Federico Bessel

Friedrich Wilhelm Bessel (alemán: [ˈbɛsl̩]; 22 de julio de 1784 - 17 de marzo de 1846) fue un astrónomo, matemático, físico y geodésico alemán. Fue el primer astrónomo que determinó valores confiables para la distancia del sol a otra estrella por el método de paralaje. Un tipo especial de funciones matemáticas se llamaron funciones de Bessel después de la muerte de Bessel, aunque originalmente fueron descubiertas por Daniel Bernoulli y luego generalizadas por Bessel.

Vida y familia

Bessel nació en Minden, Westfalia, entonces capital de la región administrativa prusiana de Minden-Ravensberg, como segundo hijo de un funcionario en una familia numerosa. A la edad de 14 años, Bessel fue aprendiz de la empresa de importación y exportación Kulenkamp en Bremen. La dependencia de la empresa de los buques de carga lo llevó a convertir sus habilidades matemáticas en problemas de navegación. Esto a su vez condujo a un interés en la astronomía como una forma de determinar la longitud.

Bessel llamó la atención de una figura importante de la astronomía alemana en ese momento, Heinrich Wilhelm Olbers, al producir un refinamiento en los cálculos orbitales para el cometa Halley en 1804, utilizando datos de observación antiguos tomados de Thomas Harriot y Nathaniel Torporley en 1607. Franz Xaver von Zach editó los resultados en su revista Monatliche Correspondenz.

Dos años después, Bessel dejó Kulenkamp y se convirtió en asistente en el observatorio privado de Johann Hieronymus Schröter en Lilienthal, cerca de Bremen, como sucesor de Karl Ludwig Harding. Allí trabajó en los datos de observación estelar de James Bradley para producir posiciones precisas para unas 3222 estrellas.

A pesar de carecer de educación superior, especialmente en la universidad, Bessel fue nombrado director del recién fundado Observatorio Königsberg por el rey Federico Guillermo III de Prusia en enero de 1810, a la edad de 25 años, y permaneció en ese puesto hasta su muerte. Por recomendación de su colega matemático y físico Carl Friedrich Gauss, con quien mantuvo correspondencia entre 1804 y 1843, recibió el título de doctor honorario de la Universidad de Göttingen en marzo de 1811.

Por esa época, los dos hombres entablaron una correspondencia epistolar. Sin embargo, cuando se conocieron en persona en 1825, se pelearon; los detalles no se conocen.

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.

Bessel se casó con Johanna, hija del químico y farmacéutico Karl Gottfried Hagen, tío del médico y biólogo Hermann August Hagen y del ingeniero hidráulico Gotthilf Hagen, este último también alumno y asistente de Bessel desde 1816 hasta 1818. El físico Franz Ernst Neumann, compañero cercano y colega de Bessel, se casa con la hermana de Johanna Hagen, Florentine. Neumann introdujo los métodos exactos de medición y reducción de datos de Bessel en su seminario matemático-físico, que codirigió con Carl Gustav Jacob Jacobi en Königsberg. Estos métodos rigurosos tuvieron un impacto duradero en el trabajo de los estudiantes de Neumann y en la concepción prusiana de 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 del nacimiento. Su hija mayor, Marie, se casó con el físico Georg Adolf Erman, miembro de la familia erudita Erman. Uno de sus hijos a su vez fue el renombrado egiptólogo Adolf Erman. Su tercera hija, Johanna, se casó con el político Adolf Hermann Hagen, su hijo fue el físico Ernst Bessel Hagen.

Después de varios meses de enfermedad, Bessel murió en marzo de 1846 en su observatorio de fibrosis retroperitoneal.

Trabajo

Observatorio de Königsberg en 1830. Fue destruida por el bombardeo en la Segunda Guerra Mundial.

Mientras el observatorio aún estaba en construcción, Bessel elaboró los Fundamenta Astronomiae basados en las observaciones de Bradley. Como resultado preliminar produjo tablas de refracción atmosférica que le valieron el Premio Lalande de la Academia de Ciencias de Francia en 1811. El Observatorio Königsberg entró en funcionamiento en 1813.

A partir de 1819, Bessel determinó la posición de más de 50 000 estrellas utilizando un círculo meridiano de Reichenbach, con la ayuda de algunos de sus estudiantes calificados. El más destacado de ellos fue Friedrich Wilhelm Argelander.

Con este trabajo realizado, Bessel pudo lograr la hazaña por la que es mejor recordado hoy en día: se le atribuye ser el primero en utilizar la paralaje estelar para calcular la distancia a una estrella. Los astrónomos habían creído durante algún tiempo que el paralaje proporcionaría la primera medición precisa de las distancias interestelares. En 1838, Bessel anunció que 61 Cygni tenía una paralaje de 0,314 segundos de arco; lo que, dado el diámetro de la órbita de la Tierra, indica que la estrella está a 10,3 ly de distancia. Dada la medición actual de 11,4 ly, la cifra de Bessel tenía un error del 9,6 %. Gracias a estos resultados los astrónomos no solo habían ampliado la visión del universo mucho más allá de la magnitud cósmica, sino que tras el descubrimiento en 1728 por James Bradley de la aberración de la luz se produjo una segunda evidencia empírica del movimiento relativo de la Tierra.

Casi al mismo tiempo, Friedrich Georg Wilhelm Struve y Thomas Henderson midieron las paralajes de Vega y Alpha Centauri.

Además de ayudar a determinar el paralaje de 61 Cygni, las mediciones precisas de Bessel utilizando un nuevo círculo meridiano de Adolf Repsold le permitieron notar desviaciones en los movimientos de Sirius y Procyon, que dedujo que debían ser causadas por el atracción gravitacional de compañeros invisibles. Su anuncio del 'compañero oscuro' de Sirius en 1844 fue la primera afirmación correcta de un compañero previamente no observado por medición posicional, y finalmente condujo al descubrimiento de Sirius B.

Bessel fue el primer científico que se dio cuenta del efecto que más tarde se llamó ecuación personal, en el que varias personas que observan simultáneamente determinan valores ligeramente diferentes, especialmente registrando el tiempo de transición de las estrellas.

En 1824, Bessel desarrolló un nuevo método para calcular las circunstancias de los eclipses usando los llamados elementos besselianos. Su método simplificó el cálculo hasta tal punto, sin sacrificar la precisión, que todavía se usa en la actualidad.

El trabajo de Bessel en 1840 contribuyó al descubrimiento de Neptuno en 1846 en el Observatorio de Berlín, varios meses después de la muerte de Bessel. A propuesta de Bessel (1825), la Academia de Ciencias de Prusia inició la edición de la Berliner Akademische Sternkarten (Berlin Academic Star Charts) como un proyecto internacional. Una nueva carta inédita permitió a Johann Gottfried Galle encontrar a Neptuno cerca de la posición calculada por LeVerrier en 1846.

En la segunda década del siglo XIX, mientras estudiaba la dinámica de 'muchos cuerpos' sistemas gravitacionales, Bessel desarrolló lo que ahora se conoce como funciones de Bessel. Estas funciones, críticas para la solución de ciertas ecuaciones diferenciales, se utilizan tanto en la física clásica como en la cuántica.

Bessel es responsable de la corrección de la fórmula del estimador de varianza muestral nombrado en su honor. Este es el uso del factor n − 1 en el denominador de la fórmula, en lugar de solo n. Esto ocurre cuando se usa la media de la muestra en lugar de la media de la población para centrar los datos y dado que la media de la muestra es una combinación lineal de los datos, el residuo de la media de la muestra se sobrecuenta el número de grados de libertad por el número de ecuaciones de restricción, en este caso uno. (Véase también la corrección de Bessel).

Un campo de trabajo adicional fue la geodesia. Bessel publicó un método para resolver los principales problema geodésico. Fue responsable de la encuesta de Prusia Oriental que se unió a las redes de triangulación de Prusia y Rusia. También obtuvo una estimación de mayor precisión para el elipsoide de la Tierra, hoy llamado elipsoide de Bessel, basado en varias mediciones de arco.

Honores y premios

• Doctorado honorario de la Universidad de Gotinga en marzo de 1811
• Miembro de la Academia de Ciencias de Prusia en 1812
• Miembro de la Academia Francesa de Ciencias en 1816
• Extranjero de la Real Academia Sueca de Ciencias en 1823
• Fellow of the Royal Society in 1825
• Miembro de la Academia Americana de Artes y Ciencias en 1832
• Member of the Royal Institute of the Netherlands, predecessor of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences in 1827
• Miembro de la Sociedad Filosófica Americana en 1840
• Bessel ganó la medalla de oro de la Royal Astronomical Society dos veces, en 1829 y 1841.

El cráter más grande del Mare Serenitatis de la Luna y el asteroide del cinturón principal 1552 Bessel, así como dos fiordos en Groenlandia, Bessel Fjord, NE Greenland y Bessel Fjord, NW Groenlandia, fueron nombrados en su honor.

Publicaciones

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

Latina

Alemán

Correspondencia

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