Джордж Биддель Эйри

Джордж Биддель Эйри (англ. Sir George Biddell Airy; 27 июля 1801, Алуик, Нортумберленд — 2 января 1892, Гринвич, Лондон) — британский математик, астроном и геофизик, седьмой Королевский астроном (1835–1881). Известен фундаментальными работами в области небесной механики, теории оптики, геодезии и магнетизма. Внёс значительный вклад в определение формы Земли, разработку теории приливов и усовершенствование астрономических инструментов. Его имя носит ряд физических понятий, включая диски Эйри и функцию Эйри.

Биография

Ранние годы и образование

Джордж Биддель Эйри родился в семье Уильяма Эйри, налогового чиновника, и Энн Биддель. В детстве проявил выдающиеся способности к математике. После обучения в школе в Колчестере поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета в 1819 году. В 1823 году окончил его с отличием, став старшим спорщиком (Senior Wrangler) — высшим по успеваемости студентом на математическом факультете. В 1824 году избран членом Тринити-колледжа.

Начало научной карьеры

В 1826 году Эйри стал профессором математики в Кембридже (Лукасовский профессор), а в 1828 году — профессором астрономии и директором Кембриджской обсерватории. Под его руководством обсерватория была оснащена новейшими инструментами, включая меридианный круг. В 1835 году назначен Королевским астрономом и директором Гринвичской обсерватории, где проработал до 1881 года.

Поздние годы

После отставки с поста Королевского астронома в 1881 году Эйри продолжал научную работу, занимаясь вопросами геодезии и магнетизма. В 1886 году он был посвящён в рыцари. Умер в Гринвиче 2 января 1892 года.

Научные достижения

Астрономия

Эйри провёл масштабные реформы в Гринвичской обсерватории, превратив её в ведущий центр астрономических наблюдений. Он организовал систематические наблюдения за положением звёзд, планет и Луны, что позволило уточнить каталоги звёздных координат. В 1840-х годах разработал метод определения орбит планет и комет, основанный на численных методах. В 1851 году участвовал в организации экспедиций для наблюдения солнечного затмения.

Оптика

В 1835 году Эйри теоретически описал дифракционную картину, возникающую при прохождении света через круглое отверстие. Эта картина получила название диска Эйри — центрального светлого пятна, окружённого концентрическими тёмными и светлыми кольцами. Он также вывел критерий разрешающей способности оптических приборов (критерий Рэлея, часто называемый критерием Эйри), согласно которому два точечных источника света считаются разрешёнными, если центр дифракционного пятна одного совпадает с первым минимумом другого. Этот критерий является фундаментальным для оценки качества телескопов и микроскопов.

Геодезия и геофизика

Эйри внёс важный вклад в изучение формы Земли. В 1855 году он предложил модель изостазии, известную как гипотеза Эйри, согласно которой земная кора «плавает» на более плотной мантии, подобно айсбергам. Эта модель объясняет, почему горные массивы имеют корни, погружённые в мантию. Эйри также разработал методы измерения силы тяжести с помощью маятников и провёл серию экспериментов по определению плотности Земли.

Математика

В математике Эйри известен работами по теории функций и дифференциальных уравнений. Он ввёл функцию Эйри (Ai(x)), которая является решением дифференциального уравнения y'' = xy. Эта функция широко применяется в физике, в частности, в квантовой механике (описание поведения частиц вблизи точек поворота) и оптике (дифракция). Эйри также исследовал ряды и интегралы, связанные с этой функцией.

Приливы

Эйри разработал теорию приливов, основанную на гидродинамике. Он показал, что приливы в океанах можно рассматривать как вынужденные колебания водной массы под действием гравитационных сил Луны и Солнца. Его работа «О теории приливов» (1845) стала основой для последующих исследований в этой области.

Критика и наследие

Ошибка с Нептуном

Наиболее известный эпизод, связанный с критикой Эйри, — его роль в открытии планеты Нептун. В 1845 году французский астроном Урбен Леверье и британский математик Джон Адамс независимо предсказали существование новой планеты на основе возмущений орбиты Урана. Адамс передал свои расчёты Эйри, но тот, скептически отнесясь к результатам, не предпринял немедленных действий по организации поисков. В результате, когда Леверье опубликовал свои предсказания, астроном Иоганн Галле в Берлине открыл Нептун в сентябре 1846 года. Эйри подвергся критике за медлительность, хотя его скептицизм был отчасти оправдан сложностью расчётов.

Влияние на науку

Несмотря на этот эпизод, Эйри считается одним из величайших астрономов XIX века. Его работы в области оптики, геодезии и математики остаются актуальными. Диски Эйри и функция Эйри используются в современной физике и астрономии. Модель изостазии Эйри является одной из основных в геофизике. Он также способствовал развитию британской науки, создав эффективную систему управления Гринвичской обсерваторией.

Память

В честь Джорджа Бидделя Эйри названы:

• Кратер на Луне (Airy).
• Кратер на Марсе (Airy-0), используемый для определения нулевого меридиана планеты.
• Астероид (2015) Airy.
• Функция Эйри в математике.
• Диски Эйри в оптике.

Источники

• Airy, G. B. (1835). «On the Diffraction of an Object-glass with Circular Aperture». Transactions of the Cambridge Philosophical Society.
• Airy, G. B. (1855). «On the Computation of the Effect of the Attraction of Mountain-masses». Philosophical Transactions of the Royal Society.
• Airy, G. B. (1845). «On the Theory of Tides». Philosophical Magazine.
• A. J. Meadows (1984). «Sir George Airy: A Biography». Cambridge University Press.
• Словарь научных биографий (Dictionary of Scientific Biography).