Huygens and the improvement of the telescopeDe Sterrenkijker (telescoop)

After the ‘invention’ of the telescope in 1608, the greatest Dutch contribution to the development of this instrument was made by Christiaan Huygens (1629-1695) together with his brother Constantijn Huygens Junior (1628-1697).

Huygens’ contribution to perfecting the telescope

It was Christiaan who would make the greatest theoretical contribution to the development of the telescope, mainly thanks to the invention of the Huygens ocular (named after himself) and the aerial (tubeless) telescope. He was also the first to reveal the potential of a micrometer.

Strongly inspired by their father Constantijn Huygens Senior, himself particularly interested in optical innovations, the Huygens brothers began grinding object lenses in 1654. A year earlier they had already had a telescope made by a certain ‘Master Paulus’ of Arnhem. Because they found this instrument disappointing, they decided to make one themselves. Christiaan Huygens in particular wished to use such a telescope for astronomical observations.

After consulting a number of well-known opticians, such as the scholar Gerard van Gutschoven of Leuven, the instrument maker Johannes Wiesel of Augsburg and the optician Jan de Wyck of Delft, they finally turned to the ‘pre-eminent tradesman in the country for this type of work’, the instrument maker Caspar Calthof of Dordrecht. The latter provided the Huygens brothers with their first grinding plates and other necessary equipment. In the spring of 1655, the first practicable telescope of 12 feet (approx. 3.7 meters) in length was ready. Soon after, Christiaan would use it to observe Saturn and discover a new moon, which would later be named Titan.

Christiaan was extremely satisfied with his new telescope. He wrote to a correspondent: ‘I recently built a telescope of 12 feet in length, and I believe you would be hard put to find a better, as I am sure that no one before has seen the wonder that I observed with it recently’.

As a result of his prolonged observation of the planet Saturn, Christiaan Huygens also developed a new theory for the ‘ears of Saturn’, first observed by Galileo, which he was able to prove was a ring around Saturn. From March 1656 he had a new telescope at his disposal to test his hypothesis. This telescope was 24 feet in length (approx. 7.3 meters) and once again, the object lens was ground by the brothers themselves.  This long telescope was raised in the garden of the Huygens’ residence using pulleys and a mast.

Huygens published his discoveries in 1659 in a book entitled Systema Saturnium. This publication also contains his first description of the workings of a micrometer in an astronomical telescope. In this telescope, the object lens creates a true image which is viewed through the ocular lens. By fitting a distance gauge onto the true image, the position of one heavenly body in relation to another could be determined with great accuracy.

The exterior of Christiaan’s telescope

Extremely satisfied with the progress he had made, Christiaan took the telescope with which he had made his discoveries with him wherever he travelled. The brothers originally mounted their lenses in simple tin tubes (an example can still be viewed in the Boerhaave Museum), and the ‘Admovere’ object lens (with which Christiaan discovered the moon Titan) was originally placed in such a tin tube too.

However, in October 1655, during a visit to Paris, Christiaan ordered a brand new telescope tube from an ‘artisan’, built according to the current French fashion. The main tube was now made of very thin wood covered in morocco leather (probably red) stamped with gold. The four telescopic tubes were clad with green parchment ‘as I have seen that is the way they do it here’. The new telescope was less than a quarter of the weight of the old tube. When fully retracted the length was now about 3 feet (approx. 91 cm).

However, in the end, the new tube proved to be rather unpractical. It tended to bend and collapse if only supported at one point. ‘A solution will need to be found for this problem’, wrote Christiaan to his brother in 1656. However, as far as the lenses were concerned, their telescope was unequalled, according to Christiaan: ‘Now that I have informed everyone of the discovery of Saturn’s moon [...] they cannot deny that my telescope is the best that ever was built’.

Hevelius and Divini protest against Huygens

Huygens’ claim that his telescope was better than all the others did not remain uncontested. For example, the astronomer Johannes Hevelius, who had been visited by younger brother Philippus Huygens in March 1656, was furious. Not only had Philippus labelled him an inferior lens grinder in his private correspondence with his brothers, Christiaan’s declaration, in the Systema Saturnium, that his new telescope was now the norm for all observers could not go unchallenged.

The Italian telescope-builder Eustachio Divini fought the hardest against Huygens’ claim that he made the best telescopes. In 1661, Divini published a small book, together with the Jesuit Honoré Fabri, in which he explained his own ideas about Saturn. However, although Divini was probably right ‘that his telescopes were of similar quality to Huygens’, he eventually lost the battle.

Christiaan Huygens’ aerial telescope (1684)

Around 1650, it was discovered that if lenses were used with a small radius of curvature, the problem of lens deviation (such as dispersion and distortion) could for a large part be  removed. The occurrence of these image distortions was a particular problem with astronomical telescopes. However, such a small radius of curvature of the lenses irrevocably led to long focal lengths, resulting in almost unmanageably long telescopes. Only very experienced users were able to handle such telescopes.

To get around the problem of wind sensitivity and the unhandiness of the long telescopes, Christiaan Huygens invented the so-called ‘aerial (tubeless) telescope’, of which he published a description in the book Astroscopia compendiaria in 1684.
Huygens limited this instrument to a large object lens and an eyepiece. The object lens was hoisted up a mast in a holder and joined to an eyepiece or ocular lens by a rope. A small oil lamp was used to make it easier to aim.Na de ‘uitvinding’ van de verrekijker in 1608 is de grootste bijdrage van Nederlandse zijde aan de ontwikkeling van de verrekijker geleverd door Christiaan Huygens (1629-1695) en zijn broer Constantijn Huygens junior (1628-1697).

Huygens bijdrage aan de vervolmaking van de sterrenkijker

Vooral Christiaan zou ook in theoretische zin bijdragen tot de ontwikkeling van de verrekijker, met name door het bedenken van een – later naar hem genoemd – Huygens-oculair en de buisloze telescoop. Ook heeft hij als eerste de mogelijkheden van een micrometer bekend gemaakt.

Stellig geïnspireerd door hun in optische nieuwigheden bijzonder geinteresseerde vader, Constantijn Huygens Senior, begonnen de broers Huygens in 1654 met het slijpen van objectieflenzen. In het voorafgaande jaar hadden ze al een verrekijker laten maken bij een zekere ‘Meester Paulus’ te Arnhem. Aangezien deze kijker hen tegenviel, vatten zij het plan op er zelf een te maken. Vooral Christiaan Huygens wilde zo’n verrekijker benutten voor sterrenkundige waarnemingen.

Na een een aantal bekende optici te hebben geraadpleegd, zoals de Leuvense geleerde Gerard van Gutschoven, de Augsburgse instrumentmaker Johannes Wiesel en de Delftse opticien Jan de Wyck, kwamen ze uiteindelijk terecht bij de ‘eerste vakman van het land voor dit soort zaken’, de instrumentmaker Caspar Calthof in Dordrecht.  Deze voorzag hen van de eerste slijpschalen en verdere benodigdheden. In het voorjaar van 1655 was de eerste bruikbare kijker van 12 voet lengte gereed [ca. 3,7 meter], waarmee Christiaan korte tijd later Saturnus bestudeerde en daarbij een nieuwe maan ontdekte, die later Titan zou worden genoemd.

Christiaan betoonde zich dan ook uitermate tevreden over zijn kijker. Aan een correspondent schreef hij: ‘Ik heb me onlangs zelf een kijker gemaakt van 12 voet lengte, en ik meen dat er nauwelijks een andere te vinden is die voortreffelijker is, daar niemand eerder gezien heeft wat ik kort geleden heb waargenomen’.  Met een dergelijke kijker ontdekte hij op 25 maart 1655 een maan rond Saturnus.

Naar aanleiding van zijn langdurige observaties aan de planeet Saturnus ontwikkelde Christiaan Huygens ook een nieuwe theorie over de al door Galilei waargenomen ‘oren van Saturnus’, die hij als een ring rond Saturnus wist te duiden.
Om zijn hypothese te testen had hij vanaf maart 1656 de beschikking over een nieuwe kijker van 24 voet lengte (ca. 7,3 meter), waarvan de broers het objectief weer zelf geslepen hadden. Deze lange telescoop werd in de tuin van de Huygens-residentie met katrollen aan een mast omhoog getrokken.

In 1659 publiceerde Huygens zijn vondsten in het boekje Systema Saturnium. In deze publicatie beschrijft hij ook voor het eerst de werking van een micrometer bij een astronomische verrekijker. Bij zo’n kijker vormt de objectieflens een reël beeld dat door de oculairlens wordt bekeken. Door op de plaats van dit reële beeld een meetdraad te plaatsen, kan de positie van een hemellichaam t.o.v. een ander met grote nauwkeurigheid worden bepaald.

Het uiterlijk van Christiaans kijker

Uitermate tevreden over de gang van zaken nam Christiaan de kijker waarmee hij zijn ontdekkingen had gedaan overal mee op zijn reizen. Aanvankelijk hadden de broers hun lenzen gemonteerd in een eenvoudige blikken buis (bij Museum Boerhaave is nog zo’n exemplaar), en ook het ‘Admovere’-objectief (waarmee Christaan de maan Titan had ontdekt) was aanvankelijk in zon blikken buis ‘gemonteerd.

Maar in oktober 1655, tijdens een verblijf in Parijs, bestelde Christiaan bij een ‘vakman’ een geheel nieuwe kijkerbuis, gemaakt conform de heersende Franse mode.
De hoofdbuis werd nu gemaakt van heel dun hout die werd bekleed met goud gestempeld (vermoedelijk rood) marokijnleer. De vier trekbuizen werden voorzien van groen perkament ‘zoals ik gezien heb dat anderen hier hebben’.  De nieuwe verrekijkerkoker woog nog geen kwart van de oorspronkelijke buis. Volledig ingeschoven was de lengte nu ongeveer 3 voet (ca. 91 cm).

Maar uiteindelijk viel de bruikbaarheid van de nieuwe buis toch tegen. De koker bleek onderhevig aan buigen en inzakken wanneer hij maar op één plaats werd ondersteund. ‘Daar zal iets op gevonden moeten worden’, schreef Christiaan in november 1656 aan zijn broer. Maar de lenzen, ja daar kon toch geen andere kijker tegenop, vond Christiaan. ‘Nu allen door mij zijn ingelicht over de nieuwe ontdekking van de Saturnusmaan [...] kunnen ze niet ontkennen dat mijn kijker het wint van alle die er ooit geweest zijn’.

Protest van Hevelius en Divini tegen Huygens

Huygens’ claim dat zijn kijker de beter was dan die van alle anderen, bleef niet onweersproken. De astronoom Johannes Hevelius bijvoorbeeld, die in maart 1656 door de jongere broer Philippus Huygens was bezocht, reageerde furieus. Was hij door Philippus in diens privé-correspondentie al weggezet als een minder goede lenzenslijper dan zijn de beide broers, nu Christiaan in de Systema Saturnium zijn eigen kijker tot de norm voor alle waarnemers had verklaard, kon dat niet onweersproken blijven.

Vooral de Italiaanse kijkerbouwer Eustachio Divini kwam in het geweer tegen Huygens’ claim dat hij de beste kijkers maakte. In 1661 publiceerde Divini samen met de Jezuïet Honoré Fabri een klein boekje waarin hij zijn eigen ideeën aangaande Saturnus uiteen zette. Maar hoewel Divini vermoedelijk gelijk had dat zijn kijkers van vergelijkbare kwaliteit waren als die van Huygens, moest hij uiteindelijk tegen Huygens afleggen.

De buisloze verrekijker van Christiaan Huygens (1684)

Omstreeks 1650 werd ontdekt dat bij gebruik van lenzen met een geringe kromtestraal, de lensafwijkingen (zoals kleurschifting en vormfouten) voor een groot deel werden ondervangen. Het voorkomen van deze beeldverstoringen was vooral bij astronomische verrekijkers van belang. Alleen leidde zo’n geringe kromtestraal van de lenzen onontkoombaar tot lange brandpuntsafstanden. Dit resulteerde in – welhaast onhanteerbaar – lange telescopen. Uitsluitend bijzonder geoefende gebruikers konden met dergelijke verrekijkers omgaan.

Om het probleem van de windvang en de onhanteerbaarheid van de lange verrekijkers te omzeilen, bedacht Christiaan Huygens de zogenaamde ‘buisloze verrekijker’, waarover hij in 1684 in het boekje Astroscopia compendiaria een beschrijving publiceerde.
Bij deze opstelling maaktehHugens alleen gebruik van een groot objectief en een oogbuis. Jet objectief werd in een houder in een mast omhoog gehesen en via een touw verbonden met een oogbuis of oculair. Een klein olielampje diende om het richten te vergemakkelijken.