Wie was Christiaan Huygens?

Christiaan Huygens
Christiaan Huygens, afgebeeld op een oud 25 gulden biljet

De 17-de eeuw was een veelbelovende eeuw voor de wetenschap. Er werd grote vooruitgang geboekt op het gebied van natuurkunde, wiskunde, chemie en andere natuurwetenschappen. Maar de astronomie sprong er wellicht met kop en schouders boven uit. In een tijdsbestek van een eeuw werden er verschillende planeten en manen voor het eerst waargenomen en werden er nauwkeurige modellen opgesteld die de beweging van planeten voorspelden en de wet over de universele wet van de zwaartekracht werd opgesteld.

Christiaan Huygens was één van de prominentste wetenschappers in die tijd. Hij speelde een sleutelrol in de ontwikkeling van nauwkeurige klokken, optica en mechanica. Hij ontdekte de ringen van Saturnus en de grootste maan Titan en met dank aan Huygens werden volgende generaties geïnspireerd om de buitenste delen van het zonnestelsel te bestuderen. Er werden meer manen bij Saturnus ontdekt en ook de planeten Uranus en Neptunus volgden een eeuw later.

Vroege leven

Christiaan Huygens werd op 14 april 1629 in Den Haag geboren. Hij maakte deel uit van een rijke en invloedrijke Nederlandse familie. Christiaan was de tweede zoon van Constantijn Huygens en Suzanna van Baerle. Hij is vernoemd naar zijn grootvader van vaderszijde. Constantijn Huygens was een beroemd dichter, componist en adviseur van het Huis van Oranje. Hij was bevriend met vele filosofen, waaronder Galileo Galilei, Marin Mersenne en René Descartes.

De connecties van zijn vader en zijn persoonlijke voorkeuren zorgden er voor dat Christiaan een degelijke opleiding op het gebied van kunst en wetenschappen kon volgen en het zette hem op het pad van uitvinder en astronoom. Tot zijn 16-de volgde hij zijn studie van huis. Hij kreeg een vrije opleiding, studeerde talen, muziek, geschiedenis, geografie, wiskunde, logica, retoriek maar ook leerde hij dansen, schermen en paardrijden.

Opleiding

In 1645 begon hij aan zijn studie rechten en wiskunde aan de Universiteit van Leiden. Na twee jaar zette hij deze studie voort aan het destijds nieuw opgerichte College van Oranje in Breda. In 1649 studeerde hij hier af. Zijn vader hoopte dat hij als diplomaat verder zou gaan maar het was toen al duidelijk dat zin interesse in de wiskunde en wetenschappen veel groter was.

In 1654 keerde Christiaan terug naar de ouderlijke woning in Den Haag en stelde hij zichzelf helemaal in dienst van het wetenschappelijk onderzoek. Veel van zijn onderzoek werd uitgevoerd in een tweede huis van de familie waar hij gedurende de zomer verbleef. Huygens correspondeerde in die tijd heel veel. Onder andere met Mersenne maar ook met de academici die hij in Parijs had leren kennen.

Vanaf 1655 begon hij steeds vaker Parijs te bezoeken en nam hij deel aan debatten die door de Montmor Academie werden georganiseerd. Huygens bepleitte de wetenschappelijke methode en het experimenteren. Hij zag de traditionele manier van denken als amateuristisch.

In 1661 maakte Huygens zijn eerste reis naar Engeland. Hij nam daar deel aan een bijeenkomst van de Gresham College groep, dit was een groep wetenschappers die werden beïnvloed door de nieuwe wetenschappelijke methode die vooral door Francis Bacon werd gepromoot. In 1663 werd Huygens benoemd tot Fellow van de Royal Society die uit de Gresham Group was voortgekomen. Isaac Newton en Robert Boyle maakten destijds ook deel uit van de Royal Society.

In 1666 vertrok Huygens naar Parijs waar hij één van de oprichters werd van de Franse Academie van Wetenschappen van koning Lodewijk XIV. Van daaruit maakte hij gebruik van de Parijse Sterrenwacht voor zijn belangrijkste ontdekkingen, correspondeerde hij met de Royal Society en werkte hij samen met de astronoom Giovanni Cassini (de ontdekker van de Saturnusmanen Japetus, Rhea, Tethys en Dione).

Door zijn vele werk bij de Academie kreeg hij een royale uitkering en een eigen appartement in het gebouw. Tussen 1666 en 1681 leefde hij in Parijs, hij bezocht slechts sporadisch Nederland, en raakte hij bevriend met de Duitse wiskundige en filosoof Gottfried Wilhelm Leibnitz.

Astronomie

In 1652-1653 begon Huygens aan een theoretische studie van sferische lenzen met als doel te begrijpen hoe telescopen precies werken. In 1655 begon hij, samen met zijn broer Constantijn, aan het slijpen en polijsten van zijn eigen lenzen en ontwierp hij een oculair dat wij nu nog steeds kennen als het Huygens oculair. Het is een telescoop oculair dat uit twee lenzen bestaat.

In 1660 zorgde zijn werk met lenzen er voor dat hij in contact kwam met de grote Nederlandse filosoof Baruch Spinoza. Ook Spinoza sleep lenzen en deed dit op een hele professionele manier. Huygens nam deze verbeteringen over en hij begon lenzen te maken die hij voor zijn eigen telescopen gebruikte. Hij begon aan de studie van sterren en planeten en het heelal.

In 1655 werd Huygens de eerste astronoom die de ringen van Saturnus waarnam. Hij deed dit met een zelfgebouwde telescoop die 50 keer kon vergroten. In zijn in 1659 verschenen werk “Systema Saturnium” beweerde hij dat Saturnus was omringd door een dunne platte ring die de planeet nergens raakte en die een inclinatie maakt ten opzichte van de evenaar.

Hugens - saturnus en zijn ringen
De tekening die Huygens maakte van Saturnus en zijn ringen en de beweging van de door hem ontdekte maan Titan

In 1655 werd hij ook de eerste astronoom die Titan, de grootste maan van Saturnus waarnam. In die tijd noemde hij de maan Saturni Luna, dit is Latijn voor “Maan van Saturnus”. Hij beschreef de ontdekking van Titan in zijn artikel “De Saturni Observatio Nova” (Een nieuwe waarneming van de maan van Saturnus).

In hetzelfde jaar gebruikte hij zijn telescoop om de Orion-nevel waar te nemen en die succesvol op te lossen in verschillende sterren. Hij was ook de eerste die een tekening maakte van de Orion-nevel. Deze werd ook in zijn Systema Saturnium uit 1659 gepubliceerd. Het binnenste heldere deel van de Orion-nevel is naar hem vernoemd.

Kort voor zijn dood in 1695 voltooide Huygens zijn “Cosmotheoros”, het boek verscheen postuum in 1698. In dit boek speculeerde Huygens over het voorkomen van buitenaards leven op andere planeten waarvan hij dacht dat het vergelijkbaar zou zijn met het leven op Aarde. Dergelijke speculaties waren, met dank aan het Copernicaanse Heliocentrische model, destijds niet ongebruikelijk.

Huygens ging echter verder in zijn beschrijvingen over buitenaards leven. Hij stelde dat de beschikbaarheid van vloeibaar water essentieel is voor leven en dat de eigenschappen van water moesten verschillen van planeet tot planeet om binnen een bepaald temperatuurbereik te vallen. Hij gebruikte zijn waarnemingen van donkere en lichte vlekken op Mars en Jupiter als bewijs dat er water en ijs op deze planeten moest zijn.

Rekening houdende met Bijbelse uitdagingen stelde hij dat buitenaards leven nergens in de Bijbel werd ontkend of bevestigd en hij vroeg zich af waarom God andere planeten zou maken als ze niet bedoeld waren om bevolkt te worden net zoals de Aarde. Het was ook in dit boek dat Huygens een methode publiceerde om de afstanden tot sterren te schatten gebaseerd op de aanname (die later onjuist bleek te zijn) dat alle sterren even helder zijn als de Zon.

In 1659 stelde Huygens een wet op die nu bekend is als de tweede wet van Newton in een kwadratische vorm. Destijds leidde hij een formule af die nu bekend is als de standaard formule voor de middelpuntvliedende kracht die wordt uitgeoefend door een object dat een cirkelvormige beweging beschrijft, bijvoorbeeld aan het touw waaraan het is bevestigd. In wiskundige notatie ziet die formule er als volgt uit:

Fc = m * v2/r

Waar in:

  • m = massa van het object
  • v = snelheid van het object
  • r = straal

De publicatie van de algemene formule voor deze kracht in 1673 was gerelateerd aan zijn werk aan slingeruurwerken en niet aan astronomie maar het betekende wel een belangrijke stap in het bestuderen van banen van hemellichamen in de astronomie. De formule maakte het mogelijk om de derde wet van Kepler of de beweging van planeten om te zetten naar de kwadraten wet van de zwaartekracht.

Andere prestaties

Huygens - Slingeruurwerk en Horologium Oscillatorium
Door een veer aangedreven slingeruurwerk ontworpen door Huygens en een kopie van zijn boek “Horologium Oscillatorium”. (Credit: Museum Boerhaave Leiden)

Als astronoom was hij erg geïnteresseerd in een nauwkeurig meting van de tijd en deze interesse leidde tot de uitvinding van het slingeruurwerk als een standaard voor klokken. Einde 1656 maakte hij een prototype van het eerste slingeruurwerk en dit was een doorbraak in de registratie van de juiste tijd en maakte het mogelijk om nauwkeurigere klokken te maken.

In 1657 contacteerde hij klokkenmakers in Den Haag om zijn klok te bouwen en vroeg hij er lokaal een patent op aan. In andere landen zoals Frankrijk en Engeland lukte het hem niet om een patent te krijgen en gingen andere ontwerpers met zijn ontwerp aan de haal en gebruikten ze het voor hun eigen klokken. Echter, Huygens publiceerde over zijn concept om er zeker van te zijn dat hij als uitvinder er van erkend zou worden. Het oudste slingeruurwerk volgens Hugens dateert uit 1657 en kan tegenwoordig nog steeds gezien worden in Museum Boerhaave in Leiden.

In 1673 publiceerde Huygens zijn “Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum” (De theorie en het ontwerp van het slingeruurwerk). Het is zijn grootste werk over slingeruurwerken en tijdmeetkunde. In dit boek adresseerde hij problemen die door andere wetenschappers waren opgeroepen omdat slingeruurwerken niet isochroon zouden zijn (de periode zou afhankelijk zijn van de breedte van de zwaai waarbij een grotere uitslag meer tijd zou kosten dan een kleinere uitslag).

Huygens analyseerde dit probleem door gebruik te maken van geometrische methodes (een vroeg gebruik van wiskunde) en hij bepaalde dat de tijd die nodig is voor een zwaai van de slinger gelijk is en onafhankelijk is van het startpunt. Daarnaast loste hij het probleem op van hoe de periode van een slingeruurwerk te berekenen door de reciproke relatie te beschrijven tussen het centrum van de slingering en het draaipunt. In hetzelfde boek analyseerde hij het conische slingeruurwerk: een gewicht aan een koord dat in een cirkel beweegt en gebruik maakt van de centrifugaal kracht.

Huygens ontwikkelde in 1675, in dezelfde periode als Robert Hooke dat deed, een veerhorloge. De discussie over wie als eerste een dergelijk horloge ontwikkelde heeft eeuwen geduurd maar men neemt nu algemeen aan dat de ontwikkeling van Huygens onafhankelijk plaatsvond aan die van Hooke.

Huygens heeft ook een grote bijdrage geleverd aan de optica en in het bijzonder aan de theorie over de golfbeweging van licht. Deze theorieën werden voor het eerst in 1768 gerapporteerd aan de Parijse Academie van Wetenschappen maar het duurde tot 1690 alvorens ze werden gepubliceerd in zijn “Verhandeling over Licht”. In deze verhandeling betoogde hij een gereviseerde versie van de denkbeelden van Descartes waarin de snelheid van het licht oneindig is en wordt verspreid door sferische golven die worden uitgezonden langs een golffront.

In 1690 werd ook zijn verhandeling over de zwaartekracht gepubliceerd: “Verhandeling over de oorzaak van zwaartekracht”. Hierin geeft hij een mechanische verklaring over zwaartekracht gebaseerd op Cartesiaanse vortexen. Hij neemt hiermee afstand van de zwaartekrachtwet van Newton die, ondanks zijn bewondering voor Newton, volgens Huygens wiskundig helemaal niet was onderbouwd.

Een buisloze telescoop van Huygens
Huygens’ 66 meter lange telescoop zonder buis. Gravure uit Astroscopia Compendiaria tubi optici molimine liberata (samengestelde telescopen zonder buizen) (Credit: publiek domein)

Onder zijn overige uitvindingen bevindt zich het ontwerp van een interne verbrandingsmachine uit 1680 die zonder toepassing van buskruit kon werken. Van deze machine is echter nooit een prototype gebouwd. Huygens bouwde ook drie telescopen naar eigen ontwerp. Ze hadden enorme brandpunten van 37,5, 55 en 64 meter en ze werden later overgedragen aan de Royal Society.

Dood en nalatenschap

In 1681 keerde Huygens terug naar Den Haag. Hij leed aan zware aanvallen van depressiviteit. Hij wilde in 1685 terugkeren naar Frankrijk maar herroeping van het Edict van Nantes dat toestond dat Franse Protestanten (de Hugenoten) vrijheid van godsdienst beloofde, voorkwam dit. In 1687 stierf zijn vader en hij erfde het buitenhuis Hofwijck waar hij bleef wonen.

In 1689 maakte hij zijn derde en laatste reis naar Engeland waar hij Isaac Newton ontmoette en waar ze ideeën uitwisselden over bewegingen en optica. Huygens stierf op 8 juli 1695 na een koortsaanval en hij werd bijgezet in de Grote of Sint Jacobskerk in Den Haag.

Voor zijn onderzoek en zijn bijdragen aan de wetenschap werd hij op verschillende manieren geëerd. Ter ere van zijn periode aan de Universiteit van Leiden werd het Huygens laboratorium gebouwd. In deze gebouwen zetelt de natuurkunde faculteit van de universiteit. Ook de Europese ruimtevaartorganisatie ESA eert hem met een Huygens-gebouw dat zich bevindt op de terreinen van ESTEC in Noordwijk.

De Radboud Universiteit in Nijmegen heeft ook een gebouw naar heb vernoemd. Het is één van de belangrijkste gebouwen van de wetenschappelijke faculteit. In Eindhoven bevindt zich het Christiaan Huygens College, een middelbare school en er is het Huygens beursprogramma, een speciale beurs voor Nederlandse en internationale studenten.

Ook het tweedelige Huygens-oculair voor telescopen draagt zijn naam. Ofschoon inmiddels voorbij gestreefd door betere ontwerpen wordt het nog vaak met goedkopere telescopen meegeleverd. Er bestaat een softwarepakket voor beeldbewerking van microscopische opnames dat zijn naam draagt en ook de supercomputer van SARA in Amsterdam is vernoemd naar zijn vader en naar hem.

Vanwege zijn bijdrage aan de astronomie zijn er ook verschillende andere astronomische zaken naar hem vernoemd. Asteroïde 2801 Huygens, de Huygens krater op Mars en Mons Huygens, een berg op de Maan. Natuurlijk kennen we ook de Huygens probe die, als onderdeel van de Cassini-missie naar Saturnus, afdaalde in de atmosfeer van de maan Titan die door hem werd ontdekt.

Eerste publicatie: 15 november 2015
Laatste keer bijgewerkt op: 24 september 2016

Bron: UniverseToday