Tre historier under teleskopkuppelen ved Hale Solar Laboratory i Pasadena, Californien, markerer en rusten vindeltrappe toppen af en næsten 80 fod dyb pit, skjult ved en træfældedør i kældergulvet. I bunden ligger et gitter, der er beregnet til at opdele lys i en regnbue, så forskere kan studere solens makeup. Bygningens nuværende ejere tør ikke stige ned, afskrækket af manglen på ilt og uigennemtrængeligt mørke nedenfor.
Da arkitekter Liz Moule og Stefanos Polyzoides købte observatoriet i 2006, vidste de, at de købte et stykke historie. Den oprindelige ejer, astronom George Ellery Hale, etablerede verdens mest magtfulde teleskoper i første halvdel af det 20. århundrede, herunder ved Mount Wilson Observatory, højt over Pasadena. Moule, der driver et lokalt arkitektfirma med Polyzoides, betragter Hale som ”en modelborger” for sin indflydelse på Pasadenas kulturlandskab og borgerarkitektur. Hale Solar Laboratory, med sin egyptiske stil af solen, der strålede ned over hoveddøren, storslået bibliotek på første sal, teleskopkuppel på taget og ildevarslende pit i kælderen, var Hales private tilflugtssted kun få blokke syd for det universitet, han hjalp med at oprette, Californien Institut for Teknologi.
Fældedøren til gitterinstrumentet på Hale Solar Laboratory. (Elizabeth Landau) Moule og Polyzoides havde ingen idé om, at bygningen, der blev konstrueret i 1924, kom med skjulte astronomiske skatte. Hele kælderen var et rodet rod af møbler, papirer og kasser med skrammel, da de købte det historiske anlæg (sammen med det mere moderne stukkestykke hjem foran det). ”Vi troede, at vi sad med ting, vi bare ville slippe af med, ” siger Moule.
I observatoriets kælder opdagede Moule og frivillige fra Mount Wilson - Don Nicholson og Larry Webster - hundreder af fotografiske plader i glas fra 1880'erne til 1930'erne stablet i kasser i et stort treskab. Samlingen indeholder billeder af solflekker og fremtrædende solforhold - plasma af torra, der slanger ud fra solen - og solspektre, eller række linjer, der repræsenterer lyskomponenter, der afslører solens kemiske sammensætning. Større plader skildrer den kraterede måne, kantet med krusninger fra kældervandskader. Nogle af pladerne er fra Hales teleskoper, mens andre tydeligvis var gaver fra fjerntliggende astronomer.
Et billede af månen på en glasplade fra samlingen af George Ellery Hale, fundet i Hale Solar Laboratory. Det blev taget på Lick Observatory og dateret den 19. juli 1891. De hvide markeringer er fra vandskade. (Billedet er tilladt Carnegie Institution for Science / Dan Kohne) Alt i alt var der mere end 1.100 plader og andre artefakter fra Hales private samling skjult i Sollaboratoriets kælder, siger Dan Kohne, der meldte sig frivilligt med det nærliggende Carnegie Observatories 'Pasadena-kontor for at inventar finde. Polyzoider og Moule donerede de historiske plader til Carnegie-arkiverne.
Disse fotografiske plader repræsenterer den omhyggelige måde, som astronomer plejede at arbejde på, mens de placerede et teleskop på en genstand længe nok til at fange det på en glasplade belagt med emulsion og derefter udvikle pladen som en film i et mørkerum. Det første daguerreotype-fotografi af en anden stjerne end solen blev taget i 1850 af William Cranch Bond, den første direktør for Harvard College Observatory, der lavede en 90 sekunders eksponering af Vega. I de næste 150 år katalogiserede forskere universet på disse glasplader, omtrent lige så tykke som en vinduesrude.
Mens teknologiske fremskridt inden for fotografering, teleskopets vejledning og computing stort set har gjort pladebaseret skywatching forældet, var det at studere glasplader, hvordan astronomer nåede historiske afsløringer, såsom eksistensen af galakser ud over Mælkevejen og det faktum, at selve universets stof er ekspanderer i alle retninger.
**********
Historiske plader er ikke kun relikvier. De repræsenterer en optegnelse af himlen på bestemte øjeblikke i fortiden, som aldrig kan tages op til revision - ikke engang med de mest kraftfulde rumobservatorier. I dag kan menneskehedens mest avancerede teleskoper afsløre fjerne objekter, som med jævne mellemrum lyser, dæmpes og popper ind og ud af synet. Det europæiske rumfartsagenturs (ESA) Gaia-rumteleskop udarbejder for eksempel de mest komplette stjernekort endnu. Nogle af objekterne, der gennemgår ændringer lige nu, kunne også have varieret i slutningen af det 19. og det tidlige til midten af det 20. århundrede, og de kan have været fanget på glassteleskopplader.
Når astronomer forsøger at fortælle mere komplette historier om, hvordan himmelobjekter udvikler sig over tid, kan disse støvede gamle plader vise sig desto mere relevante.
”Vi er ikke tidstrovere, er vi?” Siger Michael Castelaz, lektor i fysik ved Brevard College i North Carolina. "Så hvordan går du nogensinde tilbage i tiden for at undersøge nattehimlen undtagen med de data, vi allerede har?"
Annie J. Cannon var kurator for fotografier ved Harvard College Observatory, der var ansvarlig for plejen af omkring 300.000 fotografiske plader af stjerner lavet af Harvard-astronomer. (Bettmann / Getty Images) Efter nogle skøn er der mere end 2 millioner glasplader lavet af professionelle astronomer i USA alene. På verdensplan er der sandsynligvis mere end 10 millioner, siger Rene Hudec fra Den Tjekkiske Akademi for Videnskaber i Ondrejov, herunder mange, der stadig kan gemme sig uventede steder. Mens der er en online database med over 2, 5 millioner plader fra mere end 570 arkiver, er der ingen rigtig omfattende liste. Efter at have besøgt mere end 70 pladearkiver selv, rapporterer Hudec, at nogle depoter er velholdte og katalogiserede, men andre er en "trist oplevelse" med lidt finansiering og ingen til at administrere dem.
Harvard, der antages at huse den største samling i verden, har omkring 550.000 plader, inklusive billeder, der engang var analyseret af sådanne armaturer som Henrietta Swann Leavitt og Annie Jump Cannon. Som Dava Sobel kronikker i Glassuniverset: Hvordan Ladies of the Harvard Observatory tog stjernernes mål, kvindelige "computere" som Leavitt og Cannon klassificerede og katalogiserede ikke kun tusinder af stjerner fra teleskoppladerne, men gjorde også banebrydende opdagelser, der informerer vores syn på kosmos i dag. Edward Pickering, direktør for observatoriet, der ansat disse kvinder, skrev i 1890: ”Fotografierne tager i mange tilfælde sted for stjernene selv, og opdagelser verificeres og fejl rettes ved dagslys med et forstørrelsesglas i stedet for om natten med et teleskop .”
Hales samling fra Solar Laboratory-kælderen sluttede sig til mere end 200.000 plader, der er anbragt af Carnegie Observatories, inklusive ”VAR!” -Pladen fra 1923, der overbeviste Edwin Hubble om, at Andromeda er en separat galakse fra Mælkevejen. Yerkes 40-tommers teleskop, Mount Wilson 60-tommer, Mount Wilson 100-tommer og Palomar 200-tommer, alle Hales projekter, har hver især skiftet rundt om at nyde titlen ”verdens største teleskop.” Deres resultater er gemt i skuffer bag en kort sort hvælvingsdør i kælderen i Carnegie Observatories 'hovedkontorbygning i Pasadena.
Natten den 5.-6. Oktober 1923 tog Carnegie-astronom Edwin Hubble en plade af Andromeda-galaksen (Messier 31) med Hooker 100-tommers teleskop fra Mount Wilson Observatory. "N" på pladen, der blev krydset ud og erstattet med "VAR!" angiver, at Hubble oprindeligt troede, at et objekt var en nova, men derefter indså, at det faktisk var en Cepheid-variabel stjerne. Hubble var i stand til at bruge den variable stjerne til at beregne afstanden til Andromeda og afslørede uden tvivl, at det faktisk var en separat galakse fra vores egen. (Courtesy Carnegie Observatories, Carnegie Institution for Science) Længere væk har North Carolina Pisgah Astronomical Research Institute (PARI) omkring 350.000 genstande inklusive plader samt film og andre data. Disse teleskopplader kommer stort set fra De Forenede Stater og Canada, fra universiteter og andre institutioner, der ikke havde plads til deres samlinger, såvel som dem, der blev afdækket ved et uheld i “14 græsplæne-og-blade-tasker” i nogens garage, siger Castelaz, der tidligere var videnskabsdirektør for PARI. ”Jeg kunne bo i det pladehvelv. Det er så spændende. ”
I 2015 faldt Holger Peterson over kasser, der indeholdt omkring 300 plader, da han gik i kælderen for at lave te på Niels Bohr-instituttet i København. Nogle af artefakterne kunne tydeligt identificeres: en eksponering fra Palomar Samuel Oschin-teleskopet fra 1950, der viste et stort antal galakser, og en kopiplade fra solformørkelsesekspeditionen fra 1919 til Sobral, Brasilien, der var med til at bekræfte Einsteins teori om generel relativitet. (Einstein forudsagde, at solens tyngdekraft skulle bøje rumstoffet omkring det, så baggrundsstjernes positioner ville skifte fra vores perspektiv, når månen blokerer for solen under en total solformørkelse. Målinger på glasplader blev brugt til at bekræfte dette.) Men for mange plader i denne samling, der nu ligger på Københavns Universitet, er detaljerne om eksponeringerne gået tabt, siger Peterson i en e-mail.
Også i Europa omfatter arkiverne for fotografiske plader til astronomisk BRUG (APPLAUSE) i øjeblikket ca. 85.000 plader fra fem institutter i Tyskland og Estland. Højdepunkter inkluderer plader fra Ejnar Hertzsprung, der var med til at vise forholdet mellem stjernetemperatur og indre lysstyrke, og Karl Schwarzschild, som var med til at udvikle matematiske beskrivelser af sorte huller.
En fotografisk glasplade af Andromeda-galaksen taget ved Karl Schwarzschild-observatoriet i 1965. (Jay Bennett) I Argentina huser pladearkivet på Cordoba Observatory nogle af de første fotografier af stjerner på den sydlige halvkugle med omkring 20.000 fotografier og spektre på plader fra 1893 til 1983. Pladesituationer i Asien og Afrika er ikke blevet undersøgt så grundigt. Hudec har besøgt forskellige lokationer i Kina med plader, og skønsmæssigt er ca. 40.000 samlet blevet samlet og digitaliseret. Bosscha-observatoriet i Indonesien har desuden ca. 20.000 plader, siger han. Cirka 19.000 plader taget ved det britiske Schmidt-teleskop i Australien er opbevaret i Edinburgh, Skotland, siger David Malin, en fotografforsker ved Anglo-Australian Observatory. Det anglo-australske teleskop i Siding Spring holder under 3.000 plader, der blev taget der, mens andre plader sandsynligvis forbliver hos observatører, som aldrig overleverede dem til observationssamlingerne.
**********
Fra begyndelsen af 1990'erne opgav professionelle astronomer praksis med at tage himmelbilleder på glas til fordel for at bruge digitale metoder, der både er hurtigere og giver mulighed for mere sofistikeret beregningsanalyse. Opfindelsen af opladede koblingsenheder (CCD), som også muliggør smarttelefonkameraer, har revolutioneret astronomiske observationer. Teknikker, der er så enkle som at "zoome ind" digitalt og øge kontrasten på en computer er magtfulde værktøjer til at studere fjerne, svage objekter.
Men historiske optegnelser over himlen har flere lag af værdi. Som et spørgsmål om kulturel bevaring indkapsler teleskopplader processen, hvorpå viden en gang blev erhvervet og repræsenterer videnskabstilstanden, da de blev brugt. I cirka 150 år, men ikke længere, blev astronomidata registreret på glas.
”At vide om forløbere er på mange måder noget, der endda informerer om, hvordan vi gør astronomi nu, så vi skal ikke glemme, ” siger Harry Enke fra Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam i Tyskland, en af lederne af APPLAUSE-samarbejdet.
En fotografering af bromid af arbejdere under konstruktionen af Hooker 100-tommers reflekterende teleskop ved Mount Wilson, Californien. Observatoriet blev grundlagt i 1904 af astronomen George Ellery Hale, og det 100-tommers teleskop blev installeret på observatoriet i 1917. Hooker-teleskopet var det største teleskop i verden, da det blev bygget og forblev så indtil 1948. (Science & Samfundets billedbibliotek / Getty-billeder) Astronomer kan endda bruge historiske poster til at gøre opdagelser i dag. Mens mange kosmiske processer tager milliarder af år at udvikle sig, ændres "forbigående" objekter på himlen, såsom eksploderende stjerner kaldet supernovaer, markant over perioder af uger til år. Variable stjerner lyses og dæmpes med jævne mellemrum, og plader kan bruges til at bestemme, om denne periode er konstant eller ikke. I 2016 brugte en astronom endda Carnegie-arkivet til at påpege beviser for eksoplaneter i et stellarspektrum fra 1917, en plade lavet omkring 75 år, før nogen ville opdage planeter ud over vores solsystem.
”Vores himmel bevæger sig meget langsomt på grund af vores menneskelige følelser af tid, ” siger Enke. ”Moderne astronomi og de moderne instrumenter med CCD'er og så videre, dette er knap 40 år gammel. Hvis du kan tilføje yderligere hundrede år til det, er det fantastisk. ”
Undersøgelsen af sorte huller er en af grundene til, at Jonathan Grindlay ved Harvard blev interesseret i at digitalisere gamle plader. Han er den vigtigste efterforsker af en massiv plad-digitaliseringsindsats kaldet DASCH, Digital Access to a Sky Century @ Harvard.
Astronom Walter Sydney Adams ved indgangen til Hale Solar Laboratory i 1946. (Foto af Edison Hoge / Med tilladelse fra Carnegie Institution for Science Collection på Huntington Library, San Marino, Californien) Når en sollignende stjerne og et "stjernemasse" sort hul - typisk syv gange solens masse - kredser rundt om et fælles tyngdepunkt, giver stjernen en jævn strøm af stof, der rives væk af det sorte hul. Men i stedet for at falde direkte ned i det sorte hul, hobber materialet sig først op i en beskyttelsesskive omkring det sorte hul. Efter ca. 30 til 60 år bliver disken ustabil, og det sorte hul fortærer noget af det akkumulerede materiale, hvilket resulterer i et meget lyst udbrud i optisk lys og røntgenstråle. DASCH leverer den første fuldhimmelrekord på mere end et århundrede af disse sjældne udbrud, så videnskabsmanden kan måle, hvor længe de er synlige, og hvor mange blink der forekommer over himlen.
**********
Der findes mange flere teleskopplader i verden, end der er digitale versioner af dem, og økonomisk støtte til digitalisering og detaljeret katalogisering er begrænset. En gruppe tjekkiske astronomer ledet af Hudec besøgte Carnegie, PARI, Yerkes, Lick, Mount Palomar og ni andre store amerikanske lokationer fra 2008 til 2012 for at række de historiske pladetilbud ud. De fandt ud af, at nogle arkiver ikke havde gemt korrekt eller endda havde beskadiget plader. De testede en transportabel scanningsenhed og anbefaler, at institutionerne scanner og katalogiserer deres skatte. Indtil videre har Hudecs gruppe skabt omkring 50.000 pladescanninger over hele verden.
En samling glasplader fra 1909 til 1922 fanger månen i forskellige faser. (Niels Bohr Institut, Københavns Universitet) DASCH har været i stand til at digitalisere omkring 350.000 af Harvards plader, som alle kan søges online, og planlægger at komme til det samlede antal 450.000 fotografier i oktober 2020. De sidste 100.000 plader er stjernespektre, som, selvom de også er interessante, ikke scannes, fordi kun de direkte billeder kan vise visuelle ændringer i lysstyrke over tid. Hele processen med rengøring og scanning er "som en koreograferet ballet, " siger Grindlay. I Europa digitaliserer APPLAUSE også sine plader, henter inspiration fra DASCH i nogle af sine metoder, men bruger kommercielle scannere i stedet for specialfremstillede enheder.
Digitaliseringsvirksomheden skabte uenighed, da nogle historikere gik over tanken om, at originale markeringer på pladerne ville blive renset ud i scanningsprocessen, siger Grindlay. Fra et perspektiv, hvis en astronom fra fortiden tegnet en cirkel omkring et objekt af interesse, kunne rengøring af pladen afsløre flere stjerner, der gemmer sig bag kurven. Men markeringerne er også en oversigt over den videnskabelige proces. En undersøgelse fra 2016, der blev anmodet om af DASCH, fandt, at mange astronomer og historikere værdsætter kommentarerne på pladerne og deres omslag, men mener også, at fotografering eller scanning af disse markeringer, før de renses, er tilstrækkelig til konservering, medmindre pladen er særlig vigtig i astronomiens historie . DASCH følger denne protokol og fotograferer alle originale markeringer, inklusive på pladens "jakke" -dæksel, før rengøring. De originale kommentarer gemmes på de mest værdifulde plader, som dem, der er lavet af Henrietta Swan Leavitt, "i respekt for historikere, " siger Grindlay.
Selv lidenskabelige arkivister som Grindlay er enige om, at når en plade først er skannet og katalogiseret korrekt, er der intet mere, man kan lære af det fysiske objekt, der ikke kan opnås fra en digital opløsning i høj opløsning og et fotografi af annotationerne. Ikke desto mindre siger Grindlay, "de originale plader er den ultimative plade og skal bevares fuldt ud, som de har været på Harvard College Observatory."
Teleskopkupplen er installeret på Hale Solar Laboratory på dette foto dateret 18. november 1924. (Billedet med tilladelse fra observatorierne i Carnegie Institution for Science Collection på Huntington Library, San Marino, Californien) For Kohne er pladerne beslægtede med kunstværker. Meget af arkiverne på Pasadena's Carnegie Observatories kontor, inklusive tyvegods fra arkitektparret kælder, repræsenterer Hales "studios", den måde, hvorpå et maleri, der blev gjort i Raphaels værksted af en anden kunstner, blev krediteret studiet af den berømte maler. Ud over at være videnskabsmænd var 20. teleskopoperatører dygtige håndværkere.
”De fanger lysstrålerne, der har kørt i tusinder og millioner af lysår, og får det nøjagtigt udsat for det, ” siger Kohne. "I fotograferingens historie skulle det være der på en eller anden måde."
**********
Hales ikoniske sollaboratorieteleskop i Pasadena forbliver ikke sovende. Et frivilligt besætning fra Mount Wilson arbejder på at aluminisere spejle, så teleskopet tydeligt kan projicere solen på et udsynsområde i kælderen. De planlægger også at få lokale studerende til at lære at bruge teleskopet til solobservation. Til sidst håber Moule, at holdet kan få diffraktionsgitteret i bunden af gropen til at fungere igen, eller installere en ny, så en ny generation kan undersøge solens sammensætning, som Hale gjorde.
På en perfekt solrig sydlige Californien dag i marts åbnede Mount Wilson-frivillige Ken Evans kupplen for at arbejde på dens restaurering. Evans, Kohne og Moule talte begejstret om at se solnedgange gennem teleskopet og måske have en sommersolværdsfest, hvis spejlerne er klar til tiden. Da Evans, en pensioneret ingeniør, roterede kuppelens spalte for at vende mod Mount Wilson, klagede gruppen over, at et træ blokerede udsigten over Hales andre astronomistempler i det fjerne.
Biblioteket på Hale Solar Laboratory. (Liz Moule / Stefanos Polyzoides) Moule og Polyzoides har doneret Hales tidsskrifter, også opdaget i kælderen, til Caltech. Hales skrivemaskine og skrivebord forbliver på første sal i det solrige, elegante bibliotek, en bogloverdrøm, med en egyptisk basrelieffer af en figur, der holder en bue på en vogn. De gamle egyptere interesserede sandsynligvis Hale, fordi de tilbad solen, siger Moule. Der er endda en kasse i kælderen adresseret til ham med en anden basrelief indeni - det næste Hale-mysterium, Moule planlægger at tackle. Hun beskriver sin rolle på Hale's Solar Laboratory som "fyrtårnholder."
”Desværre er solastronomi gået forbi teknologien i den bygning, så det er ikke noget af regelmæssig brug, på den måde, at mange fyrtårne ikke bruges til det, de oprindeligt var beregnet til, ” siger Moule. ”Men det er et vigtigt monument, og jeg er en viceværter.”
Denne særlige fyrtårn beskytter et teleskop, der engang brugte et instrument kastet næsten 80 meter i mørket for at splitte sollys fra 93 millioner miles væk. Og takket være Mount Wilson-frivillige kan solen snart strømme gennem den kosmiske fyrtårn igen.
Liz Moule og Dan Kohne i teleskopkuppelen ved Hale Solar Laboratory den 27. marts, 2019. (Elizabeth Landau)
