Kapteijn, Jacobus Cornelius (1851-1922)

 
English | Nederlands

KAPTEIJN, Jacobus Cornelius (1851-1922)

Kapteijn, Jacobus Cornelius (bekend onder de naam Kapteyn), astronoom (Bameveld 19-1-1851 - Amsterdam 18-6-1922). Zoon van Gerrit Jacobus Kapteijn (bekend onder de naam Kapteyn), kostschoolhouder, en Elisabeth Cornelia Koomans. Gehuwd op 17-7-1879 met Catharina Elisabeth Kalshoven. Uit dit huwelijk werden l zoon en 2 dochters geboren. afbeelding van Kapteijn, Jacobus Cornelius

Kapteyn was het negende van de vijftien kinderen uit een gezin van wie velen later vooraanstaande posities zouden bekleden. Uit de door zijn dochter H. Hertzsprung-Kapteyn geschreven levensbeschrijving (zie L) blijkt dat hij reeds vroeg een grote intelligentie bezat en grote belangstelling koesterde voor de natuurwetenschappen. In 1868, zeventien jaar oud, begon hij in Utrecht de studie in de wis- en natuurkunde, en op 24 juni 1875 promoveerde hij bij C.H.C. Grinwis magna cum laude over Onderzoek der trillende platte vliezen. Hij werd daarop observator bij de Sterrewacht te Leiden tot zijn benoeming te Groningen in 1877, op de daar nieuw-ingestelde leerstoel voor sterrenkunde en theoretische mechanica. Die functie zou hij blijven vervullen tot zijn pensionering in 1921. Niet lang daarna, in juni 1922, overleed hij.

Kapteyns verdiensten liggen hoofdzakelijk op het gebied van de stellaire sterrenkunde, in het bijzonder de studie van de ruimtelijke verdeling en de bewegingen van de sterren. Toen hij zijn onderzoekingen begon was het probleem van de 'structuur van het heelal' nog nagenoeg identiek met dat van de ruimtelijke verdeling van de met de toenmalige telescopen waarneembare sterren. Het besef dat al die sterren onderdeel van één sterstelsel (het Melkwegstelsel) vormen en dat zich daarbuiten ontelbare andere stelsels bevinden, die te zamen de bevolking van het heelal uitmaken, zou pas in de volgende decennia groeien.

Dat Kapteyn zich vooral tot deze problematiek zou richten was bij zijn benoeming te Groningen nog niet duidelijk. Over een telescoop voor sterrenkundige waarnemingen beschikte hij daar niet, zodat hij zich voor observationeel werk moest blijven oriënteren op de Leidse Sterrewacht, in aansluiting op zijn werk daar in de voorafgaande jaren; dat toen nog de verbetering van parallaxbepalingen met de meridiaankijker betrof. Zijn krachtige, herhaalde pogingen een sterrenwacht te Groningen te realiseren stuitten af op weerstanden bij de reeds bestaande sterrenwachten in Leiden en Utrecht. Hij werd daardoor gedwongen een andere weg in te slaan, en zou zich langs die weg juist een unieke positie verwerven in de internationale sterrenkundige wereld rond, en kort na, de overgang van de 19e naar de 20e eeuw.

Allereerst ondernam hij, in samenwerking met de toenmalige directeur van de sterrenwacht te Kaapstad, David Gill, het catalogiseren van de sterren aan de zuidelijke hemel door middel van fotografische opnamen, die door Gill voor dat doel werden gemaakt. Zulks als tegenhanger van de langs visuele weg gemaakte catalogus van de noordelijke hemel, de Bonner Durchmusterung, door F.W.A. Argelander, E. Schönfeld en medewerkers tussen 1852 en 1862. Van de samenwerking tussen Kapteyn en Gill kwam uiteraard het leeuwedeel voor Kapteyns rekening, namelijk het meten van de posities en helderheden van ruim 450.000 sterren tussen de zuidpool en -18° declinatie. Dit monumentale, in drie delen uitgegeven werk, bekend geworden onder de naam The Cape Photographie Durchmusterung for the equinox 1875, verscheen in de jaren 1896 tot 1900, terwijl Kapteyn voor dit hiermee gerapporteerde onderzoek met de eerste metingen in 1885 begonnen was. Hiervoor ontwierp Kapteyn een speciaal meettoestel en kreeg hij de steun van enkele door de universiteit aangestelde medewerkers. Aldus werd de basis gelegd voor wat uit zou groeien tot het wereldvermaarde Sterrenkundig Laboratorium waaraan na Kapteyns dood zijn naam werd verbonden.

In zijn streven de structuur van het sterstelsel vast te stellen was Kapteyn niet de enige; ook tijdgenoten als H. von Seeliger en K. Schwarzschild in Duitsland hielden zich ermee bezig en de Herschels (vader William en zoon John) waren hem in Engeland en Zuid-Afrika voorafgegaan. Kapteyns aanpak verschilde echter daarin van de eerst-genoemden, dat hij de noodzaak inzag van een brede en aan dat doel aangepaste observationele basis, en bij zijn analyses de voorkeur gaf aan numerieke behandeling in directe confrontatie met de waarnemingsgegevens boven elegante maar ondoorzichtiger mathematische formuleringen. Voor die observationele basis ontwierp hij in 1906 een groots schema, dat bekend werd onder de naam Plan of selected areas en waaraan in de loop van de volgende decennia - in feite tot in de tweede helft van de 20e eeuw, dus tot lang na Kapteyns dood -een 30-tal sterrenwachten over de gehele wereld hebben meegewerkt. Het kwam erop neer dat bij wijze van steekproef in 206 gelijkmatig over de hemel verspreide gebiedjes voor alle daarin aanwezige sterren de meetbare gegevens zouden worden verzameld: de schijnbare helderheid, de eigenbeweging (d.i. de verandering van de positie van de ster aan de hemel als gevolg van haar beweging t.o.v. het zonnestelsel), de snelheid in de gezichtslijn, de kleur, enz. Door middel daarvan zou het stelsel op onbevooroordeelde wijze gepeild kunnen worden, vrij van selectie-effecten. Het plan kreeg vanaf het begin krachtige internationale steun, en voortgangsverslagen en verdere planning werden in handen gelegd van een daartoe speciaal in het leven geroepen commissie van de Internationale Astronomische Unie. Het Groningse Sterrenkundig Laboratorium had zelf ook een groot aandeel in het vereiste meetwerk op elders opgenomen fotografische platen. Het strekte zijn activiteit bovendien uit tot meetprogramma's, die buiten het Plan op belangwekkende onderdelen van het Melkwegonderzoek gericht waren.

Naarmate Kapteyn de beschikking kreeg over meer en meer waarnemingsgegevens werd de analyse ervan langs strakke, systematische lijn vervolgd. Bijzondere aandacht verdiende daarbij de bepaling van de zg. lichtkrachtwet, dat is de verdelingsfunctie van de intrinsieke helderheden van de sterren in de zonsomgeving. Deze 'wet' is bovendien van veel verder strekkende betekenis dan alleen voor de structuurbepaling van het stelsel. Het onderzoek geschiedde verder hoofdzakelijk aan de hand van twee soorten gegevens die, globaal gesproken, een maat zijn voor de afstand van een ster, de schijnbare helderheid en de al genoemde eigenbeweging. De directe afstandsbepaling van een ster door middel van de trigonometrische parallax reikt lang niet ver genoeg. De betekenis van de schijnbare helderheid is duidelijk: naarmate een ster verder van ons af staat zal zij ons zwakker toeschijnen. Voor de eigenbeweging geldt dat die in het algemeen kleiner zal zijn naarmate de beweging van de ster t.o.v. de zon vanaf groter afstand gezien wordt. Doordat er echter een grote onderlinge spreiding is in de intrinsieke helderheden (de al genoemde lichtkrachtwet) en er ook grote verschillen zijn tussen de ruimtelijke snelheden van de sterren, hebben beide criteria alleen statistische betekenis. Een essentieel onderdeel van het door Kapteyn ontwikkelde werkschema is daarom het op verantwoorde wijze in rekening brengen van deze 'statistische' effecten. Uitstekende overzichten van de door Kapteyn ontwikkelde methodiek vindt men in hoofdstuk IV van het boek Kosmos van Kapteyns leerling W. de Sitter (Cambridge, 1932) en in hoofdstuk 8 van E. von der Pahlen, Lehrbuch der Stellarstatistik (Leipzig, 1937).

Het was pas tegen het einde van Kapteyns loopbaan dat de gezochte structuur van het stelsel gestalte aannam en dan nog slechts in voorlopige vorm; het werk bekend onder de naam 'Kapteyn Stelsel'. De algemene vorm ervan lijkt op een discus, een afgeplat systeem dus, waarbij de zon zich bevindt in de nabijheid van het centrum van de discus en de sterdichtheid geleidelijk afneemt van het centrum naar buiten. Langs het symmetrievlak van de discus leek de dichtheid tot 60 procent te zijn afgenomen op een afstand van 2000 lichtjaren, en tot nog slechts 5 procent op een afstand van 13.000 lichtjaren. In de richting loodrecht op het symmetrievlak bleek de afname veel sneller te zijn, tot 60 procent op ongeveer 300 lichtjaren afstand, en tot 5 procent op ongeveer 3000 lichtjaren. Deze resultaten worden beschreven door Kapteyn en zijn leerling en opvolger P.J. van Rhijn in Astrophysical Journal 52 (1920) 23-38. In een daarop aansluitend artikel in Astrophysical Journal 55 (1922) 302-328 tracht Kapteyn te verklaren hoe de waargenomen dichtheidsverdeling binnen het stelsel en de daaruit volgende verdeling van massa en dus van het zwaartekrachtveld in overeenstemming kan zijn met de waargenomen bewegingsverschijnselen. Na Kapteyns dood bleek dat zijn uitkomsten t.a.v. de uitdunning van de sterdichtheid in de richting van het melkwegvlak niet houdbaar waren en geweten moesten worden aan de door Kapteyn nog niet goed vast te stellen absorptie van het sterlicht door stofdeeltjes in de interstellaire ruimte. De door Kapteyn ontwikkelde methodiek en de uitgebreide, planmatig verkregen waarnemingsgegevens behielden echter hun betekenis ook voor het moderne onderzoek.

Was Kapteyns programma in opzet sterk schematisch, bij de uitwerking ervan bleef ruimte voor de ontdekking van onvoorziene verschijnselen, en een van de opzienbarendste daarvan had betrekking op de snelheidsverdeling van de sterren. Tot vóór het jaar 1900 had men geen reden gehad te denken dat die niet hetzelfde karakter zou hebben als de snelheidsverdeling van moleculen in een gas, de zg. Maxwellverdeling. Daarbij komen grotere snelheden minder frequent voor dan kleinere, in bepaalde door Maxwells wet voorgeschreven verhouding, maar er is geen richting waarin de moleculen bij voorkeur bewegen; de snelheidsverdeling is 'iso-troop'. Deze regel nu bleek bij de sterren niet op te gaan. In het kader van de bepaling van de snelheidsverdeling, nodig voor de al genoemde interpretatie van de eigenbewegingen als afstandsindicatie, vond Kapteyn rond het jaar 1900 dat er wél een voorkeursrichting bestaat. Het snelheidsveld vertoont veel gelijkenis met dat wat men zou verwachten in het geval er twee bevolkingen van sterren zouden zijn die ten opzichte van elkaar en door elkaar bewegen, en waarbij wél elke bevolking haar interne snelheidsspreiding bezit. Er lijkt dan een voorkeursrichting der bewegingen te zijn in de richting van de relatieve beweging van de twee bevolkingen. Kapteyns ontdekking werd daarom aangeduid als het verschijnsel van de 'Sterstromen'. Het zou een fundamentele rol gaan spelen in de ontwikkeling van de dynamica van het sterstelsel.

In Kapteyns werk herkennen wij de aanzet tot vele begrippen, zoals absolute magnitude, kleurindex, en lichtkrachtwet, en onderzoeksrichtingen die bij later werk aan het melkwegstelsel een grote rol zijn gaan spelen. Hij stond aan het begin van de diep ingrijpende toepassing van fotografische methoden met zowel astrometrische (plaatsbepalings-) als fotometrische (helderheidsbepalings-) toepassingen. Hij besteedde naast het geschetste grootse onderzoek ook aandacht aan de eigenschappen van speciale, schaarse stersoorten, waarvan vooral genoemd dient te worden zijn werk aan de bewegingstoestand en afstandsbepaling van de in groepen voorkomende sterren van spectraaltypen O en B (de sterren van grote massa) in Contributions from the Mount Wilson Solar Observatory no's 82 en 147 (tevens in Astrophysical Journal 40 (1914) 43-126 en 47 (1918) 104-133; 146-178). Zijn belangstelling in verantwoorde statische onderzoekingen uitte zich ook in zijn bemoeiingen met statistisch biologisch en meteorologisch materiaal.

Leerlingen en biografen van Kapteyn, zoals De Sitter, Van Rhijn, en Kapteyns dochter Henriette, getuigen van Kapteyns warme en gevoelige persoonlijkheid (volgens laatstgenoemde zou hij het ontbreken van een gezinsverband in zijn jeugd, door de sterke betrokkenheid van beide ouders bij het beheer van de kostschool, als een blijvend gemis hebben gevoeld). Deze eigenschappen en zijn groot wetenschappelijk gezag verklaren de uitgebreide steun die zijn plannen tot samenwerking ondervonden. Zeer teleurgesteld was hij toen in 1919, kort na de Eerste Wereldoorlog, de Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam besloot zich aan te sluiten bij de International Research Council terwijl Duitsland daarvan uitgesloten bleef. Talloze wetenschappelijke eerbewijzen vielen hem ten deel (zie Hemel en Dampkring 20 (1922) 111). De herinnering aan de legendarische figuur van Kapteyn leefde nog decennia na zijn overlijden voort bij ouderen onder de Groninger bevolking.

A: Archief-Kapteyn is door het bombardement van Rotterdam in mei 1940 grotendeels vernietigd. Er is nog wel een collectie-Kapteyn op het Sterrenkundig Instituut Kapteyn te Groningen, waaronder een serie brieven van David Gill aan Kapteyn over de periode 1884-1913 en het fraaie portret van Kapteyn geschilderd door Jan Veth, en verder het meettoestel van Kapteyn in het Universiteitsmuseum van Groningen.

P: Een lijst van Kapteyns voornaamste publikaties is als appendix toegevoegd aan de hieronder vermelde biografie door W. de Sitter. Behalve de reeds genoemde werken dient in de eerste plaats vermeld de lange reeks mededelingen in de door Kapteyn ingestelde serie Publications of the Astro-nomical Laboratory at Groningen, waarvan met name de nrs. 8, 11, 18, 27, 29 en 30(resp. 1901,1902, 1908,1917, 1918 en 1920) opeenvolgende bouwstenen aandragen in het lange proces van de structuurbepaling van het sterstelsel. In dit kader voorts de deels postuum verschenen catalogi 'Durchmusterung of the selected areas', in Annals of the astrono-mical observatory of Harvard College (van 1918 tot 1924) met E.C. Pickering en P.J. van Rhijn; Mount Wilson Catalogue of photographie magnitudes in selected areas, 1-139 met F.H. Seares en P.J. van Rhijn (Washington, 1930). Zie bovendien verslagen door Kapteyn uitgebracht in de vergaderingen van de Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam.

L: W. de Sitter, in Hemelen Dampkring 20 (1920) 98-110; C. Easton, 'Persoonlijke herinneringen aan J.C. Kapteyn', ibidem, 20 (1922) 112-117 en 20 (1922) 151-164; A. S. Eddington, in Observatory 45 (1922) 261-265; A. Pannekoek, 'J. C. Kapteyn und sein astronomisches Werk', in Die Naturwissenschaften 10 (1922) 967-980; H. Hertzsprung-Kapteyn, J. C. Kapteyn. Zijn leven en werken (Groningen, 1928); A. Blaauw, in Dictionary of Scientific Biography 7 (1973) 235-240; R. Berendzen, R. Hart en D. Seeley, Man discovers the galaxies (New York, 1976); E. Dekker, 'Jacobus Cornelius Kapteyn (1851-1922)', in Intermediair 16 (1980) 40 (3 oktober) 25-35.

I: Groninger Academieportretten. Samengest. door R.E.O. Ekkart en J. Schuller tot Peursum-Meijer (Groningen, 1978). Afbeelding XI [Portret: Jan Pieter Veth, 1921].

A. Blaauw


Oorspronkelijke versie opgenomen in: Biografisch Woordenboek van Nederland 2 (Den Haag 1985)
Laatst gewijzigd op 12-11-2013