglid vaadeldava objekti valgustamiseks ning ka mikromeetrid mõõtmiste tegemiseks. Uued tooted olid ka heliomeeter, millega sai ülitäpselt Päikese diameetrit mõõta, samuti komeediotsija  175 mm objektiiviga, kiire ja aeglasema liigutamise võimalusega ning tsentrifugaalpendliga varustatud kellaga, mis võimaldas teleskoopi kogu aeg tähele suunatuna hoida.

Fraunhoferi teadustöö

Fraunhofer oli iseõppija ja ka tema teaduslik tegevus oli enamasti suunatud rakendustele. 

Läätsoptika üheks valupunktiks on kromaatiline aberratsioon, st erineva lainepikkusega kiired ei koondu pärast kumerläätse läbimist ühte ja samasse fookusesse. Juba Euler oli pakkunud välja, et üheks võimaluseks kromaatilise aberratsiooni vähendamiseks võib olla erineva murdumisnäitajaga läätsede kombinatsioon. John Dollond tõestas oma katsetega, et kui kombineerida kroon- ja flintklaasist läätsi saab tõesti kromaatilist aberratsiooni vähendada. Kuid teaduslik põhjendus ikkagi puudus ja Fraunhofer hakkas selle probleemiga tegelema. Esimese asjana hakkas ta mõõtma erinevate klaasisortide murdumisnäitajaid, kasutades prismasid. Siis otsis ta aineid, mis ainult ühevärvilist valgust läbi laseksid. Neid ta ei leidnud, kuid märkas, et erinevatest valgusallikatest lähtunud valgust prismast läbi lastes tekivad “värvipildis” ehk siis spektris teravad tumedad jooned. Praegu me ütleme, et need olid naatriumi D neeldumisjooned.   Ta konstrueeris ka spetsiaalse kuue-lambi-seadeldise, millega sai mõõta ainete murdumisnäitajaid. 

Seejärel laskis ta päikesevalgust pimedasse tuppa prismale läbi kitsa pilu ja nägi “värvipildis” tumedaid jooni. Neid oli varem ka Wollaston näinud (1802), kuid ei pööranud neile mingit tähelepanu. Kuid Fraunhofer taipas, millist kasu tõuseb neist ainete dispersiooni määramisel. Ta tähistas need jooned suurte tähtedega Ast kuni Zni. Mõned jooned olid nii tihedasti koos, et Fraunhofer jagas need gruppidesse ja tähistas need väikeste tähtedega. Selle D-joone, mis oli olnud kunstliku valguse lahutamisel, leidis ta ka Päikese spektris. Nende tumedate neeldumisjoonte abil hakkas Fraunhofer ainete murdumisnäitajaid määrama. Kui neid tulemusi võrrelda tänapäevastega, siis leiame erinevused alles neljandas kohas pärast koma!  

Ta tegi kindlaks ka värvide suhtelise heleduse Päikese spektris, näidates, et kollane värvus on kõige intensiivsem, aga samuti ka selle, et need avastatud tumedad jooned on seotud valgusallikaga, so siis Päikesega.

Fraunhofer tegi katseid ka elektrivalgusega. Elektrilampe siis veel polnud, kuid ta asetas kahele paralleelsele juhtmele klaaskiu ja laskis neist voolu läbi. Kiud hakkas helendama ja selle valguse lahutamisel prismas tekkis mitu heledat joont ehk siis emissioonjoont.

Nii sündiski spektraalanalüüs ja leiutati spektroskoop.

1814.aastal lahkus Reichenbach firmast, et asutada koos Traugotti ja Erteliga uus optikafirma. Ta polnud rahul sellega, et hoolimata optikaäri heast käekäigust oli Utzschneider firma võlgadesse tüürinud. Seega sai Fraunhoferi valitsuse alla ka metalli- ja puutöökoda Münchenis – kuigi seda nominaalselt juhatas Rudolph Sigismund

Blochmann, kes 1818 lahkus paremini makstud töökohale Dresdenis - ning ta hakkas tõsiselt tegelema teleskoopide mehaaniliste probleemidega, eriti just parallaktilise monteeringuga. 

1819.aastal esitles Fraunhofer Müncheni tööstusnäitusel 9-tollise objektiiviga teleskoopi, mille eest hõbemedali sai.

Mis Fraunhoferil oli kaua puudunud, oli tunnustus ja sellega hakkas tegelema Baieri Teaduste Akadeemia liige Johann Georg Soldner, kes oli trigonomeeter Baierimaa haldusaparaadis. Tema eesmärgiks sai Fraunhoferi akadeemia liikmeks valimine. See polnud kerge, sest vanad akadeemikud ei tahtnud näha akadeemias meest, kelle pole mitte mingisuguse kooli lõputunnistust ette näidata. Kuid Fraunhoferi edusamme optikas ei saanud nad ka eitada. Nii sündis kompromiss – 15. veebruaril 1817 valiti Fraunhofer Baieri Teaduste Akadeemia korrespondentliikmeks.

Kuid talle jäi meelde akadeemikute öeldu, et ta pole teadlane ja ta otsustas neile tõestada, et neil pole õigus. Ja Fraunhofer asus uurima valguse difraktsiooni ning aastatel 1821-1823 ilmus tal kaks nn Baieri akadeemia memorandumites avaldatud olulist tööd. Esimene neist käsitles valguse difraktsiooni ja teine valguse leviku seaduspärasusi.  Need tööd põhinesid Fraunhoferi katsetel – ta laskis päikesevalgust läbi pilu, mille laiust sai reguleerida, ja jälgis läbitulnud valgust teodoliidiga, et valguskiire kõrvalekaldumist saaks  registreerida. Ta jõudis tulemusele, et see kaldumisnurga suurus on pöördvõrdeline pilu laiusega. Fraunhofer tegi kindlaks ka selle, et kui päikesevalgust lasta läbi ümmarguse ava, siis tekivad värvilised rõngad, mis seda suurema diameetriga on, mida väiksema diameetriga on ava. Selleks, et kontrollida, kas need kaldunud kiired ka omavahel interakteeruvad, tegi ta neljakandilise raami ja kinnitas raami kahele vastasküljele peened kruvid (169 keerdu ühel pariisi tollil, ehk siis iga keerd oli teisest 0.16 mm kaugusel) ja mässis peenikese traadi ümber mõlema kruvi, nii et Fraunhofer sai tegelikult paralleelsetest traatidest koosneva võre. Oma üllatuseks sai ta  sellest päikesevalguse läbilaskmisel samasuguse spektri kui pilust läbilaskmiselgi, ainult et joontevaheline kaugus hoopis teistsuguse seaduse järgi käitus kui prismaspektris.

Seejärel kattis ta tasase klaasplaadi ühe külje õhukese kullakihiga ja tegi sellesse väikese vahemaa tagant paralleelsed vaod. Kui ta sellele päikesevalguse suunas, tekkis taas tuttav spekter. Edasi taipas ta, et kuld pole üldse vajalik ja ta graveeris teemantotsikuga jooni otse klaasile. Ta saavutas uskumatuid tulemusi, graveerides võre, kus oli 3601 joont vahekaugusega 0.0033 mm (praegu Tõraveres kasutataval parimal võrel on 2400 joont millimeetrile, st joonte vahekaugus on 0.00042 mm). Ta määras ka mitmete, nüüdseks Fraunhoferi spektrijoonte lainepikkused väga suure täpsusega. Toome siin näitena tabeli (lainepikkused on millimeetrites):

Kõikide nende katsete tulemusena kirjutas ta, et need aitavad kinnitada valguse lainelist loomust.

Elu kõrghetked

1817. ja 1818. aasta näljahäda oli  pankrotti ajanud selle panga Münchenis, kellega Utzschneider tihedalt seotud oli ja mistõttu ka Utzschneider kitsikusse sattus. Teda päästis kuurvürsti lesk, kes oma osa eest linavabrikus 35 000 kuldnat sisse nõudma ei hakanud. Aga Benediktbeuerni kloostrihooned pidi ta maha müüma, ainult  klaasiahjud, puusepatöökoda ja lihvimisvahendite ladu  jäid paika. Optikainstituut kolis Münchenisse ja selle esindajaks Benediktbeuernisse jäi Jungwirth.   

Kuna Fraunhofer nüüd Münchenis elas, siis oleks tal lihtne olnud Baieri akadeemia istungitel käia, aga seda talle ei lubatud, sest ta oli vaid korrespondentliige. Mitmed akadeemikud, nagu botaanik Frank von Schenk, toetasid igati Fraunhoferi soovi saada täisakadeemikuks, kuid paljud olid vastu, sageli oma tegelikke vastuseisu põhjusi varjates selle taha, et Fraunhofer polnud koolis käinud. Vaidlused käisid mitu kuud, kuni lõpuks kompromissile jõuti – Fraunhofer valiti erakorraliseks akadeemikuks, istungitest osavõtu õigusega.    

Tolle aja kohta suurima tähtsusega töö oli heliomeetri tegemine C.F. Gaussile, mis valmis 1814. aastal ja saadeti Göttingeni. Gauss oli ammu sellist instrumenti soovinud ja uurinud ka inglaste pakkumisi, kuid inglise meistrite hinnad olid palju kõrgemad kui

Fraunhoferil. See oli suur läbimurre, sest Gauss oli ülemaailmselt tunnustatud matemaatik ja astronoom ning Fraunhoferi kuulsus kasvas tunduvalt. Pealegi ostis

Gauss Benediktbeuernist veel mitu instrumenti, selleks 1816.a. isiklikult kohale sõites.    Järgmine suur töö oli Königsbergi 6.2 tollise heliomeetri valmistamine F. Besselile, kuid Fraunhofer selle jõudmist Königsbergi enam ei näinud.

Gaussi 12-päevane  külaskäik Münchenisse ja Benediktbeuernisse avas nagu väravad ja külalisi hakkas saabuma lähedalt ja kaugelt. Fraunhoferile huvitav külaline kohe Gaussi järel oli Jena matemaatikaprofessor (hiljem Bonnis) Karl Dietrich von

Münchow, kes oli läbi rehkendanud akromaatilise objektiivi. Külaskäigul saatis teda Jena füüsikaprofessor Johan Heinrich Voigt.

Ka Taani füüsik Hans Christian Ørsted veetis 1822.a. jõulud kuni järgmise aasta 10. jaanuarini Benediktbeuernis.

Kindlasti tuleb mainida kuulsa astronoomi Wilhelm Herscheli poja John Frederick

William Herscheli külaskäiku 1824. aastal, kes tuli kontinendile eesmärgiga koguda informatsiooni klaasisulatamise kohta. Kohtumisel kirjeldas Fraunhofer talle neeldumisjooni Päikese spektris ja Herschel rõhutas selle avastuse suurt tähtsust maailmapildi kujunemisel.

Mitte ainult teadlased polnud külastajateks, vaid ka avaliku elu tegelased, nagu näiteks Baieri kuningas Maximilian IV Joseph, kes 1822.a. oma kaitsealust vaatama tuli. Temaga koos oli peaminister krahv Maximilian von Montgelas, kellega Fraunhofer mägedes matkamas käis. 

Ka vene tsaar Aleksander I külastas optikainstituuti Münchenis, kui oli tagasiteel Viini rahukongressilt 1815.a. Vähemalt on nii kirjas Utzschneideri päevikus. Veel on tähtsate külaliste hulgas  kirjas Prantsuse saadik Lagarde, vene saadik krahv Friedrich von der

Pahlen, täievoliline Prantsuse minister Viini rahukongressil hertsog Emmerich Joseph von Dalberg,   Šveitsi ülemmetsa-  ja mäenõunik Johann Heinrich Daniel Zschokke, kes Fraunhoferi isiklik sober oli. 

Juba varem oli Fraunhoferil valmis saanud senini suurim akromaatiline objektiiv läbimõõduga 243.6 mm. See sai teleskoobile, mille oli tellinud F.G.W. Struve ja mis enne ärasaatmist Tartusse oli välja pandud vaatamiseks Müncheni Salvatori kirikusse. Ja vaatajaid jätkus, sest avalikkusele oli see teleskoop otsekui Baieri riigi suurteos. Tartusse jõudis teleskoop 10. novembril 1824 pakituna 21 kasti. Maksma läks see 13440 kuldnat ja tänutäheks kinkis tsaar Aleksander I Fraunhoferile briljantsõrmuse ja samasuguse sõrmuse sai ka Struve. Struve  kasutas seda teleskoopi ennekõike α Lyrae kauguse ning tuhandete kaksiktähtede mõõtmiseks, unustamata kiitmast selle ekvatoriaalmonteeringuga teleskoobi omadusi, selle teleskoobi juurde kuuluvat mikromeetrit  ja kogu instrumendi valmistajat.

Võib öelda, et Tartu refraktori valmistamine oli Fraunhoferi elu kõrgpunktiks. Pärast seda ta tegeles palju optiliste nähtuste, nagu halod ja vale-päikesed, seletamisega.  1823.a. nimetati ta Baieri akadeemia füüsikakogude konservaatoriks, mis Fraunhoferilt küllalt palju aega võttis, kuid aastas 800 kuldnat sisse tõi. Ka pidi ta akadeemias optika loenguid pidama, saades selle eest professori kutse ja ka palka.  

Elu ja töö lõpevad

Fraunhoferi töövõime oli legendaarne. Ta suutis võtta enda kätte suure firma juhtimise, olles ise ilma süstemaatilise hariduseta, ja viia see firma majanduslikule õitsengule. 

Kuigi teda kirjeldati tagasihoidliku ja vaikse inimesena, siiski vaatas läätsede tootmist alati ise üle, haamer käes. Kui läätsel oli kas või imetilluke viga, lõi ta selle puruks - firmast pidi välja minema vaid parim toodang.

Ta kaebas oma kirjades, et ei saa teha firmajuhtimise tõttu nii palju teaduslikku uurimistööd kui ta tahaks, ja pealegi peab ta paljusid oma avastusi salajas hoidma. Vastuolud olid tal ka Utzschneideriga, kuigi kaugeltki mitte nii tugevad, nagu mitmed eluloo kirjutajad on arvanud. Loomulikult soovis Utzschneider ärimehena, et firma toodangut annaks, seejuures kvaliteetset ja õigeks ajaks. Fraunhofer soovis aga asju paremaks teha, kuid see  võttis palju aega. 

Kuigi Fraunhoferi päritolu oli tolle aja standardite kohaselt madal, siiski sai ta palju ametlikke tunnustusi oma töö eest.

Pärast Tartu refraktori valmimist sai ta Baieri võimudelt Müncheni aukodaniku tiitli, mis muuseas tähendas ka seda, et ta tulumaks kaotati. Kuningas Maximilian IV Joseph tõstis Fraunhoferi pärast Tartu teleskoobi näitamist Salvatori kirikus Münchenis "zum Ritter des Civildienstordens der Bayerischen Krone", millega käis kaasas pärandatav aadlitiitel. 

Erlangeni ülikool valis ta filosoofia doktoriks.

Oktoobris 1825 jäi ta kopsudega tõsiselt haigeks - ilmselt tuberkuloosi. Jaanuaris kirjutas see alistumatu mees oma sõbrale H. C. Schumacherile: "… oma rinnavea tõttu olen ma nüüd juba neli kuud olnud arstide käes. Kuigi haigus pole ohtlik, võin ma ikkagi sellesse surra, kui haigus pole tagasi andnud enne kui tulevad pehmemad ilmad või kui ma pole saanud korralikku ravi. Kaks arsti arvavad, et ma peaksin veetma talve Lõuna-Itaalias. Kuid ma pole sellega nõus, sest see  takistaks mul täitmast oma ülesandeid ja sellest võiksid sündida suured kahjud, mis võtaksid mult mitu aastat nende taastamiseks, nii et ma ei saa ette võtta sellist kallist söitu. Pealegi poleks see mul niisuguse külma ilmaga sugugi ohutu, kuna näiteks jäin ma hiljuti palavikku kui korrigeerisin teleskoopi avatud akna all. Ma pean nüüd veetma aega sängis ja tegema oma tööd seal, mis pole mitte kergem, sest niipalju kui võimalik, pean ma hoiduma rääkimisest."

Fraunhofer suri 7. juunil 1826, olles paar päeva enne seda saanud teate, et talle on annetatud Taani Dannebrogi orden. Utzschneiderile lubati oma soovi kohaselt valida hauaplats Fraunhoferile. Utzschneider valis platsi vaid mõni päev varem surnud Georg von Reichenbachi kõrvale Müncheni Südfriedhofi kalmistul. 

Fraunhoferi hauakivil seisab "Sidera approximavit".

Kasutatud kirjandus

1.     Hans-Peter Sang, Joseph von Fraunhofer. Forscher. Erfinder. Unternehmer.

Verlag Dr. Peter Glas, München, 1987. 

2.     The historic Fraunhofer glass-works in Benediktbeuern, Fraunhofer Gesellschaft and the Haus der Bayerischen Geschichte, Ed. Josef Kirmeier and Evamaria Brockhoff, 1990.

3.     J.Fraunhofer, Ueber die Construction des so eben vollendeten grossen Refractors. Astronomische Nachrichten, vol. 4, No 74, s. 17 - 24, 1826.

4.     W. Struve, Nachricht von der Ankunft und Aufstellung des Refractors von

Fraunhofer auf der Sternwarte der Kaiserlichen Universität zu Dorpat,   vol. 4, No 75, s. 37 - 44, 1826.

5.     P.L. Pease, Joseph Fraunhofer (1787 - 1826) and heterochromatic photometry,       Nature, vol. 326, No 6108, pp.17 - 18, 1987.

6.     A. H. Batten, Joseph von Fraunhofer, J. Roy. Soc. Can., vol. 81, No 3, pp. 106 - 107, 1987.

7.     Letter from J.F.W. Herschel, Esq., F.R.S. to M. Schumacher, Slough, August 15, 1825.

8.     J. v. Utzschneider, Kurzer Umriss der Lebens-Geschichte des Herrn Dr. Joseph von

Fraunhofer, München, 1826. 

9.     M. Schramm, Der Beitrag J. v. Fraunhofers zur Astronomie [1], Lehrstuhl für

Geschichte der Naturwissenschaften, Universität Tübingen. 

10.  G. L'E Turner, Technologist of genius: Joseph von Fraunhofer (1787 - 1826), Physics Bulletin, October 1976.

11.  P.-E. Andersen, En redegørelse for spektralanalysens oprindelse, Institut for de Eksakte Naturvidenskabers Historie, Aarhus Universitet, 1969.

12.  K. Nielsen, Joseph Fraunhofer, Astronomisk Tidskrift, No 3, pp. 97 - 107, 1988.  

1.5.1 Johanes Kepleri elu ja töö

Tõnu Viik

1.   Sissejuhatus

Johannes Kepler oli mees, kes erakordse visadusega rühkis oma eesmärgi poole, milleks oli planeetide liikumise seaduspärasuste kindlakstegemine. Selleks kulus kaheksateist pikka aastat, mille jooksul ta pidi võitlema suurte raskustega: kannatades sageli oma nõrga tervise tõttu, taludes usulist tagakiusamist ja otsides pidevalt teenistust oma pere ülevalpidamiseks.

Ent tema töö pani aluse teoreetilisele astronoomiale ja rajas tee gravitatsiooniseaduse avastamisele. Aga ta andis panuse ka  integraalarvutusse, kui ta leidis meetodi pöördkehade ruumala leidmiseks. Kepleri uurimused optika alal, nagu valguse murdumisseaduste uurimused, teleskoopide optiliste süsteemide teooria loomine, sh refraktori optilise skeemi kirjeldamine, olid oluliseks sammuks optika muutumisel tõeliseks teaduseks. Üksiti arvutas ta logaritmide tabeleid ja arendas logaritmide teooriat. Sellest pole palju aega tagasi, kui avastati Kepleri panus esimeste mehaaniliste arvutusvahendite loomisesse.

Lisaks kõigele võime peaaegu kindlalt väita, et Kepler oli esimene, kes taipas loodusseaduste tegelikku sisu. Kuni tema ajani oli seaduspärasusi otsitud mitte looduses, vaid oma mõttelistes skeemides ja pärast seda püüti loodust nendesse väljamõeldud raamidesse suruda.

Siinkohal võivad need väited tunduda kaunis õõnsatena, kuid kui me inimkonna arenguprotsessi süüvime, siis alles selgub, milline määratu tähtsus oli niisuguste ettekujutuste süsteemi murdmisel.

Vaatame nüüd lähemalt, milline oli selle geniaalse inimese elu ja millise panuse andis ta teadusesse üldse.

2.   Lapsepõlv ja noorusaeg

Baden-Württenbergi liidumaal Stuttgardi lähedal asub väike linnake nimega Weil der Stadt.

Selles linnas, 27. detsembril 1571. aastal kell 14:30 sündis linnapeast vanaisa majas Johannes Kepler. Perekond Keplerid olid linna elama asunud alles umbes 50 aastat tagasi, kui Nürnbergist kolis Weili linnakesse (siis oli linnal lühem nimi) köösner Sebald Kepler. Nii et tulevane kuulus astronoom pärineb käsitööliste perest. Ometi on ta ise kirjutanud, et Püha Rooma riigi keiser Sigismund lõi 1430. aastal rüütliks kaks Kepleri hõimlast - Heinrichi ja tema venna Friedrichi Tiberi sillal Roomas. Seega ei puudu Kepleri suguvõsas ka siniveri. 

Sebaldil  oli suur pere ning üks tema poegadest, ka Sebald, kes muide oli  ajavahemikul

1569 kuni 1578 Weili linnapea, abiellus lähedasest Marbachi linnakesest pärit Katherina Mülleriga. Ka neil oli palju lapsi. Vanuselt neljas poeg, seiklusteotsija Heinrich, abiellus 16. mail 1571 naaberküla Eltingeni kõrtsmiku tütre Katherina Guldenmanniga.  Mõlemad olid abiellumise ajal 24-aastased ning juba seitsme ja poole kuu pärast sündis neil väga väeti poeg, kes ristiti  Johanneseks ja kellest saigi maailmakuulus teadlane. Kuna Heinrich koos naisega jäid pärast abiellumist elama isa majja, siis seda maja kutsutakse siiani Kepleri majaks. Praegu on selles Kepleri muuseum.

 (http://www.kepler-museum.de/?language=deutsch).

Kepleri isa oli tõepoolest seikleja, sest juba 1574. aastal poolenisti põgeneb ta kodunt Belgiasse katoliku kuninga Philipp II palgasõduriks, kuid järgmisel aastal käis Kepleri ema, kes äiaga sugugi läbi ei saanud, tal seal järel ja tõi koju tagasi. Nad asusid elama naaberlinnakesse Leonbergi. Aasta pärast kadus isa kodunt jälle Belgiasse, ent tuli peatselt tagasi, sest seal taheti teda mingi kuriteo pärast üles puua. Ta müüs maja, kolis perega  Elmendingenisse  ja avas kõrtsi nimega “Zur Sonne”, kuid 1583. aastal kolisid nad jälle, seekord tagasi Leonbergi ning 1589.aastal kadus isa uuesti, seekord lõplikult.

Kepleri ema Katherina oli väikest kasvu, tõmmu, lobisemishimuline ja riiakas, mistõttu sattus sagedasti tülidesse sugulaste ja naabritega. Aga ta tundis hästi ravimtaimi, korjas ning kuivatas neid ja aitas tihti oma lähedasi tervisehädade puhul.

Niisuguses raskes keskkonnas möödus Kepleri lapsepõlv. Aga asi oli tegelikult veel hullem, sest noor Kepler oli põdura tervisega ja oli sageli haige. Kui ema läks isa otsima Belgiasse, haigestus Kepler rõugetesse ja ainult õnnekombel pääses surmast. Peaaegu kogu elu kiusasid teda nahahaigused, paised, igasugused lööbed ja ohatised, aga samuti ka maksa- ja maohaigused, mille pärast pidi ta ranget dieeti pidama. Ka oli tal sageli palavik ning rängad peavaluhood.

Nõrk tervis ei võimaldanud tal tõsiselt tegelda astronoomiliste vaatlustega, kuid veel suuremaks takistuseks olid kaasasündinud silmahädad –  tugev lühinägelikkus ja monokulaarne polüoopia ehk ta nägi mitmekordseid kujutisi.

Siiski on tal lapsepõlvest kaks väga eredat mälestust: ta nägi kuueaastaselt esimest korda komeeti ja üheksa-aastaselt kuuvarjutust. (Komeet muide on erakordselt tähtis astronoomia ajaloos, sest just selle komeedi vaatlustega tegi Tycho Brahe kindlaks, et see on Maast vähemalt sama kaugel kui Veenus. Tycho järeldas siit, et komeedid ei liigu mööda tahkeid sfääre, nagu siiani arvati ja on väljaspool Maa atmosfääri.) Kuuest õest-vennast olid tal head suhted vaid õe Margaritaga.

Seitsmaaastaselt pandi Kepler algkooli, kus õpetati lugemist ja kirjutamist saksa keeles ning elementaarset rehkendamist. Nähes Kepleri andekust soovitas õpetaja tungivalt Kepleri vanematel viia poiss otsekohe edasi õppima ladina kooli, kust pidid tulema kirikuteenrid ja riigiametnikud. Õpilasi kohustati rangelt vaid ladina keeles omavahel suhtlema.

Kui kool viie aasta pärast läbi sai, otsustasid vanemad poisi vaimuliku karjääri kasuks, sest rasket põllutööd tegema ei olnud ta suuteline. Selleks aga oli vaja enne lõpetada madalam ja kõrgem seminar. Veel enne ladina kooli lõpetamist tegi Kepler edukalt konkursieksami Stuttgardis grammatikakooli ehk madalamasse seminari astumiseks Adelsbergis. Kahe aasta pärast jätkas ta õpinguid kõrgemas seminaris Maulbronnis. Õppeprogrammis olid jumalasõna, kreeka ja rooma klassikud, retoorika ja dialektika, matemaatika ja muusika. Kord oli range. Õppetöö algas talvel kell viis hommikul ja suvel kell neli. Kepler oli eeskujulik õpilane ning 25. septembril 1588 sooritas Kepler Tübingenis  bakalaureuse astmeeksami. Pärast seda õppis ta veel aasta Maulbronnis ning alles 17. septembril 1589 alustas ta õpinguid Tübingeni ülikoolis ja tal õnnestus saada elukoht Tübingeni “stiftis”, mis oli tasuta ühiselamu vaestele tudengitele. Ainult see, lisaks veel vähene abi kodunt ja hiljem ka Weili linna stipendium kindlustasid talle kehvavõitu äraelamise.

Tol ajal alustasid kõik tudengid kunstide teaduskonnas, kus õpiti matemaatikat ja astronoomiat, kreeka ja vanaheebrea keeli, retoorikat, poeesiat, eetikat ja Aristotelese filosoofiat. Kaheaastase stuudiumi järel tuli teha magistrieksam. Seejärel algas jumalasõna õppijatel veel kolmeaastane õping teoloogia teaduskonnas.     

Ka ülikoolis on Kepler usin õppija, ta kuulab professorite loenguid ja uurib iseseisvalt kirjandust, näiteks Julius Caesar Scaligeri raamatut “Eksoteerilised harjutused 15 raamatus”. See raamat pani teda mõtlema taevast, hingedest, stiihiatest, tule olemusest jne. Tolleaegsetest õppejõududest avaldasid Keplerile kõige rohkem mõju klassikalise filoloogia professor Martin Krusius, usuteaduste professor Matthias Hafenreffer, kellest hiljem sain ülikooli rektor ja kes tegeles ka ringi kvadratuuri ning π väärtuse määramisega, ja eriti matemaatikaprofessor Michael Maestlin.

Maestlin taipas ruttu, millise andeka mehega tal Kepleri näol tegemist on ja ta viis Kepleri oma nn siseringi, kus propageeriti Koperniku õpetust.

Veel tudengina kirjutas Kepler loo taevastest nähtustest, nii nagu need paistaksid Kuul paiknevale vaatlejale. Hiljem pöördus ta korduvalt selle temaatika juurde tagasi ja see jutuke, mida ta oli täiendanud mitmete kommentaaridega, oli viimane raamat üldse, mida Kepler trükiks ette valmistas.

Kepler lõpetas 11. augustil 1591  esimese astme õpingud ülikoolis, sooritades magistri eksami. Enne järgmisse astmesse õppima asumisel palus ta Weili linnalt taastada talle stipendiumi maksmine, seda palvet toetas agaralt ülikooli senat.

1594. aasta teises pooles oleks pidanud Kepleri õpingud Tübingeni ülikoolis lõppema.

Kuid selle aasta alguses toimusid sündmused, mis muutsid Kepleri elu täielikult.

3.   Grazi periood

Nimelt suri Austrias, Stüüria provintsi tähtsaimas linnas Grazis protestantliku keskkooli matemaatikaõpetaja. Tübingeni ülikooli kasvandik Georg Stadius. Linn pöördus taas Tübingeni ülikooli poole palvega saata neile uus õpetaja. Maestlini ettepanekul valis senat selleks Kepleri. Võib ka olla, et ülikool ruttas vabanema ohtlikust vabamõtlejast.

Kepler ise kirjutab, et ta võttis pakutava ameti vastu teatava vastumeelsusega, kuid olles Würtembergi hertsogi arvel ülikoolis käinud, ei saanud ta keelduda. Ainuke, mis tal õnnestus senatilt välja kaubelda, oli lubadus teda ülikooli tagasi võtta teoloogiakursuse lõpetamiseks. Nii lahkus ta 14, märtsil 1594. a. Tübingenist ja asus teele 650 km kaugusele Grazi, kus kohalik hertsog ja ülikkond propageerisid protestantismi, samal ajal kui riigivalitsejad olid ägedad katoliiklased.  Tegelikult valitses siis maad ertshertsoginna Maria, kuigi nominaalselt oli võimul tema alaealine poeg Ferdinand. Grazis avati 1586. aastal katoliiklik ülikool, millele seisis vastu 1576.a. avatud protestantlik keskkool, nn “Stiftschule”. Kaua sel koolil tegutseda ei lastud, sest juba 1602.a. suleti see vastureformatsiooni käigus. Kool ise koosnes kahest osakonnast, nooremast ja vanemast, kus kummaski oli kolm klassi. Uus õpetaja sai kuni kahekuulise katseaja, palgaks lubati 150 kuldnat aastas (kuigi Stadius oli saanud 200). Anti samuti 60 kuldnat kolimisraha. Lisaks õpetaja ametikohale sai ta ka “Landschaftsmathematikus'e”, ehk siis maakonnamatemaatiku nimetuse. Põhiliselt tähendas see iga-aastase kalendri koostamist. Üllatav on, et kuigi jõukam seltskond Grazis oli üpriski teadusvaenulik, ometi peeti seal maakonnamatemaatikut ametis. Ilmselt oli kalendri koostamine siiski nii tähtis, et tuli taluda sellist nende arvates kahtlast tegelast. Tegelikult osutus matemaatika lastele liiga keeruliseks, nii et Kepler oli sunnitud neile õpetama aritmeetikat, klassikalist kirjandust, retoorikat ja teisi aineid,

Kokku koostas Kepler Grazis olles kuus kalendrit, millest ainult pooled on säilinud meie ajani. Kalendrites oli lisaks tavalisele sisule veel Kuu faasid, planeetide asendid jm. Traditsiooni kohaselt oli kalendris ka ennustuste rubriik – saagi, ilma, poliitiliste sündmuste ja muu kohta. Ühes oma kirjas ütleb Kepler nii: “Astroloogia on astronoomia tütar, kuigi abieluväline, ja kas pole loomulik, et tütar toidab oma ema, kes muidu nälga sureks.” Kepler oli horoskoopide koostamist õppinud juba ülikoolis ja ta isegi uskus neid, sest tema arvates oli maailm tervik ja väga täpselt kokku pandud, nii et kõik sõltus kõigest. Tema usku horoskoopi kinnitas asjaolu, et ta koostas enda ja Maestlini pojale horoskoobi, mis ennustas neile mõlemale varajast surma. Tõepoolest surid lapsed varakult, kuigi mitte ennustatud ajal.

Oma esimeses kalendris räägib ta Gregoriuse kalendri kasulikkusest juuliuse kalendri ees, kuid kuna uus kalender tuli paavsti bullaga, siis Kepleri kaasusklikud-protestandid ei tahtnud sellest kuuldagi. Ometi võeti ta kalender vastu heatahtlikult, seda enam, et vähemalt kolm tema ennustatud sündmust: karm talv, türklaste pealetung ja talupoegade rahutused läksid kõik täppi.

Grazis hakkasid Keplerit huvitama Päikesesüsteemi ehituse seaduspärasused. Ta oli täiesti kindlalt veendunud, et Koperniku süsteemis peavad planeedid paiknema mingi lihtsa seaduse kohaselt. Alguses arvas ta, et kui me võtame Saturni orbiidi (kaugemaid planeete siis ei tuntud) ja joonistame selle sisse kolmnurga, kui lihtsaima hulknurga ja selle sisse ringi, siis see peaks olema Jupiteri orbiit. Selle sisse ehitame ruudu, kui järgmise hulknurga ja selle sisse uuesti ringjoone, mis peaks olema Marsi orbiit. Selle sisse omakorda joonistame viisnurga, mille seesmine puutujaringjoon oleks Maa orbiit jne. Kuid orbiitide raadiuste suhted ei klappinud nii hästi, nagu Kepler oleks tahtnud! Ent Kepler jonni ei jätnud. Milleks vaadelda tasapinnalisi kujundeid, kui planeedid ometi tiirlevad kolmemõõtmelises ruumis? Mängu tulid korrapärased hulktahukad, mida kolmemõõtmelises ruumis on viit tüüpi: 1) tetraeeder nelja võrdkülgse kolmnurgaga tahkudeks; 2) kuup ehk heksaeeder kuue ruuduga tahkudeks; 3) oktaeeder kaheksa võrdkülgse kolmnurgaga tahkudeks; 4) dodekaeeder kaheteistkümne korrapärase viisnurgaga tahkudeks ja 5) ikosaeeder kahekümne võrdkülgse kolmnurgaga tahkudeks. Rohkem korrapäraseid hulktahukaid pole. Nimetatud hulktahukatel on tähtsaks omaduseks see, et nende ümber saab joonistada sfääri, mis läbib kõiki tippe ja hulktahuka sisse saab joonistada samuti sfääri, nii et see puudutab tahkude keskpunkte. Kõikide sfääride keskpunktid langevad kokku hulktahukate keskpunktidega. Niisiis võttis Kepleri hüpotees sellise kuju, et Saturni orbiidi ümber joonistatud sfääri sisse ehitatakse kuup, mille sees on jälle sfäär – Jupiteri orbiiti hõlmav, edasi vastavalt tetraeeder, mille sees Marsi orbiit, siis dodekaeeder, mille sees Maa orbiit, siis ikosaeeder, mille sees Venuse orbiit ja lõpuks oktaeeder, mille sees Merkuuri orbiit ja keskel oli muidugi Päike.

Kuigi niiviisi rehkendatud kaugused ei klappinud hästi Koperniku rehkendatud kaugustega, ei suutnud Kepler oma süsteemi jätta ja publitseeris selle raamatus “Prodromos dissertationem cosmographicum continens Mysterium cosmographicum” - ehk siis ”Kosmograafiliste uuringute ettekuulutaja, mis sisaldab kosmograafilise saladuse”. Raamat ilmus trükist 1596. aastal Tübingenis ja mis oli eriti tähtis, propageeris Kopperniku süsteemi ning sisaldas  lisana Georg Joachim Rheticuse raamatut ”Esimene jutustus Nikolai Koperniku tiirlemisraamatutest”. Asi oli selles, et see Koperniku süsteemi esimene kirjeldus oli niivõrd haruldane, et Tübingeni ülikooli raamatukogus puudus see täiesti. Kepler saatis oma vastse raamatu mitmele väljapaistvale inimesele, sealhulgas Tycho Brahele ja Galileo Galileile. Galilei kirjutas vastuse juba raamatu kättesaamise päeval, tervitades Kopernikuse teooria uut pooldajat. Tycho vastus tuli tükk aega hiljem, ilmselt siis sellepärast, et kuulus taanlane oli juba Hveni saarelt lahkunud. Tycho teatas võrdlemisi mõõdukalt sõnu valides, et temale see Kepleri teooria ei meeldi. Kuid ikkagi kutsus ta Keplerit Wandbecki külla endaga kohtuma. Kohtumine toimuski, kuid mitu aastat hiljem ja mitte Wandbeckis.

Grazi protestantlik kogudus soovis noort andekat õpetajat kindlamini enda külge siduda ja mis oleks veel parem sidumisviis kui abielu. Nii hakataksegi Kepleri tähelepanu suunama kohaliku jõuka möldri Jost Mülleri tütre Barbarale. Kahekümnekahe aastane Barbara oli selleks ajaks juba kaks korda mehel olnud ja tütre Regina saanud. Keplerile noor naine meeldis, kuid Müller lükkas kosjad tagasi. Ilmselt ei pidanud ta noort teadlast kuigi heaks partiiks.

Vahepeal käib Kepler Weilis ja Tübingenis, et korraldada vanavanemate elu ja põikab ka Stuttgarti, et veenda Würtembergi hertsog Friedrichit oma maailmamudeli -  hõbedast karika valmistamise vajalikkuses. Hertsog juba peaaegu nõtkus, kuid ... karikas jäi siiski tegemata.

Samal ajal töötlevad heatahtlikud koguduseliikmed Müllerit, et see nõustuks kosjadega ning lõpuks see nõusolek ka saadakse. Sellest antakse kohe teada Keplerile, kes aga on oma karikaga ametis ja jõuab Grazi alles kolme kuu pärast. Selline lugupidamatus tulevase äia suhtes ei saanudki lõppeda muidu kui abielu sõlmimise äraütlemisega, kuid Kepleri heasoovijad jätkasid pressingut ning 27. aprillil 1597.a. peeti pulmad. Nooriku korterisse jäädi ka elama ja kuna kooli üüripind anti vabaks, tõusis Kepleri palk 200 kuldnani aastas.

Kepleri kirjadest sõpradele võib järeldada, et abielu Barbaraga ei olnud õnnelik. Kirjades sisalduvate vihjete kaudu saab anda Barbarale ka diagnoosi –  krooniline neurasteenia. Oma kasutütar Reginasse suhtus Kepler suure soojusega ja Regina vastas talle suure austuse ja lugupidamisega, mis kestis kogu Kepleri elu.

Peaaegu kohe pärast pulmi halvenes Stüüria protestantide olukord tunduvalt. Ertshertsog Ferdinand jõudis tagasi Rooma reisilt, kus ta kohtus paavstiga ja kuuldavasti oli andnud talle lubaduse protestantism Stüürias välja juurida. Algasid arestid ja keelud ning 23. septembril 1597 kästi kõikidel protestantidel surma ähvardusel kuue päeva jooksul Grazist ja provintsist lahkuda. Pärtliöö kartuses põgenesid kõik kes kuhu sai, ka Kepler. Tõsi, ta sai kuu aja pärast personaalse loa linna tagasi pöörduda. Arvatakse, et selle loa sai ta sellepärast, et tal oli nii kooliõpetaja kui maakonna matemaatiku amet ja tal oli katoliiklaste hulgas häid sõpru, kes teadsid seda, et Kepler kahtleb ka luterluses. Suurt rolli mängis siin ka Kepleri isiklik tutvus Baieri kantsleri Hans Georg Herwart von Hohenburgiga. 

Kui ta oli Grazi tagasi pöördunud, siis sai ta tegelda ainult teadusega, sest kool ei toiminud, kuna kõik õpetajad olid pakku läinud. Töö käib tal mitmel suunal, kuid ennekõike tahab ta “sfääride harmooniat” leida, aga planeetide liikumise seaduspärasused alla ei andnud. Ka ei edenenud tõestus, et Maa liigub ümber Päikese. Selleks oli vaja mõõta tähtede parallaksi, kuid seda ei suudetuid avastada. Kas seisis Maa paigal või oli kinnistähtede sfäär palju kaugemal kui senini arvati.

Keplerile oli selge, et planeetide liikumise seaduspärasuste leidmiseks on tarvis pikki täpseid planeetide vaatlusi. Selliste vaatluste omanikke oli maailmas vaid üks – Tycho Brahe, kes aga oma vaatlusi publitseerima ei kippunud.

Samal ajal muutus protestantide olukord Grazis aina hullemaks ja Kepler otsutas linnast lahkuda. Kõigele lisaks suri tema esmasündinud poeg meningiiti Sama saatus tabas Kepleri tütart, kes suri 1599. Kus häda kõige suurem, seal abi kõige lähemal. Tycho Brahe, kes oli Taanist välja aetud ja kes oli Keplerit enda juurde tööle kutsunud, sai õukonna matemaatiku ametikoha Püha Rooma riigi keiser Rudolf II juures Prahas. Ja nii asuski Kepler teele Prahasse 1. jaanuaril 1600.

4.   Tycho assistent

Kepleri ja Brahe kohtumine toimus 4. veebruaril 1600.a.  Need olid kaks täiesti erinevat inimest – üks aristokraat, teine plebei, üks rikas, teine vaene, üks suur vaatleja, teine tugev teoreetik. Brahe tahtis anda esimese tööna Keplerile rehkendada Marsi kui ühe keerulisema orbiidiga planeedi liikumist, kuid sellega tegeles juba Longomontanus. Arvestades siiski noore Kepleri sügavat huvi selle planeedi vastu, võttis Brahe Marsi Longomontanuse käest ja andis selle Keplerile. Nagu me edaspidi näeme, oli see suur õnn. Kepler lootis ülesande lahendada kaheksa päevaga, aga ta eksis, ülesande lahendamiseks kulus kaheksa aastat. Alguses pilvituna tundunud suhted Brahega muutusid järk-järgult halvemaks.  Kepler, kes armastas üksindust ja rahu, oli sunnitud elama koos Brahe suure ja kärarikka perekonnaga. Kõige halvem oli aga see, et Brahe ei andnud Keplerile oma vaatluspäevikuid, mida Kepler väga lootis. Ka sellised piinavad küsimused, nagu see, kas tuua perekond Stüüriast Prahasse, sest Grazis oli protestantide elu tehtud talumatuks. Mida aga teha naise kinnisvaraga? Saatuse hooleks seda jätta Kepler aga ei tahtnud. Ka ei teadnud Kepler, kus ta pere elama hakkab, kui see lõpuks Prahasse tuleb. Kõik see viis Kepleri äärmisse stressi, mille tulemusena Kepleri tegi ebameeldivaid stseene Brahele. Ja juba 5. aprillil kulmineerusid nende kahe mehe suhted suure tüliga, mille initsiaatoriks oli Kepler, kes oli palunud Benateki külastaval professoril Joann Jesseniusel kosta Kepleri eest vestluses Brahega. Selleks oli Kepler ette valmistanud pika kirja, kus oma seisukohti avameelselt kirjeldas. Ent Jessenius andis temale endale mõeldud kirja otse Brahele. Kirjas aga olid muu hulgas üles loetletud Kepleri nõudmised: omaette korter; nõue maksta Keplerile 50 taalrit, kuni keiser leiab võimaluse maksta regulaarset toetust; Kepleri perele muretseda küte, liha, kala, leib, õlu ja vein; võimalus ise otsustada, millega ta tegeleb ja millal ta seda teeb jne. Üllataval kombel suhtus Brahe nendesse nõudmistesse rahulikult, mis aga veelgi Keplerit ärritas. Ta ütles väga jämedas vormis oma arvamuse Brahele ja sõitis Prahasse, kust kirjutas Brahele solvava kirja. See viis Brahe endast välja ja ta kirjutas Jesseniusele kirja, kus teatas, et ta ei taha enam kunagi Keplerit näha.

Kui aga Kepler oli rahunenud, siis sai ta aru, millise rumaluse ta oli teinud ja kirjutas Brahele andekspaluva kirja.  Selle kirja peale sõitis Brahe isiklikult Prahasse Kepleriga kohtuma ja suurmees andiski andeks. Brahe nõustus keisri käest paluma, et see tooks Kepleri kaheks aastaks Prahasse Brahele appi vaatlustulemusi töötlema. Lisaks pidi Kepler saama 100 kuldnat aastas. Kepleri töötulemused pidid esiteks laulma kiidulaulu jumalale, teiseks vastama Brahe nõudmistele ja Kepleri enda huvid jäeti viimasele kohale.

Kepleri pere elukoht jäi esialgu lahtiseks.

Nüüd kiirustas Kepler koju Stüüriasse, kus teda valdasid kahtlused selles, mida ikka edasi teha. Kõige rohkem oleks ta tahtnud olla õppejõuks oma armastatud Tübingeni ülikoolis. See aga polnud võimalik. Soovides olla heas valguses ertshertsog Ferdinandi juures, saadab ta ertshertsogile oma traktaadi päikesevarjutusest, mida ta  Grazi turuplatsil oli camera obscuras vaadelnud. Selles töös avaldas ta idee, et Maast lähtub mingi jõud, mis Kuu liikumist mõjutab. Kasu sellest traktaadist Ferdinandi juures ei tõusnud, kuid uurides kujutist oma vaatlusriistas, sai Kepler innustust oma järgnevatele optika-alastele töödele.

Siis aga otsustas maakonnavalitsus, et ta peaks jätma valitsuse arvates mõttetu astronoomia-alase töö ja minema õppima arstiteadust Itaaliasse. Asi läks veel hullemaks, sest Ferdinand kiirustas katoliku usku tagasipöördumisega ja otsustas kõik protestandid katoliiklasteks teha või nad pidid ertshertsogi valdustest kiires korras lahkuma, kusjuures nende varanduse realiseerimiseks anti lühike aeg. Kepler jäi oma usule kindlaks ja valis lahkumise maalt. Mõne päeva pärast lõpetati talle palga maksmine. Kepler teatas oma raskustest Brahele, kes vastuseks soovitas kiiresti Prahasse tulla ja jääda endale kindlaks. Aga Kepler oli juba lahkunud Grazist koos oma perega, algul Linzi ja siis Prahasse. Sellel teekonnal jäi Kepler palavikku, mis piinas teda järgmised üheksa kuud. Prahas lisandus palavikule veel köha, nii et arstid kahtlustasid juba tuberkuloosi. Brahe oli selleks ajaks kolinud Prahasse ja seadis vaatlusriistu üles Belvedere lossi. Lõpuks sai Brahe elukohaks hiljuti surnud asekantsler Kurtzi maja, samas majas sai elukoha ka Kepler. Ta pidi veel samal aastal sõitma Linzi, sest seal suri tema äi ja tal tuli ajada korda päranduseasjad.

 Prahasse tagasi jõudnult, tutvustab Brahe teda keiser Rudolfile, kes soovib astronoomidele edu uute planeeditabelite koostamisel, mille Brahe otsekohe nimetas Rudolfi tabeliteks. Töö sai vaevalt alata, kui Brahe suri, olles Keplerile teinud surivoodil ülesandeks tõestada tema maailmasüsteemi õigsust – et Maa on ikka süsteemi keskmes, Maa ümber tiirleb Päike, mille ümber tiirlevad kõik teised planeedid. Nagu me hästi teame, ei saanud Kepler seda palvet kuidagi täita.

Keiser otsustas nimetada Kepleri oma matemaatikuks ja määras talle palgaks 500 kuldnat aastas. Ja vähemalt ühel korral sai matemaatik selle palga ka kätte. Algas vast kõige õnnelikum aeg Kepleri elus, sest ta sai tegelda oma lemmiktegevusega, peres kasvasid lõpuks kolm last, kellest kaks said ka täiskasvanuks.   

5.   “Uus astronoomia”

Kepler elas Prahas väikeste vaheaegadega aastatel 1600 kuni 1612. See oli tema kõige loomingulisem periood, kus ta pani teostega “Täiendused Vitelliusele” ja “Dioptrika” aluse instrumentaalsele optikale ja teosega “Uus astronoomia” aluse teoreetilisele astronoomiale. Need polnud muidugi ainsad tööd, mis ta sel ajajärgul avaldas ja siin tuleks nimetada veel raamatut “Uuest tähest”, “Vestlus täheteatajaga” ja “Lumehelveste kuusnurksest kujust”.

Vaatleme lähemalt teost “Uus astronoomia”. Tol ajal polnud veel Koperniku õpetus geotsentrilisest maailmasüsteemist sugugi võitnud, sest Ptolemaiose pooldajad, keda toetas ka kirik, olid ikka veel tugevad. Üks põhjus oli ka Brahe vaatluste täpsus, nii veider kui see ka ei tundu. Asi oli selles, et Koperniku teooria järgi olid planeetide orbiidid ringjooned, kuid see ei klappinud Brahe vaatlustega. Eriti halb oli lugu Marsiga, sest selle planeedi orbiidi ekstsentrisus on suur. Seetõttu Brahe oligi esitanud oma kummalise maailmasüsteemi, kuigi ta muidu kaldus Koperniku teooriat toetama.

“Uue astronoomia” kallal töötas Kepler üle kuue aasta ja tulemuseks olid kaks planeetide liikumise seadust, mis tänapäevaselt kõlavad nii:

1. Kõik planeedid liiguvad mööda ellipseid, mille ühes, kõikide planeetide jaoks samas, fookuses asub Päike.
2. Planeetide raadiusvektorite poolt kaetud pindala on võrdeline ajaga.

Kolmanda planeetide liikumise seaduse publitseeris Kepler alles 1619. aastal raamatus “Maailma harmoonia”. 

Kepleri teos erineb oluliselt teiste samal ajal töötanud õpetlaste raamatutest, kes tavaliselt tulid välja vaid lõpptulemusega. Kepler aga kirjeldab oma arutlusi ja lõpptulemuseni jõudmise teed detailides, kaasa arvatud ka eksimused. Muu hulgas kirjutab ta oma raamatus:” Arvan, et see oli jumaliku ettenägelikkuse akt, et ma tulin Prahasse just siis, kui Longomontanus tegeles Marsiga. Ainult Mars annab meile võimaluse süüvida astronoomia saladustesse, mis muidu oleksid jäänud igaveseks meie eest varjatuks”. Oma raamatus tõstab Kepler esile Brahe tööd, kes kahekümne aasta jooksul visalt iga ööl jälgis seda salakavalat vaenlast, siis planeet Marssi.

Üheks kõige olulisemaks uueks ideeks, mis Kepleri võidule viis, oli see, et tema oletuse kohaselt Päike on mingi jõu allikas – Kepleri arvates oli see jõud magnetismi moodi, mis planeete oma orbiitidel hoiab. Seetõttu ei kasutanud ka  Marsi keskmist kaugust Päikesest, vaid tegelikku kaugust. Teine oluline Kepleri uuendus seisnes selles, et ta oletas Päikese tsentri asumist kõikide planeetide orbiitide tasandites. Seda polnud keegi varem taibanud teha. Ja kolmas uuendus oli see, et Kepler ei oletanud planeetide ühtlase kiirusega liikumist orbiidil.

Meile nii hästi tuttava Kepleri esimese seaduse tuletamine oli seotud väga suure arvutustööga. Meieni on säilinud 900 lehte peenikese käekirjaga tehtud arvutusi! On selge, et sellise arvutusmahu juures on vead vältimatud. Nii oligi, sest kõik Kepleri arvutused läbi teinud Jean Baptiste Joseph Delambre leidis vea üsna arvutuste alguses. Ometi see viga tulemusi peaaegu ei mõjutanud, sest arvutuste lõpus tegi Kepler veel ühe vea, mis eelmise vea mõju kaotas!  Nii veider kui see ei tundu, sama lugu juhtus Kepleril ka teise seadusega.

Esialgu püüdis Kepler Marsi orbiidi arvutamiseks tagasi tuua ekvandi mõiste – ekvant on planeedi orbiidi sees asuv punkt, millest vaadates tundub planeet liikuvat oma orbiidil ühtlase kiirusega (selle punkti oli Kopernik Ptolemaiose teooriast välja visanud ja asendanud selle täiendavate epitsüklitega). Seda mõistet kasutades jõudis Kepler esialgu suurepäraste tulemusteni  -  arvutatud Marsi orbiit erines Brahe vaatlustest vähem kui kaks kaareminutit, kuid ainult mõnes positsioonis. Teistes positsioonides ulatus viga 8 kaareminutini. Kepler ei saanud mitte mõeldagi, et Brahe oleks oma vaatlustes sellise vea teinud. Järelikult pidi hüpotees Marsi ühtlasest liikumisest orbiidil olema vale. Järjekordsete hiiglaslike arvutuste hinnaga ja mitmesuguste püstitatud ning samas põrmupaisatud hüpoteeside hinnaga saavutati hiilgav tulemus – planeedid pidid liikuma nii, et nende raadiusvektorite poolt kaetud pindalad oleksid võrdelised ajaga. Nii et tegelikult avastas Kepler teise seaduse enne esimest.  Ja alles siis jõudis ta arusaamisele, et planeedid peavad liikuma mööda ellipseid.

Siinkohal on paslik märkida, et pindalade seaduse tuletamisel jõudis Kepler lähedale integraalarvutusele, kui ta summeeris väga pisikesi suurusi.

Selle suure töö sai Kepler valmis 1605. aastaks, kuid publitseerimiseks oli vaja klaarida suhted Brahe pärijatega. Keiser oli lubanud Brahe instrumentide ja vaatluspäevikute eest perekonnale 20 000 taalrit. Seda raha oodates ei lubanud pärijad Keplerit vaatluspäevikute ligi. Kuid Rudolf II oli ennegi võimatuid asju lubanud ja perekond seda raha muidugi ei näinud. Vahepeal otsustas Brahe assistent ja väimees Tengnagel ise Marsiga tegelema hakata ja Kepler pidi osa vaatluspäevikuid Tengnagelile tagastama. Asja tegi raskemaks ka see, et Tengnagel teadis Kepleri kavatsusest kasutada Brahe tulemusi Brahe maailmasüsteemi hüpoteesi vastu. Lõpuks siiski Kepler suutis saada Terngnageli loa raamatu avaldamiseks. Sellega polnud mured sugugi murtud, sest keisri poolt just selleks otstarbeks antud neljasajast kuldnast oli Kepler sunnitud ära kulutama suure osa endal ja perel elu sees hoidmiseks (palka ta ju ei saanud). Siiski ka see avaldamisraha leiti  ning raamat trükiti Heidelbergis 1609. aasta kevadel. Alguses tahtis keiser ise raamatuid laiali jagada, sest pidas tiraaži enda omaks, kuid hilisemad sündmused, mis viisid keisri troonist loobumisele, muutsid ta meelt.

1604. aastal süttis Maokandja tähtkujus erakordselt hele uus täht. Kepler kui keisrii matemaatik pidi sellele reageerima ja oma mõtted sellega seoses avaldas ta raamatus “Uuest tähest”. Muidugi ei saanud ta oma selgitusega ligilähedale sellele, mida me tänapäeval supernoovade – ja ilmselt selline plahvatav täht see oli - kohta teame ( ja me ei tea kaugeltki kõike). Astroloogilises mõttes aga ütles Kepler kavalalt, et kui keegi küsib, mida selline nähtus tähendab, siis ta vastab, et suurt hulka traktaate, mida selle tähe kohta kirjutatakse.

Umbes samal ajal avaldas Kepler veel vähemalt neli tööd, millest kõige olulisemaks tuleb hinnata tööd lumehelveste kuusnurksest kujust. Selles avaldatud ideed sümmeetriast ja kerade tihedaimast pakkimisviisist mängisid hiljem suurt rolli struktuurses kristallograafias.

6. Kepleri panus optikasse

Eelnevas oleme kirjeldanud, kui palju vaeva nõudis Kepleri astronoomia-alane töö. Oleks siis selle eest ka korralikult makstud, aga ei, keisri kassas polnud peaaegu kunagi raha ja Kepler pidi peret üleval pidama juhutöödega, milleks põhiliselt oli kalendrite koostamine.

Siiski oli Kepleri andekus nii suur ja ja huvide ring nii lai, et sel Praha perioodil tegeles ta lisaks pingsale astronoomia-alasele tööle ka optikaga. Me juba mainisime seda, et 1600. aasta päikesevarjutuse vaatlemiseks valmistas ta camera obscura. Kepler hakkas mõtisklema selle üle, miks kujutis camera obscuras sõltub mitte avause kujust, vaid eseme kujust. Ta annab sellele nähtusele geomeetrilise seletuse.

Paljud optika küsimused tekkisid Kepleril seoses refraktsiooniga. Brahe oli koostanud refraktsiooni arvestamiseks tabelid, kuid kuna need olid lähtunud valedest eeldustest, siis polnud nad kuigi täpsed.

Kuid eriti hinnalised tulemused sai Kepler nägemise teoorias. Selle ajani oli valitsevateks kaks nägemise teooriat. Ühe kohaselt, mis  sai alguse Empedokleselt ja Epikuroselt, laseb silm välja sirgjooneliselt leviva kiirtekimbu, mis kompab ettejuhtuvaid esemeid ja sealt peegeldudes jõuab silma koos informatsiooniga esemest. Nö tegu oli lokaatori töö printsiibiga. Teine teooria pärineb`Demokritoselt ja Aristoteleselt ja selle kohaselt kiirgab iga ese nagu kelmeid, mida silm tõlgendab esemete kujutistena. Täiuslikumate teooria otsinguid polnud kuigi palju, võib märkida araabia õpetlast Abu Ali al-Hassan ibn alHassan ibn al-Haythami ja tema kommenteerijat poolakat Vitelliust ning messiinlast Francesco Maurolikot. 

Kepler kirjutas oma astronoomia-alaste tööde kõrval kaks optika raamatut - “Täiendused Vitelliusele” ja Dioptrika”. Neist esimene oli mõeldud täienduseks Vitelliuse töödele, kuid tegelikult kujutas endast väga tõsist uurimust. Kepleri arusaama kohaselt kujutab valgus endast aine pidevat väljavoolu kiirgavast kehast, kusjuures see levib silmapilkselt ja lõpmatuseni. Tihedamaid kehi läbib valgus raskemini ja soojus on valguse omadus, aga mitte mingi eriline aine. Värvus on Kepleri arvates  valguse teatud omadus, sõltudes aine tihedusest, läbipaistvuse ja läbipaistmatuse suhtest, aga samuti ka eseme kiirgusvõimest. Kepleri veale, et tihedam keskkond on valgusele raskemini läbitav ja murdub seega rohkem, juhtis peatselt tähelepanu Inglane Thomas Harriott, kes väitis, et vesi on küll taimeõlist tihedam, kuid murrab valgust vähem.

Kepler püstitab hüpoteesi, et pinna valgustatus on pöördvõrdeline valgusallika kauguse ruuduga. Samuti väidab ta, et valgus liigub igast punktallikast kõikides suundades. Selle väite tõestas ta katseliselt.

Kepler puudutas ka katoptrikat, so optika osa, mis käsitleb valguse peegeldumist ja selle nähtuse kasutamist optilistes instrumentides. Ta tõestas, et kujutis, mis tekib eseme peegeldumisest sfääriliselt peeglilt, ei asu alati esemelt peeglile tõmmatud normaalil, nagu varem arvati.

Kepleri arusaama kohaselt mõõdab inimene kaugusi sel teel, et teostab triangulatsiooni kahe silma ja vaadeldava eseme vahel. Tunnistades, et ka ühe silmaga eset vaadates saab öelda, et see asub silma ees teatud kaugusel, väitis Kepler, et sel juhul toimiva triangulatsiooni baasjooneks on silmaava äärmiste punktide vaheline kaugus.

Kepler käsitles samuti refraktsiooni ning nägemise füüsikalis-füsioloogilis-psühholoogilise teooria matemaatilist aspekti. Ta pakkus välja valemi murdumisnurga määramiseks, kuid see osutus ebatäpseks ja hiljem tuli kasutusele täpne Snelliuse valem.

Päikesevarjutuse ajal vaadeldava Päikese krooni kohta arvas Kepler, et see on põhjustatud kas Kuu või Päikese atmosfäärist.

Kepler avastas ka täieliku sisepeegeldumise, kui uuris refraktsiooni.

Kui me vaatleme lähemalt Kepleri arendatud nägemise teooriat, siis langeb see peaaegu täielikult kokku tänapäevaste seisukohtadega. Kõigepealt lükkas Kepler ümber senini valitsenud arvamuse, et silmas tekib ümberpööramatu kujutis. Kepler väitis, et kujutis tekib silma võrkkestal ümberpööratuna, kust see transporditakse aju nägemiskeskusesse. Silma omadust näha teravalt nii  lähedasi kui  kaugeid objekte, seletas Kepler sellega, et silmaläätse kuju muudetakse kord ümaramaks, kord lamedamaks, või siis  võrkkesta lähendamisega silmaläätsele. Kaug- ja lühinägelikkust seletas Kepler (nagu ka Mauroliko) silmaläätse pindade vale kõverusega ja ühtlasi vaatles ta ka kumer- ja nõgusläätsede omadusi. Ta tõi sisse mõisted “koonduvus” ja “hajuvus” ning näitas, et läätsed parandavad nägemisdefekte sel teel, et muuduvad kiirtekimbu koonduvust enne kui see silma jõuab.

Ka terminid “optiline telg” ja “menisk” on Kepleri loodud.

Mitu aastat enne hollandi või Galilei teleskoopi andis Kepler sellise teleskoobi teoreetilise selgituse. Kepler avastas ka sfäärilise aberratsiooni ja kirjeldas seda oma raamatus “Dioptrika”. Selle segava nähtuse kõrvaldamiseks soovitas Kepler asendada läätsede sfäärilised pinnad hüperboloidsetega.

Teleskoopide ehitamiseks pakkus Kepler oma tuntud kombinatsiooni kahest kaksikkumerast läätsest, mis annab ümberpööratud kujutise. Selle vältimiseks soovitas Kepler lisada süsteemi ka kolmas lääts. Sellise Kepleri süsteemi telekoobi heaks omaduseks on hästi suur vaateväli. Juba 1613. aastal valmistas Christoph Scheiner Kepleri süsteemi teleskoobi ja kasutas seda päikeseplekkide ja Päikese pöörlemise uurimiseks.

Seega võib vabalt väita itaalia optiku Vasco Ronchi sõnadega, et Keplerit saab pidada tänapäevase optika rajajaks.

7.   Suhted Galileiga

Kepleri tutvus Galileiga algas siis, kui Kepler saatis Galileile oma raamatu “Kosmograafiline saladus” 1597. aastal. Galilei kirjutas Kaplerile samal päeval vastuse, milles ei hoidnud kokku kiidusõnu. Ühtlasi kirjutas ta, et on juba ammu Koperniku ideede veendunud pooldaja, kuid ei julge sellest avalikult rääkida. Kui aga oleks rohkem Keplerisarnaseid inimesi, siis riskiks ta oma mõtete väljendamisega küll.

Keplerit innustas Galilei kiri väga, millest ta kohe ka oma sõbrale Maestlinile teatas. Oma vastukirjas Galileile soovitas ta Galileil olla endas kindel ja jätkata oma tööd. Ja et kui Itaalias tal raskeks läheb, siis võib-olla annab Saksamaa talle uue võimaluse. “Püha lihtsameelsus,” ütleb selle kohta Kepleri-uurija Juri Belõi.

Järgmised Kepleri kokkupuuted Galilei tegemistega toimuvad pärast seda, kui Galilei on avastanud Jupiteri kaaslased omavalmistatud teleskoobiga. Galileid ei saa lugeda teleskoobi leiutajaks, sest teleskoobid kumerläätsest objektiiviga ja nõgusläätsest okulaariga ilmusid Hollandis välja juba 1608. aastal. Leiutajate au saamiseks pürgisid mitu inimest, kui kõige rohkem põhjust selleks oli vast saksa päritolu hollandi optikul Hans Lipperheyl.

Kepler kuulis Galilei avastusest üsna kiiresti oma sõbralt, keisri nõunikult Johann von Wakenfelsilt. Selle peale kirjutab Kepler Galileile sooja kirja, kus väljendab mõtet, et ka teistel planeetidel võib olla kaaslasi. Varsti õnnestus Kepleril tutvuda ka Galilei raamatuga, mis sellest avastusest räägib (ta sai raamatu keisrilt, kes lootis selle abil tõhustada oma teadmisi astroloogias). Peatselt läks Galilei poole teele Kepleri kuulus “Dissertatio cum Nuntio Sidereo”, kus Kepler väljendas erinevalt paljudest teistest tuntud tolleaegsetest nimekatest teadlastest, et see, mida nägi Galilei, oli tõeliselt olemas. Ka kordas ta oma arvamust, et Marsil võiks olla kaks kuud, ja kuus kuni kaheksa kuud Saturnil, millele lisanduks üks-kaks kuud Merkuuril ja Veenusel.

Kepler pakkus ka Galileile oma abi kõige uue vastu virisevate kriitikutega võitlemiseks. Põhjalikult käsitles Kepler selles raamatukeses teleskoobi ehituse küsimusi. Paljut  Kepleri väljaöeldust Galilei ei osanud hinnata, minnes koguni niikaugele, et naeruvääristas Kepleri hüpoteesi selle kohta, et loodeid tekitab Kuu mõju.

Sellest hoolimata tänas Galilei Keplerit kui peaaegu ainsat, kes temasse täielikult uskus. Kepler aga, innustatuna Galilei avastustest, pöördub taas kord optika poole, valmistab uut tüüpi teleskoobi ja kirjutab “Dioptrika”, millest Galileile jääb enamus arusaamatuks. Kui Giovanni Tarde pöördus Galilei poole palvega talle selgitada teleskoobi ehitust ja ühtlasi neid arvutusi, millele teleskoobi ehitus põhineb, siis vastas Galilei, et optika teadusena on veel väga vähe arenenud ja et sellega õieti keegi ei tegele, kui mitte arvestada Keplerit, kes optikast raamatugi kirjutas, kuid nii segase, et sellest mitte keegi aru pole saanud.

Kepler tundis suurt huvi teleskoobi vastu ja kuna tal endal vahendeid selle valmistamiseks polnud, siis pöördus ta abi saamiseks Galilei poole. Ent see suurmees vastas, et tema parim instrument on imepäraseid asju kollektsioneeriva Toscana suurhertsogi galeriis igaveseks hoidmiseks. Mõned ööd Kepler siiski teleskoobiga vaadelda sai, kui Kölni kuurvürst oma teleskoobiga (Galilei kingitus, muide) mõneks päevaks Prahasse sõitis.

Kepler veendus, et Galilei avastatud taevakehad on tõesti Jupiteri kaaslased.

Varsti aga kirjavahetus kahe suurmehe vahel katkes, tõsi, mitte Kepleri süül. Viga oli selles, et Galilei kas ei tahtnud või ei suutnud aru saada Kepleri töödest.

8.   Elu Linzis ja mujal

1611. aasta oli Kepleri elus üks hullemaid, sest keiser Rudolf II halvenev tervis andis tema vennale Matthiasele põhjust trooni taotleda. See aga viis verevalamisteni Praha tänavatel, kus mõlemal vennal olid palgasõdurite väesalgad. Kepleri abikaasa Barbara jäi raskesti haigeks, teda vaevasid epilepsia  ja vaimuhaiguse nähud. Sellele kõigele lisaks haigestusid kõik kolm Kepleri last, kaheksa-aastane Susanna, kuueaastane Friedrich ja kolmeaastane Ludwig. Teised paranesid, kuid Friedrich suri.

Rudolf II kirjutas alla troonist loobumisele 23. mail 1611 ja keisriks sai ta vend Matthias. Rudolf II oli toetanud teadust, kuid noorem vend ei tundnud selle vastu mingit huvi. Kepleri positsioon muutus väga ebakindlaks. Ta võttis ette katse saada Stuttgardi ülikooli professoriks, kuid see kukkus läbi, sest vanas toimikus oli kirjas, et Kepler oli nooruses toetanud kalviniste. Ent otsustajad olid  luterlased. Siis tekkis võimalus leida tööd ÜlemAustrias Linzis kooliõpetajana ja maakonna matemaatikuna, kellena ta oli ju nooruses töötanud. Samal ajal sai ta pakkumise Wittenbergi ülikooli matemaatikaprofessori kohale, kuid Kepler teadis, et kuratoorium eelistab teist ja ta läinud proovimagi. Kepler pöördus tagasi Prahasse, et oma perekond Linzi kolida, kuid leidis naise raskesti haigena, sest palgasõdurid olid ränga infektsiooni endaga kaasa toonud. Barbara suri mõne päeva pärast.  Ta ei jätnud maha testamenti, mis tegi Keplerile varanduse jagamise väga raskeks. Kui ta oli sellega valmis saanud, ei saanud ta ometi Linzi sõita, sest troonist loobunud monarh palus Keplerit enda juurde jääda. Tõsi, see Prahasse jäämine ei kestnud kaua, sest Rudolf II suri peatselt ja Kepler lahkus Linzi, jättes lapsed ühe lese juurde.

Tema tööülesannete hulka Linzis kuulus Rudolfi tabelite koostamine, seega siis sama töö, millega ta oli ka Prahas tegelnud. Ta pidi ka Ülem-Austria maakaardi koostama. Palgaks määrati talle 300 kuldnat aastas. Sama oli pakkunud talle ka uus keiser, lisades sellele rahale veel 60 kuldnat korteri ja kütte eest. Kuid seda raha polnud uue keisri käest sugugi kergem kätte saada kui vanalt. Matthias ei tee Keplerile takistusi Linzi kolimiseks.

Linzis aga kerkis Kepleri ette uus takistus kohaliku protestantliku vanempreestri näol, kes teades Kepleri vabamõtlevat loomust, nõudis temalt allkirja selle kohta, et Kepler nõustub luterliku armulaua tõlgendusega – vein ja leib muutuvad Kristuse vereks ja ihuks ka olemuslikult, mitte üksi väljanägemise poolest. Seda aga Kepler teha ei tahtnud ja ta heideti kogudusest välja.

Kepler oli hakanud mõtlema uue perenaise toomisele koju, Nagu kõikidesse asjadesse, nii ka sellesse suhtus Kepler suure tõsidusega – ühes oma kirjas sõbrale kirjeldab ta ühtteist kandidaati perenaise kohale, vaagides nende häid ja halbu omadusi. Lõpuks jääb ta valik peatuma Susanna Reittingerile, kes oli vaenelaps ja teenija paruness Starembergi juures. 30. oktoobril 1613. aastal abiellus Kepler Susannaga ja nende abielu oli õnnelik, kuigi nende seitsmest lapsest surid kolm noores eas.

Nii sai ta elu Linzis enam-vähem korda. Kepler töötas usinalt korraga mitmes suunas, rehkendades planeetide tabeleid, koostades astronoomia õpikut, mis põhines Koperniku teoorial, jätkas oma maailma harmoonia otsimist, pidas aktiivset kirjavahetust teiste tolleaegsete õpetlastega. - teadusajakirju ju siis veel polnud. Kuid häda tabas teda täiesti ootamatult. Õde Margarita saatis talle kirja, kus teatas, et nende ema Katherinat süüdistatakse avalikult nõidumises ning et kohalikud võimud suhtuvad emasse solvavalt. Kuigi võimud kaevati kohtusse, polnud sugugi selge, kuidas asi edasi areneb. Halb oli see, et just sel ajal tabas Saksamaad mingi nõidade otsimise ja karistamise hullus. Isegi Weilis, Kepleri sünnilinnas, hukati neljateistkümne aasta jooksul (1615 – 1629) kolmkümmend kaheksa naist süüdistatuna nõiduses. Ja sellises tagakiusamises polnud protestandid põrmugi paremad kui katoliiklased. Kuna see protsess näitab selgesti, milline oli tolleaegne ühiskond, siis peatume sellel pikemalt.

Mis siis Kepleri emaga oli tegelikult juhtunud?

Katherina suureks õnnetuseks oli tema naabrinaine, kohaliku klaasija abikaasa Ursula

Reinhold, kes oli psüühiliselt ebastabiilne ja üsna kerge käitumisega.  Ta oli tellinud Katherina nooremalt pojalt kardsepp Christophilt kaksteist taldrikut, kuid ei jäänud rahule hinnaga ning korraldas skandaali. Katherina võttis vaidluses poja loomulikult kaitse alla. Sellest ajast hakkas Ursula oma naabrinaist lausa vihkama ja soodsal juhusel süüdistas Katherinat avalikult oma haiguse tekitamises. Tõepoolest oli Katherina talle mõni aeg tagasi mingit omavalmistatud tinktuuri andnud, kuid see ei saanudki Ursula haigust ravida.

Nii hakkasid levima jutud ja asi läks aina halvemaks. Katherina ebasümpaatne iseloom aitas kõigele sellele tugevasti kaasa. Naaberlinnakese hauakaevaja laskis lahti jutu, et Katherina palus teda oma isa haud lahti kaevata, et sealt kolpa kätte saada, et siis see hõbedases raamistikus oma pojale kinkida. Katherina oli nimelt kusagilt kuulnud, et vanadel rahvastel oli olnud selline õnnetoov komme.

Katherina süüdistuses figureeris 49 sellist punkti ja kõige hullem neist oli see, et Katherina olevat oma naabrile teatanud, et pole ei paradiisi ega põrgut ja et meist jääb pärast surma alles täpselt seesama, mis loomadestki.

Siiani oli asi siiski vaid juttude tasemel, kuid asi halvenes järsult, kui asjasse sekkus Ursula vend, kes oli Würtembergi hertsogi venna ihuhabemeajaja ja kirurg Urban. Kui sellised kõrged isikud olid 1615. aasta suve lõpul Leonbergi lähedal jahil, siis pärast jahti lõbusal olengul läks jutt nõidadele. Kohale kutsuti Ursula koos oma mehega ja nooremfoogt käskis vahimeestel kohale tuua ka Katherina. Urban nõudis Katherinalt oma õe tervekstegemist. Kui Katherina keeldus, suunas Urban oma mõõga otsa 70-aastase naise rinnale ja ähvardas naise tappa.  Foogt taipas siiski, et asi on liiga kaugele läinud ja lõpetas selle inetu stseeni.

Vapustatuna juhtumist, andsid Christoph ja ta õde Margarita asja kohtusse, hoolimata sellest, et tegu oli kõrgete aukandjatega ja asi oleks võinud pöörduda kaebajate endi vastu. Kuid neil polnud muud väljapääsu. Margarita kirja peale vihastas Kepler tõsiselt ja saatis omakorda võrdlemisi järskudes toonides kirja Leonbergi võimudele, kus nõudis selgitust, mis alustel tema, keisri matemaatiku ema – ja muide ka Keplerit ennast – nõidumises süüdistatakse. Kepleri süüdistuse aluseks oli kuus aastat tagasi avaldatud jutustus sellest, kuidas paistaksid astronoomilised nähtused Kuul asuvale vaatlejale (muide, seda võib pidada üheks esimeseks teaduslik-fantastiliseks teoseks üldse). Selles jutustuses kasutab huvitava nimega peategelane Duracotus Kuule jõudmiseks deemonitega suhtleva ema abi. Jutustus ise oli väga populaarne, levides nii Prahas kui ka Tübingenis. Nii et Urban võis seda vabalt lugeda ja oma järeldused teha.

Kepleri kirjast polnud kasu. Nn tunnistajaid hakati üle kuulama alles aasta pärast ja peatunnistajaks oli foogt ise. Lisaks kõigele said süüdistajad uut materjali, sest Katherina olevat ühe tüdrukukese kätt vigastanud. Foogt vaatas ise kannatanu käe üle ja “nägi” seal selget nõia märki. Kohutavas hirmus Katherina pakkus foogtile hõbekarikat, et see ei saadaks kohtuasja Stuttgarti. See tegi asja vaid halvemaks, sest foogt lisas kohe süüdistusele ametiisiku äraostmise katse. Katherina põgenes paanikas, alguses tütre juurde ja sealt Linzi Johannese juurde.  Kuid kaua ta kodunt ära olla ei tahtnud ja ta pöördus Leonbergi tagasi.  Sinna läks ka Kepler, et ema aidata, kuid nähes, et ta palju midagi ära teha ei saa, pöördus tagasi Linzi.

Alles kolm aastat pärast kaebuse esitamist saatis foogt Katherina süüdistuse hertsogi kantseleisse, kusjuures paljud dokumendid olid jõudnud juba kaduma minna. Kepler kirjutas hertsogile, et neli vana ja ausat linnanõunikut on Katherina süüdistuse ümber lükanud ja nõudis kohut.

Kuid süüdistajad tulid välja nõudega kohtuprotsess tsiviilhagi alt viia kriminaalhagi alla seoses süüdistusega nõidumises. Ja see oli juba väga tõsine. Uus uurimine kestis kaks aastat ja kirjutati täis sadu lehekülgi protokolle.  Hakati rääkima ülekuulamisest piinamisega. Seda kuuldes pöördus Kepler Würtembergi hertsogi poole palvega, et enne kui piinamist alustatakse, lubataks tal tutvuda tunnistajate seletustega.  Palve jäi vastuseta,  Hertsog käskis kohtuasja koguni kiirendada ja 7. augustil 1620. aastal Katherina areteeritakse. Kepler sai sellest õe kaudu teada, kuid just sel ajal sai Linz 30aastase sõja tallermaaks. Kepler oli suures segaduses, sest protestantide jalgealune läks väga tuliseks. Uus Tšehhimaa valitsus kutsus Keplerit tagasi Prahasse, Inglismaa kuningas James I kutsus teda Londonisse. Kepler ei saanud aga lahkuda, sest ema ähvardas piinamine. Ta kirjutas hertsogile, et võtab ise kohtuprotsessist osa ema advokaadina. Olles viinud pere maapakku Regensburgi, sõitis ta ise Würtembergi, mille lähedal Zoglingenis algas kohus, mis kestis rohkem kui aasta. Kepler oma kokkuvõttes ei püüdnud väita, et nõidu pole ega ümber lükata tunnistajate ütlusi, vaid selgitades iga juhtumit eraldi, näidates ära selle tegelikud põhjused, niiviisi püüdes ema nõiduse süüdistusest vabastada. Lõpuks oli hertsog sunnitud kohtuasja üle andma lahendamiseks Tübingeni ülikooli juristidele. Nende otsus oli, et tõendeid Katherina süüdimõistmiseks nõiduses on ebapiisavalt, kuid päris õigeks mõista teda ka ei saa. Seejärel otsustas kohus saada ülestunnistus Katherinalt niiviisi, et pannakse ta timuka ja piinariistade ette. Piinaähvarduste kiuste jäi Katherina kindlaks, ega võtnud midagi omaks. Selle peale otsustas hertsog Katherina vabaks lasta. Nii lõppes pea kuus aastat kestnud kohtuasi ja 14 kuud vanglas ahelates vaevelnud naine sai vabadusse, et poole aasta pärast nende vintsutuste tõttu surra.

Nende kuue aasta jooksul, mis olid täis muret ema pärast, vaidlusi Würtembergi konsistooriumi ja Tübingeni ülikooliga püha sakramendi küsimustes, ja mis lõpuks tõid pika ning laastava sõja,  ei jätnud Kepler ühelgi vabal minutil oma tööd  ei planeeditabelite ega Koperniku astronoomia õpiku kallal. Lisaks sellele täitis ta juba kakskümmend aastat tagasi alustatud unistuse – kirjutas raamatu “Harmonices Mundi Libri V” - raamatu maailma harmooniast. Seda oli alustatud juba 1599. aastal ning kirjas oma sõbrale tõi Kepler ära ka raamatu plaani, mis hiljem muidugi mitmeid kordi muutus.

Selle raamatu viiendas osas esitas Kepler oma kuulsa kolmanda seaduse planeetide liikumise kohta. Kirjeldanud pikalt oma mõtteid planeetide orbiitide kauguste üle, jõudis ta järeldusele, et kahe mistahes planeedi perioodide suhe võrdub täpselt nende planeetide kaskmiste kauguste pooleteise astmega. Tänapäeval me formuleerime selle seaduse natuke teistmoodi – planeetide sideeriliste perioodide ruudud suhtuvad nagu nende keskmiste kauguste kuubid (mõeldud on muidugi planeetide keskmisi kaugusi Päikesest).

Nagu öeldud, käis Kepleril töö ka Koperniku astronoomia õpiku kallal, mis sai nimeks “Epitomae Astronomiae Copernicanae”, siis vabas tõlkes “Koperniku astronoomia lühendatult”. See kujunes väga mahukaks – umbes 1000 lehekülge teksti – ja ühtlasi tol ajal väga populaarseks. Kui Kepleri “Uues astronoomias” oli vaid Marsi orbiidi teooria, siis selles õpikus rehkendas Kepler välja ka teiste tollal tuntud planeetide orbiidid, Kõik nad osutusid olevat elliptilised ja enam-vähem samas tasapinnas olevateks.

Kui 1617. aastal see raamat ilmus, alustas katoliku kirik teravat rünnakut Koperniku õpetuse vastu, kandes Koperniku raamatu keelatud raamatute nimekirja ja kiusates taga Galileid. Muide, ka Kepleri õpik sattus samasse 

nimekirja.

Parem polnud lugu ka protestantlikes maades, sest veel 1624. aastal andis Kepleri sõber ja nõuandja Maestlin välja raamatu astronoomiast, mille ta kirjutas puhtalt Ptolemaiose vaimus ja kus Koperniku nimegi ei mainita.

Seega võib vabalt väita, et Kepleril läks tarvis suurt vaprust ja meelekindlust, et niisugusel ajal revolutsiooniliste seisukohtadega välja tulla, seda enam, et raamatu kirjutamine ja väljaandmine toimus ta ema nõiaprotsessi ajal ning trükikotta veergude lugemiseks pidi ta sageli endale teed tegema röövivate ja laamendavate Baieri väe sõdurite vahel, kus ka laibad polnud haruldased.

Ilmunud raamat kujutas endast esimest tõelist uue astronoomia õpikut, mis oli kirjutatud heliotsentrilise maailmasüsteemi vaimus ja Kepleri seaduste alusel.

9.   Kepler matemaatikuna

Alates 1594. aastast on Kepleri ametinimetuseks matemaatik: 1594 kuni 1600 – Stüüria provintsimatemaatik, 1601 kuni elu lõpuni keisri matemaatik ning lisaks sellele ÜlemAustria provintsi matemaatik ajavahemikul 1613 kuni 1628. Muidugi oli tollal matemaatika mõiste kaugelt mahukam kui praegu, sisaldades näiteks mehaanikat ja hüdrostaatikat, arhitektuuri ja fortifikatsiooni, geograafiat ja navigatsiooni, astronoomiat ja optikat ning lisaks kõigele ka muusikat. Kui matemaatikat vaadelda tänapäeva seisukohalt, siis Kepleri suurimad saavutused olid muutlike suuruste matemaatikas ja korrapäraste hulknurkade ja hulktahukate teoorias. Lisaks neile tuleb kindlasti ära märkida Kepleri panust koonuslõigete teooriasse, arvutamise teooriasse ja praktikasse, logaritmide teooria väljatöötamisse ja vastavate tabelite koostamisse, aga samuti ka tema osa esimese arvutusmasina leiutamis. Ka vormis Kepler matemaatilist terminoloogiat nii ladina kui saksa keeles.

Kui Kepler püüdis visalt Marsi orbiidi loogilise kirjelduse poole, siis tuli tal mõte planeedi liikumise vaatlemisel kasutada mitte läbitud teed, vaid planeedi raadiusvektori poolt mingis ajavahemikus kaetud pindalat. Nagu me nüüd hästi teame, osutus idee viljakaks, kuid nõudis realiseerimiseks lõpmata väikeste suuruste summeerimist. Selleks jagas Kepler kogu ringjoonelise orbiidi (kus Päike ei olnud ringjoone keskpunktis, vaid ekvandis) 360ks osaks ja oletas, et igas väikeses osas planeedi kaugus Päikesest oluliselt ei muutu. Sellisel viisil raadiusvektori poolt kaetud pindala avaldub elliptilise integraaliga, aga niisugust asja Kepleri ajal veel ei tuntud.  Kuid tema idee osutus õigeks ja alles Gottfried Leibniz andis meetodi selliste summade leidmiseks. Ja ikkagi lubas selline lähenemine Kepleril tuletada planeetide liikumise esimese seaduse (mille Kepler formuleeris teisena!).

Sama ülesandega on seotud ka kuulus Kepleri võrrand, mis seob planeedi

polaarkoordinaadid ajaga, mis kulub planeedil teatud orbiidiosa läbimiseks

M = E - e sin E,

kus e  on orbiidi ekstsentrisus, E on ekstsentriline anomaalia ja M on keskmine anomaalia.

Kepler ise lahendas selle võrrandi ligikaudselt, kuid ta taipas võrrandi transtsendentset loomust. Kepleri võrrandi lahendamisega on hiljem tegelnud I. Newton, J. Lagrange, F. W.

Bessel, P. Laplace, C.F. Gauss, A. Cauchy jpt. 

Järgmiseks huvitavaks sammuks Kepleril muutlike suuruste matemaatikas oli kirjutada raamat “Nova stereometria doliorum vinariorum” ehk siis “Veinivaatide uus stereomeetria”, mis ilmus Linzis 1615. aastal. Asi algas sellest, et 1613. aasta sügisel oli väga hea viinamarjasaak ja Kepler hoolitseva pereisana otsustas oma pere jaoks veini osta. Teda rabas kaupmehe viis ainsa  mõõtmise alusel hinnata vaadi mahtu. Nimelt pistis kaupmees jaotistega varda tünni küljel asuvast avausest sisse kuni vaadipõhja uurdeni ja luges varda jaotistelt vaadi ruumala. Reini orus näiteks mõõdeti veini hulka lihtsalt kas kindlamahulise väiksema nõuga või mõõdeti vaati mitmest kohast ja siis tehti hulk keerulisi arvutusi. Kepler otsustas seda mõõtmisviisi kontrollida matemaatiliselt, kuigi kohalik võim soovitas tal lõpule viia palju tõsisemad talle usaldatud tööd nagu Rudolfi tabelid ja Linzi ümbruse maakaardi. Ent Kepler ei kuulanud neid ja asus tööle. Tulemuseks oli raamat, mille Kepler peatselt ümber töötas ja saksa keelde tõlkis, millega pandi tugev alus saksakeelsele matemaatika-alasele terminoloogiale.

Raamatu esimese osas tõi Kepler ära 16 teoreemi, mida teadis juba Archimedes, kuid mis Kepler tõestas oma meetodiga. Näiteks ringi pindala puhul jagab ta ringjoone väga väikesteks osadeks ja ehitab neile kolmnurgad tipuga ringi keskpunktis. Kuna kolmnurga pindala avaldub valemiga: alus korda pool kõrgust, aga kõrgus on sama kõikidel väikestel kolmnurkadel ja kuna kolmnurkade aluste summa võrdub ringjoone pikkusega, siis kolmnurkade arvu lõpmatul suurendamisel ning järgneval summeerimisel saamegi üldtuntud ringi pindala valemi.

Kepler kasutab sama meetodit ka toori ruumala leidmiseks ning laiendab meetodi kasutamist selliste kehade ruumala leidmiseks, mida ta ise nimetab õunaks (keha saadakse pöörlemisel ümber poolringist suurema segmendi aluse), sidruniks (segment on väiksem poolringist), aivaks, ploomiks, oliiviks, maasikaks, pirniks jne.

Loomulikult uuris Kepler ka veinivaatide ruumalat, püüdes leida seost vaatide erinevate mõõtude ja ruumala vahel. Kuigi ta sai palju huvitavaid tulemusi, andes palju juhtnööre vaatide ruumala leidmiseks, jäi ülesanne üldisel kujul lahendamata. Kuid selle ülesande lahendamise käigus käsitles Kepler probleemi pöördkehade suurima mahu saamisest vähima materjali kuluga. Nii rajas Kepler tee diferentsiaalarvutuse olulise osani, milleks on maksimumide leidmine ja isoperimeetriline ülesanne.

Teine matemaatika osa, mis Kepleri tähelepanu köitis, oli korrapäraste hulknurkade ja hulktahukate teooria. Siin olid uurimused otseselt seotud Kepleri huviga maailma harmoonia leidmiseks. Planeetide kauguste selgitamiseks tehtud pingutusi oleme me käesolevas artiklis juba kirjeldanud, kuid Kepler oli ka selles, nagu kõikides teistes tema poolt käsitletud probleemides väga põhjalik ja vaatles tema teooria jaoks vajalikke kujundeid sügavuti.

Korrapäraste hulknurkade käsitlemisel tõi ta sisse nurkade lugemise külgede joonistamise järjekorras, mis osutus viljakaks ideeks. Lumehelveste kirjeldamisel käsitles Kepler ka tasapinna ja ruumi täitmist korrapäraste kujundite ja kehadega.

Ta kirjeldas kõiki viit Platoni kumerat korrapärast hulktahukat (hulktahukas on kumer, kui mistahes kaks selle punkti saab ühendada joonega, mis asub täielikult hulktahuka sees) ja lisas loetelusse veel kaks nõgusat korrapärast hulktahukat: väikese ja suure tähtdodekahedroni. Hiljem lisas prantsuse matemaatik Louis Poinsot neile veel kaks nõgusat keha: suure dodekahedroni ja suure ikosakahedroni. Siinkohal tuleb öelda, et tegelikult olid need kehad ka varem tuntud, kuid nii Kepler kui Poinsot andsid neile korraliku kirjelduse. Suur prantsuse matemaatik Augustin-Louis Cauchy tõestas 1810. aastal, et rohkem korrapäraseid hulktahukaid kolmemõõtmelises ruumis ei olegi.  

Veider on see, et hoolimata oma kõige uue poole pürgivast loomusest ei tahtnud Kepler kuidagi matemaatikas algebralisi meetodeid kasutada. Ja ikkagi ei saanud ta alati algebralist lähenemist vältida, mõningatel juhtudel aga seda teadust oluliselt arendades.

Veel tuleb Kepleri matemaatika-alast loomingut vaadeldes peatuda üldise pidevuse printsiibi sissetoomisel. See on euristiline võte, mis seisneb ühe objekti omaduste leidmisel teise objekti omaduste kaudu, kui see teine objekt on saadav esimesest pideva ülemineku kaudu.  Seda võtet kasutab Kepler oma optikaraamatus “Täiendused Vitelliusele ...” selles osas, mis käsitleb koonuslõikeid. Ta näitab, et koonuse lõikamisel tasandiga saame kas sirge, ringjoone, parabooli, ellipsi või hüperbooli, kusjuures kõik need on üksteiseks pidevalt teisenduvad.

 Selles raamatus ilmub esimest korda sõna “fookus”, ilmselt araablasest õpetlase Abu Ali al-Hassan ibn al-Hassan ibn al-Haythami raamatu “Optika” mõjul, kus fookust defineeritake kui süütamise kohta.

Ka toob Kepler selles raamatus sisse mõiste “lõpmata kauge punkt”, millega tehakse otsustav samm projektiivse geomeetria suunas.

Sellega Kepleri saavutused matemaatika alal ei piirdunud. Ta andis tõhusa panuse ka arvutusmatemaatika arenguks. Pole ka imelik, sest tehes niisuguseid kohutavalt suuri ja pikki rehkendusi pidi ta kogu aeg unistama selle töö kergendamisest.

Juba 14. sajandil oli tähele pandud geomeetrilise progressiooni liikmete ja nende astmenäitajatest  koostatud aritmeetilise progressiooni vastavust. See andis lootust, et äkki on võimalik korrutamist ja jagamist viia tabelite abil lihtsamatele tehetele – liitmisele ja lahutamisele. Selliste tabelite koostamine algaski 16. sajandi lõpus (John Napier) ja 17. sajandi alguses  (Jost Bürgi). Napier publitseeris oma tabelid aastal 1614 nime all “Mirifici logarithmorum canonis descriptio”, kusjuures ta oli eeldanud, et log.Napier 10 000 000 = 0, sest kümnendmurrud polnud veel laialt levinud. Ka on pärast tema surma avaldatud raamatus toodud logaritmimise reeglid väga keerulised.

Veel enne seda oli šveitsi päritolu Jost Bürgi koostanud analoogilised tabelid, mis siiski olid pigem antilogaritmide tabelid alusel 1.0001. Ta publitseeris oma tulemused alles 1620. aastal, kuid need ei leidnudki erilist kasutamist, sest olid kohmakad ja hiljaks jäänud.

1619. aasta juunis sattusid Napieri tabelid Kepleri kätte. Ta taipas kohe nende tähtsust ja asus aega viitmata välja töötama logaritmide arvutamise teooriat ning kasutama seda Rudolfi tabelite arvutamiseks.  Peatselt annab ta välja ka oma tabelid, mis on koostatud teistsugusel alusel kui Napieri omad.

Kui nüüd vaadata nende esimeste logaritmitabelite saatust, siis Napieri omad vananesid kiiresti ja asendusid Briggsi omadega, Bürgi tabeleid ei kasutanud vist mitte keegi ja kõige paremini vedas Kepleri omadel, sest need läksid natuke ümbertöötatud kujul Rudolfi tabelite koosseisu ja neid kasutati üle saja aasta.

Huvitava faktina tuleb märkida Kepleri osa esimese arvutusmasina ehituses. Üldiselt arvati, et esimese mehaanilise arvutusmasina leiutas Blaise Pascal 19-aastaselt, millega sai vaid liita ja lahutada. Suhteliselt hiljuti avastati aga Tübingeni Ülikooli professori Wilhelm Schikardi kiri Keplerile 25. veebruarist 1624. kus professor teatas, et ta on leiutanud arvutusmasina – seega siis 20 aastat enne Pascali. Masina põhiosadeks olid 11 hammasratast, igaüks 10 hambaga ja kuus ühehambalist hammasratast järkude üleviimiseks. Korrutamiseks ja jagamiseks kasutati masinas tegelikult Napieri logaritme. Masin ehitati aastatel 1623 – 1624, kusjuures üks eksemplar oli ette nähtud ka Keplerile, kuid seda Kepler ei näinudki, sest masinad põlesid ära 30-aastase sõja käigus.

10.     Rudolfi tabelid

Keiser Rudolf II oli teinud 1601. aasta augustis Tycho Brahele ja Keplerile ülesandeks koostada astronoomilised tabelid, mida ammu ootasid nii astronoomid kui meremehed, kalendritegijad ja astroloogid, neid oli tellitud isegi Ameerika läänerannikult, Indiast ja katoliku misjonäridelt Hiinas.

Aga rutiinne ja tüütu rehkendamine ei tahtnud edeneda. Seda enam, et Kepleril polnud ainsatki abilist, ta pidi kõik üksi tegema, ainult ajavahemikul 1617 kuni 1620 töötas temaga Linzis koos keegi šveitslane Janus Gringaletus. Alles pärast seda, kui Kepler tutvus Napieri tabelitega ja töötas välja enda logaritmide tabeli, hakkas töö kiiremini sujuma. Suveks 1624 oli tabelid põhiliselt valmis, kuid raha nende trükkimiseks polnud. Kepler veetis neli kuud Viinis, kuhu oli kolinud keiser koos õukonnaga, et raha saada. Kuna kassa oli nagu tavaliselt tühi, siis saadi Keplerist lahti vana trikiga – raha pidid andma Baieri linnad Kempten, Nürnberg ja Memmingen. Peaaegu terve aasta sõidab Kepler ratsa ja kõnnib jala nende linnade vahet paludes, selgitades ja ähvardades, et kas või osa rahast kätte saada. Ainult paberi jaoks ta raha saigi ja Kepler langetas raske otsuse anda raamat välja oma vahenditega. Nüüd jäi asi trükipressi taha kinni, sest  Linzi press oli vilets, aga keiser nõudis tabelite väljaandmist Austrias. Lisaks kõigele algas ka Linzis vastureformatsioon ja kõik protestandid pidid kas usku vahetama või Linzist lahkuma. Tõsi, Keplerile koos trükikoja töölistega tehti erand kuni raamatu valmimiseni. Linz oli Baieri vägede poolt okupeeritud, mis kutsus esile rahva sügava viha, sest sõdurid pidasid end üleval kui võõramaised vallutajad. Puhkes ülestõus, mille käigus põles maha trükikoda, kuid raamatu käsikiri jäi õnneks alles.

Kepler leidis uue trükikoja Ulmis ja nii kolis ta koos perega laeval mööda Doonaud Ulmi. Ta ei saanud kaugemale kui Regensburgi, sest kanged külmad jäätasid jõe. Pere jäigi sinna ja Kepler sõitis edasi hobustega.

568. leheküljelise raamatu trükkimine kestis üheksa kuud, mille kestel Kepler väljaandjaga korduvalt tülli sattus. Sellest hoolimata luges ta korrektuuri vähemalt neli trükipoognat päevas. Ja septembris 1627 said valmis esimesed tuhat köidet. Kuna oli kasutatud Brahe vaatlusmaterjale, siis pärijad lootsid raamatute müügist vägevat noosi. Keiser pani raamatu hinnaks kolm kuldnat tavalisel paberil trükitud eksemplarile, paremal paberil raamatu tahtja pidi 40 kreutserit juurde panema. Nii et kokku pidi 1000 raamatu eest tulema umbes 3300 kuldnat. Aga ainuüksi paber oli maksnud 2000 ja trükkimine veel 1000 kuldnat. Nii et suurest kasumist rääkida ei saa. Brahe poeg Georg, nähes, et tema eessõna on lühem kui Kepleri oma, nõudis  raamatu alguse uuesti trükkimist. Seda tuligi teha ja juba valmis raamatusse sisse kleepida.

Tabelid ise võtavad raamatust umbes poole, teine pool on selgitav tekst. Raamatus on tabelid Päikese ja Kuu positsioonide, päikese- ja kuuvarjutuste  ning planeetide positsioonide arvutustabelid aastast 5509 e.m.a. (siis oli ju Piibli järgi maailma algus!) kuni mõnisada aastat publitseerimisaastast ettepoole. On ka kataloog 1005 tähe kohta, millest 777 tähe positsioonid olid Brahe mõõdetud. Ja veel refraktsiooni tabelid ning suuremate linnade geograafilised koordinaadid. Kui praegusel ajal kontrolliti Rudolfi tabelite täpsust, siis leiti küll mõningaid trükivigu, kuid muidu oli täpsus tolle aja kohta väga kõrge.

11.     Viimased aastad

Rõõm ilmunud raamatu üle asendus peagi masendusega, sest 57-aastane astronoom ei olnud kindel oma tulevikus – liiga palju sõltus see selle maailma vägevatest. Kuigi Kepleri ametikoht Linzis oli veel alles, ei kavatsenud ta protestantide tagakiusamise pärast sinna tagasi minna. Tööotsimised mujal vilja ei kandnud ja Kepler oli juba valmis kodumaalt lahkuma kui 1627.aasta oktoobris kohtas ta Frankfurdi laadal Hesseni krahvi Philippi, kes oli suur astronoomiahuviline ja kes pakkus Keplerile tööd Marburgis. Kuid sinna sõiduks pidi ta keisrilt luba küsima. Nii siirdubki Kepler Regensburgi kaudu – et peret näha üle aastase vaheaja – Prahasse, kuhu oli saabunud keiser Ferdinand oma poja Tšehhimaa kuningaks kroonimise puhul. Selleks ajaks oli lõppenud 30-aastase sõja teine, nn taani periood, sest 1625. aastal oli katoliiklaste vastu astunud Taani kuningas Christian IV, kes vallutas suure osa Põhja-Saksamaast. Taani vägede rünnaku tõrjumiseks oli Ferdinandil tarvis armeed, kes ei vajaks raha oma ülevalpidamiseks. Sellise armee, kes elatus vallutatud maade röövimisest, pani kokku Ferdinandi sõjaväe ülemjuhataja, avantürist ja kasuahne tšehhi magnaat  Albrecht Wallenstein. Ta oli löönud puruks protestantide väe Dessau all ja siirdus siis Põhja-Saksamaale, kus lõi taanlased välja Brandenburgist, Mecklenburgist, Pommerist, Holsteinist ja Schleswigist ning isegi Jyllandi poolsaarelt, nii et taanlastele jäid ainult saared ja ümberpiiratud Stralsundi linn. Rahulolev keiser puistas Wallensteini kingitustega üle, muu hulgas sai ta generalissimuse tiitli ja ka Sagani nimelise hertsogkonna Sileesias.

Vaat sellel ajal saabuski Prahasse Kepler, keda tema üllatuseks võeti hästi vastu. Keiser sai ühe eksemplari Rudolfi tabeleid ja käskis Nürnbergi ja Ulmi (tühjadel) linnakassadel maksta Keplerile 4000 taalrit. Ta teatas ka oma matemaatikule, et teda ootab hiilgav ja hästikindlustatud tulevik ... kui ta ainult astub katoliku usku. Kepler ei suutnud ka seekord oma usku reeta, ning nüüd sekkus asjaloosse Wallenstein, kellele Kepler oli kaks korda teene osutanud.   Ta oli vahendaja kaudu Wallensteinile 1608. aastal horoskoobi koostanud, kus ta oli väga täpselt mehe loomust kirjeldanud, Ühtlasi oli ta selles horoskoobis õelnud, et  Wallensteini horoskoop langeb hästi kokku endise Poola kantsleri Zamoiski ja Inglise kuninganna Elisabethi omaga. See asjaolu ei jätnud Wallensteinile mõju avaldamata. Neliteist aastat hiljem palus Wallenstein horoskoopi uuendada. Kapler teebki seda ja soovitab Wallensteinil iga hinna eest sõjast eemale hoida. Horoskoop koostati kuni märtsini 1634, kus Kepler ennustas kohutavaid sündmusi, kui tema soovitusest kinni ei peeta. Ning 25. veebruaril 1634 tapsid Wallensteini keisrile truud ohvitserid, sest Ferdinand kartis, et Wallenstein peab salaläbirääkimisi vaenlasega.  Enne seda aga Wallenstein Kepleri soovitust ei järginud ning sõjakäigud tõid talle kuulsust ja raha.

Wallenstein kutsus Keplerit enda juurde Sagani matemaatikuks, lubades abi trükikoja ülespanemisel ja palka 1000 kuldnat aastas. Lisaks sellele oli Wallenstein usu suhtes jahe ega teinud suurt vahet katoliiklastel ja protestantidel.

Mais 1628. sõitis Wallenstein Stralsundi vallutama (mis ei õnnestunud) ning Kepler Regensburgi oma pere järele ja siis Linzi, kus pidi oma ameti maha panema. Vastupidiselt sageli kinnitatule polnud Kepler Wallensteini isiklik astroloog, sest pärast teineteisest lahkumist Prahas nad enam ei kohtunudki. Wallensteinil oli hoopis teine astroloog, genualane Ceno ja talle oli vaja täpseid planeetide positsioone horoskoopide koostamiseks. Neid positsioone oskas aga ainult Kepler täpselt välja rehkendada.

Saganis kulus Kepleri energia esialgu trükikoja käimapanemisele. Selles linnakese polnud trükikoda iialgi olnud ja Kepler kuulab maad kaugemal. Frankfurdis oligi trükipress saadaval, kuid siis jõudis seesama Keplerit jälitanud õnnetus taas kord kohale – Wallenstein otsustas keisrile meeldimiseks Sagani katoliiklikuks teha, selleks kõik protestandid kas katoliiklasteks teha või hertsogkonnast minema ajada. Kuigi Keplerit asi ei puudutanud, sest ta positsioon oli selleks liiga kõrge, kuid protestantlastest trükitöölised Sagani tulla ei tahtnud. Alles aasta pärast sai Kepler eriloa nende värbamiseks.

Kui trükikoda sai töövalmis, tahtis Kepler, kes tundis võlga Brahe ees, tema vaatlused publitseerida, kuid see hiiglaslik ja Keplerile üle jõu käiv töö sai Taanis tehtud alles aastatel 1912 – 1930. Selle asemel  plaanis Kepler “Efemeriidide” väljaandmist. See saigi teoks, ka meteoroloogilised vaatlused ajavahemikul 1621 kuni 1629 anti välja “Efemeriidide” teises osas.

Samal ajal alustas Kepler oma raamatu “Uni” ladumist, mis, nagu juba öeldud, kujunes üheks esimeseks teaduslik-fantastiliseks raamatuks maailmas. 

Lõpuks, 1628. aasta sügisel sai Kepler ka abilise – Jakob Bartschi, kes hakkas tööle “Efemeriidide” koostamisel. Mees oli väga tubli ja varsti sai ta ka Kepleri hõimlaseks, sest abiellus Kepleri tütre Susannaga. Nende pulma hommikul oli Bartsch saanud meditsiinidoktoriks. Kepler ise pulmas osaleda ei saanud, sest need toimusid Strasbourgis ja lisaks ootas ta naine last, kes sündis 18. aprillil 1630.

Vahepeal oli poliitiline olukord riigis läinud veelgi keerulisemaks. Märtsis 1629 anti välja nn Restitutsiooni edikt, millega juba 1552. aastal sekulariseeritud varandus anti tagasi katoliku kirikutele ja kloostritele. Katoliiklased läksid võimu nimel väga ülbeks ja tahtsid allutada ka protestantliku Skandinaavia. See kutsus esile Rootsi kuninga Gustav II Adolfi sõjakäigu Saksamaale, et koos tugevamate luteri usku Brandenburgi ja Saksoonia Prahas  kuurvürstidega astuda Habsburgide katoliikliku keisrivõimu vastu.

Samal ajal kogus Ferdinand II Regensburgis kokku katoliku vürstid, et kindlustada keisritroon oma pojale, kes siis oli juba Tšehhimaa ja Ungari kuningas. Ent vastuolud katoliku leeris läksid nii suureks, et 1630. aasta augustis anti Wallensteinile hundipass. Seega kadus ka Kepleri eestkostja, kes polnud talle maksnud keisri võlga. Kepler otsustas ise Regensburgi sõita, et keisri käest oma palk kätte saada, ja üksiti pealetungivate Rootsi vägede eest kaugemale pageda.

Sügise alguses, 8. oktoobril 1630 asus Kepler teele, olles valinud kõige odavama mooduse – ratsa. Ta peatus teel Leipzigis ja Nürnbergis ning 2. novembril jõudis ta surmväsinuna ja läbimärjana Regensburgi. Varsti pärast seda Kepler haigestus ja tal tõusis kõrge palavik. Haigus progresseerus kiiresti ja 15. novembri keskpäeval suur astronoom suri. Ta maeti Regensburgi luterlaste kalmistule. Tagasihoidlikule hauasambale kirjutati Kepleri enda read:

Mensus eram coelos; terrae metior umbras; Mens coelestis erat; corporis umbra jacet.

Ehk eestikeelses tõlkes

Ma taevast mõõtsin; nüüd maa varje mõõdan; mu vaim taevas elas; siin vaid keha vari lebab.

Õnnetused ei jätnud Keplerit maha isegi pärast surma, sest  30-aastase sõja käigus oli Regensburg kolm korda lahingute areeniks ja isegi kalmistu hävitati täielikult, nii et Kepleri hauast ei jäänud jälgegi

12.     Kokkuvõte

Teade Kepleri surmast jõudis Sagani 1. detsembril 1630. Kepleri naine ja neli väikest last jäid ilma toitjata. Trükikoda lõpetas oma töö, sest Wallenstein keeldus subsideerimisest.

Bartsch läks jala venna juurde Laubanisse, kuhu varsti saabus ka Kepleri pere.

1632. aasta kevadel otsustab Kepleri poeg Ludwig saada kätte keisri käest isale kuuluv raha. Õukonna raamatupidamine kinnitas võlga – 12 694 kuldnat, kuid see oli ka kõik.

Seda raha ei saanud Kepleri pere mitte iialgi.

Kuna Kepler oli jätnud maha väimehe venna juurde Laubanisse suure hulga erakordselt väärtuslikke käsikirju, siis algas peatselt jaht nendele. Kõige kiiremad olid jesuiitidest õpetlased, kes tahtsid käsikirjad enda kätte saada Koperniku “nakkuse” levimise vältimiseks. Keiser tahtis käsikirju endale väitega, et Kepler oli tema teenistuses, jättes täielikult arvestamata selle, et Kepleri töö eest ta polnud tasunud. Ludwig püüdis mitmeid kuid Viinis viibides keisriga kokkuleppele jõuda, et Kepleri võlg kätte saada ja siis käsikirjad talle üle anda. Enne seda oli ta isa käsikirjad hoolikalt peitnud ja mitte asjata, sest neid taheti keisri korraldusel jõuga ära võtta. Ludwig hoidis isa käsikirju oma käes kuni oma surmani. Pärijate käest ostis käsikirjad ära poola astronoomiahuviline Jan Hevelius ja omakorda Heveliuse pärijatelt ostis käsikirjad magister Michael Gottlieb Hansch Leipzigist 100 kuldna eest. Ta korrastab käsikirjad ja köidab need. Käsikirjade saatus oli edaspidi kirju, kuni lõpuks osteti need 1774. aastal Venemaa Teaduste Akadeemiale. F.G.W. Struve palvel toimetati need Pulkovosse, kus neid hoiti kuni 1937. aastani, misjärel said need Kepleri käsikirjad lõpuks rahu Nõukogude Liidu Teaduste Akadeemia arhiivis.

Kepleri nimi on antud Kuu kraatrile ja väikeplaneedile. Keplerile püstitasid mälestusaamba Regensburgi elanikud 1807. aastal. Monument avati ka Kepleri sünnilinnas Weil der Stadtis. Brahe ja Kepleri monument on ka Prahas.

Kuid  kõige võimsama ja kauakestvama mälestussamba püstitas Kepler iseendale oma töödega.  

Kronoloogia

1571,  27. detsembril , neljapäeval kell 2:30 pärast lõunat sünnib Johannes Kepler

1. – ere mälestus lapsepõlvest: Kepler vaatleb komeeti
2. – alustab õpinguid saksa algkoolis Leonbergis, läheb üle ladina kooli

1580,  31. jaanuaril vaatleb kuuvarjutust

1583, 17. mail, sooritab edukalt konkursseksami alamasse seminari

1584, 16. oktoobril, alustab õpinguid alamas seminaris (grammatikakoolis) Adelsbergis, mille   lõpetab 1586.a.

1586,  26. novembril, alustab õpinguid kõrgemas seminaris Maulbronnis, mille lõpetab 1589.a.

1588,  25. septembril, Kepler sooritab Tübingenis eksami bakalaureuse kraadi saamiseks 1589 – Kepleri isa laseb end värvata palgaarmeesse, jätab maha perekonna ja kaob teadmatult

1589, 17. septembril, Kepler alustab õpinguid Tübingeni ülikooli kunstide teaduskonnas

1590 – Kepleri luuletus “Eleegia Johannes Guldenpritzi abiellumise puhul” trükitakse ära

1591, 11. augustil, lõpetab õpingud kunstide teaduskonnas ja sooritab magistrieksami 1594, 14. märtsil, lõpetamata teoloogiaõpinguid Tübingeni ülikooli teoloogia teaduskonnas saab Kepler suunamise Grazi (Stüüria) matemaatikaõpetajaks protestantlikus koolis

1594, 11. aprillil, saabub Grazi

1594, 1. septembril, ilmub trükist Kepleri koostatud kalender 1595. aastaks

1. – juulis, Kepler alustab tööd “Mysterium cosmographicum” kallal
2. – veebruar kuni september, sõit Tübingeni seoses “Mysterium cosmographicum” väljaandmisega. Raamatu ilmumine Tübingenis. Kepler alustab kirjavahetust Galilei ja

Tycho Brahega

1597,  27. aprillil abiellub Kepler Barbara Mülleriga

1597, 28. septembril lahkub Kepler Grazist seoses protestantide tagakiusamisega

1. – juuni, sünnib tütar, kes sureb sama aasta juulis
2. – jaanuaris sõidab Kepler Prahasse Tycho Brahega kohtuma

1600, 4. veebruaril - kohtub Brahega Benatkys

1600, 1. juunil – pöördub Grazi tagasi

1600, 10. juulil – vaatleb päikesevarjutust omavalmistatud camera-obscuraga

1600, 2. augustil – Kepleri nimi kantakse Stüüriast väljaaetavate protestantide nimekirja

1600, 30. septembril – Kepler lahkub koos perekonnaga Grazist ja sõidab Tycho Brahe juurde Prahasse

1600 kuni 1606 – uurib planeetide liikumise seaduspärasusi. Töö “Astronomia Nova” kallal

1601, 24. oktoobril – sureb Tycho Brahe

1601, 6 (?). novembril – Kepler nimetatakse keiserlikuks matemaatikuks

1601, talvel – Kepler tuletab planeetide liikumise teise seaduse, on lähedal numbrilise integreerimise           avastamisele

1602, juulis – sünnib tütar Susanna

1. – Kepler tegeleb optiliste uurimustega. Sünnib poeg Friedrich
2. – ilmub raamat “Ad Vitellionem Paralipomena”

1605, kevadel – Kepler tuletab planeetide liikumise esimese seaduse

1. – ilmub raamat “De Stella Nova”
2. – Kepler vaatleb Päikese laiku, oletades, et see on Merkuur

1607, detsembris – sünnib poeg Ludwig

1609, kevadel – ilmub Heidelbergis raamat “Astronomia Nova”, kus on formuleeritud planeetide liikumise kaks esimest seadust.

1610, 15. märtsil – Kepler saab teada Galilei teleskoobi abil tehtud avastustest 1610, august kuni september  - Kepler jätkab optilisi uurimusi, töötab välja uut optilist süsteemi teleskoobile

1611, 19. veebruaril – poeg Friedrich sureb rõugetesse

1611, mai lõpp - juuni on Kepler Linzis töö otsinguil

1611, 11. juunil – kirjutatakse alla dokument Kepleri arvamise kohta matemaatikaõpetajaks Linzis ja Ülem- Austria provintsi matemaatikuks

1612, 3. juulil – sureb abikaasa Barbara

1612, aprilli keskpaik – kolimine Linzi

1613, 30. oktoobril – Kepler abiellub Susanna Reitingeriga

1613, novembris – Kepler töötab välja meetodi pöördkehade ruumala arvutamiseks (mis on sisuliselt numbriline integreerimine)

1614, suvel – Kepler kontrollib enda avastatud liikumisseadust Veenuse jaoks (1615. aasta talvel ka Merkuuri jaoks)

1615, sügisel – ilmub Kepleri raamat “Veinivaatide stereomeetria”

1615, 29. detsenbril – Kepler saab teada, et tema ema Katerinat süüdistatakse nõidumises

1616, kevadel – ilmub Kepleri raamat “Väljavõtteid Archimedese vanast mõõtmiskunstist”

1. – ilmub Kepleri raamatu “Väljavõtteid Koperniku astronoomiast” esimene trükk

(1619.a. pani Vatikan       selle keelatud raamatute nimekirja) 

1618, 15. mail – Kepler tuletab planeetide liikumise kolmanda seaduse

1618, 23. mail – algab Kolmekümneaastane sõda

1619, ilmub raamat “Harmonices Mundi”, mille kallal Kepler oli töötanud vaheaegadega 1599. aastast saadik)

1619, suvel – alustab tööd logaritmide tabeli koostamiseks (lõpetatud 1621/1622 talvel)

1619, 4. septembril – algab kohus Kepleri ema üle

1619, 6. septembril - Kepler viib pere katoliikliku liiga poolt vallutatud Linzist Regensburgi ja sõidab ise Würtembergi, et ema kohtuprotsessis kaitsta.
Ilmub Kepleri raamatu teine trükk Koperniku õpetusest

1621, sügisel – ilmub selle raamatu kolmas trükk

1621, 4. oktoobril – lõpeb kohus Kepleri ema üle

1621, novembris – Kepler pöördub perega Linzi tagasi

1622, aprillis – sureb Kepleri ema

1623, septembris – Wilhelm Schikard teatab Keplerile arvutusmasina konstrueerimisest ja esimeste masinate valmistamisest   

1624, veebruaris – Kepler lõpetab mitmeaastase töö Rudolfi tabelite kallale (alustas 1601)

1624, sügisel – ilmub Marburgis Kepleri raamat “Tuhat logaritmi”

1625, sügisel – ilmub raamat “Täiendusi tuhandele logaritmile”

1626, novembris – Kepler lahkub perega Linzist. Jättes pere Regensburgi, sõidab 9. novembril Ulmi, kus organiseerib “Rudolfi tabelite väljaandmise”

1627, septembri alguses – lõpetatakse Rudolfi tabelite trükkimine

1628, veebruaris-märtsis – läbirääkimised Vallensteiniga tööleasumise kohta

1628, maist 26. juulini – kolimine perega Sagani

1629, detsembris – alustab Saganis tööd Kepleri asuatatud trükikoda, kus trükitakse ära “Efemeriidid” ja laotakse “Unenägu” (ilmub trükist 1634. aastal pärast Kepleri surma)

1630, märtsis –  Kepleri abiline Jakob Bartsch abiellub Kepleri tütre Susannaga

1630, 18. aprillil –  sünnib tütar Anna-Maria

1630, augustis –  Wallenstein läheb erru

1630, 8. oktoobril –  Kepler ratsutab Saganist Regensburgi, et kätte saada oma palka, mida polnud makstud juba mitu aastat

1630, 2. novembril –  jõuab haigena Regensburgi

1630, 13. novembril –  Kepler sureb

Kasutatud kirjandus

1. 1. Ю.A. Белый, Иoгaнн Keплеp, Mockвa, “Hayka”, 1971295 cтp.
2. K. Ferguson, Tycho & Kepler, Walker and Company, New York, 2002.
3. J. Gilder and A. Gilder, Heavenly Intrigue, Anchor Books, A Division of Random House, Inc., New York, 2005.
4. http://www.keplerraum.at/biogr.html

1.6.1 Anders Celsius - mees, kellelt saime temperatuuriskaala

Tõnu Viik

Sissejuhatus

Uppsalas 27. novembril 1701 sündinud rootsi füüsik, astronoom ja geodeet Anders Celsius on üks mitmest sama perekonnanimega Uppsala ülikooli professorist, kes kõik olid omavahel sugulased. Oma perekonnanime said nad Hälsinglandi maakonnas Ovanåkeri valla latiniseeritud nimest, sest „ovanåker“ tähendab rootsi keeles „ülemist, kõrgemal asuvat põldu“, aga „celsus“ tähendab ladina keeles samuti „kõrge“. 1577.a. sündinud esiisa oli pärit Östergötlandist, sai Ovanåkeris kirikhärraks. Tema poeg Magnus, Anders Celsiuse vanaisa, oli astronoomia professor Uppsalas.  Andersi isa Nils Celsius oli samuti Uppsala professor ning ema Gunilla Maria (neiupõlvenimega Spole) isa Anders Spole oli ka astronoomiaprofessor.

Noorusaeg

Oleks võinud arvata, et Anders Celsius (edaspidi Celsius) valib samuti astronoomi elukutse, kuid põhjasõda oli mõjunud laastavalt isegi Uppsalas ning perekond oli vaene. Isa oli võidelnud edutult parema ametikoha eest ning koos langetati otsus, et Celsius peab õppima juurat, kuigi ta oli isa käe all näidanud suurt huvi matemaatika ja astronoomia vastu. Nii alustaski ta juuraõpinguid kuulates adjunkt Castoviuse loenguid rooma õigusest. Kuid see ei kestnud kaua, sest „veri viib oravapoja männi otsa“ - huvi täppisteaduste vastu osutus liiga sügavaks ja koos kolm aastat vanema Samuel Klingenstiernaga loobuti juuraõpinguist. Kuigi Klingenstierna lahkus Stockholmi, jäi Celsius Uppsalasse astronoomiat õppima Erik Burmani käe all. Ta ühines ka kohe 1719.aastal hilisema Uppsala peapiiskopi Erik Benzelius noorema poolt asutatud teadusühinguga Bokvettsgillet ja juba 1725.a sai ta selle ühingu sekretäriks. Samal ajal tegutses ta ka A.G. Duhre loodud eraõppeasutuses, kus õpetas matemaatikat ning 1727.a. andis välja raamatu „Arithmetica Eller Räknekonst“, mida Benzelius kõrgelt hindas.  Pärast lühikest viibimist Stockholmis Triewaldi füüsikakolleegiumis, kus ta tegi uute instrumentidega füüsikakatseid, pöördus ta tagasi Uppsalasse ja sooritas 29. aprillil 1728 kandidaadieksami. See veel ei andnud talle dotsendi kutset, selleks pidi ta esitama filosoofilise traktaadi „De existentia mentis“. See edukalt seljataga, sai ta kohe asendama Klingenstiernat tema matemaatikaprofessuuris, sest Klingenstierna ise läks välismaisele õppereisile. Dotsendiks nimetati Celsius sama aasta oktoobris. Tööd olid tal käed täis nii matemaatikuna kui õpetajana Duhre koolis ja sekretärina Bokvettsgilletis, mis kuninga otsusega 11. novembrist 1728 muudeti Societas Regia Litteraria et Scientiarum'iks ehk lihtsalt Kungliga Vetenskapsocieteten'iks. See selts tegi Uppsala ülikooli kantslerile ennekuulmatu ettepaneku – kui poeesiaprofessuur ilma täitjata jäi, siis asendada see Celsiuse soovitusel füüsikaprofessuuriga.

Loomulikult ei vastanud kantsler selle „jultunud“ ettepanekule. Kui siis professor Burman suri 1729.a. novembris, määrati esialgu Celsius nii matemaatika- kui astronoomiaprofessuuri täitjaks. Vakantsele kohale kandideeris kuus meest, Celsius nende hulgas. Teaduskonna arvamus oli, et Celsius peab professorikoha saama ja nii hakkas ta akadeemilist haridust andma „ex cathedra“. Sellega seoses loobus ta õpetamisest Duhre koolis. Esimestel ametiaastatel luges ta astronoomilist vaatluskunsti ja sfäärilist trigonomeetriat. Eraviisiliselt õpetas ta ka kronoloogiat, „computus ecclesiasticus't“ ja mõningaid teisi astronoomiaga seotud aineid. Teaduslikus tegevuses tuleb kõigepealt nimetada tööd „Nova methodus distantiam solis a terra determinandi“, milles ta määras Päikese kauguse Maast – 20310 Maa raadiust (tänapäeval on see arv umbes 23500). Kuid töid oli teisigi ja sugugi mitte ainult astronoomiast. Lisaks veel sotsieteedi väljaannete redigeerimine ja toimetamine.

Välisreis

Ülikooli filosoofiateaduskond otsustas 29.jaanuaril 1731, et  Celsius peab minema välisreisile oma matemaatika „perfektsioneerimiseks“. Ülikooli konsistoorium teatas 17. märtsil 1731, et kuningas on andnud Celsiusele loa välismaale siirduda koos palga säilitamisega. Celsius arvas, et sellest jääb eesmärgi saavutamiseks väheseks ja taotles konsistooriumilt, et see soovitaks teda kantslerile Stiegleri stipendiumi saamiseks. Kantsler oligi nõus ja Celsius selle stipendiumi ka kaheks aastaks sai. Tõsi, seda stipendiumi pikendati veel 1735. aasta mais.  Kuid enne välismaale siirdumist pidi Celsius ootama Klingenstierna tagasipöördumist. Ja alles siis alustas Celsius reisiks ettevalmistamist, mis kestis kuni 1732.a. augustini, kui ta reisi lõpuks alustas Göteborgi ja Ystadi kaudu.  On iseloomulik, et kui ta 24.septembri õhtul Ystadist postitõllaga sõitma hakkas, lahvatas kogu taevas virmaliste tulle, nagu kuulutades Celsiusele nende uurimise tähtsust. Teel olles saatis ta kogu aeg kirju Uppsalasse, eriti tulevasele Uppsala peapiiskop Erik Benzeliusele, kirjeldades eriti ülikoolide ja observatooriumide instrumentaariumi ja nendes tehtavat teadustööd.

Üks esimesi peatusi oli tal Berliinis, kuhu ta jäi terveks talveks. Enne reisi jätkamist vaatles ta seal osalist päikesevarjutust 13. mail 1733 (mis Rootsis oli täielik).   Reis jätkus Leipzigi ja Wittenbergi kaudu  Nürnbergi. Samuti nagu Berliinis, ei õnnestunud Celsiusel saada ka Nürnbergis astronoomiaõpet. Berliinis oma raha eest ostetud väikese kvadrandiga määras ta seal pooluse kõrguse, leides selle olevat 49^o27'28“. Sel ajal anti Nürnbergis välja ajakirja „Commercium litterarium in incrementum rei physicae et medicinae“. Celsius publitseeris selles Carl Linné Lapimaa reisi tulemused. Celsius püüdis veenda ajakirja trükkijat Adelbulnerit, et see hakkas välja andma analoogilist astronoomilist ajakirja, samal ajal läbi rääkides matemaatika professori Doppelmayeriga, et see ajakirja toimetajaks hakkaks. Celsius pidi ajakirjale kirjutama sissejuhatuse ja üleskutse „Epistola invitatoria“. Kuid Doppelmayer nõudis, et Adelbulneri nime selles üleskutses ei nimetataks ja kogu asi jäi katki, ent mitte päris, sest Adelbulner alustas ise ajakirja „Commercium litterarium ad astronomiae incrementum inter hujus scientiae amatores communi consilio institutum“. Et Adelbulner polnud mitte lihtsalt raamatutrükkal, näitab asjaolu, et temast sai hiljem matemaatika- ja füüsikaprofessor Altdorfis.

Wittenbergis olles sai Celsius tuttavaks J.F. Weidleriga, kes oli tegelenud virmaliste vaatlustega ja publitseerinud sellekohase töö. Ka Celsius avaldas nüüd  nii enda kui teiste Rootsis tehtud 316 virmaliste vaatlust.

Kolme kuu pärast jätkas Celsius teekonda, suundudes Itaaliasse. Veneetsias olles tutvus ta kuningliku seltsi asepresidendi, numismaatiku ja matemaatiku Martin Folkes'iga. Lühikesel Paduas käigus kohtus Celsius Padua ülikooli matemaatikaprofessori markii Giovanni Poleniga, kellega arutles keskpäevajoone määramise üle.

Bolognas peatus Celsius pikemat aega, töötades koos Bologna ülikooli astronoomiaprofessori Eustachio Manfrediga, kes oli Bologna observatooriumi kuulsaks teinud oma tööga „Ephemerides motuum coelestium 1715-1725“. Kuna Celsiuse ülesandeks oli ka astronoomilise instrumentaariumiga tutvumine, siis leidis ta, et liigutatav kvadrant ja kaks seinakvadranti Bolognas olid väga praktilised. Emale kirjutas ta, et elu on tal hea, süüa saab nii hästi nagu oleks iga päev pulmas!    Celsius viis seal läbi ka mõningaid fotomeetrilisi katseid, mida varem oli ka Uppsalas tehtud. Nende najal arvas ta, et on leidnud seaduse: kui objekti kaugus vaatleja silmast on kaks korda suurem, kuid vaatleja näeb objekti sama hästi, siis peab objekti valgustatus olema 16 korda suurem.

Celsius pidas Bologna ülikoolis loengu „De ascensu et descensu Maris Baltici“, mis puudutas Hudiksvallis tehtud Läänemere pinna kõrguse muutusi sõltuvana aastaaegadest ja tuulte suunast.

Celsius lahkus Bologna'st 8. aprillil 1734 pärast seitset sealveedetud kuud ja siirdus Rooma. Manfredi oli teda soovitanud kardinal Da Viale, kes oli tuntud suure astronoomihuvilisena. Kardinal laenas talle kasutamiseks oma kvadrandi ja inglise pendelkella ja soovitas Celsiust omakorda paavst Clemens XII-le, kes lubas Celsiusel teha vaatlusi Monte Cavallol Quirinale palees. Paavst läks isegi niikaugele, et lubas suurendada üht palee akent Celsiuse vaatluste tarvis.  

Celsius jätkas Roomas oma fotomeetrilisi katseid. Üksiti mõõtis ta Kuu heledust täiskuu ja noorkuu ajal, leides, et täiskuu on noorkuust 8 korda heledam ja et Päike on täiskuust 300000 korda heledam. Tulemustest tegi ta järgmisel aastal Pariisis ettekande, mida akadeemik de Mairan teatud kriitikaga refereeris.

Roomas kontrollis Celsius ka keskpäevajoont, mille olid määranud astronoomid Bianchini ja Maraldi. Mitmed Celsiuse keskmistatud mõõtmised andsid tulemuseks, et nende astronoomide määratud keskpäevajoone viga oli kaks kaareminutit.

Ka uuris ta rooma pikkusühiku – jala – pikkust. Koos Martin Folkes'iga leidsid nad, et rooma jalg oli peaaegu täpselt sama pikk kui Rootsis kasutusel olnud jalg.

Celsiusel oli juhus jälgida päikesevarjutust kardinali majast 3. mail 1734.

Vaatluse tulemused avaldas ta neli aastat hiljem Londonis, ajakirjas Philosophical Transactions.

Olnud terve suve Roomas, alustas Celsius teed Pariisi Genua kaudu 1734.aasta sügisel. Ta pidi veel vahepeal taotlema Stiegleri stipendiumi pikendust, mida talle ka lubati. Pariisis asus ta elama Joseph-Nicolas Delisle'i majja, kus elasid Delisle'i ema ja õde – mõlemad väga haritud ja astronoomiahuvilised naised. Pariisi teadusringkondades käis sel ajal kõva vaidlus Newtoni gravitatsiooniteooria üle, kuna Cassini ja tema koolkond kartesiaanlastena Newtonit ei tunnistanud. Cassini koolkond oli veendunud, et Maa on poolustelt välja venitatud, kuna aga Newtoni teooria andis vastupidise tulemuse. Senini Prantsusmaal tehtud kraadimõõtmised olid andnud vastukäivaid tulemusi ja

Prantsuse akadeemia otsustas saata välja ekspeditsiooni Peruusse Charles Marie de la Condamine'i juhatusel.

Pierre Louis Moreau de Maupertuis Prantsuse akadeemiast oli taibanud, et Maa kuju kindlamaks määramiseks oli vaja lisaks mõõtmistele ekvaatori lähedal teha kraadimõõtmist ka pooluse lähedal.  Kasutades oma tutvusi õnnestuski tal saada finantseering ekspeditsiooniks Lapimaale. Selles kohavalikus oli olnud suur osa Celsiusel, kes soovitas läbi viia kraadimõõtmise Botnia lahe jääl. On teada, et esialgu oli Maupertuis kavandanud oma ekspeditsiooni Islandile, nii et seega oli Celsiuse soovitus määrava tähtsusega.  Ekspeditsiooni koosseisu nimetati lisaks juhile veel akadeemik Clairaut, Camus, Le Monnier ning lisaliikmena ka Celsius. Liikmeteks said ka Bayeux piiskopi, kardinal de Luynes'i sekretär Outhier. Ekspeditsiooni sekretäriks määrati de Sommereux ja joonistajaks Herbelot. Etteruttavalt olgu öeldud, et mõlemate ekspeditsioonide kraadimõõtmised andsid loomulikult Newtoni teooriat toetava tulemuse. Celsius, kes oli valmis oma lähetuse jätkamiseks Inglismaal, sai ülesandeks tellida sealt ekspeditsiooni tarbeks vaatlusriistu.

Selleks ajaks oli Celsius Pariisis veetnud ligi aasta, mis oli olnud tema reisi teaduslike eesmärkide suhtes kõige viljakam. Kuni selle ajani olid kaks ta õpilast – Meldercreutz ja Bjurman – olnud ta kaaslasteks, kuid nüüd siirdus Meldercreutz koju ja Bjurman läks koos Celsiusega Londonisse.

Pariisis oli Celsius hoolitsenud selle eest, et Rootsi teadusarengust majajäämise vältimiseks oli tarvis osta kõige moodsamaid vaatlusriistu. Selleks saatis Celsius mitmeid palvekirju Uppsala ülikooli kantslerile ja oma sõpradele. Lõpuks konsistoorium paindus, ja alles kantsleri terava vahelesegamise tõttu, kuid saadud summa polnud eriti suur – vaid 3000 riigitaalrit. Selle eest ostis Celsius Langlois' kolmejalase kvadrandi teleskoopilise dioptri ja mikromeetriga, mis saadeti meritsi Uppsalasse.

Kolm aastat välisreisi olid selleks ajaks otsa saanud ja Celsius pidi Uppsala ülikooli kantslerilt krahv Cronhielmilt paluma luba oma reisi jätkata koos palga ja stipendiumi säilimisega. Selle loa ta sai.

Celsiuse kirjast Benzeliusele järgneb, et Londonis asus ta elama Kuningliku seltsi sekretäri Cromwell Mortimeri majja ja et seltsi president Sir Hans Sloane võttis ta lahkelt vastu. Celsius tutvus Londonis astronoomide Halley ja Bradleyga. Ta ei unustanud ka oma põhieesmärki, tellides Grahami juurest 10-jalase sektori ja pendelkella. Oma raha eest muretses ta Edinburghis valmistatud ühejalase peegelteleskoobi. Ilmselt jättis ta oma töödega  väga tugeva mulje, nii et ta valiti üsna peatselt Kuningliku seltsi liikmeks.

1736.aasta aprilli lõpus asus Celsius Londonist teele, et mai alguses Dunkerque's kohtuda Lapimaale siirduva ekspeditsiooniga.    

Kraadimõõtmisekspeditsioon

Ekspeditsioon alustas laeval „Prudent“ merereisi Stockholmi, kuhu jõuti 20. mail 1736. Pärast vastuvõttu kuningas Fredriki juures ja Celsiuse kodu külastamist Uppsalas liikus osa ekspeditsioonist maad mööda ja teine osa merd mööda Torneå poole. Veel oli lahtine, kus täpselt kraadimõõtmine läbi viia. Ühe võimalusena välja pakutud Celsiuse idee teha mõõtmine Botnia lahe saartel langes ära, sest saared olid madalad ja signaalid oleksid pidanud olema ilmatu kõrged. Mõeldi põhja suunas otsesihi raiumisele läbi metsade, kuid ka see oli mõeldamatu, isegi arvestades soomlastest Rootsi sõdureid, kes ekspeditsioonile abiks olid antud. Celsiuse mõte mõõta Botnia lahe jääl oli kahtlemata väga hea, kuid ... oli ju suvi ning oodata mitu kuud jää tekkeni, mis igal aastal ei tekkinudki, tundus Maupertuis'le vastuvõtmatu. Nii jäi üle vaid Torneå jõe org, mille nõlvadel asuvatele vaaradele sai suhteliselt lihtsalt signaale püstitada. Enne oli vaja aga maastikuga tutvuda ja otsustada, kuhu signaalid saavad. Esmase luure tulemusena valiti välja sobivad künkad baaspunktideks ja alustati signaalide püstitamist. Enamasti olid need koonusjad ehitised kooritud puudest, et tumeda metsa taustal paremini välja paista. Ainuke erand oli Tornio kirik, mille kõrge torn ideaalselt signaaliks sobis. Prantslased kaebasid hirmsasti sääskede üle, kes ekspeditsiooni kõvasti kimbutasid. Aga ega langenud puude, kaljupankade, teravate kivihunnikute ja kiirevooluliste, sügavates kanjonites paiknevate jõekeste ületamine  polnud sugugi kergem. Hiljem lisandus veel talvekülm, mille kohta Maupertuis kirjutas, et hõbedast viinapeeker külmus huulte külge kinni. Celsius oli kogu aeg töös signaalide püstitamisel ning lisaks pidas ta veel päevikut, nn vinkelbok'i, kuhu kõik need tegevused, millega ta ise ametis oli, detailselt sisse kandis. Ja teinekord ka mitte ainult need.

Nurkade mõõtmine signaalide vahel lõpetati 6. septembril Kaakamavaaras. Kohe tehti ka astronoomilised vaatlused, kus põhiline raskus langes Le Monnier'le ja Celsiusele. Kuna baasjoon oli veel mõõtmata, ei saanud meridiaanikaare pikkust määrata.

See mõõtmine jäi detsembrikuusse, sest oli otsustatud mõõta baasjoon mööda jõe jääd (14.4 km). Pariisist toodi kaasa ainult üks rauast ühe toise'i (1.949 m) pikkune mõõtelatt. Selle abil valmistati lisamõõtelatte kuusepuust, mis hoolikalt justeeriti. Küsitavaks jäi see, kui palju kuuselatt temperatuuriga oma pikkust muudab. Maupertuis arvates polnud see oluline, ja nagu näitasid Celsiuse hilisemad mõõtmised, oli tal õigus.

Nüüd jäid vaid teha rehkendused, mis andsid tulemuseks, et polaarpiirkonnas on meridiaanikraad pikem kui Pariisi lähedal. Seega oli lõplikult selge, et Maa on poolustelt lapik.  Celsius võttis ekspeditsiooni tulemused kokku oma rootsikeelses ettekandes akadeemiale „Maa tõeline suurus ja kuju“ 1741. aasta detsembris. 

Celsiuse panust ekspeditsiooni õnnestumisse hindasid kõrgelt nii Maupertuis kui Prantsuse kuningas Louis XV, kes määras Celsiusele iga-aastase 1000 liivrise pensioni. Lisaks jättis Maupertuis Celsiusele kingituseks vankri, millega Lapimaal käidi, ja väiksema kvadrandi.

Tagasi Uppsalas

Pärast viieaastast eemalviibimist oli Celsius tagasi Uppsalas ja teda ootasid mitmed pakilised ülesanded, ennekõike muidugi õpetamine, aga ka  tema äraolekul unne suikunud teadusselts ning Acta litteraria ootas välja andmist. Sugugi märkimata ei saa jätta unistust astronoomiaobservatooriumist.

Õpetamisega oli Celsiuse äraolekul  tegelenud Olof Hjorter (hilisem Celsiuse õe Sara Märtha mees), nüüd pidi Celsius rooste läinud oskuse taastama. Esimestel aastatel luges ta matemaatika valikkursust sfääridest ja sfäärilisest trigonomeetriast. Hiljem lisandus sellele ka astronoomia, üldine geograafia, kronoloogia, gnomoonika (õpetus päikesekelladest) ja navigatsioonikunst.

Celsius juhatas mitmete väitekirjade kaitsmise koosolekuid, ja nagu tollal kombeks, oli ta neis igaühes esimene autor. Üks huvitavamatest väitekirjadest käsitles 12. mail 1706, 3. mail 1715, 22. mail 1724 ja 13. mail 1733 toimunud täielike päikesevarjutuste  ajal jälgitud Päikese krooni. Tõsi, tegemist oli vaid siiski nähtuse kirjeldamisega, kuid see-eest oli see väga põhjalik. Kõik kaitstud väitekirjad polnud kaugeltki astronoomilised, sest juttu oli kiriklikust kronoloogiast, Põhjamaa kalapüügiviisidest, miilipõletamise kunstist, kompassinõelast, nädalapäevade nimedest svealaste ja götalaste seas, maailmade mitmesusest, Cartesiuse vorteksitest, jne. 

Kuid astronoomia-alastest olid mõned lausa tänapäevased, nagu Ericus Engmani „De luna non habitabili“, kus väideti, et Kuu pole elamiskõlblik, kuna seal pole vett ega õhku. Väitekirjades oli juttu ka Jupiteri kuudest, astronoomilisest refraktsioonist, Maa kujust (loomulikult!), komeetidest ja nende mõjust Maale. Celsius uskus nimelt, et komeedid võivad põhjustada nii üleujutusi kui hiiglaslikke põlenguid. Ta arvas ka, et mõni komeet võib meilt Kuu ära viia.

Mitu väitekirja oli tähtkujudest. Neis oli juttu nii tähtkujude mütoloogiast kui ka tähtedest, mis olid heledamad kui 6.5 tähesuurust. Jäära tähtkujus näiteks sisaldas kataloog 70 tähte. Seal toodi ära Flamsteedi kataloogi tähed, lisaks veel Ptolemaiose, Tycho Brahe ja Heveliuse vaatlused. Ka Maraldi käsikirjaline kataloog, mille Celsius oli hankinud,  oli lisatud. Iga tähe kohta anti number vastavas kataloogis, nimi või Bayeri tähistus, deklinatsioon ja otsetõus. Ja ka Celsiuse enda või siis Hjorteri vaatlused. See kõik oli tegelikult ettevalmistus, sest Celsius planeeris uude observatoorumisse ühe olulise tööna ulatusliku tähekataloogi koostamise. Võib-olla kõige olulisem on selles väitekirjas tähtede heleduse määramise meetod – ühejalase pikksilma ette paigutatud kaks läbipaistvat klaasplaati vähendasid Celsiuse järgi tähe heledust ühe tähesuuruse võrra. Kaheteistkümnes tähesuurus määrati teleskoobis nähtava nõrgima tähe heleduse järgi. Siirius muutus nähtamatuks 24 klaasplaadi tagant. Selle meetodiga muidugi Flamsteedi määratud heledused muutusid – Flamsteedi 4^m oli Celsiuse 5^m, 7^m muutus 10^m-ks jne.

Observatooriumi ehitamine

Juba Erik Benzelius noorem ja Erik Burman olid soovinud observatooriumi Uppsala ülikooli juurde ja selles suunas ka tegutsenud.  Aga alles Celsius suutis unistuse täide viia. Tõsi, oma majale oli ta peale ehitanud torni, kust astronoomilisi vaatlusi teha sai, kuid see oli rohkem amatööri tegevus. Oma reisidelt oli ta akadeemia rahade eest muretsenud kolmejalase kvadrandi ja jalase kiikri. Maupertuis oli talle meridiaanikaare mõõmisekspeditsiooni lõpetamise puhul kinkinud väikese kvadrandi.

Celsius ergutab Linköpingi gümnaasiumi ostma kvadranti, et elavdada sealseid astronoomiaõpinguid. Saanud teada, et akadeemia müüs 1738.aasta kevadel kinnisvara, saades selle eest 18000 taalrit, kirjutas Celsius akadeemiale kirja, kus väitis, et juba 1723.aastal  avaldas riigipäev soovi ehitada osa mahapõlenud Uppsala lossist tähetorniks. Aga kuna vahendeid selleks ei antud, siis sumbus ettevõtmine. Nüüd tuletas Celsius seda otsust meelde. Konsistoorium arutas asja ja otsustas, et Celsius võib saada 9000 taalrit, kui ta observatooriumi ehitamiseks puudujääva summa kusagilt mujalt hangib. Rahasaamise tingimuseks seati ka see, et Celsius enam kunagi observatooriumi jaoks raha küsima ei tule.  See ähvardus kaua ei pidanud, sest üsna peatselt oli müügis professor Refteliuse maja, milleks konsistoorium andis  Celsiuse palvel 8000 taalrit – lisaks varem kokkulepitud summale!  Nüüd pöördus Celsius õueintendandi Carl Hårlemani poole, et see projekteeriks Refteliuse maja ümberehituse tähetorniks. Ja 12. aprillil 1739 sõlmis Celsius ehituslepingu ehitusmeister Körneriga. Celsius tegutses väga energiliselt vajalike rahasummade leidmisel ja tähetorni vajalikkuse propageerimisel. Ta andis välja brošüüri „Rootsi astronoomiaobservatooriumi kasulikkusest“, kus tõi välja observatooriumi neli tähtsat ülesannet. Esiteks oli see navigatsioonikunsti tähtsuse rõhutamine, eriti Rootsile kui mereriigile. Aga see kunst toetub astronoomiale, lisas ta. Teiseks planeeris ta observatooriumi osavõttu riigi kaardi koostamisest, mida riigipäev oli juba 1734.a. otsustanud. Kolmandaks rõhutas ta riigi ajateenistuse parandamise tähtsust koos kalendrireformiga, sest paljud riigid olid juba üle läinud gregoriuse kalendrile. Ja neljandaks arvas Celsius, et observatoorium on kasulik üldise õpetatuse koha pealt, rääkimata observatooriumis tehtavatest ilmavaatlustest. 

Vahepeal oli Celsius muretsenud korraliku teleskoobiga varustatud kaheteistjalase sektori ja Grahami pendelkella. 1742.a. suvel  saabus 36-jalane teleskoop ja järgmise aasta alguses andis Daniel Ekström üle enda valmistatud transiitteleskoobi, mis oli viie jala pikkune, varustatud mikromeetri ja täpse loega. Juba 1741.aasta suvel hakkas Celsius kolima uude observatooriumisse.

Arveraamat näitab, et Celsius kulutas observatooriumi tarvis 31 007 taalrit ja 28 ööri riigiraha, millele lisas 2551 taalrit ja 19 ööri enda raha (selle maksis konsistoorium ta emale ja õele tagasi 1748.a.).

Kuigi observatooriumi rajamine oli suur samm Rootsi astronoomia arendamisel, polnud see maja sobilik vaatlusteks, sest ta asus rahutu Svartbäcki tänava ääres, tal puudus vaba vaade lõunasse, sest loss, toomkirik ning ülikooli hooned olid ees. Ka Celsiuse truu kaaslane Hjorter kaebas kuus aastat pärast Celsiuse surma, et ta pole saanud vaadelda Wargentini komeeti, kuna hooned olid ees (tegelikult oli see Swift-Tuttle'i komeet).

Kuninglik teadusselts

Enne oma suurt reisi oli Celsius kuningliku teadusseltsi sekretärina palju hoolt pühendanud seltsi heale käekäigule, otsides võimalusi maksta seltsi sekretärile töö eest palka ja välja anda seltsi ajakirja. Ta oli isegi oma reisi edasi lükanud, et saaks seltsi 1729. aasta Acta välja antud. Viimasel koosolekul enne reisi teatas ta, et ei saa enam sekretäri kohuseid täita ja soovitas enda asemele professor Klingenstiernat. Kuid sellel mehel puudus huvi ja energia seltsiga tegeleda, mida näitab asjaolu, et 1732.aastal toimus vaid üks koosolek, järgmisel aastal viis ja siis ei toimunud enam koosolekuid ega antud välja Acta literariat.

Seega ei jäänud Celsiusel pärast ekspeditsioonilt tagasi pöördumist muud üle, kui  selts uuesti ellu äratada. Ta kirjutas Benzeliusele, et Acta väljaandmine seekord hilineb, sest kaastöid polnud üldse laekunud. Celsiuse töökoormus seltsis veidi kahanes, sest magister Olof Hjorter asus tööle seltsi amanuensisena.

Celsius tegi 1738. aasta koosolekul ettepaneku pöörduda seltsi aupresidendi krahv Gustaf Bonde poole, et see koosoleku kokku kutsuks seltsi edasise tegevuse ja arengu arutamiseks. Krahv Bonde kutsuski seltsi liikmed endale koju, et kahe päeva jooksul arutada seltsi tegevuse elavdamist. Mitme muu probleemi kõrval käsitleti kapten Triewaldi ettepanekut trükkida edaspidi seltsi Acta rootsi keeles (senini oli see olnud vaid ladina keeles).  Kapten põhjendas oma ettepanekut sellega, et Kuninglik selts Inglismaal avaldab oma töid ka inglise keeles. Piiskop Benzelius oli selle ettepaneku vastu, sest tema arvates rootsi keelt nii palju mujal maailmas ei tunta. Selle peale tegi Triewald uue ettepaneku, et olgu Acta pealegi ladina keeles, aga selle kõrvale tuleks asutada rootsikeelne teadusajakiri. Kuigi selts seda ettepanekut tagasi ei lükanud, ei tulnud teise ajakirja asutamisest midagi välja, sest varsti asutati Rootsi teaduste akadeemia, kes hakkas oma töid niikuinii välja andma.  Ka ei õnnestunud saada Acta ilmumisele priviligeeritud seisundit.

Triewaldi ettepanekul oli siiski mingi mõju, sest 1741.aastal Celsius kordas seda – anda välja rootsikeelset ajakirja taani vastava ajakirja eeskujul. Ettepanek võeti vastu ja Celsiuse onu Olof Celsius asus selle toimetajaks. Kahjuks ilmus seda ajakirja vaid 1742. aastal.

Triewald oli seltsi koosolekul Bonde juures teinud veel ühe ettepaneku – et Stockholmis elavad seltsi liikmed moodustaksid seltsi osakonna Stockholmis. See ettepanek läks ellu ja Triewald, Linné, von Höpken, Bielke, Alströmer ja Cederhielm tulid 2. juunil 1739 kokku, et asutada hoopis Rootsi teaduste akadeemia.

Kalendrireform    

 Ekspeditsioonilt tagasipöördunud Celsius oli täis energiat ja muudele kohustustustele lisaks hakkas ta tegelema kalendrireformiga. Seejuures oli Celsius alati hoidnud gregoriuse kalendrist eemale ja tema ettepanek puudutas vaid distingilaada toimumise aegade arvestamist. Siinkohal tuleb ilmselt selgitada, mis need laadad olid ja mida need rootslastele tähendasid. Alustada tuleb kaugemalt – disad oli Põhjamaa mütoloogias rühm naisvaime või isegi jumalaid, kellel oli palju ülesandeid, näiteks kangelaste Valhallasse juhatamine ja suguvõsa eest hoolitsemine. Disting oli keskajal veebruarikuu alguses vanas Uppsalas kokkukutsutud nõupidamine, ja kuna siis inimesed olid koos,  peeti üksiti ka laata. Selle kogunemisega on tihedalt seotud nn disablot, see on siis ohvrite toomine disadele (blot on rootsi keeles ohver). Komme on säilinud tänaseni.

Seega on distingi toimumise aja väljarehkendamine väga oluline, sest päris vanal ajal peeti seda veebruari lõpus või märtsi alguses. Olaus Magnus oli sisse toonud reegli, et et esimene noorkuu, mis on 6. ja 7. jaanuari vahel pärast kella 12 öösel, oli distingikuu alguseks ja distingi pühitseti järgneva täiskuu ajal. Paganlikul ajal algas aasta talvisel pööripäeval ja jõulusid pühitseti siis (vrdl. rootsi jul) ja  jõulukuu algus määrati pööripäevale lähima täiskuu järgi. Sellele järgnev kuu oli distingikuu. Kuid kristlus paigutas jõulud 25. detsembrile ja jõulukuu algas lunatsiooniga, kus täiskuu oli 25. detsembril või hiljem. Kui aga täiskuu juhtus 24. detsembrile enne päikese loojumist, siis jõulukuu algas järgmisel lunatsioonil.  Selle reegli kehtestas Celsiuse vanaisa Magnus Celsius, kuid seda kõik kalendritegijad ei aktsepteerinud. Nii juhtus, et 1730. aastal, kui täiskuu oli jõuluõhtul, oli Burmani ja Celsiuse kalendrites disting veebruaris, Birger Vasseniuse kalendris aga jaanuaris. Segaduse vältimiseks soovitas Celsius tagasi pöörduda vana reegli juurde – kui Kolmekuningapäeval on Kuu taevas kas vana või noor, siis see kuu on jõulukuu. Celsiuse ettepanekut kaalus akadeemiline konsistoorium ja leidis, et seda ei lükata tagasi, kuid kasutusele ka ei võeta, sest see ajab segamini kõik liikuvad kiriklikud pühad. Celsius vastas sellele otsusele „memoriaaliga“, kus soovitas liikuvaid pühi rehkendada astronoomilisel viisil, nagu tehakse seda Saksamaal ja Taanis. Kuigi konsistoorium tahtis selle memoriaali paigutada arhiivi koos Celsiuse eelmise ettepanekuga, suutis Celsius oma sõbra piiskop Benzeliuse kaudu võita preesterkond enda poole ja 30. jaanuaril 1739 käskis kuningas  Fredrik I arvutada distingi ja Ülestõusmispühi Celsiuse reegli kohaselt.

See reform tähendas tegelikult kogu kalendrirehkenduse sassiajamist – üks ootamatu tulemus oli see, et Ülestõusmispühad lähenesid jõuludele. Asi kippus käest ära minema, nii et kuningas nimetas Klingenstierna ja Celsiuse otsima tekkinud olukorrast väljapääsu. Selle asemel, et minna üle gregoriuse kalendrile, soovitasid need kaks professorit kaaluda kaht kalendriuuendust. Üks neist, juliuse kalendri baasil, oleks teinud kõik kirikupühad liikuvaks ja teine esitas täielikult uue kalendri, kus jaanuar oleks alanud talvisel pööripäeval ja veebruar siis, kui Päike läheks Veevalaja tähtkujju jne. Mingit lisaaastat poleks ja päevade arv aastas rehkendataks astronoomiliste päikesetabelite alusel. Tegelikult oli mõlema süsteemi taga Celsius ja alles pärast Celsiuse surma sai Klingenstierna esitleda end Wargentini toetajana gregoriuse kalendri kasutuselevõtmisel. 

Termomeeter

Tänapäevase termomeetri kasutusevõtmisel on olnud palju raskusi. Kõigepealt muidugi see, millist vedelikku kasutada. Arvatakse, et Huygens oli esimene, kes soovitas vee keemispunkti üheks fikseeritud punktiks, kuid veel ei teatud selle sõltuvust õhurõhust. Järgmise olulise sammu tegi Newton, kes alguses pakkus linaõli, kuid siis elavhõbedat ja tema termomeetril oli kaks fikseeritud punkti: üks vee jäätumine ja teine inimese kehatemperatuur, millele ta andis väärtuseks 12 kraadi. Siis oleks vee keemispunkt olnud 34 kraadi.   

Esimene, kes konstrueeris täielikult teadusliku termomeetri 1724.aastal, oli saksa füüsik

Daniel Gabriel Fahrenheit. Algul kasutas ta alkoholi, kuid siis läks üle elavhõbedale. Oluline oli tema puhul see, et ta otsustas kasutada nii vee jäätumis- kui keemispunkti ja ta teadis, et keemispunkt sõltub õhurõhust. Kui Fahrenheit elas Amsterdamis, siis olid nad Carl Linnéga suured sõbrad. Ja nii sai  Linné tuttavaks termomeetriprobleemiga.

Mõned olulised punktid erinevates skaalades

Üldse kirjeldati 18. sajandil mitmeid temperatuuriskaalasid. Esimene, kes teadaolevalt tuli sajakraadise skaala peale, oli Renaldini Paduast 1694.a.  Sajakraadise skaalaga termomeetri valmistas ka Johan Backman Stockholmist 1716.a.  Ka Delisle valmistas 1724.a. termomeetri, mille nullpunkt oli vee keemistemperatuuril. Ta siiski muutis skaala nii, et 150 kraadi juures oli  vee jäätumine ja vee keemine toimus  0 kraadi juures. Réaumur alustas 1730. aastal termomeetri konstrueerimist, mille nullpunkt oli vee jäätumistemperatuuril ja vee keemispunkt 80 kraadi juures, sest tema termomeetris põhjustas temperatuuri muutumine ühe kraadi võrra vedeliku ruumala muutumise ühe tuhandiku võrra.

Mõnede temperatuuriskaalade ümberarvutamise valemid

Oma välisreisil oli Celsius tutvunud paljude looduseuurijatega, kes tegelesid termomeetriprobleemiga ja kellest olulisemad olid vast Le Monnier ja Delisle. Võib-olla nendega peetud kirjavahetus sai otsustavaks, et Celsius hakkas ise termomeetri loomisega seotud katseid tegema, uurides eriti vee keemispunkti sõltuvust õhurõhust. Nii andis ta teaduste akadeemiale 14. juulil 1742 üle oma töö uuest termomeetrist, mis ilmus juba samal aastal. Selles paneb ta ette võtta temperatuuri mõõtmise skaalal kaks kindlat punkti – 0 kraadi vee keemisel (õhurõhu 751.2 mm Hg juures) ja 100 kraadi vee jäätumisel. 

Olof Hjorteri vaatluspäevikus on kirjas, et 1747.a. ilmus välja Ekströmi sajakraadine termomeeter, kus kindlad punktid olid paigas tänapäevaselt. Observatooriumi vaatluspäevikust tuleb veel välja, et samal aastal hakati kasutama Strömersi termomeetrit, mis oli samasuguse konstruktsiooniga kui Ekströmi oma. Jääb mulje, et Uppsalas oli veel keegi termomeetrite konstruktor ning eksperimentaator ja selleks meheks oli Carl Linné! Tema Amsterdamis 1737.a. ilmunud raamatu tiitellehe vinjetil oli putto hoidmas 100kraadist termomeetrit, mille nullpunkt oli arvatavasti vee külmumispunkt! Veel enam, skaala pildil laienes kuni miinus 100-ni. Meil oli juba juttu, et Linné oli Amsterdamis tutvunud Fahrenheitiga ja ilmselt sealt sai alguse tema huvi termomeetriga seotud probleemide vastu. Kui ta oli tagasi Uppsalas ja tagasi Inglismaalt end täiendamast oli ka instrumentide meister Ekström, siis  laskis  Linné meistril endale teha sajakraadise skaalaga termomeetri, kus nullpunkt oli vee jäätumispunkt. Esimene termomeeter läks katki teel Stockholmist Uppsalasse. Ekström kohusetundliku ja pedantse mehena tegi kohe teise, kuid see võttis aega. Konsistooriumi koosolekul 2. detsembril 1745 (Celsius oli siis juba surnud) esitles  Linné oma termomeetrit ja nõudis selle eest konsistooriumilt raha, mille ta ka sai. Observatoorium tellis endale  sellise termomeetri, mis läks kasutusse kui Ekströmi termomeeter. Observatooriumi direktor Strömer tegi endale ka samasuguse – sellest siis mitu nime samale instrumendile.

Et see oli  Linné, kes skaala ümber pööras, järgneb ka Arago Kogutud teostest ja Encyclopedia Britannicast.  Linné ise oma tegu ei rõhutanud ja 1750-st aastast peale räägitakse teaduskirjandusest hoopis rootsi termomeetrist.

Aga miks siiski tänapäeval räägitakse Celsiuse skaalast ja termomeetrist? Üks põhjus on siin 1818.a. avaldatud Berzeliuse keemia õpik, kus ta kirjutab, et Celsius oli esimene, kes varustas termomeetri kahe kindla punktiga: 0 kraadi vee jäätumisel ja 100 kraadi vee keemisel ja jagas selle vahemiku sajaks võrdseks osaks! Berzeliuse autoriteet oli nii suur, et keegi seda pika aja jooksul ei vaidlustanud.  

Elu lõpuaastad

Pärast ekspeditsioonilt naasmist tegeles Celsius mitmete astronoomiliste probleemidega, millest olgu nimetatud mitmete päikese ja kuuvarjutuste vaatluste kirjeldamine, Uppsala, Turu, Linköpingi, Torneå ja mõnede muude punktide geograafiliste pikkuste määramine, pooluse kõrguse määramine jne. Geograafilisi pikkusi arvutas Celsius samaaegsete kuuvarjutuste vaatlemisega, näiteks Londonis ja Uppsalas. Kuuvarjutusi pole aga kuigi tihti ja nii läksid käiku Jupiteri kaaslaste varjutuste vaatlemised. Celsiust huvitas eriti geograafilise pikkuse määramine merele, kuid kõikuval laevalael teleskoobiga askeldamine ei tulnud kõne allagi (alles 1736.a. valmistas John Harrison esimese merekõlbliku kronomeetri H1).

Kuid need polnud kaugeltki ainsad teadusprobleemid, sest Celsiuse haare oli laiem. Eespool oli juttu kuusepuu soojuspaisumise uurimisest. Selle uuringu tulemused avaldas ta 1739.a. Hoolikad mõõtmised näitasid, et kuuse soojuspaisumise koefitsient on ca 1/6000. Kui seda oleks arvestatud Maupertuis ekspeditsioonil, oleks Maa poolustelt veel lapikum olnud. Tõsi küll, väga vähe, sest baasjoone pikkus oleks olnud 0,02% pikem.

Lisaka neile probleemidele arutles ta koos Hjorteriga magnetnõela kõrvalekallete üle virmaliste esinemise ajal. Nad tegid mitmeid katseid George Grahami valmistatud 30 cm pikkuse magnetnõelaga, hoolega jälgides, et ruumis poleks rauast esemeid, neil taskutes võtmeid ega kingadel rauast pandlaid. Nad leidsid, et mida tugevamad on virmalised, seda suurem on magnetnõela kõrvalekalle, järeldades sellest, et virmalised on seotud Maa magnetväljaga. Imetlusväärselt on nende vaatlused nii täpsed, et võimaldasid kindlaks teha Maa magnetvälja päevased, mõne nurgaminuti suurused kõrvalekalded. Aga ega see kerge töö polnud, sest Hjorteri sõnade järgi tegi ta 46 nädala jooksul 6638 magnetnõela vaatlust! Sealjuures enamasti külmas ruumis, küünlavalgel ja suurendusklaasi abil.

Celsius võrdles rootsi jalga (pikkusühikut) muude samanimeliste ühikutega ja arutles maapinna kerke üle, mis eriti Skandinaavias on põhjustatud tohutute jäämasside sulamisest pärast viimast jääaega - meeter saja aastaga! Celsius nimetas seda vee taganemiseks (vatnets förminskande)  ja seletas seda vee auramisega või siis aukudega mere põhjas, kuhu vesi pikapeale kaob. Ka kirjutas ta oma surmaaastal veel töö raskusjõu erinevusest, kui võrrelda pendlite võnkeperioode Londonis ja Uppsalas, seletades seda Newtoni teooria alusel. Lisaks teadustööle oli Celsius professorina konsistooriumi liige.

Tollal määrasid nii riigipäeval kui konsistooriumis enamuse 1737. aastal asutatud Mütsipartei liikmed, kes olid ettevaatliku rahupoliitika pooldajad. See partei oli tekkinud vastukaaluks Kübaraparteile, kes toetasid avantüristlikku sõjaprogrammi. Konsistooriumis kandsid kübaraid siis vaid Anders Celsius, teoloogia professor Olof Celsius, poeesia professor Beronius ja professor Klingenstierna. Seega olid nad suures vähemuses, kuid kuna tegu oli väljapaistvateteadlastega, siis nende sõna maksis, eriti veel, kui nendega hiljem liitus Linné.    

1737.a. valisid Smålandist pärit tudengid Celsiuse suure häälteenamusega oma maakondliku ühenduse inspektoriks. Sellised ühendused olid Uppsala ülikoolis  juba 1600ndate aastate algusest samast maakonnast pärit tudengeid ühendavad organisatsioonid. Juhtus aga naljakas lugu, sest ka Jämtland-Medelpadi ühendus valis Celsiuse omale inspektoriks. Sellest tekkis suur pahandus, mille konsistoorium lahendas määrusega, et keegi professor ei tohtinud olla rohkem kui ühe suure või kahe väikese ühenduse inspektoriks valitud, kusjuures otsuses loetleti üles, millised need väikesed ühendused on. Üksiti otsustati, et Jämtland-Medelpadi ühenduse inspektoriks saab loogika professor Ullén, kuigi ta esimestel valimistel Celsiusele kaotas. Sellega polnud asi lõppenud, sest Celsius esitas vastulause, et kuna Smålandi ühendus loeti nüüd suureks, tuleks korraldada uued valimised. Jagelemine käis edasi, kuni 1739.aastal Mütside partei kaotas valimistel ja uueks ülikooli kantsleriks sai krahv Gyllenborg krahv Bonde asemel. Ka see oluline vahetus ei suutnud tüli lõpetada, veel hullem, ka kuninga kiri  ei mõjunud. Lõpuks, peaaegu viis aastat hiljem tüli algusest lahendas olukorra kantsleri kuri kiri, mis taastas Jämtland-Medelpadi ühenduse inspektorina Celsiuse (1738-1744).

Celsiuse mõjust ülikoolis kõneleb ka fakt, et teda valiti kaks korda rektor magnificuseks ja ta oli ka filosoofiateaduskonna promootoriks, nii et tema käe all said magistriks 118 tudengit, mis usuti olevat tolle aja rekord.

Celsius suri noorelt, vaid 42-aastaselt, „galopeerivasse tiisikusse“. On alust arvata, et Maupertuis ekspeditsiooni väga rasked tingimused ta tervise õõnestasid. Kui oli selge, et surm on lähedal, saatis Celsiuse lell, toomkiriku praost Olof oma õpilase Bælteri Celsiust surmaks ette valmistama. Nagu niisugustel puhkudel kombeks, rääkis Bælter igavesest elust taevas, mille peale Celsius ütles: „Härra magister, kas teie räägite nii? Mina olen nüüd sellises seisus, et ma saan näha, kas see jutt on õige või mitte.“ Celsius maeti Uppsala vanasse kirikusse oma vanaisa kõrvale.

Celsiuse järgi on nimetatud kraater Kuu lõunapoolkeral ja Rootsi teaduste akadeemia annab 1961.aastast välja väga prestiižset auhinda – Celsiuse nimelist kuldmedalit, mis antakse saavutuste eest matemaatikas ja füüsikas.

Tänuavaldused

Olen tänulik abi eest artikli kirjutamisel Tartu ülikooli emeriitprofessor Mati Ereltile ja teadur Marju Lepajõele.

Kasutatud kirjandus

1. Nordenmark, N.V.E., 1936, Anders Celsius, Lychnos, Almqvist & Wiksells Boktryckeri-A.-B, Uppsala.
2. Stempels, H.C. 2011, Anders Celsius' contributions to meridian arc measurements and the establishment of an astronomical observatory in Uppsala, Baltic Astronomy, 20, 179-205.
3. http://www.uu.se/digitalAssets/75/75997_scholarships-scholarshiphandbook.pdf
4. Viik, T., 2011, La vie mouvementée de P.L. Moreau de Maupertuis, L'Astronomie, 44, p. 32-37 (inglise keelest prantsuse keelde tõlkinud S. Héral).
5. Tobé, E., 1986, Fransysk visit i Tornedalen 1736-1737, Tornedalica, Luleå.
6. Outhier, R., 1982, Journal från en resa till Norden år 1736-1737, Tornedalica, Luleå.
7. Maupertuis, P.L.M..de, 1977, Jordens figur, Tornedalica nr.23, Kalix.
8. Wennström, H.-F., 2008, Gradmätningar, lk. 141-155. Ed. Thomas Lundén,  “Kartan och verkligheten”, YMER, årgång 128.
9. Wennström, H.-F., 2009, P.L.M. de Maupertuis, Orbis Arctoi, no 4.
10. Ideology and Power in the Viking and Middle Ages, Eds. G. Steinsland, J.V. Sigurđsson, J.E. Rekdal and I. Beuermann, Brill, Leiden & Boston, 2011.
11. Beckman, O. Anders Celsius, Acta Universitatis Upsaliensis, Skrifter rörande Uppsala universitetet. C. Organisation och historia, 42 pp. Uppsala. ISBN 91-5545661-8
12. Beckman, O., http://www.astro.uu.se/history/celsius.pdf
13. Marsden, B., 1973, The next return of the comet of the Perseid meteors, Astronomical Journal, vol. 78, p. 654-662

1.7.1 John Couch Adams ja Neptuuni avastamise lugu

T. Viik

1.  Lapsepõlv ja kooliaeg

John Couch Adams sündis 5. juunil 1819 Lidcoti farmis, mitte kaugel Launcestoni linnast Cornwallis. Mitte kaugel Adamsi sünnikohast asub ka kuulus Tintagel, kus imekaunis Igraine ja kuningas Uther Pendragon eostasid lapse, kellest sai legendaarne kuningas Arthur.

Adamsi isa Thomas oli pühendunud metodistist renditalupoeg. Ka tema neli varasemat põlvkonda olid olnud renditalupojad ikka sealsamas. Adamsi ema, Tabitha Knill Grylls, oli väikese talukoha omanik, mille pärandas talle tädi Grace Couch. Ema oli saanud pärandiks ka oma onu väikese raamatukogu, kus väikese Adamsi suureks rõõmuks oli astronoomiaalaseid raamatuid.  Adams oli vanim seitsmest lapsest. Tema vend Thomas sai misjonäriks Tongal ja tõlkis piibli Tonga keelde. Teine vend George aitas isa ja temast sai ka farmer. Noorim vend William Grylls sai loodusfilosoofia (ehk siis füüsika) professoriks Kings College’is Cambridge’is.

Oma muusikalisest perest pärit emalt sai ta absoluutse kuulmise ja muusikaarmastuse kogu eluks. Laneasti külakoolis, kus ta õppis kalligraafiat, kreeka keelt ja matemaatikat läks tal õppimine nii hästi, et juba enne kümneaastaseks saamist tegeles ta algebraga. Ta joonistas ka päikesekella aknalauale ning mõõtis Päikese kõrgust endavalmistatud mõõteriistaga. Kaheteistaastaselt läks ta oma ema onupoja erakooli Devonportis. Seal ta õppis mitu aastat, hiljem veel Saltash’is ja Landulph’is, kus ta sai tolleaegse klassikalise hariduse.

Kuid astronoomia oli ta kirg, ta luges kõiki astronoomia raamatuid, nende hulgas ka astronoomia-alaseid artikleid Abraham Reesi Cyclopediast. Selle oli ta avastanud

Devonporti Mehaanika Instituudist, kus ta oma vabal ajal õppis astronoomiat ja matemaatikat, saades kiiresti selgeks koonuslõiked, numbriteooria alused ja mehaanika. Esialgse kogemuse kõrgemast matemaatikast sai ta samas, kui talle pihku sattus Samuel Vince’i raamat “Õpetus fluxionidest” (nii oli tuletisi nimetanud Newton).    

Ta jätkas astronoomiaga tegelemist ja kirjutas 17. oktoobril 1835 oma vanematele, et ta vaatles Halley komeeti, olles vaimustatud sellest, et astronoomid suudavad ennustada selle taevakeha ilmumist taevavõlvile.

Ta rehkendas ka 15. mail 1836 toimuva rõngakujulise päikesevarjutuse täpse aja Lidcoti jaoks ja saatis andmed vend Thomasele.

Tema kiire areng ei jätnud vanematele kahtlust, et poiss tuleb saata edasi õppima ülikooli ja siin tuli emale pärandatud maavaldus suureks abiks. Lisaks töötas ta veel tuutorina 1837.a., teenides niiviisi raha. Nii tegi ta ära eksamid St.Johni kolledžisse Cambridge’is 1839.a. oktoobris.

Need läksid nii edukalt, et ta ei pidanud maksma õppimise, söögi ja elukoha eest.

Adams oli kogu oma õppimise aja esimene oma tulemuste poolest, märgime siinkohal ära, et ta sai esikoha kreeka testamendi tundmise alal igal aastal, kui ta õppis Cambridge’is. Ta lõpetas ülikooli 1843.a. parima matemaatikuna (Senior Wrangler), saades kaks korda rohkem punkte rängal eksamil (mathematical tripos), kui teiseks tulnud tudeng. Seda loetakse uskumatuks tulemuseks. Ta võitis ka üksinda Smith’i auhinna, mida antakse kahele parimale tudengile matemaatika, teoreetilise füüsika ja rakendusmatemaatika alal. Samal aastal valiti ta kolledži õppejõuks (fellow of college). Samal ajal töötas ta tuutorina edasi, saates teenitud raha koju vendade koolitamiseks.

2.  Uraani häiritused

Juba 1841.a. juulis oli ta lugenud Uraani teoreetilise orbiidi ja vaatluste vahelisest ebakõlast Briti Assotsiatsiooni aruandes avaldatud kuningliku astronoomi George Biddell Airy ettekandes ja ta võttis vastu otsuse, et kohe pärast ülikooli lõpetamist hakkab ta asjaga tegelema. Mehe sõna oli kindel ja juba 1843.a. oktoobriks oli tal lahendus käes, tõsi küll, esialgu ligikaudne, kuid tulemused veensid Adamsit, et ta on õigel teel ja Uraani liikumise häirituste põhjuseks on Uraanist kaugemal asuv planeet. Adams oli oletanud, et selle häiriva planeedi orbiit on ringjoon raadiusega kaks Uraani kaugust Päikesest (BodeTitiuse reegli kohaselt).  Isegi ligikaudne lahend polnud lihtne leida, sest Adams pidi lahendama kümnest võrrandist koosneva süsteemi.   Probleemi täpsemaks lahendamiseks pidi Adamsil olema rohkem andmeid ja ta pöördus Cambridge'i observatooriumi direktori James Challise poole, et see  küsiks kuningliku astronoomi käest Uraani vaatlusandmeid. Airy saatiski kohe andmed, ja isegi pikema ajavahemiku kohta, kui küsiti. Adams alustas uut lahendamist, võttes arvesse häiriva planeedi orbiidi ekstsentrisuse esimest astet, kuid jättes selle kauguse samaks. Septembris 1845 andis Adams Challisele oletatava planeedi asukoha keskmise pikkuse (ca 323.5 kraadi), periheeli pikkuse, orbiidi ekstsentrisuse, massi ja geotsentrilise pikkuse 30. septembril. 22. septembril kirjutas Challis kuninglikule astronoomile soovituskirja Adamsi jaoks, kus ta palus Adamsile audientsi. Adams läkski kohe Airy juurde, kuid Airy oli hoopis Prantsusmaal. Kuu aja pärast läks   Adams uuele visiidile, seekord oli Airy küll kohal, kuid hõivatud ja kui Adams veidi aja pärast uuesti Airy juurde läks, oli kuninglik astronoom lõunal. Nii ei jäänud Adamsile muud üle, kui jätta sekretäri kätte paber häiriva planeedi andmetega. Paberil olid ka vaatlustest saadud ja häirivat planeeti arvestava rehkenduse alusel saadud vahed Uraani keskmise pikkuse kohta. Need olid palju väiksemad, kui need, mis olid saadud häirivat planeeti mitte arvestades. Ainuke suur erinevus oli Flamsteedi 1690.a. vaatlustega.

Viisteist päeva hiljem tänas Airy oma kirjas nende andmete eest ja tahtis teada, kas see oletatav häiritus seletab ka erinevused raadiusvektori rehkendustes. Õnnetul kombel ei pidanud Adams seda küsimust kuigi oluliseks ega vastanud Airyle. Küll aga kordas ta oma rehkendusi häiriva planeedi erinevate kaugustega Päikesest ja saatis uued tulemused Airyle 2. septembril 1846.

10. novembril 1845 oli Urbain Jean Joseph Le Verrier esitanud Prantsuse akadeemiale uuringu Uraani orbiidi häirituste kohta, mida põhjustavad Jupiter ja Saturn. Ta oli leidnud mitu väikest võrratust, mida varem poldud märgatud, kuid isegi nende arvestamisega ei saadud vaatluste ja teooria ebakõla kaotada.

1. juunil 1846 esitas Le Verrier Prantsuse akadeemiale teise uuringu Uraani orbiidi kohta. Pärast kõikide Uraani vaatluste läbitöötamist jõudis Le Verrier järeldusele, et mingil muul viisil kui häiriva planeedi oletamisega pole võimalik erinevusi teoorias ja vaatlustes kaotada. Oletades, et selle planeedi kaugus Päikesest on kaks korda suurem kui Uraanil ja et selle orbiit on ekliptika tasandis, leidis ta selle planeedi tegeliku pikkuse 1. jaanuaril 1847 (ca 325 kraadi). Orbiidi elemente ega planeedi massi ta ei esitanud – need olid Le Verrieri kolmandas ettekandes Pariisi akadeemiale.

9. juulil 1846 saatis Airy kirja Challisele soovitusega alustada häiriva planeedi otsinguid Northumberlandi ekvatoriaalteleskoobiga ja pakkus isegi vaatlejat, kui Challis liiga koormatud on.  13. juulil järgnes uus kiri, kus oli kirjas ka ala otsitava planeedi leidmiseks – 30 kraadi mööda ekliptikat 10 kraadi laiusena, kusjuures häiriva planeedi arvutatud asukoht jäi selle ala keskele.  Challis oli vahepeal olnud Cambridge'ist eemal ja vastas 18. juulil, et ta hakkab ise vaatlema. Seda ta tegigi, alustades 29. juulil ja vaadeldes kaks kuud järjest.

2. septembril saatis Challis kirja Airyle, kus teatas, et vaatlused on hästi kulgenud, kuid asi liigub aeglaselt, sest kindluse mõttes võttis ta vaatluse alla ka 10-11 tähesuurusega tähed.

3.  Neptuuni avastamine

Kuid juba 31. augustil 1846 oli Le Verrier esitanud oma kolmanda uuringu Uraani liikumise kohta, kus olid ära toodud häiriva planeedi kõik andmed. Le Verrier arvas, et planeedil peab olema nähtav ketas. Ta saatis kohe oma järeldused Berliini observatooriumi direktor Johann Gottfried Gallele, kes samal õhtul ka koos Heinrich Louis d”Arrest'iga uue planeedi avastas Fraunhoferi teleskoopi – Tartu tähetornis asuva  Fraunhoferi akromaatilise refraktori kaksikõde - kasutades, sest tal oli käepärast Bremikeri taevakaart, mida inglise astronoomidel veel polnud. Planeediketast Galle küll ei näinud, kuid 8 tähesuurusega planeet oli kenasti nähtav. 1. oktoobril sai Challis teada uue planeedi avastamisest ning oma vaatlusi kontrollides leidis ta, et oli kahel korral juba varem seda ka vaadelnud, kuid vaatlused võrdlemata jätnud. Seega oleksid inglased suutnud uue planeedi avastada pea aasta varem.

Le Verrier sai paugupealt kuulsaks, Adamsi tööd teadsid vaid Airy, Challis, Herschel ja mõned Adamsi sõbrad. Esimene Adamsi nime avalik mainimine toimus 3. oktoobril, kui Sir John Herschel avaldas kirja “Le Verrier'i planeet” ajakirjas Athenaeum. Sellele järgnes Challise kiri samas ajakirjas 17. oktoobril, kus Challis kirjeldas Adamsi tööd. Siis sai ka teatavaks, et  Adamsi järeldused olid Challisele ja Airyle teada juba 1845.a. saadik ja et Challis tegelikult uut planeeti otsis. Paljud imestasid ka, et Adams ei avaldanud otsekohe oma töö tulemusi.

13. novembril 1846 esitas Airy Kuninglikule astronoomiaseltsile aruande “Account of some Circumstances historically connected with the Discovery of the Planet exterior to Uranus” ja Challis kirjeldas samuti oma tegevust uue planeedi otsimisel. Samal koosolekul esitas Adams oma arvutused uue planeedi füüsikaliste parameetrite ja orbiidi kohta. Need ettekanded avaldati seltsi toimetiste XVI köites. Kuna aga tunnetati, et tegu on rahvusliku huvi pakkuva sündmusega, siis Nautical Almanac Office'i  superintendent leitnant William Samuel Stratford avaldas Adamsi ettekande erilisana Nautical Almanac'ile 1851.aastaks.

Le Verrieri töö 3. juunist 1846 jõudis Airyni 23. või 24. juunil ja 26. juunil kirjutas Airy vastuse, kus esitas samasuguse küsimuse Uraani raadiusvektori häirituste kohta ja Le Verrier vastas, et häiriva planeedi arvestamine lahendab need häiritused.

Kui Galle planeedi avastas, oli Airy parajasti Saksamaal. Ta saatis Le Verrierile kirja õnnitlustega, kus nimetab teda ilma kahtlusteta uue planeedi avastajaks, kuid mainib delikaatselt ka Adamsi töid Inglismaal.

Le Verrier vastus sellele kirjale 16. oktoobrist on pigem vastus Herscheli kirjale ajakirjas Athenaeum, mida ta pidas väga halvaks ja ebaõiglaseks enda suhtes ja esitas sama küsimuse, mis paljud inglasedki: “ Miks Adams vaikis neli kuud?”

Tõepoolest, Adamsi tulemused olid olnud Airy ja Challise käes ning ka nemad ei tundnud vajadust neid avaldada. Hea küll, Adams oli ju noor teadlane, kes võis arvata, et kui ta oma andmed suurmeestele esitas, siis küll nemad juba teavad, mida teha. Kuid ei tehtud midagi ja mängiti maha suur võimalus.

On huvitav lugeda, kuidas need kaks meest oma tegevusetust põhjendavad Cambridge'i observatooriumi sündikaadile (sisuliselt revisjonikomisjonile). Challis teatab, et kui ta sai uue planeedi ligikaudsed andmed, siis oli see juba opositsioonist möödas ja Challis ei hakanud kahtlast tööd tegema. Järgmise vaatlusintervalli ajal oli tal palju muud tööd, eriti komeetide vaatlustega.

Airy rõhub oma selgituses raadiusvektori veale ja et ta tahtis teada saada Adamsi käest, kas see väidetav planeet kõrvaldab vead Uraani raadiusvektoris. Aga Adams pidas seda nii tähtsusetuks, et ei vastanud Airyle hoopiski, vaid alustas täpsemaid rehkendusi.  Airy märgib ka, et ta sai samale küsimusele Le Verrieri käest selge ja täpse vastuse.     

Adams ise ei võtnud mingil kombel osa diskussioonidest oma avastuse üle, ei avalikult ega eraviisiliselt ja ta ei kritiseerinud mitte kedagi.

Uue planeedi avastamise eest andis Kuninglik astronoomiaselts Le Verrierile Copley medali. Medali kodukord ei lubanud sama asja eest kaht medalit anda, seepärast jäi Adams ilma. Üleüldise kiidulaule taustal Le Verrierile jäi Adams hoopiski tähelepanuta … kuni 1847.a. kuninganna Victoria külastas Cambridge'it ja pakkus Adamsile rüütliseisust.

 Kuid seda Adams vastu ei võtnud, sest ta kas ei tundnud end rüütlina või kartis ta selle seisusega kaasaskäivaid kulutusi. St John'si kolledži liikmed asutasid 7. aprillil 1848 fondi, mis andis intressi 80 naela aastas ja selle najal antakse kahe aasta tagant auhind parima essee eest puhtas matemaatikas, astronoomias või mõnes teise loodusfilosoofia harus.

Adams ise suhtus Le Verrieri väga südamlikult ja hindas tema tööd kõrgelt. Talle tegi suurt rõõmu kohtuda Le Verrieriga Oxfordis 1847.a. ja samal aastal ka Cambridge'is. Cambridge'i ülikool andis Le Verrierile audoktori kraadi (LL.D) ja vist pole kahtlust, et Adamsi käsi oli siin mängus. Kui 1876.a. oli Adams Kuningliku astronoomiaseltsi president teist korda, siis anti Le Verrierile kuldmedal planeediuuringute eest.

4. Mis siis ikka takistas Adamsit Neptuuni avastajaks saamast?

Huvitaval kombel on paljude põhjuste hulgas ka õnnetut mittevedamist. Aga vaatame asja lähemalt.

1. Adams ei avaldanud oma tööst midagi
2. Septembris 1845 andis ta Challisele uue planeedi orbiidi andmed, massi ja asukoha
3. 1.oktoobril 1845. Tegelikult asus Neptuun sel ajal ainult 2 kraadi eemal arvutatud kohast, aga keegi ei hakanud vaatlema.
4. Kui Adams läks oma arvutustest teatama Airyle, oli see Prantsusmaal. Pärast kojupöördumist kirjutas ta Adamsile oma soovist tema rehkendustega tutvuda. Adams ei vastanud.
5. Oktoobri lõpus tuli Adams ette teatamata uuesti Airy juurde, kuid see oli hõivatud. Adams jättis kaardi ja ütles, et ta tuleb uuesti. Teener viis kaardi pr Airyle, kuid ei öelnud, et Adams tuleb tagasi. Kui Adams teist korda tuli, oli Airy lõunal.
6. Adams jättis siiski oma rehkendused maha, Airy tutvus nendega ja kirjutas Adamsile, et ta tahab teada Uraani raadiusvektori ja pikkuse vigu. Adams ei vastanud kirjale, kuna ei taibanud, kui suur tähtsus sellel küsimusel oli Airyle.
7. Kuna Airy oli väga täpne ja korralik (ning ootas seda ka teistelt), siis meeldetuletuskirja ta Adamsile ei saatnud.
8. Kui Airy oli saanud oma küsimusele Leverrieri käest vastuse, palus ta Challisel alustada uue planeedi otsinguid. Challis vaatles mitmel ööl osutatud asukoha ümbruses ja nägi ka uut planeeti, kuid ta ei hakanud erinevatel öödel tehtud vaatlusi võrdlema, vaid otsustas, et ta teeb kogu seeria läbi ja alles siis hakkab võrdlema.
9. Challise õigustuseks võib öelda, et tal polnud kasutada Berliini akadeemia taevakaarte, mis olid trükitud 1846.a. alguses, kuid veel septembris polnud neid laiali saadetud.
10. Adams oli planeerinud esitada oma arvutused Briti Teaduse Edendamise Assotsiatsioonile Southamptonis 1845.a. septembri alguses, kuid kuna kohtumine lõppes päev varem, kui Adams oli eeldanud, siis jäi ettekanne tegemata.

4.  Adamsi edasine tegevus

1847.a. saatis Adams Kuninglikule astronoomiaseltsile töö, kus kirjeldas viga Alexis Bouvardi Saturni tabelites, mida õigusega loeti parimateks. Uurides Saturni liikumist ja võrreldes seda Greenwichi vaatlusandmetega, märkas ta suuri erinevusi planeedi heliotsentrilises laiuses. Tuligi välja, et viga oli rehkendustes, mitte teoorias ega vaatlustes.

1848.a. määras ta konstante Gaussi Maa magnetismi teoorias. Nende juurde pöördus ta vanemas eas tagasi ja lõpuks andis selle töö tulemused vormistada oma vennale.

1852.a. esitas ta Seltsile uued tabelid Kuu parallaksi kohta, et need asendaksid Johann Karl Burckhardti tabeleid.  Hendersoni tööst oli selgunud, et Burckhardti tabeleis olid vead ja kui Adams asja uurima hakkas, siis selgus, et need olid tingitud teisendusvigadest Laplace'i valemi kasutamisel. Ja kui Adams selle asja juures oli, siis kontrollis ta üle ka Damoiseau, Plana ja Pontecoulanti teooriad Kuu liikumise kohta ning leidis neis mitmeid vigu ja väljajätmisi.   

1852.a. lõppes Adamsi tööleping St John'si kolledžis, kuna ta tahtnud lasta end pühitseda vaimulikku seisusesse.  Järgmisel aastal valiti ta Pembroke'i kolledži liikmeks, kuhu ta jäi oma surmani. 1858.a. sügisel valiti ta matemaatikaprofessoriks St Andrews'i ülikoolis ja kohe pärast seda ka Lowndeani astronoomia ja geomeetria professoriks Cambridge'i ülikoolis. Ning 1861.a. pöördusid Challis ja Stokes Adamsi poole palvega hakata Greenwichi observatooriumi direktoriks, kuna Challis tahtis pensionile jääda. Adams nõustuski, kuid kummalistel tingimustel – nimelt et ta ei peaks vaatlema ega ka vaatlustulemusi töötlema ja et ta võib iga hetk ameti maha panna, kui see hakkab tema uuringuid segama. Need tingimused osutusid vastuvõetavateks, sest  Trinity Kolledži astronoomi Richard Sheepshanksi õde oli asutanud oma venna auks fondi, mille rahadest sai palgata vanemassistendi vaatluste tegemiseks Adamsi asemel. 1862.a. oktoobris kohtus Adams Elizabeth Bruce'iga, kes oli Sir George Gabriel Stokes'i naise sõbranna ja kuulsa William Rowan Hamiltoni lähisugulane. Nad kohtusid uuesti sama aasta detsembris, kui Adams käis Iirimaal pakkumas Markree observatooriumi direktor Andrew Grahamile vanemassistendi ametikohta. Adams ja Elizabeth abiellusid 2. mail 1863.  Elizabeth elas palju kauem kui Adams, ta suri 1919.a.

5.  Tüli prantslastega

1853.a. saatis Adams Seltsile töö Kuu keskmise liikumise sekulaarse kiirenduse kohta. Laplace oli 1787.a. leidnud, et see on põhjustatud Maa orbiidi ekstsentrisuse sekulaarsest variatsioonist. 1820.a. võtsid Damoiseau ja Plana ette Kuu liikumise teooria täpsustamise ja said muidugi erinevad tulemused selle kiirenduse jaoks. Adams näitas oma lühikeses töös, et Laplace'i töös oli ühe olulise reaksarenduse teise liikme koefitsient  2187/128 vale ja see pidi olema hoopis 3771/64. Sellest tööst sai alguse suur tüli, sest kuigi Plana alguses tunnistas, et ta oli vea teinud ja sai Adamsi tulemuse ka oma teooriast, kuid hiljem võttis kõik tagasi ja sai täiesti erineva tulemuse nii Adamsi kui  enda algsest tulemusest. Delaunay   kontrollis tulemusi enda teooria alusel ja sai  Adamsi tulemuse. Kuu aega hiljem selle tulemuse avaldamisest Pontécoulant ründas Adamsi tuletuskäiku ja teatas, et neid liikmeid, mille Adams oli sisse toonud, pole olemaski ja et kui neid siiski kasutatakse, siis on sellega kahtluse alla pandud kõige ilusamaid tulemusi sisaldava töö Mécanique Céleste autor (Laplace).

Adams vastas sellel ajakirja Monthly Notices'i (MNRAS) 1860.a. aprillinumbris, kus märkis, et ta sai oma tulemused kahel erineval meetodil ja on lisanud neile ka kolmanda – kõik andsid sama tulemuse. Siis said Plana ja Lubbock samuti Adamsi tulemuse ning ka Cayley, kes kasutas täiesti erinevat meetodit ja avaldas oma tulemused MNRASis 56 leheküljel.  Delaunay tegi ka uue rehkenduse ja sai ikka Adamsi tulemuse. 1861.a. kinnitas Donkin samuti Adamsi tulemust.   

Pontécoulant ei jätnud jonni ja kritiseeris Adamsi tulemusi ajakirjas Comptes Rendus.  

Lõpuks ta leidis sellel kiirendusele uue tulemuse, mis ei klappinud kellegi omaga.

Keegi ei tea, miks Laplace oli omal ajal  jätnud rea teisest liikmed kõrgemad arvestamata, kuid võib arvata, et ta ei pidanud neid tähtsaks. Seega siis Adamsi tulemus pani selle Laplace'i töö kahtluse alla. Siin tuleb muidugi öelda, et vaidlus käis matemaatika, mitte astronoomiliste vaatluste tasemel, sest Plana tulemused Kuu sekulaarse kiirenduse kohta klappisid vaatlustega paremini kui Adamsi omad. Seepärast nii Le Verrier kui ka nähtavasti Hansen ei usaldanud Adamsi rehkendusi. Kõik see ei näita midagi muud kui suuri raskusi  Kuu liikumise täpsel kirjeldamisel.

1866.a. sai Adams Seltsi kuldmedali tulemuste eest Kuu liikumise uurimisel, kus elegantse kõne pidas astrofotograafia pioneer Warren de la Rue. Kuuldavasti olevat teda kõne koostamisel aidanud Delaunay.

Kuid sellega Kuu sekulaarse kiirenduse probleem polnud sugugi lõppenud, sest 37 aastat hiljem esitas Airy Seltsile töö selle kohta. Järgmisel Seltsi koosolekul Adams märkis, et Airy  oli mitmed olulised liikmed välja jätnud (siinkohal tuleb öelda, et vaidlus käib umbes 10” suuruse üle).

Adams tegeles Kuu liikumisega väga põhjalikult, seda näitab kasvõi fakt, et kui ta paralleelselt George William Hilliga uuris Kuu perigee liikumist, siis täpsustas ja lihtsustas ta seda oluliselt, saades tulemuse 15 kümnendkohaga.    

6.  Leoniidid ja muu tegevus

MNRASi 1867.a. aprillinumbris käsitles Adams Leoniidide meteoorivoolu orbiidi leidmist. Ameerika astronoom Hubert Anson Newton oli järeldanud, et tegu on väikekehade süsteemiga elliptilisel orbiidil Päikese ümber. Ta oli leidnud viis erinevat perioodi pikkust – 376.6 päevast kuni 33.25 aastani. Adamsi rehkenduste kohaselt sobis perioodiks vaid see viimane arv. Ta ennustas õigesti, et see meteoorivool tuleb tagasi 1866.a. novembris. Järgmise aasta märtsis näitas ta, et see meteoorivoolu orbiit langeb väga hästi kokku Tempeli komeediga. Sellega oli kindlaks tehtud seos komeetide ja meteooride vahel. 

Kahjuks pole need rehkendused – väga pikad – avaldatud, kuid nad on säilinud.

Adams tundis vastumeelsust oma tulemuste avaldamise suhtes, ta tahtis oma tulemusi ikka paremaks lihvida ja pidas oluliseks Gaussi aforismi – Pauca sed matura (vähe kuid küpselt).   

1870.a. juhtus imelik lugu, sest teoreetilise astronoomina tuntud Adams hakkas vaatlusi juhtima! Asi oli selles, et Cambridge'i observatoorium ostis Simmsi meridiaanringi ja selle täielikuks kasutamiseks alustati vaatlusi Astronomische Gesellschaft'i programmi alusel tsoonis deklinatsioonide  25 ja 30 kraadi vahel.  See töö publitseeriti 1897.a.

1874.a. valiti Adams teist korda Kuningliku Astronoomiaseltsi presidendiks ja tema huvi pöördus puhta matemaatika poole. Euleri ja Gaussi kombel tundis ta naudingut võimalikult täpsete matemaatiliste konstantide väljaarvutamisel. Näiteks 1877.a. avaldas ta 31 Bernoulli numbrit, kahekordistades tuntud numbrite arvu. Siis otsustas ta EulerMascheroni konstanti täpsustada, aga selleks läks vaja teatud arvude logaritme ja pöördarvude summasid. Nii rehkendas ta arvude 2,3,5 ja 7 logaritmid 273 kümnendkohaga ja sai tulemusena selle konstandi 263 kümnendkohaga, mida hiljem täpsustas 273 kohani.

Adams oli Isaac Newtoni suur austaja ja kui 1872.a. Lord Portsmouth kinkis Cambridge'i ülikoolile mitmeid Newtoni käsikirju, siis Adams võttis ette nende matemaatilise osa korrastamise ja katalogiseerimise.

Adams oli ka suur lugeja, lugedes nii ilukirjandust kui eriti botaanika ning ajalooalast kirjandust. Tal oli tavaliselt mingi romaan laual, kui keerukate matemaatiliste rehkendamistega tegeles. Ja üleüldse meeldisid talle raamatud ja tema raamatukogus oli umbes 800 köidet, neist 80 viieteistkümnendast sajandist, mis ta pärandas Cambridge'i ülikooli raamatukogule. Teised matemaatika-alased raamatud said St Johns'i ja Pembroke'i kolledžite raamatukogudele.   

Tal paluti sageli teha arvutusi nii varjutuste kui teiste astronoomiliste nähtuste kohta ja ta ei öelnud kunagi ära, vaid jättis enda töö pooleli.

1881.a. pakuti talle kuningliku astronoomi kohta, kuid ta lükkas pakkumise tagasi. Ta oli kinnine inimene ja ainult vähesed sõbrad tundsid teda põhjalikumalt. Ta armastas väga loodust ja tundis ennast õnnelikuna, matkates oma kodumaakonna mägedes ja rabades.

Ta jäi ootamatult rängalt haigeks 1889. a. oktoobris mao verejooksuga, kuid paranes sellest.  Järgmise aasta juunis tuli haigus tagasi ja sellest ta tervenisti ei paranenudki ning 21. jaanuaril 1892 ta suri, olles olnud kümme nädalat voodihaige. Ta maeti St Giles'i kalmistule Cambridge'is, kuigi paljud arvasid, et teda oleks tulnud matta Westminster Abbey'sse, ka kuninganna Victoria arvas nii, kuid võib-olla oligi õige, et ta sai puhkama oma observatooriumi lähedale.

St John'si kolledžis peeti 20. veebruaril 1892 suur koosolek, kus arutati Adamsi büsti paigutamist Westminster Abbey'sse, kuid seal ei leitud kohta. 9. mail 1895 paigutati siiski sinna mälestustahvel, Newtoni haua lähedale.    

Adamsi sõbrad hindasid teda kõrgelt kui äärmiselt tugevat matemaatikut ja väga head inimest, kes oli õnnelikus abielus ja väga seltskondlik.

Kirjandus

1. J. C. Adams, History of the Discovery of Neptune, Memoirs of the Royal Astronomical Society, Vol. 16, 1847.
2. J.W.L. Glaisher, Biographical note, The scientific papers of John Couch Adams, ed. by W. G. Adams, XIII- XLVIII, Cambridge, 1896.
3. J. Challis, Special Report of Proceedings in the Observatory relative to the new planet, The scientific papers of John Couch Adams, ed. by W. G. Adams, XLIX-LIV, Cambridge, 1896.
4. H. Spencer-Jones, John Couch Adams and the Discovery of Neptune, Cambridge University Press, 1947.
5. J.W.L. Glaisher, Obituary, MNRAS, Vol. 53, p. 184-209, 1893.
6. http://www.encyclopedia.com/topic/John_Couch_Adams.aspx

1.8.1 Fr. G. W. Struve Tartu periood

(Ettekanne Akadeemilise Baltisaksa Kultuuriseltsi koosolekul 14.03.2000 ja Tartu Tähetorni astronoomiaringi töökoosolekul 21. 03. 2000)

 1. Esivanemad 

Eestis töötanud suure astronoomi Friedrich Georg Wilhelmi esivanemad pärinevad Horstinimelisest külast (60 km Hamburgist põhja pool). Struve vanaisa  Johan Struve (1710-1778) abiellus 1743.a. Abel Strüveniga. Arvatakse, et see nimi on saanud alguse sõnast - "Sträuben", mis alamsaksa keeles on "Struuf" või "struufig".

Johan oli väiketalunik, kes teenis lisa ehitustöölisena. Tal oli Abeliga  4 last, kellest kaks surid ilma järglasteta. Struve isa Jacob sündis 1755.a. (ema suri, kui ta oli 7). Kuna pere oli vaene, siis Jacob käis naabri juures suviti tööl kuni 14-aastaseks saamiseni. Talvel käis koolis, kus eriti hästi läks matemaatika, nii et suutis abistada naabreid rendi rehkendamisel.

Kooliõpetaja hakkas taibukale poisile orelimängu õpetama kiriku orelil ja kuna see hästi läks, siis saadeti ta orelit õppima Elmshorni, 6 - 7 km eemal. Seal hakkas ka ladina keelt õppima.

Johan ei olnud sellega sugugi rahul, et poiss kodust eemal on, kuid kui poissi kiitma hakati, siis jäi ta rahule. Jacob lõpetas 18 kuuga algkooli ja läks kohe Altona gümnaasiumi selecta'sse 1771. Selle gümnaasiumi nimi oli Christianeum, ning poiss pidi kodunt Altonasse elama minema.

Gümnaasiumi lõpetamise järel läks Jacob Göttingeni ülikooli filoloogiat õppima, kuna seal õpetas retoorikat ja muud klassikat Christian Gottlob Heyne, kes võttis poisi endale koju kostile filoloogia seminari hooldamise sildi all.

Pärast lõpetamist töötas Jacob Heyne soovitustega mitmes Põhja-Saksa gümnaasiumis, sealhulgas Harburgis. Tema karjäär kulmineerus professorikohaga Christianeumis 1791. Ta sai seal rektoriks 1794 ja läks pensionile 1827. Jacob suri 1841. aastal, kui ta poeg Wilhelm oli juba maailmakuulus astronoom, Venemaa peaobservatooriumi, Pulkovo observatooriumi direktor.

Harburgis kohtus ta oma tulevase naise Maria Emerentia Wiese'ga, kes oli kohaliku pastori tütar. Pastor Wiese oli olnud õukonna kaplan Peeter Suure pojapoja Peeter III juures, kes oli ühtlasi Holstein-Gottorpi hertsog. Ta oli elanud Oranienbaumis, kuid põgenes sealt kui Peeter III hakkas vene pappidel habemeid maha ajama.

Maria Emerentia oli 16-aastane, kui ta kohtas Jacobit ja 10. jaanuaril 1783 laulatas papa

Wiese oma tütre Jacobiga Steinbecki kirikus. See abielu kestis 58 aastat kuni Jacobi surmani.

Neil oli 14 last, kellest 7 surid imikueas. Viis poissi tegid head karjääri, kuigi Wilhelm oli ainus, kes elas kõrge eani. Vanim poeg oli Karl (1785), kes oli õppinud Göttingeni ülikoolis ja läinud Tartusse koduõpetajaks ning eradotsendiks ja kellel oli Wilhelmile suur mõju.

Lastel oli peres tähtis nii vaim kui keha. Pere lipukirjaks oli A teneris adsuescere multum est (Lapsepõlvest peale peab paljuga harjuma).

Jacob õpetas klassikalisi keeli, dogmaatikat ja teksti analüüsi, kuid matemaatika oli ta armastus, eriti praktiliste probleemide lahendamine, aga samuti ka arvuteooria. Ta kirjutas väikeseid artikleid - Mathematische Kleinigkeiten. Ta kirjutas ka matemaatika õpiku, mis oli kuulus oma selguse poolest. Ta leidis isegi vea Gaussi töös taevakehade liikumise kohta, mida Gauss ka tunnistas. Jacob valiti Kieli ülikooli audoktoriks 1813. aastal.

2. Wilhelm Struve noorus 

Fr. G. W. Struve sündis 15.04.1793. a. ja, nagu juba öeldud, kasvas üles peres, kus füüsiline tegevus oli vaimse kõrval suure tähtsusega. Põhilised vaba aja veetmise vormid perekonnas olid kõndimine, võimlemisharjutused ja talvel uisutamine. Wilhelm läks 6-aastaselt kooli, ning juba 14-aastaselt selecta'sse, kus õppis küll vaid ühe  aasta. Ta pidi lahkuma kodunt

1808.a., sest värvati Napoleoni armeesse Hamburgi eeslinnas St.Paulis.  Suletuna mingi hoone teisele korrusele, õnnestus tal sealt akna kaudu välja saada ja koju joosta. Perekond arvas, et poiss peab linnast põgenema ja kuna vanem vend Karl oli juba Tartus, siis otsustati, et alguses läheb ta Altonasse, mis tollal kuulus Taanile. 7. juulil 1808 lahkus Wilhelm Altonast professor Klauseni väga hea soovitusega ja Taani passiga (Schleswig-Holstein oli Taaniga personaalunioonis). Ta oli teel 35 päeva, enne kui jõudis Tartusse. Ta võeti otsekohe järgmisel päeval filoloogia tudengiks (matrikulatsiooninumber 371), hoolimata sellest, et tal puudus küpsustunnistus (Testimonium Maturitatis). Ilmselt professor Klauseni soovitus avaldas mõju. 

Filoloogist vend Karl oli Tartusse tulnud professor Adam Christian Gaspari soovitusel, kes koos Jacobiga oli olnud Heyne lemmikõpilasi ja kes õpetas 1803. aastast alates Tartu ülikoolis ajalugu, geograafiat ja statistikat. Ta oli abielus Jacobi naise õetütrega, kes oli üles kasvanud Wiese'de kodus.

Teine Wilhelmi valikuid mõjutanud inimene oli Heinrich Christian Schumacher, kes oli Christianeumis õppinud ja pärast Göttingeni ülikooli lõpetamist Tartu ülikooli juurat õpetama tulnud, üksiti ka koduõpetaja ametit pidades. Wilhelmi isa oli aidanud Schumacheril emigreeruda ja sellest ajast olid Schumacher ja Wilhelm sõbrad. 1808.a. läks Schumacher tagasi Göttingeni astronoomiat õppima Gaussi käe all. Schumacheri elutööks tuleb lugeda Taani valitsuse toel  ajakirja Astronomische Nachrichten asutamist.

Võib arvata, et Wilhelmi elukutse valikut mõjutas ilmselt komeet, mis ilmus taevasse 1807. aastal ja mis palja silmaga näha oli. Wilhelm pidi hakkama endale elatist otsima, sest Karl,  kellel oli juba kaks last, poleks teda toetada jõudnud. Vend Karl oli olnud koduõpetajaks von Meineri juures (Gaspari soovitusel), sama tööd oli teinud  ka Schumacher ja nüüd sai sinna õpetama  Wilhelm. Lisaks veel krahv Bergi poegade õpetamine ja selle perekonna kaudu ka kõrgemas seltskonnas käitumise õppimine. See tuli Wilhelmile edaspidi suureks kasuks. 

Wilhelm registreeris ennast õppima isa soovi kohaselt filosoofias (G. B. Jäsche), filoloogias ja lisaks veel astronoomias (J.W.A. Pfaff). 

Wilhelm läks Bergi majja elama kevadel 1809, kus Bergid vaid talvel elasid, suvel olid nad Sangastes. Poisse pidi ta õpetama 34 tundi nädalas, mis polnud sugugi väike koormus, sest õppimine ülikoolis oli veel lisaks. Wilhelm oli perekonnas heas kirjas ja teda koheldi kui võrdset. Kaks kasutütart aitasid teda isegi prantsuse ja saksa kirjanduse õppimisel.

Wilhelm õppis tugevasti, 1810.a. lõpul tegi ta kandidaadieksami filoloogias ja sai kuldmedali tööga De studiis criticis et grammaticis apud Alexandrinos. Ülikooli nõukogu otsustas selle isegi ära trükkida, kuid ilmselt peatselt alanud Napoleoni pealetungiga jäi asi katki. Samal ajal pakuti talle kohta ajalooõpetajana Tartu gümnaasiumis, kuid ta ei võtnud seda vastu.

Wilhelm oli sõbrunenud rektor Parroti poja Fritzuga ning saavutanud ka ta isa eestkoste, kes muretses talle stipendiumi, ja Wilhelm hakkas hoolega õppima matemaatikat ja astronoomiat. Umbes samal ajal lõpetas ta krahv Bergi poegade õpetamise, kuigi elas nende majas isegi pärast krahvi surma kuni 1814.a. Tartus oli astronoomiat õpetanud Jaani kiriku organist ja tütarlaste kooli õpetaja Ernst Christoph Friedrich Knorre, kes oli koos vennaga tulnud Saksamaalt, kuid kellel kahjuks mingit astronoomiaharidust polnud – ta oli täielik iseõppija. Ometi elavdas ta Tartu astronoomiaelu tunduvalt, muretsedes väikeseid vaatlusriistu ja unistades triangulatsioonist. Tema teeneks tuleb lugeda Tartu geograafiliste koordinaatide määramist, mis küll eriti täpseteks ei osutunud. Kuid tema poeg Karl, kes sai oma hariduse Tartu Ülikoolis, tõusis hiljem Wilhelmi soovitusel Venemaa Musta mere laevastiku astronoomi ametisse

Mõkolajevi linnas praeguses Ukrainas. Huvitav on märkida, et Karl koolitas oma poegi Viljandis, Schmidti eragümnaasiumis. E.Ch.Fr. Knorre suri võrdlemisi noorelt 1810. aastal.   Alles 1804.a. tuli Johan Wilhelm Andreas Pfaff Saksamaalt astronoomia professoriks, kuid ta lahkus juba 1809, nii et aasta enne oma surma õpetas Tartus astronoomiat ikkagi Knorre. Pfaffi, kelle vend andis suure panuse esimest järku osatuletistega diferentsiaalvõrrandite  lahendusmeetodite leidmisele, kohta võiks öelda, et tema suur tegu oli tähetorni ehitamise alustamine, või vähemalt sellele kaasaaitamine.

Rektor Parrot pöördus Göttingeni Ülikoolis töötava ja juba tol ajal suurt tunnustust leidnud Carl Friedrich Gaussi poole palvega Tartu Ülikooli tööle tulla,  kuid Gauss keeldus. Siis kutsus ülikool tööle astronoom  Johan Sigismund Huthi Harkovist, kes valiti ka professoriks,  kes oli küll tark ja lahke inimene, kuid haige.

Kuigi Tartu Ülikooli taasavamise järel oli palju juttu ka tähetornist, sest tol ajal kuulus iga  ülikooli juurde lausa kohustuslikus korras tähetorn, ei nihkunud asi mitmetel põhjustel kaua paigast. Kasutusel oli vähemalt kaks  ajutist tähetorni, kuid kuna 1807.a. saabusid esimesed tõsised vaatlusriistad – Herscheli 7-jalane teleskoop ja Dollondi passaažiriist, mis küll esialgu kastidesse jäi, kuid mis poleks enam Lamberti ajutisse tähetorni  mahtunud, siis tuli tõsiselt uue tähetorni ehitamisega rutata. See saigi valmis 1811.a. detsembris ja avati ilma suurema kärata. Ning selle Dollondi passaažiriista pani  Wilhelm lõpuks üles.

Astronoomia kõrval oli Wilhelmit hakanud huvitama ka geodeesia ja suviti Sangastes Krahv Bergi poegi kantseldades kasutas ta Troughtoni sekstanti, mille oli oma raha eest ostnud. Kui ta siis Sangaste ümbruses oma sekstandiga ratsutas, siis 1812.a. suvel võeti ta kinni prantsuse salakuulaja pähe ja viidi Pärnu sõjakohtusse, kust ta alles kolm päeva hiljem vabanes.

1811.a. oli Tartusse tulnud Wilhelmi vend Ludvig arstiks õppima. Sõja ajal suunati ta Riiga koos Karl Ernst von Baeriga sõjaväehospidali, kus jäi tüüfusesse. Wilhelm käis teda seal vaatamas.

29. oktoobril 1813.a. pidi kaitsma doktoritööd De geographicae speculae Dorpatensis positione. Samal päeval tuli aga teade, et Napoleon oli kaotanud Rahvaste lahingu Leipzigi linna all. Kaitsmine lükati edasi järgmisele päevale, oli väga edukas ning Wilhelm sai magistri ja doktori kraadi korraga. 

3. Wilhelm Struve küpsus

Kuu aega hiljem sai Wilhelm astronoomia erakorraliseks professoriks ja ta pidi lugema nii astronoomiat kui matemaatikat.

1814.a. läks Wilhelm vanemaid vaatama koos Ludwigiga, kes otsustas Kieli ülikooli õppima  minna. Seal kohtas Wilhelm vanemate sõbra tütart Emilie Wall'i, kes polnud veel 18ne.

Noored kihlusid 13. augustil ja kaks nädalat hiljem tuli Wilhelm Tartusse tagasi.

Sellel reisil kohtus Wilhelm paljude saksa astronoomidega, loeme üles siin mõned: Repsold, Olbers, Gauss, Harding, Schröter, Lindenau. Tagasiteel tuli ta läbi Königsbergi, kus kohtus  Besseliga. See kohtumine pani aluse eluaegsele sõprusele ja mõnes mõttes ka rivaliteedile.

1815.a. läks Wilhelm koos vend Karli ja ta perega tagasi Altonasse, kus abiellus Emiliega. Enne pulmi tuli teade Waterloo lahingust. Ja samuti teade, et Schumacher, kes oli olnud

 Mannheimi observatooriumi direktor, läheb ära Kopenhaagenisse, kus talle oli kaua kohta  hoitud. Wilhelm sӝitis kohe Mannheimi, et seal kindel töökoht saada, kuid Badeni  suurhertsog oli selle koha juba ära andnud.

Oktoobris 1815 tõi ta oma noore naise 14-päevase merereisi järel Tartusse, kus nad rajasid kodu ja kasvatasid üles 12 last, kellest 8 elasid küpsuseni.

1815-1816 Liivimaa Üldkasulik ja Ökonoomiline Sotsieteet pöördus ülikooli poole palvega viia läbi geodeetilised mõõtmised Liivimaa uue kaardi jaoks. Parroti soovitusel anti see ülesanne Wilhelmile.

Seda ta tegigi aastate 1816 -1818 suvekuudel, kuid kaart ilmus alles 1839. Kogu töö tegi ta peaaegu üksi, abiks olid Karl Knorre ja Wilhelm Lieven. Wilhelmile sai selgeks, et geodeesia on sama huvitav kui astronoomiagi ja ta esitas ülikooli nõukogule taotluse mõõta meridiaanikaar Suursaarest Soome lahes kuni Jekabpilsini (tollal Jacobstadt) pikkusega 3 kraadi 35 minutit. Ülikooli nõukogu oli sellega nõus ja Wilhelm alustas tööd. Süües kasvab isu ja Wilhelmil tekkis mõte viia kaaremõõtmine üle lahe Soome, siis läbi Rootsi ja Norra kuni Põhja-Jäämereni. Selline projekt hakkas Tsaari-Venemaa valitsust tõsiselt huvitama, sest kuigi Wilhelm rõhutas selle teaduslikku tähtsust – Maa kuju ja lapikuse võimalikult  täpne teadasaamine  huvitas valitsust märksa enam piiriäärsete alade täpsete topograafiliste kaartide koostamine, sest et võimaliku sõja korral on täpsed kaardid kulla hinnaga. 

Nii toetaski Venemaa valitsus Wilhelmi hiigelsuurt kraadimõõtmise projekt Nordkapist kuni Jekabpilsini, kuid see polnud veel kõik. Samal ajal tegi geodeetilisi mõõtmisi Leedus, Valgevenes, Poolas, Volõõnias ja Podoolias Vene armee ettevõtmisel Eesti päritolu mees Carl Friedrich Tenner. Mehed teadsid muidugi teineteise töödest ning 1828.a. sõlmisid nad Tartus lepingu, mille kohaselt Wilhelm pidi hoolitsema kraadimõõtmiste eest Jekabpilsist põhja poole ja Tenner kraadimõõtmise eest Jekabpilsist kuni Doonau suudmeni Musta mere ääres. Kokku siis oli meridiaanikaare pikkuseks 25 kraadi 20 minutit ja mõõtmine, millest võtsid lisaks neile kahele mehele veel Soome, Rootsi ja Norra geodeedid. See tohutu töö palju aastaid ja lõppes alles siis, kui Wilhelm oli juba Pulkovo direktor.

Kõigeks selleks oli aga vaja uusi ja paremaid instrumente. Wilhelm sõitis koos perega Altonasse (Gustav - 1816, Alfred - 1817, Otto - 1819, Conrad - sündis 1821 Altonas) oma vanematele külla, kuid sellel sõidul oli ka ametlik eesmärk - Wilhelm käis Münchenis, kus nägi Fraunhoferi edusamme akromaatiliste läätsede tegemisel. Ta käis ka Gaussi juures ja võttis osa baasjoone mõõtmisest Braaki küla lähedal. Tundub olevat väga tõenäone, et Wilhelmi huvi maamõõtmise vastu sai siit suurt innustust.

Wilhelm tuli Tartusse tagasi oktoobris ja teel tegi peatuse Königsbergis Besseli ja vend Karli pool, kohates seal ka Argelanderit.

1820.a. sai Wilhelm teada, et Fraunhofer ehitab hiigelsuurt teleskoopi objektiivi läbimõõduga 9 Pariisi tolli (1 Pariisi toll = 25.0877 mm, 1 inglise toll = 25.4 mm).

Kohe tegi ta ülikoolile ettepaneku see riist muretseda 16000 rubla eest. Uus rektor Ewers oli asjaga päri ja ta kirjutas kantsler Lievenile palvekirja. Saadi ministeeriumi luba.

Instrumentaarium laienes - Reichenbachi meridiaanring saabus juunis 1822. Ewers oli nõus ka selle kinni maksma.

Septembris 1824 kirjutas Utzschneider Wilhelmile, et refraktor on valmis. Hind aga oli kasvanud 8000 Reini kuldnalt 10500le, vene rahas siis 19840 assignaatrublale.

Parun Wilhelm Wrangel saadeti Polangenisse 22le kastile vastu, et ta saadaks postivankreid, kuid ta murdis Valga lähedal jala ja kehva ravi tõttu pidi kaua paranema Tartus Wilhelmi majas (1828 murdis ka Struve vaatluse ajal jala, nii et teleskoop õigustas igati oma nime "suur refraktor"). Teleskoop saabus Tartusse 10.novembril 1824 piduliku rongkäiguga.

Wilhelm oli nii põnevil, et pani teleskoobi 15. novembriks kokku ja esimesel võimalusel, see oli järgmisel hommikul ta juba vaatles.

Pärast Fraunhoferi teleskoobi kättesaamist ja esimest vaatlust kirjutas Wilhelm ajakirjas Astronomische Nachrichten:

"Võlutult seisin ma suurepärase kunstiteose ees, ilma et ma oleksin suutnud otsustada, mis on imetlusväärsem, kas kogu instrumendi ilus kuju ja tema täiuslikkus vähimateski detailides või tema otstarbekohane ehitus ja see geniaalne instrumenti pöörav mehhanism, või tema võrreldamatu valgusjõud ja kujutise teravus."

Lisaks suurepärasele optikale oli teleskoobil ekvatoriaalmonteering ja kellamehhanism, mis tollal oli täiesti uus lähenemine. Olemasoleva kupli alt ei saanud teha vaatlusi kogu taevas – aga seda uus teleskoop just võimaldas – ja Georg Parrot projekteeris tornile pöörleva kupli. Lõplikult sai teleskoop paika detsembris 1825.

Juunis 1825 oli Aleksander I kinkinud Fraunhoferile suurepärase teleskoobi valmistamise eest ülikooli ettepanekul 3000-rublase teemantsõrmuse. Fraunhoferil oli selle üle nii hea meel, et ta valmistas teleskoobile mikromeetri ja saatis selle Tartusse täiesti tasuta.

Wilhemi põhitöö sellel refraktoril oli kaksiktähtede kataloog Catalogus Novus Stellarum Duplicium et Multiplicium. Seejuures oli talle suureks abiks Ernst Wilhelm Preuss. 

Pärast selle töö publitseerimist 1827 sai Wilhelm Kuningliku Astronoomiaseltsi kuldmedali.

Nikolai I andis talle teemantsõrmuse ja ta valiti Peterburi Teaduste akadeemia korrespondentliikmeks.

Struve teised tööd kaksiktähtede alal on Mensurae Micrometricae (1837) ja Positiones Mediae (1852).

Emilie tuli koju tagasi 1821 ja sünnitas nende viienda poja Heinrichi 1822. aastal ja nende esimese tütre Charlotte 1824.a. Vend Ludwig tuli tagasi 1824 Tartusse meditsiiniprofessoriks koos naise Conradinega, kes oli Emilie õde. Wallide vanad veetsid

Tartus terve aasta, kuid õnneaeg lõppes järsku, sest Ludwig suri aprillis 1828, Gustav suri sama aasta novembris ja detsembris suri kolmeaastane õde Alexandra. Kõik olid saanud kusagilt tüüfuse. Vahepeal (1827) oli Emilie sünnitanud Struvede kaheksanda lapse - Bernhardi, ja tütre Alexandra (1829). 

1830.a. elas direktori majas Wilhelm koos Emiliega, nende seitse last, vennapoeg ja kasulaps Theodor, kes oli Struve venna Ernsti poeg, ning lapsehoidja. Samal aastal reisisid nad Altonasse, kusjuures teel veetsid nad kümme päeva Königsbergis Karli pool ja natuke Berliinis Emilie sugulaste pool.

Wilhelm sõitis edasi Pariisi ja Londonisse. Londonis kohtus ta Herscheli ja South'iga (tegelikult oli Venemaa valitsus andnud talle ülesande saada Inglismaa pikkuse etalon).

Wilhelm pöördus Altonasse tagasi, kus toimus loodusteadlaste konverents ja kus Wilhelmil oli kutsutud ettekanne (seal olid ka Berzelius, Oersted, jt).

Septembri lõpus oli pere tagasi Tartus, kus Emiliel sündis neljas tütar Olga, kes hiljem Pulkovos abiellus rootsi astronoomi Georg Lindhageniga (muide, nende järeltulijad elavad siiani Rootsis ja on korduvalt käinud Tartus oma esivanema elupaiku külastamas).

1820.a. tuli Tartusse matemaatika professoriks Martin Bartels ja Wilhelm ei pidanud enam seda ainet lugema, aga sai ülikooli tuletõrjekomando pealikuks. Ta kustutas tuld 30. jaanuaril 1829, kui põles peahoone. Nikolai I tänas Wilhelmit kustutustööde hea organiseerimise eest.

30.jaanuaril 1832 ta valiti akadeemikuks, tavaliselt tähendas see Peterburisse kolimist, kuid tsaar lubas tal erandina elada Tartus.

1832.a. tuli South Tartusse külla. Tsaari noorem vend, suurhertsog Mihhail Pavlovitš viis ta Moskvasse ja korraldas South'ile seal ekskursiooni. Alles siis oli South vaba Wilhelmi jaoks.

Umbes sel ajal sünnitas Emilie oma üheteistkümnenda lapse - poja Gustavi, kes suri noorelt.

10. jaanuaril 1833 peeti Jacobi ja Maria Emerentia kuldpulmi. Pere venepoolne osa ei saanud talvel Altonasse minna. Pealegi pidas Wilhelm inauguratsioonikõnet Peterburi akadeemias ning Emilie, Charlotte ja Theodor olid temaga kaasas.

Tartus aga korraldas Conradine balli sel puhul ja oma "noorte neidude haridusasutuse" avamise puhul.

1833 oli halb aasta - Wilhelm sai mereekspeditsiooni käigus külastada vanemaid, kuid tagasi tulles ootas teda tõsine olukord. Vanima elusoleva poja Alfredi, kellel oli haige puus ja keda oli korduvalt opereeritud, olukord halvenes. Emilie, kes oli jälle rase, ravis teda.

Wilhelm pidi minema Peterburisse uue observatooriumi asjus ja kui ta tagasi tuli, siis leidis ta poja lootusetus seisundis. Sündis Emilie (1.1.1834) ja järgmine päev Alfred suri.

Emilie haigestus pärast sünnitust ja suri 1.2.1834 37 aastaselt. Ta oli olnud rase poole oma abieluajast.

1830.a. oli Wilhelm andnud tsaarile tõetruu pildi Peterburi observatooriumist. 28.oktoobril

1833 otsustas tsaar luua uue observatooriumi Peterburi lähedale Pulkovo kõrgustikule. Moodustati komisjon ehituse alustamiseks.

Juunis 1834 saadeti Wilhelm Euroopasse lepinguid sõlmima uute instrumentide ja raamatute tellimiseks. Ta võttis Otto - 15-aastase poisi kaasa. Selle käigu tulemusena telliti Ertelilt 14tolline refraktor.

Samal ajal kodus oli olukord kehvavõitu sest  poisid olid kogu aeg kakelnud. Oli selge, et Wilhelmile on vaja uut abikaasat. Nii juhtuski, et Wilhelm abiellus endast 15 aastat noorema Johanna Bartelsiga 22. veebruaril 1835.

Poeg Karl sündis novembris pärast laulatust (tuntud rohkem Kirilli nime all). Friedrich ja

Paul sündisid 1836 ja 1838 ja surid noorelt. Tütar Anna sündis 1839, pärast Pulkovosse sõitu.

Pulkovos sündisid veel Ernst (1841) ja Nikolai (1842).

15. juulil 1835 pandi Pulkovo observatooriumi nurgakivi. 

Augustis 1838 läks Wilhelm koos Ottoga instrumentide järele Münchenisse. See oli Wilhelmi viimane võimalus näha isa, kes suri 1841.a. ja Besselit, kes suri 1846.a. Vend Karl oli surnud varem samal suvel.

Sügisel 1838 anti Wilhelmile emeriitprofessori nimetus - ta oli 25 aastat ülikoolis töötanud. Kuna Nikolai I oli nimetanud Wilhelmi Pulkovo observatooriumi direktoriks, siis kolis pere Peterburgi  18. aprillil 1839.

Võtame lühidalt kokku Wilhelmi Tartu-aastad.

Ta luges 25 aasta jooksul Tartu Ülikoolis 20 loengukursust, keskmiselt kuus korda igaüht, määras meridiaanringiga tuhandete kaksiktähtede positsioone, mõõtis esimesena maailmas tähe (Vega) kauguse ja sai väga täpse tulemuse, otsis suure refraktoriga kaksiktähti, mõõtis neid mikromeetriliselt, oli peategelane Balti provintside trigonomeetrilisel mõõdistamisel ja oli põhiettevõtjaks hiiglasliku meridiaanikaare mõõtmisel Nordkapist Doonau suudmeni, oli prorektoriks ja kasvatas lapsi.

1.9.1 Ernest Rutherford (30.08.1871 – 19.10.1937)

Ernest Rutherford (30.08.1871 – 19.10.1937), täistiitlitega lord Rutherford of Nelson and Cambridge, üks 20. sajandi suurimaid füüsikuid, olevat mõnede teatmeteoste andmeil olnud valitud kõikide maailma teaduste akadeemiate liikmeks. Rutherford põlvenes šoti väljarändajaist Uus-Meremaale. Tema vanaisa George, ametilt ratassepp, asus oma kolmeliikmelise perega 1842. aastal teele Uus-Meremaale. Selliseks reisiks oli tollal vaja tublisti ettevõtlikkust ja julgust. Merereis kipakal, ümberasujaist üle koormatud purjekal kestis üle poole aasta. Äärepealt oleks see katkenud õnnetult marus Biskaia lahel. Elama asuti Nelsoni lähiste, Uus-Meremaa Lõunasaare põhjaranniku lähistel. Ernesti isa James hakkas uuel kodumaal farmeriks-linakasvatajaks, tehes ka mehaanikutöid. Ta nais kooliõpetaja Martha Thomsoni, samuti šoti emigrandi. Ernest tuli ilmale neljanda lapsena. Kokku sündis peres 11 (mõnedel andmetel 12) last. Lapsepõlve kõige olulisemaks õpetajaks pidas tulevane tippfüüsik oma ema, kellega tal säilisid lähedased suhted kogu eluks. Kui talle teadusteenete eest omistati lordi tiitel, saatis ta kõigepealt telegrammi emale, milles märkis, et saavutatu on rohkem ema teene. Suurpere lapsena sai Ernest haridust omandada üksnes stipendiumide toel, mis talle määrati tänu väljapaistvale andekusele.

1892. aastal lõpetas E.Rutherford Uus-Meremaa ülikooli Christchurchis. Vastasutatud ülikoolis oli tollal vaid 150 üliõpilast ja 7 professorit. Ülikoolis olid tema lemmikaineteks olnud matemaatika, füüsika ja – ladina keel. Füüsikaprofessor A.Bikkertoni mõju osutus siiski määravaks. Juba stuudiumi ajal alustas ta uurimistööd, tegeldes sealses pisikeses laboratooriumis elektromagnetlainete magnetdetektorite konstrueerimisega. Siit tuli ka esimene teadusartikkel. 1894 omandas ta magistrikraadi. Pöördepunktiks noore teadlase elus oli Londoni 1851. aasta maailmanäitusel asutatud stipendiumi saamine 1895. aastal. Õnnestava teate stipendiumist toonud ema hetkel, mil Ernest võttis kodufarmis kartuleid. "See on viimne kartul, mida eales korjan!" hüüatanud ta labidat eemale heites. Stipendiumi varal sai ta sõita tööle Inglismaale, Cambridge'i Cavendishi laboratooriumi, mida juhtis J.J.Thomson, kes peagi avastas elektroni. Esialgu jatkas noor teadusemees oma magnetdetektori täiustamist. 1896, üsna ühtaegu G.Marconi ja A.Popoviga, õnnestus tal luua raadioside üle 3-kilomeetrise vahemaa. Kuid edasised tehnilised täiustused ei pakkunud talle huvi. Thomson suunas ta uurima õhu ioniseerumist Röntgeni poolt Würzburgis äsja avastatud X-kiirte toimel. Siis aga paelus Rutherfordi jäägitult salapärane radioaktiivsuse nähtus, mille 1. märtsil 1896 avastas Pariisis Henri Becquerel. Paigutanud radioaktiivse preparaadi magnetvälja, tegi Rutherford peagi kindlaks erinevate komponentide, a-, b- ja g-kiirte olemasolu radioaktiivses kiirguses.

1898. aastal kutsuti Rutherford Kanadasse Montreali, professoriks McGilli ülikoolis. (See ülikool kannab kirjaoskamatu magnaadi, endise šoti talupoja McGilli nime, kes oli teinud suurema annetuse ülikooli avamiseks.) Seal lõi ta lühikese ajaga ajatasemel labori ning jätkas koos arvukate õpilaste ja abilistega radioaktiivsuse uurimist ning hakkas uurima a-osakeste hajumist aines. 1903. aastal näitas ta katseliselt, et a-osakesed on oma loomult heeliumi tuumad. Hiljem, juba Manchesteris, kinnitas ta seda spektroskoopiliste uuringutega. Edasi tuvastas ta radioaktiivsete ainete perekonnad (lagunemisread). Koos keemik Frederick Soddyga lõi ta radioaktiivsuse teooria. Nad selgitasid, et kõik aatomid polegi igikestvad, radioaktiivsed aatomid lagunevad iseenesest, ühed elemendid teisenevad teisteks. Rutherford armastas seda nimetada nüüdisalkeemiaks, sest alkeemikute ammune unistus oleks seeläbi otsekui taaselustunud. Montreali päevil andis Rutherford välja ka monograafia radioaktiivsusest, mida uutes trükkides aiva täiendas. 8 Montreali aastaga avaldas ta koos kaastöölistega üle 50 artikli. Hakkas tulema tunnustus: 1903. aastal valiti ta Londoni Kuningliku Seltsi (sisuliselt Inglise teaduste akadeemia) liikmeks.

1907. aastal pöördus ta tagasi Inglismaale, kus asus tööle Manchesteri ülikooli professorina. 1908. sai ta Nobeli keemiapreemia elementide muunduste ja radioaktiivsete ainete keemia uurimise eest. Manchesteris oli tema suursaavutuseks aatomi tuuma avastamine (1911) ja, sellest lähtudes, aatomi planetaarmudeli esitamine. Temaga Manchesteris liitunud N.Bohr lõi aatomi esimese kvantteooria. Rutherford koos Hans Geigeriga konstrueeris tuumaosakeste gaasloenduri. Tuntud Geigeri loendurina, on see mänginud tähtsat osa tuumafüüsika arengus ja radioaktiivsuse indikaatorina laialt kasutusel tänapäevani.

Uuringud katkestas I maailmasõda. Mitmed tema noortest kaastöölistest mobiliseeriti. 1917. aastal langes üks tema lemmikõpilasi Henry Mosley. Rutherford ise osales akustiliste seadmete loomisel vaelase allveelaevade avastamiseks.

1919. aastal pensioneerus 70-aastaseks saanud J.J.Thomson. Tema asemel kutsutakse Cambridge'i ülikooli professoriks ja kuulsa Cavendishi labori juhatajaks Rutherford. Nüüd on ta tagasi seal, kust algas tema tõeline teadlasetee. Juba samal aastal teeb ta ühe suurima avastuse tuumafüüsika ajaloos: tal õnnestub esile kutsuda ja tõlgendada esimene tehislik tuumareaktsioon, lämmastiku muundumine hapnikuks ja vesinikuks a-osakestega pommitamisel (₇N¹⁴ + ₂He⁴ ® ₉F¹⁸ ® ₈O¹⁷ + ₁H¹). Edasistes katsetes õnnestus tal tekitada tuumareaktsioone veel 17 kergel elemendil, sh booril, fluoril, naatriumil jt.1920 avastas ta prootoni ning ennustas neutroni ja deutroni olemasolu. 1933. aastal tõestas ta katseliselt massi ja energia seose tuumareaktsioonides. Ta teostas ka deutronite sünteesirektsiooni, mille tulemusel tekkis triitium. 1932 lõid J.Cockroft ja E.Walton Rutherfordi innustusel esimese primitiivse prootonite kiirendi (kaskaadkiirendi). Sellega nad tekitasid rea uusi tuumareaktsioone. Muuhulgas nad näitasid, et liitiumituumade liitumisel vesinikutuumadega heeliumituumadeks vabaneb energia.

Kes Rutherfordi tundsid, on iseloomustanud teda kui karismaatilist, ammendamatu energia ja optimismiga inimest. Nagu paljud inglased oli ta innukas golfi- ja kriketimängija. Alati tervisest pakatav, huumorialdis. Oma maneeridelt jäi ta ka aadeldatuna ikka lihtsaks šoti talupojaks. Sirgjooneline, otsekohene ja nõudlik, sai ta kaastöölistelt Cavendishis hüüdnimeks Krokodill, kuid ega seda pahasti mõeldud.

Rutherford oli abielus Mary Newtoniga, kes oli pärit samuti Uus-Meremaalt. Neil oli tütar, kes suri 29-aastaselt.

Ernest Rutherford suri 66. eluaastal 19. oktoobril 1937. Peaaegu viimsete päevadeni oli ta olnud hea tervise juures. Ta maeti Westminsteri kirikusse, inglise suurmeeste Panteoni, kõrvuti Newtoni, Faraday, Darwini ja Hersheliga. Matustel ei kõneldud palju tema teenetest, need olid niigi üldteada.

Rutherfordi on võrreldud teise suure Inglise teadlase-teerajaja Michael Faradayga. Nagu Faraday, eelistas ka Rutherford näiliselt lihtsaid, kuid kõnekaid katseid. Mõlemal oli eksimatu vaist olulise leidmiseks. Kuid Faraday oli oma laboris üksiklane, seevastu Rutherford armastas töötada kollektiivis, koondades enda ümber hulgi õpilasi ja kaastöölisi. Tema laborid nii Montrealis, Manchesteris kui ka Cambridge'is olid tõmbekeskuseks noortele andekatele teadlastele. Kõigis neis kolmes ülikoolis kujunesid tema ümber tugevad koolkonnad. Tema käe all said tuule tiibadesse sellised tippteadlased-Nobeli laureaadid nagu N.Bohr, F.Soddy, J.Cockroft, E.Walton, O.Hahn, P.Kapitsa, samuti H.Geiger, E.Marsden jpt.

Rutherford on kahtluseta nii aatomifüüsika kui ka tuumafüüsika üks põhilisi loojaid. Sellisena võiks temale ka mõrkjalt mõelda kui "tuumapommi vanaisale". Ometi on sellised allusioonid primitiivsed. Ka tuli on inimajaloos tohutult kahju toonud. Siis võiksime ka süüdistada toda ürginimest, kes õppis tuld läitma. Kuid kuidas kujutaksime ette elu tuleta? Tuumaenergeetika, eeskätt termotuumaenergeetika, mängib kaugemas tulevikus tõenäoselt väga tähtsat osa. Muidugi, kui mõistetakse vältida tuumatalve.

Rutherfordist räägitakse mitmesuguseid lugusid.

Kaastööliste valikul andnud ta uustulnukale kõigepealt konkreetse tööülesande. Kui too aga tuli hiljem juhendajalt küsima, mida edasi teha, saanud ta hundipassi.

Ühel õhtul tulnud Rutherford laboratooriumi ning, nähes seal üht oma õpilastest mõõteriistade taga istumas, küsinud. "Mida te küll nii hilja siin laboratooriumis teete?" "Töötan muidugi", vastas too. "Aga mida te päeval teete?" – "Töötan loomulikult", vastanud õpilane. "Ja kas te ka vara hommikul töötate?" jätkas Rutherford pinnimist. "Jah, professor, ka hommikul töötan," vastas õpilane, kõrvad kikkis kiidusõnu kuulma. Rutherford aga muutus morniks ja küsis ärritatult: "Kuulge, aga millal te siis mõtlete?"

Sellised juhtumid võisid ju olla, kummatigi tuleb neisse lookestesse suhtuda reservatsioonidega. Rutherford suhtles pidevalt oma õpilastega ja jagas näpunäiteid, laboris viibis aga ta isegi sageli kaugelt üle normaalse tööpäeva.

Traditsioonilisel Nobeli laureaatide vastuvõtul Stockholmi raekoja Kuldsaalis öelnud Rutherford klaasi tõstes: "Mul on tegemist olnud väga mitmesuguste muundumistega, mis toimuvad väga mitmesuguste ajavahemike jooksul. Kuid kõigist neist kiiremaks osutus minu enda muundumine ainsa hetkega füüsikust keemikuks…" Sellega ironiseeris värske laureaat selle üle, et sai just keemiapreemia. Teadupärast pidas Rutherford kõiki teadusi peale füüsika üksnes margikogumiseks.

Kord öeldud talle: "Te olete õnnelik inimene, Rutherford, alati püsite te laine harjal!" Ta vastas naerdes: "Jah! Kuid ma ise ju tekitan selle laine, eks ju?" ning lisas siis tõsinedes: "Igatahes teatud määral…"

Rutherfordi nooruslikku reipust iseloomustab järgmine juhtum. Professor Arthur Schuster, Rutherfordi eelkäija Manchesteri professoritoolil, tutvustas Rutherfordi külaskäigule saabunud jaapani teadlasele Kikuchile. Hiljem küsinud too salamisi: "Kas Rutherford, keda te mulle tutvustasite, on kuulsa professori poeg?"

Rutherfordi juhitud Cavendishi laboratooriumis on töötanud ka üks eestlane, elektriinsener Emil Laurmann (1890-1954). Ta oli aastaid abiliseks ja aparaatide ehitajaks Rutherfordi ühe lemmikõpilase, vene füüsiku, hilisema Nobeli laureaadi Pjotr Kapitsa juures. Kui Stalin keelas Kapitsal Inglismaale naasmise, aitas Laurmann Moskvas üles seada Rutherfordi poolt Kapitsale kingitud Mondi laboratooriumi sisseseadet. (Mondi laboratoorium ehitati ja sisustati Cavendishi labori õuel spetsiaalselt Kapitsa tarvis.) Enne Moskavasse sõitu vahetas Laurmann targu oma Eesti kodakondsuse Inglise oma vastu. Lõpetanud töö Moskvas, naasis Laurmann Cambridge'isse, kus oli kuni oma äkilise surmani prof. D.Shoenbergi hinnatud assistendiks.

1.10.1 Erwin Schrödinger (1887-1961)

Lainemehaanika demiurg E.Schrödinger oli pärit Viinist. Tema isal oli väike linoleumitööstus. Tema vanavanaema oli inglanna, kes abiellus austerlasega Viinist. Lapsepõlves õppis Erwin ühtaegu kõnelema nii saksa kui inglise keeles. Kuni kümnenda eluaastani jagas talle õpetust koduõpetaja. 1898. aasta sügisel astus ta Viini akadeemilisse gümnaasiumi. Ta oli edukas kõigis õppeaineis, kuid eriti armastas matemaatikat ja füüsikat, kuid ka vanade keelte grammatika ranget loogikat. Ainult aastaarvude ja seoseta faktide päheõppimine ei istunud talle. Tema koolivennad on jutustanud, et matemaatikat ja füüsikat suutis Erwin haarata lennult. Mõnikord kutsus õpetaja ta tunni lõpus tahvli juurde ning laskis lahendada ülesandeid otse sama tunni materjali kohta. Neid lahendanud ta mängleva kergusega. Gümnaasiumi lõpetas Schrödinger 1906. aastal ning samal aastal astus Viini ülikooli tudeerima füüsikat ja matemaatikat. Mais 1910 kaitses ta doktoritöö teemal Isolaatorite pinna elektrijuhtivusest niiskes õhus. Pärast sõjaväeteenistust kahurväes oli ta eksperimentaalfüüsika assistendiks Viini ülikoolis. Hiljem on ta märkinud, et katsete korraldamine tuli temale kui teoreetikule suureks kasuks, avardades oluliselt silmaringi ning aidates teooriaid mõtestada. Septembris 1914 omandab Schrödinger habilitaatdoktori kraadi, kuigi hindamiskomisjon ei pidanud tema teoreetilist väitekirja eriti tugevaks. I Maailmasõja puhkedes kutsutakse Schrödinger kahurväeohvitserina sõjaväkke. Tal jatkus kindlameelsust jatkata teadustööd isegi sõjaväes, kust ta saadab avaldamiseks paari teadusartikleid. Talle kui vaprale patareikomandörile avaldatakse kiitust.

1917. aasta kevadel saadetakse Schrödinger tagasi Viini, meteoroloogialoenguid pidama. Peagi avaldab ta oma esimesed tööd kvantteooriast, näitab radioaktiivse lagunemise statistilist loomust, arendab kristallivõrede võnkumise teooriat. 1920. aasta alul pakutakse Schrödingerile dotsendikohta Viini ülikoolis, mille ta aga tagasi lükkab, põlates lubatud palka väikeseks: ta on kihlunud Anny Berteliga, kuid pruut teenib sekretärina kuus rohkem kui on mehe eeldatav aastasissetulek dotsendina. Nad abielluvad märtsis 1920. Paremate elamisvõimaluste otsingul vahetab Schrödinger poolteise aastaga kolm kohta, Jena, Stuttgarti ja Breslau ülikoolides. 1921. aasta lõpul maabub ta lõpuks Zürichis, kus saab kohaliku tehnikaülikooli teoreetilise füüsika kateedri juhatajaks. Siin sõbruneb ta eriti matemaatik Hermann Weyliga, kes süvendab tublisti tema matemaatikateadmisi, mis osutusid väga vajalikuks tema edasises töös.

Zürichis saabub lõpuks Schrödingeri tähetund. 1924 tutvub ta de Broglie' doktoritööga. Selle mateerialainete hüpotees imponeerib talle tugevasti. Novembri lõpus 1925 teeb ta sellest seminariettekande. Üks noor füüsik kuulajate hulgast küsib, et mis saab lainetest siis, kui osakesele mõjub jõud ja märgib, et lainete järjekindlaks käsitluseks on vaja vastavat lainevõrrandit. Schrödinger võtab asja südamesse. Jõuluvaheajaks eraldub ta ühte mägikuurordisse ja asub innukalt tööle. Sealt ta kirjutab: "Heitlen uue aatomiteooriaga. Tunneksin ma vaid matemaatikat paremini! Asi tundub mulle üpris lootusrikkana. Kui ma vaid suudaksin lahenduseni jõuda, siis arvan, et see peaks olema üpris ilus."

Heitlus osutus võidukaks. Jaanuari lõpuks valmis esimene neljasest artikliteseeriast "Kvantiseerimine kui omaväärtusprobleem". Selles epohhi loovas artiklis esitas Schrödinger võrrandi, mis nüüd kannab tema nime ja lahendas selle vesiniku aatomi jaoks. Sellega paiskas ta valla ukse aatomi nüüdisteooriasse, mida teised olid vaid paotanud. Juuniks oli autor rakendanud lainemehaanikat juba harmoonilisele ostsillaatorile, kaheaatomsele molekulile, vesinikuaatomile elektriväljas, kiirgumise ja neeldumise probleemile ja kiirguse hajutamisele aatomitelt ja molekulidelt. Ühtlasi õnnestus tal tõestada, et tema lainemehaanika oli matemaatiliselt ekvivalentne teda pisut ennetanud kuid palju abstraktsema Heisenbergi-Borni-Jordani maatriksmehaanikaga. Schrödingeri tööd võeti vaimustusega vastu, neid arutleti, analüüsiti ja rakendati uutele ülesannetele kõikjal. Tema teaduslik reputatsioon tõuseb kiiresti mäkke. 1927 saab temast suure Plancki järglane teoreetilise füüsika õppetoolil Berliini ülikoolis. Kuid natside võimuletulek koos juutide totaalse tagakiusamisega häirib teda, olgugi katoliiklast, tugevasti. 1933 otsustab ta protesti märgiks Saksamaalt lahkuda. Samal aastal saab ta koos Paul Diraciga, relativistliku aatomiteooria loojaga, Nobeli preemia.

Veetnud suvepuhkuse Lõuna-Tiroolis, jõuab ta 1933 novembri alul Oxfordi, kus ta valitakse Oxfordi ülikooli Magdalen'i kolledži liikmeks. Siin avaldab ta 1935 suurema essee Kvantmehaanika nüüdisseisund, kus muuhulgas esitab oma kuulsa kassiparadoksi (vt nt R.H.March, Füüsika võlu, Tartu, Ilmamaa 2000, lk 319). Kuid kodumaa tõmme on siiski tugev, ja 1936 võtab ta vastu pakutud professuuri Grazi ülikoolis. Paraku on natsid tal ka siin peagi kannul. Toimub Anschluss, Grazi ülikool saab nimeks Adolf Hitler-Universität. Ihates kohta ja vabadust säilitada, kirjutab Schrödinger uuele rektorile hitlerlasi pooldava patukahetsuskirja, mida hiljem annab tal surmani häbeneda. Sellest hoolimata vallandatakse ta 1938. aastal kui poliitiliselt mitteusaldatav, keelatakse töö ülikoolides ning Austriast lahkumine. Siiski õnnestub tal koos naise Annyga pageda, taas jõuab ta Rooma kaudu Oxfordi. Aastaks saab ta külalisprofessoriks Genti ülikoolis. Sügisest 1939 leiab ta tööd Iirimaal Dublinis, sealses äsjaloodud süvauuringute instituudis (Institute for Advanced Study). Siia jääb ta tervenisti 17 aastaks, oma pikimaks paiksusperioodiks. Sealt siirdub ta 1956 pensionile ning naaseb lõpuks oma kodulinna Viini. Kuigi erus, jatkab ta tööd matemaatilise füüsika mitmes valdkonnas (üldine relatiivsusteooria, üldväljateooria, mesonite füüsika). Viinis kirjutab ta ka oma viimse raamatu Minu maailmavaade (1961).

Schrödinger oli mitmekesiste huvidega. Peale oma suursaavutuse, kvantmehaanika rajamise, on ta oluliselt arendanud nt värvinägemise teooriat. 1954 avaldas ta raamatu Loodus ja kreeklased, milles üldistas kreeka filosoofia ja loodusuurimise saavutusi. Sügavasti huvitus ta bioloogia alusprobleemidest, eriti pärilikkuse mehhanismist (eeskätt Dublini perioodil). Just tema formuleeris selgelt geneetilise koodi kontseptsiooni ja samastas geenid pikkade molekulidega, mis kannavad koodi oma aatomite järjestuses. Tema 1944. aastal avaldatud raamatul Mis on elu? oli tohutu mõju juba seepärast, et tutvustas bioloogidele uut, füüsikalaadset täppismõtteviisi. Just siit said äratust James Watson ja Francis Crick, kes 1953 avastasid geenide saladuse DNA struktuuri näol.

Paraku on Schrödingeril ka sensatsioonihõnguline kuulsus kui teatavas mõttes seksrevolutsiooni eelkäijal. Tema abielu Anny Berteliga kippus peagi logisema, kõrvalsuhteid tekkis mõlemal. Schrödingeril sõlmus tõsisem romaan oma kolleegi Arthur Marchi naise Hildega. Saksamaalt Oxfordi sõideti 1933. aastal juba kolmekesi. Sellises kolmnurgas kasvatasid nad ka Hilde Schrödingerilt sündinud tütart. Muidugi ei vaadanud Oxfordi rangelt traditsioone järgiv seltskond asjale just hea pilguga. Ometi ei puhkenud suuremat skandaali, Nobeli laureaadile andestati ka kooselu kahe naisega. Dublinis olevat Schrödingeril sündinud veel kaks tütart, kumbki erinevalt iirlannalt.

1.11.1 Louis-Victor-Pierre-Raymond de Broglie

Louis de Broglie (05.07.1892 - 19.03.1987) (Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie)

Hertsog L. de Broglie põlvnes põlisest prantsuse aadliperekonnast, mis oli andnud aegade jooksul rea diplomaate ja väejuhte. Tudeerinud Pariisis Sorbonne'i ülikoolis alul sotsiaalteadusi ja ajalugu, et valmistuda dipolmaadikarjääriks, pöördus ta 18-aastaselt oma vanema venna Maurice'i mõjutusel füüsikasse. Pöörak polnud kerge ja tõi noorukile rohkesti kõhklusi. Tema kõmuline doktoritöö (1924) sisaldas hüpoteesi, et liikuvad kehad omavad laineomadusi, mis täiendavad nende osakeseloomust. Ta kirjutas: "...Kumbki neist näivalt vastuolulistest kontseptsioonidest võib peegeldada tõe üht aspekti. Nad võivad vastata faktidele, ilma et kunagi läheks omavahel otsesesse konflikti." Osalt tõukas de Broglie'd sellele revolutsioonilisele ja radikaalsele hüpoteesile Bohri vesinikuaatomi teooria, mille kohasel elektronil on võimalikud üksnes teatud kindlad orbiidid tuuma ümber. "See äratas minus mõtte, et elektrone…ei tule käsitada lihtsalt osakestena, vaid neile peab olema omane ka mingi perioodilisus." Oluliseks lähtekohaks olid talle ka M.Plancki ja A.Einsteini tööd kvantfüüsikast, samuti Einsteini erirelatiivsusteooria. De Broglie' lainete olemasolu kinnitas elektronide difraktsioon, mille avastasid 1927 ühtaegu C.J.Davisson ja L.H.Germer USAs ning G.P.Thomson Šotimaal. 1929 krooniti de Broglie' nüüd juba avastuseks tõusnud hüpotees Nobeli füüsikapreemiaga. Lähtudes de Broglie elektronilainetest, arendas E.Schrödinger välja kvantmehaanika (lainemehaanika kujul). 1928 valiti de Broglie Sorbonne'i ülikooli teoreetilise füüsika professoriks. Seal töötas ta pensionile minekuni aastal 1962. 1945 nimetati ta Prantsuse Aatomienergia Komissariaadi nõustajaks.

Aastakümneid hiljem, 1963, kirjeldas de Broglie oma avastusele jõudmise teed:
"Vestlustes vennaga jõudsime me korduvalt järeldusele, et röntgenikiirte puhul on tegemist niihästi lainete kui ka osakestega. Siis järsku tulin ma 1923. aasta suvel mõttele, et see dualism peaks laienema ka aineosakestele, eeskätt elektronidele. Ma taipasin, et ühest küljest osutaks nagu ses suunas Hamiltoni-Jacobi teooria, sest ta on rakendatav osakestele ja lisaks esitab ka geomeetrilist optikat; ja teisest küljest, kvantnähtustes ilmuvad täisarvulised kvantarvud. Täisarve ei tule ette kehade mehaanikas, kuid nad kerkivad alatasa esile lainenähtustes, üldse kõigis laineliikumise probleemides."

De Broglie on iseloomustanud ennast kui "…inimest, kelle aru on kohanenud pigem puhtale teooriale, ma pole eksperimentaator ega insener. Armastan eriti üldisi ja filosoofilisi käsitlusi." Ta on kirjutanud rea raamatuid, kus käsitleb üldmõistetaval tasemel nüüdisfüüsika mõjutusi filosoofiale.

Kogu elu on de Broglie'd vaevanud küsimus statistika, juhuse osast kvantfüüsikas: kas aatomifüüsika statistiline loomus kajastab teooria puudulikkust või ongi statistiline kirjeldus põhimõtteliselt ainuvõimalik. Nooruses pooldas ta esimest vaatekohta, siis laskis end aastateks veenda tõenäosusliku käsituse pooldajaist, kuid elu lõpuaastail pöördus tagasi noorusveendumuste juurde, väites, et "statistiliste teooriate taha on peitunud täiesti deterministlik reaalsus, milleni meie katsetehnika ei küüni."

Robert H.March kirjeldab oma raamatus "Physics for Poets" [e.k. "Füüsika võlu", Ilmamaa, Tartu 2000, lk. 290] de Broglie' doktoripromotsiooni lugu järgnevalt:

"De Broglie' väitekiri oli Pariisi Ülikooli täppisteaduskonnale kui kuum kartul suhu. Kuigi väitekiri peab olema originaalne, ei tohiks ta olla nii originaalne. Tõhus andam väljakujunenud temaatikasse on alati turvalisem, isegi hiilgavaima väitleja puhul. Nüüd aga ilmus järsku välja keegi ülejooksik humanioorast, kes kirjutab midagi Prantsusmaal veel vähetuntud teooriast, kuulutades seejuures lausa ennekuulmatut. Dissertandil oli võimatu seletada, kuidas elektron, mis igapidi näitas end osakesena, võiks ühtaegu olla laine. De Broglie' enda sõnul võis tema teooriat iseloomustada kui "formaalset skeemi, mille füüsikaline sisu on veel määramatu". Tal polnud pakkuda ka mingit teoreetilist ega eksperimentaalset tõestust, kui vaid üllatav kooskõla Bohri orbiitidega välja arvata.

Pähkli krõksas katki de Broglie' patroon Paul Langevin, ainus hindamiskomitee liige, kes ise töötas aktiivselt kvantfüüsika vallas. Et enda otsusele tuge saada, hankis ta ka välisarvamuse, ja seda ei kelleltki väiksemalt vennalt kui suurelt Einsteinilt endalt. Vastus julgustas: "See võib küll paista pöörane, kuid on tegelikult mõistlik!"

Nüüd oli asjade käik pöördunud de Broglie' kasuks. Kvantteooria kodumaalt Saksast tuli Einsteini enda toetus elektronilainete ideele. Lugu lõppes muinasjutulaadselt: printsist tudeng osutus esimeseks füüsikuks, kes sai Nobeli preemia oma doktoritöö eest."

1.12.1 Werner Heisenberg (1901-1967)

Werner Heisenberg seostub teadusloos eelkõige määramatusseosega. Nobeli preemia sai ta kvantmehaanika loomise eest, mida praegu on kombeks siduda hoopis Erwin Schrödingeri ja tema võrrandiga. Heisenbergi füüsikani jõudmine oli juhuste rida. Kui juhused oleks võtnud ritta teisiti, räägitaks temast tänapäeval kui silmapaistavast matemaatikust. Tema lähenemine füüsikaprobleemidele oli teistsugune, aga lõpptulemustele pole muidugi miskit ette heita. Heisenberg oli isiklikus elus ja karjääris keeruliste valikute ees nagu enamus 20. sajandi füüsikuid. Tedagi mõjutasid lisaks üldisele murrangule teaduslikus mõtteviisis väga isiklikult ühiskondlikud ja poliitilised sündmused maailmas ning Euroopas eriti. 1935. aastal oleks ta võinud saada Müncheni ülikooli professoriks oma teadusliku juhendaja Arnold Sommerfeldi pensionilesaatmise järel. Kohalemääramine venis aastaid, sest ametlik poliitika suhtus eitavalt sellistesse „juudi teadustesse” nagu relatiivsusteooria ja kvantmehaanika. Heisenberg ei olnud juut, teda süüdistati juudi stiilis tehtud teaduse pärast. Lõpuks õnnestus tal uurimistest siiski auga välja tulla, aga karjäär Münchenis oli siiski läbi. Teise maailmasõja ajal oli Heisenberg edutult kulgenud Saksa tuumarelva loomise programmi juht. 1941. aasta sügisel külastas ta okupeeritud Kopenhaagenit, pidas mõned loengud ja kohtus Niels Bohriga. Heisenberg oli Bohri alati pidanud oma õpetajaks ja Kopenhaagen oli talle kahekümnendatest aastatest kodune koht, aga sundimatust vestlusest asja ei saanud. Kohtumist, mille eesmärk oli arvatavasti tuumaenergia küsimuste arutamine, on hiljem kirjeldatud erinevalt ja täpsemad asjaolud ongi jäänud teadmata. Sõja lõpu eel interneeriti Heisenberg koos teiste saksa teadlastega ja viidi Inglismaale. 1946. aastal jõudis ta tagasi kodumaale, ütles viisakalt ära ettepanekust kolida Nõukogude Liitu ja töötas elu lõpuni mitmetes teadusasutustes, avaldas artikleid füüsikast ja filosoofiast, pidas loenguid nii kodu- kui ka välismaal. Muu hulgas sai temast korraline professor Müncheni ülikoolis.

1.13.1 Niels Bohr (1885-1962)

Niels Bohr  (1885-1962) oli väljapaistev taani füüsikateoreetik, üks kaasaegse kvantfüüsika loojaid. Bohr on sündinud, õppinud ja veetnud suurema osa oma elust Kopenhaagenis. Tema isa Christian Bohr oli sealse ülikooli füsioloogiaprofessor, kes hakkas esimesena vastu võtma naisüliõpilasi Kopenhaageni ülikooli. Üks esimesi neist oli veetlev ja andekas juuditar Ellen Adler, kelle ta peagi nais. Neil oli kaks poega: Niels ja poolteist aastat noorem Harald. Haraldist sai matemaatik, kelle nõuandeid Niels hilisemas töös sageli kasutas. Muide kujunes ta ka edukaks jalgpalluriks, kes Taani meeskonna poolkaitsjana võitis 1908. a Londoni olümpiamängudel hõbemedali. (Kui Niels Bohr hiljem töötas Rutherfordi juures, kõneles too vahel eksikombel temast kui "tollest vutipoisist".) Haraldit peeti Nielsist andekamakski. Oma käbeda mõtlemisega suutis ta ülikooligi lõpetada vanemast vennast varem. Seevastu oli Niels põhjalikum. Bohride kodu oli filosoofide, teadusmeeste ja kirjanike salongiks, millest ei peletatud ka lapsi. Vastupidi, neid õhutati kaasa mõtlema ja vaidlustes osalema.

1903 astus Niels Bohr Kopenhaageni ülikooli. Juba üliõpilasena alustas ta uurimistööd, saades 1907. a Taani Kuningliku Akadeemia kuldmedali vedelike pindpinevuse eksperimentaalse uurimise eest. 1909. a jõudis ta magistrikraadini ning aprillis 1911 kaitses ta väga edukalt doktoritöö metallide elektronteooriast. Edukas noorteadlane sai Carlsbergi õlletehaselt stipendiumi enesetäiendamiseks välismaal. Ta otsustas seda kasutada tööks kuulsa Joseph John Thomsoni, elektroni avastaja juures Cambridge'is Cavendishi laboratooriumis. Paraku osutas vananev teadlane liig vähe tähelepanu noorele taani füüsikule. Tolle inglise keelde tõlgitud väitekirigi jäi puutumatult lebama Thomsoni lauanurgale. Õnnelik juhus viis Bohri kokku Ernest Rutherfordiga. Märtsis 1912 siirdus Bohr Manchesteri ülikooli Rutherfordi laboratooriumisse. Rutherford oli just koos Geigeri ja Marsdeniga avastanud aatomituuma ja sellest lähtudes püstitanud planetaarse aatomimudeli, mis oli aga klassikalise füüsika seisukohalt ebastabiilne. Enamik füüsikuid toetas tollal Thomsoni "rosinakukli" aatomimudelit (positiivse laenguga kera "sissetipitud" elektronidega). Kuid Bohr tajus intuitiivselt, et õigus oli Rutherfordi poolel ja üritas leida planetaarmudelile teoreetilist põhjendust. Ta aimas, et klassikalise füüsika seadused ei ole rakendatavad üliväikestele objektidele, aatomimaailma. Ühtlasi taipas ta, et asjasse peab olema segatud Plancki elementaarne mõjukvant h. Uurimisobjektiks valis ta esialgu lihtsaima aatomi, vesinikuaatomi. Juureldes, kuidas lepitada Rutherfordi mudelit teadaolevate faktidega (aatomite püsikindlus, üksikelementide aatomite identsus), jõudis ta oma kahe põhipostulaadini: tiireldes teatavatel kindlatel statsionaarsetel e lubatud orbiitidel tuuma ümber, elektronid ei kiirga elektomagnetlaineid (kuigi nad pidanuks klassikalise elektrodünaamika kohaselt); aatomid kiirgavad ja neelavad ainult elektroni siiretel ühelt lubatud orbiidilt teisele. Kuidas aga arvutada energiatasemete energiat ning kiiratavate/neelatavate valguskvantide energiat? Siin oli esialgu raske lahendust leida. 1913. aasta veebruari alul külastas Kopenhaagenit spektroskopist H.M. Hansen, Bohri õpingukaaslane. Ta meenutas Bohrile Balmeri valemit, mis oli mõlemile juba ülikoolipäevilt tuttav, kuid mis oli Bohril sootuks meelest läinud. Leidnud valemi vanast konspektist, oli, nagu Bohr hiljem ütles, "korrapealt kõik selge". Ei saanud ju märkamata jääda sarnasus Bohri valemi hf = E₂ – E₁ ja Balmeri-Rydbergi valemi f = const (1/n₂² – 1/n₁²) vahel. Nüüd oli Bohril ka võti vesinikuaatomi energiatasemete arvutamiseks. Bohri valemist arvutatud vesiniku spektrijoonte sagedused ühtisid üllatavalt hästi eksperimentaalsetega. Nõnda toetas spektroskoopia tugevasti Bohri teooriat. Talle oli ka selge, et uue teooria piirjuhuna peavad välja tulema vana teooria seosed. Sellest lähtudes püstitas ta vastavusprintsiibi: suurte kvantarvude puhul ühtivad tema teooriast arvutatud spektrijoonte sagedused klassikalisest teooriast arvutatutega (vt lisaülesanne 7e). See lahendas ka mõistatuse, miks aatomi spektrijoonte sagedused ei klapi elektroni tiirlemissagedustega aatomis. Pisut hiljem püstitas de Broglie hüpoteesi osakestega seotud lainetest – mateerialainetest. Esialgu, enne elektronide difraktsiooni katselist avastamist, toetas tema hüpoteesi eeskätt tähelepanek, et Bohri statsionaarsete elektronorbiitide tingimus, mvr = nh/2p, järeldub sedamaid hüpoteesist, kui oletada, et statsionaarsele orbiidile peab mahtuma parajasti täisarv elektronilainete pikkusi. 1927 sõnastas Bohr täiendusprintsiibi: osakeste laine- ja korpuskulaaromadused otsekui täiendavad üksteist, nad ei saa ilmneda korraga, vaid kord üks, kord teine, erinevalt püstitatud katsetes. Schrödingeri ja Heisenbergi loodud kvantmehaanika näitas küll, et Bohri kujutlus aatomist erineb suuresti tegelikkusest: elektronid ei saa tiirelda tuuma ümber kindlatel orbiitidel. Siiski jäi jõusse Bohri teine postulaat, hf = E₂ – E₁. Puudustele vaatamata oli Bohri teooria suureks sammuks edasi aatomi siseehituse mõistmisel ja selle ajaloolist tähtsust ei ole vähendanud hilisemad saavutused. Bohr tegi ka esimesi samme elementide perioodsusseaduse seletamiseks aatomite struktuuri kaudu. 1922 määras Rootsi Kuninglik Akadeemia Bohrile Nobeli füüsikapreemia teenete eest aatomi ehituse uurimisel. 1916. aastal sai N.Bohr 31-aastaselt Kopenhaageni ülikooli professoriks ning 1917. aastal valiti ta ka Taani Kuningliku Akadeemia liikmeks. Üldse oli ta valitud 20 riigi teaduste akadeemia liikmeks. 1921. aastal asutati Kopenhaagenis N.Bohri juhitav teoreetilise füüsika instituut, kus kujunes välja kuulus ja viljakas Kopenhaageni füüsika-koolkond. Bohri instituudis töötasid erinevatel aegadel sellised kuulsused nagu W.Heisenberg, W.Pauli, E.Schrödinger, L.Landau, L.Rosenfeld, O.Klein jt.

Tõhus on Bohri andam ka tuumafüüsikasse. Tema loodud on vahetuuma teooria, samuti kuulub ta tuuma tilgamudeli ja tuumade lõhustumise teooria autorite hulka.

Teise Maailmasõja päevil õnnestus Bohril koos perega pageda väikesel laeval natside anastatud Taanist Rootsi. Teda oli hoiatatud, et sakslased kavatsevad teda arreteerida ja küllap siis rakendada oma huvides. Rootsist toimetas Inglise valitsus Bohri koos ühega poegadest õhuteed Inglismaale, sealt aga edasi Ameerika Ühendriikidesse, Los Alamosse, kus range saladuskatte all oli teoksil aatomipommi loomine. Los Alamoses kandis Bohr pseudonüümi Niclas Baker. Tema õige nime kasutamine oli rangelt keelatud: kui lekkinuks teade, et Los Alamoses viibib aatomikorüfee Bohr, paljastunuks sõjasaladused sedamaid. Kirjeldatakse, kuidas ta vestlustes võõrsil pidevalt muretses sõja käigu, oma kodumaa ja kogu maailma saatuse pärast. Tema niigi vaikne hääl oli taandunud lausa sosinaks. Võõristav olnud näha teda kõndimas tänaval, enamasti poja seltsis, ülimalt endassesüüvinult ning kõigest võõrdunult. Ometi elustus ta kolleege külastades, suutis naljatadagi ning nende seltsis ette võtta pikki matku loodusse. Kord jäänud ta vestlema kohatud skunksiga, panemata miskiks sõprde hoiatusi haisulooma võimaliku "keemilise rünnaku" eest.

Mõistes, milliseks ohuks inimkonnale on tuumapomm, tegi ta juba enne selle valmimist 1944. aastal Suurbritannia peaministrile Churchillile ja USA presidendile Rooseveldile ettepaneku seada sisse rahvusvaheline kontroll tuumarelva üle. 1950 saatis ta rahuprogrammi sisaldava avaliku kirja ÜRO-le.

N.Bohr suri 18. novembril 1962. aastal, tähistanud mõni kuu enne seda kuldpulma Margaret Norlundiga. Neil oli viis poega. Üks poegadest, Åge, valis samuti erialaks füüsika (eeskätt tuumafüüsika) ning on Nobeli preemia laureaat nagu ta isagi.

Niels Bohri autoriteet teadlaste ja ühiskonnategelaste seas oli üldtunnustatud.

Bohrist kirjutatakse, et ta oli, oma vaiksele häälele vaatamata, hea vestluskaaslane ja oskas hästi oma mõtteid selgitada. Suurte auditooriumide ees aga jäänud tema esinemised tihti arusaamatuks ja häguseks. Oma väitlustes olnud ta tagasihoidlik, alustades sageli sõnadega: "Ma ei kavatse kritiseerida…" Vahel võis see lausa koomiliseni ulatuda, kui ta nt mõne sootuks kehva töö kohta sõnas: "Ma ei kavatse kritiseerida, kuid ma ei suuda mõista, kuidas inimene võib kirjutada sellist jama!" Kui üks laserite loojaid, A.Schawlow, püüdis talle ühel kohtumisel selgitada laseri põhimõtet, olnud Bohri esimene reaktsioon: "Aga seda ei saa ju olla, see on võimatu!" Alles mõne aja pärast taipas ta oma viga.

Tihe sõprus ja vastastikune austus sidus Bohri Einsteiniga. See ei takistanud neid aga maha pidamast tuliseid vaidlusi kvantfüüsika aluste üle. Einstein, kes ei suutnud kuidagi leppida kvantfüüsika tõenäosusliku tõlgendamisega, esitas järjest uusi mõttelisi katseid, mis justkui pidanuks Kopenhaageni koolkonna tõlgendused väärama. Bohr suutis aga neis kõigis leida nõrga koha. Einsteini vaimustas ja hämmastas Bohri "ainulaadne instinkt", ta ülistas Bohri saavutusi kui "mõttevalla kõrgeimat musikaalsust".

Pisut ironiseerides Bohri tohutu autoriteedi ja intuitsiooni üle, sõnas Murray Gell-Mann, 1976. aasta Nobeli füüsikalaureaat, oma laureaadiloengus: „Niels Bohr on teinud tervele füüsikute põlvkonnale pidevat ajuloputust, sisendades, et kvantmehaanika tõlgendamise probleem on lahendatud juba viiskümmend aastat tagasi.“

• Kord naasid Bohr oma noore abikaasaga ja Kopenhaagenit külastav hollandi füüsik Hendrik Casimir hilisõhtul külaskäigult. Casimir oli kirglik alpinismifänn. Ta jutustas Bohridele õhinal kaljuronimise võludest, siis aga tahtis demonstreerida oma osavust sealsamas majaseinal, millest seltskond parasjagu möödus. Kui ta, haakudes seinakonarustesse, oli jõudnud juba teisest korrusest kõrgemale, ei pidanud Bohrgi vastu ja üritas kolleegile kõrgustesse järgida. Margarita Bohr seiras neid alt mõistetavas õuduses. Uljaspäid peatasid kohalejooksvate politseinike hüüded ja teravad herneviled. Ehitis osutus pangahooneks.
• Göttingeni külastades kutsus Bohr noorukest Heisenbergi tööle enda juurde Kopenhaagenisse. Järgmisel päeval, Bohri auks antud lõunasöögi ajal astusid tema juurde kaks politseinikku ja, süüdistades aukülalist "alaealiste röövimises", kuulutasid ta arreteerituks. "Politseinikud" osutusid kostümeeritud kohalikeks tudengiteks.
• Kord ei jäänud Bohril aega korralikult valmistuda üheks esinemiseks Göttingenis ja tema jutt ei tulnud just kõige parem välja. Bohr ei jäänud aga norutama ja lõpetas oma ettekande, lausudes muiates: "Olen siin ennegi kehvi ettekandeid kuulanud. Palun minu tänast ülesastumist võtta kui kättemaksu."
• Bohr armastas lõõgastuda kinos käies. Seejuures vaatas ta ainult pööraseid kauboi-märuleid. Kui Bohr hakkas õhtuti kaebama väsimust ja hajameelsust ning sõnas, et "tuleb midagi ette võtta", oli ta noortel kaastöölistel kohe selge, et professorit võib elustada vaid seanss tagaajamisi ja tulistamisi. Kord kinost tulles, kui seltskond irvitas äsjanähtud (ja kulunud) situatsiooni üle, kus kangelane haarab viimasena revolvri, kuid suudab ikka tulistada esimesena, kuulutas Bohr järsku, et nii peabki tõepoolest olema. Tema arvates pidi rünnakut kavatsev kurikael hoolikalt sobivat hetke valima. Kuid see aeglustavat tema liigutusi. Seevastu positiivse kangelase reaktsioon on puhtreflektoorne, ja seepärast tegutseb ta väledamalt. Keegi ei tahtnud nõustuda, puhkes äge vaidlus. Et vaidlust "katseliselt" lahendada, osteti mänguasjapoest sedamaid paar mängurevolvreid. Järgnevas "duellide" seerias "kõmmutas" Bohr, esinedes positiivse kangelase osas, kõik oma noored oponendid "maha".

Tont seda teab, mis küll võlus Bohri nendes „kinošedöövrites“. Kord seletas ta ise: "Võin täiesti uskuda, et  kenake kangelanna võib põgenedes sattuda käänulisele ohtlikule mägirajale. On juba vähem tõenäone, kuid mitte võimatu, et sild üle kuristiku langeb kokku just sel hetkel, kui põgeneja sellele astub. On juba üpris uskumatu, et tal õnnestub viimsel hetkel haarata mingist väädist ja sügaviku kohal rippuma jääda. Olgu, juhtuda ju võib. Veelgi raskem on uskuda seda, et just sellal jõuab kohale uhke kauboi ja päästab õnnetu. Kuid seda, et just õigel hetkel on platsis operaator kaameraga, et kõiki neid erutavaid sündmusi lindile vändata – vaat seda ma ei suuda enam kuidagi uskuda!"

• Kõrge eani armastas Bohr sporti. Los Alamose päevil sattunud ta kord pealt nägema nooremate suusarõõme lumisel mäenõlval. Ilmselt lausa vesise suuga jäänud ta vaatama. Seda märgates pakkus üks noorteadlane talle prooviks oma suuski. Bohr võttis need tänuga vastu, tõusis kiiresti mäkke ja kõikide imestuseks näitas kõrgeimat klassi sealt uhkete poognatega alla liueldes. Kuni pimeduseni nautis Bohr suusklemist, olles sootuks unustanud suuskade lahke loovutaja, kes pika näoga kügeldes tundide viisi all mäejalamil ootas.
• Räägitakse, et Bohri kirjutuslaua kohale seinale oli kinnitatud hobuseraud. Kord küsis üks ta õpilastest, kas ta tõesti usub, et hoburaud toob õnne. Bohr vastanud: "Mina arvan, et ta toob õnne igal juhul, kas usud temasse või mitte."
• Vanas eas leiutanud Bohr originaalse viisi loengul või seminaris teda kimbatusse ajavate küsimuste tõrjumiseks. Nimelt võtnud ta tikutopsi, tehes näo, nagu tahaks läita kustunud piipu. Tegelikult puistas ta topsi sisu justkui kogemata põrandale ja kummardus siis tikke ükshaaval üles korjama. Kui tikud kogutud, jätkanud Bohr häirimatult oma juttu, mil polnud küsimusega midagi pistmist.
• Ühe eriti keeruka ja alul käsitamatu füüsikateooria (Diraci teooria, mis viis positroni avastamisele) kohta avaldanud Bohr arvamust, et seda võiks suurepäraselt kasutada elevantide püüdmiseks. Trüki teooria plakatile, võta plakat džunglisse ja löö puutüvele üles. Kui nüüd elevant mööda juhtub minema, jääks ta esialgu vaatama, siis süüviks teooriasse nii ülepeakaela, et teda võiks vabalt kinni siduda ja toimetada Kopenhaageni loomaaeda enne kui ta mõtteisse süüvinult juhtunust arugi saaks. (Elevante peetakse eriti tarkadeks loomadeks.)

Bohri ütlemisi:

• Kunagi ära väljendu selgemalt kui sa mõtled.
• Kui asi puutub aatomitesse, saab keelt kasutada vaid samaviisi kui poeesias. Ka poeet ei muretse niivõrd faktide väljendamise kui kujundite loomise üle.
• Oleme sel määral keele vangid, et iga katse kaemust sõnastada on üksnes sõnade mäng.
• Mõned asjad on nii tõsised et ajavad naerma.
• Ei maksa arvata, et füüsika ülesanne on välja uurida, kuidas asjad Looduses on. Füüsika tegeleb sellega, mida me Looduse kohta ütleme.
• Ekspert on inimene, kes on teinud kõik võimalikud vead ühel väga kitsal alal. Võrdluseks Heisenbergi eksperdi määratlus: "Ekspert on inimene, kes teab, milliseid kõige hullemaid vigu võib tema alal teha ja suudab neid vältida." (Ein Fachmann ist ein Mann, der einige der gröbsten Fehler kennt, die man in dem

betreffendem Fach machen kann und der sie deshalb zu vermeiden versteht. Raamatust Der Teil und das Ganze, 1969)

• Õige väite vastandiks on vale väide. Kuid sügava tõe vastandiks võib väga hästi olla teine sügav tõde.

1.14.1 William Bradford Shockley (13.02.1910 - 12.08.1989)

Transistori kaasleiutaja, USA füüsik W.Shockley on sündinud Londonis, kuhu tema vanemad olid mõneks aastaks elama asunud. Peagi asuti Ameerikasse tagasi, ja Shockley asus õppima füüsikat Kalifornia Tehnikaülikoolis, mille lõpetas bakalaureusekraadiga 1932. Ta jatkas haridusteed Harvardi ülikoolis, lõpetades selle 1936 filosoofiadoktorina. Samal aastal asus ta tööle firma Bell Telephone laboratooriumisse, kus alustas katseid pooljuhtidega, mis lõpuks viisid transistori leiutamiseni. Teise Maailmasõja aastail juhtis ta USA mereväe allveelaevade tõrjerelvade uurimisrühma. Pärast sõda naasis ta Bell Telephone'i uurimislaborisse, kus sai äsjaloodud tahkisefüüsika uurimisrühma juhiks. 1947. aasta lõpus leiutasid Bardeen ja Brattain seal teravikkontaktiga pooljuhttrioodi – punkttransistori (vt ka nimetatute biograafiaid). Shockley't häiris tublisti, et pöördeline leiutis tehti küll tema laboris, kuid ilma tema otsese osaluseta. Viibimata lülitus ta töösse punkttransistori toimemehhanismi uurimisel ja transistori täiendusvõimaluste otsingul. Tööd kroonis peagi edu, juba järgmisel, 1948. aastal sai valmis juba täiuslikum transistori vorm, pn-siiretel põhinev pnp- või npn-transistor, mis peagi hakkas asendama elektronlampi arvutites ja teistes elektroonikaseadistes. 1956 said nad kõik kolm ühiselt transistori eest Nobeli füüsikapreemia. 1954-55 oli ta jälle tegev militaaralal USA kaitseministeeriumi relvasüsteemide hindamisrühma asedirektorina. 1955 liitus ta firmaga Beckman Instruments, kus asutas Shockley pooljuhtidelabori. Peagi sai sellest tema oma firma, Shockley Transistor Company. 1958. aastast peale oli ta õppejõuks Stanfordi ülikoolis Kalifornias, kus 1963. aastal sai esimeseks Poniatoffi tehnikateaduste professoriks. (Mitmetel maadel on nimelised professuurid väljapaistvate teadlaste auks väga moes.) 1974 läks ta erru. Shockley sai elu jooksul ligemale 90 patenti. Hinnatud oli spetsialistide ringis tema kapitaalne monograafia Elektronid ja augud pooljuhtides (1950). Tema hulgalistest kaalukatest töödest pooljuhtide füüsikas olgu mainitud nn väljaefekti (elektrivälja mõju pooljuhtide elektrijuhtivusele) avastamine. See mängis olulist osa transistori leiutamisel ja toime selgitamisel. Samuti põhinevad sellel tänapäeva kiipides põhiliselt kasutatavad väljatransistorid.

Paraku omandas Shockley oma elu paaril lõpukümnendil skandaalse kuulsuse. Nimelt hakkas ta jutlustama omamoodi rassiteooriat ja eugeenikat, väites musta rassi alamuslikkust. Kogudes statistikat, leidis ta, et kuna neegrid koguvad intelligentsitestidest keskmiselt 10-20 punkti vähem (madalam nn IQ-indeks), on nad alaväärtuslikud, nende sigivust tuleb vägivaldselt piirata, et ei kahjustuks inimliigi evolutsioon. Ka pooldas ta üldse kõikide madala IQga inimeste steriliseerimist. Riike ei pidanuks tema arvates valitsema demokraatlikult, vaid valitsusohjad peaks enda kätte võtma intellektuaalne eliit. Küll polnud talle endalegi selge, kes ja kuidas siis selle eliidi välja eraldab ja tippu seab. Shockley vaated meenutavad üsna lähedalt natside omi, kuigi ta alati on kategooriliselt eitanud seotust nendega. Shockley rassism tõi talle kaela ohtrasti pahandusi. Küll mäkerdati ta auto üle, küll täitsid tema loengul järsku auditooriumi valgeisse linadesse mähkunud demonstrandid. (Linadega nähtavasti ironiseeriti tema valge rassi apologeetika üle.) Jonni aga tal jätkus. Kord kutsuti ta Lõuna-Aafrikasse Johannesburgi ülikooli loenguid pidama. Kuigi temaga lepiti eelnevalt kindlalt kokku, et ta räägib üksnes füüsikast ja ei sõnagi poliitikast/rassismist, ei kõnelnud ta kohale jõudes üldse füüsikast, vaid oma kõhedaist vaadetest. Intsident oli seda kibedam, et just siis püüti Lõuna-Aafrika vabariigis üle saada apartheidist ja jõuda rassirahuni. Kõik see oli ka ta kolleegidele tõeline Shockley-šokk…

Shockley näide kõneleb ilmekalt, et suur teadlane ei pruugi hoopiski alati olla meeldiv inimene. Õnneks on see pigem erand kui reegel.

Oli tal teisigi ekstravagantsusi. Nii harrastas ta innukalt illusionistlikke trikke, näiteks tõmbas loengut lõpetades käisest hiiglasliku roosibuketi. Kaasasõitjaid ajas paanikasse tema harjumus autoga meeletult kihutada. Muidugi ei jäänud siis tulemata ka avariid ja pikemad haiglaslebamised.

1.15.1 Walter Houser Brattain (10.02.1902 - 13.10.1987)

USA teadlane W.Brattain, transistori kaasleiutaja, on sündinud Hiinas, Amoys. Ta on lõpetanud Whitmani kolled?i Oregonis. Pärast PhD kraadi saamist Minnesota ülikoolist asus ta füüsikateadurina tööle kompanii Bell Telephone laboratooriumis. 1967 lahkus ta sealt, et asuda abiprofessori kohale Whitmani kolledžis, kus töötas pensioneerumiseni 1972.

Tema rohked uurimused ja leiutised on pühendatud peamiselt pooljuhtide füüsikale ja tehnikale, eeskätt pooljutide pinnaomadustele. 1947 leiutas ta koos J.Bardeeniga punkttransistori, esimese pooljuht-võimendus- ja lülitusseadme. 1956 said nad selle eest koos W.Shockleyga Nobeli füüsikapreemia (vt ka Shockley biograafiat). Transistorite arengu loomulikuks jatkuks said integraalskeemid – kiibid (nende eest sai 2000 aasta Nobeli füüsikalaureaadiks Jack Kilby). Kiipidel põhineb kogu nüüdisaegne arvutustehnika, infotehnoloogia, automatiseerimine. Seega tähistas transistori leiutamine ühe suurima pööraku algust 20. sajandi tehnikas ja kogu elukorralduses.

1.16.1 Theodore Maiman (1927 - 2005)

USA füüsik T.H.Maiman on sündinud Los Angeleses. Füüsikuhariduse omandas ta Colorado ja Stanfordi ülikoolides, teenides ühtaegu elatist kodumasinate ja raadiote parandamisega. Stanfordi ülikoolist sai ta 1951 magistrikraadi elektrotehnikas ja 1955 PhD kraadi füüsikas ning asus tööle firma Hughes Aircraft laboris Malibus. Siin huvitus ta Ch. Townes'i ja selle kaastööliste poolt ehitatud maserist, mikrolainete kvantvõimendist. Tal õnnestus suuresti täiustada rubiinikristallil töötavat tahkismaserist. Saadud kogemused ja rubiini omaduste hea tundmine aitasid teda suuresti maailma esmiklaseri loomisel. Hughes'i laboris töötades sai ta 16. mail 1960 esimesena maailmas laserivälkeid. Ta juhendus Arthur Schawlow' ja Charles Townesi teoreetilisest tööst, kuid ignoreeris Schawlow' pessimismi rubiini kui laserikiirguri suhtes: esiklaseri tegi Maiman just tehisrubiinil. Kui Townes ja hiljem ka Schawlow said Nobeli preemia, sõnas Maiman kibestunult: "Kuid ükski noist teoreetikuist ei suutnud toimivat laserit valmistada." Paari aasta pärast, 1962 asutas ta oma laserifirma Korad Corporation, mille aga müüs hiljem Union Carbide Corporationile. 1976. aastal asus ta tööle kompaniis TRW, kus tema ülesandeks sai tehnoloogia edendamise juhtimine ja innovatsioonitöö uute kõrgtehnoloogia ettevõtmiste juurutamisel. Ühtaegu oli ta firma Control Laser Corporation direktoriks. Tema hilisemast elust pole kahjuks õnnestunud teavet hankida.

1.17.1 Aleksandr Mihhailovitš Prohhorov (11.07.1916 - 8.01.2002)

Aleksandr Mihhailovitš Prohhorov (11.07.1916 - 8.01.2002)

Vene füüsik, maserite ja laserite kaasleiutaja, Nobeli laureaat Aleksandr Prohhorov on sündinud Athertoni linnakeses Kirde-Austraalias. Sinna pagesid ta vanemad 1911. aastal asumiselt Siberist. Pärast kodusõda ja revolutsiooni, aastal 1923 naasis perekond tagasi Venemaale. 1934. aastal astus A.Prohhorov Leningradi ülikooli, kus oli tollal väga tugev füüsikaosakond ja kus ta kuulas tollaste Vene tuntud füüsikute V.A.Foki, S.E.Friši ja E.K.Grossi loenguid. Lõpetanud 1939 ülikooli cum laude, astus ta NSVL TA P.N.Lebedevi nim. Füüsika Instituudi aspirantuuri (vastab meie praegusele doktorantuurile). Kuid peale tuli suur sõda. 1941, lausa sõja alguses mobiliseeritakse ta Punaarmeesse. Ta oli rindevõitleja, sai kaks korda haavata. Pärast teistkordset pihtasaamist ta demobiliseeriti ja sai tagasi oma uuringute juurde Lebedevi Instituudi võnkumiste laboris. 1946. aastal kaitses kandidaaditööd raadiogeneraatori võnkumiste stabiliseerimise teooriast ja 1951 doktoritööd elektronide koherentsest kiirgusest sünkrotronis. 150 saab temast võnkumiste labori asejuhataja ja 1954 juhataja. 1962 lahknes laborist N.G.Bassovi juhitud kvant-raadiofüüsika laboratoorium.

N.G.Bassovi tulekuga tema kaastööliseks keskenduvad huvid ikka enam raadiospektroskoopia ja alles kujuneva kvantelektroonika valda. Töötanud välja teoreetilised alused molekulaargeneraatori (maseri) loomiseks, õnnestus neil see 1955 aastal ka luua. Tööaineks oli selles ammoniaak. 1955 esitavad nad ühiselt optilise pumpamise (kiirguraine valgusega ergastamise) idee pöördhõive loomiseks kvantgeneraatorites; kolm aastat hiljem, sõltumatult ameeriklastest, esitab Prohhorov optilise kvantgeneraatori, laseri idee. Oluline oli selle osana välja pakutud avatud resonaatori (sisuliselt on see laseri peeglipaar) printsiip, millel nüüd põhinevad kõik laserid. (Kuna raadio mikrolainete piirkonnas, ka maserites, kasutati karbitaolisi õõsresonaatoreid, valmistas palju lühilainelisema optilise kiirguse jaoks erilist peamurdmist just resonaatori probleem. Midagi analoogilist raadiolainete õõsresonaatoritega polnuks siin võimalik ehitada vajaliku ülima miniatuursuse tõttu.) Prohhorovi ja ta uurimiskaaslaste tehtud põhjalikud uurimused rubiini raadiospektroskoopia (täpsemalt elektron-paramagnet-resonantsi) vallas aitasid sillutada teed rubiinlaseri loomisele (Th.Maiman, USA, 1960).

1964. aastal sai ta koos N.Bassovi ja Ch.Townesiga Nobeli preemia laserite ja maserite loomisele viinud tööde eest. Praegu on ta, trotsides kõrget iga, FIANist lahknenud Vene TA Üldfüüsika Instituudi direktor ja Moskva Ülikooli professor. Teaduslikud huvid on viimasel ajal koondunud eriti tahkislaseritele ja nende rakendamisele mitmekvandiliste protsesside uurimisel. Koos kaastöölistega on ta välja pakkunud laseri printsiibi kahefotoonsetel siiretel.

A.Prohhorov abiellus 1941 geograaf G.A.Šelepinaga, neil on üks poeg.

1.18.1 Arthur Leonard Schawlow (05.05.1921 - 28.04.1999)

USA füüsik, laseri-idee ja -teooria kaasautor, on sündinud Mount Vernonis, New Yorgi osariigis, kust pere asus hiljem Kanadasse, Torontosse. 1949 lõpetas ta Toronto ülikooli PhD kraadiga ja naasis Ühendriikidesse, Columbia ülikooli teaduriks, asudes koostööle Ch. Townesiga (vt), kelle õe Aurelia Townesiga 1951. aastal abiellus. 1957. hakkavad nad Townesiga koos arutlema ja arvutusi tegema laseri loomise võimaluste üle. 1958 ilmub nende teedrajav ühisartikkel laseri teooriast, millele toetudes T.Maiman (vt) ehitab 1960. aasta kevadel esmiklaseri. 1960. aastal saavad nad koos Townesiga laserile patendi. 1961 läheb ta Stanfordi ülikooli füüsikaosakonda, mille juhatajaks saab 1966. Ta keskendub seal molekulide spektroskoopiale. Üks tema uuringute peasuundi oli kõrglahutusega mitmefotoonne laserspektroskoopia. 1981. aastal saab Schawlow Nobeli füüsikapreemia "andami eest laserspektroskoopia arendamisse". Seda Rootsi akadeemia sammu on hinnatud kui "vana võla heastamist", vihjates sellele, et ta igati väärinuks auhinda laseri loomise eest koos Townesiga juba 17 aastat varem, sest nende töö oli ühine.

1.19.1 Charles Hard Townes (28.07.1915 -27.01.2015)

Charles Hard Townes (s. 28.07.1915). USA füüsik, on sündinud Greenvilleys, Lõuna-Carolinas. Ta on õppinud Furmani ülikoolis (B.A. ja B.S. kraad 1935), Duke'i ülikoolis (M.A. kraad 1937) ja Kalifornia Tehnoloogiainstituudis (PhD, 1939). Lõpetanud õpingud, sai ta tööle firma Bell Telephone laboratooriumisse (1939-47). Sealt siirdus ta Columbia ülikooli, 1948 dotsendiks ja 1950 professoriks. Seal töötab ta 1961. aastani. Columbias hakkab teda paeluma idee kasutada ammoniaagi molekule raadio mikrolainete võimendamiseks ja genereerimiseks. Detsembris 1953 on tal koos oma õpilaste J.P.Gordoni ja H.J.Zeigeriga esimene sel põhimõttel ehitatud riist, maser valmis ja tööle rakendatud.

1956ndast aastast taaselustab ta sidemed Belli laboratooriumiga, asudes selle tehniliseks konsultandiks tahkismaserite valdkonnas. Seal kohtab ta Kanadast tulnud Arthur L.Schawlow'd, kellest hiljem saab tema õemees. Mõlemad huvituvad maseri printsiibi (stimuleeritud kiirguse) rakendusvõimalustest valguse võimendamiseks ja genereerimiseks, so laseri loomiseks. 1958 jõulukuul ilmub ajakirjas Physical Review nende ühisartikkel, mis andis laseri teoreetilised alused. 1960. aastal saavad nad koos Schawlow'ga patendi laserile. 1964 jagatakse Nobeli füüsikapreemia Townesi ja venelaste Aleksander Prohhorovi ja Nikolai Bassovi vahel. Auhind määrati "fundamentaalsete tööde eest kvantelektroonikas, mis viisid maseri/laseri põhimõttel töötavate generaatorite ja võimendite ehitamisele".

1959-61 on ta USA valitsuse Kaitseanalüüside Instituudi asepresidendiks ja teadusdirektoriks. 1961-66 valitakse Townes Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi füüsikaprofessoriks ja ühtlasi instituudi rektoriks. 1967-86 on Townes Berkeleys Kalifornia ülikooli füüsikaprofessor, edasi juba emeriitprofessor. Berkeleys algatas ta raadio- ja infrapuna-astronoomia programmi, mille tulemuseks oli ammoniaagi ja veemolekulide avastamine tähtedevahelises ruumis ja kosmiliste veemolekulide leidmine raadiokiirguse lainel 1,35 cm (kosmiline maser).

1998. nähakse teda koos Schawlow'ga firma Lucentkorraldatud laseri 40. aastapäeva pidustustel.

1.20.1 Wolfgang Pauli (1900-1958)

Wolfgang Pauli (25.04.1900 – 14.12.1958) on sündinud Viinis juudi perekonnas, õppinud Müncheni ülikoolis. 19-aastaselt koostas ta põhjaliku ülevaate eri- ja üldrelatiivsusteooriast, mida Einstein ise kõrgelt hindas ja mis jäi aastateks parimaks sellekohaseks ülevaateks. Doktorikraadi kaitses 1922 Müncheni ülikoolis, seejärel töötas Göttingenis, Kopenhaagenis ja Hamburgis. 1928 pages ähvardava natsismiohu eest Šveitsi, kus sai Zürichi Tehnikaülikooli professoriks. II Maailmasõja aastail elas ja töötas USAs.

1925 püstitas printsiibi, mis sai hiljem tuntuks Pauli keeluprintsiibina, ühtlasi väites, et iga elektroni määratlemiseks aatomis on vaja neli kvantarvu (neljanda, spinni olemus ei olnud siis veel selge). Keeluprintsiip selgitas elektronide paigutuse eri aatomeis ning elementide perioodsusseaduse.

1945 sai ta selle eest Nobeli preemia. 1931 oletas ta, et radioaktiivainete beetalagunemisel peab tuumast peale elektroni lahkuma veel üks seisumassitu või ülikerge ja ülimalt läbitungiv osake. Hiljem arendas itaalia füüsik Enrico Fermi sellest oletusest beetalagunemise teooria, nimetades osakese neutriinoks (it k neutraalne pisiosake). Paulil on suuri teeneid kvantfüüsika väga mitmete valdkondade arendamisel.

Pauli oli tihti üsna järsk oma hinnanguis kolleegide töödele. Nt arendas USA füüsik Ralph Kronig ideed elektroni spinnist, kuid Pauli naeris tema töö lihtsalt välja ja see jäigi avaldamata. Spinni avastamise au said noored hollandlased Goudsmit ja Uhlenbeck.

Eksperimentaatorite hulgas liikus legend, et niipea kui Pauli laborisse astub, läheb käsilolev katse kohe luhta. Seda kutsuti isegi Pauli efektiks. Kõige drastilisem näide "Pauli efektist", koguni dokumenteeritud, olevat kohtav plahvatus, mis juhtus prof. J.Francki laboratooriumis Münchenis. Hiljem tehti kindlaks, et just plahvatuse ajal peatus Müncheni vaksalis kaheksaks minutiks rong, milles Pauli Zürichisse sõitis… Hoolimata järsult erinevaist elu- ja lõõgastumistavadest sai Pauli Münchenis õppides heaks sõbraks Werner Heisenbergiga. (Pauli eelistas aega veeta kohvikuis ja baarides, Heisenberg seevastu vabas õhus, eriti matkates.) Sõprusele andis hoobi natside võimuletulek, mis lõi kestva lõhe natse talunud sakslase Heisenbergi ja Pauli kui emigreerunud juudi vahele.

Pauli ülimat kriitilisust iseloomustavad hästi järgmised anekdoodid.

• Kui Pauli suri ja taevasse jõudis, võimaldas Jumal talle kui auväärsele isikule, Nobeli laureaadile audientsi. Kui Vanataat Paulilt küsis, ons tal ka soove, mida tahaks esitada, vastas Pauli:"On küll. Ma tahaksin väga teada, miks peenstruktuuri konstant on võrdne just 0,00729735-ga." Vana astus tahvli juurde ja asus hoogsalt kriiti pritsides valemeid kirjutama. Esialgu jälgis Pauli heldinult, siis aga hakkas irooniliselt muigama ja ägedasti pead raputama.
• Keegi kolleeg tõi Paulile tutvumiseks ja arvamuse avaldamiseks oma äsjalõpetatud artikli. Seda pisut vaadanud, ütles Pauli: "See ei ole õige. See ei ole isegi vale."

1.21.1 Max Born (1882-1970)

Max Born (11.12.1882 - 05.01.70)

M.Born on sündinud Breslaus. (Nüüd on see Poola linn Wroc?aw.) Koolis polnud ta just oivik. Eeskätt huvitus ta humanitaarainetest. Astunud 1901. aastal Breslau ülikooli, valis ta üsna laiapiirdelise õppeainete kompleksi, püüdes järgida äsjalahkunud isa soovitusi. Põhitähelepanu pühendas ta matemaatikale ja astronoomiale. Täheteaduses kavatseski ta spetsialiseeruda. Järgnevail aastail rändas ta ühest ülikoolist teise, otsides parimaid õpetajaid ja õppimisvõimalusi. Tollal oli see üsna tavaline. 1902. aastal õppis ta Heidelbergis, 1903 Zürichis. Varsti nähti teda juba Göttingenis. 1905 sai ta seal kuulsa matemaatiku Hilberti assistendiks. 1907. kaitses ta doktoritöö astronoomias tuntud astronoomi Schwarzschildi õpilasena.1912. aastal sai temast Göttingeni ülikooli õppejõud. Seal alustas ta koos Karmaniga uuringuid kristallivõre dünaamika kohta. Kristallide teooria jäi tema üheks kiindumiseks kogu teadlas-eluks. 1914 sai ta õppetooli Berliini ülikoolis, kust 1919 siirdus Frankfurti Mainil, sealse ülikooli õppejõuks. Berliinis sõbrunes ta Einsteiniga. Nad armastanud koos musitseerida, Einstein viiuldajana ja Born tema klaverisaatjana. Kaks aastat hiljem oli ta juba tagasi füüsikaprofessorina Göttingenis, kust 1933.aastal oli sunnitud juudina natside eest pagulusse siirduma. Veetnud mõne aja Põhja-Itaalias, kutsuti ta tööle Cambridge'i ülikooli. 1936 pakuti talle õppetooli Edinburghi ülikoolis, mille ta ka meeleldi vastu võttis. Seal organiseeris ta uurijaterühma peamiselt endataolistest pagulastest. 1953 läks ta erru ja naasis natsismist vabanenud Saksamaale, valides elupaigaks Bad Pyrmonti Göttingeni lähedal. See jäigi tema viimseks koduks. Born on saanud rohkesti teadus-autasusid ja valitud paljude maade akadeemiate liikmeks. 1954. aastal sai ta Nobeli preemia oma kvantmehaanika-alaste tööde eest. Ta on kirjutanud rohkesti häid ülikooli-õpikuid ja teadusmonograafiaid, kuid ka aimeraamatuid. Kokku on tema üllitiste nimistus ligemale 360 raamatut ja artiklit.

Göttingenis lõi Born kõrgtasemelise teoreetilise füüsika keskuse. Seal olid tema assistentideks Heisenberg ja Pauli, seal töötasid tema käe all hilisemad Nobeli laureaadid E.Fermi, P.Dirac, E.P.Wigner ja M.Goeppert-Mayer. Born on meenutanud: "Sellal oli Saksa ülikoolides täielik vabadus nii õpetamises kui õppimises. Polnud kursuseeksameid ega kontrolli tudengite üle. Ülikool pakkus loenguid ja tudengil tuli vaid otsustada, mida ta kuulata tahtis."

A.Beiser [Concepts of Modern Physics, McGraw-Hill, 5^th Ed, 1995] märgib: "Born oli üks pioneere, kes astusid "klassikalise füüsika helgest kuningriigist uue kvantmehaanika esialgu pimedasse ja uurimata allilma". Tema võttiski kasutusele termini kvantmehaanika. Born jõudis põhitõdemusele, et osakese lainefunktsioon Y on seotud tema leidmise tõenäosusega. Ta lähtus Einsteini ideest, kes "…üritas teha osakeste (valguskvantide e footonite) ja lainete dualismi mõistetavaks, tõlgendades optilise laine amplituudi kui osakeste ilmumise tõenäosustihedust. Seda ideed võis pikemata laiendada Y-funktsioonile: |Y²| pidanuks esitama elektronide või teiste osakeste tõenäosustihedust. Seda oli küll lihtne väita, kuid kuidas seda tõestada? Tõestuseks otsekui pakkusid end atomaarsed hajumisprotsessid." Borni arendatud aatomhajumise kvantteooria (mis käsitles aatomite põrkumist teiste osakestega) mitte üksnes ei kinnitanud tema "uut viisi loodusnähtustest mõtlemiseks", vaid rajas ühtlasi teoreetilise füüsika uue tähtsa haru."

1.22.1 Hans Geiger (30.09.1882 - 24.09.1945)

Saksa füüsik H.Geiger on sündinud Neustadtis, 1906. Lõpetas Erlangeni ülikooli. 1906-12 töötas Manchesteri ülikoolis Rutherfordi juures. 1925-25 oli ta Kieli ja 1929-36 Tübingeni ülikooli ning 1936. aastast Berliini tehnikaülikooli professor. 1908 mõõtis elektroni laengu, samal aastal konstrueeris koos E.Rutherfordiga laetud osakeste gaasloenduri (Geigeri loendur), mida 1928 täiustas koos W.Mülleriga (Geigeri-Mülleri loendur). 1909-10 uuris Manchesteris koos E.Marsdeniga α-osakeste hajumist metallkiledelt. Need katsed näitasid üksikute osakeste hajumist tagasisuunas ja olid otsustavad aatomituuma avastamisel ja aatomi planetaarmudeli püstitamisel E.Rutherfordi poolt. 1911 esitas koos J.Nuttalliga empiirilise valemi, mis seob radioaktiivse lagunemise konstanti α-osakeste energiaga. 1925. aastal tõestas koos W.Bothega katseliselt energia ja impulsi jäävuse seaduste kehtivust Comptoni efekti elementaaraktides.

1.23.1 Max Planck (1858-1947)

Max Planckile 1918. aasta Nobeli preemia määramise põhjenduseks olid energiakvantide avastamisega füüsika arengule osutatud teened.

Preemia kätteandmisel 1. juunil 1920 peetud kõnes ütles Rootsi Kuningliku Teaduste Akadeemia president muu hulgas: „Plancki kiirgusteooria on tõesti olulisim teenäitaja kaasaegses füüsikas ja tundub kuluvat veel palju aega, enne kui ammenduvad aarded, mille Plancki geniaalsus on päevavalgele toonud.” On tõsi, et kvantmehaanikast on saanud tähtis kivi tänapäevase füüsika alusmüüris, aga vaevalt osati sel ajal aimata, kui palju selles füüsikaharus veel Nobeli preemiaid antakse ja milliste igapäevaste rakendusteni jõutakse.

Kõigele vaatamata oli Planck ise viimaseid, kes loobus mõttest pöörduda tagasi klassikaliste teooriate juurde. Nii tunnebki teadusajalugu teda kui vastutahtsi revolutsioonilist teoreetikut. Samuti jäi Planck kindlalt maailma juhusliku, tõenäosusliku loomuga toimimise idee oponendiks. See ei klappinud kuidagi tema intuitiivse ettekujutusega vaatleja ja füüsilise maailma suhtest.

Kvanthüpoteesi avaldamise ajal oli Planck 42-aastane ja on mõistetav, et nii suuri avastusi ta rohkem ei teinud, kuigi panustas hiljemgi mitmetesse füüsikaharudesse ja füüsikalisesse keemiasse.

Plancki autoriteet saksa füüsikute hulgas oli suur. Ta oli Preisi Teaduste Akadeemia matemaatika ja füüsika alaline sekretär ning Keiser Wilhelmi ühingu (praegu Max Plancki ühing) president. Kui natsid 1933. aastal võimule tulid ja paljud teadlased riigist lahkusid, jäi Planck Saksamaale, et nii palju kui võimalik hoida tagasi saksa füüsikatraditsiooni hävingut.

Vanemas eas pühendus Planck oma kirjutistes enam filosoofiale, esteetikale ja religioonile. Isiklikud tõekspidamised ja kindel iseloom aitasid tal taluda laste õnnetut surma ning Teise maailmasõja koledusi.

1.24.1 Albert Einstein (1879-1952)

Albert Einstein avaldas 1905. aastal neli teoreetilist artiklit, mis on teadusajaloos nii palju kuulsust kogunud, et seda aastat on hakatud lausa imeväärseks (annus mirabilis) nimetama. 2005. aastal, kui sellest tähelepanuväärsest saavutusest möödus sada aastat, tähistati rahvusvahelist füüsika aastat meenutamaks nende kaasaegse füüsika loomisele oluliselt kaasa aidanud tööde ilmumist.

Aastail 1902 – 1909 töötas Einstein Šveitsis Berni patendibüroo ametnikuna. Tal ei olnud sel ajal eriti head võimalust teadusajakirjade lugemiseks ja polnud ka kuigi palju kolleege, kellega oma teaduslikke ideid arutada. Siiski oli tolleaegne füüsika tippajakiri kättesaadav ja mõned lähemad sõbrad käisid Einsteini juures füüsika ja filosoofia probleeme arutamas.

Neli imelise aasta artiklit käsitlesid footoneid, Browni liikumist, massi ja energia seost ning erirelatiivsusteooriat. Tänapäeval kiputakse arvama, et iga töö neist neljast olnuks Nobeli preemiat väärt, relatiivsusteooria eriti. Einstein sai 1921. aasta Nobeli preemia „teenete eest teoreetilise füüsika vallas ja eriti fotoefekti seaduse avastamise eest”. Miks siis ikkagi fotoefekt, mitte relatiivsusteooria või mõni muu eriline teene? Preemia kätteandmisel peetud kõnes mainis Nobeli Komitee esimees lühidalt relatiivsusteooria ümber käivaid filosoofilisi vaidlusi ja Browni liikumise teooria vastu esimestel aastatel tekkinud suurt huvi. Massi ja energia seos jäi üldse mainimata, selle aeg polnud veel kätte jõudnud. Fotoefekti teooria ja footonite teema said palju kiitust kui teedrajavad suunad teaduses. Sel ajal tuli ridamisi esile teadussaavutusi ja avastusi, kus kvantteooria leidis eksperimentaalset kinnitust ja laia rakendust. Võib arvata, et Nobeli komiteel ei olnudki valikut, mida kõige erilisemaks pidada.

1.25.1 J. Robert Oppenheimer (1904-1967)

J. Robert Oppenheimer oli Manhattani projekti teadusdirektor. Tehniliselt ja sõjaliselt poolelt juhatas kindral Leslie Groves. Oppie, aatompommi isa, nagu teada tunti 20. sajandi keskel, on paljudele teadlase isiklike tõekspidamiste ja riiklike huvide kokkupõrke sümbol.

Oppenheimer õppis nooruses võrdse vaimustusega loodusteadusi, matemaatikat ja keeli. Hea mälu ja keeletaju võimaldas tal korraga tegelda kreeka, ladina, prantsuse ja saksa keelega, ajendiks tihti soov lugeda huvitavaid autoreid originaalkeeles. Kogu elu huvitus ta klassikalisest ja idamaade filosoofiast.

Pärast õppimist Harvardis ja Cambridge’i ülikoolis Rutherfordi juures sai ta doktorikraadi Saksamaal ning pöördus Ameerikasse tagasi 1929. aastal. Oppenheimer oli erakordselt andekas õppejõud ja suurepärane teoreetik. California ülikoolis Berkeleys ja California tehnoloogiainstituudis töötades avaldas ta mitmeid ennustuslikke ideid, mis puudutasid neutroneid, positrone, neutrontähti – kui nimetada ainult tuntumaid. Pikka kasvu, kõhn, energiline, intensiivne, kaasahaarav, särav – need on sõnad, millega õpilased ja kolleegid teda iseloomustasid.

Teoreetilise füüsika uuringud haarasid teda sedavõrd, et ta elas tihti justkui omas maailmas, lugemata uudiseid ja kuulamata raadiot. 1930-ndate poliitilised sündmused maailmas köitsid siiski ta tähelepanu ja ta võttis väga selge fašismivastase seisukoha. 1942. aasta juunist asus Oppenheimer Manhattani projekti juhtima. Parimate teadlaste koondamine Los Alamose teaduskeskusesse on kindlasti Oppenheimeri energia ja suhtlemisoskuse teene. Lõpuks juhtis ta üle kolme tuhande töötajaga keskust, lahendades samas pidevalt teoreetilisi ja tehnilisi probleeme. Ometi ei tunnistatud tema sobivust direktori kohale alguses kuigi kergelt. Juhtimiskogemusi tal eriti polnud, tema lähedased olid seotud kommunistliku parteiga, ta polnud isegi, erinevalt teistest kandidaatidest, Nobeli preemia laureaat. Vaatamata võimude pidevatele kahtlustele ja arvatavale turvariskile oli kindral Groves siiski kindel, et paremat meest projekti juhtima pole olemas. Tagantjärele on kõik tunnistanud, et tal oli õigus.

Esimese tuumakatsetuse jälgimist meenutas Oppenheimer aastaid hiljem kahe tsitaadiga hinduismi pühast tekstist  Bhagavadgītāst: „Kui tuhande Päikese helendus sööstaks korraga taevasse, oleks see nagu kõigevägevama hiilgus.” ja „Nüüd on minust saanud Surm, maailmade hävitaja.”

Pärast sõda juhatas Oppenheimer USA Aatomienergia Komisjoni. Vesinikupommi loomist ta algul ei toetanud, aga vaatamata kõhklustele loobus siiski otsesest vastuseisust. Kommunismihirmu laineharjal tuletati nüüd jälle meelde tema vasakpoolseid vaateid ja lähedasi suhteid kommunistidega enne sõda. Uurimine viis selleni, et Oppenheimeri luba töötada riigisaladustega tühistati, tema töö Aatomienergia Komisjonis ja vesinikupommi projektis lõppes.

Kaotanud võimaluse mõjutada teaduspoliitikat, jäi Oppenheimer ometi Princetoni Instituudi direktoriks, pidas loenguid Euroopas ja Jaapanis, ta valiti paljude ülikoolide audoktoriks ja teadusseltside liikmeks. Teda tunnustasid nii teadlased kui ka poliitikud. Praegu, kui isegi Venemaal avanevad veidi tuumasaladuste arhiivid, on üsna kindel, et kuigi Oppenheimer oli 1930-ndatel lähedalt seotud kommunistide ja kommunistliku parteiga, ei saanud nõukogude luure tema kaudu mingit informatsiooni, kuigi proovis.

1950-ndate keskpaigast alates veetis ta pikki kuid oma väikeses rannamajas Neitsisaartel, kus purjetas koos naise ja tütrega merel ning kirjutas raamatuid eetika ning moraali teemadel. Oppenheimer oli noorusest saadik ahelsuitsetaja. 1966. aastal diagnoositi tal kõrivähk ja ta suri Princetonis veebruaris 1967.

1.26.1 Enrico Fermi (1901-1954)

Itaalia füüsik Enrico Fermi oli samavõrra tugev nii teoreetiku kui eksperimentaatorina. Tema juhtimisel tehti rida ahelreaktsiooni uurimise katseid, arvutati ja planeeriti esimene töötav tuumareaktor.

Fermi oli pärit Roomast. Ta asus pärast kooli lõpetamist õppima Pisa ülikooli, lõpetas selle hiilgavalt, reisis Euroopas, kus kohtus paljude oma aja füüsikateoreetikutega. Juba 24-aastaselt sai ta Sapienza ülikooli professoriks Roomas. See oli üks esimesi teoreetilise füüsika professuure Itaalias. Fermi juhitud noorte teadlaste rühm sai peagi kuulsaks kui Via Panisperna poisid. Need poisid avastasidki aeglaste neutronite toime, avastus, mis viis lõpuks tuumareaktorite ja aatompommide ehitamiseni.

1938. aastal otsustas diktaator Mussolini Hitleri Saksamaad järgides alustada juudivastase kampaaniaga. Fermi oli Mussolini juures heas kirjas, ta nimetati teaduste akadeemia liikmeks ja kuulus isegi parteisse. Fermi ei olnud juut, aga tema naine oli ja see tegi kogu perekonna elu Roomas keeruliseks. Samal aastal sai ta Nobeli preemia uute, neutronkiirguse toimel tekkivate elementide ja aeglaste neutronite toimel toimuvate tuumareaktsioonide avastamise eest. Pärast preemia kättesaamist Stockholmis sõitis Fermi kohe koos perega Ameerika Ühendriikidesse. Ta oli juba varem salajase kirjavahetusega otsinud töökohta Ameerikas ja valis nüüd viiest pakkumisest Kolumbia ülikooli. Sel ajal oli ta ilmselt neutronite alal maailma parim spetsialist ja seepärast oli väikeseks pettumuseks, et uraani tuumade lagunemise tõestus ja seletus tuli hoopis Saksamaalt. Teise maailmasõja ajal ei olnud itaallastel Ameerikas kuigi kerge, aga Fermi isikuomadused ja eriline anne võimaldasid tal ometi kaasa lüüa olulistes teadusprojektides. 1944. aastal sai ta USA kodakondsuse.

Fermi oli arvatavasti esimene teadlane, kes juhtis tähelepanu Einsteini valemis E = mc² peituvale tuumade siseenergia vihjele. 1923. aastal kirjutas ta: „Vähemalt lähemas tulevikus ei tundu võimalik, et leitakse tee selle kohutava energiakoguse vabastamiseks ja nii ongi hea. Selle hirmuäratava energiaga plahvatuse esimene tulemus oleks teha pihuks ja põrmuks füüsik, kellel on piisavalt ebaõnne see tee leida.”

2. detsembril 1942. aastal oli Fermi juhitud töörühm Chicago ülikooli vana staadioni tribüünialuses ruumis valmis käivitama tuumareaktorit Chicago Pile-1. Reaktori kütus oli uraanitablettides, neutroneid aeglustas grafiit, kontrollvardad tehti kaadmiumist, indiumist ja hõbedast. Kogu seade meenutas puidust ja mustadest tellistest kuhjatud hunnikut (inglise keeles: pile - kuhi). Kiirguskaitset ja jahutust ei olnud. Reaktor pidi tulema umbes kerakujuline, aga Fermi arvutas ehituse ajal välja, et ahelreaktsiooni käivitamiseks pole vaja kogu materjali kokku laduda. Erakordne läbimõeldus, põhjalikkus ja piinlikult täpsed arvutused olid omased paljudele tema katsetele. See oli ka üheks põhjuseks, et reaktoriga julgeti katsetada rahvarohkes südalinnas. Iseeneslik ahelreaktsioon saavutati kell 15.25 ja reaktor töötas esimesel korral 28 minutit. Hiljem võeti kogu seade koost lahti ja viidi linnast välja. Praegu on see maetud koos mõne teise Manhattani projekti reaktori varemetega Red Gate Woodsi, Chicago linnalähedasse metsa.

Pärast sõja lõppu pöördus Fermi tagasi õppetöö ja teadusliku uurimise juurde. Ta tegeles osakestefüüsika ja kosmilise kiirgusega. Vesinikupommi projekti suhtes oli ta kriitiline, aga nagu paljud teadlased, osales selles siiski konsultandina, tehes mitmeid olulisi arvutusi.

Fermi suri 54. eluaastal pärast maovähi operatsiooni. Kahjuks ei jõudnud ta kirjutada planeeritud tuumafüüsika õpikut.

1.27.1 Madame Curie (1867-1934)

Madame Curie, nagu teda tundis teaduskogukond, Marie Skłodowska-Curie, nagu ta ise oma nime kirjutas, oli Poola teadlane, kes töötas põhiliselt Prantsusmaal.

Maria Salomea Skłodowska oli pärit Varssavist, mis kuulus sellel ajal Vene impeeriumi alade hulka. Õpetajate pere, kus Maria oli noorim laps, elas poliitilistel ja majanduslikel põhjustel üsna keerulistes tingimustes. Maria lõpetas siiski gümnaasiumi kuldmedaliga, töötas koduõpetajana, õppis ise raamatute ja kirjavahetuse abil, osales põrandaaluse rahvusliku ülikooli õppetöös ja katsetas keemialaboratooriumis. Poolas oli sel ajal naistele kõrgharidus peaaegu kättesaamatu ja teaduskraadini jõudmine täiesti välistatud. 1891. aastal sõitis Maria (Prantsusmaal Marie) vanema õe eeskujul ja toetusel Pariisi, kus ta kitsaste olude kiuste õppides ja õpetades jõudis kiiresti kahe teadusliku kraadini. Samal ajal kohtus ta Pierre Curie’ga. Neid lähendas ühine teadushuvi ja maailmavaateline kooskõla. Marie oli siiski kindel, et ta pöördub kodumaale tagasi. 1894. aastal sõitis ta Varssavisse, et kohtuda perega ja leida seal tööd. Pierre oli samuti valmis Poolasse sõitma, oli valmis isegi loobuma oma õppetööst Pariisis. Kahjuks ei olnud Poolas midagi muutunud, Krakowi ülikool keeldus naisteadlast tööle võtmast ja Marie pöördus Pierre’i kutsel Pariisi tagasi. 1895. aastal registreeriti nende ilmalik abielu ja neist sai üks maailmakuulsamaid teadusperekondi. Tuntud teadlaseks kasvas ka nende 1897. aastal sündinud tütar Irène.

Pierre ja Marie Curie ühised teadushuvid keskendusid kiirgusele. Sajandivahetuse eel avastatud röntgenikiired ja radioaktiivsus pakkusid huvi paljudele teadlastele ja avastusi tuli ridamisi. Tugeva rahvusvahelise konkurentsi tingimustes avaldasid Curie’d mitukümmend teaduslikku artiklit nii koos kui ka eraldi. Paljud avastused tehti erinevates ülikoolides ja instituutides praktiliselt samal ajal ja kiire avaldamine hakkas muutuma üha tähtsamaks. Curie’d õppisid omavalmistatud seadmetega radiatsiooni mõõtma ja saanud aru, et uraanimaakides sisaldub teisigi radioaktiivseid elemente, eraldasid kahe uue elemendi ühendid. Elemendid nimetati polooniumiks ja raadiumiks. Hiljem õnnestus saada ka puhast metallilist raadiumi. 1903. aasta Nobeli preemia jagati erakordse panuse eest radiatsiooninähtuse uurimisse Pierre Curie, Marie Curie ja Henri Becquereli vahel. Marie on esimene naine, kes Nobeli preemia sai. Tegelikult lisati Marie nimi nominatsioonile Pierre’i otsese nõudmise peale hiljem.

Kuigi rahvusvaheline tunnustus oli suur, ei olnud töö Pariisis kuigi lihtne. Curie’del puudus korralik laboratoorium ja kuigi Pariisi ülikool oli lubanud sisustada sobivad ruumid, ei toimunud mitme aasta jooksul midagi. Stockholmi Nobeli preemiat vastu võtma jõudsid nad alles 1905. aastal. Põhjuseks toodi töökohustused, aga tegelikult sai üha selgemaks, et mõlema teadlase, eriti Pierre’i tervis on väga halb. Preemiaraha võimaldas neil esimest korda laborisse abilist palgata. Vahepeal sündis teine tütar, Ève. Marie jagas end teadustöö ja kodumurede vahel. Muu hulgas õpetas ta lastele poola keelt, saatis ja viis neid oma kodumaale igal võimalusel. Pidevaks probleemiks kujunesid Prantsuse ühiskonnas valitsevad meeleolud, see et Marie Curie oli välismaalane ja naine. Kui Curie’d Londonis Kuninglikku ühingut külastasid, esines ainult Pierre, naise ettekanne oleks olnud liiga järsk traditsioonide murdmine.

1906. aastal hukkus Pierre liiklusõnnetuses. Marie võttis vastu Pierre’i jaoks loodud füüsika õppetooli ja sai Pariisi ülikooli esimeseks naisprofessoriks. Lõpuks õnnestus tal luua korralik laboratoorium. Enamgi, Pariisi ülikooli ja Pasteuri instituudi koostöös sündis kuulus Raadiumi instituut, nüüdseks Curie instituut. Ometi ei valitud Marie Curie’d Prantsuse Teaduste Akadeemia liikmeks. Esimese naisena sai Prantsusmaal akadeemikuks üks tema doktorantidest alles 1962. aastal.

1911. aastal sai Marie Curie teise Nobeli preemia, seekord keemias, radioaktiivsete elementide avastamise ja nende ühendite ning omaduste uurimise eest. Isiklikus elus kujunes see aasta kohutavaks. Ajalehtede tormiliste süüdistuste hulka kuulusid juudi päritolule viitav neiupõlvenimi, Pierre’i teadussaavutuste enda nimele kirjutamine, romantilised suhted abielus kolleegiga, Prantsuse teadusmaine rikkumine jm. Paisuva ühiskondliku hüsteeria toel jõuti lausa isiklike rünnakuteni. Pärast Nobeli preemia vastuvõtmisel peetud kõnet ütles Marie tervis täiesti üles. Ta langes depressiooni ja viibis mõnda aega salastatud asukohaga haiglas. Veidi kosunud, veetis ta terve aasta Inglismaal hoolitseva sõbra juures, kes hoolega ajakirjanikke tõrjus. Laborisse ei pääsenud ta terve 1912. aasta jooksul. Samal ajal pakuti töökohta Varssavis, aga ta otsustas siiski pühenduda oma instituudile Pariisis. Kahjuks ei kestnud see pühendumine kaua, puhkes Esimene maailmasõda ja instituudi töö katkes pea täielikult 1919. aastani.

Sõja algul saatis Curie tütred Inglismaale ja asus ise õppima anatoomiat, radioloogiat ja automehaanikat. Eesmärk oli luua mobiilsed sõjaoludesse sobivad radioloogiaseadmed. Ta aitas sõjaväearstidel ehitada umbes 20 mobiilset röntgenaparaati ja paigaldada välihaiglatesse 200 radioloogiaseadet. Sõja ajal ei tegelenud ta teadustööga, aga kirjutas oma kogemustest sõjaolukorra radioloogiat käsitleva raamatu.

Pärast sõja lõppu töötas ta oma instituudis. Kuigi kuulsus ja kutsed paljudest ülikoolidest üldiselt häirisid ja pahandasid teda, reisis ta päris palju. Ameerikas sai koos tütardega reisiv Madame Curie väga populaarseks. Teisel Ameerika sõidul õnnestus tal hankida raadiumi Poolas asutatava instituudi jaoks. Varssavi Raadiumi instituut avati 1932. aastal. Seda asus juhtima Marie õde Bronisława, seesama, kelle juurde Pariisi ta sõitis 1891. aastal.

Marie Curie suri 66. eluaastal kiirgusest põhjustatud haigustesse. Selleks ajaks teati ioniseerivate kiirguste mõjust organismidele juba päris palju, kahju tervisele oli sündinud pikkade aastate jooksul, kui põnev uurimisteema kaalus üles alles aimatavad ohud. Tänapäeva arusaamade järgi töötati röntgenseadmete ja radioaktiivsete ainetega väga hooletult. Tema laboripäevikud ja isiklikud esemed on praegugi sel määral radioaktiivsed, et neid hoitakse arhiivis pliikattega karpides ja võetakse välja kaitseriietust kandes.

1.28.1 Ernst Julius Öpik (1893–1985)

Ernst Julius Öpik, väljapaistev Eesti astrofüüsik, õppis astronoomiat Moskva ülikoolis ja töötas paar aastat Taškendis. Keerulistel aegadel Venemaalt Eestisse tagasi jõudnud, sai doktorikraadi Tartu ülikkoolis ja töötas 1921. aastast Tartu observatooriumis, mõned aastad vahepeal Harvardis, oli sunnitud Eestist lahkuma aastal 1944. Pärast põgenikuna Saksamaal veedetud aastaid ja tööd Balti ülikoolis professori ning eesti rektorina, asus ta 1948 Põhja-Iirimaale Armagh observatooriumi, kus töötas aastani 1981.

Öpik oli väga mitmekülgsete huvidega astrofüüsik. 1916. aastal Moskvas õppides avaldas ta teadusliku artikli, kus leidis, et valgete kääbuste hulka kuuluva tähe tihedus paistab olevat 25 000 korda suurem kui Päikese tihedus. Tänapäeval kirjeldavad populaarsed astronoomiaõpikud valgete kääbuste tihedust näitega, et neis on Päikese mass või veidi enamgi koondunud maakera ruumalasse. See teeb tiheduseks umbes 1000 tonni kuupsentimeetri kohta. Pole imestada, et Öpik ja kõik astrofüüsikud tol ajal pidasid seda võimatuks.

1922. aastal ilmus Öpiku artikkel, kus ta esitas Andromeda galaktika kauguse määramiseks oma meetodi ja kasutades sel ajal teadaolevaid andmeid, arvutas kauguse täpsemalt kui suudeti järgnevatel aastakümnetel teiste meetoditega.

1915. aastast arendas Öpik tähtede evolutsiooni teooriaid. Ta jõudis järeldusele, et tähtedes toimuvad termotuumareaktsioonid. 1938. aastal kirjeldas ta Päikese arengut ja tulevikku nii, nagu seda praegu peetakse üldtunnustatud õpikutarkuseks.

1932. aastal ennustas Öpik, et Päikesesüsteemi ümbritseb komeedipilv. Seda väheuuritud ala, mida võib lugeda Päikese mõju kõige viimaseks ääreks, nimetatakse nüüd Öpik-Oorti pilveks.

Öpiku huvid olid väga laialdased ja hõlmasid ka astronoomiaväliseid teemasid. Juba noorena köitsid teda Päikesesüsteemi väikekehad, asteroidid, meteoorid ja komeedid. Ta ennustas meteoriidikraatreid Marsil ja Veenuse atmosfääri omadusi, püüdis Päikese tuumareaktsioonide järgi põhjendada jääaegade perioodilisust. Muu hulgas esitas ta ka tänapäevases mõttes veidraid seisukohti, näiteks päikeseplekkide seotusest poliitiliste pööretega ühiskonnas ja Marsi taimestikust. Ernst Öpik oli ka pianist ja tegeles heliloominguga.

Öpiku nime kannavad asteroid ja kraater Marsi kaaslasel Phobosel.

1.29.1 Thomas Clausen – karjapoisist professoriks

Tõnu Viik

1. Sissejuhatus

Thomas Clausen asus tööle Tartu Ülikooli Tähetorni 1842. aastal observaatorina. Kolm aastat enne seda oli Pulkovosse lahkunud F.G.W. Struve ja tähetorni direktorina töötas J.H. Mädler. Neljakümne ühe aastasele mehele anti ülesandeks teostada vaatlusi esialgu passaazhriistal ja alles hiljem usaldati talle vaatlused meridiaanringil. Sellele vaatlusriistale ta jäi ka edaspidi truuks. Kui oktoobris 1865. a. J. H. Mädler omal soovil ülikooli teenistusest lahkus, leidis ülikooli nõukogu, et sobiv kandidaat astronoomiaprofessori kohale on olemas Thomas Clauseni näol. Sellel ametikohal oli Clausen 17 pikka aastat. Ja alles novembris 1872 jäi kolmkümmend aastat ülikoolis töötanud mees pensionile. Sel puhul väljendas ülikooli nõukogu “siirast ja sügavalt läbitunnetatud tänu kauaaegse tegevuse eest Tartu Ülikooli hüvanguks”. Pärast pensionileminekut elas vana mees veel kaksteist aastat Tartus. Ta suri 12. mail 1885. aastal kell 5 hommikul (ülikooli tsirkulaaris nr . 328 12. maist 1885 on küll kirjas, et Thomas Clausen suri pühapäeval 11. mail, kuid Jaani kiriku raamatus on õige kuupäev – 12. mai ja just see oli juuliuse kalendri järgi pühapäev).

2. Pika teekonna algus

Vaatleme nüüd lähemalt selle mehe elu ja tööd.           

Thomas Clausen sündis 16. jaanuaril 1801.a. vaese talupoja kaheksalapselises peres vanima lapsena Schnabeck'is (tol ajal Snogbæk'is) Nübel'i lähedal, mis asub mitte kaugel Düppel/Sundeved'ist tolleaegses Taani Nordschleswig'is.  Vaesuse tõttu pandi ta pastor Georg Holsti lamba- ja lehmakarja ning veel 12aastaselt ei osanud ta lugeda ega kirjutada. Pastor, ise suur matemaatika ja astronoomiahuviline, kes isegi vaatlusi teostas, saatis poisi kohalikku kooli. Poiss omandas kiiresti kõik selle, mida koolis õpetati, kuid eriti väljapaistev oli ta matemaatikas. Liikvel oli isegi jutt, et ta oli pastori hobuse rohusuutäite järgi rehkendanud, mitu ruuttolli hobune mingi aja jooksul puhtaks sööb ja millal ta peab köievaia uude kohta maasse lööma.

Kooli lõpueksamitel äratas ta eksamineerivas praostis suurt huvi ning pastor Holst pakkus ennast hoolitsema poisi edasise hariduse eest, teda põllutööst vabastades. Seitse järgmist aastat õpetas Holst poissi, andes talle tunde ladina ja kreeka keeles, matemaatikas, astronoomias ja loodusteadustes. Lisaks sellele õppis poiss ise prantsuse, inglise ja itaalia keelt, et matemaatika ja astronoomiaalaseid raamatuid algkeeles lugeda.

Kui pastor Holst aru sai, et poisil temalt enam midagi õppida polnud, soovitas ta noort Clausenit Heinrich Christian Schumacherile, keda ta varasemast ajast tundis ja kes siis oli kraadimõõtmisi tegemas Schnabeck'i lähedal. H. C. Schumacher, algselt jurist, oli selleks ajaks saavutanud suure kuulsuse astronoomina ja kes samuti oli ka astronoomilise ajakirja Astronomische Nachrichten ellukutsuja ja toimetaja. Ta on seotud  Liivimaaga, sest omal ajal (1806) oli ta Tartus olnud koduõpetajaks ja siin ilmselt Johann Wilhelm Pfaffi mõjul astronoomiahuviliseks hakanud (tõenäoliselt ainus selline juhtum ajaloos!). Schumacher, kes selleks ajaks oli saanud Kopenhaageni ülikooli astronoomiaprofessoriks asukohaga Taanile kuuluvas Altonas (muide, F.G.W. Struve sünnilinnas),võttiski Thomase enda juurde tööle, alguses igasugust kirjatööd tegema ja väiksemaid matemaatilisi probleeme lahendama.

Üsna pea aga alustas Clausen tõelist teadustööd. Nimelt pakkus ta välja maakoha geograafilise laiuse määramise meetodi, mis põhines tähtede Kuuga varjutamisel. Schumacher saatis Clauseni töö kahele kuulsale astronoomile – Olbersile ja Gaussile seisukohavõtuks. Kui Olbers oli tööle kiitva hinnangu andnud, siis publitseeris Schumacher töö koos sissejuhatusega, mis lõppes järgmise lausega: ”Möge der Name Thomas Clausen einst unter denen genannt werden, die die Fackel der Wissenschaft empfangen und weitergeben!”

Seda, kas matemaatikute kuningas Gauss ka oma seisukohta Clauseni suhtes avaldas, ajalugu ei tea.

3.Schumacheri assistent

Olles nüüd juba täiesti veendunud Clauseni erakordses andekuses, üüris Schumacher talle 1824. aasta alguses toa Altonas ja andis talle astronoomilisi rehkendusi teha. Hiljem lisandusid sellele  vaatlused. 1824. aasta oktoobris viibis Gauss Altona lähistel seoses oma kraadimõõtmisega. Seda asjaolu kasutas ära Schumacher, kes Clauseni Gaussiga kohtuma saatis. Gauss olevat väga rõõmustanud uue tuttava üle.

Kahjuks ei kestnud head suhted Schumacheri ja Clauseni vahel kuigi kaua. Clausen olevat oma ülemust ühele norra kraadimõõtjale kaunis halvasti iseloomustanud, mis kohe ka Schumacherile teatavaks sai. See veel ei lõpetanud nende suhteid, kuid kui Clausen kalli baromeetri lõhkus ja ennast norra astronoomi Chr. Hansteeni suhtes halvasti üleval pidas, siis näitas Schumacher vahetult enne jõule 1824 Clausenile ust.

Vaesel mehel polnud mingit head plaani peale selle, et ta kohe Göttingeni Gaussi jutule läks, paludes teda kosta enda eest Schumacherile. Gauss tegigi seda, kirjutades Schumacherile pika kirja, milles palus Clauseni eest, kuid olles enne endale põhjalikult selgeks teinud, milles Clauseni süü seisnes. Gauss selgitas Clauseni käitumist sellega, et poiss pole lapsepõlves mingit seltskondlikku kasvatust saanud, mis ilmneb kasvõi sellest, et ta ennast sugugi süüdlaseks ei pea. Muide, Gauss ütleb selles kirjas, et baromeetri lõhkumine annab alust arvata, et Clausen praktilisteks asjadeks ei kõlba.

Selle palve peale Schumacher nõtkus ja võttis Clauseni tagasi enda juurde tööle, kuid nende suhted ei saanud enam iialgi nii headeks, kui nad varem olid olnud. Tagasivõtmine oli veel seotud sellega, et Schumacher Clausenil laskis mõneks ajaks koju sõita, et vanad asjad ununeksid. Kodus polnud lood sugugi head, sest isa haiguse tõttu oli koht haamri alla läinud ja pere kolme alaealise lapsega suurde hätta sattunud.

Schumacher andis Clausenile ülesandeks kronomeetrite näitusid võrrelda Greenwich'is, Helgolandil ja Altonas, et nii nende kohtade geograafiliste pikkuste vahesid Gaussi meetodil leida. See ei läinud nii hästi, kui Gauss oli lootnud. Noore mehe hingerahule ei mõjunud hästi ka armumine Schumacheri venna- või õetütresse, kes samas majas elas. See ei saanud Schumacherile sugugi meeldida, sest Schumacher, kes Taani kõrgseltskonna pailapseks oli ja isegi Tycho Brahe ning Hans Oerstedi kõrval saanud Dannebrogi ordeni suurristi (selle ordeni sai ka J. Fraunhofer), pidas Clausenit siiski lihtsast soost “Habenichts”iks.

Samal ajal tööas Clausen kõvasti ja tol ajal ei ilmunud ühtki Schumacheri ajakirja “Astronomische Nachrichten” numbrit ilma Clauseni kaastööta. See tegi Clauseni astronoomide hulgas tuntuks.

1826.a. võttis Schumacher enda juurde tööle veel ühe noore astronoomi – Christian August Friedrich Petersi, kellest hiljem sai Altona observatooriumi direktor. See ei saanud parandada Clauseni ja Schumacheri suhteid ja Schumacher hakkas tegutsema selle nimel, et Clausenit kuhugi mujale tööle saata.

4.Müncheni optikainstituudis

1826. aasta oktoobris oli Schumacher Joseph von Utzschneideri juures Münchenis külas. Sama aasta juunis oli surnud Joseph von Fraunhofer, kes oli Utzschneideri instituudi maailmakuulsaks teinud oma leiutiste ja avastustega optika vallas. Nüüd tahtis Utzschneider endale uut teoreetikut. Ja Schumacher pakkus talle

Clausenit. Pärast Münchenist kojupöördumist teatas Schumacher sellest kirjalikult Clausenile, kes kohe rõõmuga nõus oli ja kes oma nõusolekust Utzschneiderile 3. novembri kirjaga teatas.  Järgmise aasta alguses maksis  Utzschneider küll mingi raha lepingus ettenähtust, kuid oma lubadust maikuus Clausen Münchenisse kutsuda ta ei pidanud.

Clausen arvas oma tulevase ameti nii kindla olevat, et julges uuesti läheneda Schumacheri naissugulasele, kuid sai järjekordse äraütlemise osaliseks. 1827. veebruaris keelati tal isegi Schumacheri majja sisenemine, mis Clausenile rängalt mõjus.

Ning asjad läksid veelgi keerulisemaks kui nad juba olid. Nimelt külastas Bessel – kuulus matemaatik ja astronoom, kes töötas Königsbergi ülikoolis - Utzschneiderit Münchenis ja nähes, kuidas see heade optikute puuduses vaevles, soovitas talle oma kunagist õpilast Carl August von Steinheili (kes hiljem telegraafi leiutas ja sõltumatult Foucault'st teleskoopide peegleid hõbedaga katma hakkas). Sellega ei tahtnud Bessel sugugi takistada Clauseni liikumist Münchenisse, sest ta hindas Clausenit palju paremaks matemaatikuks kui Steinheili. Kuid see tekitas  ikkagi parasjagu segadust ja Clauseni minek Münchenisse viibis veelgi. Utzschneiderile hakkas Besseli idee hakkas väga meeldima, sest teades, et Steinheil on rikas mees, lootis ta tolle raha kasutada oma instituudi arendamiseks.

Vahepeal oli Clausen suurtesse majanduslikesse raskustesse sattunud, sest oma koha oli ta Schumacheri juures kaotanud, osaliselt talle jagatud suurte lubaduste tõttu. Ent ometi hakkas asi paranema, sest Georg Merz, kes pärast Fraunhoferi surma sisuliselt Müncheni optilist instituuti juhtis, kartis Steinheilist endale konkurenti – Clausenit ta millegipärast ei kartnud. Nii lubati Clausenile, et  ta 1828. aasta märtsis võib ametisse asuda. Seda aga ometi ei toimunud, sest Utzschneider ei suutnud millegipärast otsustada, kumma mehe ta siis lõppudelõpuks palkab. Vahepeal kerkis veel esile segane idee, et Clausen mingisuguses Põhjamaa observatooriumis koha saab.  Viimaks sai Clausenil isu täis ja 1828.a. detsembris jõuab ta Münchenisse, enne veel Göttingenis Gaussi külastades, mispeale  Utzschneider Besselile kirjutas, et Clausen saabus ootamatult! Ja ikkagi oli  Utzschneider ka Steinheili tööle võtnud. Need kaks noormeest said ootamatult hästi läbi, sest Steinheil kirjutas Besselile, et   Clausen on temast tugevasti matemaatikas üle ning et talle on Clauseni sõprus enesearengu mõttes väga kasulik. Samuti kirjutab ta, et esimese nelja kuu jooksul pole Merz Clausenit optilise instituudi ruumidessegi lubanud, ning veel hullem, ta olevat Clausenile öelnud, et instituudis ei tule mingeid uuendusi, kõik jääb nii, nagu Fraunhoferi ajal. Aga teadus ometigi ei seisa paigal.

Elutingimuslikult polnud Clausenil siiski halb, sest ta elas Utzschneideri majas ja sõi peremehe lauas. Õhtud veetis ta vesteldes peremehe ja perenaisega.

Teaduslikult tegeles ta koos Steinheiliga komeetide efemeriidide rehkendamisega, aga samuti uuris ta Franz Joseph Mahleri valmistatud pendelkella  Utzschneideri ülesandel. Selle tööga olevat peremees väga rahule jäänud.

Loomulikult tekib küsimus, miks  Utzschneider targa inimesena oma ettevõtet paremini ei juhtinud ega Merzi stagnatsioonile lõppu ei teinud. Siin on vähemalt kaks põhjust. Esiteks lähenes Utzschneider (1763 – 1840) juba 70. eluaastale ja teiseks oli tal ärimehena lisaks optilisele instituudile veel terve hulk muid ettevõtteid.

Kuna ikkagi Clausenil vaatlusliku astronoomia jaoks huvi polnud, siis tegeles ta puhtmatemaatiliste probleemide lahendamisega, millest ta aeg-ajalt saatis artikleid August Leopold Crelle ajakirja Journal für die reine und angewandte Mathematik. Pikapeale see ei saanud Utzschneiderile meeldida, mis väljendub ka

Utzschneideri kirjades Schumacherile. Lisaks sellele halvenesid Clauseni ja Steinheili suhted ja pole selge, kes selles rohkem süüdi oli. 1832. aasta lõpus saab Clausen teada, et temast iialgi Fraunhoferi järeltulijat ei tehta ning see mõjus talle äärmiselt rusuvalt.

1833. aasta alguses Clausen haigestub. Pole selge, milles see haigus seisnes, kuid ilmselt võib teha järelduse, et tegu oli vaimuhaigusega. See kestis kuus pikka aastat (ilmselt vahepealse paranemisega, sest kui Clausen tagasi Altonasse jõudis, oli tal hulk käsikirju kaasas) ja meieni pole jõudnud mingeid andmeid, mis siis tegelikult toimus ja kuidas Clausen sellel raskel ajal endaga hakkama sai.

5.Tagasi Altonas

1840.aasta juuni keskel ilmub Clausen taas Altonasse, üsna räbaldununa ja tumepruuniks päevitununa. Ta oli nimelt jala Münchenist Altonasse tulnud ja rahapuuduses sageli lageda taeva all ööbinud. Kogu ta varanduseks olid matemaatilised ideed ja käsikirjad. Hädaga otsis ta jälle üles Gaussi, kes Schumacherile kirjutas, et et tohi suurt matemaatikut nii alla käia lasta. Schumacher siiski toetas Clausenit 10 taalriga, kuigi ta samal ajal oma sõbrale Besselile kirjutas, et see Clausen, kelle ta omal ajal majast välja kihutas, on jälle siin. Samuti kirjutas ta Tartusse F.G.W. Struvele, paludes sel Clausenile koht leida, mida aga Struve ei saanud lubada.

Oma kirjades nii Gaussile kui Besselile väidab Schumacher, et Clausen on täiesti terve ja et ta on isegi vabanenud omaaegsest tobedast naerust ning on vaiksemaks muutunud (näitena võiks tuua lõigu Tartu õppekonna kuraatori A. Keyserlingi tütre Tartu-aegsetest mälestustest - “...professor Clausen, kes sageli sattus motiveerimatutesse naeruhoogudesse; öösiti kuuldi teda sagedasti kõvasti naermas. Kõneldi, et kui teda kord esitleti Taani kuningale, siis olevat ta homeeriliselt naerma puhkenud, et polevat suutnud heatahtlikule pöördumisele vastatagi. Hiljem olevat ta selgitanud, et ta oli kogu aeg kuningat kaardipaki kuningana ette kujutanud, skeptri ja krooniga. Teda olevat väga üllatanud, kui ta kuningat tavaliselt riietatuna nägi”. Samal ajal käivad nii Schumacheri kui Gaussi läbirääkimised Saksamaa teise matemaatiku Karl Gustav Jakob Jacobi'ga selle üle, et ta Clauseni enda juurde tööle võtaks. Asi oli selles, et Jacobi oli saanud Berliini akadeemialt 250 taalrit planeetide häirituste uurimiseks ja tal oli vaja nö “Rechenknecht”i selle suure arvutustöö tegemiseks. Ometi ei tulnud ka sellest plaanist midagi välja.

Sel ajal jätkas Clausen matemaatikaprobleemide uurimist, tulles välja ühe huvitava teoreemiga puhtast matemaatikast, mis käsitleb Bernoulli arve. Õnnetuseks oli sama asja mõni aasta varem käsitlenud üks teine matemaatik – Karl Georg Christian von Staudt ja kui Schumacher oma ajakirjas selle teoreemi publitseerinud oli, tuli von Staudt'ilt kohe õiendus, nii et praegu nimetatakse seda teoreemi von Staudt-Clauseni teoreemiks.

Sellele tööle järgnes peagi oluline töö Hippokratese kuukeste integreeritavusest, mis lahendas juba antiikajast tuntud probleemi. Sellesse perioodi kuuluvad paljud suurepärased tulemused puhtast matemaatikast, nagu tõestus võrrandite kompleksarvuliste lahendite kohta, uurimused algarvudest, tööd lemniskaadist jpt, aga samuti ka tüli Jacobiga, kelle planeetide häiritusarvutust Clausen tõsiselt kritiseeris. Seda kriitikat ei teinud Clausen mitte üksi, seega tuleb arvata, et siin Clausenil õigus oli.

6.Tartu periood

Juba 1840. aastast alates oli Schumacher kirjutanud J.H. Mädlerile Tartusse, et see Clausenile mingi ametikoha leiaks. Mädler polnud asjast huvitatud, sest tema tahtis Berliini observatooriumist Johann Gottfried Galle't (hilisemat planeet Neptuuni avastajat), aga kuna see mees Tartusse tulla ei tahtnud, siis leppis ta ka Clauseniga. Käis pikk ja suur kirjavahetus Schumacheri, Gaussi ja Mädleri vahel, kuhu ka Struve oma sõna sekka ütles, tugevasti Clausenit toetades. 8. veebruaril 1842 teatab Mädler lõpuks Clausenile, et ülikooli teaduskonnanõukogu soostus Clauseni nimetamisega observaatoriks. Võib-olla aitas siin kaasa ka see, et Struve rahvaharidusminister Uvarovile teda soovitas. Nii juhtus, et 28. oktoobril saabub Clausen Tartusse, kus talle määratakse 600 hõberubla aastapalgaks ja teenistuseluruum, mis küll alles ehitamisel oli.

Kõik Clausenit tundvad astronoomid rõõmustasid, et selline väärt mees lõpuks kindla töökoha leidis.

 Ainus, mille pärast Schumacher ja Bessel muretsesid, oli see, kuidas Mädler ja Clausen omavahel läbi saama hakkavad. Ent see muretsemine oli asjata, mehed sõbrunesid ruttu. Veel enam, kui Königsbergi ülikool 1844.aastal oma kolmesajandat aastapäeva pühitses, palus Mädler Besselil Clausenile audoktori tiitel anda. Bessel oli nõus, sest omal ajal oli ta ise just samamoodi Göttingenist selle tiitli saanud.

Tartus jätkab Clausen matemaatiliste probleemide lahendamist, saades teinekord innustust sellest, kui keegi matemaatik mingi probleemi lahendamatuks kuulutas. Seda suurema innuga Clausen selle ülesande kallale asus ja teinekord lahendusegi leidis, lisaks veel täiesti uusi vaatenurki avades. Publitsistliku detailina võiks lisada, et selle kirjatüki autor, kellel oli tarvis võimalikult täpset  π väärtust, avastas endale täiesti ootamatult, et Clausen 1847.aastal oli leidnud π 250 kohaga pärast koma!  Sellest algaski autori huvi Clauseni vastu.

Vaatleva astronoomina ei lisanud Clausen teadusele midagi uut, kuid teoorias oli ta tugev, näiteks seletades ära suurepärase halonähtuse, mida tartlased jälgisid 5. juunil 1849, kui valguse murdumise ja peegeldumise jääkristallidel.

1851. aasta suvel sõitsid Mädler ja Clausen Brest-Litovski, et jälgida päikesevarjutust. Selle sündmuse ajas aga nurja pilvine ilm ja vihmasadu. Clauseni väsimatu töö teaduspõllul ei jäänud tolleaegsel Venemaal tähelepanuta –

1848. aastal saab ta õuenõunikuks, 1852. aastal kolelegiuminõunikuks, 1862.aastal riiginõunikuks ja 1871. aastal tõeliseks riiginõunikuks. Selle tiitliga käis aga kaasas juba pärilik aadlitiitel. 1848.a. valiti ta Kuningliku Astronoomiaseltsi assotsieerunud liikmeks (Heino Eelsalu andmetel). 29. detsembril 1856 sai ta Peterburi akadeemia kirjavahetajaliikmeks. See toimus siis kaks aastat pärast seda, kui ta 1854. aastal Gaussi ettepanekul Göttingeni õpetatud seltsi korrespondentliikmeks valiti. Veel kaks aastat hiljem andis sama selts Clausenile hõbe- ja pronksmedali, mis oli valmistatud Gaussi mälestuseks. 27. juulil 1864.aastal antakse talle kõigekõrgema ukaasiga Püha Anna teise järgu orden. Taani kuninglik õpetatud selts andis talle preemia 1770.aasta komeedi orbiidi arvutuste eest. Nende arvutuste eest oli kuulus Bessel Clausenit eriti kiitnud. Ning 1869.aastal sai ta koos matemaatikaprofessor Ferdinand Mindinguga Peterburi ülikooli auliikmeteks.

Tegelikult ei armastanud vana professor sugugi loenguid pidada, ka pole tal ette näidata ühtki õpilast. Kõige enam meeldis talle üksinda oma rehkendusi teha.

Kui nüüd püüda Clauseni iseloomu analüüsida, siis põrkame me kohe raskustele, sest nii Schumacher kui Utzscneider olid võrdlemisi kriitilised tema suhtes, eriti Schumacher, kes nimetas teda egoistiks, tänamatuks ja taktitundetuks.

Utzschneider lisas siia veel tujukuse. Samal ajal kui Steinheilid Münchenis oma äsjasündinud lapse kaotasid, oli Clausen ainus, kes noort peret lohutamas käis. Ka ei varjanud Clausen kunagi oma tänulikkust pastor Holsti ja Schumacheri vastu. Samuti sai ta hästi läbi oma ülemuse, direktor Mädleriga.

Raske on aga aru saada sellest, miks Clausen oma kodustele midagi ei teatanud sellest, et ta Tartus kindla ametikoha sai. Tema isa Claus suri üheksa aastat  ja ema Cecilie 20 aastat pärast Clauseni asumist Tartusse.  Kindlasti oleks vanematele meeldinud Tartusse tulla oma poja üle uhkust tundma. Pole ka teada, et Clausen oleks oma vanemaid materiaalselt toetanud, kuigi Peters seda talle meelde tuletas.

Kõigest hoolimata on meil tegu erakordse isiksusega, kelle töödel oli alati geeniuse pitser, nagu seda  ütles Greifswaldis töötanud matemaatikaprofessor Johann August Grunert.

7. Kronoloogia

− 16.01.1801, sündis Snogbæk'is Nübel'i lähedal tolleaegses Taani Nordschleswig'is;

− 1824, algab koostöö Schumacheriga;

− 1813(?), alustab kooliteed kohalikus koolis;

− 1824, esimene teaduslik töö maakoha geograafiliste koordinaatide määramisest tähtede Kuuga kattumise kaudu;

− 1824 oktoober, tutvub Gaussiga;

− 1824, enne jõule ajab Schumacher Clauseni enda juurest ära;

− 1825 (?), Schumacher võtab Clauseni Gaussi palvel tagasi tööle;

− 1826, Schumacher võtab tööle Christian August Friedrich Petersi;

− 1828 detsember, saabumine Münchenisse Utzscneideri optikainstituuti;

− 1829 august, sõit Šveitsi ja Pariisi 1770.a komeedi orbiidi andmete saamiseks;

− 1832, Taani kuninglik selts annab talle medali 1770.aasta komeedi orbiidi arvutamise eest;

− 1833, aasta alguses Clausen haigestub;

− 1840 juuni keskel ilmub tagasi Altonasse;

− 06.03.1842, tööle võetud Tartu ülikooli observaatorina, teenistuslehel seisab: välismaalane, pole abielus, ilma mõisata, ka sugulastel mõisu pole, hariduse saanud eraviisiliselt, luteri usku, pole andnud vandetõotust Venemaa alamaks saamiseks, pole osa võtnud sõjakäikudest vaenlase vastu, teda pole trahvitud, pole olnud puhkusel ega erus, uurimise all ega kohtus;

− 17.10.1842, valiti korraliseks astronoomiaprofessoriks (kuigi imelik, sest siis oli ju Mädler astronoomiaprofessor, aga nii seisab tema teenistuslehel);

− 17.10.1842, sai õuenõunikuks (tagasiulatuvalt);

− 1844, sai Königsbergi ülikooli filosoofiadoktori kraadi honoris causa;

− 1848, valiti Londoni Kuningliku seltsi assotsieerunud liikmeks;

− 12.03.1849, sai kolleegiuminõunikuks (tagasiulatuvalt);

− 04.07.1851, lähetatud Brest-Litovski päikesevarjutust vaatlema, tagasi

02.08.1851;

− 10.06.1853, sai riiginõunikuks (tagasiulatuvalt);

− 1854, Clausen valitakse Gaussi ettepanekul Göttingeni õpetatud seltsi kirjavahetajaliikmeks;

− 1856, Göttingeni õpetatud selts annab Clausenile Gaussi mälestuseks asutatud hõbe- ja pronksmedali;

− 29.12.1856, valiti Peterburi akadeemia kirjavahetajaliikmeks; − 23.12.1862, premeeritud ülikooli majandussummadest 400 rublaga;

− 27.07.1864, seoses Pulkovo (Nikolai-nimelise) peaobservatooriumi 25. aastapäevaga antakse talle Püha Anna II järgu orden;

− 11.09.1864, ülikooli valitsus annab Clausenile 152 rubla 88 kopikat lähetuseks astronoomia peaobservatooriumisse Pulkovos selle 25. aastapäeva tähistamisest osavõtmiseks;

− 31.12.1865, kinnitatakse korraliseks astronoomiaprofessoriks;

− 07.01.1866, Verwaltung des Dorpatschen Lehrbezirks teatab, et Thomas Clausen on pidulikult Tartu Ülikooli korraliseks astronoomiaprofessoriks nimetatud aastapalgaga 2400 rubla;

− 27.11.1867, jäetakse ametisse veel viieks aastaks;

− 22. 06.1868, määratakse  talle 25-aastase teenistuse eest pension - 1429 rubla 60 kopikat (otium cum dignitate);

− 1869, sai koos Ferdinand Mindinguga Peterburi ülikooli auliikmeks;

− 24.12.1871, sai tõeliseks riiginõunikuks;

− 29.09.1872, dekaan Grewingk pöördub Tartu Ülikooli nõukogu poole:” 17.oktoobril 1872 saab 30 aastat, kui Dr. Thomas Clausen sai meie ülikooli tähetorni direktoriks ja astronoomia professoriks. Panen ette vabastada ta vajaliku ajavahemiku järel ja anda talle teaduslik pension koos autiitliga”Professor Emeritus”.”

− 25.11.1872, vabastatakse töölt seoses vanusega, andes talle teenelise professori aunimetuse;

− 12.mail 1885 annab rektor välja tsirkulaari nr 328, milles teatab,   “... dass unsere College Professor emeritus Dr. Thomas Clausen Sonntag am 11 mai um

5 Uhr Morgen gestorben ist”. Allkirjad: rektor von Wahl, Grewingk, Lindstedt, Vogel, Hoffmann jt. (Rektor eksib siinkohal, Thomas Clausen suri 12. mai varahommikul)

− 14. mail 1885 ilmub järgmine tsirkulaar, kus antakse teada, et  prof. Clauseni ärasaatmine “...den 

14ten Mai, um  1 Uhr Mittag von der Universitäts Stattfinden wird”.

8. Tänuavaldused

Selle kirjatöö valmimisel aitasid mind tublisti Dr Erki Tammiksaar, prof Ülo Lumiste, prof Tiit Rosenberg, Dr Stefan Krämer, Dr Ivar Aavatsmark  ja Ajalooarhiivi lahked töötajad. Suur tänu neile!

KASUTATUD KIRJANDUS

1.G. Levitskij, Astronomy Jurjevskago universiteta s 1802 po 1894 god. 3 – 224, Jurjev, tipografiya K. Mattisena, 1899.

2.Kurt-R. Biermann, Thomas Clausen, Mathematiker und Astronom, Journal für die reine und angewandte Mathematik, band 216, heft ¾, 159 -  198, 1964.

3.Kurt-R. Biermann, Thomas Clausen als Astronom, Janus (Revue internationale de l'histoire des sciences, de la médecine, de la pharmacie et de la technique), LVII, 4, 299 – 305, 1970.

4.Georgi Zhelnin, Astronomicheskaya Observatoriya Tartuskogo universiteta

(1805 - 1948),

Istoricheskij ocherk, W. Struve nimelise Tartu Astrofüüsika Observatooriumi Publikatsioonid, XXXVII, 5 – 169, 1969.

5.J. Gaiduk, Thomas Clausen ja tema matemaatika-alane looming, Matemaatika ja kaasaeg, XII, 116 – 122, 1967.

6.Ülo Lumiste, Täiendusi Th. Clauseni biograafiale, Matemaatika ja kaasaeg, XII, 123 – 125, 1967.

7.Ülo Lumiste bibliograafia, 5 - 123, Eesti Matemaatika Selts, Tartu, 1999.

8.         Thomas Clausen, http://www-history.mcs.standrews.ac.uk/~history/Mathematicians/Clausen.html

9.         Dansk Matematisk Forening, http://www.dmf.mathematics.dk/clausen_en.html

10.     Eesti Ajalooarhiiv, fond 402, nimistu 3, säilik 786.

1.30.1 Tartu ülikooli keemiaprofessori Gustav Tammanni elu ja teadusliku tegevuse põhijooni

1.31.1 Kuulus naissaarlane Bernhard Voldemar Schmidt

Tõnu Viik

1.  Päritolu ja lapsepõlv

Bernhard Schmidti esivanematest on esimene kirjalik teade 1728. aastast, kui sündis tema vanavanavanavanaisa Jürgen Matzsohn. Suulise pärimuse järgi olevat ta 1775.aastal koos perekonnaga  põgenenud sõja eest ja jätnud maha oma elupaiga Lõuna-Soomes ning asunud elama Naissaarele.

1834.aastal andis vene tsaar oma ukaasi, mille kohaselt inimesed pidid hakkama kandma perekonnanime. Kõigepealt pidid nad selle aga endale võtma, ja kuna Matssonidel oli sepikoda, siis oli loomulikult Schmidti nimi kõige sobivam.

Bernhard Schmidti esivanemad hoidsid end elus samal viisil nagu kogu Eesti rannarahvas – põhitoiduseks oli merest püütud kala, sellele lisaks andis lehm piima ja kehvadelt põldudelt sai kartulit.  Tavaliselt kasvasid igas  peres ka siga ja mõned lambad. Suvel tuli lisaks merelkäimisele veel kibekiiresti lehma- ja lambahein teha.

Tõsi, kui 19.sajandil elavnes kaubavahetus Tallinna ja maailma teiste sadamalinnade vahel, siis läks tarvis Naissaare meeste oskusi laevade juhtimisel, ka  Naissaarest idasse jäävatest madalikest mööda. Lootsi amet tõi aga kenasti raha sisse, rääkimata siis aust ja kuulsusest, nii et võrreldes muu rannarahvaga elasid Naissaare omad märksa paremini.

Oma mõju oli ka sellel, et nad olid kogu aeg vaba rahvas, s.o. siis mitte pärisorjad.

Nii see elu kulges. Mõnevõrra keerulisemaks läks elu Krimmi sõja ajal, kui kuni 60 Inglise ja Prantsuse laeva jäid ankrusse Naissaare alla. Prantslased olla tahtnud metsa maha põletada, tulistades hirmunud külarahvast, kes põlevat metsa kustutada tahtsid. Tont teab, mis kavalad eesmärgid sellel aktsioonil võisid olla. Sama moodi rabas külaelanikke prantslaste konnapüüdmine veelompidest.

Bernhard Schmidti vanemad Carl Constantin Schmidt ja Maria Helene Christine Rosen abiellusid 6. juunil 1878. aastal. Neil oli viis last, kellest Bernhard oli vanim, sündides  30. märtsil 1879. Kuni selle ajani olid Naissaarel lapsi õpetanud Rootsi misjonärid ja loomulikult rootsi keeles. Suure venestamiskampaania ajal keelati rootsi keel täielikult ja kui väiksemaid lapsi veel lubati eesti keeles õpetada, siis vanemad said ainult venekeelset õpetust. Pärast mitmeid ebaõnnestunud katseid erinevate koolmeistritega saabus Naissaarele Johannes Klanman, kes ise oli  pärit rootsi keelt kõnelevast piirkonnast ja sai lastega ning nende vanematega kenasti hakkama järgmised  22 aastat.

Bernhardi isa suri 1889.aastal ja 29-aastane ema jäi üksi nelja last kasvatama. Mõni aeg hiljem avastati emal kasvaja ja Tallinna arst dr. Greiffenhagen andis väga vähe elulootust. Ent operatsioon oli edukas ja ema sai oma tervise tagasi. 1891.a. tuli vene sõjaväest koju Bernhardi onu Frans, kes hiljem oma vennanaisega abiellus ja lastele kasuisaks sai. Bernhardi venna Augusti poja Erik Schmidti kirjapandud mälestuste kohaselt oli Bernhard omaette hoidev laps, kes armastas paljude asjade üle juurelda ja kes luges palju, niipalju kui raamatuid kätte saada oli. Kord mõtles ta välja nähtamatu võrgu, lastes suurel ristämblikul traatraamile võrgu kududa. Mõte oli sellega  ogalikke püüda, aga niisugune võrk muidugi vilkaid kalakesi ei pidanud. Kuid ega Bernhard kogu aeg ka ei mõtisklenud. August kirjeldab elavalt, kuidas Bernhard kellegi külamehe lastud parti püüdes jäisesse vette sulpsas, kuid pardi ometi hambus maale tõi, seejärel on juttu auli püüdmisest lindu jullaga taga ajades. Selle jahi käigus kukkus Bernhard jälle üle parda, ja jälle püüti lind kinni. Siis aga hakkas Bernhardi huvitama astronoomia ja see huvi poissi enam lahti ei lasknud, ka siis mitte, kui poisist mees sirgus. Poisid uurisid tähti igal selgel ööl  ja tähtkujud said päris selgeks. Ükskord nägid nad lendtähte üle taeva sööstmas ja kohe pakkus Bernhard välja idee ise lendtähti teha, nimelt linguga, mis iga rannapoisi varustusse kuulus, hõõguvaid süsi taeva poole lennutada.  Ideed arendati edasi nii, et süsi hakati üles loopima läbi mantelkorstna, aga kuna majal oli õlgkatus, siis lõppes asi maja mahapõlemisega. See ei vaigistanud Bernhardi ettevõtmisi. Varsti nähti teda kirvega jääst läätse tahumas. Nii ei saanud aga läätse sugugi siledaks ja uus idee tekkis poisi peas – vesi tuleb valada kaussi ja lasta sel külmuda. Sel viisil sai läätse, mille läbimõõt oli oma  90 cm. Kui Bernhard asetas õhtul laterna läätse taha, valgustas võimas kiirtevihk eemalasuva lehmalauda seina. Kuigi järgmiseks õhtuks oli jääst lääts kaotanud oma läbipaistvuse, oli poiss siiski saanud selge sõnumi – läätsed on väärt asjad! 

Ja ei läinudki palju aega, kui Bernhard valmistas fotoaparaadi, kasutades juhendina saksakeelset raamatut. Esimene foto tehti Naissaare Püha Maria kabelist ja see tuli välja! Kuid selle tööga kukkus ümber küünal saunas, kuhu Bernhard seadis sisse oma fotolabori, ja kuigi suur õnnetus sai välditud, siiski ei tõotanud  onu Fransi näoilme midagi head. Poisi huvi kaldus püsside poole. Loomulikult oli kibedasti ära keelatud püsse puutuda, kuid Bernhard otsustas ise püssirohtu valmistada ja pauku teha. Õhukese vasktoru külge sai kõvera puuoksa ja tamasseri raud oligi valmis. Ka paugud said tehtud. Siis katsetas poiss reaktiivlaeva, õõnestades laevakujuliseks tahutud plangujupi sisse kanali, kuhu paigutas endatehtud erilist aeglaselt põlevat püssirohtu. Pärast püssirohu süütamist kihutas see laevuke üle vee enneolematu kiirusega.

Ühel sügispäeval kõmatas saatuslik pauk, Bernhard oli pannud mingi toru oma segu  täis ja toppinud selle toru mõlemad otsad kinni. Torusse viiliti sälk, kuhu pandi tikuväävlit, see süüdati ja ise varjuti suure kivi taha. Pauku ei tulnud ja kui Bernhard asja uurima läks, toru plahvatas, viies kaasa Bernhardi parema käe kaks sõrme. Õhtul viidi poiss Tallinna, kus tal parema käe laba ülaltpoolt rannet amputeeriti. Sellega oli hulk tulevikuteid Bernhardi jaoks igavesti suletud, nende hulgas kindlasti kaluri ja lootsi ametid, ja oli lõppenud ka lapsepõlv.

2. Iseseisva elu algus

Mõnda aega kestis veel ta pilditegemine ja nende müük 20 kopika eest tükk ning siis oligi käes leeriskäigu aeg Tallinnas  Mihkli kirikus. Seejärel sai ta öövalvuri ameti Päästekompanii kontoris Tallinnas. Bernhardi iseseisev elu oligi alanud.

Ta elas Tallinnas 1895. kuni 1901. aastani. Sellest ajast on väga vähe teada, sest aeg-ajalt kohtus ta oma perega Tallinnas ja kirju polnud vaja kirjutada. Niipalju me teame, et 1899. aastast oli ta joonestajaks Volta tehases. Kuna tema nimi hakkab vilksatama ajakirja “Die astronomische Rundschau” lehekülgedel, siis tuleb arvata, et tema astronoomiahuvi oli vaid süvenenud.

Sel ajal saab Bernhard ka oma esimese teleskoobi omanikuks. Selle objektiiviks oli üks f:1270 lääts läbimõõduga 110 mm, teleskoobi valmistaja oli C.P.Goerz Berliinist. Eelpool mainitud ajakiri olla soovitanud Bernhardil Goerzi teleskoobi asemel muretseda kasvõi kahetollise teleskoobi, järelikult pidi see Goerzi oma olema üsna kehv. Sama ajakiri nimetab Bernhardi Nova Persei 1901 avastajate hulgas.

Ka edeneb tema elu ametialal, sest ühel päeval kutsus Volta direktor Bernhardi enda kabinetti, andis talle 3000 rubla, käskis õppida inseneriks ja siis tagasi tulla.

Nii juhtuski, et septembris 1901 astub 22-aastane Bernhard õppima Chalmersi Tehnoloogiainstituudis Göteborgis. Sellest ajast on säilinud vaid Bernhardi foto Chalmersi mütsiga ja näpitsprillidega (mis olid täiesti ülearused, kuna tema silmanägemine oli suurepärane). Rohkem pole midagi teada tema õpinguist selles koolis. Ja ilmselt neid polnudki, sest Bernhard sõitis üsna peatselt Mittweidasse (umbes 40 kilomeetrit Leipzigist kagusse), kuhu ta jäi järgmiseks kahekümne viie aastaks. 

Miks ta Chalmersi pooleli jättis, selle kohta on mitmeid oletusi. Arvatakse, et sajandi alguses oli see kool täis tõusikute lapsi, kes Bernhardisse hästi ei suhtunud: puuduv käsi, vaesest perest pärit jne. Ka on üheks põhjuseks toodud, et tal lihtsalt polnud enam midagi õppida, et Chalmers ei suutnud talle midagi uut pakkuda.

Oli kuidas oli, aga Bernhard lahkus Mittweidasse ja astus Mittweida Tehnikumi 23. oktoobril 1901. Esimesel eksamisessioonil sai ta väga häid hindeid ja ilmselt hakkas ta ka samal ajal lihvima läätsi. 1903. a juunis palub ta kooli direktorilt luba käia Austrias Lussinpiccolos, kus teda oli palutud lihvida 500 mm peegel teleskoobile. Teda ei lubatud lahkuda! Mõni aeg hiljem sai direktor kirja Altenburgi observatooiumi direktorilt, kus teatati, et koolivaheajal on hr. Schmidt neile lihvinud paraboolse peegli ja vaja oleks veel kaheksat päeva töö lõpetamiseks. Seekord ta loa sai.

Bernhardi hinded ei olnud enam nii head kui alguses, sest praktilise optikaga tegelemine ei jätnud õppimiseks vajalikku aega. Kuid tema optiku meisterlikkus kasvas, sest 29. mail 1903 julgeb ta juba saata kirja Potsdami observatooriumile, pakkudes neile võimalust, et ta lihvib neile 500 mm  peegli või läätse hea valgusjõuga. Kirjale olid lisatud ka endatehtud fotod Kuust. Vastust ei pidanud ta kaua ootama, sest observatooriumi direktor dr. Vogel  teatas talle oma soovist saada korralikku peeglit. Ometi pidas direktor Vogel Schmidti pakutavat peeglit liiga raskeks, mille peale Schmidt valmistas palju kergema peegli sama aasta augustis. Alles järgmise aasta märtsis sai Schmidt vastuse, et peegel läbis katsetused lehvivate lippudega, kuid ... direktor seda peeglit ikkagi osta ei taha. Kas Schmidt ei saaks veelgi suurema valgusjõuga peeglit tehtud?

Sai küll, sest 8. augustil teatas Schmidt, et 400 mm paraboolpeegel on valmis ning selle saab Potsdami observatoorium endale 1300 marga eest. Nii ka sündis.

Ja juba 20. septembril teatas dr. Vogel, et ta tegi selle peegliga proovivaatlusi ning jäi peegliga igati rahule.

Seejärel parandas Schmidt Potsdami observatooriumi 300 mm Steinheili peeglit – mõelda vaid, et Naissaare kaluri poeg parandas kuuulsa Fraunhoferi enda firmas valmistatud peeglit!

3.  Elu Mittweidas

Niisiis oli Schmidt alustanud töömehe ja ettevõtja elu, sest juba 1. aprillil 1904. aastal oli ta lahkunud tehnikumist. Me leiame ta töötamast Scheibenbergi künkal, kus ta alustuseks tööruumina saab kasutada puukuuri. Siis avastas ta lähedalasuvas aias mahajäetud bowlingusaali. Aeda jõudmiseks pidi ta läbi minema Lindengarteni restoranist, mille perenaiselt Minna Bretschneiderilt saame kõige täpsema kirjelduse Schmidti või LinsenSchmidti, nagu teda hiljem Mittweidas kutsuma hakati, elust Mittweidas.

Kuni Esimese Maailmasõja alguseni elas Schmidt väga hästi, sest optika tellimusi tuli talle palju. Ta ostis isegi auto, ja kuna ta ise juhtida ei saanud, siis sõidutas teda kaasmaalane Eduard Grünfeld, kellega koos ta Mittweida Tehnikumis õppinud oli.

1911. aastal toimus kummaline lugu, kui C.P. Goerzi optikafirma teatas järsku Potsdami observatooriumi uuele direktorile prof. Karl Schwarzschildile, et tema firma on liitnud endaga B. Schmidti firma ja et edaspidi tuleb kõik Schmidtile suunatud tellimused nendele saata. Ei ole teada ei seda, kas tegu oli labase pettusekatsega ega ka seda, kuidas Schmidt sellisest loost välja rabeles. Aga välja ta sellest tuli.

Sageli töötas ta sellel ajal ööd ja päevad läbi ja kuigi ta oli Minna Bretschneiderile öelnud, et pangu ta üks hea pudel viina kõrvale, kust ta siis klaasikese valab ja vastava märgi selle kohta teeb, ei olnud ükski Mittweida elanik teda kunagi purjus näinud. Ilmselt võttis ta pitsikese pika töö järel lihtsalt lõõgastumiseks.

Tal oli ka paar abilist tööle võetud – need olid kohalikud lukksepad Kurt Krause ja Albert Bräuer.  Nende mälestustest selgub, et Schmidt ei olnud maha jätnud oma huvi astronoomia vastu, sest ta oli oma töökoha katusele sisse seadnud observatooriumi. Seal oli ainult kaks instrumenti – paraboolne peegel, mille moodustas kiirel pöörlemisel umbes üheliitrine kogus elavhõbedat ja üks isetehtud teleskoop, mis toodi katusele vaid vaatluste ajaks.

Ka annavad nende meeste mälestused üksikasjalise pildi peeglite ja läätsede lihvimisest Schmidti töökojas. See kõik toimus erakordselt lihtsate vahenditega ja lõppviimistluse tegi meister ise käsitsi, kuna tema väite kohaselt ei suutnud ükski instrument määrata aega, millal lihvimine lõpetada. Aga tema ainuke käsi ütleb selle aja eksimatult.

Ühe teise eestlase, Otto Truumehe kaudu tutvub Schmidt preili Elfriede Groh'ga, kes oli masinakirjutaja ühes tähtsas Mittweida firmas. Flirdist kaugemale see suhe onupoja Erik Schmidti sõnul kaugemale ei ulatunud. Siit saab alguse ka legend selle kohta, kuidas Bernhard lihvis liivaga pudelipõhjast läätse oma kaugel Naissaarel. Erik Schmidt arvab, et küllap onu narris oma Elfriedet, kui ta sellist juttu ajas, sest midagi taolist küll polnud juhtunud.

Samasse ajajärku kuulub ka kokkupõrge Steinheili firmaga Münchenis. Nimelt oli see firma valmistanud kaks peeglit Potsdami observatooriumile – 500 ja 800 mm diameetriga. Observatooriumi direktor Schwarzschild polnud nende kvaliteediga rahul ja kuna ta teadis Schmidti tööde kvaliteeti, siis otsustas ta lasta Schmidtil need ümber lihvida. Algas suur sõda, sest Steinheil ei tahtnud lasta head tellimust käest (ligi 22000 marka) ja pealegi oleks ta firma renomee nullistunud. Sõja käigus toodi välja isegi Preisimaa haridusministeerium ja selle tulemusena sai Schmidt tellimuse vaid 500 mm peegli ümberlihvimiseks – ainult 6500 marka.

Ka Uranostat valmib samal ajal – see on  horisontaalne teleskoop, mille peeglit liigutab omapärane kangisüsteem.

Siis aga algas Esimene maailmasõda, mis ei jätnud Schmidti kui vaenuliku Vene impeeriumi kodanikku mitte puutumata.  Sõja alguses ta arreteeriti koos teiste Mittweida eestlastega ja paigutati Waldheimi vanglasse, kust ta hiljem saadeti Sachsenburgi laagrisse. Seda pidas Schmidt enda kui Mittweida suurima maksumaksja solvamiseks. Lõpuks, 1915.aastal pääses ta tagasi Mittweidasse. Liiguvad jutud, et ta tegi sõja ajal Kriegsmarinele periskoobi, mis olevat näidanud samaaegselt kogu horisonti ja ka taevast pea kohal.

1923.aastal külastas Schmidt Eestit, et proovida oma õnne siin, sest Saksamaal sõi inflatsioon kõik tema vara. Kuid alles sõjast välja rabelenud Eestil polnud talle midagi pakkuda ja Schmidt otsustas Saksamaale tagasi pöörduda. Tagasiteel varastati ta Danzigis paljaks ...

4.  Viimased eluaastad

Elu Mittweidas oli muutunud väljakannatamatuks, sest bowlingusaali omanik oli otsustanud saali mänguks taastada ja Schmidt pidi sealt ära kolima. Ning 5. aprillil 1925.a. kirjutas ta Hamburg-Bergedorfi observatooriumi direktor prof. Schorrile kirja palvega leida talle observatooriumi juures tööd. Schorr vastab, et ajad on rasked ja tal pole rahalisi vahendeid Schmidti palkamiseks. Lõpuks siiski ta nõustub pakkuma Schmidtile prii eluaset observatooriumis, kuid mitte kindlat palka. Nii teatabki Schmidt postkaardil Elfriedele 18. augustil 1926.a., et ta elab nüüd mere ääres Greifswaldis, kus ta töötas prof. Schoenbergi heaks, kuid kavatseb ikkagi minna Bergedorfi. Ta proovib õnne purjelaevade alal, kus edasiviivaks elemendiks on tuule poolt käitatav propeller, kuid seda projekti ei õnnestu lõpule viia.

Lõpuks, 1927.a.  siirdub ta ikkagi Bergedorfi, kus hakkab töösse seadma oma horisontaalteleskoopi. See oli plaanis kaasa võtta päikesevarjutuse vaatlemiseks PõhjaRootsi 29. juunil 1927.a. ja kuna  teleskoop oli Schmidti “laps”, siis otsustati ka Schmidt ekspeditsioonile kaasa võtta. Kokku saadi 31 suurepärase kvaliteediga fotot varjutusest. Kaks aastat hiljem oli ta jälle varjutust vaatamas Filipiinidel koos Walther Baadega, kus ilm enam nii soodus polnud.

Septembris 1929 külastab ta oma kodusaart viimast korda. Ta räägib kodurahvale oma seiklustest kaugetel Filipiinidel ja matab oma ema Maria. Nüüd ei seo Naissaarega teda enam miski.

Tagasi Bergedorfis alustas ta oma viimast tööd, mis kirjutas Benhard Schmidti nime igavesti astronoomia annaalidesse – nimelt töötas ta välja komavaba peegli, mis pealegi polnud mitte paraboloid nagu tavaliselt, vaid sfääriline peegel. Sfäärilise aberratsiooni kõrvaldab keerulise kujuga korrektsiooniplaat, mida alguses vaid Schmidt teha oskas. Schmidti kaamera annab terava kujutise kogu vaatevälja ulatuses ja see väli on võrreldes paraboloidpeeglitega hiiglasuur.

Teade niisuguse teleskoobi leiutamisest levis kiiresti astronoomide hulgas ja peagi vaatasid taevast mitmed seda tüüpi teleskoobid.

Kuid kuulsa optilise süsteemi autor ise oli jõudnud oma elutee lõppu. Raske haigus murdis ta ning 1. detsembril 1935 suri Bernhard Voldemar Schmidt Hamburgi hospidalis. Ta on maetud Hamburg-Bergedorfi observatooriumi lähedale ning tema hauakivil on sõnad, mis seda meest  kõige paremini iseloomustavad: Per aspera ad astra.

12.04.2004 

Kasutatud kirjandus

1. E. Schmidt, Optical illusions, Estonian Academy Publishers, Tallinn, 1995.
2. P. Müürsepp, Bernhard Schmidt, Tallinn, 1972.
3. P. Müürsepp, Die Jugendjahre von Bernhard Schmidt und sein Briefwechsel mit dem Potsdamer Observatorium, Tallinn, 1982.

1.32.1 Tycho Brahe - kuulus taanlane

Tõnu Viik

1.  Sissejuhatus

Päikesesüsteemi ehituse uurimise ajaloos on kaks aastat erakordselt tähtsad – need on 1543 ja 1609, sest

1543. aastal ilmus Nikolaus Kopernikuse raamat “De Revolutionibus Orbium Coelestium” ja 1609. aastal ilmus Johannes Kepleri raamat “Astronomia nova”. Esimene neist põhjustas astronoomias tõelise revolutsiooni, sest paigutas Päikese meie planeedisüsteemi keskmesse ja taandas Maa tavalise planeedi seisusesse, ning teine raamat andis meile kaks esimest olulist seadust selle kohta, kuidas planeedid peavad Päikese ümber tiirlema (oma kolmanda seaduse planeetide liikumise kohta publitseeris Kepler 1619.aastal raamatus “Harmonices Mundi”). Kõik me oleme neid seadusi koolis õppinud, kuid seda, kust Kepler need oma seadused võttis, teatakse palju vähem.

Käesolevas kirjatükis vaatleme lähemalt seda monumentaalset vundamenti - taevakehade positsioonide täppismõõtmisi, millele Kepler oma seadused rajas, aga ennekõike muidugi  ka selle vundamendi looja, kuulsa taanlase Tycho Brahe kirjuvõitu elu.

2. Põlvnemine ja noorusaeg

Tycho Brahe sündis 14. detsembril 1546.aastal Knutstorpis oma vanemate esiklapsena (tema kaksikvend sündis surnult). Koht paikneb Skandinaavia poolsaare lõunapoolses otsas, umbes 40 km idapool Helsingborgist, seal, kus praegu asub vana Rootsi  maakond Skåne.   Samas lähedal on ka Tostrupi mõis, kus möödu Tycho lapsepõlv. Brahede suguvõsa on tuntud juba XV sajandi algusest. Tulevase kuulsa astronoomi vanaisa langes 1523.a. ühes paljudes Taani-Rootsi vahelistes sõdades. Tycho Brahe (edaspidi Tycho) isa Otte oli kõrgetel õukondlikel ja administratiivsetel  ametikohtadel, nii salajase kuningliku nõukogu liikmeks ja mitmete provintside asevalitsejaks. Viimastel eluaastatel oli ta Helsingborgi lossi komandandiks. See loss koos Helsingöri – Hamleti - lossiga Taanis kontrollis läbipääsu Läänemerre.  Ka Brahede Rootsipoolne suguvõsa oli kuulsaid mehi andnud, nii näiteks oli Per Brahe-noorem tähtsaks sõjategelaseks ja diplomaadiks kolmekümneaastases sõjas ja seejärel Soome kindral-kuberneriks. Seal asutas ta Turu Ülikooli ja ka linna Botnia lahe kaldal, mida soomlased siiani Raaheks kutsuvad.

Tycho ema Beate, neiupõlvenimega Bille, põlvneb samuti kõrgest soost. Enne abiellumist oli ta kuninganna Sophie kammerneitsi. Pärast abiellumist kutsuti teda Taani tolleaegse kombe kohaselt Beate Bille, Otto's (siis veel aadliseisust Taanis polnud ja kuninga teenimisel välja paistnud inimesi kutsuti kas “fri og fornem” - “vaba ja õilis” või siis lihtsalt “god mand” - “hea inimene”.)

Neil oli kümme last – viis poega: Jörgen, Axel, Knud, Steen ja Tyge (Tycho) ning viis tütart: Lisbet, Maren, Margrethe, Kirsten ja Sophie, kusjuures noorim tütar Sophie sündis siis, kui vanem, Lisbet, hakkas üheteistkümneseks saama. Juhtus aga nii, et Tycho ei saanud oma õdede-vendadega üldse koos mängida. Tema lihane lell, kuningliku laevastiku admiral Jörgen Brahe oli jäänud lastetuks, aga vendadel oli kokkulepe, et kui Otte saab poja, siis annab selle vennale. Loomulikult ununes Ottel lubadus kohe, aga Jörgenil mitte. Hoolimata mitmest meeldetuletusest ei andnud Otte vennale oma poega. Aga admiral polnud sugugi vaid kange sõjamees, ta oli muidu ka kange. Jörgen ootas ära aja, kui vennal sündis veel üks poeg ja vanemaid polnud kodus, siis ta lihtsalt läks ja varastas Tycho ning peitus seejärel oma lossi Tostrupis.  Vanemate ehmatus ja viha oli suur ..., kuid admiral oli väga jõukas mees ja eks Tycho sai ju nii pärijaks. Ning nad leppisid olukorraga. Tycho sai hea hariduse, juba lapsena õpetati talle ladina keelt, Lutheri katekismust ja vehklemist. Igatahes ladina keele sai ta täiuslikult selgeks, olles võimeline selles keeles lisaks oma teaduslike töödele ka oode ning eleegiaid kirjutama. Mõned arvasid koguni, et need olid  üsna sügavasisulised, kuid maitse üle ei vaielda. Nagu hiljem selgub, vehklemist ta siiski nii hästi selgeks ei saanud.

Kaheteistkümne aastaselt, 1559.a. aprillis  oli Tycho valmis Kopenhaageni ülikooli astuma, kus alguses kõik tudengid õppisid kunstide teaduskonnas, mille lõpetamisel anti juba magistri kraad (Magister Artium). Seal õpiti humanitaarses “triviumis” grammatikat, retoorikat ja dialektikat. Teised ained moodustasid matemaatilise “kvadriviumi” - aritmeetika, geomeetria, astronoomia ja muusika.  Kuna Tycho oli hästi omandanud ladina keele, siis hoolimata oma noorusest õppimine talle raskusi ei valmistanud. Astronoomiat õpiti Joannes de Sacrobosco (John Holywood) raamatu “Sphaera Mundi” järgi, mis oli väga elementaarne õpik. Kuid ometi anti seda juba tüpograafiliselt paljundatud raamatut kahesaja aasta jooksul välja vähemalt 65 korral!

Tycho ülikoolis viibimise teisel aastal toimus päikesevarjutus, mis ilmselt noorele Tychole suurt mõju avaldas elutee valikul. Teda rabas astronoomide oskus sellist sündmust täpselt ette ennustada ja ta muretses kohe endale raamatud “Ephemeris Stadium”  ning Johann Mülleri (Regiomontanuse) tabelid “Tabulae directionum”, misjärel tegi ta endale selgeks taevakehade efemeriidide arvutamise. Pärast kolme aastat õppimist Kopenhaageni ülikoolis otsustas admiral, et Tychost peab saama riigimees – seega tuleb tal juurat õppida. Seda aga Kopenhaagenis teha ei saanud, sest hollandlasest professor ei teadnud midagi Taani õigusest ning kõigele lisaks lahkus ta Kopenhaagenist hoopis. Nii otsustatigi Tycho saata õppima  Leipzigi ülikooli, aga kuna perekonda oli hakanud häirima Tycho huvi astronoomia vastu, siis arvati, et kui tal on kaasas kasvataja, siis õnnestub poissi hoida õigel rajal. Kasvatajaks leiti Anders Sörensen Vedel, kes oli Tychost mõni aasta vanem ja tudengite hulgas tuntud oma täpsuse, hoolikuse ja sõnakuulelikkusega. Õnneks ei tulnud Vedel oma kasvatusaluse taltsutamisega toime, sest Tychost sai ikkagi mitte riigimees, vaid astronoom, kes oma maa kuulsaks tegi. Küll aga said neist poistest eluaegsed sõbrad ning Vedelist sai lisaks veel Kopenhaageni ülikooli ajaloo professor. Huvitava faktina tuleb öelda, et Tycho aitas tal tõlkida Saxo Grammaticuse teost  “Gesta Danorum” ladina keelest taani keelde.

3. Otsinguaastad

Kaks noormeest asusid Taanist teele 14. veebruaril 1562. aastal. Leipzigisse jõudmiseks kulutasid nad 40 päeva, mis oli isegi tolle aja kohta liiga palju. Leipzigi ülikool asutati 1409. aastal ja ta oli kuulus oma õigusteaduskonnaga – see oli olnud Tycho perekonna valiku põhjus. Hoolimata Vedeli pingutustest suunata Tycho juurasse, tutvus Tycho ikkagi kõigepealt matemaatikutega. Aga kõige suurem mõju Tychole oli Joachim Liebhardil ehk Camerariusel, kes jättis tugeva jälje paljudesse teadustesse. Lisaks astronoomia-alastele raamatutele muretses Tycho ka taevagloobuse, mille abil Vedeli eest salaja uuris tähtkujusid. Just sel ajal toimus ka Jupiteri ja Saturni “ühendus” - ja nurkkaugust nende kahe planeedi vahel ei jätnud Tycho mitte mõõtmata, kasutades selleks lihtsat sirklit. Ta leidis, et Alfonso X – Kastiilia ja Leoni kuninga - patronaaži all koostatud tabelid taevakehade asukohtade määramiseks eksisid suurima lähenemise momendi määramisel tervelt kuuga, kuna märksa uuemad, juba Kopernikuse teooria alusel rehkendatud  Preisi tabelid andsid veaks vaid mõned päevad. See kehutas noormeest ise vaatlusi tegema Jakobi sauaga – selle abil sai taevakehade vahelisi nurkkaugusi mõõta, tõsi, kaunis ebatäpselt. 

Tycho sai Leipzigis õppida kolm aastat, siis tuli tal tagasi koju pöörduda, sest admiral Jörgen Brahe oli kuninga uppumisest päästmisel saanud kopsupõletiku ja sellesse surnud. Tycho osutus sellega suure päranduse omanikuks ja tal avanes võimalus uuesti lõuna poole rännata. Uueks peatuskohaks valis ta seekord Wittenbergi. Linn oli kuulus oma ülikooliga, kus oli koguni kaks matemaatika kateedrit. Neist esimest juhatas Georg Joachim Rheticus, mees, kes oli esimesena publitseerinud Koperniku ideid raamatus “Narrativo primo”.

Teist matemaatika kateedrit juhatas Erasmus Reinhold – Preisi tabelite autor. Siin kohtub ta ka oma kasvataja Vedeliga, nüüd juba võrdsetel alustel. Kahjuks jäi Tycho viibimine selles linnas lühikesesks, sest seal puhkes katkutõbi. Ometi jõudis ta seal kuuvarjutust jälgida. Katkuõudustest kohkunud noormees otsustab kodumaale tagasi pöörduda, kuid teeb siiski peatuse Rostockis, kus jälle vaatleb osalist päikesevarjutust. Siin toimub ka väga ebameeldiv sündmus Tycho elus. Kohalik professor Bachmeister kutsub ta oma tütre kihluspeole, kus Tycho satub tülli kaasmaalase Manderup Parsbergiga. Mitte tüdruku pärast, nagu noormeestest arvata oleks võinud, vaid sellepärast, kumb on parem matemaatik! Kuna Tycho oli lapsest peale olnud kaunis keevavereline, siis hoolimata sellest, et peol tüli küll summutati, kestis vaen edasi, kuni nädala pärast puhkes taas. Seekord läks asi mõõgaduellini, kus Tycho kaotas täielikus pimeduses osa oma ninast. Edaspidi oli Tycho sunnitud kasutama kulla-hõbeda sulamist plaati, mida pidi mingi kleepuva vedelikuga kogu aeg tagasi oma kohale liimima. Kõige veidram selles loos on see, et oma vaenlasega said nad suurteks sõpradeks.

Parsberg tegi kõva karjääri, tõustes isegi kantsleriks ja pidas Tycho matustel südamliku kõne lahkunust.

Arvatakse ka, et nina vigastamine aitas tugevasti kaasa sellele, et Tychost sai teadlane, sest rikka poissmehena oleks ta muidu vast oma elu maha logelnud, kuid sellise ninaveaga võis seltskond teinekord vastumeelsekski muutuda.    

Kodus selgus, et Billede pere on teda esitanud Roskilde kloostri kanooniku – kirikuvarade eest hoolitseja kohale. See oli paljude poolt igatsetud koht, sest teha polnud seal suurt midagi, aga tasu oli kuninglik. Tavaliselt kinnitati sellele kohale kuninga ees suurte teenetega inimesi, kuid Tycho polnud asjast üldse huvitatud ja pages taas Saksamaale. Ta peatus Rostockis paari astronoomilise vaatluse tegemiseks, sõitis läbi Wittenbergist, siis ilmus ta nimi lühikeseks ajaks Baseli ülikooli tudengite hulka, kuni 1569. aprillis jõudis Augsburgi, kuhu jäi kauemaks. Augsburg oli tollal õitsev kaubalinn ja kultuurikeskus, siin oli mitmel korral isegi koos käinud riigipäev. Tychot huvitas linn sellepärast, et siin sai ta tellida talle vajalikke astronoomilisi instrumente. Ta tutvus vendade Haintzelitega – Johann Baptisti ja Pauliga, kes olid suured astronoomiahuvilised ja tähtsad tegelased linnas, sest Johann Baptist oli olnud Augsburgi linnapea ja Paul linna magistraadi liige.  Tycho tellis Augsburgi meistrite käest  endale kvadrandi, sekstandi ja taevagloobuse. Kuni riistu tehti, õppis Tycho keemiat, sest ka see teadus huvitas teda väga. Kui aga kvadrant ja sekstant valmis said, pidi Tycho pettuma, sest kuigi suurt täpsust nendega saavutada polnud võimalik. Ta ei heitnud meelt, vaid oma uute sõprade abiga tellis uue kvadrandi raadiusega ligi 6 meetrit ja kogukõrgusega ligi 11 meetrit! Valmis saanud instrumenti vedas Paul Haintzeli linnatagusesse residentsi Göttingenis kakskümmend turjakat meest! Seal seati instrument üles taevakehade kõrguste ja asimuutide määramiseks. Selle abil mõõdeti ka 1572. aasta supernoova koordinaadid. Kahjuks lõhkus tugev tormituul 1574.aastal selle unikaalse vaatlusriista.

Augsburgi aega kuulus ka tutvus kuulsa prantsuse õpetlase Pierre de la Ramée'ga (ladinapäraselt Ramus), kes oli Aristotelese skolastilise loogika veendunud vastane.  Hugenotina keelati tal oma kodumaal filosoofia ja loogika õpetamine, seepärast pidi ta Saksamaal varju otsima. Oma Aristotelese eitamises läks Ramus liiga kaugele, nõudes isegi hüpoteesideta astronoomiat, so siis paljalt faktide kindlakstegemist. Sellega polnud Tycho sugugi nõus ja vaidlusi jätkus kauemaks. Ramuse saatus oli kurb, sest pöördunud tagasi

Prantsusmaale ja üle elanud Pärtliöö, tapeti ta elajalikult kaks päeva hiljem, hoolimata sellest, et ta oli kuninga enda kaitse all. Arvatakse, et mõned Pariisi ülikooli professorid olid need mõrtsukad palganud.

1571. aastal sai Tycho teate, et isa – siis pärisisa - on raskesti haigestunud. Ta jõudis vaevu koju isaga jumalaga jätma. Isa suri 9. mail 1571.a. ja Tycho päris koos noorema venna Steeniga Knudstorpi mõisa. Tychot ei huvitanud põrmugi mõisniku amet ja siinkohal tuli talle appi onu Sten Bille, kes pakkus talle keemialaborit vanas tühjas hoones.  Tycho võttis pakkumise rõõmuga vastu ning 25-aastane mees hakkas oma uues laboris keemiaga, tegelikult küll alkeemiaga tegelema. Onu andis talle ka ruumi astronoomilisteks vaatlusteks, vaatlusriistaks oli vaid poolsekstant. Veider küll, kaks aastat ei tehtud sellega ainsatki vaatlust, sest Tycho oli ametis paberi ja klaasi tegemisega. Ja siis toimus 11. novembril 1572.aastal sündmus, mis tõi Tycho astronoomide ridadesse tagasi. Kui ta õhtul keemialaborist koju läks, heitis ta pilgu harjumuspäraselt taevasse, mis, ime küll, oli selge.  Kassiopeia tähtkujus märkas ta isegi Veenusest heledamat tähte, mida seal enne polnud. Hiljem sai seda tähte näha ka päevavalgel. Kui esimene ehmatus oli üle läinud, mõõtis Tycho tähe koordinaadid, ja seda mitmel järgneval päeval (supernoovat nägi palja silmaga 17 kuud järjest!). Mõõtmistest selgus, et see hele täht on kindlasti Kuust kaugemal, seega tähtede maailmas, mis Aristotelese õpetuse kohaselt oli ilmvõimatu, sest tähtede sfäär muutuda sugugi ei tohtinud.

Varsti hakkas Euroopas ilmuma selle uue tähe kohta kõige muinasjutulisemaid kirjutisi ja Tycho, kes alguses ei tahtnud kuuldagi oma vaatluste publitseerimisest ettekäändel, et see pole kõrgaadlikule sobiv, jäi mõtlikuks. Tema sõber, Kopenhaageni ülikooli meditsiiniprofessor Johannes Pratensis veenab teda oma vaatlusi avaldama.  Ja kui ka tema kasuema vend Peder Oxe talle survet avaldama hakkas, siis Tycho nõtkus ja 1573. aastal ilmus temalt raamatuke  “De Stella Nova”. Uue tähe tekkimist seletas Tycho kui õhukese heleda täheaine kondenseerumist ja näitas Linnuteel isegi tumeda augu, mis tähe tekkimisest järele jäi.

See sündmus pani Tycho mõtlema, et tal oleks vaja head kohta astronoomilisteks vaatlusteks. Tema arvates Taani ei sobinud ei füüsikalise ega poliitilise kliima tõttu. Esiteks palju pilves ilmu ja teiseks ei arvanud riik, et tema teadlased võiksid vähimatki rolli mängida riigi arengus. Tycho pidas uue kohana silmas LõunaSaksamaad. Ent kaks sündmust ei lasknud sellel mõttel tegelikkuseks saada. Esimene neist oli äge malaaria, mis küll lõpuks üle läks, kuid teda mitme kuu jooksul vaevas. Teine põhjus oli Kirstines. Äkki oli see neiu 27aastase Tycho ellu tulnud ja ükski elulookirjutaja ei tea, kuidas see juhtus. Veel enam, Kirstine Barbara Jörgensdatterist ei teata peale nime ja selle, et ta oli lihtsast soost, mitte midagi. Arvatakse, et ta oli Kågerödi pastori tütar. Kuna neiu ootas 1573.a. suvel juba last, siis sidus Tycho oma elu neiu omaga, kuid ametlikult abiellu ta ei astunud. Tegu oli siis tänapäeva mõttes vabaabieluga.  Neile sündis kokku kaheksa last, kellest kuus elasid kauem kui nende isa. Tycho olevat kellelegi inglise rändurile seletanud, et kuna ta nina on veaga, siis ei saanud ta kõrgest soost neiuga abielluda ja madalamast soost neiuga ta ametlikku abiellu ka astuda ei tahtnud. Ometi jäi ta Kirstinele truuks ja 30 aastat pärast Tycho surma pidid tema õde Sophie ja teised sugulased tunnistama tema lapsed seaduslikeks, just nii, nagu nõudis Taanimaa seadus.

Kuninga abiga nõutas rühm Kopenhaageni ülikooli tudengeid Tycho endile astronoomiat lugema ja septembris 1574 need loengud ka algasid. Tycho tudengi Konrad Axelseni ülestähendustest on teada ka loengute sisu. Tycho rõhutas neis astronoomia tähtsust, hindas kõrgelt Koperniku õpetust ja õpetas tudengeid taevakehade liikumist arvutama. Loengud kestsid 1575.a. alguseni, siis tahtis Tycho minna ammukavatsetud reisile Saksamaale. Esimesena külastas ta Hessen-Kasseli krahvi Wilhelm IVndat, kes oli juba ammu suurt huvi astronoomia vastu tundnud ja oma lossi Kasselis isegi pöörleva kupli ehitanud! Tycho visiidi mõjul võttis krahv endale abilisteks Christoph Rothmanni ja Jost Bürgi, kes mõlemad teadusi mõjutasid, esimene neist ennekõike mõtlejana ja teine riistaehitajana ning arvutajana (siinuste tabelid!).

Siinkohal võiks ära tuua ka loo taltsutatud põdraga, millest kirjutas Gassendi. Nimelt tahtis krahv Wilhelm, kellest just oli jutt, et Tycho hangiks talle looma nimega Rix, kes olevat kiirem kui hirv, aga väiksemate sarvedega. Tycho vastas kirjas krahvile, et tema küll sellist looma ei tea, aga võib-olla pidas krahv silmas põhjapõtra või põtra. Selle peale teatas krahv, et põhjapõder on tal olnud, kuid surnud palavuse kätte. Tal olevat olnud ka taltsutatud põder, kes olevat tal järel kõndinud otsekui koer. Et ta võtaks Tycho käest põdra hea meelega vastu ja annaks selle eest ratsahobuse. Tycho kirjutas selle peale, et ta peab uue põdra tellima, kuna tema taltsutatud põder oli peol Landskronas õllest nii purju joodetud, et trepist alla tulles murdis jalaluu.

Hoolimata ravist põder suri natuke hiljem. Kas krahv selle uue põdra sai, pole mulle teada.

Tycho reisis edasi Frankfurti, kus ostis mitmeid raamatuid ja uuris trükikunsti ja raamatuköitmist. Siis viibis ta natuke aega Augsburgis, kohtus vendade Haintzelitega ja teiste sõpradega. Ka Itaaliasse ulatus ta reis. Kuid Augsburg oli Tychole nii väga hinge jäänud, et ta otsustas siia elama asuda. Taanimaale pöördus ta vaid mõttega, et  sealt oma pere, instrumendid ja raamatud kaasa võtta. Tagasiteel sõitis ta läbi Regensburgist, kus toimus Püha Rooma riigi imperaatori Rudolf II kroonimine ja kus Tycho paljude tähtsate inimestega tutvus, nende hulgas ka tšehhi teadlase Thaddaeus   Hagetiusega.

4. Uraniborg

Kodus hakkas Tycho kohe valmistuma ärasõiduks. Tema selja taga aga hakkasid toimuma olulised sündmused. Tycho sõbrad, ennekõike aga Hessen-Kasseli krahv Wilhelm IV, asusid mõjutama Taani kuningat Frederik IIst, et see aitaks Tychole Taanimaal tähetorni ehitada.  Kuningas võttiski seda nõu kuulda ja ta pöördus õpetlase poole, pakkudes talle mitmeid variante oma teadustöö jätkamiseks. Tycho aga tänas kuningat viisakalt ja teatas, et tema soov maalt lahkuda on kindel. Kuningas aga jonni ei jätnud ning saatis uuesti käskjala Tychot otsima. Nii juhtuski, et kui Tycho 16. veebruaril 1576. aastal Knutstorpis unest ärkas, siis ootas teda  kuninga kiri, kus kuningas pakkus talle Hveni saart oma teadusliku uudishimu rahuldamiseks. Üksiti nõudis kuningas oma pakkumisele mõne päeva pärast vastust. Sõbrad soovitasid Tychol pakkumine vastu võtta ja nii teataski ta kuningale, et on nõus jääma Taanimaale. Kuninga eridokumendiga anti 23. mail 1576 Hveni saar talle eluaegseks omandiks, lisaks veel avansina 400 taalrit.

Hveni saar  paikneb Öresundi väinas Landskrona lähedal. Lähim punkt on 4.3 km kaugusel Skånes. Taanini on umbes 8 kilomeetrit ja Kopenhaagenini 24 km. Saare pikkus on 4.5 km ja laius 2.6 km, kogupindalaga 7.5 ruutkilomeetrit. Suurim kõrgus merepinnast on 45 m, just Uraniborgi lähedal. Tycho enda sõnade kohaselt sarnaneb saar merest tõusva mäega, millel on suhteliselt lame ja tasane tipp.

1576.a kevadel külastab Tycho saart esimest korda, valides välja koha tähetorni ehitamiseks saare kõige kõrgemas punktis. Kuningalt saadud toetuse mõjul hakkab tähetorn ilmet võtma, põhiliselt Tycho enda renessansist tugevasti mõjutatud projekti kohaselt. Seda võib nimetada esimeseks professionaalseks tähetorniks Euroopas.  Põhiplaanilt oli ta ilmakaarte järgi orienteeritud 18 meetrise küljega ruut, millele põhja- ja lõunapoolt liitusid kaarjad juurdeehitised, kus paiknesid lõuna- ja põhjaobservatoorium. Keldrisse oli kavandatud alkeemialabor. Uraniborgis paiknes ka suur messingist seinakvadrant (raadiusega viis küünart = 195 cm), millelt võis maha lugeda nurki täpsusega kuni viis kaaresekundit!  Vaatlusmomentide täpseks registreerimiseks oli observatooriumis neli kella. Lossis oli veel söögituba, mitu magamistuba, toad kuningapaari jaoks (kui need juhtusid külla tulema). Kahes eraldiseisvas hoones olid teenijate elukohad ja muidugi ka trükikoda.

Õpilaste ja kaastööliste arvu suurenemisega kasvas vajadus uute ruumide järele. Nii ehitati 1584. aastal veel üks observatoorium nimega Stjerneborg (Täheloss), kus vaatlejad ja instrumendid paiknesid maa all, eemal ilma mõjudest. Maa alla viiva ukse portaalil seisis kiri: ”Non fasces, nec opes sola artim sceptra perennant” - “Ei võimud ega rikkused, vaid teaduse skeptrid on igavesed”.

Vahepeal, 1577. aastal pakutakse Tychole Kopenhaageni ülikooli rektori ametit, kuid Tycho ütleb viisakalt ära.

Samal aasta 13. novembril vaatleb Tycho suurt komeeti

Juba 1585.aastal ilmus Uraniborgi trükikojast esimene trükiteos – Tycho ladinakeelne poeem. Kuna paberiga oli raskusi, siis seda hakati tegema kohapeal – Papirmølle's. Paberiveski, nagu seda nimetati, vajas tööks jõuallikat ja Tycho otsustas rajada vesiveski, milleks kaevati tiikide kaskaad, kus sai ka kalu kasvatada.

Vesiveski jahvatas üksiti jahu ja töötles nahka, mida raamatute köitmiseks sai kasutada.

4. novembril teatab Tycho oma kirjas oma sõbrale Thaddaeus Hagetiusele, kes oli imperaator Rudolf II ihuarst, et Uraniborg on valmis. Tycho oli muidugi rõõmus seda teatades, sest valminud oli maailma parim astronoomia observatoorium. Selle ehitamise kulud olid võtnud olulise osa Taani riigi eelarvest. Mitte kunagi varem (ega ilmselt ka hiljem) pole ükski riik lubanud endale selliseid summasid teaduse arendamiseks. Kuid isegi nendest vahendeist ei piisanud ja Tycho kulutas sellele ka omaenese varanduse. Ka sellest poleks piisanud, kui kuningas poleks andnud Tychole Loode-Norras paikneva suure Nordfjordi mõisa kogu tulu, aga samuti ka Roskilde kanonikaadi tulud. Selle eest pidi Tycho hoidma korras kabelit Roskildes, kuhu olid maetud kolm Taani kuningat.

5. Tycho õpilased ja assistendid

Observatooriumi ehitamisel ja hilisematel vaatlustel oli Tychol vaja abilisi, kelleks sai kasutada vaid omaenda õpilasi. Neid saabus saarele kogu Euroopast, sest Tycho kuulsus oli laialt levinud, kuid range valik jättis neist saarele samaaegselt umbes kümme inimest. See oli esimene teaduslik kollektiiv ajaloos, kes elas kommuunina. Kaks korda päevas söödi ühe laua taga – nii õpilased kui Tycho enda perekond. Ja tööd rabati kõvasti teha. Tycho enda vastupidavus oli lausa legendaarne – kuigi ta öösiti vaatles, ei nähtud teda kunagi päeval magamas. Kõik pidid tegema ainult väga täpseid vaatlusi. Kontroll käis nii, et sama ülesanne anti kahele õpilasele (kes seda muidugi ei teadnud) ja Tycho ise kontrollis vaatlused üle. Häda sellele, kelle vaatluste viga ületas Tycho defineeritud suurust! Kaugeltki mitte kõik ei pidanud niisugusele kiirele tempole vastu ja lahkusid saarelt. Tycho õpilaste hulgast on teada Konrad Aslakssen Bergenist, kes oli Tycho loengud kenasti üles tähendanud. Hiljem sai temast Kopenhaageni ülikooli professor. Matemaatika professoriks samas sai  Christian Joann Riepens, kes küll hiljem usumeheks hakkas ja piiskopiks sai. Siis tuleks mainida Elias Olai Zimberit, kelle Tycho Fromborki saatis Koperniku vaatluskoha geograafilisi koordinaate täpsustama ja kes Warmia piiskopilt hinnalise reliikvia Tychole kingituseks tõi, nimelt Koperniku enda kasutatud trikveetri (teatud astronoomilise vaatlusriista). Sel puhul luuletas üliõnnelik Tycho pika poeemi ladina keeles.

Tycho üks tuntumaid õpilasi oli Christian Sörensen Longomontanus, kes töötas Tychoga kaua koos. Hiljem sai temast matemaatikaprofessor Kopenhaageni ülikoolis. Ta andis välja raamatu “Astronomia Danica” ja ehitas observatooriumi Kopenhaageni Ümmargusse torni (Rundetaarn), kus aastatel 1682-1710 oli direktoriks valguse kiiruse esimene mõõtja Ole Rømer ise.

Nende väheste hulgas, kes kohe assistendiks said, ilma et nad õpilaseseisuses oleks olnud, oli Paul Wittich, kellega Tycho oli tutvunud oma Euroopareisidel. Kuigi ta Uraniborgis oli ainult neli kuud, siiski oli see aeg väga oluline, sest koos Tychoga tegelesid nad nn prostafereesisega – meetodiga, mis asendab korrutamise ja jagamise trigonomeetriliste funktsioonide liitmise ja lahutamisega. Teiseks kommenteeris ta Koperniku raamatut “De revolutionibus”, ja neis kommentaarides võttis ilmet nn Tycho maailmasüsteem.

Tycho assistentide hulka tuleks arvata ka tema noorem õde Sophie, kes oli tolle aja Euroopa üks haritumatest naistest. Teda huvitas meditsiin ja keemia, poeesia ja astronoomia, seega samad alad, mis Tychotki. Vend usaldas talle iseseisvaid vaatlusi ja vaatluste töötlusi. Eriti palju viibis Sophie Hvenil pärast oma esimese mehe surma.  Ka Sophie teine mees viibis palju Hvenil, kuid teda huvitas enamasti see, kuidas kulda saada.

Mõned Tycho õpilased tahtsid Tycho tütardega abielluda. On teada vähemalt kaks juhust – Gellius Sascerides oli juba abiellumas Margrethega, kuid tüli tulevase äiaga lõpetas selle loo. Teine tütar Lisbeth abiellus 1601.aastal Saksa aadliku Franz Gansneb Tengnageliga, kes oli olnud Tycho assistent 1595. aastast alates. Astronoomiaga ta tegelda ei tahtnud, vaid kasutades oma äia nime, kogus poliitilist kapitali karjääri tegemiseks. Neil oli kaks last (kellest esimene sündis kolm kuud pärast pulmi).

Kuid kõige kuulsam Tycho assistent oli kahtlemata Johannes Kepler.

6. Tycho instrumendid

Enamus Tycho poolt kasutatud instrumente oli tema enda poolt konstrueeritud. Ta oli üks esimestest, kes taipas, et astronoomiat saavad edasi viia vaid täppisvaatlused. Need pole kasulikud mitte ainult astronoomia rakendustele meresõidus ja geograafias, vaid ka üldises teoorias, ennekõike näitamaks Ptolemaiose õpetuse ekslikkust. Ta oli ka esimene, kes pakkus nende ülesannete lahendamiseks efektiivsed vahendid ja meetodid, mis koos spetsialiseeritud observatooriumiga moodustasid unikaalse kompleksi.

Kahjuks pole paljud Tycho instrumendid meie ajani säilinud. Kui ta Hveni saarelt lahkus, viis ta praktiliselt kõik oma instrumendid Prahasse, kus need pärast tema surma imperaator Rudolf II poolt lubati perekonnalt suure summa eest ära osta (perekond ei näinud seda raha iial). Põhilised andmed tema instrumentaariumi kohta saame tema raamatust ”Astronomia instauratae mechanica”, mille ta trükkis Hvenilt ära viidud trükipressil Wandbekis 1598. aastal.

Esimene instrument, millega Tycho vaatlusi tegi, oli Leipzigis ostetud Jakobi sau. See riist on mõeldud kahe taevakeha vahelise nurga mõõtmiseks. Hiljem Tycho täiustas seda, konstrueerides ja lastes valmistada 130 cm haaradega poolsekstandi, mille andis vendadele Haintzelitele. Supernoova vaatlemiseks oli Tychol juba uus ja veel parem nurgamõõtja olemas.

Põhiliseks vaatlusriistaks taevakehade kõrguste ja asimuutide määramiseks oli Tychol siiski kvadrant, mis kujutas endast 90 kraadist sektorit, mille üks külg paigutati vertikaalselt ja teine horisontaalselt. Alidaadi abil loeti kõrguskoordinaati ja kuna kvadranti sai ümber vertikaaltelje pöörata, siis nii sai asimuudi. Meenutame, et esimese kvadrandi laskis Tycho teha juba Augsburgis. See oli oma suurte mõõtude tõttu küllalt täpne, kuid väga raske vaatlustel kasutada, sest seda riista pidi mitu meest pöörama.

1573. aastal valminud kvadrant oli palju väiksem, kuid uudisena olid tal noonius ja vernjeer (portugali matemaatiku Pedro Nuňes'i ja prantsuse matemaatiku Pierre Vernier' leiutiste järgi). Vaatluste täpsuse tõstmiseks oli sellel kvadrandil massiivne rauast alusplaat.

1577. aastal valmis keskmine asimutaalne kvadrant, mille raadius oli 58 cm. Selles instrumendis kasutas Tycho esimest korda nn transversaalide meetodit. Kuna jaotusi piki limbi pole võimalik väga palju teha, sest ruumi ei jätku, siis otsustas Tycho kasutada ära teist mõõdet risti limbiga, tõstes nii oluliselt näidu mahalugemise täpsust. Suurema jäikuse saavutamiseks oli alidaad valmistatud terasest ja korrosiooni vältimiseks kullatud. Alidaadi oli pikendatud, nii et instrumendist väljaulatuv osa töötas vastukaaluna. Huvitava detalilina märkis Tycho, et selle instrumendi tegemiseks pani treipingi liikuma kas hobune või veejõud.

Hästi tuntud on kaks Tycho kvadranti, mis valmisid Hveni töökodades 1582. aastal. Üks neist paigutati Stjerneborgi ümarasse krüpti nii, et see sai pöörelda ümber vertikaaltelje, kusjuures kvadrant ise oli ruudukujulise terasraami sees suurema jäikuse tagamiseks. Nii kvadrant kui osa raamist olid gradueeritud – kvadrant ise kraadides ja minutites, viimased veel kuueks osaks jaotatutena, raami osa oli otse vastava kaare siinustes, neljakohalise täpsusega. Ka selle kvadrandi alidaad oli pikendatud instrumendi tasakaalustamiseks.

Selle kvadrandi teine variant oli samasuguse ehitusega, kuid oluline erinevus seisnes selles, et alidaad oli muudetava pikkusega. See lihtsustas viseerimist ja koordinaatide mahalugemist. Terasraami sai tõsta mööda vertikaaltelge, sõltuvalt alidaadi kaldenurgast. Asimuuti sai lugeda 350 sentimeetrise diameetriga skaalalt. Krüpt oli kaetud katusega, mida sai rullidel pöörata. Katuses olid pilud, mida sai samuti sulgeda, nii et selles konstruktsioonis oli realiseeritud pöörleva kupli idee. See instrument oli üks peamistest Tycho vaatlusriistadest. 

1582. aastal pandi üles Tycho uhkus, suur seinakvadrant ladinakeelse nimega “Quadrans muralis sive Tichonicus”. Riista põhiosa oli poleeritud messingist kaar raadiusega ligi 194 cm, mis oli jäigalt Uraniborgi idaseina külge kinnitatud ja selle vastas lõunaseinas oli aken. Kaar oli Tycho transversaalide meetodil jaotatud 10 kaaresekundiliste vahedega. Riist oli ette nähtud vaid taevakehade meridiaanist läbimise jälgimiseks. Vaatlemisel oli abiks kolm inimest – üks neist viseeris ja dikteeris tulemuse teisele, kes selle üles kirjutas, kolmas märkis ära täpse aja nelja kella näidu järgi. Vaat selle ajaga oli muidugi probleeme, sest pendelkella veel ei tuntud ja üldse vähestel kelladel olid minutiosutid. Mis tähendas seda, et ajamõõtmise täpsus oli väga väike. Minutite regulaarne kasutamine Uraniborgis algas alles 2. aprillist 1577. Nelja aasta pärast ilmuvad vaatluspäevikusse ka sekundid. Aega täpsustas Tycho iga selge ilmaga Päikese meridiaanist läbimineku momendi järgi.

Tychot peetakse ka sekstandi leiutajaks. Ta oli juba Leipzigis ja Augsburgis kasutanud nurga mõõtmiseks taevakehade vahel sirklit 30-kraadise haaraga, mida võiks nimetada poolsekstandiks, sest sekstandiga saab mõõta kuni 60 kraadiseid nurki. Uraniborgis valmistas ta 1577. aastal astronoomilise sekstandi taevakehade kõrguse mõõtmiseks. Hiljem valmistas ta neid mitu, muutes nende riistade konstruktsiooni, tehes nii  neid kergemaks ja lihtsamini käsitletavateks.

Tycho valmistas ka armillaarsfääre, kuigi ei armastanud nendega vaadelda. Üks tähtsamaid selliseid vaatlusriistu on nn suur erkvatoriaalne armilla, mille konstruktsioon on äärmuseni lihtsustatud. Seda riista kasutas Tycho taevakehade käänete ja otsetõusude, seega siis ekvatoriaalkoordinaatide määramiseks.

Juba 1570.aastal oli Tycho tellinud suure taevagloobuse Augsburgi meistritelt. Alles viie aasta pärast sai ta tellimusele järgi minna ja selle Hvenile toimetada, kuigi ta polnud gloobuse kerakujulisusega rahul. Uraniborgis gloobuse kuju  parandati sadade pärgamenditükkide pealekleepimisega vajalikesse kohtadesse ja kaeti lõpuks poleeritud messingliistudega, nii et gloobus näis nagu ühest tükist messingist tehtud olevat. Sellele kandis Tycho hoolikalt oma vaatlustulemused, kokku kuni 1000 tähe koordinaadid.  

See gloobus transporditi pärast Tycho surma Prahasse imperaator  Rudolf II juurde. Ka seal ei leidnud gloobus rahu, sest Christian IV tõi selle tagasi Kopenhaagenisse, kus gloobus 1728. aasta tulekahjus otsa leidis.

7. Tycho maailmasüsteem

Tycho oli vaatlustega kindlaks teinud, et komeedid ei ole maapealsetest protsessidest tekitatud ning ta hakkas suuremat huvi tundma Päikesesüsteemi ehituse vastu. Tal tuli teha valik kahe võimaliku süsteemi vahel: Ptolemaiose ja Koperniku omade vahel. Imelikul kombel valis ta kesktee, mis viis ta täielikku ummikusse.

Aleksandria astronoomi Ptolemaiose süsteem, mis oli kirja pandud kreeka keeles ja mis originaalis kõlas nagu “Suur traktaat astronoomiast”, muutus tõlkimisel alguses araabia ja siis ladina keelde tähendust mitteomavaks “Almagestiks”. Ptolemaios arvas, et maailma tsentris asuv Maa on paigal. Kõik teised tollal tuntud taevakehad nagu Kuu, Merkuur, Veenus, Päike, Mars, Jupiter ja Saturn, aga samuti ka kinnistähtede sfäär tiirlevad ümber Maa.  Kuna aga planeedid taevas kummalisi silmuseid teevad, siis see seletati ära epitsüklite ja deferentidega. Et asi vaatlustega kooskõlas oleks tuli deferentide tsentreid Maa suhtes nihutada, misläbi need ekstsentrilisteks said. Vaatlused muutusid aga aina täpsemaks ja lahknevused teooria ja vaatluste vahel suuremaks. Asja parandamiseks lisati muudkui epitsükleid, mis tegi orbiitide rehkendamise äärmiselt keeruliseks. Ometi aitas Ptolemaiose hüpotees küllalt täpselt ennustada planeetide asendeid, päikese- ja kuuvarjutusi jne. See rahuldas kirikutegelasi, sest nende arvates oli jumal loonud Maa inimeste jaoks – seega siis tsentraalsena - ja kõik muu oli väikese tähtsusega.

Koperniku teooria aga muutis kõik. See suur astronoom sündis 1473.a. Toruńi linnas kaupmehe perekonnas.

Hariduse sai ta alguses Krakowi ülikoolis, hiljem täiendas end Bologna ja Padua ülikoolides Itaalias. Juba Bolognas õppides hakkas Kopernik astronoomilisi vaatlusi tegema, kuigi õppis kanoonilist õigust. Tema edasine elu möödus pea tervenisti Läänemere lõunakaldal Fromborkis, kus ta oli kapiitli kanoonik. Ta valmistas mõned vaatlusriistad ja mõõtis Päikese, Kuu ja planeetide positsioone. Hoolimata nende vaatluste väikesest täpsusest, aitasid need siiski tugevdada temas kindlustunnet heliotsentrilise maailmasüsteemi õigsuses. Seda hüpoteesi oli ta juba ammu aega endas kandnud.  Oma õpetuse tähtsamad punktid oli ta 1515.a paiku formuleerinud raamatukeses “Commentariolus”, mis Koperniku eluajal trükis ei ilmunud. Hiljem alustas ta suurema raamatu koostamist, kus “Kommentaarikeste” ideed selgema kajastuse leidsid.  Selles oli Päike liikumatuna süsteemi tsentrisse paigutatud, tema ümber tiirlesid Merkuur, Veenus, Maa, Marss, Jupiter ja Saturn – just selles järjekorras. Ta rehkendab planeetide kaugused Päikesest (eksides küll Maa kaugusega), seletab ära aastaajad Maa telje kaldega ekliptika suhtes ja samuti päeva ja öö tekkimise. Päris lahti öelda ta Ptolemaiose õpetusest siiski ei suutnud, sest planeetide liikumise seletamiseks jättis ta epitsüklid sisse.

Alguses levis Koperniku õpetus aeglaselt, sest mees ise ei reklaaminud oma hüpoteesi ja astronoome, kes sellest aru oleksid saanud, polnud kuigi palju. Kui Tycho selle hüpoteesiga tutvus, siis andis ta sellele väga kõrge hinnangu. Ta paigutas isegi Koperniku portree aukohale oma observatooriumis. Ometi ta seda õpetust omaks ei võtnud.  Nii imelik kui see ka pole, üks olulisemaid põhjusi selleks oli Tycho vaatluste erakordselt suur täpsus – tema vaatluste kohaselt planeedid ei liikunud mööda ringjooni!  Ka ei suutnud ta uskuda, et massiivne Maa üleüldse liigub, nagu Kopernik õpetas. Kuid kõige olulisem oli siiski see, et Tycho arusaamade kohaselt oleks kinnistähtedel pidanud olema vaadeldav parallaks. Kuid seda ei suutnud avastada isegi kõige täpsemad Tycho vaatlused. Ja kõigele lisaks veel usuprobleem. Kuigi Tycho polnud mingi usklik, oli tal siiski raske minna vastuollu pühakirjaga, mis Koperniku õpetust sallida ei saanud.

Seetõttu mõtles Tycho välja omaenese maailmasüsteemi, kus Maa on süsteemi keskmes, Kuu ja Päike tiirlevad ümber Maa, aga planeedid tiirlevad ümber Päikese. Mida andis selline süsteem? Kõigepealt kadusid epitsüklid. Aastaparallaks jäi alles, kuid muutus nii väikeseks, et seda avastada oli võimatu. Ja mis samuti väga tähtis,  Piibel jäi muidugi õigeks. Ometi ei kiirustanud Tycho oma süsteemi propageerima. See ilmus alles pärast Tycho surma 1603. aastal Prahas nime all “De Mundi aetherei recentioribus phaenomenis” - “Hiljutistes nähtustest tähistaevas”.

Kuigi Tycho süsteem osutus ekslikuks, ei tähenda see sugugi, et Tycho töö tuleks üle parda heita. Otse vastupidi, Tycho panus astronoomia arengusse on hiigelsuur. Ta parandas Kuu liikumist kirjeldavaid valemeid oluliselt; ta määras troopilise aasta pikkuse ühe sekundilise täpsusega; tema tabelitest sai leida Päikese asendi 1 kaareminuti täpsusega – senini oli see täpsus olnud 15 – 20 kaareminutit; ta näitas, et komeedid on kauged taevakehad, palju kaugemal Kuust; ta koostas tähekataloogi, kus võttis arvesse pretsessiooni; tema planeetide täppisvaatlused olid aluseks Kepleri seaduste tuletamisele; ta alustas isegi regulaarseid meteoroloogilisi vaatlusi.    Rääkimata sellest, et ta rajas parima teleskoobieelse observatooriumi Euroopas.

8. Viimased eluaastad

Rahulik elu Hvenil lõppes siis, kui kuningas Christian IV saatis saarele komisjoni, mis pidi uurima kohaliku pastori kaebust, et Tycho on omastanud koguduse maad, on vahetanud pastoreid, kes polnud ta meele järgi, on kokku elanud abieluväliselt lihtsa naisega, ega pole regulaarselt kirikus käinud 18 aasta jooksul. Lisaks sellele oli Tycho oma kõrgest seisusest ja ilmselt ka iseloomust tingituna paljude arvates erakordselt ülbelt ennast üleval pidanud. Komisjon jõudis järeldusele, et katki pole siiski midagi (komisjonis oli muide ka Tycho vend Axel) ja vallandas kaebaja pastori. Aga sellega asi ei lõppenud, sest Taani riik oli sõdade pärast pidevas rahahädas.  Nii hakati rahvast pigistama ja Tycho langes samuti pitsituse alla, ennekõike sellepärast, et noor kuningas oli kergesti mõjutatav ega hoolinud teadustest sugugi. Kõigepealt võeti Tycholt Nordfjordi mõis Norras, siis lisandus sellele veel  kolm mõisat. Seejärel võeti temalt ka Roskilde kanonikaat ettekäändel, et ta pole sealpaiknevate kuningahaudade eest lepingujärgselt hoolitsenud. Tycho võttis seda isikliku solvamisena. Sellega asi ei piirdunud, sest välja ilmus keegi Nicolaus Reimarus Ursus, kes väitis, et Tycho on tema maailmasüsteemi hüpoteesi varastanud. See kutsus esile Tycho hirmsa viha ja ta väitis, et Ursus on hoopis tema hüpoteesi varastanud, kui viibis Hveni saarel Tycho väimehe teenistuses. Siiani pole selge, kas Ursus üldse Tycho tagant varastas, sest tema süsteem oli veidi teistsugune – ta nimelt lubas Maal lahkelt pöörelda.

Samal ajal juhtus Tychot rängalt solvanud lugu tütre Margrethega. Tycho assistent sakslane Gellius Sascerides oli Tycholt taotlenud luba Margrethega abiellumiseks.  Usin assistent oli Tychole isegi meeldinud ja ta andis nõusoleku. Ent kui jutt läks kaasavarale, siis nõudis noormees nii palju, et Tycho sattus raevu. Gellius lahkus Kopenhaagenisse ega ilmutanud enam mingeid elumärke. Tycho õde Sophie püüdis asja diplomaatiliselt lahendada, kuid see ei õnnestunud. Nii jäigi see tütar vanatüdrukuks.

Lõpuks võttis noor kuningas ära ka Tycho stipendiumi 500 taalrit aastas. Tychol polnud enam vahendeid observatooriumi ülevalpidamiseks ja ta alustab ettevalmistusi saarelt lahkumiseks. 29. aprillil 1597.a., pärast Hveni saarel veedetud 21 aastat, lahkub Tycho Hvenilt esialgu  Kopenhaagenisse, võttes kaasa raamatud, trükipressi, tiiglid ja väikTycho Brahe pöörlev teraskvadrantsemad vaatlusriistad, ning loomulikult perekonna, kokku 20 inimest. Kopenhaagenis kirjutab ta kuningale alandliku kirja, paludes luba Hvenile tagasipöördumiseks endistel tingimustel. Kuningas vastab sellele  väga solvava kirjaga ja juunis lahkub Tycho Saksamaale Rostockisse. Holsteini valitseja Henrik Rantzau pakub talle elukohaks oma lossi Wandbekis, seal elab Tycho üle aasta. Lõpuks saabuvad sõnumitoojad Prahast teatega, et imperaator Rudolf II on nõus Tychot enda teenistusse võtma. Tycho alustas jälle reisi, kuid teel olles jõuab temani teade, et Prahas on katk ja imperaator on linnast lahkunud. Nii siirdus ta Wittenbergi, kus teda lahkelt vastu võttis sõber Jessenius. Samal 1599. aastal, saanud teate, et taud on taandunud, alustas Tycho teekonda Prahasse. Kohtumisel kuningaga sai kõikide õukondlaste õuduseks Tycho palgaks määratud 3000 kuldnat aastas ja veel 1000 lisaks, mis oli tõepoolest kuninglik palk. Elukohaks sai talle Benatky loss umbes 45 km kaugusel Prahast.  Tundus, nagu oleks Fortuna hakanud Tychole naeratama, kuid nii see siiski polnud, sest imperaatori kassa oli tühi. Sellest hoolimata alustas Tycho lossis ümberehitusi astronoomiliste vaatluste tarvis, aga samuti ka ettevalmistusi pere toomiseks Wittenbergist ja vaatlusriistade toomist Hvenilt  Benatkysse. Nüüd vajas Tycho abilist ja selleks sai Kepler. Kui Kepler oli ilma jäänud oma matemaatikaõpetaja ja maakonnamatemaatiku ametikohast Grazis, soovitas Tübingeni ülikooli matemaatika professor Michael Möstlin talle pöördumist Tycho poole. Tycho ja Kepler kohtusid 4. veebruaril 1600 Benatkys. Tycho võttis ta endale assistendiks ja andis talle ülesandeks Marsi efemeriidi arvutamise, millega Longomontanus polnud hakkama saanud. Kuigi Tycho hindas Kepleri sügavat mõistust ja julget kujutlusvõimet, ei kohelnud ta Keplerit siiski võrdsena, vaid alama klassi esindajana. See ei saanud nende suhetele hästi mõjuda, vastupidi, see solvas Keplerit sügavalt ja kuna ta ise ei julgenud Tycho poole pöörduda, siis palus ta Benatkys viibivat tšehhi õpetlast Johannes Jesseniust seda teha ja  andis talle seletuskirja, et Jessenius teda Tycho ees esindaks. Kirjas oli mitte eriti diplomaatilisel viisil üles loetud Kepleri nõudmised Tychole: omaette tuba, igakuised väljamaksed 50 taalri ulatuses, Kepleri perekonnale kütte, liha, kala, leiva, õlle ja veini muretsemine, õigus ise endale tegevusteema ja selle täitmise aeg valida jne. Kiri sattus Tycho kätte, kuid vanem härra näitas üles suursugust rahulikkust niisuguste nõudmiste puhul. See ajas Kepleri marru, ta sõitis Prahasse ja saatis sealt Tychole üsna inetu kirja, mis nüüd Tycho endast välja viis. Ta kirjutab Jesseniusele, et ei taha Keplerist enam midagi kuulda. Kui Kepler jälle rahunes, sai ta aru, millise vea ta oli teinud ja palub Tycholt kirja teel andeks. Tycho leebubki ja sõidab ise Kepleri juurde leppima.

Vahepeal andis imperaator Tychole maja Prahas ja Tycho kolis järjekordselt ning kohe seejärel haigestus raskelt. Ravi ei aidanud ja 24. oktoobril 1601 Tycho suri. Tema surma kohta käivad kõige veidramad jutud, mis tugevnesid pärast seda, kui teadlased tema juustest elavhõbedat leidsid. Arvati lausa, et Kepler vanahärra mürgitas. Seda on siiski raske uskuda, kuna Tycho oli sageli endale ise põiehädade puhul elavhõbedat sisaldavat ravimit manustanud. Asi oli selles, et Tychol oli ilmselt kaks metallplaati nina jaoks – üks kulla ja hõbeda sulamist pidulikeks juhtudeks ja teine vasest igapäevaseks kasutamiseks. Vask aga raskemetallina mürgitas organismi ja oli arvatavasti nende põiehädade üheks põhjuseks.

Üks oli ometi kindel,  lahkunud oli XVI sajandi suurim astronoom. Imperaator korraldas Tychole väga väärikad matused. Tycho põrm puhkab Prahas, Tyni katedraalis.  

Kronoloogia

1546 – 14. detsembril sünnib Tycho Brahe Knutstorpis, Skåne maakonnas

1. – aprillis astub ta Kopenhaageni ülikooli
2. – 21. augustil vaatleb ta päikesevarjutust

1562– 14. veebruaril sõidab Leipzigisse haridust täiendama koos Anders Sörensen Vedeliga, 24. märtsil jõuavad  kohale

1. – augustis vaatleb Jupiteri ja Saturni ühendust
2. – 1. mail, esimene vaatlus Jakobi sauaga
3. – 17. mail ärasõit kodumaale, kuu lõpus jõuab Kopenhaagenisse
4. - varakevadel Tycho lahkub Taanimaalt, suundudes Wittenbergi. 15. aprillil jõuab kohale

1567– kevadel pöördub koju tagasi. 9. aprillil vaatleb Rostockis päikesevarjutust. Duell Parsbjergiga, kus Tycho kaotab osa ninast. Aasta lõpul lahkub Tycho jälle Taanist

1568– 1. jaanuaril Tycho jõuab Rostocki, 2. jaanuaril teeb mitu astronoomilist vaatlust. 9. veebruaril on Tycho Wittenbergis ja Baselis

1. – 14. aprillil teeb vaatlusi Augsburgis. Tellib vaatlusriistu
2. – aasta alguses kohtumised Ramusega 
3. – aasta alguses Tycho tuleb Taanimaale tagasi, 9. mail sureb isa
4. – 11. novembril vaatleb Tycho supernoovat Kassiopeia tähtkujus. Vaatlused kestsid 1574.aasta märtsini

1573– neiu Kirstine Barbara Jörgensdatter ootab Tycho last. Tycho seob oma elu Kirstine omaga, kuid ei abiellu temaga ametlikult.

1573 – 12. oktoobril sünnib Kirstine. Ta sureb 24. septembril 1576

1. – 23. septembril alustab loengukursust Kopenhaageni ülikoolis; 8. detsembril kuuvarjutuse vaatlused
2. – sünnib Magdalene. Suri 1620 (?)
3. – aasta alguses uus Euroopa-reis, peatus Hessen-Kasseli krahvi Wilhelm IV juures. Kohtumised

Rothmanni ja Bürgiga, sõit Augsburgi. Sõit Itaaliasse ja pöördumine Taanimaale

1576– 16. veebruaril jõuab Knutstorpi kuninga käskjalg. Ettepanek asuda Hveni saarele; selle aasta kevadel käis Tycho Hvenil ja valib observatooriumi koha; 8. augustil on Uraniborgi nurgakivi panek

1. – 2. jaanuaril sündis Claus, kes suri 8. jaanuaril 1577

1577 – 1597 – suur hulk Päikese, Kuu, planeetide, komeetide ja tähtede vaatlusi Uraniborgis ja 1584. aastast alates ka Stjerneborgis

1577– 2. aprillil algas süstemaatiline minutite arvestamine ja astronoomiliste vaatluste registreerimine; valmib suur messing asimutaalkvadrant

1. – aasta alguses 1577. aasta suure komeedi vaatlused

1. – 4. augustil sünnib Sophie. Suri 1655 (?)
2. – sündis Lisbeth, kes suri 1613 Regensburgis
3. – sündis Cäcilie, kes suri 1640

1. – 4. novembril kirjas Hagetiusele teatab Tycho Uraniborgi valmimisest

1581– 16. aprillil algas sekundite registreerimine astronoomilistes vaatlustes; suure kvadrandi, sodiakaalse armilla ja bifurkaalse sekstandi valmistamine

1. – 28. augustil sündis Tyge, kes suri 2. septembril 1627
2. – Tycho seinakvadrandi valmistamine
3. – sündis Jörgen, hukkus 1640. aastal

1. – hargneva kaare ja kolmnurkse sekstandi valmimine
2. – Stjerneborgi valmimine; detsembris suure ekvatoriaalse armilla valmimine
3. – alustas tööd trükikoda

1588 – suure asimutaalse poolringi valmistamine; trükiti raamat 1577. aasta komeedist ja geoheliotsentrilisest maailma ehituse  süsteemist

1597 – 29. aprillil lahkus Tycho perekonnaga igaveseks Uraniborgist

1597 – juuni alguses Tycho lahkus igaveseks Taanimaalt. Peatub kuni järgmise aasta hilissügiseni Wandbeckis Hamburgi lähedal, pärast seda siirdub Prahasse

1599– kevadel saabus Prahasse, seejärel Benatkysse Praha lähedal, kus talle anti ruum observatooriumi tarbeks

1. – 4. veebruaril kohtus Tycho esimest korda Johannes Kepleriga
2. – veebruari lõpus Tycho kolis Prahasse

1601 – 13. oktoobril Tycho haigestus

1601 – 24. oktoobril Tycho suri

1601 – 4. novembril Tycho maeti Tyni katedraali Prahas

1604 – suri Kirstin Barbara ja maeti mehe hauda Tyni katedraalis

Kirjandus

1.  Ю.A. Белый, Тихо Браге, Mockвa, “Hayka”, 1982, 229 cтp.

2.  Source: Harald Mortensen, Tycho Brahes slaegt, i Cassiopeia, TychoBrahe-sällskapets årsbok 1946. Uppgifter från Jan Pares, Prag, 1996. John Christianson, On Tycho´s Island, 2000.

3.  http://www.rundetaarn.dk/engelsk/observatorium/print/life.htm

4. http://www.nada.kth.se/~fred/tycho/index.html

5. http://www.rundetaarn.dk/engelsk/observatorium/lifeauto.html

6. http://members.nextra.at/stewar/adv/sextant.htm

7. http://www.lurup.com/~bengt/cas6012/

1.33.1 James Hopwood Jeansi elu ja töö

1. Sissejuhatus

Eelmise sajandi kahekümnendatel aastatel oli James Jeansi nimi väga kuulus ja mitte ainult astronoomide ning füüsikute hulgas, sest Jeans oli ka väljapaistev popularisaator. Ajalukku jääb Jeans ikka ennekõike kui üks esimesi teoreetilise astrofüüsika loojaist. Ta oli nende  füüsikute esireas, kes hakkasid kasutama teoreetilise füüsika aparaati astronoomias.

Oma füüsikalises uurimistöös tegeles Jeans enamasti gaaside kineetilise ja kiirguse teooriatega. Tema nime kannab elektromagnetilise kiirguse pikalainelist osa rangelt kirjeldav seadus, mille Rayleigh oli tuletanud, kuid ebapiisavalt põhjendanud. Tänapäeval teavad kõik füüsikud Rayleigh-Jeansi seadust.

Jeans rajas ka kehade gravitatsioonilise tasakaalu teooria, mis on tänapäeval aluseks kõikidele kosmogoonilistele ja kosmoloogilistele uuringutele.

Tema sulest on ilmunud teedrajavad tööd stellaardünaamikast, tähtede siseehitusest ja evolutsioonist, pöörlevate taevakehade tasakaalulistest konfiguratsioonidest. Kuigi Jeansi hüpotees Päikesesüsteemi tekkimisest pole toetust leidnud, oli see omal ajal siiski oluline samm edasi.

Käesolevas kirjatöös on väga palju järgitud A.V. Kozenko biograafilise raamatu “James Hopwood Jeans” materjale.

2.Lapsepõlv ja kooliaeg

James Hopwood Jeans sündis 11. septembril 1877.a. Ormskirkis Lancashire'i krahvkonnas. Tema isa William Tullock Jeans oli poliitilise kallakuga ajakirjanik, esindades ajalehte “Globe”. Ta oli ka majandusekspert ja ärimees ning tundis huvi teadusajaloo vastu, millest kirjutas kaks raamatut. Nii Jeansi mõlemad vanaisad ja üks vanavanaisadest olid olnud ajalehtede omanikud. Samuti ka tema isa vennapoeg, kellel olid Liverpoole'i ajalehed “Daily Post” ja “Echo”.

Jeansi ema Martha Ann Hopwood – sealt siis Jeansi keskmine nimi  – oli pärit Stockportist kellavabriku omanike perest. Üks tema esivanemaid oli olnud preester veel Cromwelli ajal. Tema väike kellatorniga majake Merrillis Cheshire'i krahvkonnas on praegugi alles ja on kasutusel koolina.

Kui Jeans sai kaheksakuuseks, siis koliti Brightonisse ja ja sealt kahe aasta pärast Londonisse.

Jeansi vanemad olid väga usklikud ja peres jälgiti väga täpselt kõiki usukombeid ja rituaale, eriti tegi seda aga ema. Isa püüdis kaasa aidata poja intellektuaalsele arengule ja tema mõju Jeansile oli suur. Jeans arenes kiiresti, juba kolmeaastaselt tundis ta kella ja nelja aastaselt  luges vabalt. Lisaks kõigele oli tal ka suurepärane mälu. Talle meeldisid väga arvud ja seitsmeaastaselt ta lõbustas end sellega, et korrutas voorimeeste tõldade numbreid ja kord oli võimeline meelde tuletama emal koju ununenud rongipileti numbrit, kui kontrolör rongis seda küsis. Ka õppis ta kergesti pähe esimesed paarkümmend arvu logaritmide tabelist, kuigi ei teadnud, mida need tähendasid.

Teda huvitasid väga igasugused mehhanismid, eriti aga kellad. Kümneaastaselt kirjutas ta oma esimese teadustöö - traktaadi kelladest. Kuna just sel ajal kirjutas ta isa raamatut teadusajaloost, siis ilmselt Jeans siin jäljendas isa.

Jeans armastas väga muusikat,  tal oli absoluutne kuulmine ja talle hakaiti õpetama klaverit. Kaheteistaastaselt oli ta võimeline mängima ka orelit – tema lemmikhelilooja oli J.S. Bach.

Jeans astus 1890.a. Merchant Taylorsi päevakooli, mis oli keskklassi kõrgema osa poistele mõeldud. Kool asus tollal Londoni City's (praegu Sandy Lodge'is Hertfordshire krahvkonnas), kahe miili kaugusel Jeans'ide elukohast ja ta pidi seda vahemaad sageli neli korda päevas läbima. Ta oli väga hea õpilane, kuid tema tagasihoidlikkus ja komme rääkida katkendlike fraasidega – see komme jäi talle külge terveks eluks – piiras mõnevõrra tema sõpruskonda. Siiski sõbrunes ta William Palin Eldertoniga, kellega koos armastati keerulisi matemaatilisi probleeme lahendada. Muide, Williamist sai tugev statistika uurija ja kui 1935.a. asutati Biometrika Trust, siis Karl Pearson ise palus Williamil seda juhatada. 1946.aastal tõsteti Elderton rüütliseisusse.

Koolis sai Jeansi huvi matemaatika ja füüsika tugevasti edasi areneda. Oma  toakeses seadis ta sisse isegi väikese füüsikalabori. Jeansi ajal oli kooli direktoriks William Baker, kes pidas selles ametis vastu 30 aastat ja kelle eesmärgiks oli anda poistele üldine keskharidus, kuid praktilise kallakuga. Ka arendas ta poiste ühishuve, eriti aga huvi spordi vastu.

1894. aastal oli Jeans juba vanemas kuuendas klassis esimene õpilane (iga klass jagunes vanemaks ja nooremaks, sest kooliastujad olid väga kirju ettevalmistusega). Koolis olid Jeansil väga head matemaatikaõpetajad, kes innustasid teda selle ainega sügavamalt tegelema.

Nagu Inglise koolides kombeks, tegeldi ka MTSis näitemänguga, milles Jeans teinekord väikesi näisteosi mängis. Aga kõiki rabas Jeansi oskus orelilt võimsaid meloodiaid esile manada.

1896.a. tegi Jeans sisseastumiseksamid Trinity kolledžisse ja ta asus õppima matemaatikat Cambridge'i ülikoolis. Kuna ta ettevalmistus oli suurepärane, siis sai ta küllalt suurt stipendiumi. Ta oli vaaginud mõlemat suurt ülikooli – nii Cambridge'i kui Oxfordi oma, kuid Cambridge jäi peale, sest selle ülikooli matemaatikat ja loodusteadusi loeti Inglismaa tipus olevateks. Ilmselt mitte väikest tähtsust valiku langetamisel polnud omanud ka fakt, et Trinity's oli õppinud ja töötanud Isaac Newton aastatel 1661 kuni 1696. Trinity kolledži raamatukogus oli tollal ligi veerand miljonit köidet, rääkimata sellest, et kolledži juures oli suurepärane geoloogia muuseum ja aktiivselt töötav astronoomia observatoorium.

Cambridge'i ülikoolis järgiti hoolega juba keskajal juurdunud vanu tavasid, nagu ühised söömaajad, kus nii tudengid kui õppejõud olid talaarides. Ka õppeprotsess toimus vana süsteemi kohaselt, kus õppejõud-repetiitoril ehk tuutoril oli ainult kaks-kolm tudengit, kellega õppimine käis sundimatu vestluse õhkkonnas. Professori ülesandeks oli vaid väheste loengute lugemine ja seetõttu jäi talle palju aega teadusega tegelemiseks.

Juba sisseastumiseksamitel oli Jeans koos oma tulevase sõbra, hilisema kuulsa inglise matemaatiku Godfrey Harold Hardyga, näidanud väljapaistvaid võimeid. Seepärast soovitas nende juhendaja Gilbert T. Walker (kes hiljem andis palju El Niňo nähtuse selgitamiseks) neil teha matemaatikaeksami esimene osa cum laude peale juba kahe aasta möödumisel, tavalise kolme asemel.  Märtsikuus 1897 tegid mõlemad edukalt eksami ja Jeans sai Trinity ordinaarse suure stipendiumi. Aga see eksam ei andnud veel bakalaureuse tiitlit, sest selle saamiseks tuli teha veel teinegi eksam, kus nad mõlemad Hardyga parimat tulemust ei saavutanud. Asi oli mitte selles, et poisid poleks asja tundnud, vaid et süsteem oli liialt keeruline – ühe eksami tegemiseks tuli kaks aastat tööd teha 6-7 tundi päevas. Kui Hardy oli juba kuulus matemaatik, siis tema survel muudeti see süsteem 1910.aastal inimlikumaks. Aga kui asja teisest küljest vaadata, siis see vana süsteem oli andnud terve plejaadi väljapaistvaid matemaatikuid.

Tudengiaastail oli Jeansi toas suur klaver ja ta võttis tunde kuulsalt pianistilt Cathlin Brackshawlt.

Matemaatikaeksami teise poole ettevalmistus katkes, sest Jeansi põlve tabas tuberkuloosne infektsioon. Ta lahkus Cambridge'st 1899.a. kevadel ja ravis end mitmes sanatooriumis, kuni 1900. aastal pöördus ta tagasi Cambridge'i, kus eksamil sai ta teise koha Hardy järel. Varsti pärast seda sai ta Newtoni nimelise stipendiumi astronoomias ja optikas ning 1901.aastal sai tema töö “Molekulide energiajaotus” Smithi preemia. Pärast seda valiti Jeans Trinity kolledži liikmeks suure stipendiumiga 1901.aastal. Ka Hardy sai selle au osaliseks.

3.Rakendusmatemaatika professor

Juba 1903. aastal sai Jeans magistri kraadi ja järgmisel aastael nimetati ta matemaatika lektoriks. Selles ametis oli ta kuni oma ärasõiduni Princetoni 1905. aastal.

Kui ta varem oma haiguse tõttu oli veetnud sanatooriumides küllalt pika aja, siis ometi polnud see tühja läinud, sest Jeans töötas ka sanatooriumides aktiivselt. Sel ajal ilmub tema esimene monograafia “Gaaside dünaamiline teooria”, mis ilmus 1904. aastal ja mida anti välja mitmel korral ja mis kujunes tudengite õpikuks ning teadustöötajate käsiraamatuks paljudeks aastakümneteks.

Jeansi füüsikalise intuitsiooni arenguks oli kahtlemata kasulik tema töö Cavendishi laboris aastatel 1899-1900.  Need olid selle labori õitsenguaastad, sest labori juhataja Joseph John Thomson oli just avastanud elektroni 1897. aastal. Ta uuris ka gaaside elektrijuhtivust, röntgenkiiri ja radioaktiivsust. Kuid mitte ainult see ei andnud tõuget labori tõusmiseks maailma tippu. Alates 1895. aastast seati Cambridge'is sisse doktorantuur andekatele noortele kogu maailmast ja see oli põhjus, miks Cavendishi laboris töötasid Ernest Rutherford Uus-Meremaalt, Charles Thomson Rees Wilson Šotimaalt, Paul Langevin Prantsusmaalt, kellest kõigist said kuulsad teadlased – uue füüsika kuulutajad. Jeans publitseeris 1901. aastal artikli kiirgusmehhanismidest. Seejärel ilmuvad tööd gaaside kineetilisest teooriast, radioaktiivsusest ja absoluutselt musta keha soojuskiirgusest. Eriti tuleb märkida viimast, sest selles parandas Jeans kordaja Lord Rayleigh' tuletatud valemis. Tänapäeval teavad kõik füüsikud seda Rayleigh-Jeansi valemina. Üksiti näitas see valem, et klassikaline füüsika on ilmses vastuolus eksperimendi tulemustega. Nii aitas Rayleigh-Jeansi valem omal moel kaasa Plancki kvantmudeli tekkele.

1900-ndate aastate alguses hakkas Jeans tegelema ka astronoomiaga, ilmselt Charles Darwini poja George Howard Darwini mõjul, kes oli siis Cambridge'i ülikooli astronoomia ja eksperimentaalse füüsika professor. Jeansil ilmuvad tööd pöörlevate vedeliksilindrite tasakaalust ja fundamentaalne töö gravitatsioonilisest ebastabiilsusest. Tegelikult polnud need mitte veel astronoomi, vaid füüsik-teoreetiku tööd. Samas ilmnes Jeansi huvi ka mikromaailma vastu. Kui 1904. aasta sügisel kuulutati välja konkurss Aberdeeni ülikooli matemaatikakateedri juhataja kohale, siis Jeans sai toetuskirju paljudelt maailmakuulsatelt teadlastelt, nagu H.M. Butler, G.H. Darwin ja J.J. Thomson.

Kuid Jeans ei kandideerinud Aberdeeni ülikooli, ja varsti, 1905.a. suvel sai ta telegrammi

Princetoni ülikoolist, kus Jeansile pakuti rakendusmatemaatika professori ametikohta, mille Jeans hea meelega vastu võttis. Jeansi oli sellele kohale kutsunud Princetoni ülikooli president Thomas Woodrow Wilson, kellest 1912. aastal sai  USA 28. president. Tegelikult oli kutse taga hoopiski Wilsoni hea sõber Henry Burchard Fine, kellel oli ebatavaline võime noorte andekate teadlaste avastamiseks.

Jeansiga koos hakkasid Princetonis õpetama ka Owen Willans Richardson, kes sai hiljem Nobeli preemia, matemaatik George Birkhoff ja astronoom Henry Norris Russell, üks tähtede peajada avastajaid.

Princetonis luges Jeans kursusi eriti edasijõudnud tudengitele, tekitades neis suurt segadust oma klassikalise Cambridge'i stiilis inglise keelega.

1906. aastal valiti Jeans Londoni Kuningliku Ühingu liikmeks – ta oli siis alles 28 aastane.

Samal ajal toimus Jeansi elus tähtis sündmus – ta abiellus võluva Charlotte Tiffany Mitchelliga, kes oli kuulsa geograafi ja ränduri Alfred Mitchelli tütar. Nii sai Jeans endale hõimlasteks  New Yorki  tuntud pankurite suguvõsa Tiffany liikmed. Charlotte'il oli suur varandus ja professor pidi hakkama seda investeerima, muutudes nii ka ärimeheks. Nende abielu oli õnnelik, kuid suhteliselt lühike, sest 1934.aastal Charlotte suri, jättes Jeansile kasvatada 1912. aastal sündinud tütre Olivia. Charlotte'il oli olnud kirjanduslikke kalduvusi - Jeans avaldas 1935. aastal Cambridge'i ülikooli kirjastuses Charlotte'i luuletuskogu “Driftweed” (tõlkes siis mererohi, mille tuul randa toob).

Jeans tuli Inglismaale tagasi 1909. aastal, suutmata harjuda ameerika kommetega ja jäädes elu lõpuni tõeliseks inglise džentelmeniks. Princetonis olles kirjutas Jeans kaks monograafiat - “Teoreetilise mehhaanika” ja “Magnetismi ja elektri matemaatilise teooria”. Esimene neist oli vanemate kursuste tudengitele suurepärane õpik ja teist, mis kujutas endast ammendavat sissejuhatust Maxwelli teooriasse,  anti Cambridge'i ülikooli kirjastuse poolt välja mitu korda, seejuures teine väljaanne juba kolmes osas.

Võib-olla selleks, et õigustada enda valimist rakendusmatemaatika professori ametikohale Princetonis, avaldas Jeans seal olles artikli allveelaevade stabiilsusest!

Pärast Inglismaale naasmist saab Jeans Cambridge'i ülikooli rakendusmatemaatika

Stokes'i lektoriks. Pööramata tähelepanu rahututele aegadele I maailmasõja eel, tegeles Jeans oma asjadega – luges ülikoolis, tegi teadustööd kiirgusteoorias, elektronide liikumise alal ja aatomi ehituses. Tema kuulsus oli juba nii suur, et 1911. aastal  kutsuti teda  koos 23 teise kuulsa füüsikuga I Solvay kongressile (kommentaar: idee selliste iga kolme aasta tagant korraldatavate konverentside korraldamiseks kuulub Belgia tööstur Ernest Solvayle, kes oli iseõppija keemik, pärit vaesest perest. Ta leiutas tööstusliku viisi sooda tootmiseks, millega ajas kokku tohutu varanduse. Elu lõpul kuulus talle suur kontsern, kaks panka ja 38 lossi ning maavaldust. Teda huvitas eriti puhas ja fundamentaalne teadus). Kongressi toimumise kohaks valiti Brüssel ja orgkomitee esimeheks sai Hendrik Antoon Lorentz.  Kongressi töö keskmes oli Plancki teooria absoluutselt musta keha kiirguse kohta. Teatavasti olid senini kõik selle kiirguse kirjeldamised viinud ummikusse ja ka Rayleigh-Jeansi valem polnud erand. Planck oli aga jõudnud järeldusele, et korrektselt kiirgusvälja kirjeldada, peab loobuma kiirgusenergia pidevuse nõudest ja oletama, et kiirgamine toimub lõplike portsjonite – kvantide – kaupa.

Ise ta arvas, et see on vaid tööhüpotees ja küllap klassikalise füüsika raamides sellele ka seletus leitakse. Asjatu lootus, kuid Solvay kongressi ajal jäi kvantmehaanika loomiseni veel 14 aastat.

Pärast Solvay kongressi loobus Jeans õpetamisest Cambridge'i ülikoolis, sest nagu märgitud, oli tema abikaasa väga rikas. 1912. aastal kolisid nad Guildfordi Londoni lähedal, mida samastatakse kuningas Arthuri legendaarse Astolati linnaga.

Jeansile meeldis elada maal, eemal linnakärast, kuid ega ta sellepärast konverentsidest osavõtust ei loobunud. Septembris 1913 võttis ta Birminghamis osa Briti teaduse edendamise assotsiatsiooni koosolekust, kus esines sissejuhatava ettekandega kvantteooria rakendusest aatomifüüsikas.

1913.aasta lõpul sõitis Jeans uuesti Brüsselisse, kus toimus II Solvay kongress,  mis oli pühendatud aine ehitusele.   Seal tegi põhiettekande J.J.Thomson, kes rääkis aatomi ehitusest klassikalistes terminites, kuid tema juttu suhtuti skeptiliselt, sest ta ei toonud probleemi peaaegu mitte midagi uut. Jeans ei kartnud siiski avalikult toetada hoopis Bohri teooriat, sest seda kinnitasid otsesed eksperimendid spektroskoopias. Sellel kongressil kuulis Jeans ka Max von Laue avastusest, kes oli teinud kindlaks röntgenkiirte difraktsiooni.

 1914.aastal ilmub Jeansi laiendatud variant ettekandest Füüsikaseltsis “Report on the radiation and quantum theory”, mis koos Eddingtoni ettekandega “Report on relativistic theory of gravitation” (1918) avaldas suurt mõju moodsa füüsikateaduse arengule Inglismaal.

See Jeansi töö jäi tema viimaseks oluliseks tööks füüsika alal. Edasi tegeleb ta astronoomia ja kosmogooniaga.

4.Kuningliku seltsi sekretär

1913. aasta sügisel kolis Jeans perega Londonisse, kuid ei jäänud sinna kauaks, sest 1914.aasta suve alguses kolis pere uuesti, seekord Amershami, kus Jeans kuulis ka sõja algusest. Aga ka see elupaik ei rahuldanud Jeansi ning 1918. aastal ostis ta Cleveland Lodge'i mõisa Dorkingis (mitte kaugel Guildfordist). See koht sarnanes väga Guildfordiga – Mole'i jõgi uuristamas sügavaid orge North Downi lubjakivist küngastesse. Jeans armastas kõndida Cleveland Lodge'i parkides ja aedades, kuid aja möödudes hakkas ta aina rohkem aega pühendama muusikale. Majja muretsetud orelil mängis Jeans sageli tundide kaupa. Kuid mitte iialgi ei esinenud ta avalikult, ka isegi mitte sõpradele.

1917. aastal oli Jeansil esimene südameatakk – märk lähenevast haigusest, kuid rahulik maa-elu lubas selle mitmeteks aastateks unustada.

Tema teaduslike tööde loetelu pikeneb üha, ilmuvad tööd täheparvedest, gaasudude gravitatsioonilisest tasakaalust, isegraviteeruvate astronoomiliste kehade tasakaalulistest konfiguratsioonidest ja kosmogooniast. Enamasti avaldas ta need inglise põhilises astronoomia ajakirjas “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” (MN).

1917. aastal sai Jeans Adamsi preemia töö “Kosmogoonia ja stellaardünaamika probleeme”. Hiljem ilmus see eraldi väljaandena, kuhu said kirja Jeansi uurimused isegraviteeruvate nii kokkusurumatute kui kokkusurutavate pöörlevate kehade tasakaalulistest konfiguratsioonidest. Selle töö saatuseks oli minna klassikalisena ja lihtsalt loetavana   astronoomia kullafondi.

1909. aastal valitakse Jeans Kuningliku Astronoomia  Seltsi liikmeks. See selts asutati juba 1820. aastal ja alguses kandis see Londoni astronoomiaseltsi nime. 1831. aastal sai see selts kuninga määrusega oma praeguse nime ja seltsi patrooniks sai monarh ise.  Huvitav on märkida, et isegi seltsi liikmena ei publitseerinud Jeans oma töid MNis kuni

1913. aastani, st selle ajani, kui tema töid võis liigitada füüsika alla. Kuid alates 1916.aastast on ta pidev MNs tööde avaldaja. Eriti suurt huvi pakkus tema tööde seeria tähtede siseehituse kohta, milles ta kritiseeris Arthur Stanley Eddingtoni seisukohti. See mees aga talus kriitikat väga kehvasti ja vastas Jeansile sama ajakirja veergudel, kasutades teinekord kaunis krõbedaid väljendeid oma oponendi kohta. Jeansi kui tõelist härrasmeest kurvastasid sellised väljaütlemised väga. Ajakirja tiraaž aga muidugi kasvas. Edward Arthur Milne kirjutas sellest vaidlusest, et see oli huvitav, et Hardy matemaatikuna astus Kuniglikku Astronoomia Seltsi puhtalt nende kahe mehe vaidluse kuulamiseks. Hardy jätkas seltsi koosolekute külastamist ka siis, kui poleemika muutus kolme mehe poleemikaks, sest vaidlusse lülitus ka Milne. Hardy andis samuti oma kummalise panuse sellesse vaidlusse, esitades ühel koosolekul Ralph Howard Fowleri tulemused, mis see mees oli saanud tähe siseehitust kirjeldavatest diferentsiaalvõrranditest. Hardy ütles, et tulevikus, kui nii Jeansi, Eddingtoni kui ka Milne'i teooriad on kõrvale jäetud, on Fowleri puhta matemaatika tulemused sel alal ikka au sees.

Kuigi Milne osaliselt toetas Jeansi seisukohti, kasutas ta Jeansi teooria arendamisel Jeansi arvates  ebakorrektseid meetodeid, jäid meeste omavahelised suhted väga headeks. Milne suhtus niikuinii Jeansi suure lugupidamisega, millest annab tunnistust ka see, et ta kirjutas vahetult enne oma surma Jeansist suurepärase biograafia, olles ise raskesti haige. 

1919. aastal autasustati Jeansi Kuningliku Seltsi kuldmedaliga ja ta valiti seltsi sekretäriks ning selles ametis oli ta kümme aastat. See amet tegi Jeansi väga mõjukaks isikuks ja kuna tal olid head teadmised ka finantsasjades, siis tegi ta seltsi rahaasjad kiiresti korda, aga raha polnud seltsil sugugi vähe – summa ületas miljon naela.

Koos Rutherfordiga, kes oli Kuningliku Seltsi president aastatel 1925 kuni 1930, suutsid nad tõsta seltsi ajakirja “Proceedings of the Royal Society”  mainet oluliselt , ka ise sinna artikleid avaldamiseks saates. Jeans abistas oma sõbralikul moel ka noori teadlasi, näiteks aidates Paul Diracil publitseerida oma kvantmehaanika alaseid töid seltsi ajakirjas.

Järjekordse tunnustusena sai Jeans Cambridge'i filosoofiaühingu Hopkinsi preemia gaaside ja kiirguse teooria ning tähesüsteemide evolutsiooni alaste tööde eest. 1924. aastal tehakse talle ettepanek hakata Mt Wilsoni observatooriumi teaduslikuks konsultandiks. Jeans võttis selle ettepaneku vastu ja jäi sellesse ametisse kuni 1944. aastani.

1923. aastal sai Jeans Kuningliku Astronoomia Seltsi käest kuldmedali teoreetilise kosmogoonia alaste tööde eest. Medali andis talle kätte ei keegi muu kui seltsi president Eddington. Oma kõnes medali üleandmise puhul lubas Eddington endale meelde tuletada nende omavahelisi vaidlusi, kuid kõne lõpus lisas ta, et Jeans pole oma töödes arvanud, et meie Päikesesüsteem on unikaalne, ja võimalik, et ainus Universumis, kuid ta näitas, et vastupidine vaatepunkt – planeetide süsteemid on tähtede tavalised atribuudid - on nõrgal alusel. Kui tänapäeval meelde tuletada, et selle kirjatöö ülestähendamise ajaks (2008, jaanuari algus) on avastatud 221 eksoplaneeti, siis kõlavad Eddingtoni sõnad tühjalt. Ilmselt ei maksa teaduses kunagi midagi surmkindlalt väita.

1925. aastal valiti Jeans Kuningliku Astronoomia Seltsi presidendiks ja selles ametis oli ta kuni 1927. aastani. Selle aja jooksul tuli tal üle anda kolm seltsi kuldmedalit: kuninglikule astronoomile Frank Watson Dysonile (kes muide oli sisse viinud 1924.aastal praegu kõigile tuntud kuus piiksu õige aja signaalina raadios), Albert Einsteinile ja Frank Schlesingerile. Traditsiooni kohaselt peab seltsi president medali üleandmise puhul kõne.

Schlesingerile medali andmise puhul Jeans ütles:” Tsivilisatsiooni koidikul, kui inimene ärkas pikast intellektuaalsest unest,  tähistas ta oma tegevussfäärid üheksa muusaga. Ainult üks neist oli pühendatud teadusele ja see oli Urania – astronoomia muusa. Võib ju olla, et Olympose peajumal teisi teadusi peale astronoomia lihtsalt ei tundnud, aga võib ka olla, et ta arvas astronoomia ainsana austust väärivaks.”

Muidugi ei piirdunud Jeansi töö seltsi presidendi kohal vaid autasude kätteandmisega. Tema teeneks on ka igaaastaste nn Darwini loengute sisseseadmine. Ja mitte ainult administratiivselt, vaid ka finantsiliselt, sest ta ise andis seltsile sel puhul 1000 naela, mille intressidelt pidi makstama esinema kutsutud lektoritele tasu. Jeans soovis, et lektor oleks väljapaistev teadlane ja reeglina välismaalt. Ta ei tarvitsenud alati olla astronoom, vaid ta võis olla ka geofüüsik või füüsik.

Esimese Darwini loengu pidamise au otsustati anda George Ellery Hale'ile, kes omal ajal rajas Mt Wilsoni observatooriumi USAs ja kutse saamise ajal oli observatooriumi audirektor. Kuid ta ei saanud Inglismaale tulla oma tervise pärast, seepärast pidas esimese Darwini loengu Frank Schlesinger teemal “Astronoomiline fotograafia täppismõõtmisteks”.

1922. aastal esines Jeans Oxfordi ülikoolis Halley loenguga teemal “Nebulaarhüpotees ja kaasaegne kosmogoonia”, milles andis ülevaate probleemi ajaloost ja iseenda uurimustest sel alal.

Üleüldse töötas Jeans sel ajal väga intensiivselt – ajavahemikul 1914 kuni 1928 avaldas ta MNs üle 45 artikli. Samas oli 1928. aasta tema viimane aktiivse teadusliku töö aasta.

5.Viimased eluaastad

XX sajandi 20-ndate aastate lõpus algas suur majanduskriis, mis ei jätnud puudutamata ka Jeansi finantsseisu. Nagu juba öeldud, oli Jeans tänu oma abielule jõukas mees. Naise surma järel 1934. aastal ulatus Jeansi varandus 256 054 naelani, mis oli võib-olla üks suurimaist Briti teadlastel. Jeans oli edukas ärimees, aga ta pidi aina rohkem aega kulutama “huvipankurlusele”.

1928. aastal tõsteti Jeans rüütliseisusesse oma teenete eest teadustöös ja Kuninglikus seltsis.

Samal ajal tundis ta, et ei suuda enam püsida teaduse eesliinil ja et tema teaduslik haripunkt on jäädavalt möödas. Kuid ta oli võimeline alustama uut karjääri popularisaatorina. Ja nagu sageli, aitas sellele kaasa juhus. Ta oli lõpetanud oma monograafia “Astronoomia ja kosmogoonia” 1928. aastal ereda peatükiga, mis võttis kokku raamatu sisu erakordse selgusega. See peatükk pälvis Rutherfordi väimehe  Ralph Fowleri tähelepanu, kes rääkis sellest Cambridge'i ülikooli kirjastuse sekretärile S.C. Robertsile.

Oma vanemate juurde sõites põikas Roberts sisse Dorkingi Jeansi poole, kes teda lahkelt vastu võttis ja lunchi ning imehea veiniga kostitas. Roberts tegi Jeansile ettepaneku kirjutada populaarteaduslik raamat astronoomiast, mille Jeans ka vastu võttis, sest ta oli ise samu mõtteid mõlgutanud. Jeansi esimese sellise raamatu “Maailm meie ümber” tiraaž 7500 eksemplari müüdi läbi kuu ajaga. Järgmisel aastal pidi Jeans esinema Magdalene kolledžis  loenguga ja kohe oli kohal ka Roberts, kes tahtis loengu teksti ära trükkida. Jeans laiendas loengu teksti oluliselt ja nii valmis raamat “Saladuslik Universum”. Enne seda aga oli Jeansi loengul olnud suur menu, sest isegi külapreestrid kasutasid oma jutlustes lõike sellest loengust. Raamat aga müüdi maha kiirusega 1000 eksemplari päevas. 

Jeansi populariseerimistööd jälgiti huviga ka USAs ja 1931. aastal autasustas Franklini instituut Philadelphias Jeansi Franklini medaliga, mispuhul Jeans koos abikaasaga USAsse sõitis.

Suurt rahvusvahelist menu varjutas abikaasa surm 1934. aasta mai lõpus. Jeans viibis kaua masenduses ja tema kurbust aitasid leevendada vaid sõber Robertsi külaskäigud, kes oli samuti hiljuti abikaasa kaotanud.

Pikkamisi Jeans siiski sai oma hingelise tasakaalu tagasi ja kui Hardy suri, valiti Jeans Briti teaduse edendamise assotsiatsiooni presidendiks. Ja kui 1935.aastal asutas Kuninglik instituut astronoomia kateedri, siis paluti Jeans selle professoriks ja selles ametis oli ta kuni 1946. aastani.

Sepembris 1935 abiellus Jeans austria orelimängija Suzanne Hockiga, kead hiljem hakati rohkem tundma Lady Susi Jeans'ina. Cleveland Lodge'is oli orel olemas, kuid sellel mängis Jeans ise. Oma naisele seadis ta teises saalis sisse uue oreli, mis oli ehitatud XVII sajandi barokkstiilis. Muusika sidus abikaasasid tugevasti, kui 1937. aastal Lady Susil oli turnee USAs, siis Jeans akompaneeris talle. Abikaasa andis Jeansile idee kirjutada raamat teadusest ja muusikast – nii ka sündis, raamat “Teadus ja muusika” ilmus 1937. aastal. Neil sündis kolm last – Michael Anthony (1936), Christopher Vincent (1939) ja Cathrin Anne (1946).

Samal 1937. aastal võttis Jeans vastu Kuningliku Muusikaakadeemia direktori austava ametikoha.

Oma elu viimastel aastatel Jeans kirjutas veel mitu raamatut, nagu “Füüsika ja filosoofia” ja “Füüsika areng”.

1937. aastal sõitis ta Indiasse, sest teaduse edendamise India assotsiatsioon andis talle Mukerjee medali.

Kaks aastat hiljem autasutatakse teda kõrgeima UK ordeniga “Order of Merit”. II maailmasõja alguses rekvireeris riik Cleveland Lodge'i ja perekond kolis alguses Somerseti ja hiljem Walesi. Pärast sõda pöördusid nad tagasi oma koju ja sestpeale jäi Jeans enamasti koduseks. !945. aastal avastati tal koronaartromboos. Järgmisel aastal sõitis ta suveks Šotimaa põhjaossa. Montrose'i. See oligi tema viimane reis, sest 15. septembril 1946 Jeans suri. Ta maeti perekonna ja lähedaste sõprade ringis Micklehami kalmistule kodu lähedale.

6.Panus füüsikasse ja astronoomiasse

Selleks et paremini aru saada Jeansi panusest nii füüsikasse kui astronoomiasse, tuleb veidi tutvuda taustaga. Teadus on alati ühiskonna arenguga seotud, mõningatel etappidel aga majandusega eriti. Nii oli ka XIX sajandi teises pooles, kui lisaks juba tuntud aurumasinatele ilmusid ka elektrimootorid ja -generaatorid.  See omakorda põhjustas soojuse ja elektrodünaamika ning ka gaaside kineetilise teooria sügavamat uurimist, mis andis meile statistilise füüsika ning elektromagnetvälja teooria. Tolleaegset olukorda füüsikas iseloomustas Einstein  järgmiselt:” Hoolimata sellest, et mõnedes suundades füüsika õitseb, on põhimõttelistes asjades dogmaatiline stagnatsioon. Alguses (kui selline asi üldse oli), lõi Jumal Newtoni liikumisseadused  koos vajalike masside ja jõududega. Sellega aga kõik ammendubki, ülejäänu saab leida deduktiivselt sobivaid matemaatilisi meetodeid kasutades.” Palju on ekspluateeritud Müncheni ülikooli füüsikaprofessori Philip Jolli sõnu Max Planckile, kui see talle teatas, et kavatseb teoreetilist füüsikat õppida:

“Noormees, miks te tahate oma elu rikkuda, on ju teoreetiline füüsika põhilises osas lõpetatud, diferentsiaalvõrrandid lahendatud, jääb üle vaid vaadelda erijuhte muudetud alg- ja ääretingimustega. Kas tasub hakata tegelema nii perspektiivitu asjaga?”

Ometi oli selles muidu nii selges taevas kaks musta pilvekest, sest füüsikud ei suutnud määrata tasakaalulise kiirgusenergia tiheduse jaotust ja seletada Michelsoni katset klassikalise füüsika raamides.

Saatuse irooniana jõuti just nende pilvekeste abil  kvantmehaanika ja relatiivsusteooriani. Jeans siiski kasutas klassikalise füüsika meetodeid ja ilmselt seetõttu tema tööd ei ole läbimurdelise iseloomuga.

Jeansi tööd füüsikas võib jagada kahte suunda puutuvateks – gaaside kineetiline teooria ja kiirgusteooria. Tema esimene teadustöö 1900. aastal kandis nime “Kihistunud elektrilahendus” ja see oli pühendatud elektrilahenduse optiliste nähtuste teoreetilisele seletamisele vaakuumtorudes.  Jeans näitas, et Thomsoni teooria elektrijuhtivuse seletamiseks laetud ioonide  liikumisega peab vaakuumtorudes paika. Selles töös ilmnes Jeansi talent lahendada keerulisi võrrandeid, millele Thomson ise vaid graafilisel teel lahendusi oli suutnud leida. Jeans väitis ka selles töös, et negatiivsete ioonide ehk siis elektronide (see Thomsoni poolt antud nimetus oli alles tuliuus) kiirus on palju suurem kui positiivsete ioonide kiirus.

Oma teises töös põhjendab Jeans rangelt energia võrdse jagunemise printsiipi dünaamilises süsteemis, mida kirjeldab suur hulk parameetreid. Edasi tõestas Jeans Maxwelli leitud jaotuse osakeste kiiruste jaoks, uuris molekulide võnkumisi ja gaaside soojusjuhtivust, leidis molekulide läbimõõdud, andis panuse metallide elektronteeoriasse. Ta põhjendab Paul Drude valemit elektrijuhtivuse kohta ja üksiti näitas, et Kirchoffi seadus on otsene järeldus aine elektroonsest teooriast.

Jeansi esimene töö kiirgusteooriast oli “Kiirguse mehhanism” (1901), kus ta väidab, et kiirgus tekib suure hulga vibraatorite olemasolu tõttu aines.    Ent kesksel kohal Jeansi kiirgusalastest töödest on need, kus ta käsitleb klassikalist tasakaalulise kiirguse teooriat. Esimesena selle probleemiga tegeles šveitsi filosoof ja füüsik Pierre Prevost, kes 1809. aastal leidis, et kuuma keha kiirgus ei sõltu ümbritsevast keskkonnast. Termodünaamika seaduste alusel andis sellele seletuse Robert Kirchoff, kes tõi sisse ka absoluutselt musta keha mõiste. Ta näitas, et kõikide kehade jaoks kehtib reegel, et sama lainepikkuse juures ja samal temperatuuril on keha kiirgus- ja neeldumisvõime suhe  universaalne funktsioon. Kirchoffi arvates oli selle funktsiooni leidmine äärmiselt tähtis. Järgmise sammu tegi Wilhelm Wien, kes 1896. aastal oli leidnud, kuidas  selline universaalne funktsioon sõltub lainepikkusest (või sagedusest) ja siis ka selle sõltuvuse alusel nn Wieni nihkeseaduse.

Veidi hiljem Wien tuletab täpsema  valemi selle universaalse funktsiooni jaoks, mida me tänapäeval tunneme Plancki valemina, kuid mis sisaldas mingeid esialgu tundmatuid koefitsiente ja muidugi polnud see täpne.  Ei läinud kaua aega mööda, kui 19.oktoobril 1900 kannab Max Karl Ernst Ludwig Planck Berliini Füüsika seltsi koosolekul ette oma töö kiirguse kohta, kus nö esitles oma funktsiooni, mis kirjeldas kõikide siiani tehtud eksperimentide tulemusi õigesti, kuid mis oli tuletatud klassikalisele füüsikale võõra printsiibi – energia lõplike portsjonide ehk kvantide kiirgumise kaudu. Kuna seda peeti mingiks füüsikaliseks ekvilibristikaks, siis jätkati Kirchoffi universaalse funktsiooni otsimist klassikaliste meetoditega. Seda tegi ka Jeans, tehes kindlaks õiged koefitsiendid juba varem Lord Rayleigh leitud valemis. Ei saa ju öelda, et nende meeste töö asjata oleks olnud, sest just nendest uurimustest sai alguse kvantfüüsika.  

 Kuid alles 1910. aastal veendus Jeans uue füüsika õigsuses.

Sellega  Jeans lõpetaski füüsikaga tegelemise ja siirdus hoopis astronoomiasse.

Tegelikult oli ta juba varem astronoomiasse puutuvaid töid avaldanud – 1902. aastal ilmusid tema tööd tasakaalulisest pöörlevatest vedeliksilindritest. Ta vaatles probleemi kahemõõtmelisena, mis võimaldas kompleksmuutuja meetodit kasutada. Jeans lahendas tasakaalu võrrandi mitme nurkkiiruse jaoks ja leidis terve perekonna tasakaalulisi figuure. Nurkkiiruse kasvamisega MacLaurini sferoidid asendusid Jacobi ellipsoididega ja need omakorda pirnikujuliste figuuridega. Need tööd tegi Jeans   ilmselt G. Darwini tugeva mõju tõttu. 

Jeansi teine astronoomiline töö pani aluse gravitatsioonilise ebastabiilsuse teooriale ja see osutus nii kapitaalseks, et Yakov Zeldovitš ja Igor Novikov panid oma raamatus “Universumi ehitus ja evolutsioon” ühe osa nimeks “Jeansi teooria”.

Astronoomiliste tööde hulka võiks lugeda ka Jeansi tööd Maa sisemiste pingete ja võnkumiste kohta ning seismiliste lainete leviku kohta. Võib öelda, et need tööd panid aluse  teoreetilise füüsika kasutamisele geofüüsikas.  Ka uuris Jeans Maa kuju.

Kui neid töid võis ju ka lugeda astronoomiliste hulka, siis päris astronoomiliste tööde ilmumine sai alguse 1913.aastal, kui Jeans publitseeris MNs oma töö täheparvede kineetilisest teooriast. Selles uuris ta tähtede omavahelisi lähenemisi ja leidis, et kui miljard tähte massiga umbes 5 Päikese massi on ruumi piirkonnas karakteristliku mõõduga 1 kiloparsek ja tähtede keskmine kiirus lähenemisel on 60 km/s, siis tähtede paralleelse voo kallutamiseks 1 kaarekraadi võrra kulub 3.2 miljardit aastat. Selle tulemuse alusel Jeans arvas, et Galaktika pole statsionaarses olekus. Kuna tollal Jeans Universumi vanust nii täpselt kui meie praegu ei teadnud, siis praegu me teeksime tema tulemustest täiesti vastupidise järelduse. 

Toetudes oma arvamusele püüdis Jeans 1915.aastal seletada kahe tähevoo olemasolu. Selle kontseptsiooni oli esitanud Jacobus Cornelius Kapteyn kümme aastat varem. Kontseptsiooni sisu oli lihtne – kui me tähtede kiirusi iseloomustame vektoritega, siis peaks see diagramm olema väljavenitatud antiapeksi suunas Päikese liikumise tõttu. Tuli aga välja, et neid eelistatud suundi oli hoopis kaks, mida Kapteyn nimetas verteksiteks ja mis asusid taevas vastupidistes suundades – üks Kilbi tähtkujus ja teine Orionis. Sellist efekti, tegelikult siis tähtede kiiruste ellipsoidaalset jaotust  püüdsid seletada Eddington ja Schwarzschild, kuid edutult. Ka Jeans püüdis seda teha, tuues gaaside kineetilise teooria stellaardünaamikasse. Probleemi lahendas alles Bertil Lindblad 1921. aastal, kes tõestas, et selliste tähevoogude esinemine on Galaktika pöörlemise tulemus.

Jeans vaatles ka kahe tähe omavahelist põrget. Ta oletas, et need võivad olla nii lähedased, et nende orbiidid tugevasti muutuvad. Ta leidis valemi kõrvalekaldumise arvutamiseks.

Ja ikkagi Jeansi kõige tähtsamaks saavutuseks on gaaside kineetilise teooria juurutamine stellaardünaamikas.

Kuna Jeans oli hingelt siiski füüsik, siis teda huvitas küsimus tähtede energiaallikatest ja tähtede siseehitusest. 1904. aastal oli ta arvanud, et see allikas on aine annihileerumise tulemus. Hiljem ta täpsustas, et see võib olla prootoni ja elektroni annihileerumine. Käsitledes neljast prootonist heeliumi aatomi tuuma moodustumist, arvas ta, et see reaktsioon viib tähe plahvatuslikule ebastabiilsusele. Jeans isegi välistas Russelli ühe tingimuse, mis seisnes selles, et on olemas lävitemperatuur, millest allpool energiaallikas ei tööta. Valeks osutus ka Jeansi arvamus, et täheeenergia allikaks on ülirasked radioaktiivselt lagunevad transuraansed elemendid.

Jeans arendas edasi Lane-Ritter-Emdeni polütroopseid tasakaalulisi tähemudeleid. Juba 1917. aastal väitis ta esimesena, et tähe seesmuses on kõrge temperatuuri tõttu aine täielikult ioniseeritud, mistõttu reaalne molekulaarne kaal seal väheneb, mis omakorda viib maksimaalse temperatuuri langusele tähe tsentris.

Ta märkis ka ära kiirgusrõhu suurt osatähtsust, eriti massiivsetes tähtedes. Jeans oletas õigesti, et soojusjuhtivus tähtedes erilist rolli ei mängi ja et praktiliselt kogu energialevi käib kiirguse kaudu. Ta proovis seetõttu ühendada kiirguslevi ja polütroopseid mudeleid ning leidis, et etteantud parameetritega täht võib alati jõuda tasakaaluasendisse. Tänapäeva seisukohast on huvitav Jeansi väide, et tähe energiatootmine keskendub tähe tsentri lähedale ja et tugeva ionisatsiooni tõttu ei tarvitse ideaalse gaasi olekuvõrrand seal enam kehtida, Me ei saa aga sugugi leppida Jeansi arvamusega, et tähtede vanused on 10¹² kuni  10¹³    aastat.

Jeans näitas esimesena, et kiirgus tekitab tähtedes näivat viskoossust ja selle tõttu diferentsiaalset pöörlemist. Asi on selles, et kiirgusrõhk on tegelikult tensor ja kui aine elemendid liiguvad erinevate kiirustega, siis tensori mittediagonaalsed elemendid on nullist erinevad, tekitades nii viskoossuse, mis omakorda põhjustabki diferentsiaalse pöörlemise. Suure tuntuse Jeansile tõi 1916. aastal avaldatud hüpotees Päikesesüsteemi tekkimisest, mis hiljem sai loodelise tekkimise nimetuse. Idee iseenesest polnud sugugi uus, sest juba enne Kant-Laplace'i hüpoteesi 1754.aastal Päikesesüsteemi tekkimisest udukogu kokkutõmbumisel, oli kuulus prantsuse loodusuurija ja Newtoni tööde tõlkija GeorgesLouis Leclerc krahv de Buffon pakkunud välja mõtte, et Päike põrkus kunagi kokku hiidkomeediga. Põrke tulemusena paiskus Päikesest välja ainet, millest siis planeedid tekkisid. Nii sai alguse Päikesesüsteemi tekkimise nn katastroofihüpotees. Jeans analüüsis seda hüpoteesi kriitiliselt ja leidis, et see ei seleta Päikese väikest liikumishulga momenti, sest kuigi Päike sisaldab 99.8% Päikesesüsteemi massist, on tal vähem kui 2% süsteemi üldisest liikumishulga momendist.  Jeans lahendas selle vastuolu nii, et asendas komeedi mööduva tähega ja suurendas selle tähe massi ja liikumishulka. Parandus aitas selgitada ka Päikese ekvaatori tasandi kuuekraadist kallet ekliptika suhtes ning aitas vabaneda planetesimaalide sissetoomisest hüpoteesi. Aga ikkagi oli liikumishulga momendi seletamiseks vaja, et Päike oli siis nii suur, et ulatus Neptuuni orbiidini! Kui sai selgemaks tähtede evolutsioon, siis sai selgeks ka see, et Päike pole iialgi saanud nii suur olla. Pealegi puudub mehhanism, mis tekkinud planeetide orbiidid tänapäevasteks muudaks. Jeans küll kohendas oma hüpoteesi, kuid kõiki selle puudusi kõrvaldada ei õnnestunud, kasvõi näiteks Kuu tekkimist.

7.Kokkuvõte

Kuninglik Astronoomia Selts tähistas 14. oktoobril 1977. aastal oma piduliku koosolekuga

100 aasta möödumist Jeansi sünnist. Ettekandega esines William Hunter McCrea, kes Jeansi teadustööst rääkides märkis ära iseloomuliku detaili – Jeansil polnud kunagi olnud kaasautoreid. McCrea järeldas sellest, et Jeans oli endassetõmbunud inimene, kelle ainsaks lõbustuseks oli muusika ja peamiseks tema elus olid  perekond ja kodu. Mis puutub endassetõmbumisse, siis küllap siin on paras annus tõtt, kuid samas me nägime, et Jeans võttis aktiivselt osa teaduslikest dispuutidest, eriti Eddingtoniga, tegeles sama aktiivselt Kuningliku seltsi ülesannetega, populariseeris edukalt teadust. Kõik see on aga väga kaugel endassetõmbunud inimese imaagost.

Paljud Jeansi hüpoteesid ei leidnud teaduse arenedes kinnitust, kuid ilma nende hüpoteesideta poleks teadus nii kiiresti õigete järeldusteni jõudnud.

Jeansi – tänapäevase teoreetilise astrofüüsika pioneeri - tööde tähtsus on nende rikkalikus ideelises sisus. Kogu tema elu oli püüdlemine ümbritseva maailma harmoonia mõistmise poole nii teaduses kui muusikas.

Kronoloogia

1877, 11. septemberi – sündis Ormkirkis Lancashires

1890, september – astus Taylori kommertskooli Londonis

1896, oktoober – astus Cambridge'i ülikooli Trinity kolledžisse

1. – sai I. Newtoni stipendiumi astronoomias ja optikas, ilmus esimene teadustöö  “Striated electrical discharge”
2. – sai Smithsoni preemia, oktoobris valiti Trinity kolledži liikmeks
3. – lõi gravitatsioonilise ebastabiilsuse teooria
4. – sai magistri kraadi
5. – nimetati matemaatika lektoriks Cambridge'i ülikoolis. Ilmus esimene monograafia “Gaaside dünaamiline teooria”
6. – valiti rakendusmatemaatika professoriks Princetonis. Ilmus artikkel “Kiirgusseadus”
7. – valiti Londoni Kuningliku Seltsi liikmeks
8. – abiellus Charlotte Tiffany Mitchelliga

1909 – pöördus tagasi Inglismaale. Astus Kuninglikku Astronoomia Seltsi

1910-1912 – Stokes'i lektor Cambridge'i ülikoolis

1911,  oktoober-november, osavõtt I Solvay kongressi tööst

1912,  detsember, osavõtt II Solvay kongressi tööst. Sündis tütar Olivia

1917 – sai Cambridge'i ülikooli Adamsi preemia töö “Kosmogoonia ja stellaardünaamika probleemid” eest

1919 – sai Kuningliku Seltsi kuldmedali. Valiti seltsi sekretäriks, kus ametis ta oli järjestikku 10 aastat

1922 – sai uuesti Kuningliku Seltsi kuldmedali

1924-1944 – Mount Wilsoni observatooriumi teadur-konsultant

1925-1927 – oli valitud Kuningliku Astronoomia Seltsi presidendiks

1. – asutas seltsis Darwini loengud
2. – tõsteti rüütliseisusesse. Ilmus monograafia “Astronoomia ja kosmogoonia'

1931 – sai Philadelphia Franklini instituudi Franklini medali

1934 – suri abikaasa Charlotte

1935-1946 – oli valitud Londoni Kuningliku instituudi astronoomia professoriks

1935, september – abiellus Susanne Hockiga Viinis

1. – sündis poeg Michael Anthony
2. – asus Kuningliku muusikaakadeemia audirektori ametikohale

1939, 31. detsember – sai UK ordeni “Order of Merit”. Sündis poeg Christopher Vincent

1943 – sai Trinity kolledži audoktoriks

1946, 29. jaanuar – sündis tütar Cathrin Anne

1946, 16. september – James Jeans suri oma kodus Cleveland Lodge'is

Kasutatud kirjandus

1.   A.B. Koзeнкo, Джeймc Хoпвуд Джинc, Mockвa, “Hayka”, 1985, 144 cтp.

2.   http://en.wikipedia.org/wiki/James_Jeans

3.   http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Biographies/Jeans.htm l

1.34.1 Pierre Louis Moreau de Maupertuis – korsaari pojast nii Berliini kui Pariisi akadeemiate presidendiks

T. Viik

Maupertuis nimi oli mulle tuttav juba ülikoolipäevilt, sest füüsikas õpetati meile siis Maupertuis vähima mõju printsiipi. Ja kuigi see printsiip on suurepärane relv paljude füüsikaprobleemide lahendamiseks, jäi see nimi kuhugi sadade teiste nimede taha pikkadeks aastateks oma aega ootama. See aeg tuli siis, kui ma vanemas eas hakkasin huvi tundma meie kuulsate eelkäijate vastu. Kõigepealt oli Friedrich Georg Wilhelm Struve see, kelle elust ja tegemistest hakkasin ma huvituma. Ennekõike muidugi tema kuulsast ettevõtmisest - suure meridiaanikaare mõõtmisest Hammerfestist Põhja-Norras kuni StarajaNekrassivkani Doonau suudmes. Nii viis mind see huvi Struvele teed rajanud Maupertuis'ni.

Ning last but not least, tänavu juulis (2009) möödus 250 aastat Maupertuis surmast.

1. Lapsepõlv ja noorusaeg

Pierre Louis Moreau sündis 28. septembril 1698. aastal Prantsusmaal Bretannias, St Malo linnas. See oli aeg, kus suurriigid ergutasid oma jõukaid kodanikke laevu muretsema ja teiste riikide laevu röövima, et vaenlasele majanduslikke hoope jagada. Prantslased nimetasid seda guerre de course, inglased privateering ja  mida eesti keelde võiks tõlkida kui korsaarlust ja mille ametlik definitsioon oleks sõja ajal valitsuse loal vaenlase kaubalaevade ründamine ja kaaperdamine eraomandis olevate laevadega. Korsaarlus oli kõrges hinnas, seda enam St Malos kui mereäärses linnas.  Sageli oli võimatu vahet teha, kas tegu on kaupmehe või korsaariga ning enamasti oldi mõlemad. Ja pole mitte võimatu, et neis meestes lõi välja sajanditetagune viikingite veri, sest paljud viikingid jäid omal ajal Bretanniasse elama.

Pierre Louis isa Renè Moreau oli üks edukamaid korsaare - tal oli 40 kuni 50 kahuriga korsaarilaev ning kuningas nimetas ta Kaubandusnõukogu liikmeks. Ühtlasi oli ta Bretannia provintsiaalstaatide liige (see oli kolme seisuse esindus, mis töötas paralleelselt provintsi parlamendiga “vana režiimi” ajal, so Valois' ja Bourbonide dünastia ajal XIV kuni XVIII sajandini). Kui Renè Moreau abiellus Jeanne-Eugénie Baudran'iga - teise eduka korsaariperekonna tütrega, siis kasvas ta mõjukus veelgi. Kõige selle eest (või selle tõttu) annetas Päikesekuningas Louis XIV isale veel enne vanima poja Pierre Louis sündi päritava aadlitiitli ning ta sai õiguse lisada oma nimele aadlitiitlit tähistava de Maupertuis. Aadlikirja lõpus väljendas kuningas lootust, et pojad järgnevad isa eeskujule. Pierre Louis puhul see siiski nii ei läinud, kuigi ta oli kogu oma elu väga huvitatud meresõidust ja navigatsioonist ning oma reisidel eelistas ta - kui vähegi võimalik -  liikuda vee peal. Lisaks kõigele lõpetas Rijswijki rahu 1697. aastal Üheksa-aastase sõja ja üksiti korsaarluse, küll ainult selleks korraks.

Peres oli kolm last, kuid ema jaoks oli olemas vaid Pierre Louis. Ema lausa jumaldas teda ning lapsele ei keelatud midagi, mistõttu Pierre Louis noorem vend hakkas teda sügavalt vihkama.

1714. aastal saadeti Pierre Louis õppima Collège de la Marche'i Pariisis. Kuuskümmend aastat varem oli selles kuulsas kolledžis õppinud ka filosoof ja oratoriaan Nicolas Malebranche, kes püüdis tõestada Jumala aktiivset rolli inimese elus. Pierre Louis hakkas õppima seal filosoofiat, kuid kahe aasta pärast nõudis ema, et  ta pöörduks tagasi kodulinna. Ta hakkas õppima seal muusikat, kuid varsti sai selgeks, et ta tulevik saab olema seotud matemaatikaga.

Tundus, et merevägi oleks olnud sellisele noormehele kõige õigem koht karjääri teha, kuid ema leidis selle liiga ohtliku olevat ja keelas kategooriliselt mereväest isegi mõelda. Isa otsustas siis ratsaväe kasuks ja nii sai Pierre Louis'st kuninglike musketäride leitnant (nn mousquetaires gris, siis hobuste värvi järgi. Kardinali musketäridel olid mustad hobused.) Nii astus Pierre Louis 1718. aastal musketäride La Roche Guyon'i rügementi, mis paiknes Lille'is. See oli amet, millest unistasid paljude tolleaegsete aadlike pojad. Ja kuigi nelja aasta pärast oli Pierre Louis tõusnud musketäride kapteniks, ei rahuldanud see sõjamehe amet teda.

Edasi kohtame Pierre Louis'd (edasi Maupertuis) Pariisi kohvikutes ja salongides, kus tollal elati intensiivset intellektuaalset elu ja kus teravmeelsus (esprit) oli lipukirjaks. Ta sai sõbraks romaani- ja näitekirjaniku Pierre de

Marivaux'ga, kelle komöödiaid sageli mängiti nii Comédie-Française's kui ka

Comédie-Italienne'is. Tema sõprade ringi kuulusid ka poeet ja näitekirjanik Antoine Houdar de la Motte ning matemaatik Joseph Saurin, kes oli esimene, kes näitas, kuidas kõvera puutujaid saab matemaatilise analüüsi abil leida. Maupertuis oli juba varem matemaatika vastu huvi tundnud, kuid nüüd, vanema kolleegi juhatusel muutus tema huvi kiindumuseks.

Kui nüüd tänapäeval sinna minevikku tagasi vaadata, siis võib täie kindlusega väita, et salongikultuuril oli paljude Prantsusmaa teadlaste kujunemises erakordselt suur tähtsus, sest tekkinud suhtlusvõrgustik - sageli kaunite aadlidaamide abil - aitas leida soodsaid positsioone ja üldse elus läbi lüüa. 

2. Teadustöö algus

Maupertuis valiti Teaduste Akadeemia assotsieerunud liikmeks 1723. aastal, mis ei läinud mitte ilma tugeva lobitööta ja kaugeltki mitte ilma akadeemiaga tegeleva ministri Jean-Frédéric Phélypaux de Maurepas  toetuseta. Pariisi TA oli saanud 1699. aastal oma põhikirja ja edasi töötas ta korporatiivsel kujul kuninga ning tema ministrite kaitse ning juhendamise all, kuigi tal polnud nii suurt autonoomiat kui ülikoolidel ja ametigildidel. Akadeemias kehtis range hierarhia, teadlased olid jagatud kuude klassi sõltuvalt uurimisobjektist, ja tähtsuse järgi kategooriatesse alates honoreeritutest  kuni vanemate pensionärideni (mitte meie tänapäevases mõttes) ja edasi assotsieerunute ja liitunuteni. Igal kategoorial olid täpselt defineeritud kohustused ja privileegid.

Honoreeritute kategooria koosnes amatööridest või teaduse patroonidest kõrgvaimulike, aadli või valitsusametnike kõrgemast ešelonist. Nad ei võtnud akadeemia koosolekutest regulaarselt osa, vaid ilmusid oma nähtavuse huvides enamasti vaid iga poole aasta takka toimuvatele avalikele koosolekutele. Mis puutub akadeemikute tasustamisse, siis kuuekümnest tegutsevast akadeemikust vaid 20 said pensioni, mis oli sisuliselt töötasu.

Maupertuis publitseeris juba 1724. aastal oma esimese teadustöö Muusikariistade kujust, milles uuris muusikariista kuju mõju selle kõlale. Edasi järgnesid artiklid maksimumide ja miinimumide kohta 1727.a. ning matemaatiliste kõverate kohta 1727., 1728. ja 1729. aastal.

Kuid mitte ainult matemaatikast polnud Maupertuis   huvitatud. Ta töötas sekretärina looduseuurija, abee ja akadeemiku Jean Paul Bignoni juures, kes mängis suurt rolli prantsuse teaduses XVII ja XVIII sajanditel, asutades ajakirju ja olles kuninga preester ja raamatukoguhoidja. Maupertuis looduseuurijalikku vaatlejaannet näitab selgesti tema artikkel salamandritest. Pariisi akadeemia vaidles sel ajal tuliselt selle üle, kas Leibnizi pakutud vis viva, siis mv² või Descartes'i liikumishulk mv, on jäävad suurused liikumises.    Selle vaidluse kõrgajal, 1728. aastal külastas Maupertuis Londonit ja selle kolmekuulise visiidi käigus tutvus ta suure hulga inglise matemaatikutega, kelle hulgas olid mitmed Prantsusmaalt põgenenud hugenotid. Abraham de Moivre'i soovitusel valiti ta Kuningliku seltsi liikmeks.

Selleks et laiendada oma matemaatikaalaste teadmiste ringi, läks Maupertuis Baselisse, Johann Bernoulli juurde õppima, olles enne seda küsinud maestro käest nõu, kuidas tõlgendada kõverate omadusi käänu- ja katkevuspunktides. Sest L'Hôpital'i raamatust Analyse des infinimens petits polnud ta vastust saanud. Muidugi teadis Maupertuis, et praktiliselt kõik ideed selles raamatus olid Bernoulli omad - selline oli olnud leping, kui L'Hôpital Bernoulli oma õpetajaks palkas. 

Maupertuis matrikuleerus Baselis 30. septembril 1729 ja veetis kogu sessiooni

Johann Bernoulli majas elades, saades suureks sõbraks vana Bernoulli poja Johann Bernoulli IIga. Tuleb öelda, et Maupertuis sai Baselis suurepärase hariduse - ta õppis tundma Descartesi'i keeriste teooriat Päikesesüsteemi ehituse selgitamiseks ja samuti Gottfried Wilhelm Leibnizi vaateid mehhaanikale, sest Johann Bernoulli oli Leibnizi kindel toetaja tema vaidluses Newtoniga. Siiski tunnistas Bernoulli Newtoni gravitatsiooniteooriat ülesannete lahendamise metoodika mõttes, kuid kuna Newton oli jätnud oma teooria sügavama selgituseta, siis oli isegi loomulik, et Bernoulli seisis Leibnizi selja taga. Sest kuidas saab üks keha teist mõjutada, kui nende vahel on vaakuum? Maupertuis oli Pariisis tagasi 1730. aasta juulis ja ta hakkas publitseerima töid mehhaanikast, kasutades kõike seda, mida ta Baselis oli õppinud. Ta omandas kiiresti laia profiiliga teadlase maine, eriti kui oli avaldanud oma esimesed tööd astronoomiast ja  diferentsiaalvõrranditest.

1732. aastal avaldas ta artikli ajakirjas Philosophical Transactions of the Royal Society of London, mis käsitles pöörlevaid kehasid, eriti aga Saturni rõngaid, mida Maupertuis pidas Saturni poolt haaratud komeedi sabaks. See huvitav töö sisaldas mõningaid vigu, mis näitasid, et Maupertuis polnud täielikult aru saanud Newtoni gravitatsiooniteooriast, kui see kirjeldab raskusvälja tahke keha sees.

Samal aastal kuulutas ta end Newtoni gravitatsiooniteooria toetajaks, avaldades suure töö Figures des astres. See oli suur julgustükk, sest nagu öeldud, Prantsusmaal oli valitsevaks Descartes'i keeriste teooria, mis aga oli ainult kirjeldav ega sobinud konkreetsete ülesannete lahendamiseks. Nii oli Maupertuis sukeldunud ka XVIII sajandi ühte suuremasse vaidlusse, mis käsitles Maa kui planeedi kuju - kas Maa on nagu sidrun poolustelt välja venitatud või nagu apelsin poolustelt kokku surutud. Newton oli oma teooria abil juba tõestanud, et Maa on apelsinikujuline, kuid ega Prantsusmaal teda ei usutud, sest Pariisi observatooriumi direktor ja astronoomide Cassini-dünastia rajaja Giovanni Domenico Cassini oli väitnud Descartes'i keeriste hüpoteesile toetudes vastupidist. Ja teda usuti kaugelt rohkem kui mingit inglasest Newtonit!

Vaidlus oli väga tõsine, sest 1718. aastal oli Jacques Cassini Pariisi akadeemias väitnud, et kaheksa järjestikuse kaarekraadi pikkused vähenevad pooluse suunas - seega on tegu sidruniga. Samal ajal aga oli Christiaan Huygens, toetudes Descartes'i keeriste teooriale (!) arvutanud, et Maa peab olema poolustelt lapik, tehes seda  pendlikatsete alusel - ekvaatoril oli raskusjõu mõju väiksem kui Pariisi lähedal.

Pariisi Akadeemia luges oma pühaks kohuseks see vastuolu lahendada ja tolleaegsesse Peruusse (praegu Ekuador) saadeti 1735. aastal Louis Godini juhtimisel ekspeditsioon, mis pidi mõõtma, kui pikk on ekvaatori lähedal üks kaarekraad mööda meridiaani (ekspeditsiooni kuulusid veel Maupertuis' suur sõber Charles Marie de la Condamine ning Pierre Bouguer). Kuna Pariisi lähedal oli selline mõõtmine juba Cassini juhtimisel tehtud, siis oleks nende mõõtmistulemuste võrdlemine kohe selguse toonud - kui kraad ekvaatori juures on pikem, on Maa sidrun, kui lühem, siis apelsin!

3. Lapimaa ekspeditsioon

Maupertuis nägi siin suurepärast võimalust pääseda rambivalgusesse - kui saata ekspeditsioon ka pooluselähedasse piirkonda kaarekraadi mõõtma, oleks tulemus palju kindlam, seda enam, et ta kahtles Cassini mõõtmiste täpsuses. Ekspeditsioon tähendas aga raha ja seda oli vaja palju. Siin tulid kasuks Maupertuis muusikaõpingud, sest ta otsustas rahasaamiseks hakata mõjutama tolleaegset Prantsuse laevastiku sisulist juhatajat  de Maurepas'd, tehes talle visiite ja lõbustades teda kitarrimänguga. Selline lähenemine osutus edukaks ja kaks aastat pärast Godini ekspeditsiooni algust, 2. mail 1736 lahkus laev Le Prudent Dunkirkist Rootsi poole. Pardal oli akadeemia liikmed  Maupertuis, Alexis-Claude Clairaut, Charles Étienne Louis Camus, Pierre Charles Le Monnier ning rootslane Anders Celsius, rääkimata ekspeditsiooni sekretärist de Sommereux'st, joonestajast d'Herbelot'st, krahv Cronhielmist, doktor Litheniusest   ning vaatlejast ja preestrist Reginaud Outhier'st. Stockholmi jõudsid nad 21. mail, kus neid paari päeva pärast esitles kuningale Prantsusmaa saadik krahv de Casteja, ja alles 6. juunil reisisid nad edasi põhja poole. Nad lõid üles laagri Soome ja Rootsi piiril Torneå's ning viisid läbi eduka trigonomeetrilise mõõtmise, hoolimata, nagu nad ise ütlesid “sääskede kohutavatest rünnakutest suvel ja karmi pakase näpistamisest talvel”. Tagasiteel elasid nad üle laevaõnnetuse Botnia lahe Piteå saarestikus - nende laev hakkas lekkima ja tüürimees otsustas laeva randa ajada, olles enne laeval olnud laualasti üle parda saatnud. Kõik inimesed pääsesid ja nad suutsid päästa samuti vaatlustulemused ning instrumendid. Ka laev saadi hiljem töökorda. Maupertuis esines Pariisi Akadeemia ees 20. augustil 1737, kus teatas, et tema mõõtmised kinnitavad seda, et Maa on poolustelt lapik.

Miks valis Maupertuis oma mõõtmisteks kõikidest kohtadest just Lapimaa, sest juttu oli olnud ka Islandist? Saatuse tahtel oli noor rootsi teadlane Anders Celsius just sel ajal Pariisis ennast täiendamas ja kuulnud Maupertuis plaanist, pakkus välja idee teha triangulatsioon Botnia lahe saartel. Kui Maupertuis kohale jõudis, siis selgus tõsiasi, et see kogunisti võimatu oli, sest saared olid madalad ja signaalid oleks pidanud väga kõrged olema.  Kuid  Torneå jõe org pakkus suurepärase võimaluse mõõtmised ära teha. Esiteks voolab jõgi peaaegu täpselt mööda meridiaani põhjast lõunasse ja teiseks on jõe mõlemal kaldal sobivaid künkaid suhteliselt madalate signaalide püstitamiseks.

Maupertuis tegi oma ekspeditsioonist ja selle suurepärastest teadustulemustest tõelise meediasündmuse - kirjutas raamatu Sur la Figure de la Terre ja esines loengutega, materdades seejuures halastamatult Cassinit selle “sidruni” pärast. Tõsi, mõnevõrra kahandasid Maupertuis võidurõõmu Rootsist aasta pärast ekspeditsiooni Pariisi jõudnud õekesed Elisabeth ja Christine Planströmid, kelle isa majas osa ekspeditsiooni liikmeid olid peatunud ja ilmselt siis tüdrukutele Pariisist imeasju kokku tõotanud (tõsi ta on, et Maupertuis oli Christine'le isegi luuletuse pühendanud). Maupertuis koos oma sõpradega nägi palju vaeva tüdrukute elu korraldamisega, sest Rootsi tagasi ei tahtnud nad mitte mingil juhul minna.

5. Taas teadustööl

1739. aastal sõbrunes ta lähemalt tolle aja harituima naise Gabrielle  Émilie Le Tonnier de Breteuil du Châtelet ja tema armukese François Marie Arouet'ga, kes on rohkem tuntud suure valgustaja Voltaire'i nime all. Maupertuis veetis üsna palju aega nende kodus Cirey's, õpetades naisele geomeetriat. Mõnedel andmetel olid nendevahelised suhted üsnagi mittegeomeetrilised.

Maupertuis suhted Johann Bernoulliga halvenesid pärast seda, kui Maupertuis kuulutas end Newtoni pooldajaks. Nüüd püüdis ta neid suhteid parandada Bernoullile küllasõiduga Baselisse, kus ta sõbrunes üha enam Johann Bernoulli pojaga, kes kannab sama nime (siis Johann Bernoulli II, aga oli veel ka selle mehe poeg Johann Bernoulli III. Lüürilise kõrvalepõikena olgu öeldud, et Johann Bernoulli II pojapojapojapoja, kuulsa saksa proosakirjaniku, luuletaja, esseisti ja kriitiku  Hermann Hesse vanaisa Carl Hermann Hesse töötas aastatel 1833 - 1885 Paides maakonnaarstina. Siin sündis ka Hermann Hesse isa Johannes).     

1739. aastal andis de Maurepas Maupertuis'le kopsaka palga, mille eest too pidi töötama navigatsiooniprobleemide kallal. Tuleb öelda, et Maupertuis tegi seda tööd suure kohusetundega ning avaldas 1741. aastal töö Discours sur la parallaxe de la lune ja 1743. aastal töö Astronomie nautique. Kuigi need polnud otse navigaatoritele kirjutatud, olid nad ometi väga kasulikud navigatsiooniteooria parandamiseks

6. Berliini saaga algus

1740. aastal saabus Maupertuis' elu suurpäev, sest Preisimaa kuningas Friedrich II Suur kutsus teda Berliini, kuna kavatses üles ehitada tugeva teaduste akadeemia (Societas Regia Scientiarum)  ja Maupertuis'st pidi saama selle akadeemia president.  Maupertuis sõitiski Berliini, kuid kuningaga kokku tal saada eriti ei õnnestunud, sest see pidas parasjagu Austriaga sõda Sileesia pärast. Maupertuis'l ei jäänud muud üle, kui sõita kuningat sõjaväljal otsima.

Aprillis 1741. aastal nad saidki kokku enne Mollwitzi lahingut, kuid põhjalikku juttu ajada neil taas ei õnnestunud, sest kartes lüüasaamist lahkus kuningas sõjaväljalt  kiiresti oma väejuhi feldmarssal von Schwerini soovitusel vahetult pärast austria ratsaväe rünnakut, milles preisi armee parem tiib purustati (tegelikult arvatakse, et von Schwerin kogenud sõdurina tahtis täiesti kogenematut kuningat lihtsalt jalust ära saata, et see rumalaid käske ei saaks anda). Ja kuigi lahingu algus oli olnud preislastele kohutav, suutsid nad oma täiuseni viidud distsipliini ja kiirelt laaditavate püssidega austerlased puruks lüüa. Segastel asjaoludel oli Maupertuis osanud austerlaste kätte vangi langeda ning ta viidi sõjasaagina Wieni. Siiski koheldi teda seal erakordselt viisakalt ning lasti peatselt vabaks. Ta pöördus tagasi Berliini, kuid kuna kuningaga ta ikkagi tõsist kontakti ei saanud, siis sama aasta juunikuus oli ta juba Pariisis.

Siin oldi aru saanud, et Maupertuis peab olema sellise kaliibriga mees, keda Preisimaa kuningas ise endale kangesti tahab. See, ja muidugi Maupertuis seltskondlik kaal olid põhjusteks, miks Louis XV nimetas Maupertuis Teaduste Akadeemia asedirektoriks ja juba järgmisel aastal direktoriks. Ja nagu sellest oleks olnud veel vähe, võeti ta 27. juunil 1743 Prantsuse Akadeemia liikmeks. Järgmisel aastal läks ta juba mitmendat korda Baselisse Bernoulli juurde ja sealt Prantsuse sõjalaagrisse, kus piirati koos preislastega Freiburgi linna. Ta oli nimelt oma headelt sõpradelt François de Franquetot de Coigny'lt, hilisemalt Prantsusmaa marssalilt ja René-Louis de Voyer de Paulmy'lt, d’Argensoni markiilt, kes oli Louis XV välisminister, uurinud, et kas ta ei võiks Friedrich Suure juurde sõita nagu Prantsusmaa saadik, kes teatab kuningale hea uudise Freiburgi langemisest.  Selle loa ta ka sai, kuid pidi ootama, kuni linn võetud sai. Alles siis sõitis Maupertuis heade uudistega Friedrich Suure juurde, kes avaldas Maupertuis'le tugevat survet hakata vahepeal kosunud Berliini Akadeemia presidendiks. Kuningas oli muutuste märgiks oma lapse ka ümber ristinud - Académie Royale des Sciences et Belles-Lettres de Prusse ja töökeeleks sai ladina keele asemel prantsuse keel, mida ka kuningas laitmatult valdas. Kiusatus oli Maupertuis'le liiga suur ja ta otsutas pakkumise vastu võtta, kuigi ta elu lõpuni saksa keelt selgeks ei saanudki ja Maupertuis pidi oma sekretär-tõlgi abi kasutama. Aga ikkagi jäi sellest väheseks, sest akadeemia igapäevaelu toimus saksa keeles.

Nii sõitis Maupertuis 1745. aastal Pariisi tagasi, et oma sealne tegevus viisakalt lõpetada. Kui ta Berliini tagasi jõudis, siis pidas ta pulmad printsess Amelia toaneitsi, kindralitütre ja luterlase Eleonor Borckiga 25. augustil 1745. Neiu oli Maupertuis'st tunduvalt noorem ja tema usk tegi katoliiklasest Maupertuis'le palju tüli.

7. Berliini saaga jätkub

Maupertuis oli selleks ajaks langetanud otsuse siduda oma edasine saatud Berliiniga ja Pariisi Akadeemia arvas ta oma liikmete hulgast välja. See sündis küll tema vana vaenlase Jacques Cassini juhitud kampaania tulemusena.

Friedrich Suur nimetas Maupertuis Berliini Akadeemia presidendiks 12. mail 1746 ja selles ametis oli ta kaheksa järgnevat aastat. Algus polnud kuigi roosiline, sest juba juunis suri Maupertuis isa ning ta pidi Pariisi tagasi minema, kuhu jäi kuni septembrini.

Maupertuis püüdis väga Berliini Teaduste Akadeemia renomeed tõsta, kuid see ei tahtnud edeneda. Üks häda oli muidugi see, et ta saksa keelt sugugi ei mõistnud ja teine häda, palju suurem esimesest, oli see, et kuigi kuningas tahtis maailmaklassi akadeemiat, ei tahtnud ta ometi selleks raha anda, et maailmaklassi teadlasi Berliini meelitada. Maupertuis katsus asjast nii jagu saada, et ta nimetas kuulsaid teadlasi akadeemiaga assotsieerunuks, st otseselt nad akadeemikud ei olnud ega siis ka palka ehk nagu seda nimetati, pensioni, ei saanud. Üks kuulsus akadeemias siiski oli ja see oli Leonhard Paul Euler, kes Berliini oli tulnud Sankt-Peterburgist ja kes sai, ning ka jäi Maupertuis heaks sõbraks. 

Maupertuis kirjutas sel ajal palju, küll matemaatikast, geograafiast, filosoofiast, bioloogiast, astronoomiast ja kosmoloogiast. Aga samuti ka töö Réflexions sur l'origine des langues et sur la signification des mots - siis keelte päritolust ja sõnade tähendusest. Teatud pingutusega võiks Maupertuis'd lugeda seega semiootika vundamendi rajajate hulka. Vast üheks tähtsamaks bioloogiaalaseks tööks tuleks lugeda tema 1745. aastal kirjutatud traktaati Vénus physique (Maine Veenus), milles ta arutles embrüo moodustumise bioloogilise teooria üle. Valgustusajal oli valdavaks teooria, et Jumalik Mõistus lõi maailma, ka elavad organismid ja siis ta enam arengusse ei sekkunud, lastes maailmal edaspidi toimida Tema Enda antud seaduste alusel  kui üleskeeratud kellal. Kuidas siis aga  seletada keerulise elusorganismi teket amorfsest munast ja spermast? Eks ikka nii, et isane koer-masin saab kokku emase koer-masinaga ja peatselt saame kolmanda - poeg-masina. See teooria mõtlejaid ei rahuldanud ja 1670. aastate paiku ütlesid bioloogid, et ega see muna ja sperma nii lihtsad polegi ja et iga muna (ning sperma) sees on täielikult eelformeerunud isend, ainult tibatilluke. Ta vajab vaid õigeid tingimusi kasvamiseks. Paljunemine käiks siis nii, et kuna tiba-isendid on kõigega täielikult komplekteeritud, siis on nende sees ka olemas uued tiba-isendid jne.

Nii et isendid oleks nagu hiiglakeerulised vene matrjoškad.

Maupertuis vaidles niisugusele teooriale vastu öeldes, et indiviid ei saa olla eelformeerunud kas siis vanemate munas või spermas, sest ta pärib mõlema vanema omadusi. Selle asjaolu selgitamiseks postuleeris Maupertuis, et on olemas pärilikkuse aine vanemate munas ja spermas, mis vastab tekkiva loote osadele. Need osad saavad kokku keemilise tõmbe kaudu, nii et isapoolne osake saab kokku vastava emapoolse osakesega. Maupertuis arvas ka, et uued liigid võivad tekkida selliste ühinemiste eri variatsioonide geograafilisest isolatsioonist. Tuntud evolutsioonibioloog Ernst Walter Mayr ütles Maupertuis kohta, et ta oli üks geneetika pioneeridest. Tõepoolest,  oleks ta ainult viinud oma ideed loogilisse lõpp-punkti, oleks teda hinnatud kui evolutsiooniteooria vundamendi rajajat. Ja kuigi ta esitas mehhanismi, mille abil üks liik võib teiseks muutuda, ei suutnud ta postuleerida seda edasiviivat jõudu, nimelt looduslikku valikut.

8. Vähima mõju printsiip

Tänapäeval on Maupertuis kindlasti kõige paremini tuntud tema vähima mõju printsiibi tõttu. See oli 1746. aastal, üsna peatselt pärast Berliini Teaduste Akadeemia direktoriks saamist, kui ta tuli välja selle mõttega, kuid alles neli aastat hiljem publitseeris ta selle printsiibi oma töös Essai de cosmologie. Maupertuis lootis, et see printsiip võiks ühendada universumi seadused ja ta kombineeris selle Jumala olemasolu tõestamisega. Leonhard Euler andis sellele printsiibile range matemaatilise kuue, kirjutades, et kui keha massiga m liigub kiirusega v punktist a punkti b, siis integraal punktist a punkti b funktsioonist mv mööda liikumisteed peab olema väiksem kõikidest teistest samade radadega, kuid erinevate trajektooridega  integraalidest.

Tänapäeval kasutatakse enamasti Hamiltoni printsiip, mis on palju üldisem ja mis väidab, et füüsikalise süsteemi dünaamika määratakse teatud ühe muutuja funktsioonil põhineva funktsionaali variatsioonprobleemiga. Seda funktsiooni nimetatakse süsteemi lagranžiaaniks ja see sisaldab süsteemi kogu füüsikalise informatsiooni ning kirjeldab kõiki sellele süsteemile mõjuvaid jõudusid. Kuigi Hamiltoni printsiip formuleeriti alguses klassikalise mehhaanika jaoks, kehtib see sama hästi ka elektromagnetiliste ning gravitatsiooniliste väljade puhul, samuti ka kvantmehhaanikas ning kvantväljateoorias.

Vähima mõju printsiibiga on seotud väga kurb episood Maupertuis elu lõpuaastatel. Kui Maupertuis õppis omal ajal Bernoulli juures Baselis, siis õppis seal ka 14 aastat Maupertuis'st noorem andekas poiss Johann Samuel König. Noormehed sõbrunesid ja kui Maupertuis hakkas andma markiis du Châtelet'le geomeetriatunde, siis soovitas ta markiisile ka Königit, kes võetigi tööle matemaatika ja Leibnizi filosoofia õpetajana. Kuid ta läks peagi markiisiga tülli, arvatakse, et töötasu pärast. Hiljem ta pagendati ka Bernist kümneks aastaks, sest kirjutas alla mingile liberaalsele petitsioonile. Kui Maupertuis sai kõrge ameti Berliini TAs, siis vana sõpruse nimel, aga samuti ka Königi väljapaistva andekuse nimel toetas ta igati Königi valimist selle akadeemia akadeemikuks. Kuid kaks aastat hiljem tegi König midagi eriskummalist, sest 1751. aastal tõi ta Maupertuis'le töö avaldamiseks akadeemia toimetistes. Ilmselt Maupertuis tööd läbi ei lugenud, vaid usaldades sõpra soovitas selle avaldamiseks. See avaldatigi sama aasta märtsis ja alles siis luges Maupertuis selle läbi. Artiklis väitis König esiteks seda, et vähima mõju printsiip on vale ja teiseks, et Leibniz defineeris selle printsiibi enne Maupertuis'd oma kirjas Johann Hermannile 1707. aastal. Maupertuis nõudis, et König esitaks oma tõendi selle kohta, kuid ainus, mida König esitas, oli mingi paber, mis pidi olema selle kirja koopia ja et originaal pidi olema kellegi šveitslase Henzi käes, kes oli aga mingi vandenõu pärast hukatud. Kirja originaali ei leitudki, kuigi Henzi maja otsiti põhjalikult läbi. Maupertuis nõudis nüüd Euleri toel, et König tunnistaks avalikult laimamist. Seda König ei teinud, vaid lahkus akadeemiast.

Voltaire, kes oli olnud Maupertuis suur sõber ja kes oli Friedrich Suurele Maupertuis'd soovitanud Berliini TA uuendamiseks, oli hiljem muutunud Maupertuis' üheks suurimaks vaenlaseks, sest kuningas eelistas Maupertuis' sõprust. Voltaire kasutas nüüd seda Königi juhtumit, et kallata Maupertuis üle laimu ja pilgetega. Ja kuna Voltaire oli terava sulega, siis mõjus see Maupertuis'le äärmiselt masendavalt.                             

9. Elu lõpuaastad

Friedrich Suur püüdis igati toetada oma akadeemia presidenti, kuid Maupertuis tervis hakkas kiiresti halvenema, teda piinasid mõtted, miks olid ta head sõbrad König ja Voltaire end nii tema vastu pööranud. Maupertuis lahkus 1753. aastal Berliinist ja sõitis Pariisi, jäädes sinna aastaks. Friedrich Suur nõudis kogu see aeg Maupertuis tagasipöördumist Berliini, sest akadeemia töö kippus käest minema.  1754. aasta kevadel pöörduski Maupertuis Berliini, kuid seal langes ta kellegi tüdruku väljapressimise objektiks, kes väitis, et Maupertuis on tema lapse isa. 

1756. aastal suri Jacques Cassini ja vahetult pärast seda taastati Maupertuis liikmesus Pariisi akadeemias ning talle määrati akadeemia poolt pension. Ta pöörduski tagasi Pariisi 1756. aastal, kuid septembris oli ta juba viimast korda oma kodukohas St Malos. Arstid soovitasid tal sõita Itaaliasse tervist parandama ja seda ta tegigi 1757. aasta juunis.

Ja nagu kõikidest nendest katsumustest veel vähe oleks, algas kõigele lisaks Prantsuse-Preisi sõda, mis tegi Maupertuis seisukorra Pariisi-Berliini akadeemiate teljel äärmiselt haavatavaks. Itaaliasse Maupertuis siiski ei jõudnud, sest tervis halvenes niivõrd, et ta pidi tegema seitsmekuulise peatuse Bordeaux's, kuid lõpuks jõudis Baselisse oktoobris 1758, kus ta oli külaliseks Johann Bernoulli II kodus. Järgmise aasta suvel sai ta aru, et elu on lõppemas, ta kutsus oma naise Baselisse, kuid Maupertuis suri enne naise kohalejõudmist. Maupertuis maeti Baseli lähedale Dornachi.

Kuulus Ameerika geneetik Bentley Glass on väitnud, et Maupertuis oli ennekõike uhke - nii oma intelligentsuse kui saavutuste üle ja emma-kumma ründamine haavas teda sügavalt.  Tema kinnismõtteks oli kogu elu hoolitsemine oma reputatsiooni eest. See pani teda mõningaid oma töid avaldama valenimede all, et sondeerida avalikkuse reaktsiooni. Ja isegi isiklikult valima oma tööde kirjapilti. Kuid hoolimata kõigest oli ta ilma igasuguse kahtluseta oma aja üks väljapaistvamaid õpetlasi.   

Tänuavaldus

Avaldan sügavat tänu Hans-Fredrik Wennströmile, kes igati toetas minu huvi Maupertuis vastu ja saatis mulle mitu raamatut  Maupertuis ekspeditsiooni ja selle tulemuste kohta.

Kasutatud kirjandus

1. Terrall, Mary: The Man Who Flattened the Earth, University of Chicago Press, Chicago and London, 2006.
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Pierre_Louis_Maupertuis
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Maupertuis%27_principle
4. http://www.gap-system.org/~history/Biographies/Maupertuis.html 5. Tobé, Erik: Fransysk visit i Tornedalen 1736-1737, Tornedalica, Luleå, 1986.

1. Outhier, Reginaud: Journal från en resa till Norden år 1736-1737, Tornedalica, Luleå, 1982.
2. Maupertuis, Pierre Louis Moreau de: Jordens figur, Tornedalica nr. 23, Kalix, 1977. 
3. Wennström, Hans-Fredrik: Gradmätningar, lk. 141-155. Ed. Thomas Lundén,  “Kartan och verkligheten”, YMER, årgång 128,  2008.

Maupertuis põhilised tööd

• Sur la figure de la terre (1738)
• Discours sur la parallaxe de la lune (1741)
• Discours sur la figure des astres (1742)
• Eléments de la géographie (1742)
• Lettre sur la comète de 1742 (1742)
• Accord de différentes loix de la nature qui avoient jusqu’ici paru incompatibles (1744, English translation)
• Vénus physique (1745)
• Astronomie nautique (1745 and 1746)
• Les loix du mouvement et du repos déduites d'un principe metaphysique (1746, English translation)
• Essai de cosmologie (1750). 

2.1.1 Willebrord Snellius (1580 – 1626)

Willebrord Snellius (1580 – 1626), hollandi astronoom ja matemaatik, määras Maa ümbermõõdu 3,5% täpsusega.

3.1.1 Laseri leiutamisloost

Laserite leiutamisloos on küllaga põnevust ja dramatismi. Järgneva kirjatüki autor on Henn Käämbre ning see on omal ajal ilmunud õpiku Aatom, molekul, kristall õpetajaraamatus. 

Kui Charles Townes 1939. aastal lõpetas PhD kraadiga Kalifornia Tehnoloogiainstituudi (Caltechi), sai ta tööle firma Bell Telephone uurimislaborisse. Seal sai ta esialgu üsna mitmesuguseid ülesandeid. Kuid peagi tuli peale sõda, ka Belli laborilt nõuti maa sõjavõimsusele kaasaaitamist. Huvikeskmes oli sõdalaste raadiosilm – radar. Raadiolokaatorite täiustamisega tuli Townes'ilgi tegelema hakata. Tellijad nõudsid üha lühemal lainepikkusel töötavaid lokaatoreid: mida lühemad lained, seda suurem lahutusvõime (nagu mikroskoobi puhulgi). Townes oli tegev sentimeeter-laine radari loomisel. Radar sai valmis, kuid ei võtnud vedu: vee (udu, sademete, pilvede) neeldumine oli ses lainealas liiga tugev ja kustutas signaali. Kuid radaritöödest saadud ohtrad mikrolainekogemused innustasid Townesi neid kasutama aine süvastruktuuri uurimiseks raadiospektroskoopia meetoditega.

1948 avanes Townes'il võimalus siirduda tööle Columbia ülikooli. Rõõmuga võtab ta pakutud professorikoha vastu, sest "… Columbia oli enam huvitatud füüsikast, neist asjust, mis mindki huvitasid. Pealegi meeldis mulle elu ülikoolis palju enam [kui tööstuslaboris], olen ikka sinna kippunud."

Järgmisel, 1949. aastal saabub Columbiasse äsja Toronto ülikoolis promoveerunud Schawlow. Kuna temagi on huvitunud mikrolaine-spektromeetriast, satub ta Townes'i rühma. Sõlmub nende pikaajaline koostöö ja koguni sugulussidemed: Schawlow'st saab peagi Townes'i õemees. 1955 ilmub nende ühine raamat Mikrolaine-spektroskoopia. Townes meenutab Einsteini poolt juba 1916. aastal osundatud stimuleeritud kiirguse olemasolu ja murrab pead, kuidas seda rakendada molekulide uurimiseks. Siit algaski tee maseriteni ja hiljem laseriteni. Ta teab, et lühemate mikrolainete vastastikmõju molekulidega on tugevam, seega on nad paremad tööriistad spektroskopisti käes. Kuid kuidas neid tekitada? Vajalikud õõsresonaatorid olnuks valmistamiseks liiga pisikesed.

Townes tuleb mõttele kasutada kiirguritena molekule endid. Kuid talle näivad ületamatuna mõned printsipiaalsed takistused. Hiljem on ta jutustanud, et õnnelik idee tuli talle ühe nõupidamise eeli hommikul Washingtonis pargipingil istudes. Naasnud Columbiasse, paneb ta oma doktorandile James P.Gordonile ette üritada ehitada mikrolainegeneraator stimuleeritud kiirgusel. "Ma loodan, et see hakkab tööle, kuid kindel ma ei ole," sõnab Townes ülesannet andes. Hiljem värbab Townes veel appi L.Zeigeri. Tööaineks valitakse Townes'ile mitmete omaduste poolest hästi tuttav ammoniaagi (NH₃) aur. Selekteerides mittehomogeenses magnetväljas välja ergastatud ammoniaagimolekulid, suunatakse need resonaatorisse, kus pannakse stimuleeritult kiirgama. Teades, et võistlejaid pole, keegi teine midagi taolist teha ei kavatse, töötatakse suhteliselt aeglaselt ja süstemaatiliselt, "doktorandi tempos".

1953 võisid nad demonstreerida töötavat lämmastikmaserit. Stimuleeritud kiirgus oli rakkesse pandud. Umbes samal ajal said ammoniaakmaseri tööle ka Bassov ja Prohhorov Moskvas. Kuid kõik mõistsid, et see pole kaugeltki piir. Võimalik on stimuleeritud kiirgus tööle panna ka infrapuna ja nähtavas spektripiirkonnas.

Schawlow oli vahepeal siirdunud firma Bell laboritesse. Nad hakkavad jälle tihedamini kohtuma Townes'iga, kui viimane võtab 1956 vastu professoritöö kõrval ka Belli labori konsultandikoha. Vestlustes selgub, et mõlemad mõtlevad pingsalt võimaluste üle kvantgeneraatorite loomiseks spektri optilises piirkonnas ja otsustavad jõupingutused ühendada. Tublisti teeb muret vajaliku üliminiatuurse resonaatori probleem. Schawlow leiab lahenduse: õõsresonaatori asemel tuleb kasutada avatud resonaatorit, ära jättes kõik teised seinad peale kahe vastastikuse, mille vahel siis tekivad võimendatava/genereeritava kiirguse seisulained. Teisisõnu – jutt on laseri peeglipaarist. Samalaadne ja enamvähem samaaegne mõte tuleb ka A.Prohhorovil Venemaal.

Nõndaviisi valmib 1958 Schawlowi ja Townesi ühisartikkel laseri teoreetilistest ja tehnilistest alustest, mis ilmub Physical Review detsembrinumbris. Sellest hetkest arvestatakse tihti laseri vanust, kuigi töötavat laserit "rauas", tegelikkuses ei olnud veel olemas. Ühtlasi annavad nad sisse patenditaotluse, mis kahe aasta pärast, 1960 rahuldatakse. Samal aaastal, 16. mail saab Th. Maiman esimesi välkeid maailma esimeseslt, rubiinlaserilt. Kuid siinkohal oleks kohane anda sõna sündmuste vahetule osalisele, Dr. Ammon Yariv'ile Caltechist.

1998 korraldas USA firma Lucent vastuvõtu laseri 40nda sünnipäeva puhul, tähistamaks Schawlow' ja Townes'i artikli ilmumise ümmargust tähtpäeva. Kohal olid ka Schawlow ja Townes ise. Dr Amnon Yariv Kalifornia Tehnoloogiainstituudist jagas seal oma mälestusi.

"1960ndal aastal ma liitusin väikese uurimisrühmaga Belli laboris. Schawlow' ja Townes'i artikkel oli ilmunud juba kaks aastat tagasi, ja kogu maailmas käis äge rebimine: kes saab valmis esimeses laseri.

Belli juures mässas sellega kolm-neli rühma: Derrick Scoville, C.G.Garrett, Ali Javan ja veel mõned. Igaüks rühkis edasi omamoodi. Kes saab esimeseks? Mis seal salata, me vedasime kihlagi.

Suvel läksin naise ja äsjasündinud beebiga puhkusele San Diegosse. Saime nädalakese seal olla, kui helistas mu boss Jim Gordon: "Kuule, üks kutt Hughesi laborist Malibus ütleb, et ta on teinud laseri. Kas sa võiksid võtta firma kulul päevakese ja kihutada Malibusse? Vaata, mis seal's päris on." Öeldud, tehtud.

Tegin siis selle kolmetunnise otsa ära ja otsisin Ted Maimani välja. Ta näitas mulle oma esimesi tulemusi, ise ilmselt kõvasti närvis. Aimasin, et ega ta endas päris kindel olnud. Aga kui te kuulutate, et olete teinud maailma esimese laseri, eks ta ajab närvi küll. Ja talle oli nii kangesti julgustust vaja.

Esimese laser.	Esimese laseri komponendid. Spiraalne klaastoru on gaaslahenduslamp valgusvälke tekitamiseks, punane toru on rubiinsüdamik, kust laser valgust kiirgab, korpuses on peeglid.

Noh mulle tundus, et tal oli tõepoolest laser käes ja seda ma talle ka ütlesin. Siis helistasin Jim Gordonile tagasi ja ütlesin: "Jim, mulle paistab, et me oleme võidujooksu kaotanud."

Kuid ega me kaotusega leppida tahtnud. See on nii Belli rahva moodi. Seletasime: "See on vaid impulsseade. Mis see ka ära ei ole." Kuid eks te tea, kui palju impulsslasereid sest ajast peale on tehtud ja tööle pandud.

Oma kvantelektroonika tudengitele jutustan ma alati sellest õppetunnist: meie töötasime laseri loomiseks, kõvasti, meil oli taga tugev tehniline abiteenistus, aga meil oli mõttes ainult pidevalt kiirgav alalislaser. Ja meil ei tulnud kordagi pähe üritada teha impulsslaserit, mis on muidugi palju lihtsam.

Aga Ted Maiman, töötades Hughesi laboris üksipäini, tegelikult vastu oma šefi tahtmist, oskas leida teise, edukama lähenemise. Niisiis meil oli, mida temalt õppida.

Need olid väga erutavad päevad, sest peaaegu kõik, mis me tegime, oli tollal uus ja pikemata trükis avaldatav".

Maimani erutus saab eriti mõistetavaks, kui arvestada, et tollal oli tal ainsaks tõestuseks, et laseri genereerimislävi oli ületataud, spektri kiirgusjoone järsk kitsenemine. Mõistnuks ta ereda valguslaigu laserist lihtsalt seinal suunata, olnuks see palju näitlikum ja kindlam argument.

Jääb vaid lisada, et 10. detsembril 1964 ulatas Rootsi kuningas aastakümnetega välja kujunenud rituaali kohaselt Bassovile, Prohhorovile ja Townes'ile Nobeli preemia kuldmedalid ja sertifikaadid. Preemia formulatsioonis on öeldud, et see anti "teedrajavate tööde eest kvantelektroonikas, mis viisid maseri/laseri põhimõttel rajanevate generaatorite ja võimendite loomisele". 17 aastat hiljem, 1981 sai Nobeli ka Schawlow, "teenete eest laserspektroskoopia arendamisel". "Lõpuks tasuti ammune võlg", ütles seepeale Townes.

Laseri lugu jääks aga ülekohtuselt poolikuks, kui me ei mainiks veel üht Ameerika leidurit, Gordon Gouldi (s. 17.07.1920). Columbia ülikooli assistendina puutub Gould kokku Townesiga ja suure leiundusfännina hakkab samuti juurdlema laseri loomisvõimaluste üle. Ööl vastu 10. novembrit 1957, otsekui äkilise ilmutuse ajel, leiab Gould lahtise resonaatoriga laseri printsiibi, visandab tema konstruktsiooni ja näeb ette rea tema rakendusvõimalusi tööstuses. Ta notariseerib sedamaid oma märkmed, kuid ekslikult arvates, et patenteerimiseks peab tal olema töötav laseri prototüüp, esitab avalduse alles 1959. Muidugi hilja: Schawlow' ja Townes'i artikkel on juba ilmunud ja patenditaotluski sees. Järgneb raudsete närvidega Gouldi ja tema toetajate 30-aastane patendisõda, milles on ajuti helgemaid hetki, kuid enamasti musta lootusetust. Siiski, 1985-86 saab ta lõpuks rea patente laseri teistel leiutajatel kahe silma vahele jäänud aspektide peale ja on nüüd rikas mees: teiste patendid on juba aegunud, tema honorarid alles jooksevad. Selge, et Gouldi taotlused äratasid nii laseritööstureis kui ka teistes leidureis raevu ja laseriloo tavakäsitlustes teda ei mainita. (Lähemalt vt H.Käämbre, Kolmekümneaastane patendisõda, Luup nr 13(122), 21.07.2000, lk 22-23.)

Laseri leiutamislugu on suurepärane näide alusuuringute praktilistest viljadest. Mitte keegi ei planeerinud ja kavandanud "projekti" (nagu nüüd igast asjast kombeks öelda) nimega "Ülivalgusallikas laser". Schawlow meenutab: "Oletasime, et tal võiks olla mõnesuguseid rakendusi sidepidamises ja teadustöös, kuid muid rakendusi ei tulnud meil pähegi. Kui neid olnukski, oleks nad meid vaid kammitsenud ja loonud tarbetut pinget."

Ja Townes lisab: "Milline uurimisplaneerija, kavandades ereda valgusallika loomist, oleks alustanud molekulide mikrolaineuurimisega? Või milline tööstur, otsides uusi lõike- ja keevitusriistu, või arst, soovides uut kirurgiainstrumenti, oleks õhutanud uurima mikrolainespektroskoopiat? Kogu kvantelektroonika on tõeliselt krestomaatiline näide sellest, kuidas kõige laiema rakendusväljaga tehnoloogia kasvab ootamatult ja ettekavatsematult välja alusuuringutest."

Suurte ja pöördeliste, kogu teaduse paradigmat pea peale pööravate avastustega pole tihti kerge harjuda isegi suurtel meestel. Ch.Townes kirjeldab om kohtumist Bohriga 1954. aastal Kopenhaagenis. Bohr päris temalt, millega ta tegeleb. Townes kirjeldas talle maserit ja selle ülimalt ainusageduslikku kiirgust. "Aga see pole ju võimalik!" hüüatas Bohr. Townes püüdis teda veenda, kuid toetudes Heisenbergi ebatäpsuse relatsioonile, jäi Bohr kindlaks, et kui molekulid lipsavad maseris läbi resonaatori suure kiirusega, peavad nende kiirgusjooned olema laiad. Kui Townes ajas ikkagi oma, Bohr taandus: "Nojah, võibolla teil on tõesti õigus." Kuid Townes'ile jäi ikkagi mulje, et see oli vaid Bohri tavaline viisakus, veenda teda ei õnnestunud. Väga sarnane jutuajamine oli Townes'il mingil banketil ühega kompuutrite isadest, ungari matemaatiku John von Neumanniga. Üksnes selle vahega, et mõne aja pärast loovis Neumann Townes'i juurde tagasi ja sõnas: "Jah, teil on ikkagi õigus." Tema ümberveendumisest andis kõige kindlamat tunnistust see, et tema järelejäänud paberite hulgas leidus kirjakontsept Edward Tellerile, kus ta arutleb võimaluse üle luua infrapunalaserit pooljuhtidel, mida tugevasti pommitatakse neutronitega.

3.2.1 21. mai 1946: Louis Slotinist saab „deemonsüdamiku” teine ohver

1989. aasta filmi  „Fat Man and Little Boy”  üks kõige haaravamaid stseene ei ole Trinity katse meisterlik kujutamine. See on hoopis stseen, kus väljamõeldud füüsik Michael Merriman keerab vussi kriitilisuse katse ja saab selle käigus surmavalt kiiritada. Merrimani tegelaskujus on ühendatud kaks tõelist füüsikut, kelle surm tegi neist teistlaadi sõjaohvrid.

Kriitilisuse uuringud Los Alamose riiklikus laboratooriumis olid äärmiselt ohtlikud radioaktiivsete ainete tõttu, mida nende käigus käsitseti. Robert R. Wilson meenutas omaenese nappi surmast pääsemist, kui ta abistas kriitiliste agregaatide rühma kuuluvat füüsikut määramisel, millal saavutatakse kriitilisus, kui laduda järjest virna rikastatud uraanhüdriidi kuubikuid. Rühm ei kasutanud tavalisi keerukaid ohutusseadiseid, mida sel ajal tsüklotronide juures tarvitati. Selle asemel oli neil lihtne sisseseade, mis hõlmas puust lauda, ühte neutroniloendurit kriitilisuse jälgimiseks ja mitut rikastatud uraanhüdriidi kuubikut.

Wilson jälgis, kuidas füüsik hakkab uraanikuubikuid virna laduma, ja märkas siis ehmatusega, et neutroniloendur ei tööta, sest toitepingeallikas on läbi põlenud. Kui loendur jälle sisse lülitati, süttis selle märgutuli kohe. „Veel paar kuubikut ja virn oleks kriitilisuse ületanud ning võinud väga hästi surmavaks muutuda,” meenutas Wilson.

Raevunult kaebas Wilson selle kohta Oppenheimerile endale. Et ta pidi aga Trinityst järgmisel päeval lahkuma, lasi ta vahejuhtumil vaibuda. Wilson uskus, et kui ta oleks kohale jäänud ja asjaga edasi tegelenud, oleks ta võinud päästa kahe inimese elu. „See vahejuhtum vaevab siiani mu südametunnistust.” Need kaks inimest olid Harry K. Daghlian noorem ja Louis Slotin, kes mõlemad surid akuutse radiatsioonimürgituse tagajärjel pärast õnnetusjuhtumeid, mis leidsid aset kriitilisusega seotud katsete käigus sama plutooniumsüdamikuga, mida nimetati deemonsüdamikuks.

Daghlian oli Armeenia päritolu Ameerika füüsik, kes liitus kriitiliste agregaatide rühmaga juba 1944. aastal, kui oli alles ülikoolilõpetaja. 21. augustil 1945 ehitas ta neutronipeegeldit, ümbritsedes plutooniumist südamikku hoolikalt volframkarbiidist klotsidega, et saada parem kiirgusvarje. Ta pillas ühe klotsi kogemata keskkohta ja käivitas kriitilise reaktsiooni. Reaktsiooni peatamiseks lammutas Daghlian reaktori kangelaslikult käsitsi, aga talle endale läks see kalliks maksma. Selle tagajärjel sai ta nii suure kiirgusdoosi, et suri 25 päeva pärast õnnetust.

Füüsilise seisundi halvenemine oli õudustäratav ja Daghlian lubas selle järeltulevate põlvede tarbeks täielikult dokumenteerida. Tema paremale käele tekkisid villid, küüned muutusid siniseks ja nahk hakkas punetama sedamööda, kuidas mõlemad käed ja alakeha üles paistetasid. Punetus laienes ja nahk hakkas kihtidena maha kooruma; meest vaevasid kõhukrambid ja kõhulahtisus. Viimaks halastavasse koomasse vajudes oli ta kurtunud, olles kaotanud suurema osa nahka kõhult ja rindkere alaosalt. Surmatunnistuses märgiti surma põhjuseks rängad põletushaavad ülajäsemetel ja kehal.

Kanadas sündinud Slotin pani kokku südamiku Trinity katseks ja oli ühtlasi asjatundja sellise täbara katse sooritamisel, mida nimetati „lohe sabast sikutamiseks”. Selles asetati kaks berülliumist poolkera ümber südamiku ning hakati neid lähemale ja kaugemale liigutama. Samal ajal jälgiti neutronite paljunemise kiirust südamikus, viies reaktori päris kriitilisuse piirile. Kui kaks berülliumpoolkera isegi hetkeks sulguksid, muutuks mass kriitiliseks ja vallandaks ioniseeriva kiirguse valangu.

Slotin oli veidi hulljulge endine amatöörpoksija, kes eelistas teksapükse ja kauboisaapaid ning rääkis lugusid oma õhutõrjelaskuri päevist Hispaania kodusõja ajal, ehkki hiljem väitis tema vend, et Slotin olevat olnud vaid jalgsirännakul läbi Hispaania ja polevat sõjas kuidagi osalenud. Ta tõi veidi sellest suhtumisest kaasa ka oma uurimistöösse, hoolimata sellest, et oli olnud Daghliani lõpu tunnistajaks. Katset tehes eelistas ta ikka eemaldada poolkerasid lahus hoidvad vahetükid ja eraldada need kõigest tavalise kruvikeeraja teraga. Kohkunud Enrico Fermi ütles Slotinile, et kui too jätkab ohutuskorra eiramist, on ta aasta pärast surnud.

Kahjuks oli Fermil õigus. 21. mail 1946. aastal libises kruvikeeraja, mille abil Slotin kuue pealtvaataja juuresolekul poolkerasid lahus hoidis, ning need puutusid kokku. Südamik muutus sinise valgussähvatuse ja ulatusliku neutronkiirguse laine saatel superkriitiliseks. Slotin varjas kolleege plahvatuse eest oma kehaga nii palju kui võimalik, lükates samal ajal kaks poolkera kiiresti teineteisest eemale, et ahelreaktsioon seisma panna. Keegi kokkukogunenud meestest ei kandnud oma dosimeetrimärki, nii et andmed nende võimaliku kiirgusdoosi kohta on erinevad. Ent Slotini jaoks oli see surmav.

Slotin ütles, et tundis suus kohe haput maitset ja vasakus käes (millega ta poolkerad lahku lükkas) põletustunnet. Ta hakkas oksendama, kui teda haiglasse viidi, ja tema seisund halvenes kiiresti: ta kannatas ränka kõhulahtisust, käed paistetasid üles, tekkis hulgaliselt ville ja gangreen.

Üheksa päeva pärast õnnetust suri Slotin „keha talitluse täieliku ülesütlemise” tõttu. Iroonilisel kombel oli ta sõjajärgsetes aatomikatsetustes pettunud ja saatusliku katse üks eesmärke oli asendaja väljaõpetamine, et Slotin saaks jätkata Chicago ülikoolis oma sõjaeelseid uuringuid biofüüsika ja radiobioloogia vallas. Seda võimalust ta ei saanudki.

Reaktsioonina tema surmale lõpetati Los Alamoses kõik praktilised katsed kriitiliste agregaatidega ja hakati operaatorite kaitseks kasutama kaugjuhitavaid seadeldisi. Mis puutub tapjast „deemonsüdamikku”, siis kasutati seda Bikini atollil ühes esimestest sõjajärgsetest aatomipommidest kõigest viis nädalat pärast Slotini surma. Katse õnnestus mingite tõrgeteta.

Lisalugemist

1. Miller, Richard L. Under the Cloud: The Decades of Nuclear Testing. Woodlands, Texas: Two Sixty Press, 1991.
2. Rhodes, Richard. The Making of the Atomic Bomb. New York: Simon & Schuster, 1987.
3. A Review of Criticality Accidents, 26. september 1967, Los Alamose Riiklik Laboratoorium.http://library.lanl.gov/cgi-bin/getfile?00314607.pdf

3.3.1 Tõraveres valmistatud instrumendid kosmoses 1971-2001

Allikas: http://www.to.ee/to50/instrumendid_ja_eksperimendid_.htm

Esimesest Tõraveres valmistatud kosmose-teleradiomeetrist SFM-4 oli juttu peatükis 2.2.2. Seitsmekümnendate aastate algul arendati tolleaegses Eesti Teaduste Akadeemia Astrofüüsika ja Atmosfäärifüüsika Instituudis (Charles Villmann, Olev Avaste, Uno Veismann, Kalju Eerme) välja kosmiline teleradiomeeter “Mikron”, millega sai mõõta kosmoselaeva pardalt kaugete objektide (atmosfäärikihid, helkivad ööpilved, maapind, Kuu) heledust lähedases infrapunases spektrilõigus (neli spektririba lainepikkuste vahemikus 1 - 3 μm). Et sel ajal Eestis puudusid veel kogemused kosmose-aparaadiehituse alal, siis konstruktoritöö ja valmistamine jäid kahele Venemaa suurfirmale: optikaploki tegi valmis LOMO Peterburis ja elektroonikaploki pani kokku “Kometa” Moskvas. Esimene neist firmadest oli tuntud juba tsaariajast ja kõigi Tõravere teleskoopide valmistaja, teises oli varasematel aastatel välja arendatud NLiidu ülisalajane õhukaitsesüsteem Berkut.

ikron kujutas endast nelja 50-mm läbimõõduga objektiiviga varustatud teleradiomeetrit, mille vaatenurk oli umbes 20 kaareminutit. Kokku kaalus aparatuur umbes 20 kg. Mõõdetavale objektile suunamist ja/või skaneerimist sai toimetada vaid kogu kosmoseaparaati pöörates. Edasi seati eesmärgiks atmosfääri heledusprofiilide massiline ülesvõtmine laiemas spektraalpiirkonnas, milleks 1978-1984 arendati välja ja valmistati seeria teleradiomeetreid FAZA (Olev Avaste teadusprogramm, Uno Veismanni aparatuurikontseptsioon). Ka sellel instrumendil oli neli objektiivi, kuid läbimõõduga 100 mm ja kiirguse jaotamisega kaheks iga objektiivi taga . Nii osutus võimalikuks korraga mõõta 8 lainepikkusel, mis olid määratud valgusfiltritega vahemikus 0,3 – 2,8 μm. Optikaplokil oli skaneerimisajam, millega vaatesuunda sai üles-alla kõigutada 4o30´ võrra. Ka selle teleradiomeetri optikaploki konstrueeris ja valmistas LOMO, elektroonikaploki arendustöö ja valmistamine toimusid TA SKB Tartu filiaalis (Eik Mölder, Rein Kull, Avo Hilpus). Signaalide võimendites rakendati Mart Mini (Tallinna Tehnikaülikool) originaalset sünkroondetekteerimise skeemilahendust.

Teadusaparatuur anti üle tootmiskoondisele Energia, mida hüüti ka Koroljovi firmaks. Viimased katsetused toimusid Bajkongõri kosmodroomil, mida salastamise huvides nimetati siis lihtsalt polügooniks. Lähimaks asustatud punktiks oli tegelikult Sõrdarja jõe ääres Tjuratam ning kasahhide Bajkongõr paiknes hoopis 370 km kaugusel. Katsetajatel Leo Märtinil, Rein Kolgil, Margus Sisaskil ja Priit Vürstil tuli palju taluda Venemaa asutustes valitsevat bürokraatiat, lahendada alatasa tekkivaid tehnosüsteemide kooskõlastamise probleeme ning üle elada olmeraskusi. Lendudele eelnevat kosmonautide väljaõpet ja instrueerimist viisid Tähelinnas läbi Charles Villmann ja Kalju Eerme.

Tolleaegses Astrofüüsika ja Atmosfäärifüüsika Instituudis tegeles kosmoseeksperimentide ettevalmistamise ja tehnilise tagamisega 1975-1985 enam kui paarkümmend inimest Charles Villmanni ja Uno Veismanni juhtimisel, moodustati elektroonikalaboratoorium (Leo Märtin, Kalev Toots, Gunnar Raadi, Rein Rätsep), sõlmiti miljonitesse rubladesse ulatuvaid lepinguid. Omaette probleemiks, millest arenes terve tegevusvaldkond, oli aparatuuri kalibreerimine. Gradueerimiseks möödapääsmatute etalonkiirgurite osas oli NLiidu seisund halb, puudus ka nende kasutamise metoodika teleradiomeetrite jaoks. Nii tuli välja arendada optilise radiomeetria etalonbaas ja läbi viia vastavad uuringud. Viimastest moodustus seda suunda juhtinud Teofilus Tõnnissoni dissertatsioon ning kujunes välja optilise radiomeetria laboratoorium. Antud valdkonnas tehtud jõupingutused leidsid tunnustamist Moskva juhtivas metroloogiainstituudis VNIIOFI ning seda külastanud USA metroloogiainstituudi NIST esindajad Robert Saunders ja Klaus Mielenz tegid visiidi ka Tõraveresse. Sõjalennuvälja tõttu nn. kinnise linna staatuses seisnud Tartus oli see sündmus peaaegu ime.        

Teatavasti olid eelmise sajandi teisel poolel NLiidu kosmoseorganisatsioonid koondunud kahe keskuse ümber: Koroljovi (järglaste) firma ja Tšelomei firma. Kuuekümnendatel aastatel tuldi orbitaaljaamade loomise juurde mõlemas firmas. Vladimir Tšelomei alustas varem ja nimetas oma jaama sõjalis-luureotstarbeliseks orbitaaljaamaks Almaz (vene k. teemant), mõne aasta pärast hakkas samalaadse projekti DOS (dolgovremennaja orbitalnaja stantsija) kallal tööle ka Koroljovi firma, mida siis juhtis juba Vassili Mišin. Viimane seadis aga esiplaanile Kuu-ekspeditsioonide ettevalmistamise ja kuna Tšelomeilgi olid tekkinud muud huvid, siis takerdus projekteerimine korduvalt. Töö koordineerimiseks moodustati asutustevaheline komisjon, kuhu kuulusid ka eestlane Arvid Pallo Koroljovi firmast ja tema noorem vend Vladimir Pallo Tšelomei juurest. Mõlemad firmad viisid projektid lõpule ja ehitasid hulga jaamu valmis, valitsuse otsusega anti aga kõigile edukalt startinud orbitaaljaamadele nimeks Saljut. Nõukogude Liidu  kosmonautika ametlikus ajaloos on fikseeritud seitse seda tüüpi orbitaaljaama, ent oli veel ebaõnnestunud starte ja mõned jaamad jäid kasutamata; nii ei olegi selge, mitu jaama firmad üldse valmistasid (niipalju on teada, et üle 20). Kõigi orbitaaljaamade orbiidile toimetamiseks kasutati kanderaketti Proton.

Esimene avalikkusele teatatud orbitaaljaam startis Bajkongõrist 19. aprillil 1971. Jaama mass oli 18,9 tonni, välisläbimõõt 13,1 meetrit, teadusaparatuuri mass 1,5 tonni. Tõraverest oli jaamas instrument SFM-4. Esimesel jaama juurde saadetud  kosmoselaeva meeskonnal ei õnnestunud põkkumine ja ei saadud jaama siseneda, järgmine meeskond viibis jaamas 22 päeva, kuid hukkus naasmisel. Peale 175 päevast lendu orbitaaljaam hävitati. Järgmise orbitaaljaama start ebaõnnestus kandurraketi teise astme rikke tõttu ja sellest avalikkust ei teavitatud. Kolmas orbitaaljaam jõudis orbiidile ja talle anti nimeks Saljut 2, kuid 13 päeva pärast oli ta kaotanud hermeetilisuse ning hävitati. See oli sõjaväe programme täitma pidanud ja luureaparatuuri kandnud jaam (Almaz), millel Tõravere instrumente ei olnud.

11. mail 1973 startinud järgmise jaama üle kaotati orbiidil kontroll ja ta hävitati mõne päeva pärast kui Kosmos-557, avalikkust orbitaaljaamast teavitamata. Esimeseks üsna õnnestunud lennuks võib pidada viiendana startinud orbitaaljaama Saljut 3 (Almaz) lendu, mis kestis 212 päeva. Tõravere aparatuuri paigutati vaid DOS-orbitaaljaamadele, sest mittesalajased teadusinstrumendid ei sobinud kokku Almazide sõjaväeaparatuuriga.

Väga hästi õnnestus 26. detsembril 1974 startinud “Saljut 4” lend. Jaam jäi orbiidile 769 päevaks ja teda külastasid kaks meeskonda, esimene viibis jaamas kuu aega, teine kaks kuud. Sellest jaamast tegid mõlemad meeskonnad (Aleksei Gubarev, Georgi Gretško, Pjotr Klimuk, Vitali Sevastjanov) edukalt vaatlusi “Mikroniga”. Teise meeskonnana pidanuksid algselt jaama lendama kosmonaudid Vassili Lazarev ja Oleg Makarov, kuid kandurraketiga toimunud avariis katapulteeris päästesüsteem kabiini kosmonautidega ja nad laskusid langevarju kasutades kuhugi Altai kraisse. “Saljut 5” kuulus jälle Almazide klassi ja pidi täitma sõjaväe vaatlusprogramme.

DOS-tüüpi orbitaaljaamade konstruktsiooni täiustati, nende mass ulatus kahekümne tonnini ja päikesepatareidelt saadav võimsus kahe kilovatini, lisati mootor manööverdamiseks ja teine põkkumisadapter. 1977. aastal startinud Saljut 6 jäi orbiidile peaaegu viieks aastaks ja selles käis 16 meeskonda. Saadi häid tulemusi ka Eesti aparatuuriga.

1982. aastal startinud Saljut 7 osutus veel pikaealisemaks, jäädes orbiidile 8 aastaks 10 kuuks ja võttes vastu 10 külastusmeeskonda. Jaamakompleks koostati orbiidil moodulitest. Algusest peale kuulusid jaama teadusvarustusse Mikron ja RUF, lisamooduliga Kosmos-1686 viidi sinna veel FAZA.

Eesti teadusaparatuur NL orbitaaljaamadel

"Vaatlusinstrument SFM-4 paiknes koos mitme muu teadusaparaadiga orbitaaljaama ühe külje õõnsuses, mida üleslaskmise ajal kattis kaitsekaas. Kaane eemaldamiseks määratud püropadrunid ei toiminud orbiidil ja SFM-4 jäigi varjatuks, tema olemasolu ei avalikustatud üldse.

Järgmisest NLiidu orbitaaljaamast Mir kujunes kompleks, mis lisaks baasmoodulile hõlmas viit täiendmoodulit. Tõravere FAZA viidi jaama  täiendmooduliga Kvant 2. USA kosmosesüstikud põkkusid jaamaga üheksal korral. Jaama töö lõpetati 23. märtsil 2001, sest ta oli küllalt amortiseerunud ja nõudis orbiidil pidamiseks umbes 250 miljonit dollarit aastas.

Atmosfääri uurimisel oli teleradiomeetri vaatekiir suunatud horisondile ja üles-alla kõigutamise (skaneerimise) teel registreeriti atmosfääri vertikaalseid heledusprofiile, mille põhjal hiljem lahendati atmosfäärioptika pöördülesannet. Maa atmosfääri hajuskiirguse mõõtmine skaneeriva teleradiomeetriga – kosmiline kaugsondeerimine ehk kaugseire – annab väärtuslikku teavet atmosfääri füüsikalis-keemilise koostise kohta.

Nii on kosmosest kaugsondeerimise abil võimalik määrata veeauru, osooni, aerosooli ja nn. väikeste gaaskomponentide (siia kuuluvad ka inimtekkelised saasteained atmosfääris) kontsentratsiooni kõrguste vahemikus 5-50 km. Nende komponentide muutlikkus ajas on üsna suur (10-100 korda), mistõttu keskmiste kontsentratsioonide teadmisest ei piisa atmosfääri seisundi hindamiseks. Olev Avaste, Gennadi Vainikko ja Rein Rõõm koostasid metoodika, mis võimaldas Maa hajuskiirguse mõõtmistest arvutada aerosooli ekstinktsioonitegurit ja mitmel lainepikkusel toimetatud mõõtmiste korral hinnata ka aerosooli keemilist koostist ning kontsentratsiooni. Analoogilise meetodi esitas Juri Knjazihhin veeauru kontsentratsiooni leidmiseks.

Eelpool kirjeldatud metoodikat kasutati orbitaaljaamadelt Saljut 4, Saljut 6, ja Saljut 7 tehtud kiirgusmõõtmiste interpreteerimisel. Saadi aerosooli ekstinktsiooniteguri vertikaalprofiilid mitme geograafilise piirkonna jaoks, hinnati veeauru kontsentratsiooni atmosfääri ülakihtides (Kalju Eerme). Eriti produktiivseks osutus orbitaaljaamas Saljut 7 lennanud FAZA, millega saadi enam kui 10000 atmosfääri heleduslõiget. Teadusprogrammi püstitajate (O.Avaste, G.Vainikko, R.Rõõm) juhendamisel formeerus andmetöötluse grupp (K.Eerme, Sirje Keevallik, Rutt Koppel jt.), kes olemasolevate võimaluste piires rakendas tolleaegseid elektronarvuteid.

Ajaleheväljalõige „Tõravere seadeldis kosmoses”	Artiklikogumikud kosmiliste uurimiste tulemustest.

Märkimisväärne osa vaatlustest toimus ka jaama orbiidi nadiiri suunas. Teine orbiidile viidud FAZA oligi mõeldud maapinna optiliste omaduste määramiseks koos samaaegse mitmevärvi-pildistusega. See oli teatud sissejuhatuseks andmebaasi moodustamisel atmosfääri ja maapinna spektraalheleduste kohta mitmesugustes geograafilistes piirkondades, arvesse võttes ka spektraalheleduste päevaseid ja sesoonseid muutusi (K. Eerme). Selles liinis korraldati veel 1991.a. koostöö-eksperiment Austromir koos Austria teadlastega, mis seisnes Austria maapinna fotode radiomeetrilises sidumises FAZA mõõtmistega.

Kosmosest toimetatud atmosfääriuuringute teaduslikest tulemustest avaldati 1977-1989 viis artiklite kogumikku vene keeles (inglisekeelsete resümeedega) ning hulk üksikartikleid rahvusvahelistes väljaannetes, viimane neist veel 1996. aastal.  Neli teadlast Tõraverest ja neli kosmonauti pälvisid 1977 Eesti riikliku teaduspreemia.

NLiidu kosmosefirmadega saavutatud kontaktid ja kosmosest eksperimentide läbiviimise kogemused tõid meie juurde helkivate ööpilvede uurija, Aberdeeni ülikooli professori Michael Gadsdeni, kes esitas oma ööpilvede vaatlusprogrammi ja aparatuurikontseptsiooni. Meie vahendatud läbirääkimised Energija esindajatega kulgesid edukalt ning sõlmiti kokkulepe projekti NOCLO (Noctilucent Clouds) elluviimiseks 1990-1992 kogumaksumusega umbes 800 000 dollarit. Eesmärgiks oli seatud helkivate ööpilvede uurimine kosmosest subarktilistel geograafilistel laiustel. Moodustati rahvusvaheline töörühm, saadi nõusolek Koroljovi firmast, kuid töö katkes Aberdeeni ülikoolist sõltuvalt.