Was Christiaan Huygens de beste telescoopbouwer?

Christiaan Huygens stelde ruim 350 jaar geleden trots dat zíjn telescopen de beste op aarde waren. Hij ontdekte er de Saturnusmaan Titan mee, maar Italiaanse geleerden zaten hem op de hielen met hun eigen telescopen. Onderzoek van Museum Boerhaave aan de oudste lenzen werpt nu licht op de slijppraktijken van de vroegste telescoopbouwers én op de vraag wie er nu het best was.

door

Naar moderne maatstaven was het materiaal waarmee de Nederlandse astronoom Christiaan Huygens de hemel in 1655 afspeurde kinderspel. Misschien zelfs minder dan dat. De prestaties van de door hem zelf gebouwde telescoop worden tegenwoordig door een kindertelescoop of verrekijker voorbij gestreefd. Toch was het genoeg om een lichtstipje bij Saturnus te ontwaren: Huygens ontdekte de grootste maan van Saturnus: Titan.

Christiaan huygens  by caspar netscher

Christiaan Huygens deed in 1655 de eerste grote astronomische ontdekkingen na Galileo Galilei aan het begin van dezelfde eeuw. Publiek domein

Vol trots verkondigde Huygens dat hij samen met zijn broer Constantijn de beste lenzen in de wereld maakte. Samen slepen ze zo’n dertig lenzen, het grootste deel is nu in bezit van Museum Boerhaave in Leiden. “Huygens heeft zich het slijpproces ontzettend snel meester gemaakt,” zegt Tiemen Cocquyt, conservator van het museum, “maar of hij met zijn broer echt de beste lenzen in de wereld maakte is nog maar de vraag. Met die uitspraken stootte hij waarschijnlijk een paar Italiaanse lenzenslijpers zoals Eustachio Divini en Giuseppe Campani voor het hoofd.”

Of het nu de gebroeders Huygens of hun Italiaanse ‘concurrenten’ waren, in het algemeen is er weinig bekend over het ambacht van lenzen slijpen in die tijd: een essentieel onderdeel van de stormachtige ontwikkeling die de wetenschap in die tijd doormaakte. Slijpers zoals Huygens lieten bijna geen beschrijving van hun werk achter. De enige manier om nu nog iets te leren over de slijpcultuur is het onder de loep nemen van de lenzen zelf. Uit de eerste helft van de zeventiende eeuw zijn wereldwijd tien tot vijftien lenzen bewaard gebleven.

Toen Cocquyt in 2015 een beurs van NWO ontving om de slijppraktijken in de zeventiende en achttiende eeuw te onderzoeken wist hij meteen dat hij niet alleen de lenzencollectie van Museum Boerhaave moest bekijken. Hij ontwikkelde een mobiele laseropstelling waarmee hij verschillende Europese musea bezocht en een aantal van de oudste bekende lenzen doorlichtte. Het werk van de zeventiende eeuwse slijpers wordt zo tot op nanometers in kaart gebracht. Als bijvangst weten we nu hoe goed de lenzen van Huygens werkelijk waren.

Dsc06458

Cocquyt bij zijn opstelling. Met een laser wordt een 17e eeuw brilletje doorgemeten. Roel van der Heijden voor NEMO Kennislink

Sprokkelen op eBay

Het is wetenschap die eigenlijk al in de studententijd van Cocquyt begon op de online markt eBay. Hij was toen bezig met een prototype van zo’n optische meetopstelling en struinde de site af voor onderdelen. “Ik hoopte vaak op een failliete fabriek voor onderdelen, zodat ik ze voor een prikkie kon kopen”, zegt hij, terwijl hij een koffertje opent met een grote glimmende lens erin. “Ik schat dat dit exemplaar nieuw tienduizenden euro’s kost, ik heb een fractie daarvan ervoor betaald.”

Cocquyt moest een behoorlijk beroep doen op zijn technisch vernuft. Maar verschillende meetopstellingen verder, gemaakt van bij elkaar gesprokkelde optica en zelfgeschreven software, wist hij in tien jaar tijd een relatief betaalbare en volwaardige optische meetopstelling te ontwikkelen die niet onder doet voor professionele machines voor de controle van lenzen. “Díe kosten zo een ton”, zegt Cocquyt. “Dat geld hebben wij niet.”

Dsc06473

De vorm van een oude lens wordt met een laseropstelling vergeleken met die van een perfect geslepen lens. Roel van der Heijden voor NEMO Kennislink

Maar waarom geen gebruik maken van die bestaande apparaten, ook al heb je ze zelf niet? Cocquyt zegt inderdaad dat de lenzen van Galileo Galilei eerder al eens zijn doorgemeten in een optisch laboratorium. “Als je vergelijkend onderzoek doet, dan wil je het liefst alle lenzen met hetzelfde apparaat doormeten”, zegt hij. “Ik vond het systematisch kijken naar deze lenzen erg belangrijk. Maar dat is problematisch. Musea zetten dit soort oude en fragiele items niet graag op transport. Ik ondervang dat nu door met deze opstelling in de auto te stappen en naar de lenzen toe te gaan. Het bereik van het onderzoek is zo veel groter.”

Lenzen in kaart brengen

Het apparaat is een zogenoemde interferometer. Het laat laserlicht twee keer door een (te meten) lens vallen en vervolgens met zichzelf interfereren: de twee bundels licht vallen op een punt en verdoven of versterken elkaar daar. Deze truc brengt de werking van de lens met hoge precisie in kaart. “We meten onder andere de vorm van de lens, eigenlijk een soort hoogtekaart. Die is doorgaans precies tot op enkele nanometers”, zegt Cocquyt. “Deze kaart zegt veel over de slijpkwaliteit van een lens.”

Het afgelopen jaar had Cocquyt verschillende lenzen in zijn opstelling. Die van Huygens in Leiden, maar ook die van Campani uit een Zwitserse privé-collectie. Voor een telescoop uit 1617 – een van het alleroudste bewaarde exemplaar – reed hij naar Berlijn.

Lens huygens en hoogteprofiel

De lens waarmee Christiaan Huygens in 1655 Saturnusmaan Titan ontdekte. Rechts is het hoogteprofiel, de vorm, van de lens te zien als afwijking van van de perfecte (hyperbolische) lensvorm. Als de lens perfect was geweest dan was het hele vlak groen van kleur geweest. Bij de randen zijn echter een afwijkingen zichtbaar (rood en blauw staan voor onvolkomenheden van ongeveer 600 nanometer). Deze afwijkingen ontstonden bij het slijpproces door bijvoorbeeld tijdens het slijpen harder op de lens te drukken. Uiteindelijk zorgen die afwijkingen voor een kwalitatief minder goede lens. Utrechts Universiteitsmuseum / Tiemen Cocquyt, Museum Boerhaave met toestemming

Een perfecte (bolle) lens heeft de vorm van een zogenoemde hyperbool. Tegenwoordig worden lenzen tot op tot op tientallen nanometers van een perfect profiel geslepen, de zeventiende eeuwse slijpers leverden beduidend minder nauwkeurig werk. Bekijk je de hoogteprofielen dan zie je grote afwijkingen van de ideale vorm. Daardoor werd het beeld dat ze vergrootten minder scherp. Iets wat overigens gedeeltelijk te ondervangen was met het toepassen van een diafragma, waarmee de buitenste (doorgaans minder perfecte) regio’s van een lens worden afgeschermd.

Huygens versus Campani

Cocquyt had lenzen van Hollandse én Italiaanse meesters in zijn meetopstelling. Ten opzichte van bijvoorbeeld de lenzen van Campani waren die van Huygens doorgaans erg groot. Zo werden er exemplaren van 4,6 centimeter (Campani) en 9,6 centimeter (Huygens) vergeleken. “In principe is een grote lens beter, maar dan moet hij wel voldoende kwaliteit hebben”, zegt Cocquyt. “Zo’n formaat lens is door het grotere oppervlak moeilijker in de goede vorm te krijgen. Als het bij het slijpen ergens fout gaat dan is meteen de hele lens onbruikbaar. Er is een delicate balans tussen grootte en kwaliteit.”

Waren die grote lenzen van de gebroeders Huygens nou écht de beste in de wereld? Cocquyt zag dat de buitenregio’s van hun lenzen redelijk afweken van de ideale vorm, zeker het eerder genoemde extra grote exemplaar van 9,6 centimeter. Hij vermoedt ook dat het gebruik van een diafragma hem redde. “Daarmee kon hij eigenlijk de ‘slechtste’ stukken van de lens uitschakelen. Het midden van de lens was namelijk wél goed, en daarmee is de prestatie van deze lens te vergelijken met die van concurrent Campani. Ze waren dus ongeveer even goed”, aldus Cocquyt.

Zo vanaf het midden van de zeventiende eeuw werd de kwaliteit van lenzen steeds beter en het gebruik van een diafragma was vanaf die tijd eigenlijk ook niet meer nodig. Cocquyt zegt dat de lenzen van Campani steeds groter werden én van goede kwaliteit bleven. De lenzen hadden over het gehele oppervlak de goede vorm, in tegenstelling tot de decennia daarvoor. Naar hoe Campani dat deed kunnen we alleen maar gissen. Maar Huygens’ woorden dat ‘zijn telescopen boven die van andere geleerden geprefereerd worden’ waren toen zeker achterhaald. Cocquyt: “Onder de ruziënde wetenschappers werd Campani uiteindelijk de onbetwiste slijpmeester.”

De Hubbletelescoop versus Christiaan Huygens

Saturnus hubble huygens

Links een foto uit 2009 van de Hubbletelescoop die Saturnus fotografeert vanuit een baan dichtbij de aarde. Hierop zijn maar liefst vier manen te zien die over het oppervlak van de gasreus trekken. Rechts een gereconstrueerd beeld van hoe Christiaan Huygens Saturnus door zijn telescoop moet hebben gezien in 1655. NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA), M.H. Wong, C. Go / Tiemen Cocquyt, Museum Boerhaave

Cocquyt weet door het minutieus doormeten van de lenzen precies hoe ze licht afbuigen en hoe ze een beeld vergroten. Dat stelt hem in staat ‘fictief’ door de telescoop van Huygens te kijken en bijvoorbeeld te zien hoe hij Saturnus in 1655 moet hebben gezien. Een moderne (scherpe) opname van de planeet gaat de computer in, die berekent hoe het beeld van de gasreus door de telescoop viel. Het laat de ringen van de planeet als twee aanhangsels zien. “Als je écht wil weten hoe Huygens Saturnus zag dan moet je de lens in een telescoop stoppen en het dak op gaan”, zegt Cocquyt. “Helaas is dat met deze unieke stukken geen optie.”