Sir George Biddell Airy KCB FRS ( / ˈɛər i / ; 27 de julio de 1801 - 2 de enero de 1892) fue un matemático y astrónomo inglés , así como profesor Lucasiano de Matemáticas de 1826 a 1828 y séptimo astrónomo real de 1835 a 1881. Sus muchos logros incluyen el trabajo sobre órbitas planetarias , la medición de la densidad media de la Tierra, un método de solución de problemas bidimensionales en mecánica de sólidos y, en su papel de astrónomo real, el establecimiento de Greenwich como la ubicación del meridiano principal .
Airy nació en Alnwick, en Northumberland , y perteneció a una familia del mismo nombre que residía en Kentmere , en Westmorland , en el siglo XIV. La rama a la que pertenecía, tras haber sufrido en la Guerra Civil Inglesa , se trasladó a Lincolnshire y se convirtieron en agricultores. Airy fue educado primero en escuelas primarias en Hereford y después en la Colchester Royal Grammar School . [1] Airy, un niño introvertido, ganó popularidad entre sus compañeros de escuela gracias a su gran habilidad en la construcción de tiradores de guisantes. [2]
Desde los 13 años, Airy se quedó frecuentemente con su tío, Arthur Biddell en Playford , Suffolk . Biddell presentó a Airy a su amigo Thomas Clarkson , el abolicionista del comercio de esclavos que vivía en Playford Hall . Clarkson tenía una maestría en matemáticas de Cambridge, y examinó a Airy en clásicos y luego posteriormente hizo arreglos para que fuera examinado por un miembro del Trinity College, Cambridge sobre su conocimiento de matemáticas. [3] [4] Como resultado, ingresó a Trinity en 1819, como sizar , lo que significa que pagó una tarifa reducida pero esencialmente trabajó como sirviente para compensar la reducción de la tarifa. [5] Aquí tuvo una carrera brillante, y parece haber sido reconocido casi de inmediato como el hombre líder de su año. En 1822 fue elegido académico de Trinity, y al año siguiente se graduó como vaquero senior y obtuvo el primer premio Smith . El 1 de octubre de 1824 fue elegido miembro de Trinity, y en diciembre de 1826 fue nombrado profesor Lucasiano de matemáticas en sucesión de Thomas Turton . Ocupó esta cátedra durante poco más de un año, siendo elegido en febrero de 1828 profesor Plumiano de astronomía y director del nuevo Observatorio de Cambridge . [1] En 1836 fue elegido miembro de la Royal Society y en 1840, miembro extranjero de la Real Academia Sueca de Ciencias . En 1859 se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de las Artes y las Ciencias de los Países Bajos . [6]
Una idea de su actividad como escritor sobre temas matemáticos y físicos durante estos primeros años se puede deducir del hecho de que antes de este nombramiento había contribuido con tres memorias importantes a las Philosophical Transactions de la Royal Society y ocho a la Cambridge Philosophical Society . En el Observatorio de Cambridge, Airy pronto demostró su capacidad de organización. El único telescopio que había en el establecimiento cuando se hizo cargo era el instrumento de tránsito , y a él se dedicó vigorosamente. Mediante la adopción de un sistema regular de trabajo y un cuidadoso plan de reducción, pudo mantener sus observaciones actualizadas y las publicó anualmente con una puntualidad que asombró a sus contemporáneos. Poco después se instaló un círculo mural y se instituyeron observaciones regulares con él en 1833. En el mismo año, el duque de Northumberland regaló al observatorio de Cambridge un hermoso telescopio con una apertura de 12 pulgadas, que se montó según los diseños de Airy y bajo su supervisión, aunque la construcción no se completó hasta después de que se mudó a Greenwich en 1835. [1]
Los escritos de Airy durante este período se dividen entre física matemática y astronomía. Los primeros se ocupan en su mayor parte de cuestiones relacionadas con la teoría de la luz que surgen de sus conferencias como profesor, entre las que se pueden mencionar especialmente su artículo Sobre la difracción de un objeto de vidrio con apertura circular y su enunciación de la teoría completa del arco iris . [ cita requerida ] En 1831 se le otorgó la Medalla Copley de la Royal Society por estas investigaciones. De sus escritos astronómicos durante este período, los más importantes son su investigación de la masa de Júpiter , su informe a la Asociación Británica sobre el progreso de la astronomía durante el siglo XIX y su trabajo Sobre una desigualdad de largo período en los movimientos de la Tierra y Venus . [ 7 ]
Una de las secciones de su competente e instructivo informe estaba dedicada a "Una comparación del progreso de la astronomía en Inglaterra con el de otros países", lo que supuso un gran perjuicio para Inglaterra. Este reproche fue eliminado en gran medida posteriormente gracias a sus propios trabajos. [8]
Una de las investigaciones más notables de Airy fue su determinación de la densidad media de la Tierra . En 1826, se le ocurrió la idea de abordar este problema mediante experimentos con péndulos en la parte superior e inferior de una mina profunda . Su primer intento, realizado en el mismo año, en la mina Dolcoath en Cornualles, fracasó como consecuencia de un accidente en uno de los péndulos . Un segundo intento en 1828 fue frustrado por una inundación de la mina, y pasaron muchos años antes de que se presentara otra oportunidad. Los experimentos finalmente se llevaron a cabo en el pozo Harton cerca de South Shields en el norte de Inglaterra en 1854. Su resultado inmediato fue demostrar que la gravedad en el fondo de la mina excedía a la de la parte superior en 1/19286 de su cantidad, siendo la profundidad de 383 m (1.257 pies). A partir de esto, llegó al valor final de la densidad específica de la Tierra de 6,566. [9] Este valor, aunque considerablemente superior al encontrado previamente por métodos diferentes, fue considerado por Airy, por el cuidado y la exhaustividad con que se llevaron a cabo y discutieron las observaciones, como "autorizado a competir con los otros, al menos, en igualdad de condiciones". [8] El valor actualmente aceptado para la densidad de la Tierra es 5,5153 g/cm 3 . [ cita requerida ]
En 1830, Airy calculó las longitudes del radio polar y del radio ecuatorial de la Tierra utilizando mediciones tomadas en el Reino Unido. Aunque sus mediciones fueron reemplazadas por cifras de radio más precisas (como las utilizadas para GRS 80 y WGS84 ), su geoide de Airy (estrictamente un elipsoide de referencia, OSGB36) todavía es utilizado por el Servicio Geoide de Gran Bretaña para la cartografía de Inglaterra, Escocia y Gales porque se ajusta mejor al nivel del mar local (unos 80 cm por debajo del promedio mundial). [10] [11]
El descubrimiento de Airy de una nueva desigualdad en los movimientos de Venus y la Tierra es en algunos aspectos su logro más notable. Al corregir los elementos de las tablas solares de Delambre , había sospechado una desigualdad que el constructor de las mismas había pasado por alto. No buscó en vano la causa durante mucho tiempo; trece veces el movimiento medio de Venus es tan casi igual a ocho veces el de la Tierra que la diferencia equivale sólo a una pequeña fracción del movimiento medio de la Tierra, y del hecho de que el término que depende de esta diferencia, aunque muy pequeño en sí mismo, recibe en la integración de las ecuaciones diferenciales un multiplicador de aproximadamente 2.200.000, Airy llegó a inferir la existencia de una desigualdad sensible que se extiende a lo largo de 240 años ( Phil. Trans. cxxii. 67). La investigación fue probablemente la más laboriosa que se había hecho hasta la época de Airy en la teoría planetaria , y representó la primera mejora específica en las tablas solares realizada en Inglaterra desde el establecimiento de la teoría de la gravedad . En reconocimiento a este trabajo se le concedió en 1833 la Medalla de Oro de la Real Sociedad Astronómica [8] (la volvería a ganar en 1846).
La resolución de los dispositivos ópticos está limitada por la difracción . Por eso, ni siquiera la lente más perfecta puede generar una imagen puntual en su foco , sino que en su lugar hay un patrón central brillante llamado ahora disco de Airy , rodeado de anillos concéntricos que forman un patrón de Airy. El tamaño del disco de Airy depende de la longitud de onda de la luz y del tamaño de la apertura. John Herschel había descrito previamente el fenómeno, [12] pero Airy fue el primero en explicarlo teóricamente. [13]
Este fue un argumento clave para refutar uno de los últimos argumentos restantes a favor del geocentrismo absoluto : el argumento de la estrella gigante . Tycho Brahe y Giovanni Battista Riccioli señalaron que la falta de paralaje estelar detectable en ese momento implicaba que las estrellas estaban a una distancia enorme. Pero el ojo desnudo y los primeros telescopios con pequeñas aperturas parecían mostrar que las estrellas eran discos de un cierto tamaño. Esto implicaría que las estrellas eran muchas veces más grandes que el Sol (no eran conscientes de las estrellas supergigantes o hipergigantes , pero se calculó que algunas eran incluso más grandes que el tamaño de todo el universo estimado en ese momento). Sin embargo, las apariencias de disco de las estrellas eran espurias: en realidad no estaban viendo imágenes estelares, sino discos de Airy. Con los telescopios modernos, incluso con los que tienen el mayor aumento, las imágenes de casi todas las estrellas aparecen correctamente como meros puntos de luz.
En junio de 1835, Airy fue nombrado astrónomo real en sucesión de John Pond , y comenzó su larga carrera en el observatorio nacional, lo que constituye su principal título de fama. La condición del observatorio en el momento de su nombramiento era tal que Lord Auckland , el primer Lord del Almirantazgo , consideró que "debía ser despejado", mientras que Airy admitió que "estaba en un estado extraño". Con su energía habitual, se puso a trabajar de inmediato para reorganizar toda la administración. Remodeló los volúmenes de observaciones, puso la biblioteca sobre una base adecuada, montó el nuevo observatorio ecuatorial ( Sheepshanks ) y organizó un nuevo observatorio magnético. En 1847 se erigió un altacimutal , diseñado por Airy para permitir que las observaciones de la luna se hicieran no solo en el meridiano , sino siempre que fuera visible. [14] En 1848, Airy inventó el tubo cenital reflejo para reemplazar el sector cenital empleado anteriormente. A finales de 1850 se construyó el gran círculo de tránsito de 203 mm (8,0 pulgadas) de apertura y 3,5 metros (11 pies 6 pulgadas) de longitud focal , que sigue siendo el principal instrumento de su clase en el observatorio. El montaje en 1859 de un telescopio ecuatorial de 330 mm (13 pulgadas) de apertura provocó el comentario en su diario de ese año: "No hay ahora una sola persona empleada o instrumento utilizado en el observatorio que estuviera allí en la época del Sr. Pond"; y la transformación se completó con la inauguración del trabajo espectroscópico en 1868 y del registro fotográfico de las manchas solares en 1873. [8]
La formidable empresa de reducir las observaciones planetarias acumuladas en Greenwich desde 1750 a 1830 ya estaba en marcha bajo la supervisión de Airy cuando éste fue nombrado astrónomo real. Poco después emprendió la laboriosa tarea de reducir la enorme masa de observaciones de la Luna realizadas en Greenwich durante el mismo período bajo la dirección, sucesivamente, de James Bradley , Nathaniel Bliss , Nevil Maskelyne y John Pond, para sufragar los gastos se asignó una gran suma de dinero por parte del Tesoro. Como resultado, no menos de 8.000 observaciones lunares fueron rescatadas del olvido y, en 1846, se pusieron a disposición de los astrónomos en una forma tal que pudieran usarse directamente para la comparación con la teoría y para la mejora de las tablas del movimiento de la Luna. [8]
En 1848, Airy recibió un reconocimiento de la Royal Astronomical Society por este trabajo , que condujo inmediatamente a Peter Andreas Hansen a descubrir dos nuevas desigualdades en el movimiento de la Luna. Después de completar estas reducciones, Airy se interesó, antes de emprender cualquier investigación teórica relacionada con ellas, por si algún otro matemático estaba estudiando el tema y, al enterarse de que Hansen se había hecho cargo del tema bajo el patrocinio del rey de Dinamarca , pero que, debido a la muerte del rey y la consiguiente falta de fondos, existía el peligro de que se viera obligado a abandonarlo, solicitó al almirantazgo en nombre de Hansen la suma necesaria. Su solicitud fue concedida de inmediato y así sucedió que las famosas Tables de la Lune de Hansen se dedicaron a La Haute Amirauté de sa Majesté la Reine de la Grande Bretagne et d'Irlande . [8]
En 1851, Airy estableció un nuevo meridiano de Greenwich. Esta línea, el cuarto "meridiano de Greenwich", se convirtió en la línea definitiva reconocida internacionalmente en 1884. [15] [16] Fue reemplazado por el meridiano de referencia del IERS en 1984, que recorre aproximadamente 102 metros hacia el este.
En junio de 1846, Airy comenzó a comunicarse con el astrónomo francés Urbain Le Verrier sobre la predicción de este último de que las irregularidades en el movimiento de Urano se debían a un cuerpo no observado hasta entonces. Consciente de que el astrónomo de Cambridge John Couch Adams había sugerido que había hecho predicciones similares, el 9 de julio Airy instó a James Challis a emprender una búsqueda sistemática con la esperanza de asegurar el triunfo del descubrimiento para Gran Bretaña. Finalmente, una búsqueda rival en Berlín a cargo de Johann Gottfried Galle , instigada por Le Verrier, ganó la carrera por la prioridad. [17] Aunque Airy fue "injuriado de la manera más salvaje tanto por los ingleses como por los franceses" [18] por su fracaso en actuar con más prontitud ante las sugerencias de Adams, también ha habido afirmaciones de que las comunicaciones de Adams habían sido vagas y dilatorias [17] y, además, de que la búsqueda de un nuevo planeta no era responsabilidad del Astrónomo Real. [19]
Utilizando un telescopio lleno de agua , en 1871 Airy buscó un cambio en la aberración estelar a través del agua refractante debido a la hipótesis del arrastre del éter . [20] Como todos los demás intentos de detectar la deriva o el arrastre del éter, Airy obtuvo un resultado negativo. George Biddell Airy no se propuso descubrir un éter estacionario o en movimiento. Tampoco se propuso demostrar que la Tierra misma fuera estacionaria o en movimiento. Una simple lectura de su artículo confirma esos hechos. El experimento de Airy estuvo motivado exclusivamente por lo que él describe como una discusión en publicaciones continentales (a la que se refiere en el párrafo inicial de su artículo) sobre la luz que experimenta un aumento relativo en la refracción al atravesar un medio refractor que tiene una velocidad de traslación. La hipótesis del aumento de la refracción con el movimiento del medio refractante fue propuesta por Fresnel2,3 en 1818 y confirmada experimentalmente por Fizeau4 en 1851. Esa confirmación se ha repetido y se mantiene hoy en día a pesar de la impopularidad de la explicación teórica de Fresnel de que el arrastre parcial de éter es responsable del fenómeno.
En 1872, Airy concibió la idea de tratar la teoría lunar de una manera nueva y, a la edad de setenta y un años, se embarcó en el prodigioso trabajo que implicaba este plan. Una descripción general de su método se puede encontrar en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , vol. xxxiv, n.º 3. Consistía esencialmente en la adopción de las expresiones numéricas finales de Charles-Eugène Delaunay para la longitud , la latitud y la paralaje , con un término simbólico asociado a cada número, cuyo valor debía determinarse por sustitución en las ecuaciones de movimiento. [8]
En este modo de tratar la cuestión, el orden de los términos es numérico, y aunque la cantidad de trabajo es tal que bien podría haber disuadido a un hombre más joven, los detalles eran fáciles y una gran parte de ellos podrían confiarse a "una simple computadora ". [8] [a]
La obra se publicó en 1886, cuando su autor tenía ochenta y cinco años. Desde hacía algún tiempo lo acosaba la sospecha de que se habían introducido ciertos errores en los cálculos, por lo que se dedicó a la tarea de revisarla. Pero sus facultades ya no eran las mismas que antes y nunca pudo investigar suficientemente el asunto. En 1890 nos cuenta cómo se había cometido un grave error en uno de los primeros pasos y añade patéticamente: "Mi espíritu en la obra estaba quebrantado y nunca he continuado con ella con entusiasmo desde entonces". [8]
En 1862, Airy presentó una nueva técnica para determinar el campo de tensión y deformación dentro de una viga . [21] Esta técnica, a veces llamada el método de la función de tensión de Airy, se puede utilizar para encontrar soluciones a muchos problemas bidimensionales en mecánica de sólidos (véase Wikiversidad). Por ejemplo, fue utilizado por HM Westergaard [22] para determinar el campo de tensión y deformación alrededor de la punta de una grieta y, por lo tanto, este método contribuyó al desarrollo de la mecánica de fracturas .
Se consultó a Airy sobre las velocidades y presiones del viento que probablemente se encontrarían en el puente colgante Forth que Thomas Bouch estaba diseñando para el ferrocarril North British Railway a fines de la década de 1870. Pensó que no se podían esperar presiones mayores a aproximadamente 10 libras por pie cuadrado (500 pascales), un comentario que Bouch interpretó como aplicable también al primer puente ferroviario Tay que se estaba construyendo en ese momento. Sin embargo, se pueden esperar presiones mucho mayores en caso de tormentas severas. Airy fue llamado a declarar ante la Investigación Oficial sobre el desastre del Puente Tay y fue criticado por su consejo. Sin embargo, se sabía poco sobre los problemas de resistencia al viento de las grandes estructuras, y se solicitó a una Comisión Real sobre Presión del Viento que realizara una investigación sobre el problema. [23]
Airy fue descrito en su obituario publicado por la Royal Society como "un duro adversario" y sobreviven historias de varios desacuerdos y conflictos con otros científicos. Francis Ronalds descubrió que Airy era su enemigo mientras era el Director Honorario inaugural del Observatorio de Kew , que Airy consideraba un competidor de Greenwich. [24] [25] Otros conflictos bien documentados fueron con Charles Babbage y Sir James South . [26] [27]
En julio de 1824, Airy conoció a Richarda Smith (1804-1875), "una gran belleza", durante un paseo por Derbyshire . Más tarde escribió: "Nuestras miradas se cruzaron... y mi destino quedó sellado... Sentí irresistiblemente que debíamos unirnos", y Airy le propuso matrimonio dos días después. El padre de Richarda, el reverendo Richard Smith, consideró que Airy carecía de los recursos económicos para casarse con su hija. Recién en 1830, cuando Airy ya estaba establecido en su puesto en Cambridge, se le concedió el permiso para el matrimonio. [17] [28] [29]
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Los Airy tuvieron nueve hijos, los tres primeros de los cuales murieron jóvenes.
Airy fue nombrado caballero el 17 de junio de 1872. [34]
Airy se retiró en 1881 y vivió con sus dos hijas solteras en Croom's Hill, cerca de Greenwich. En 1891 sufrió una caída y una lesión interna. Sobrevivió a la cirugía consecuente solo unos días. Su riqueza al morir era de £ 27,713, equivalente a £ 3,746,548.49 en 2021. [35] Airy y su esposa y tres hijos fallecidos anteriormente están enterrados en la iglesia de St. Mary en Playford, Suffolk . [17] Una cabaña propiedad de Airy todavía se mantiene en pie, adyacente a la iglesia y ahora en manos privadas. [36]
Sir Patrick Moore afirmó en su autobiografía que el fantasma de Airy ha sido visto rondando el Observatorio Real de Greenwich después del anochecer. (página 178)
Para obtener una lista de obras de George Biddell Airy (con copias digitales), consulte Wikisource.
En Airy (1896) se encuentra una lista completa de los 518 documentos impresos de Airy. Entre los más importantes se encuentran:
Edward Maunder Astrónomo.
Edward Maunder Astrónomo.
Obras de o sobre George Biddell Airy en Wikisource