Blog Image

DE MATHEMAAT

door Hans Schipper

Mijn wiskundige zwerftocht

Gerard Kuiper (3)

Het firmament Posted on Thu, November 14, 2019 11:03:51

Bron: klik

Een schitterende carrière

Bij de NASA wordt hij nog altijd geëerd als een van de zeer groten die de moderne ruimtevaart mede heeft helpen mogelijk maken: Gerard Kuiper. Hoe ontstonden Zon en planeten in de wolk van gas en stof die zonnenevel wordt genoemd, en wat is het verband tussen deze genese en de vorming van andere zonnestelsels? Wat is de aard van de atmosferen en de oppervlakken van de planeten in het hedendaagse zonnestelsel, en hoe zijn ze ontstaan? Dit waren de drijvende intellectuele vragen die Gerard Kuiper inspireerden in zijn leven van observeren en bestuderen van sterrenstelsels en van ons eigen zonnestelsel. Geboren uit ouders zonder opleiding werkte hij zich op tot één van ’s werelds toonaangevende geleerden. 

In zijn nieuwe positie bij het Yerkes Observatorium onderzocht Kuiper de tweelingster Epsilon Aurigae, samen met de Russische immigrant Struve en de Deen van geboorte Strömgren.

Otto Struve

In een gezamenlijke publicatie veronderstelde hij in 1937 dat het een grote ster was, omringd door een gedeeltelijk transparante gasring die een andere ster afdekte waarvan de ultraviolette straling een deel van de ijle grotere ster heeft geïoniseerd. Dit model gaf aanleiding tot tal van aanvullende observatie- en theoretische studies van het unieke Epsilon Aurigae-systeem.

Om evolutionaire sporen te bepalen in het Hertzsprung-Russell diagram, combineerde Kuiper Strömgren’s theoretische studies met Robert Trumpler’s waarnemingen van clusters. In 1937 publiceerde Kuiper in het Astrophysical Journal een kleur-magnitude diagram voor galactische clusters, waarbij dit soort sporen worden getoond. 

Samen met Struve en andere leden van het Yerkes-personeel bedacht Kuiper de opzet van de 82-inch reflectie telescoop van de Universiteit van Texas, die gezamenlijk door Yerkes en de universiteit wordt beheerd. McDonald Observatory in de buurt van Fort Davis, Texas, werd ingewijd in 1939, en met het nieuwe instrument en zijn hoogwaardige spectrograaf bleef Kuiper zijn zoektocht naar witte dwergen en spectroscopische studies van sterren uitvoeren.  Tijdens de inwijdingsperiode van de 82-inch telescoop vestigde hij zich met zijn gezin op de afgelegen waarnemingsplaats in West-Texas. Hij begon gegevens te verzamelen over sterren die te zwak waren voor de telescopen die hij tot dan toe tot zijn beschikking had. Hoewel het pioniersleven op de afgelegen en slecht ontwikkelde observatieruimte een druk op zijn gezin was, was de McDonald-telescoop destijds de op één na grootste ter wereld en een vitaal hulpmiddel voor het werk dat hij wilde uitvoeren.

McDonald telescoop

Een vroeg doel van Kuipers nieuwe werk was Beta Lyrae. In zijn monumentale publicatie uit 1941 over dit tweelingster systeem introduceerde Kuiper de term “contact tweelingen.” In dit werk herkende hij ook dat materiaal dat door de kleinere ster werd overgenomen een ring daaromheen zou vormen.



Gerard Kuiper (2)

Het firmament Posted on Sat, October 05, 2019 09:28:48

Bron: Klik

Bij de NASA wordt hij nog altijd geëerd als een van de zeer groten die de moderne ruimtevaart mede heeft helpen mogelijk maken: Gerard Kuiper. Hoe ontstonden Zon en planeten in de wolk van gas en stof die zonnenevel wordt genoemd, en wat is het verband tussen deze genese en de vorming van andere zonnestelsels? Wat is de aard van de atmosferen en de oppervlakken van de planeten in het hedendaagse zonnestelsel, en hoe zijn ze ontstaan? Dit waren de drijvende intellectuele vragen die Gerard Kuiper inspireerden in zijn leven van observeren en bestuderen van sterrenstelsels en van ons eigen zonnestelsel. Geboren uit ouders zonder opleiding werkte hij zich op tot één van ’s werelds toonaangevende geleerden. 

Deel 2: Een nieuwe Nederlandse ster aan het Amerikaanse firmament

In 1933 arriveerde Kuiper als jonge, super ambitieuze astronoom bij het Lick Observatorium in de Verenigde Staten. Hier zette hij, onder leiding van Aitken, zijn werk aan tweelingsterren voort. Systematisch onderzocht hij van nabije sterren of ze misschien met zijn tweeën waren. Hij had de publicatie van zijn proefschrift vertraagd totdat hij de observatiedata voor tweelingsterren kon verbeteren. Met het observeren van op het oog dubbele sterren en het maken van kleurindexmetingen ontdekte hij talloze tweelingen en veel witte dwergsterren. Kuiper beschouwde zich altijd als een tweelingsterastronoom, en hij werd sterk beïnvloed door Aitken. 

Met betrekking tot dit werk, herinnerde Kuiper in 1971 dat hij in het begin van zijn carrière werd gevraagd om een boek over de oorsprong van het zonnestelsel te beoordelen.

“Het analytische gedeelte van het boek maakte een diepe indruk op me. Het tweede synthetische deel was compleet teleurstellend. Nadat ik de recensie had geschreven, bleef ik met dit probleem worstelen en ik moest concluderen dat de sterrenkunde er nog geen oplossing voor had. Ik besloot een nauw verwant probleem te vinden, dat met een beperkte inspanning zich waarschijnlijk zou lenen voor een oplossing. . . de oorsprong van dubbele sterren.”

Uiteindelijk kon Kuiper wereldkundig maken dat minstens 50 procent van de dichtstbijzijnde sterren tweelingen of meerling systemen zijn. Hij definieerde scherper het verband tussen massa en lichtkracht van sterren. Hij liet zien dat de witte dwergen grote massa’s zijn die afwijken van de empirische wet. Zijn publicatie in 1938 in het astrofysische tijdschrift over de relatie tussen massa en lichtkracht wordt nog steeds beschouwd als een standaardwerk over dit onderwerp.

Hoewel intellectueel stimulerend en productief, waren de twee jaar bij het Lick Observatorium geen onverdeeld succes. Gevoeligheden waren in de kleine, afgelegen bergtop gemeenschap van sterrenkundigen permanent aanwezig. Kuiper werd door sommigen ervaren als getalenteerd maar ietwat uitgesproken en irritant. Hij zou de erfgenaam van Aitken niet worden en in augustus 1935 ging hij voor een jaar naar het Harvard College Observatorium.

In de tijd dat hij in Cambridge aankwam, vatte Kuiper het plan op om naar Java te gaan, om zijn carrière bij het Bosscha-observatorium voort te zetten. Maar opnieuw waren het de emoties die zijn carrière mede bepaalden. In plaats van zijn Java plan uit te voeren ontmoette hij Sarah Parker Fuller met wie hij op 20 juni 1936 in het huwelijksbootje stapte of wie weet wellicht het huwelijksruimtevaartschip. Sarah’s familie had het land geschonken waarop Harvard’s Oak Ridge Observatory is gebouwd. In dat jaar werd hem een positie aangeboden bij het Yerkes Observatorium van de Universiteit van Chicago door directeur Otto Struve. In november 1935 telegrafeerde Kuiper naar Java dat hij niet langer in een betrekking aldaar geïnteresseerd was. Kuiper voelde dat hij een belangrijke bijdrage kon leveren aan de sterrenkunde door naar Yerkes te verhuizen, maar klaagde in een brief aan W. H. Wright van het Lick Observatorium (30 oktober 1935) dat ”. . . het zal een echt offer betekenen dat ik niet naar het mooie en gelukkige eiland Java moet gaan.” Niemand kon toen weten hoe de Japanners een paar jaar later in de Indische Archipel tekeer zouden gaan. Kuiper zou na de invasie aan een verblijf in de Japanse gevangenenkampen niet hebben kunnen ontsnappen.

Het Bosscha Observatorium

Zelfs voordat Kuiper naar Yerkes verhuisde, vroeg Struve hem om zijn advies over zaken zoals de aanstelling van nieuwe senior-medewerkers bij die instelling. In 1936 werd Kuiper aangesteld als assistent professor aan de Universiteit van Chicago. Hij was universitair hoofddocent van 1937 tot 1943 en werd vervolgens benoemd tot hoogleraar.

Kuiper heeft als nieuwe stafsterker bij Yerkes sterk bijgedragen aan wat William Morgan de renaissance van het Observatorium heeft genoemd. Die wedergeboorte werd gestart door Struve, die, als nieuwe directeur vanaf 1932, Gerard Kuiper, Subramanyan Chandrasekhar en Bengt Strömgren aan het personeel toevoegde. William Morgan was daar een afstudeerstudent en werd in 1932 aangesteld als instructeur. Bok heeft opgemerkt dat Kuipers huwelijk en aanstelling bij Yerkes Observatorium in de jaren 1930 en 1940 sterke positieve stimulansen waren voor zijn wetenschappelijke werkzaamheden.

Het Yerkes Observatorium



Gerard Kuiper (1)

Het firmament Posted on Fri, October 04, 2019 19:33:56

Bron: Klik

Bij de NASA wordt hij nog altijd geëerd als een van de zeer groten die de moderne ruimtevaart hebben helpen mogelijk maken: Gerard Kuiper. Hoe ontstonden Zon en planeten in de wolk van gas en stof die zonnenevel wordt genoemd, en wat is het verband tussen deze genese en de vorming van andere zonnestelsels? Wat is de aard van de atmosferen en de oppervlakken van de planeten in het hedendaagse zonnestelsel, en hoe zijn ze ontstaan? Dit waren de drijvende intellectuele vragen die Gerard Kuiper inspireerden in zijn leven van observeren en bestuderen van sterrenstelsels en van ons eigen zonnestelsel. Geboren uit ouders zonder opleiding werkte hij zich op tot één van ’s werelds toonaangevende geleerden. 

Deel 1: Jonge jaren

Gerard Peter Kuiper (oorspronkelijk Gerrit Pieter Kuiper) werd op 7 december 1905 geboren in het Noord-Hollandse Tuitjenhorn als zoon van Antje de Vries en kleermaker Gerrit Kuiper. Hij stierf op 24 december 1973 in Mexico-City, terwijl hij op reis was met zijn vrouw en zijn levenslange vriend en collega, Fred Whipple. 

Hij was de eerste van vier kinderen. Zijn zus, Augusta, was tot haar trouwen onderwijzeres en zijn broers, Pieter en Nicolaas, werden opgeleid tot ingenieur. Op de basisschool was Gerard een uitstekende leerling. Het was de bedoeling dat hij onderwijzer zou worden en hij moest zijn dorp verlaten om in Haarlem de Kweekschool voor Onderwijzers te kunnen volgen.

Langzamerhand veranderde zijn plan. Kuiper had al vroeg een buitengewone belangstelling voor Astronomie en eigenlijk wilde hij een universitaire studie in Leiden doen. Het pad naar een universitair onderwijs in Nederland liep normaal gesproken via HBS of Gymnasium. Om toch toegelaten te worden moest Kuiper het toentertijd bijzonder zware toelatingsexamen Colloquium Doctum afleggen. 

En passant haalde hij een bevoegdheid om wiskunde te kunnen geven op de middelbare school. Kuipers gedrevenheid, vasthoudendheid en zelfverzekerdheid, die ook in zijn studententijd al goed ontwikkeld waren, deden hem slagen, ondanks een sfeer van discriminatie in Leiden tegen arme studenten en tegen degenen die niet de juiste middelbare scholen achter de rug hadden. 

Op jonge leeftijd werd Kuiper’s interesse in astronomie gestimuleerd door het lezen van Descartes filosofische en kosmologische geschriften. Deze interesse werd aangemoedigd door zijn vader en zijn grootvader, die hem een kleine telescoop gaf. Of hij de kleine telescoop veel gebruikte weet ik niet. Met het blote oog maakte Kuiper gedurende de hele winter schetsen om ook de zwakste leden van de Plejaden die hij kon waarnemen te tekenen. 

Het zevengesternte – Foto: NASA

De Plejaden ofwel het Zevengesternte is een sterrencluster in het sterrenbeeld Stier. Stier is een sterrenbeeld net ten noorden van de hemelequator. De ecliptica loopt door dit sterrenbeeld, dus het maakt deel uit van de dierenriem. De Zon staat in Stier van 14 mei tot 21 juni. 

Op Kuipers kaart vonden de Leidse sterrenkundigen, aan wie hij de resultaten stuurde, sterren met magnitude 7.5, bijna vier keer zwakker dan die welke zichtbaar zijn voor het normale menselijke oog. Zelfs in zijn latere jaren was Kuipers visuele scherpte uitzonderlijk.

Kuiper startte in september 1924 op de universiteit van Leiden. Zijn medestudent en langdurige vriend Bart J. Bok herinnerde zich de dag dat zij elkaar ontmoetten als nieuwe studenten in de bibliotheek van het Instituut voor Theoretische Fysica. 

Kuiper vertelde Bok dat het zijn ambitie was om astronomische problemen van fundamentele aard aan te pakken, met name het drielichamenprobleem en aanverwante vragen over de aard en oorsprong van het zonnestelsel. Hij voltooide zijn kandidaats in Leiden in 1927. 

Antonie Pannekoek

Onder de Leidse professoren van Kuiper waren beroemdheden als Ejnar Hertzsprung, Antonie Pannekoek en de theoretische fysici Paul Ehrenfest, Willem de Sitter, Jan Woltjer en de jonge Jan Oort. Kuiper werd een vriend van de familie Ehrenfest in zijn rol als tutor van de zoon van de fysicus.

Kuiper, Bok en medestudent Piet Oosterhoff studeerden samen  Sterrenkunde. In zijn studententijd mocht Kuiper in 1929 mee met de Nederlandse expeditie naar Sumatra om de zonsverduistering te bestuderen. Hij leerde Maleis, zwierf langs inheemse dorpen, bestudeerde lokale gewoontes en schilderde.

Op de vooravond van de verduistering, ontdekte hij dat een andere astronoom de spectrograafspleet op een van de camera’s onjuist had georiënteerd. De correctie werd net op tijd uitgevoerd om tijdens de verduistering de volgende dag de wetenschappelijke gegevens te kunnen verzamelen.

In 1929 begon Kuiper te corresponderen met de grote dubbelster-astronoom Robert Grant Aitken, die werkte op het Lick Observatorium van de Universiteit van Californië. Hij vroeg hem zijn eerste metingen te bekritiseren. In een van zijn brieven aan Aitken zette hij uiteen aan welke statistische studie hij zich de komende tien jaar wilde gaan wijden. Bij Hertzsprung werkte Kuiper aan zijn proefschrift over tweelingsterren en hij promoveerde in 1933. In datzelfde jaar reisde hij naar de Verenigde Staten om een Kellogg Fellow en later een Morrison Fellow (**) te worden bij Lick Observatory in de buurt van San Jose op Mount Hamilton. Zijn Amerikaanse avontuur was begonnen.

Lick observatorium

(Wordt vervolgd)

(**)

Het Morrison Fellowship is gebaseerd op een legaat uit 1928 van mevrouw Morrison. Het is bedoeld voor de bevordering van onderzoeksactiviteiten aan het Lick Observatorium, Universiteit van California. Het Morrison Fellowship wordt toegekend hetzij aan een astronoom van grote en bewonderenswaardige reputatie op grond van de bijdragen van grote waarde aan de wetenschap van de astronomie, of aan een jongere wetenschapper die onlangs is gepromoveerd en die, naar het oordeel van de Directeur van het Lick Observatorium, van een buitengewone belofte is voor de sterrenkunde.