Friedrich Bessel

Friedrich Wilhelm Bessel (Alemão: [ˈbɛsl̩]; 22 de julho de 1784 - 17 de março de 1846) foi um astrônomo, matemático, físico e geodesista alemão. Ele foi o primeiro astrônomo a determinar valores confiáveis para a distância do Sol a outra estrela pelo método da paralaxe. Certas funções matemáticas importantes foram nomeadas funções de Bessel após a morte de Bessel, embora tenham sido originalmente descobertas por Daniel Bernoulli antes de serem generalizadas por Bessel.

Vida e família

Bessel nasceu em Minden, Vestfália, então capital da região administrativa da Prússia Minden-Ravensberg, como segundo filho de um funcionário público em uma grande família. Aos 14 anos deixou a escola, por não gostar da educação em língua latina, e foi aprendiz na importadora e exportadora Kulenkamp em Bremen. A dependência da empresa em navios de carga o levou a transformar suas habilidades matemáticas em problemas de navegação. Isso, por sua vez, levou a um interesse pela astronomia como forma de determinar a longitude.

Bessel chamou a atenção de Heinrich Wilhelm Olbers, um médico praticante de Bremen e conhecido astrônomo, ao produzir um refinamento nos cálculos orbitais para o cometa Halley em 1804, usando dados de observação antigos retirados de Thomas Harriot e Nathaniel Torporley em 1607. Franz Xaver von Zach editou os resultados em seu jornal Monatliche Correspondenz.

Depois de terminar sua educação comercial, Bessel deixou Kulenkamp em 1806 e tornou-se assistente no observatório particular de Johann Hieronymus Schröter em Lilienthal, perto de Bremen, como sucessor de Karl Ludwig Harding. Lá ele trabalhou nos dados de observação estelar de James Bradley para produzir posições precisas para cerca de 3.222 estrelas.

Apesar de não ter nenhuma educação superior, especialmente na universidade, Bessel foi nomeado diretor do recém-fundado Observatório de Königsberg pelo rei Frederico Guilherme III da Prússia em janeiro de 1810, aos 25 anos, e permaneceu nesse cargo até sua morte. Por falta de qualquer grau acadêmico, alguns colegas da Faculdade de Filosofia contestaram o direito de Bessel de ensinar matemática. Portanto, ele se voltou para seu colega Carl Friedrich Gauss, que concedeu o título de doutor honoris causa da Universidade de Göttingen em março de 1811. Ambos os cientistas se corresponderam de 1804 a 1843. Em 1837, eles brigaram sobre Gauss' hábito de publicação muito lenta.

Em 1842 Bessel participou da reunião anual da Associação Britânica para o Avanço da Ciência em Manchester, acompanhado pelo geofísico Georg Adolf Erman e pelo matemático Carl Gustav Jacob Jacobi, onde fez um relatório sobre relógios astronômicos.

Bessel casou-se com Johanna Hagen, filha do químico e farmacêutico Karl Gottfried Hagen que era tio do médico e biólogo Hermann August Hagen e do engenheiro hidráulico Gotthilf Hagen, este último também aluno e assistente de Bessel desde 1816 a 1818. O físico Franz Ernst Neumann, companheiro íntimo e colega de Bessel, era casado com a irmã de Johanna Hagen, Florentine. Neumann introduziu os métodos exatos de medição e redução de dados de Bessel em seu seminário matemático-físico, que ele codirigiu com Carl Gustav Jacob Jacobi em Königsberg. Esses métodos exatos tiveram um impacto duradouro no trabalho dos alunos de Neumann e na concepção prussiana de precisão na medição.

Bessel teve dois filhos e três filhas. Seu filho mais velho tornou-se arquiteto, mas morreu repentinamente em 1840, aos 26 anos; seu filho mais novo morreu logo após o nascimento. Sua filha mais velha, Marie, casou-se com o físico Georg Adolf Erman, membro da família erudita Erman. Um de seus filhos, por sua vez, foi o renomado egiptólogo Adolf Erman. Sua terceira filha, Johanna, casou-se com o político Adolf Hermann Hagen; seu filho era o físico Ernst Bessel Hagen e o matemático Erich Bessel-Hagen era neto deles. Bessel foi padrinho de Adolf von Baeyer, filho de seu colaborador Johann Jacob Baeyer.

Depois de vários meses de doença, Bessel morreu em março de 1846 em seu observatório de fibrose retroperitoneal.

Trabalho

Observatório de Königsberg em 1830. Foi destruído na Segunda Guerra Mundial.

Enquanto o observatório ainda estava em construção, Bessel elaborou a Fundamenta Astronomiae com base nas observações de Bradley. Como resultado preliminar, ele produziu tabelas de refração atmosférica que lhe renderam o Prêmio Lalande da Academia Francesa de Ciências em 1811. O Observatório de Königsberg começou a operar em 1813.

A partir de 1819, Bessel determinou a posição de mais de 50.000 estrelas usando um círculo meridiano de Reichenbach, auxiliado por alguns de seus alunos qualificados. O mais proeminente deles foi Friedrich Wilhelm Argelander, seus sucessores foram Otto August Rosenberger e August Ludwig Busch.

Com este trabalho realizado, Bessel conseguiu o feito pelo qual é mais lembrado até hoje: ele é considerado o primeiro a usar a paralaxe estelar para calcular a distância até uma estrela. Os astrônomos acreditavam há algum tempo que a paralaxe forneceria a primeira medição precisa das distâncias interestelares. Em 1838, Bessel anunciou que 61 Cygni tinha uma paralaxe de 0,314 segundos de arco; que, dado o diâmetro da órbita da Terra, indica que a estrela está a 10,3 anos de distância. Dada a medição atual de 11,4 anos, a figura de Bessel teve um erro de 9,6%. Graças a esses resultados, os astrônomos não apenas ampliaram a visão do universo muito além da magnitude cósmica, mas depois da descoberta em 1728 por James Bradley da aberração da luz, uma segunda evidência empírica do movimento relativo da Terra foi produzida. Pouco tempo depois, Friedrich Georg Wilhelm Struve e Thomas Henderson relataram as paralaxes de Vega e Alpha Centauri.

Além de ajudar a determinar a paralaxe de 61 Cygni, as medições precisas de Bessel usando um novo círculo meridiano de Adolf Repsold permitiram que ele notasse desvios nos movimentos de Sirius e Procyon, que ele deduziu serem causados pelo atração gravitacional de companheiros invisíveis. Seu anúncio do "companheiro sombrio" de Sirius; em 1844 foi a primeira afirmação correta de um companheiro anteriormente não observado por medição posicional e, eventualmente, levou à descoberta de Sirius B.

Bessel foi o primeiro cientista a perceber o efeito mais tarde chamado de equação pessoal, que várias pessoas observando simultaneamente determinam valores ligeiramente diferentes, especialmente registrando o tempo de transição das estrelas.

Em 1824, Bessel desenvolveu um novo método para calcular as circunstâncias dos eclipses usando os chamados elementos Besselianos. Seu método simplificou o cálculo a tal ponto, sem sacrificar a precisão, que ainda é usado hoje.

Por proposta de Bessel em 1825, a Academia Prussiana de Ciências iniciou a edição do Berliner Akademische Sternkarten (Berlin Academic Star Charts) como um projeto internacional com Johann Franz Encke como editor executivo. Um novo gráfico não publicado permitiu a Johann Gottfried Galle encontrar Netuno perto da posição calculada por Le Verrier em setembro de 1846 no Observatório de Berlim.

Na segunda década do século XIX, enquanto estudava a dinâmica dos sistemas gravitacionais como um problema de múltiplos corpos, Bessel desenvolveu o que hoje conhecemos como funções de Bessel. Críticas para a solução de certas equações diferenciais, essas funções são usadas tanto na física clássica quanto na física quântica.

Bessel é responsável pela correção da fórmula do estimador de variância amostral nomeado em sua homenagem. Este é o uso do fator n − 1 no denominador da fórmula, em vez de apenas n. Isso ocorre quando a média da amostra em vez da média da população é usada para centralizar os dados e, como a média da amostra é uma combinação linear dos dados, o resíduo para a média da amostra superconta o número de graus de liberdade pelo número de equações de restrição — neste caso, uma. (Veja também a correção de Bessel).

Como muitos astrônomos de seu tempo, Bessel também trabalhou no campo da geodésia, primeiro teoricamente, quando publicou um método para resolver o principal problema geodésico. Em 1830, ele obteve a ordem real para o levantamento da Prússia Oriental com o objetivo de conectar as redes de triangulação prussianas e russas ainda existentes. Este trabalho foi realizado em cooperação com Johann Jacob Baeyer, então major do exército prussiano; o relatório final foi publicado em 1838. Ele também obteve uma estimativa de maior precisão para o elipsóide da Terra, hoje chamado de elipsóide de Bessel, com base em várias medições de arco.

Honras e prêmios

• Doutoramento honorário pela Universidade de Göttingen em março de 1811
• Lalande-Prize da Academia Francesa de Ciências em 1811 e 1816
• Membro da Academia Prussiana de Ciências em 1812
• Membro da Academia Francesa de Ciências em 1816
• Membro estrangeiro da Academia Real Sueca de Ciências em 1823
• Membro da Royal Society em 1825
• Membro honorário estrangeiro da Academia Americana de Artes e Ciências em 1832
• Membro do Instituto Real da Holanda, antecessor da Academia Real de Artes e Ciências da Holanda em 1827
• Membro da Sociedade Filosófica Americana em 1840
• Bessel ganhou a Medalha de Ouro da Royal Astronomical Society duas vezes, em 1829 e 1841.

A maior cratera no Mare Serenitatis da Lua e o asteróide do cinturão principal 1552 Bessel, bem como dois fiordes na Groenlândia, Bessel Fjord, NE da Groenlândia e Bessel Fjord, NW da Groenlândia, foram nomeados em sua homenagem.

Publicações

Tabulae Regiomontanae reduceum observaum astronomicarum ab anno 1750 usque ad annum 1850 computatae, 1830

Latim

Alemanha

Correspondência

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