URANIA — Postępy Astronomii  on–line
archiwum Uranii Urania - Archiwum on-line
Urania 10/1972
Rocznik 1972:
Linki sponsorowane:
Zawartość witryny:

Mikołaj Kopernik
(8) Przyrządy obserwacyjne

Stanisław R. Brzostkiewicz — Dąbrowa Górnicza

Dokładnie sto lat temu Jan Matejko namalował dobrze wszystkim znany obraz, przedstawiający Kopernika w czasie dokonywania obserwacji astronomicznych. Twarz wielkiego astronoma na tym obrazie, oświetlona bladym światłem Księżyca, ma wyraz głębokiej zadumy i skierowana jest ku gwiaździstemu niebu. Zdaje się przedstawiać tę właśnie chwilę, kiedy w umyśle Kopernika zrodziła się jakaś genialna myśl, która naprowadziła go na drogę poznania prawdziwej budowy świata.

Matejko przed namalowaniem swego obrazu wykonał szereg szkiców i na jednym z nich, który właściwie niewiele już różni się od ostatecznej wersji dzieła, umieścił u stóp Kopernika lunetę. Było to oczywiście niezgodne z prawdą historyczną, w tamtych bowiem czasach nie znano jeszcze tego przyrządu (lunetę wynaleziono dopiero na początku XVII wieku). Na szczęście, artysta w porę spostrzegł swą omyłkę i w ostatecznej wersji obrazu usunął lunetę, bez której dziś nie wyobrażamy sobie pracy astronoma.

A przecież głównym narzędziem pracy Kopernika było jego własne oko, uzbrojone jedynie w niezwykle prymitywne przyrządy, które musiał sam zbudować. Zapatrzony bowiem w doskonałość świata antycznego odrzucił w swych pracach narzędzia obserwacyjne średniowiecznych astronomów, chociaż były mu one doskonale znane (astrolabium płaskie i torquetum.1 Powrócił do przyrządów, jakich do obserwacji nieba używali starożytni, a ponieważ nie były one wówczas w powszechnym użyciu, musiał odtwarzać ich wygląd. Temu prawdopodobnie zawdzięczamy, że pozostawił nam dokładne opisy swych narzędzi obserwacyjnych.

Obserwacje ówczesnych astronomów polegały jedynie na wyznaczaniu położeń ciał niebieskich na tle sfery gwiazd stałych, mającej rzekomo być zewnętrzną granicą Wszechświata. Powierzchnia jej stanowiła odniesienie dla wszelkich pomiarów, przy których były i nadal są używane trzy podstawowe układy współrzędnych: równikowy, ekliptyczny i horyzontalny. Wszystkie zatem przyrządy Kopernika, służące mu do kątowych pomiarów, zawierały w swej konstrukcji odtworzenie przynajmniej jednego z wyżej wspomnianych układów.

Dla wyznaczania kątowej wysokości Słońca, a stąd zarówno szerokości geograficznej, jak i kąta nachylenia ekliptyki, Kopernik stosował ptolemejski kwadrant słoneczny. Był to drewniany kwadrat o boku trzech – czterech łokci (jeden łokieć = 58 cm), mający powierzchnię starannie wyrównaną. W jednym rogu była wyrysowana inkaustem (atramentem) ćwiartka koła, podzielona na 90 równych części, a każda z nich na 6 podziałek. W środku koła przytwierdzony był prostopadle do powierzchni cylindryczny kołek-gnomon, który rzucał cień Słońca.

Instrument ten trzeba było ustawić dokładnie w płaszczyźnie miejscowego południka na posadzce starannie wyrównanej i położonej ściśle w płaszczyźnie horyzontu. Do tego celu służyło Kopernikowi hydroskopium, które zastępowało mu libellę (poziomicę). Urządzenie powyższe składało się z dwóch szklanych naczyń wypełnionych wodą i połączonych dołem poziomą rurką, przez którą woda mogła przepływać z jednego do drugiego naczynia. Celowanie wzdłuż linii łączącej powierzchnię wody w obu naczyniach dawało linię poziomą.

Za pomocą kwadrantu wielki astronom wyznaczał nachylenie ekliptyki do równika, czyli odległość równika od zwrotników. W tym celu w najdłuższym i najkrótszym dniu roku obserwował w prawdziwe południe cień Słońca, rzucany ze środka kwadrantu przez gnomon. Łuk między dwoma cieniami w czasie letniego i zimowego stanowiska Słońca dawał odległość zwrotników oraz nachylenie ekliptyki. Można też było wyznaczać szerokość geograficzną miejsca obserwacji, zaznaczając środek łuku między skrajnymi cieniami, a więc położenie cienia w dzień równonocy wiosennej i jesiennej.

Warto przy okazji wspomnieć o słonecznej tablicy obserwacyjnej, zbudowanej przez Kopernika w okresie od 25 stycznia do 20 kwietnia 1517 roku wewnątrz krużganku zamku w Olsztynie. Konstrukcja tego urządzenia opierała się na metodzie refleksyjnych zegarów słonecznych, stosowanych w gnomonice powszechnie dopiero od XVII wieku. Przy pomocy tej tablicy wielki astronom wyznaczał moment równonocy wiosennej, co w rezultacie umożliwiło mu obliczenie długości roku zwrotnikowego.

W tym właśnie czasie Kościół katolicki robił starania o uporządkowanie kalendarza i do pracy tej wciągnięty zostaje także Kopernik. Wiadomo zaś, że problem ten był ściśle związany z dokładnym wyznaczeniem długości roku zwrotnikowego, w którym przecież zachodzą okresowe zmiany pór roku i który też jest podstawą kalendarza. Wielki astronom był oczywiście zainteresowany tymi badaniami nie tylko z uwagi na reformę kalendarza, ale również w związku ze swoimi dochodzeniami naukowymi, ponieważ pokrywały się one z jego dociekaniami nad nieregularnością biegu Ziemi dokoła Słońca.

Olsztyńska tablica obserwacyjna jest jedynym nowoczesnym instrumentem Kopernika, zresztą przez niego samego wynalezionym. Nic nam bowiem nie wiadomo, aby ktokolwiek przedtem posługiwał się podobną metodą obserwacyjną. Wielki astronom po raz pierwszy wyzyskał światło słoneczne, padające w okresie porównania dnia z nocą na niewielki tylko odcinek parapetów okiennych krużganka, umieszczając na jednym z nich lusterko. Odbijało ono promień Słońca na przeciwległą ścianę krużganku, gdzie było wykreślone szereg linii z oznaczonymi stopniami wzdłuż długiej linii, przedstawiającej ekliptykę.

Do wyznaczania położeń na niebie Księżyca i planet Kopernik używał sfery armillarnej, odtwarzającej wzajemne położenie dwóch układów współrzędnych: geograficznych, związanych z miejscem obserwacji, oraz ekliptycznych, w których przedstawiony jest ruch Słońca i planet, Przyrząd ten składał się z sześciu koncentrycznych obręczy drewnianych, zaopatrzonych w podziałki kątowe i przezierniki. Pierwszą, najbardziej zewnętrzną obręcz ustawiano nieruchomo na słupie w płaszczyźnie południka. Pozostałe zaś obręcze przedstawiały ekliptykę, równik, koło godzinne i południki. Przy pomocy tego instrumentu można było wyznaczać szerokość i długość ekliptyczną obserwowanego ciała niebieskiego.

Było to najbardziej skomplikowane narzędzie obserwacyjne Kopernika, używane już w starożytności przez Eratostenesa z Cyreny i Hipparcha z Nikei. Jak wszystkie instrumenty wielkiego astronoma, także sfera armillarna wykonana była z drewna jodłowego. Jej skomplikowany nieco kształt może wydawać się dziś dość trudnym do wykonania, ale w tamtych czasach obróbka drewna była już dobrze rozwinięta, toteż toczenie obręczy nie przedstawiało specjalnych trudności.

Do obserwacji gwiazd i Księżyca wielki astronom używał też przyrządu prostej konstrukcji, zwanego triquetrum (trójkąt paralaktyczny). Przyrząd ten składał się z trzech łat jodłowych, tworzących trójkąt równoramienny o zmiennej podstawie. Jeden ze stałych boków umocowany był na zawiasach do pionowego słupa, dokoła którego cały ten trójkąt dawał się obracać „jak drzwi”. Drugie natomiast ramię, wyposażone w przezierniki ułatwiające pomiar, można było nachylać dowolnie w płaszczyźnie pionowej, przesuwając jego koniec wzdłuż boku trzeciego, podzielonego na 1414 części inkaustem.

Za pomocą trójkąta paralaktycznego można było dokonywać pomiaru odległości kątowej między zenitem a obserwowaną gwiazdą lub innym ciałem niebieskim. Wielki astronom używał tego przyrządu do obserwacji gwiazd i komet, przede wszystkim jednak do pomiarów paralaksy Księżyca, czyli kąta, pod którym widać promień Ziemi z naszego najbliższego sąsiada kosmicznego. Znając bowiem ten kąt można było łatwo obliczyć odległość Księżyca od naszej planety, wyrażoną w jej promieniach.

Wielką wagę przywiązywał Kopernik również do obserwacji zaćmień Słońca i Księżyca, wykonywanych oczywiście bez pomocy przyrządów. Jednakże zaćmienia słoneczne obserwował oryginalną metodą, o której jeszcze po jego śmierci wspomniano za granicą, jako o nowym sposobie „sarmackiego astronoma”. Po prostu w okiennicy swej pracowni wywiercił niewielki otwór i przepuszczał przez niego do zaciemnionej komnaty promienie słoneczne, tworzące na przeciwległej ścianie lub podstawionym ekranie obraz zjawiska. Był to duży postęp w stosunku do dawnej metody, polegającej na obserwacji odbicia zaćmionego Słońca w kadzi z wodą.

Na podstawie pozostawionych przez wielkiego astronoma opisów można było dokładnie zrekonstruować jego narzędzia obserwacyjne. Są to niesłychanie proste urządzenia, którymi jednak Kopernik potrafił się po mistrzowsku posługiwać. Z pewnym rozrzewnieniem oglądamy dziś ich rekonstrukcje w muzeach i nie możemy wyjść z podziwu, że tak prymitywnymi instrumentami wielki astronom dokonywał swych obserwacji, aby podbudować rozważania teoretyczne.

Granicą dokładności pomiarów Kopernika była jedna minuta czasu2 oraz kąt pięć minut łuku. Dane liczbowe wyznaczał na podstawie wielu obserwacji, ale do naszych czasów zachowało się ich tylko 63, z czego 15 przypada na obserwacje Słońca, 12 — Księżyca, 29 — planet (Wenus, Mars, Jowisz i Saturn3), 3Kłosa Panny, 3 — szerokość geograficzna i 1 — komety. Większość z nich, bo aż 51 wykonał na Warmii, głównie we Fromborku. Pozostałe zaś w Italii (dziewięć) i w Krakowie (trzy).

Dotychczas nie udało się jednak ustalić miejsca we Fromborku, z którego Kopernik dokonywał swych obserwacji. Do niedawna sądzono, iż czynił to z ganku obronnego między wieżą północno-zachodnią, zwaną „wieżą Kopernika”, a basztą bramną katedry fromborskiej. Tak właśnie przedstawił wielkiego astronoma Matejko na swym słynnym obrazie, co w znacznym stopniu przyczyniło się do rozpowszechnienia tego mylnego — jak się okazało — przekonania.

Wielki astronom wieżę północno-zachodnią nabył od kapituły warmińskiej w roku 1512, lecz zamieszkał w niej prawdopodobnie dopiero po roku 1521. Była ona staranniej zbudowana niż inne, zawierała bowiem oprócz sutereny cztery kondygnacje. Sięgający do jej drugiego piętra mur obronny, otaczający wzgórze katedralne, łączył ją z niższą wieżą bramną dziedzińca katedralnego. Mur obronny i wieżę opasywał nie nakryty dachem ganek o szerokości jednego metra, po którym można się było dostać do wieży bramnej i oktogonu z dzwonnicą.

Mit o wykorzystaniu przez Kopernika ganku obronnego do obserwacji astronomicznych narodził się w roku 1883, kiedy to znany kopernikanista niemiecki Leopold Prowe (1821–1887) opublikował pracę o naszym astronomie i wystąpił w niej z tym nieuzasadnionym poglądem. Opierał się na notatce szwajcarskiego fizyka i matematyka Johanna Bernoulliego (1744–1807), który w roku 1778 przybył do Fromborka, aby zobaczyć pamiątki po wielkim astronomie. Wówczas to dowiedział się od tamtejszych mieszkańców, że Kopernik robił swe obserwacje z okien wieży i ganku obronnego.

Dopiero ekspertyza astronomiczna, przeprowadzona we Fromborku w roku 1953 przez prof. dra Michała Kamieńskiego, dra Jana Gadomskiego i dra Janusza Pagaczewskiego wykazała, że ganek obronny musiałby być odpowiednio rozbudowany, aby Kopernik mógł ustawiać na nim swe instrumenty obserwacyjne. Minimalne rozmiary takiego hipotetycznego ganku musiałyby mieć co najmniej 2 na 2 m, a ponadto powinien on posiadać jakiś fundament, jeżeli miał stanowić stabilną podstawę dla narzędzi obserwacyjnych.

Poszukiwania architektoniczne i archeologiczne z roku 1963 nie potwierdziły tych przypuszczeń. Dalsze zaś badania wykluczyły całkowicie taką możliwość, ponieważ od roku 1448 na pobliskiej baszcie ośmiobocznej stała drewniana dzwonnica i ona uniemożliwiłaby pomiary paralaksy Księżyca, które Kopernik wykonał 27 września 1522 roku i 7 stycznia 1524 roku. Toteż hipotezę powyższą należało stanowczo odrzucić i szukać innego rozwiązania.

Po stwierdzeniu tego faktu rozpoczęto intensywne badania celem ustalenia miejsca, skąd wielki astronom mógł we Fromborku dokonywać obserwacji. Na podstawie wnikliwej analizy wielu dokumentów oraz badań przeprowadzonych w terenie dr Pagaczewśki doszedł do wniosku, że Kopernik miał specjalną do tego celu platformę, zbudowaną w pobliżu zewnętrznej kurii. Kwadrant bowiem — jak pisze Kopernik — w czasie obserwacji Słońca musiał koniecznie spoczywać „na posadzce wyrównanej do płaszczyzny, horyzontu i jak najstaranniej wypoziomowanej”.

Platforma ta znajdowała się najprawdopodobniej poza murami obronnymi katedry fromborskiej, a tak przynajmniej wynika ze sprawozdania Eliasza Morsianiusa Cimbera z podróży na Warmię, którą odbył w roku 1584 na polecenie Tychona Brahego. Sławny astronom duński chciał bowiem sprawdzić dokładność obserwacji Kopernika i dlatego zalecił swemu współpracownikowi wyznaczyć szerokość geograficzną Fromborka.

Pomiarów tych Cimber dokonał z zabudowań Ekharda z Kępna,4 leżących na zachód od wieży Kopernika, gdzie — według relacji ówczesnych mieszkańców — wielki astronom miał dokonywać obserwacji. Tu prawdopodobnie mieszkał Kopernik w latach 1512–1516 i tu zapewne znajdowała się platforma obserwacyjna, o której wspomina Cimber. Niestety, dotychczas nie udało się natrafić na jej szczątki i być może nigdy się one nie odnajdą. Ale może znajdą się inne dokumenty, mogące rzucić jakieś światło na powyższą sprawę.

Z nieco inną koncepcją wystąpił inż. Adam Penconek, który sugeruje, że Kopernik mógł robić obserwacje z wieży południowo-zachodniej, zwanej oktogonem. Ośmiobok ten wykazuje cechy budowli z pierwszej połowy XV wieku, w jego wnętrzu znajduje się ośmioboczny podwórczyk, do którego uchodzą otwory wnęk obronnych zakończonych strzelnicami, służących do ustawiania hakownic. Na wieży tej od roku 1448 (jak już wspomniano) znajdowała się dzwonnica, zapewne drewniana lub co najwyżej wykonana metodą muru pruskiego. Dokoła niej znajdowało się jednak sporo wolnego miejsca i wielki astronom mógł tu swobodnie ustawiać swe narzędzia obserwacyjne.

Wykorzystanie przez Kopernika ośmioboku do obserwacji astronomicznych wydaje się całkowicie możliwe, były tu bowiem doskonałe warunki (spokój od ludzi, zacisze od wiatrów, które nad morzem bywają dość silne). Solidna podstawa gwarantowała dokładność pomiarów i co najważniejsze — nie był zasłonięty żadną budowlą południowy horyzont. Być może wielki astronom korzystał z ośmioboku dopiero po wojnie z Krzyżakami, którzy w roku 1520 napadli na Frombork i zniszczyli kanonie położone poza murami obronnymi katedry (zniszczono wówczas kwadrant słoneczny Kopernika, nigdy już przez niego nie odtworzony).

W każdym razie przekonanie, że Kopernik dokonywał swych obserwacji we Fromborku z wieży północno-zachodniej lub z ganku obronnego przy tej wieży, należy zdecydowanie odrzucić jako mit. Swe narzędzia obserwacyjne ustawiał niewątpliwie na mocnym, murowanym fundamencie, zbudowanym w pobliżu swej zewnętrznej kurii. Mógł też obserwować z masywnej, otoczonej murami i blankami, wieży południowo-zachodniej, zwanej dzwonnicą lub oktogonem.

Warto przy okazji dodać, że Kopernik wszystkie swoje obserwacje redukował na południk krakowski, bowiem na podstawie obserwacji zaćmień Księżyca stwierdził, iż Frombork — miejsce jego stałych obserwacji — znajduje się na tym samym południku.5 W ten sposób po raz pierwszy wprowadził do astronomii południk krakowski (do tej pory w nauce obowiązywały południki aleksandryjski i toledański).

(Źródło: „Urania” nr 10/1972)
Przypisy:
  1. Najstarszy opis tego przyrządu pochodzi od Frankona z Polski, działającego w XIII wieku w Paryżu.
  2. Kopernik momenty obserwacji wyznaczał prawdopodobnie na podstawie wskazań zegara, umieszczonego na jednej z wież katedry fromborskiej. Zachowane zapiski z tego okresu wskazują bowiem, że od roku 1515 zaczęto bardziej troszczyć się o ten zegar.
  3. Zachowało się podanie, że Kopernik nigdy nie widział Merkurego, ponieważ niebo nad horyzontem Fromborka jest prawie zawsze zamglone.
  4. Badania archiwalne przeprowadzone przez dra Jerzego Sikorskiego z Ośrodka Badań Naukowych im. Wojciecha Kętrzyńskiego w Olsztynie wskazują, że mogła to być kuria pod wezwaniem św. Stanisława (obecnie schronisko PTTK).
  5. Dokładne pomiary wykonane w naszych czasach wykazały, że Frombork leży o około 17 minut łuku dalej na zachód niż Kraków.
Urania – Postępy Astronomii   ISSN 1689-6009
Międzynarodowy Rok Astronomii 2009
Powered by FreeFind

Urania-PAwww
Urania - Postępy Astronomii Copyright © „Urania — Postępy Astronomii”
webmaster: Marek Gołębiewski
Validated by HTML Validator (based on Tidy)