Galileo Galilei ändrade vår världsbild

När den italienska vetenskapsmannen Galileo Galilei år 1609 riktade sin – med dagens mått mätt – primitiva kikare mot himlen föll den rådande världsbilden samman. Från att ha varit världsalltets centrum reducerades jorden till en planet som, i likhet med andra planeter, kretsade runt solen. Denna första chock följdes av fler när teleskopen förbättrades, en process som ännu pågår.

Stjärnorna visade sig vara fler än man kunde räkna. Med än bättre verktyg förvandlades dunkla ljusprickar till galaxer bestående av miljarder stjärnor. Allt blev så stort att tanken svindlade. Jorden krympte till ett obetydligt stoftkorn i ett allt ofantligare universum, som dessutom visade sig växa med en enorm hastighet.

Den gamla världsbilden var från antiken. Grekiska astronomer hade funnit att jorden var ett klot, svävande i rymden. Jorden blev världens centrum i den världsbild som utarbetades av bland andra Aristoteles. De lagar som styrde livet på jorden gällde inte för himlen. Den bestod av olika sfärer där solen, månen och planeterna rörde sig på ett lagbundet sätt, även om planeternas rörelser var mycket komplicerade. Ytterst fanns en sfär med fixstjärnor. Några greker, främst Aristarchos från Samos, hade på 200-talet f Kr framfört tanken att solen var centrum, men denna glömdes snart bort.

Den geocentriska världsbilden med jorden i mitten förfinades av den grekiske astronomen Ptolemaios i mitten av 100-talet e Kr. Med kristendomen blev den allenarådande i västerlandet. Enligt Bibeln var jorden världsalltets centrum, och den hade skapats av Gud. Först på 1500-talet ifrågasattes den geocentriska världsbilden av den polske prästen och astronomen Nicolaus Copernicus. 1543, samma år som han avled, utkom hans bok De revolutionibus. Copernicus lade där fram en heliocentrisk teori enligt vilken solen var det centrum som jorden och övriga planeter kretsade kring.

Copernicus modell hade svårt att slå igenom, och den fördömdes av den mäktiga katolska kyrkan. Den italienska filosofen Giordano Bruno anammade Copernicus teori, men 1600 brändes han på bål i Rom för att ha ifrågasatt geocentrismen, och därmed Bibeln.

Astronomerna hade alltid studerat stjärnhimlen med blotta ögat, men Galilei tog ett nytt hjälpmedel i bruk – kikaren. Den uppfanns 1608 av en holländsk glasögonslipare, Hans Lippershey. Upprinnelsen sägs vara att två av Lippersheys barn lekte med några glasögonlinser i trädgården. När barnen placerade två olika linser på ett visst avstånd efter varandra uppstod en kraftigt förstorande effekt, och de kunde se ett fågelbo i ett kyrktorn en bit bort. Utifrån denna upptäckt konstruerade Lippershey den första kikaren.

Imaj 1609 fick Galilei höra talas om den magiska tuben som kunde förstora avlägsna föremål så att de verkade nära. Italienaren hade studerat linser och ljusbrytning, och han kom snabbt på att om en konvex och en konkav glaslins placerades i var ända av en tub uppstod den förstorande effekten. Han byggde nu en egen kikare – eller teleskop. (Ordet myntades först ett par år senare, efter det grekiska teleskopos, ”fjärrseende”.)

Den första kikaren förstorade tre gånger. Därefter konstruerade han raskt ett stort antal kikare med högre och högre förstoringsgrad. Under senhösten samma år vände Galilei kikaren mot natthimlen och månen. Han fann att månen är kuperad, och utifrån månbergens skuggor beräknade han även bergens höjd. När han tittade mot Vintergatans band över himlen upptäckte han att det diffusa ljuset kommer från oräkneliga stjärnor.

I januari 1610 riktade Galilei en ny och starkare kikare, med en förstoring på cirka tjugo gånger, mot planeten Jupiter. Intill Jupiter upptäckte han tre små stjärnor på rad, två öster om planeten, och en på västra sidan. Nästa kväll förvånades han av att alla tre fanns på den västra sidan. För varje kväll fann Galilei att de små stjärnorna ändrade läge, och att de var fyra stycken. Efter några dagar förstod han att stjärnorna var himlakroppar som cirklade runt Jupiter. Dittills hade jorden varit världsalltets centrum, som alla andra himlakroppar kretsar omkring. Nu fanns bevisligen ett annat system med ett annat centrum.

Galilei ansåg att hans upptäckt bekräftade den teori om solen som världsalltets centrum som Nicolaus Copernicus lagt fram år 1543.

I mars 1610 gav Galilei ut en liten skrift på latin, Sidereus nuncius (”Budskap från stjärnorna”). Den visade att himlakroppar kunde röra sig kring ett annat centrum än jorden, ett grundskott mot den geocentriska idén. Skriften blev mycket uppmärksammad och ett viktigt led i den tankemässiga revolution som påbörjats. Bilden av världen, och människornas plats i denna, förändras radikalt. Jorden var inte längre universums centrum, vilket den mäktiga katolska kyrkan fortsatte att hävda under lång tid framöver.

Galilei hyllades som Europas främste astronom, men framgången blev kortvarig. Kyrkan ingrep mot de nya idéerna. Inför risken att hamna på kättarbålet tvingades också Galilei att ta avstånd från den nya världsbild som höll på att växa fram. Han dömdes så småningom till livstids husarrest.

Men den tekniska utvecklingen mot allt bättre teleskop fortsatte, och med nya kunskaper om universum fortsatte också den tankemässiga revolutionen. En av de mest betydelsefulla omvälvningarna i astronomins – och vetenskapens – utveckling kom med Isaac Newtons teori om hur kroppar rör sig under inverkan av tyngdkraften. Med Newtons gravitationslag fick man en förklaring till planeternas rörelser. Galileis tankar om att samma lagar gällde för himlakropparna som för företeelser på jordens yta bekräftades.

Newton gjorde även en stor insats i förbättrandet av teleskopen. Han konstruerade 1668 det första spegelteleskopet, och löste därmed problemet med den oskärpa som de tidiga linsteleskopen drogs med (se faktaspalten om teleskopteknik).

Under 1700-talet fortsatte teleskopen att bli större och astronomerna fick allt bättre kunskaper om universum. En noggrann kartläggning av stjärnhimlen var också betydelsefull för en säker navigation över världshaven. Nu insåg man dessutom att solen bara var en vanlig stjärna bland otaliga andra.

En av 1700-talets största astronomer var William Herschel, verksam i England. Vid 35 års ålder lämnade han en karriär som musiker för att ägna sig åt sin passion – att studera rymden. Hans främsta skapelse kom att förbli världens största teleskop i 56 år, ända till 1845.

Herschel var den förste som försökte bestämma Vintergatans form och han kartlade dubbelstjärnor, stjärnhopar och de dunkla objekt som kallades nebulosor. Herschel är dock mest känd för att han år 1781 upptäckte planeten Uranus, den första nya planet som hittats på flera tusen år.

I sin astronomiska verksamhet assisterades Herschel hela tiden av sin yngre syster Caroline, som bland annat upptäckte åtta kometer.

År 1845 byggde William Parson, earl av Rosse, ett väldigt teleskop på Irland. Det fick öknamnet Leviathan efter ett vidunder i Bibeln. Avsikten med detta var att studera om de nebulosor som man funnit var ansamlingar av stjärnor eller gasmoln.

Allt fler stora teleskop togs i bruk i Europa och Nordamerika under 1800-talet. Det framgick så småningom att speciellt de så kallade spiralnebulosorna bestod av miljontals stjärnor. Andra nebulosor visade sig vara gasmoln.

År 1846 upptäcktes planeten Neptunus, och mot slutet av århundradet hade astronomerna även hittat en mängd asteroider, samt månar kring Mars, Saturnus, Uranus och Neptunus. Jupiter hade fått sin femte måne.

I slutet av 1800-talet fick teleskopen hjälpmedel. Tidigare hade astronomerna ritat av de objekt som studerades, men med fotografisk teknik kunde planeter och stjärnor avbildas exakt och direkt. Med spektrografer kunde ljus från stjärnor och planeter delas upp och analyseras, och man fick kunskap om vilka grundämnen som fanns där.

Teknikutvecklingen accelererade än mer under 1900-talet med allt större och bättre teleskop. De landvinningar man gjorde med dessa nya instrument avslöjade ett närmast ofattbart stort universum, i vilket jorden reducerades till ett obetydligt stoftkorn. Astronomerna upptäckte att vårt solsystem befann sig i Vintergatans utkant, inte i dess centrum. Tanken att Vintergatan var världens centrum, att den utgjorde hela universum, visade sig också vara helt felaktig.

Den amerikanske astronomen Vesto Slipher publicerade 1917 mätningar som visade att spiralnebulosorna rörde sig bort från oss. I vissa fall skedde detta med en hastighet av mer än tusen kilometer i sekunden, mycket snabbare än vad stjärnorna i Vintergatan rörde sig.

Det är lättare att avgöra hur snabbt något rör sig bort från jorden än att bestämma hur långt bort objektet befinner sig. Hastigheten framgår av den så kallade rödförskjutningen, ljusets våglängd tänjs nämligen ut av rörelsen bort från oss. Ju rödare en nebulosa verkar, desto snabbare avlägsnar den sig.

I början av 1920-talet fann den amerikanske astronomen Edwin Hubble att en cepheid han hittat i Andromedanebulosan var flera miljoner ljusår bort, och att denna och andra spiralnebulosor fanns långt bortom vår Vintergata. (Cepheider är mycket speciella stjärnor med varierande ljusstyrka, och utifrån ljusförändringarna kan man räkna ut hur långt bort de befinner sig.) Dessa avlägsna vintergator, eller stjärnsystem, kom sedan att kallas galaxer.

Hubbles fortsatta studier av galaxerna resulterade i upptäckten att ju längre bort galaxerna befann sig, desto snabbare avlägsnade de sig från oss. Detta samband blev känt som ”Hubbles lag”. Det var också en bekräftelse på att universum expanderar. Den insikten ledde så småningom fram till teorin att hela universum uppstått ur ett förtätat urtillstånd, och att utvecklingen startade med det som kallas Big Bang (”Stora Smällen”).

År 1948 togs Haleteleskopet på berget Palomar i Kalifornien i bruk. Dess drygt fem meter stora spegel ansågs länge utgöra gränsen för hur stora teleskop som kunde byggas.

Palomar, liksom alla markbaserade teleskop drabbas av atmosfäriska störningar, de rörelser i luftlager av olika temperatur som gör att stjärnorna tycks blinka. För att minimera dessa störningar har stora teleskop sedan länge förlagts till höga bergstoppar, och på platser med torr och klar luft långt från förorenande storstäder. Det senaste decenniet har vi dock också fått några än större teleskop med speglar på åtta till tio meters diameter. De atmosfäriska störningarna kan numera neutraliseras med det som kallas adaptiv optik. De här jättarna har gett oss kunskap om hur stjärnor föds och dör. Vi har även fått bevis för att det finns planeter som kretsar kring andra stjärnor.

År 1990 sköts rymdteleskopet Hubble, döpt efter astronomen Edwin Hubble, upp i en omloppsbana runt jorden. Efter en del inledande krångel kunde Hubble leverera bilder som fick forskarna att jubla. Ett skarpt universum trädde fram i klara färger. Inte sedan Galileis stjärnkikare har ett enskilt hjälpmedel revolutionerat astronomin så som Hubbleteleskopet gjorde. Det kan se stjärnor vars ljusstyrka bara är en tusendels miljondel av vad det mänskliga ögat kan uppfatta. Det ser även ljus från andra våglängdsområden än vad som är möjligt från jorden, eftersom atmosfären fungerar som ett filter.

Bland astronomer anses att ”djupfältsundersökningen” (Hubble Deep Field) gett det mest spännande resultatet. Vid ett tillfälle riktades Hubble under tio dagar mot samma punkt i universum, ett till synes tomt område. Men bilderna visade att det inte var tomt, där fanns mer än 1 500 galaxer, alla på ett oerhört avstånd från vår egen Vintergata.

Ett nytt, ännu mer avancerat rymdteleskop kan enligt de senaste planerna skjutas upp 2010. Samtidigt finns en ny generation av gigantiska markbaserade teleskop på konstruktörernas ritbord. De senare har segmenterade speglar med upp till hundra meters diameter. Värstingen bland dessa kallas också OWL (Overwhelmingly Large, ”överväldigande stort”). När dessa tas i bruk kan astronomerna kanske komma att se företeelser i rymden som de nu bara kan drömma om. Bland det som fascinerar mest är dels möjligheten att hitta så avlägsna objekt att man kommer så långt tillbaka i tiden att man närmar sig Big Bang, dels att hitta jordlika planeter vid andra solar. Sådana himlakroppar skulle kunna hysa liv, kanske intelligent liv.

Hittills har människans utforskande av rymden med teleskopens hjälp under knappt fyrahundra år ständigt förminskat jordens ställning i universum. Vår jord är inte världsalltets centrum, utan en vanlig planet som kretsar runt en vanlig stjärna i utkanten av en vanlig galax med cirka hundra miljarder stjärnor.

Spegel tog bort oskärpa

De första teleskopen var linsteleskop, eller refraktorer. De bestod av två linser monterade i en lång tub. För att få bra bildskärpa och samla in ljus från ljussvaga objekt skall öppningen vara så stor som möjligt. Att tillverka stora felfria glas-linser är svårt. Stora linser är också behäftade med kromatisk aberration, vissa delar av bilden blir oskarpa och i fel färger.

Dessa brytningsfel slipper man i den andra typen av teleskop, reflektorn eller spegelteleskopet. Newton hade upptäckt att den kromatiska aberrationen försvinner när ljuset reflekteras i en spegel. Speglar kan göras större än linser, och alla nutida stora teleskop är av spegeltyp. Från de första exemplaren har de båda typerna av teleskop ständigt förbättrats. Glaskvaliteterna blev bättre, och system med flera linser och speglar utvecklades. Montering och upphängningsanordningar av teleskopen förfinades så att de kunde förbli inställda mot en viss punkt på himlen trots jordens rotation.

Ett språng i teleskopens utveckling har kommit de senaste decennierna med den moderna datatekniken. Adaptiv optik är ett av dessa datorstyrda hjälpmedel. Europeiska sydobservatoriets 8,2 meter stora teleskop i norra Chile kan hålla bilden skarp genom att en liten sekundärspegel ändrar form fem hundra gånger i sekunden. Blixtsnabbt och kontinuerligt korrigerar datorn de atmosfäriska störningarna. Datorer används också för bildbehandling, simuleringar och beräkningar med de jättetal som astronomerna sysslar med. Vidare medger datatekniken snabb kommunikation; forskare runt om i världen får bilder och andra fakta från teleskopen direkt i sina egna datorer.

För den historiskt intresserade är det givetvis extra fascinerande att konstatera att stjärnstudium med teleskop också innebär att man ser tillbaka i historien. Ljusets hastighet är nära 300 000 kilometer i sekunden. Ett ljusår är den sträcka som ljuset tillryggalägger på ett år. De närmaste stjärnorna i Vintergatan finns på några ljusårs avstånd. Andromeda, den mest närbelägna galaxen, finns två miljoner ljusår bort. När vi betraktar denna väldiga samling stjärnor ser vi alltså det ljus som sändes ut för två miljoner år sedan, vi ser tillbaka i tiden. Andra galaxer är så avlägsna att deras ljus sändes ut långt innan vårt solsystem bildades för cirka 4,5 miljarder år sedan.

**Publicerad i Populär Historia 1/2003