לאון פוקו: המציא את הצילום האסטרונומי; שכלל את הטלסקופים, פיתח את הגירוסקופ והדגים באמצעות מטוטלת את סיבוב כדור הארץ

פיתוחיו של אחד הממציאים הרב גוניים של המאה ה-19 משרתים אותנו עד היום, אך בזמנו הוא נדחה מכל תפקיד אקדמי למעט תפקיד של עורך כתב עת מדעי פופולרי, עד שבא נפוליאון השלישי והפך אותו לאסטרונום המלכותי

ז’אן ברנרד לאון פוקו (1819-68 Jean Bernard Léon Foucault) היה פיסיקאי צרפתי שנודע במיוחד במחקריו אודות מהירות האור כאשר קבע את מהירותו באוויר וגילה כי מהירות האור במים ובתווכים אחרים דועך באופן יחסי לזוית השבירה.

הוא תכנן את המטוטלת של פוקו, שבאמצעותה הדגים את תנועת כדור הארץ. הוא גם שיפר את המכשירים. הוא חקר את זרמי המערבולת הנקראים על שמו (זרמי פוקו) – זרם חשמלי המעורר במתכות בידי תנועת השדה המגנטי. ביחד עם ארמנד פיזו הוא הפיק את הצילום הברור הראשון של השמש. מ-1855 ועד מותו ב-1868 עבד כפיסיקאי במצפה בפריס.

לאון פוקו התייתם מאביו, מו”ל שפרסם כרכים על ההסטוריה של צרפת, בגיל תשע, ושב עם אמו מנאנט, לשם עברו לתקופה קצרה, לפריס. גם לאון היה ילד חולה ולא מקובל בחברה. גם בתיכון היוקרתי אליו שלחה אותו אמו הוא לא זכה לציונים טובים כי איחר בהגשת עבודותיו, עד כי אמו תגברה את לימודיו באמצעות מימון שיעורים פרטיים. עם זאת, היו לו כשרונות אחרים. כנער אהב לבנות צעצועים ומכונות, חלקן מתוחכמות כגון מנוע קיטור או טלגרף. אמו החליטה שהוא יהיה מנתח מעולה ולאחר שסיים את תעודת הבגרות החל ללמוד בביה”ס לרפואה בפריס בשנת 1839. בתחילה הוא התקדם היטב. המרצה שלו אלפרד דאן (Donné) היה מרוצה ממנו, עם זאת, הוא התעלף מיד לכשנכנס לראשונה לבית חולים וראה דם. לאחר שניסה להתגבר ללא הצלחה על הרתיעה הזו, החליט לוותר על מקצוע הרפואה. דאן רצה שפוקו ימשיך לתרום מכישוריו למדע הרפואה, אך ללא מגע עם חולים והחליט להעסיקו כעוזרו.”

כתחביב הוא גם למד מ לואי ז’אק מנדה דאגר, אחד מחלוצי הצילום את שיטות הצילום שלו. יחד עם חברו לקולג’ ארמנד פיזו הוא ערך ניסויים ושיפר את תהליך הצילום. פוקו שילב את כישורי הצילום עם עבודתו כעוזרו של דאן, וניצל אותם כדי לפתח יכולות של צילום דרך מיקרוסקופ. לצורך כך הוא נדרש להמציא מקור אור חשמלי רב עוצמה כדי להאיר את העצמים המצלומים. . בשנת 1845 הוא פרסם מדריך שהכיל שמונים תמונות של עצמים תחת מיקרוסקופ.

דאן היה העורך המדעי של כתב העת Journal des Débats שהתפרסם בתדירות יומית. הוא פרש מהתפקיד ב-1845 והעביר את המשימה לפוקו. חברו ברנרד כתב כי הוא ביצע את המשימה בהצלחה מרשימה. הוא ראה בהנגשת המדע לציבור הרחב שליחות, וצלל למדע של זמנו, על כל אי הודאויות והויכוחים והצליח להעביר את המסר לציבור, גם אם הרגיז מדענים רבים בדרך.

כאשר נודע דבר מחקריו של פוקו על הצילום המיקרוסקופי החליט האסטרונום פרנסואה ז’אן דומיניק אראגו לנצל את כישוריו של פוקו גם בתחום האסטרונומיה וביקש מפוקו ומחברו פיזו לצלם את השמש. זה היה הצילום הראשון של השמש ואפילו רואים בו כמה כתמי שמש. אראגו המשיך וביקש להעסיק את פוקו ופיזו במדידת מהירות האור במים, אבל אז רבו השניים וכל אחד ביצע את הניסוי בנפרד.

פוקו בנה מנוע קיטור שהפעיל מראה מסתחררת. באפריל 1850 הוא הראה כי האור נע לאט יותר במים מאשר באוויר. הדבר תאם את תחזית תיאורית האור, אך התנגש עם תיאוריות אחרות. לימים כתב פוקו בביוגרפיה שלו: “לא המצאתי את המראה המסתחררת ולא את העדשות האכרומטיות, גם לא את הרשת או את המיקרומטר, אך היה לי מזל לבנות את המכשיר שהוצע על ידי מדענים אחרים בדרך כזו שעזרה לי לפתור בעיה שהוצעה כעשור קודם לכן”.

ההמצאה הבאה קרויה עד היום על שמו – המטוטלת של פוקו. מטוטלת הנעה בחופשיות לכל כיוון ללא התנגדות. הוא העריך כי התנועה הראשונית של המטוטלת תשמר את מישור הסיבוב במרחב, תוך תנועת כדור הארץ מתחתיה. בינואר 1851 הוא הצליח בבניית מטוטלת כזו במרתף ביתו ואכן הדגים לראשונה את תנועת כדור הארץ. הוא סיפר לארגו על הישגו וארגו ביקש ממנו לחזור על הניסוי במצפה הכוכבים בפריס. ב-3 בפרואר 1851 הוזמנו כל המדענים בפריס לצפות בניסוי המטוטלת של פוקו בהדגמה פומבית במצפה וגם הפעם הניסוי הצליח. אראגו הקריא בפני חברי האקדמיה מאמר שכתב פוקו על המטוטלת בה הוצג חוק סין (Sine Law) T = 24/sin q כאשר T הוא הזמן שנדרש למטוטלת לחזור למצב המוצא ו-q הוא קו הרוחב שבו בוצע הניסוי, כך שבקטבים ידרשו 24 שעות לשובה של המטוטלת למיקומה הראשוני בעוד בקו המשווה היא לא תסתחרר כלל. בינה הציג את הדוח המלא לאקדמיה למדעים תוך מתן ההסבר המתמטי לחוק סין ב-17 בפרואר.

ההמצאה הבאה של פוקו היה הגירוסקופ. הוא פיתח אותו כדי להמחיש בדרך אחרת את תנועת כדור הארץ. שוב הגירוסקופ נשאר קבוע במרחב בעוד כדור הארץ נע. היתה זו המצאה ללא משמעות מעשית בתקופתו של פוקו, אך כיום היא משמשת במגוון רחב של יישומים – במטוסים, הנחיה של טלסקופים (כולל טלסקופ החלל האבל) ואפילו בטלפונים סלולריים מתקדמים.

מאחר ולא היה בעל השכלה מדעית, עבודתו היחידה היתה עריכת המגזין, אבל כאשר עלה לשלטון לואי נפוליאון, שפיזר את האסיפה הלאומית ואשר מינה עצמו לקיסר צרפת נפוליאון השלישי, הוא החליט לקדם את פוקו במסגרת תמיכתו הכללית במדע (הוא היה מדען חובב) והפך אותו לאסטרונום הקיסרי, כלומר מנהל מצפה הכוכבים הלאומי של צרפת. פוקו בנה טלסקופים מעולים עבור המצפה והוסיף להם תכונות חדשניות. הוא גילה תגליות מדעיות רבות והמציא מכונות רבות שעזרו לאסטרונומים במצפה. באחד הניסויים הוא קבע את מהירות האור ברמת הדיוק הטובה ביותר לזמנו, והיא גם קרובה לנתון האמיתי בחצי אחוז.

ב-1860 הוא נסע ביחד עם משלחת לספרד כדי לצפות בליקוי חמה של ה-18 ביולי. הוא צילם לראשונה את הליקוי וזכה על כך לתארי כבוד. נפוליאון השלישי העניק לו את אות הלגיון ב-1862. הוא גם היה חבר בוועדת קו האורך (1862) ונבחר גם כעמית לאגודה המלכותית הבריטית וחבר האקדמיה המדעית לגרמנים לאופולדינה. בשנת 1865 הוא נבחר לאקדמיה הצרפתית למדעים.

באוקטובר 1867 הוא החל להרגיש כי ידיו נרדמות. היה זה האות הראשון למחלת הטרשת הנפוצה. המחלה התקדמה במהירות וחודשים אחדים לאחר מכן, ב-11 בפברואר 1868 הוא נפטר.

נ.ב. מטוטלת פוקו תלויה בתוך מבנה מצפה הכוכבים בגבעתיים, מרכזה של האגודה הישראלית לאסטרונומיה.