Friedrich Wilhelm Bessel

Friedrich Wilhelm Bessel ( en alemán: [ ˈbɛsl̩ ] ; 22 de julio de 1784 - 17 de marzo de 1846) fue un astrónomo , matemático , físico y geodesta alemán . Fue el primer astrónomo que determinó valores fiables para la distancia del Sol a otra estrella mediante el método de paralaje . Bessel estudió sistemáticamente por primera vez ciertas funciones matemáticas importantes, que recibieron el nombre de funciones de Bessel en su honor. ^{[ 1 ]}

Bessel nació en Minden , Westfalia , entonces capital de la región administrativa prusiana de Minden-Ravensberg , siendo el segundo hijo de un funcionario en una familia numerosa. A los 14 años dejó la escuela, pues no le gustaba la enseñanza del latín, y entró como aprendiz en la empresa de importación y exportación Kulenkamp en Bremen . La dependencia de la empresa de los buques de carga lo llevó a aplicar sus habilidades matemáticas a problemas de navegación . Esto, a su vez, despertó su interés por la astronomía como método para determinar la longitud .

Bessel llamó la atención de Heinrich Wilhelm Olbers , un médico en ejercicio de Bremen y astrónomo conocido, al producir un refinamiento de los cálculos orbitales para el cometa Halley en 1804, utilizando datos de observación antiguos tomados de Thomas Harriot y Nathaniel Torporley en 1607. ^{[ 2 ]} Franz Xaver von Zach editó los resultados en su revista Monatliche Correspondenz .

Tras finalizar su formación comercial, Bessel dejó Kulenkamp en 1806 y se convirtió en asistente del observatorio privado de Johann Hieronymus Schröter en Lilienthal, cerca de Bremen, sucediendo a Karl Ludwig Harding . Allí trabajó con los datos de observación estelar de James Bradley para determinar la posición precisa de unas 3222 estrellas. ^{[ 2 ]}

A pesar de carecer de estudios superiores, especialmente universitarios, Bessel fue nombrado director del recién fundado Observatorio de Königsberg por el rey Federico Guillermo III de Prusia en enero de 1810, a la edad de 25 años, y permaneció en ese cargo hasta su muerte. Algunos profesores veteranos de la Facultad de Filosofía cuestionaron el derecho de Bessel a enseñar matemáticas sin un título académico. Por lo tanto, recurrió a su colega Carl Friedrich Gauss , quien le otorgó un doctorado honoris causa por la Universidad de Gotinga en marzo de 1811. Ambos científicos mantuvieron correspondencia desde 1804 hasta 1843. En 1837, discutieron sobre la costumbre de Gauss de publicar con mucha lentitud. ^{[ 3 ]}

En 1842, Bessel participó en la reunión anual de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia en Manchester, acompañado por el geofísico Georg Adolf Erman y el matemático Carl Gustav Jacob Jacobi , donde presentó un informe sobre relojes astronómicos. ^{[ 4 ]}

Bessel se casó con Johanna Hagen, hija del químico y farmacéutico Karl Gottfried Hagen, tío del médico y biólogo Hermann August Hagen y del ingeniero hidráulico Gotthilf Hagen , quien también fue alumno y asistente de Bessel entre 1816 y 1818. El físico Franz Ernst Neumann , compañero y colega cercano de Bessel, estaba casado con Florentine, hermana de Johanna Hagen. Neumann introdujo los rigurosos métodos de medición y reducción de datos de Bessel en su seminario matemático-físico, que codirigió con Carl Gustav Jacob Jacobi en Königsberg. ^{[ 5 ]} Estos métodos rigurosos tuvieron un impacto duradero en el trabajo de los alumnos de Neumann y en la concepción prusiana de la precisión en la medición.

Bessel tuvo dos hijos y tres hijas. Su hijo mayor se convirtió en arquitecto, pero murió repentinamente en 1840 a los 26 años; su hijo menor murió poco después de nacer. Su hija mayor, Marie, se casó con el físico Georg Adolf Erman , miembro de la familia de eruditos Erman . Uno de sus hijos fue el renombrado egiptólogo Adolf Erman . Su tercera hija, Johanna, se casó con el político Adolf Hermann Hagen ; uno de sus hijos fue el físico Ernst Bessel Hagen , y el matemático Erich Bessel-Hagen fue su nieto. Bessel fue padrino de Adolf von Baeyer , hijo de su colaborador Johann Jacob Baeyer .

Después de varios meses de enfermedad, Bessel murió en marzo de 1846 en su observatorio a causa de una fibrosis retroperitoneal . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Mientras el observatorio aún estaba en construcción, Bessel elaboró ​​los Fundamentos de la Astronomía basándose en las observaciones de Bradley. Como resultado preliminar, elaboró ​​tablas de refracción atmosférica que le valieron el Premio Lalande de la Academia Francesa de Ciencias en 1811. El Observatorio de Königsberg comenzó a funcionar en 1813.

A partir de 1819, Bessel determinó la posición de más de 50 000 estrellas mediante un círculo meridiano desde Reichenbach , con la ayuda de algunos de sus alumnos más cualificados. El más destacado de ellos fue Friedrich Wilhelm Argelander , y sus sucesores fueron Otto August Rosenberger y August Ludwig Busch .

Bessel determinó el primer valor fiable para la distancia entre una estrella y el Sistema Solar con un heliómetro de Fraunhofer utilizando el método de paralaje estelar . En 1838 publicó un paralaje de 0,314 segundos de arco para 61 Cygni , lo que indicaba que la estrella está a 10,3 años luz de distancia. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} Comparado con la medición actual de 11,4 años luz, la cifra de Bessel tenía un error del 9,6 %. Gracias a estos resultados, los astrónomos no solo ampliaron la visión del universo mucho más allá de la magnitud cósmica, sino que después del descubrimiento en 1728 por James Bradley de la aberración de la luz se produjo una segunda evidencia empírica del movimiento relativo de la Tierra. ^{[ 11 ]} Poco tiempo después, Friedrich Georg Wilhelm Struve y Thomas Henderson informaron sobre los paralajes de Vega y Alfa Centauri .

Las mediciones precisas con un nuevo círculo meridiano de Adolf Repsold permitieron a Bessel notar desviaciones en los movimientos de Sirio y Proción , que debían ser causadas por la atracción gravitatoria de compañeros invisibles. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Su anuncio del "compañero oscuro" de Sirio en 1844 fue la primera afirmación correcta de un compañero previamente no observado mediante medición de posición, y finalmente condujo al descubrimiento de Sirio B por Alvan Graham Clark en 1862, el primer descubrimiento de una enana blanca . John Martin Schaeberle descubrió Proción B en 1896.

Bessel fue el primer científico que se dio cuenta del efecto que más tarde se denominaría ecuación personal , según el cual varias personas que observan simultáneamente determinan valores ligeramente diferentes, especialmente al registrar el tiempo de tránsito de las estrellas. ^{[ 14 ]}

En 1824, Bessel desarrolló un nuevo método para calcular las circunstancias de los eclipses utilizando los llamados elementos besselianos . Su método simplificó el cálculo de tal manera, sin sacrificar la precisión, que todavía se utiliza. ^{[ 15 ]}

A propuesta de Bessel, la Academia Prusiana de Ciencias inició en 1825 la edición de las Berliner Akademische Sternkarten ( Cartas Estelares Académicas de Berlín ) como un proyecto internacional, con Johann Franz Encke como editor ejecutivo. Una nueva carta, aún inédita, permitió a Johann Gottfried Galle encontrar a Neptuno cerca de la posición calculada por Le Verrier en septiembre de 1846 en el Observatorio de Berlín .

En el siglo XVIII, Daniel Bernoulli , Leonhard Euler y otros introdujeron una serie de funciones cilíndricas para resolver problemas de vibración de cuerdas . Joseph-Louis Lagrange y Bessel utilizaron estas funciones para resolver la ecuación de Kepler . Posteriormente, Bessel estudió sistemáticamente las propiedades matemáticas de estas funciones, ahora conocidas como funciones de Bessel . ^{[ 1 ]} Estas funciones son fundamentales para la solución de ciertas ecuaciones diferenciales y se utilizan tanto en física clásica como cuántica . En sus estudios sobre estas funciones, Bessel publicó por primera vez la serie de Fourier , antes que Joseph Fourier, quien ya había trabajado en ella, pero su trabajo se publicó décadas después. ^{[ 1 ]}

En su honor, se incluye un término de corrección en la fórmula del estimador de la varianza muestral . Este término consiste en el uso del factor n  −  1 en el denominador de la fórmula, en lugar de solo n . Esto ocurre cuando se utiliza la media muestral en lugar de la media poblacional para centrar los datos y, dado que la media muestral es una combinación lineal de los datos, el residuo de la media muestral sobreestima el número de grados de libertad en función del número de ecuaciones de restricción, en este caso, una.

Al igual que numerosos astrónomos de su época, Bessel también se dedicó al campo de la geodesia , ^{[ 16 ]} primero teóricamente, cuando publicó un método para resolver el principal problema geodésico . ^{[ 17 ]} En 1830 recibió la orden real para el levantamiento topográfico de Prusia Oriental con el propósito de conectar las redes de triangulación prusianas y rusas ya existentes . Este trabajo se llevó a cabo en cooperación con Johann Jacob Baeyer , entonces mayor del ejército prusiano; el informe final se publicó en 1838. ^{[ 18 ]} También obtuvo una estimación de mayor precisión para el elipsoide terrestre , hoy llamado elipsoide de Bessel , basado en varias mediciones de arco . ^{[ 19 ] [ 20 ]}

• Doctorado honoris causa por la Universidad de Gotinga en marzo de 1811.
• Premio Lalande de la Academia Francesa de Ciencias en 1811 y 1816 ^{[ 21 ]}
• Miembro de la Academia Prusiana de Ciencias en 1812 ^{[ 22 ]}
• Miembro de la Academia Francesa de Ciencias en 1816 ^{[ 23 ]}
• Miembro extranjero de la Real Academia Sueca de Ciencias en 1823.
• Miembro de la Royal Society en 1825 ^{[ 24 ]}
• Miembro honorario extranjero de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1832 ^{[ 25 ]}
• Miembro del Real Instituto de los Países Bajos, predecesor de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos en 1827 ^{[ 26 ]}
• Miembro de la Sociedad Filosófica Americana en 1840 ^{[ 27 ]}
• Miembro de la Academia Nacional de Ciencias de Verona (1842), ^{[ 28 ]}
• Bessel ganó la Medalla de Oro de la Real Sociedad Astronómica dos veces, en 1829 y 1841 ^{[ 29 ].}

Bessel fue uno de los primeros miembros de la Orden Pour le Mérite (clase civil) cuando se estableció en 1842. ^{[ 30 ]}

El primer objeto cósmico nombrado en honor a Bessel es el cráter más grande del Mare Serenitatis de la Luna . ^{[ 31 ]} El asteroide del cinturón principal 1552 Bessel fue nombrado en el centenario de la determinación de la paralaje en 1938. ^{[ 32 ]}

Dos fiordos de Groenlandia son lugares que sirven de conmemoración geográfica: el fiordo de Bessel, en el noreste de Groenlandia, y el fiordo de Bessel, en el noroeste de Groenlandia .

Xyletinus besseli ^{[ 33 ],} un escarabajo fósil del Eoceno perteneciente a la familia Ptinidae , encontrado en el ámbar báltico en Sambia , fue nombrado en su honor. ^{[ 34 ]}

BeSSel, el estudio sobre el legado de las estructuras de barras y espirales , lleva su nombre.

latín

Alemán

Correspondencia

• Königlich Preußische Akademie der Wissenschaften, ed. (1880): Briefwechsel zwischen Gauss und Bessel. [Correspondencia] Leipzig.

• Lista de cosas que llevan el nombre de Friedrich Bessel

• Contenido multimedia relacionado con Friedrich Wilhelm Bessel en Wikimedia Commons.
• O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. , "Friedrich Wilhelm Bessel" , Archivo MacTutor de Historia de las Matemáticas , Universidad de St Andrews