Anders Celsjusz

27 stycznia 2001 r. Minęło 300 lat od urodzin szwedzkiego astronoma, któremu zawdzięczamy jedną z najpowszechniej używanych skal temperatur. Uczonym tym jest Anders Celsius, wynalazca skali Celsjusza.Anders Celsius urodził się 27 stycznia 1701 r. w Uppsali w rodzinie uczonych. Jego obaj dziadkowie byli profesorami - matematyki (ze strony ojca) i astronomii (ze strony matki). Również ojciec Andersa, Nils Celsius, był profesorem astronomii. Talent i rodzinne tradycje sprawiły, że Anders Celsius został profesorem astronomii na Uniwersytecie w Uppsali w wieku 29 lat, w 1730 r. Ponieważ jednak w całej Szwecji nie istniało wówczas żadne duże obserwatorium astronomiczne, Celsjusz udał się w podróż po Europie, odwiedzając m.in. obserwatoria w Norymberdze, Rzymie i Paryżu.

W 1734 r., kiedy Celsius zawitał do Obserwatorium Paryskiego kierowanego przez Jaques'a Cassiniego (1677-1756), syna wielkiego Włocha, który osiadł we Francji, Gian Domenico Cassiniego (1625-1712), wciąż żywa była dyskusja pomiędzy zwolennikami Newtona i wyznawcami Descartesa. Otóż uczeni się spierali, jak bardzo kształt Ziemi odbiega od idealnie kulistego. W końcu Francuska Akademia Nauk postanowiła wysłać dwie ekspedycje w dwa skrajne miejsca na kuli ziemskiej - w okolicach równika (Peru) i w pobliżu bieguna (Laponia) - by na drodze pomiarów ustalić, jak bardzo Ziemia jest wybrzuszona na równiku (albo: spłaszczona na biegunach). Pomiary geodezyjne miały określić, ile wynosi - w jednostkach długości - stopień szerokości geograficznej w każdym z miejsc. Kierownikiem wyprawy do Laponii mianowano francuskiego uczonego Pierre'a Louise'a Moreau de Maupertiusa (1698-1759). Jego asystentem został Anders Celsius. Ekspedycja, rozciągająca się na lata 1736-1737, potwierdziła spłaszczenie kuli ziemskiej na biegunach (choć nie pogodziła zwolenników nauki angielskiej i francuskiej), a Celsiusowi przyniosła w kraju rodzinnym sławę.

Po powrocie do Uppsali Celsius podjął starania, by wznieść w Szwecji pierwsze uniwersyteckie obserwatorium. Działania te zakończyły się sukcesem w 1740 r. (niektóre źródła podają rok 1741). Celsius nie zapisał się w szczególny sposób w historii astronomii. Należał do pierwszych uczonych, którzy stwierdzili, że zjawisko zórz polarnych ma charakter magnetyczny. Opublikował katalog jasności około 300 gwiazd, wyznaczonych w oryginalny sposób. Osłabiał światło gwiazdy za pomocą płytki szklanej. Za miarę jasności gwiazdy przyjmował liczbę płytek, które pozwalały całkowicie stłumić jej blask. W systemie Celsiusa najjaśniejsza gwiazda ziemskiego nieba, Syriusz, miała jasność 25 płytek szklanych.

W 1742 r. w "Kungliga Swenska Wetenskaps Academiens Handlingar" (Kroniki Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk) ukazał się artykuł Celsiusa, zatytułowany "Uwagi o dwóch stałych (Budynek Obserwatorium Astronomicznego w Uppsali, wzniesiony dzięki staraniom Andersa Celsiusa. Rycina z 1769 r.) stopniach termometru". W ten sposób narodziła się skala Celsjusza, a uczony trafił do historii fizyki. Celsius proponował wykorzystanie w pomiarach temperatury dwóch punktów - topnienia lodu oraz wrzenia wody - i podzielenia skali pomiędzy nimi na 100 stopni, przy czym punktowi topnienia miało odpowiadać 100 stopni, natomiast punktowi wrzenia - zero. Już wcześniej proponowano na punkt odniesienia skali temperatur moment zamarzania wody. Oryginalnością pomysłu Celsiusa było wybranie punktu topnienia.

Jak sam pisał:
"Eksperyment ten [umieszczanie termometru rtęciowego w topniejącym śniegu] powtarzałem wielokrotnie w ciągu dwóch lat podczas zimowych miesięcy i przy każdej pogodzie, i przy różnych zachowaniach barometru. Zawsze otrzymywałem ten sam punkt na termometrze [...] Podczas srogiej zimy przyniosłem śnieg do mego pokoju i położyłem przy kominku, aż zaczął topnieć [...]".

Z drugim punktem skali - wrzeniem wody - sprawa nie była tak prosta, gdyż znacznie większą rolę odgrywało w tym wypadku ciśnienie atmosferyczne, z czego Celsius zdawał sobie sprawę. (Podobnie jak wytwórca szkła i instrumentów Daniel Gabriel Fahrenheit, urodzony w Gdańsku, twórca konkurencyjnej skali Fahrenheita).

Ostatecznie Celsius zaproponował następującą procedurę:
1. Włóż cylinder AB termometru do topniejącego śniegu i zaznacz punkt C zamarzania wody.
2. Zaznacz punkt D wrzenia wody pod ciśnieniem około 755 mmHg.
3. Podziel odległość CD na 100 równych części, tak by zerowy stopień odpowiadał punktowi D, setny zaś - punktowi C.

Jak łatwo zauważyć, pierwotna skala Celsjusza była odwrócona w stosunku do używanej obecnie. Niektóre źródła podają, że za zamianą jej na dzisiaj stosowaną stoi Karol Linneusz (Carl von Linn; 1707-1778), szwedzki przyrodnik. Inne, że odpowiedzialność za to ponosi Daniel Ekstrm, producent instrumentów naukowych, który zaopatrywał w nie zarówno Celsiusa, jak i Linneusza.

Celsius był także zdeklarowanym rzecznikiem wprowadzenia w Szwecji kalendarza gregoriańskiego. Niestety, nie doczekał 1753 r., kiedy Szwedom zabrano 11 dni, by przejść z rachuby juliańskiej na gregoriańską. Zmarł młodo, na początku 1744 r. w Uppsali.

(Pierwsza strona "Uwag o dwóch stałych stopniach termometru" Celsiusa - artykułu, który ukazał się w 1742)