George Biddell Airy - George Biddell Airy


George Biddell Airy

George Biddell Airy 1891.jpg
George Biddell Airy en 1891
Née ( 1801-07-27 )27 juillet 1801
Alnwick , Northumberland, Angleterre
Décédés 2 janvier 1892 (1892-01-02)(90 ans)
Greenwich , Londres, Angleterre
Nationalité Britanique
Éducation Lycée royal de Colchester
mère nourricière Collège Trinity, Cambridge
Connu pour Septième Astronome Royal
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Récompenses Prix ​​Smith (1823)
Médaille Copley (1831)
Médaille d'or RAS (1833, 1846)
Prix ​​Lalande (1834)
Médaille royale (1845)
Médaille Albert (1876)
Carrière scientifique
Des champs Astronomie , mathématiques
Établissements Trinity College, Société royale de Cambridge
Conseillers académiques George Peacock

Sir George Airy Biddell KCB PRS ( / ɛər i / , 27 Juillet 1801-2 Janvier 1892) était un Anglais mathématicien et astronome , et le septième Astronome royal de 1835 à 1881. Ses nombreuses réalisations comprennent des travaux sur planétaires orbites , la mesure de la moyenne densité de la Terre, une méthode de résolution de problèmes bidimensionnels en mécanique des solides et, dans son rôle d'astronome royal, établissant Greenwich comme emplacement du premier méridien . Sa réputation a été ternie par des allégations selon lesquelles, par son inaction, la Grande-Bretagne a perdu l'occasion de découvrir la planète Neptune .

Biographie

Airy est né à Alnwick , l'un des membres d'une longue lignée d'Airy qui ont fait remonter leur descendance à une famille du même nom résidant à Kentmere , dans le Westmorland , au 14ème siècle. La branche à laquelle il appartenait, ayant souffert pendant la guerre civile anglaise , s'installa dans le Lincolnshire et devint fermier. Airy a d'abord fait ses études dans les écoles élémentaires de Hereford , puis à la Colchester Royal Grammar School . Enfant introverti, Airy a gagné en popularité auprès de ses camarades de classe grâce à sa grande habileté dans la construction de lance-pois.

Dès l'âge de 13 ans, Airy séjourne fréquemment avec son oncle, Arthur Biddell à Playford, Suffolk . Biddell présenta Airy à son ami Thomas Clarkson , l'abolitionniste de la traite négrière qui vivait à Playford Hall. Clarkson avait une maîtrise en mathématiques de Cambridge et a examiné Airy dans les classiques, puis s'est arrangé pour qu'il soit examiné par un membre du Trinity College de Cambridge sur ses connaissances en mathématiques. En conséquence, il est entré à Trinity en 1819, en tant que sizar , ce qui signifie qu'il payait des honoraires réduits mais travaillait essentiellement comme domestique pour compenser la réduction des honoraires. Ici, il a eu une brillante carrière, et semble avoir été presque immédiatement reconnu comme l'homme principal de son année. En 1822, il fut élu érudit de Trinity, et l'année suivante, il obtint son diplôme de senior wrangler et obtint le premier Smith's Prize . Le 1er octobre 1824, il est élu membre de Trinity et, en décembre 1826, est nommé professeur lucasien de mathématiques à la suite de Thomas Turton . Il occupa cette chaire pendant un peu plus d'un an, étant élu en février 1828 professeur d' astronomie à Plumian et directeur du nouvel observatoire de Cambridge . En 1836, il fut élu membre de la Royal Society et en 1840, membre étranger de l' Académie royale suédoise des sciences . En 1859, il devient membre étranger de l' Académie royale néerlandaise des arts et des sciences .

Recherche

George Biddell Airy

Une certaine idée de son activité d'écrivain sur des sujets mathématiques et physiques au cours de ces premières années peut être tirée du fait qu'avant cette nomination, il avait rédigé trois mémoires importants aux Philosophical Transactions of the Royal Society et huit à la Cambridge Philosophical Society. . A l'observatoire de Cambridge, Airy montra bientôt sa puissance d'organisation. Le seul télescope de l'établissement lorsqu'il en prit la direction était l' instrument de transit , et il s'y consacra vigoureusement. Par l'adoption d'un système de travail régulier et d'un plan minutieux de réduction, il put tenir à jour ses observations et les publier annuellement avec une ponctualité qui étonna ses contemporains. Peu de temps après, un cercle mural a été installé et des observations régulières ont été instituées avec lui en 1833. La même année, le duc de Northumberland a présenté à l'observatoire de Cambridge un bel objet en verre d'une ouverture de 12 pouces, qui a été monté selon les conceptions d'Airy et sous sa direction, bien que la construction n'ait été achevée qu'après son déménagement à Greenwich en 1835.

Les écrits d'Airy pendant cette période sont divisés entre la physique mathématique et l'astronomie. Les premiers sont pour la plupart concernés par des questions relatives à la théorie de la lumière découlant de ses conférences professorales, parmi lesquelles peut être spécialement mentionné son article sur la diffraction d'un objet-verre à ouverture circulaire, et son énonciation de la théorie complète de l' arc-en - ciel . En 1831, la médaille Copley de la Royal Society lui a été décernée pour ces recherches. Parmi ses écrits astronomiques au cours de cette période, les plus importants sont son enquête sur la masse de Jupiter , son rapport à la British Association sur les progrès de l'astronomie au XIXe siècle et son ouvrage On an Inequality of Long Period in the Motions of the Earth. et Vénus .

L'une des sections de son rapport compétent et instructif était consacrée à « une comparaison des progrès de l'astronomie en Angleterre avec ceux d'autres pays », au grand désavantage de l'Angleterre. Ce reproche fut par la suite en grande partie écarté par ses propres travaux.

Densité moyenne de la Terre

L'une des recherches les plus remarquables d'Airy fut sa détermination de la densité moyenne de la Terre . En 1826, l'idée lui vint d'attaquer ce problème au moyen d' expériences au pendule en haut et en bas d'une mine profonde . Sa première tentative, faite la même année, à la mine Dolcoath en Cornouailles, échoua à la suite d'un accident sur l'un des pendules . Une deuxième tentative en 1828 a été vaincue par une inondation de la mine, et de nombreuses années se sont écoulées avant qu'une autre opportunité ne se présente. Les expériences ont finalement eu lieu à la fosse Harton près de South Shields dans le nord de l'Angleterre en 1854. Leur résultat immédiat fut de montrer que la gravité au fond de la mine dépassait celle au sommet de 1/19286 de sa quantité, la profondeur étant de 383 m (1 256 pieds). De là, il a été conduit à la valeur finale de la densité spécifique de la Terre de 6,566. Cette valeur, bien que considérablement supérieure à celle précédemment trouvée par différentes méthodes, a été tenue par Airy, du soin et de l'exhaustivité avec lesquels les observations ont été effectuées et discutées, pour être « en droit de rivaliser avec les autres sur, au moins, l'égalité termes." La valeur actuellement acceptée pour la densité de la Terre est de 5,5153 g/cm³.

Géoïde de référence

En 1830, Airy a calculé les longueurs du rayon polaire et du rayon équatorial de la Terre en utilisant des mesures prises au Royaume-Uni. Bien que ses mesures aient été remplacées par des valeurs de rayon plus précises (comme celles utilisées pour GRS 80 et WGS84 ), son géoïde d'Airy (strictement un ellipsoïde de référence, OSGB36) est toujours utilisé par l' Ordnance Survey de Grande-Bretagne pour cartographier l'Angleterre, l'Écosse et le Pays de Galles car il correspond mieux au niveau de la mer local (environ 80 cm en dessous de la moyenne mondiale).

Inégalités planétaires

La découverte par Airy d'une nouvelle inégalité dans les mouvements de Vénus et de la Terre est à certains égards sa réalisation la plus remarquable. En corrigeant les éléments des tables solaires de Delambre , il avait été amené à soupçonner une inégalité négligée par leur constructeur. Il n'en chercha pas longtemps en vain la cause ; treize fois le mouvement moyen de Vénus est si proche de huit fois celui de la Terre que la différence ne représente qu'une petite fraction du mouvement moyen de la Terre, et du fait que le terme dépendant de cette différence, bien que très petit en lui-même, reçoit dans l'intégration des équations différentielles d' un multiplicateur d'environ 2 200 000, Airy a été amené à déduire l'existence d'une inégalité sensible s'étendant sur 240 ans ( Phil. Trans. cxxii. 67). L'enquête était probablement la plus laborieuse qui avait été faite jusqu'à l'époque d'Airy dans la théorie planétaire , et représentait la première amélioration spécifique des tables solaires effectuée en Angleterre depuis l'établissement de la théorie de la gravité . En reconnaissance de ce travail, la médaille d'or de la Royal Astronomical Society lui a été décernée en 1833 (il la remportera à nouveau en 1846).

Disque aéré

Image générée par ordinateur simulant un disque Airy

La résolution des dispositifs optiques est limitée par la diffraction . Ainsi, même l'objectif le plus parfait ne peut pas tout à fait générer une image ponctuelle à son foyer , mais à la place il y a un motif central brillant maintenant appelé le disque d'Airy , entouré d'anneaux concentriques comprenant un motif d'Airy. La taille du disque d'Airy dépend de la longueur d'onde de la lumière et de la taille de l'ouverture. John Herschel avait déjà décrit le phénomène, mais Airy a été le premier à l'expliquer théoriquement.

C'était un argument clé pour réfuter l'un des derniers arguments en faveur du géocentrisme absolu : l' argument de l'étoile géante . Tycho Brahe et Giovanni Battista Riccioli ont souligné que le manque de parallaxe stellaire détectable à l'époque impliquait que les étoiles étaient très éloignées. Mais l'œil nu et les premiers télescopes à petites ouvertures semblaient montrer que les étoiles étaient des disques d'une certaine taille. Cela impliquerait que les étoiles étaient plusieurs fois plus grandes que notre soleil (ils n'étaient pas au courant des étoiles supergéantes ou hypergéantes , mais certaines ont été calculées pour être encore plus grandes que la taille de l'univers entier estimée à l'époque). Cependant, les apparitions des disques des étoiles étaient fausses : elles ne voyaient pas réellement des images stellaires, mais des disques d'Airy. Avec les télescopes modernes, même avec ceux qui ont le plus grand grossissement, les images de presque toutes les étoiles apparaissent correctement comme de simples points lumineux.

Astronome Royal

Airy's Transit Circle dans la salle Transit Circle, Greenwich

En juin 1835, Airy est nommé astronome royal à la suite de John Pond et commence sa longue carrière à l'observatoire national qui constitue son titre principal de gloire. L'état de l'observatoire au moment de sa nomination était tel que Lord Auckland , le premier Lord de l'Amirauté , considérait qu'« il devait être vidé », tandis qu'Airy reconnaissait qu'« il était dans un étrange état ». Avec son énergie habituelle, il se mit aussitôt à l'œuvre pour réorganiser toute la direction. Il remodèle les volumes d'observations, remet sur pied la bibliothèque, monte le nouveau ( Sheepshanks ) équatorial et organise un nouvel observatoire magnétique. En 1847, un azimut fut érigé, conçu par Airy pour permettre des observations de la lune non seulement sur le méridien , mais chaque fois qu'elle pourrait être visible. En 1848, Airy inventa le tube zénithal réflexe pour remplacer le secteur zénithal précédemment utilisé. À la fin de 1850, le grand cercle de transit d'une ouverture de 203 mm (8 pouces) et d'une distance focale de 3,5 m (11 pi 6 pouces) a été érigé et est toujours le principal instrument de sa catégorie à l'observatoire. Le montage en 1859 d'une ouverture équatoriale de 330 mm (13 pouces) évoqua le commentaire dans son journal de cette année-là, "Il n'y a pas maintenant une seule personne employée ou instrument utilisé dans l'observatoire qui était là à l'époque de M. Pond"; et la transformation fut complétée par l'inauguration des travaux spectroscopiques en 1868 et du repérage photographique des taches solaires en 1873.

Premier méridien de Greenwich

La formidable entreprise de réduire les observations planétaires accumulées faites à Greenwich de 1750 à 1830 était déjà en cours sous la supervision d'Airy lorsqu'il devint astronome royal. Peu de temps après, il entreprit la tâche encore plus laborieuse de réduire l'énorme masse d'observations de la lune faites à Greenwich pendant la même période sous la direction, successivement, de James Bradley , Nathaniel Bliss , Nevil Maskelyne et John Pond, pour défrayer les dépenses dont une importante somme d'argent a été allouée par le Trésor. De ce fait, pas moins de 8 000 observations lunaires ont été sauvées de l'oubli, et ont été, en 1846, mises à la disposition des astronomes sous une forme telle qu'elles puissent être utilisées directement pour la comparaison avec la théorie et pour l'amélioration des tables de le mouvement de la lune.

Pour ce travail, Airy a reçu en 1848 un témoignage de la Royal Astronomical Society , et cela a immédiatement conduit à la découverte par Peter Andreas Hansen de deux nouvelles inégalités dans le mouvement de la lune. Après avoir terminé ces réductions, Airy s'enquit, avant de s'engager dans toute enquête théorique à leur sujet, si un autre mathématicien poursuivait le sujet, et apprit que Hansen l'avait pris en main sous le patronage du roi de Danemark , mais que, en raison de la mort du roi et du manque de fonds qui en résultait, il risquait d'être contraint de l'abandonner, il demanda à l'amirauté au nom de Hansen la somme nécessaire. Sa demande fut immédiatement acceptée, et c'est ainsi que les fameuses Tables de la Lune de Hansen furent dédiées à La Haute Amirauté de sa Majesté la Reine de la Grande Bretagne et d'Irlande .

En 1851, Airy établit un nouveau premier méridien à Greenwich. Cette ligne, la quatrième « Méridien de Greenwich », est devenue la ligne définitive internationalement reconnue en 1884.

Rechercher Neptune

George Biddell Airy caricaturé par Ape dans Vanity Fair Nov 1875

En juin 1846, Airy a commencé à correspondre avec l'astronome français Urbain Le Verrier au sujet de la prédiction de ce dernier selon laquelle les irrégularités dans le mouvement d' Uranus étaient dues à un corps jusqu'à présent non observé. Conscient que l'astronome de Cambridge, John Couch Adams, avait suggéré qu'il avait fait des prédictions similaires, Airy a exhorté le 9 juillet James Challis à entreprendre une recherche systématique dans l'espoir d'assurer le triomphe de la découverte pour la Grande-Bretagne. En fin de compte, une recherche rivale à Berlin par Johann Gottfried Galle , à l'instigation de Le Verrier, a remporté la course pour la priorité. Bien qu'Airy ait été "abusé le plus sauvagement à la fois par l'anglais et le français" pour son incapacité à agir plus rapidement sur les suggestions d'Adams, il a également été affirmé que les communications d'Adams avaient été vagues et dilatoires et que la recherche d'une nouvelle planète n'était pas la responsabilité de l'Astronome Royal.

Test de résistance à l'éther

À l'aide d'un télescope rempli d'eau , en 1871, Airy a recherché un changement dans l' aberration stellaire à travers l' eau réfractante en raison de l' hypothèse de la traînée d'éther . Comme toutes les autres tentatives pour détecter la dérive ou la traînée d'éther, Airy a obtenu un résultat négatif.

Théorie lunaire

En 1872, Airy conçut l'idée de traiter la théorie lunaire d'une manière nouvelle, et à l'âge de soixante et onze ans, il se lança dans le labeur prodigieux que ce projet impliquait. Une description générale de sa méthode se trouve dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , vol. xxxiv, n° 3. Elle consistait essentiellement en l'adoption des expressions numériques définitives de Charles-Eugène Delaunay pour la longitude , la latitude et la parallaxe , avec un terme symbolique attaché à chaque nombre, dont la valeur devait être déterminée par substitution dans les équations du mouvement.

Dans cette manière de traiter la question, l'ordre des termes est numérique, et bien que la quantité de travail soit telle qu'elle aurait pu dissuader un homme plus jeune, pourtant les détails étaient faciles, et une grande partie pouvait être confiée à « un simple ordinateur ".

L'ouvrage a été publié en 1886, alors que son auteur avait quatre-vingt-cinq ans. Depuis peu de temps auparavant, il était harcelé par le soupçon que certaines erreurs s'étaient glissées dans les calculs, et en conséquence il s'adressa à la tâche de la révision. Mais ses pouvoirs n'étaient plus ce qu'ils avaient été, et il n'a jamais pu examiner suffisamment la question. En 1890, il nous raconte comment une grave erreur avait été commise dans l'une des premières étapes, et il ajoute pathétiquement : « Mon esprit dans l'œuvre était brisé, et je ne l'ai jamais fait de bon cœur depuis.

Ingénierie Mécanique

Méthode de la fonction de contrainte

En 1862, Airy a présenté une nouvelle technique pour déterminer le champ de déformation et de contrainte dans une poutre . Cette technique, parfois appelée méthode de la fonction de contrainte d'Airy , peut être utilisée pour trouver des solutions à de nombreux problèmes bidimensionnels en mécanique des solides (voir Wikiversité ). Par exemple, il a été utilisé par HM Westergaard pour déterminer le champ de contrainte et de déformation autour d'un fond de fissure et ainsi cette méthode a contribué au développement de la mécanique de la rupture .

Catastrophe du pont Tay
Pont Tay original du nord
Destruction du pont Tay

Airy a été consulté sur les vitesses et les pressions du vent susceptibles d'être rencontrées sur le projet de pont suspendu Forth conçu par Thomas Bouch pour le North British Railway à la fin des années 1870. Il pensait que des pressions ne dépassant pas environ 10 livres par pied carré (500 pascals) pouvaient être attendues, un commentaire que Bouch a pris pour signifier également appliqué au premier pont ferroviaire de Tay alors en construction. On peut toutefois s'attendre à des pressions beaucoup plus importantes en cas de tempêtes violentes. Airy a été appelé à témoigner devant l'enquête officielle sur la catastrophe du pont Tay et a été critiqué pour ses conseils. Cependant, on savait peu de choses sur les problèmes de résistance au vent des grandes structures, et une commission royale sur la pression du vent a été chargée de mener des recherches sur le problème.

Controverse

Airy a été décrit dans sa nécrologie publiée par la Royal Society comme étant « un adversaire coriace » et des histoires de divers désaccords et conflits avec d'autres scientifiques survivent. Francis Ronalds a découvert qu'Airy était son ennemi alors qu'il était le premier directeur honoraire de l' observatoire de Kew , qu'Airy considérait comme un concurrent de Greenwich. D'autres conflits bien documentés étaient avec Charles Babbage et Sir James South .

Vie privée

George Biddell Airy ( John Collier , 1883)

En juillet 1824, Airy rencontre Richarda Smith (1804-1875), « une grande beauté », lors d'une visite à pied du Derbyshire . Il écrivit plus tard : "Nos regards se croisèrent... et mon destin fut scellé... Je sentais irrésistiblement que nous devions être unis", et Airy proposa deux jours plus tard. Le père de Richarda, le révérend Richard Smith, a estimé qu'Airy n'avait pas les ressources financières pour épouser sa fille. Ce n'est qu'en 1830, avec Airy établi à son poste à Cambridge, que la permission de se marier fut accordée.

Les Airy ont eu neuf enfants, dont les trois premiers sont morts jeunes.

  • Elizabeth Airy (née en 1833) mourut de consomption ( tuberculose ) en 1852.
  • L'aîné des enfants à atteindre l'âge adulte était Wilfrid (1836-1925), qui a conçu et fabriqué le « colonel » George Tomline de l' Observatoire Parc Orwell . La fille de Wilfrid était l'artiste Anna Airy . La mère d'Anna est décédée peu de temps après sa naissance et elle a été élevée par ses tantes jeunes filles Christabel et Annot (voir ci-dessous).

Le fils de George Airy, Hubert Airy (1838-1903) était un médecin et un pionnier dans l'étude de la migraine . Airy lui-même souffrait de cette maladie.

  • La fille aînée des Airy, Hilda (1840-1916), épousa le mathématicien Edward Routh en 1864.
  • Christabel (1842-1917) est décédée célibataire, tout comme la sœur suivante Annot (1843-1924).
  • Le plus jeune enfant d'Airy était Osmund (1845-1929).

Airy est fait chevalier le 17 juin 1872.

Airy a pris sa retraite en 1881, vivant avec ses deux filles célibataires à Croom's Hill près de Greenwich. En 1891, il subit une chute et une blessure interne. Il n'a survécu que quelques jours à l'opération consécutive. Sa fortune à la mort était de 27 713 £. Airy et sa femme et leurs trois enfants décédés sont enterrés à l'église St. Mary's de Playford, Suffolk . Un cottage appartenant à Airy est toujours debout, adjacent à l'église et maintenant en mains privées.

Sir Patrick Moore a affirmé dans son autobiographie que le fantôme d'Airy a été vu hanter l'observatoire royal de Greenwich après la tombée de la nuit. (page 178)

Héritage et honneurs

Bibliographie

Sur le son et les vibrations atmosphériques avec les éléments mathématiques de la musique , 1871
Par Airy

Pour une liste des œuvres de George Biddell Airy (avec des copies numériques) voir Wikisource .

Une liste complète des 518 papiers imprimés d'Airy se trouve dans Airy (1896). Parmi les plus importants figurent :

  • (1826) Traités mathématiques sur l'astronomie physique
  • (1828) Sur la théorie lunaire, la figure de la terre, la précession et la nutation, et le calcul des variations , auxquels, dans la deuxième édition de 1828, ont été ajoutés des traités sur la théorie planétaire et la théorie ondulatoire de la lumière
  • (1834) Gravitation : une explication élémentaire des principales perturbations du système solaire ( Texte intégral sur Internet Archive)
  • (1839) Expériences sur les navires construits en fer, instituées dans le but de découvrir une correction pour la déviation de la boussole produite par le fer des navires
  • (1848 [1881, 10e édition]) Astronomie populaire : une série de conférences données à Ipswich ( Texte intégral sur Wikisource)
  • (1855) Un traité de trigonométrie ( Texte intégral sur Google Books)
  • (1861) Sur la théorie algébrique et numérique des erreurs d'observations et la combinaison d'observations .
  • (1866) Un traité élémentaire sur les équations aux dérivées partielles ( texte intégral à Internet Archive)
  • (1868) On Sound and Atmospheric Vibrations with the Mathematical Elements of Music ( Texte intégral au MPIWG)
  • (1870) Un traité sur le magnétisme ( Texte intégral sur Google Books)
À propos d'Airy
  • Aérien, George Biddell ; Wilfrid, Airy (1896). L'autobiographie de Sir George Biddell Airy . La presse de l'Universite de Cambridge. p. 342 . OCLC  13130558 . Récupéré le 24 février 2008 . Edward Maunder, astronome.
  • Cannon, WF (novembre 1964). « Les scientifiques et les hommes d'église larges : un premier réseau intellectuel victorien ». Le Journal des études britanniques . 4 (1) : 65-88. doi : 10.1086/385492 . JSTOR  175122 . PMID  19588590 .
  • Satterthwaite, GE (2003). "Les télescopes zénithaux d'Airy et "l'étoile de naissance de l'astronomie moderne " ". Journal d'histoire et d'héritage astronomiques . Université James Cook. 6 (1): 13. bibcode : 2003JAHH .... 6 ... 13S .
  • Winterburn, E. (2002). "Le cercle de transit aérien" . Histoire britannique - Victoriens . BBC . Récupéré le 9 septembre 2007 .

Les références

Remarques

Citations

Sources

Lectures complémentaires

Avis de décès

Liens externes

Associations professionnelles et universitaires
Précédé par
Edward Sabine
31e président de la Royal Society
1871-1878
Succédé par
Joseph Dalton Hooker