De kwaliteitslenzen van Christiaan en Constantijn

De jonge Christiaan Huygens vestigde zijn faam als sterrenkundige toen hij op 25 maart 1655 met zijn zelfgemaakte 12-voets kijker als eerste een maan (nu Titan genaamd) bij de planeet Saturnus ontdekte. Korte tijd later wist hij, ook als eerste, de juiste verklaring te geven voor de geheimzinnige aanhangsels die andere sterrenkundigen bij dezelfde planeet hadden waargenomen: de ring van Saturnus.

Waren deze vroege successen te danken aan de superieure kijkers van Christiaan - waarvan hij de lenzen immers zelf had geslepen - of doorzag hij door zijn scherpe analytische geest eerder dan anderen de betekenis van zijn waarnemingen? Beide factoren hebben waarschijnlijk een rol gespeeld. Huygens had het geluk dat zijn waarnemingen op een gunstige moment vielen, toen de planeet Saturnus bijna loodrecht op de gezichtslijn met de aarde stond - een situatie die zich elke vijftien jaar voordoet als de aarde het vlak van het ringenstelsel van Saturnus passeert. Dit geschiedde in 1656 en ook in dit jublileumjaar 1995 biedt Saturnus toevallig hetzelfde ringloze aangezicht. Juist in deze omstandigheid, als het storende licht van het ringenstelsel minimaal is, zijn de begeleiders van Saturnus het makkelijkst te zien. Ook de sterk veranderende aanblik van de ringen, net voor en na de ringvlakpassage, zal Christiaan op het goede spoor hebben gezet.

De 12-voets kijker waarmee Christiaan zijn ontdekkingen deed was een van de eerste die hij samen met zijn oudere broer Constantijn zou vervaardigen. Naarmate zij steeds meer bedreven raakten in het slijpen van lenzen werden ook hun kijkers groter en vooral langer. Na 10- en 12-voets kijkers volgden kijkers van 15, 23, 34, 43, 62, 85, en 122 voet brandpuntsafstand. De kroon op het werk was de vervaardiging van twee lenzen met brandpuntsafstanden van van 170 en 210 voet.

Voor dergelijke lenzen was het gebruik van een kijkerbuis natuurlijk niet meer praktisch. De gebroeders Huygens lieten de buis gewoon weg en monteerden de objectieflens hoog op een mast. Met behulp van een strak gespannen koord werd het oogglas (oculair) op de objectieflens gericht en op de juiste afstand gehouden.

Ondanks zijn grote verzameling kijkers heeft Christiaan in zijn latere leven weinig sterrenkundige waarnemingen gedaan. Het lijkt alsof de gebroeders Huygens meer plezier hadden in het slijpen van de lenzen dan in het gebruik. Het is dan ook ironisch te zien hoe hun twee topstukken (die van 170 en 210 voet brandpuntsafstand), die aan het begin van de achttiende eeuw in Londen beland waren, daar met veel profijt door de Engelse sterrenkundigen James Pound en James Bradley gebruikt werden bij hun waarnemingen van de manen van Jupiter en Saturnus.

Museum Boerhaave in Leiden mag zich roemen op de omvangrijkste verzameling aanbewaard gebleven Huygenslenzen ter wereld. Het grootste deel bestaat uit de verzameling die de Leidse Sterrewacht de vorige eeuw onder haar beheer kreeg, dankzij een legaat van een ver familielid van Christiaan Huygens uit 1809. Toen deze verzameling in 1931 aan Museum Boerhaave in bruikleen werd gegeven, bevatte zij in totaal bijna vijftig lenzen. Hiervan waren er zeven door Christiaan gesigneerd en negen door Constantijn, op de overigen ontbrak een signatuur.

Aan de hand van de bewaard gebleven schutbladen, diafragmaringen en andere documenten konden nog twaalf lenzen aan de broers (of aan andere makers) worden toegeschreven. Van ruim twintig andere was de herkomst tot voor kort onduidelijk: waren zij ook door de broers geslepen maar wegens onvolkomenheden niet gesigneerd, of betrof het lenzen van geheel andere herkomst die in de loop der jaren toevallig in de verzameling terecht waren gekomen?

Afgezien van de papieren documentatie en de ingegraveerde brandpuntsafstanden op de gesigneerde lenzen, was verder niets bekend. Om een beter inzicht in de herkomst en de optische eigenschappen van deze lenzen te krijgen was nieuw onderzoek dus noodzakelijk. Daartoe werden alle Huygenslenzen van Museum Boerhaave dit voorjaar naar Roden (Drenthe) overgebracht waar zij op de Kapteyn Sterrenwacht met het allermodernste apparatuur optisch zijn doorgemeten. Ook het Utrechts Universiteitsmuseum en de Koninklijke Sterrenwacht van België in Brussel stuurden hun Huygenslenzen voor korte tijd naar Roden.

De metingen aldaar zijn uitgevoerd door Mariët Broxterman in samenwerking met de Museum Boerhaave-medewerkers Saskia Molenaar en Vincent Scheerman. Hierbij werd voor elke lens met behulp van een laser-interferometer de brandpuntsafstand en de kromtestralen van beide lensoppervlakken bepaald. Uit deze gegevens kan dan ook de brekingsindex van het glas worden berekend. Chemische- of materiaaltechnische analyses van de lenzen waren vanwege hun unieke cultuurhistorische waarde en grote kwetsbaarheid uitgesloten.

Vooral de gegevens voor de kromtestralen zijn leerzaam: de waarden voor de gesigneerde Huygenslenzen bleken rond een klein aantal verschillende waarden te clusteren. Bij de objectieflenzen lagen deze rondom de 1.77, 4.2, 10.6, 28, 72.5 en 83 meter; bij de oculairs rond de 4.9, 6.3, 6.85, 11.05, 20.5 en 35.4 centimeter. De gebroeders Huygens beschikten kennelijk over een kleine verzameling slijpschalen met verschillende kromtestralen die zij in diverse combinaties gebruikten.

Kromtestralen

Met behulp van deze gegevens kon een twaalftal ongesigneerde lenzen met overeenkomende kromtestralen en vergelijkbare brekingsindex met een hoge graad van waarschijnlijkheid alsnog aan de gebroeders Huygens worden toegeschreven. Zo ook een door Christiaan gesigneerde lens uit 1656, die in 1846 door de Leidse sterrenkundige Frederik Kaiser als een slecht maaksel en zelfs voor onecht werd gehouden: de lens heeft dezelfde kromtestralen als die uit 1655 (nu in het Utrechts Universiteitsmuseum) waarmee de jonge Christiaan als eerste een maan bij Saturnus ontdekte.

Een vijftiental andere lenzen heeft afwijkende kromtestralen en zijn kennelijk van andere herkomst. Afgaande op hun glassoort en hun afwerking zijn zij in ouderdom vermoedelijk vergelijkbaar met de Huygenslenzen. Of de gebroeders Huygens deze lenzen hebben verworven of dat ze al voor 1809 in de Leidse Sterrewacht aanwezig waren, valt niet meer te achterhalen.

De gebroeders Huygens hebben altijd veel moeite gedaan de beste kwaliteit glas voor hun lenzen te gebruiken. Dat kwam uit Den Bosch. Vooral glas uit die stad waarmee drinkglazen vervaardigd werden had de voorkeur, maar Christiaan en Constantijn experimenteerden ook met glas uit Maastricht, Amsterdam en Londen. Dit weerspiegelt zich in de kwaliteit van het glas van de bewaard gebleven Huygenslenzen: die van latere datum vertonen minder ingesloten luchtbelletjes en andere ongerechtigheden. Het door de gebroeders Huygens gebruikte glas heeft, ondanks de sterk wisselde herkomst, een vrijwel constante brekingsindex met een gemiddelde waarde van 1.525 voor de objectieven en 1.515 voor de oculairs. Deze waarden zijn typisch voor het kalkhoudende kroonglas dat in die tijd in zwang was.

Bij eerder optisch onderzoek van de drie Huygenslenzen die in het bezit zijn van de Royal Society in Londen was bij één lens een significant hogere waarde (ongeveer 1.58) berekend. Dit impliceerde dat de gebroeders Huygens ook het loodoxide-houdende flintglas (brekingsindex 1.55-1.65) hadden gebruikt, een nieuwer en helderder glassoort die kort daarvoor in Engeland was ontwikkeld. Recent onderzoek heeft echter aangetoond dat ook deze lens van kroonglas is gemaakt. Bij geen van de andere Huygenslenzen is een voor flintglas karakteristieke hogere waarde van de brekingsindex gevonden.