Trzy piętra pod kopułą teleskopu w Hale Solar Laboratory w Pasadenie w Kalifornii zardzewiałe spiralne schody wyznaczają szczyt prawie 80-metrowej studni, ukrytej przez drewnianą zapadnię w piwnicy. Na dole znajduje się krata, która ma rozdzielić światło na tęczę, aby umożliwić naukowcom zbadanie składu słońca. Obecni właściciele budynku nie mają odwagi zejść, zniechęceni brakiem tlenu i nieprzeniknioną ciemnością poniżej.
Kiedy architekci Liz Moule i Stefanos Polyzoides kupili obserwatorium w 2006 roku, wiedzieli, że kupili kawałek historii. Pierwotny właściciel, astronom George Ellery Hale, założył najpotężniejsze teleskopy na świecie w pierwszej połowie XX wieku, w tym w Obserwatorium Mount Wilson, wysoko nad Pasadeną. Moule, który prowadzi lokalną firmę architektoniczną z Polyzoides, uważa Hale'a za „wzorowego obywatela” za jego wpływ na krajobraz kulturowy i architekturę obywatelską Pasadeny. Hale Solar Laboratory, z egipskim reliefem słońca promieniejącym nad drzwiami wejściowymi, wielką biblioteką na pierwszym piętrze, kopułą teleskopu na dachu i złowieszczą jamą w piwnicy, było prywatnym schronieniem Hale'a zaledwie kilka przecznic na południe od uniwersytet, który pomógł założyć, California Institute of Technology.
Zapadnia do instrumentu kratowego w Hale Solar Laboratory. (Elizabeth Landau) Moule i Polyzoides nie mieli pojęcia, że budynek, zbudowany w 1924 roku, przyszedł z ukrytymi astronomicznymi skarbami. Cała piwnica była zagracona bałaganem mebli, papierów i pudeł śmieci, kiedy kupili zabytkowy obiekt (wraz z bardziej nowoczesnym domem sztukatorskim przed nim). „Myśleliśmy, że zostaliśmy z rzeczami, których zamierzamy się pozbyć” - mówi Moule.
W piwnicy obserwatorium Moule i ochotnicy z Mount Wilson - Don Nicholson i Larry Webster - odkryli setki szklanych płyt fotograficznych z lat osiemdziesiątych i trzydziestych XX wieku ułożonych w pudłach w dużej drewnianej szafce. Kolekcja zawiera obrazy plam słonecznych i promienie słoneczne - wąsy plazmy wydostające się ze Słońca - i widma słoneczne lub szereg linii, które reprezentują składniki światła, odsłaniając skład chemiczny słońca. Większe tablice przedstawiają kraterowany księżyc, obrzeżony zmarszczkami po zniszczeniu wody w piwnicy. Niektóre płytki pochodzą z teleskopów Hale'a, podczas gdy inne były wyraźnie prezentami od odległych astronomów.
Obraz księżyca na szklanej płytce z kolekcji George Ellery Hale, znaleziony w Hale Solar Laboratory. Zostało zrobione w Lick Observatory i datowane na 19 lipca 1891 r. Białe znaczenia pochodzą od uszkodzeń spowodowanych przez wodę. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Carnegie Institution for Science / Dan Kohne) Mówi się, że w piwnicy Słonecznego Laboratorium ukryto ponad 1100 talerzy i innych artefaktów z prywatnej kolekcji Hale, mówi Dan Kohne, który zgłosił się do biura Pasadena w pobliskim Obserwatorium Carnegie, aby dokonać inwentaryzacji znaleziska. Polyzoides i Moule przekazali historyczne tablice archiwum Carnegie.
Te płyty fotograficzne przedstawiają żmudny sposób, w jaki pracowali astronomowie, ustawiając ręcznie teleskop na obiekcie wystarczająco długo, aby uchwycić go na szklanej płytce pokrytej emulsją, a następnie wywołując film podobny do płyty w ciemni. Pierwsze dagerotypowe zdjęcie gwiazdy innej niż słońce zostało zrobione w 1850 roku przez Williama Crancha Bonda, pierwszego dyrektora Obserwatorium Harvard College, który dokonał 90-sekundowej ekspozycji Vegi. Przez około 150 lat naukowcy skatalogowali wszechświat na tych szklanych płytach, grubych jak szyba.
Podczas gdy postęp technologiczny w fotografii, sterowaniu teleskopem i obliczeniach w dużej mierze sprawił, że skywatchowanie na płytkach stało się przestarzałe, badanie szklanych płyt było sposobem, w jaki astronomowie osiągnęli historyczne odkrycia, takie jak istnienie galaktyk poza Drogą Mleczną i fakt, że sama tkanka wszechświata jest ekspansja we wszystkich kierunkach.
**********
Historyczne tablice to nie tylko relikwie. Reprezentują zapis nieba w poszczególnych momentach w przeszłości, którego nigdy nie można odwiedzić - nawet w przypadku najpotężniejszych obserwatoriów kosmicznych. Dziś najbardziej zaawansowane teleskopy ludzkości mogą odkrywać odległe obiekty, które okresowo rozjaśniają się, przyciemniają oraz pojawiają się i znikają z pola widzenia. Na przykład teleskop kosmiczny Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) opracowuje jak dotąd najbardziej kompletne mapy gwiazd. Niektóre z obiektów przechodzących obecnie zmiany mogły się również różnić pod koniec XIX i od początku do połowy XX wieku i mogły zostać uchwycone na szklanych płytach teleskopowych.
Gdy astronomowie starają się opowiedzieć pełniejsze historie o ewolucji obiektów niebieskich w czasie, te zakurzone stare płyty mogą okazać się tym bardziej istotne.
„Nie jesteśmy podróżnikami w czasie, prawda?” - mówi Michael Castelaz, profesor fizyki w Brevard College w Karolinie Północnej. „Jak więc cofnąć się w czasie, by zbadać nocne niebo, z wyjątkiem danych, które już mamy?”
Annie J. Cannon była kustoszem zdjęć w Harvard College Observatory, pod opieką około 300 000 płyt fotograficznych gwiazd wykonanych przez astronomów z Harvardu. (Bettmann / Getty Images) Według niektórych szacunków w samych Stanach Zjednoczonych jest ponad 2 miliony szklanych płyt wykonanych przez profesjonalnych astronomów. Na całym świecie jest ich prawdopodobnie ponad 10 milionów, mówi Rene Hudec z Akademii Nauk Republiki Czeskiej w Ondrejovie, w tym wielu, którzy wciąż mogą ukrywać się w nieoczekiwanych miejscach. Chociaż istnieje internetowa baza danych zawierająca ponad 2, 5 miliona płyt z ponad 570 archiwów, nie ma naprawdę wyczerpującej listy. Odwiedzając ponad 70 archiwów płytowych, Hudec informuje, że niektóre repozytoria są dobrze utrzymywane i skatalogowane, ale inne są „smutnym doświadczeniem”, przy niewielkim funduszu i nikim, kto mógłby nimi zarządzać.
Harvard, który ma pomieścić największą kolekcję na świecie, ma około 550 000 płyt, w tym obrazy analizowane kiedyś przez takie oprawy, jak Henrietta Swann Leavitt i Annie Jump Cannon. Jak Dava Sobel kronikuje w Szklanym wszechświecie: w jaki sposób panie z obserwatorium Harvarda wzięły miarę gwiazd, kobiety „komputerów”, takich jak Leavitt i Cannon, nie tylko sklasyfikowały i skatalogowały tysiące gwiazd z płyt teleskopu, ale także dokonały przełomowych odkryć, które informują nasz pogląd na dzisiejszy kosmos. Edward Pickering, dyrektor obserwatorium, który zatrudnił te kobiety, napisał w 1890 r .: „Dla wielu celów fotografie zajmują same gwiazdy, a odkrycia są weryfikowane, a błędy korygowane przez światło dzienne z lupą zamiast w nocy z teleskopem . ”
Kolekcja Hale'a z piwnicy Solar Laboratory dołączyła do ponad 200 000 płyt znajdujących się w Carnegie Observatories, w tym płyty VAR! Z 1923 r., Która przekonała Edwina Hubble'a, że Andromeda jest odrębną galaktyką od Drogi Mlecznej. 40-calowy teleskop Yerkes, 60-calowy Mount Wilson, 100-calowy Mount Wilson i 200-calowy Palomar, wszystkie projekty Hale'a, każdy na zmianę cieszy się tytułem „największego teleskopu na świecie”. Ich wyniki są przechowywane w szuflady za krótkimi czarnymi drzwiami sklepienia w piwnicy głównego biurowca Carnegie Observatories w Pasadenie.
W nocy z 5-6 października 1923 r. Astronom Carnegie, Edwin Hubble, wziął talerz galaktyki Andromedy (Messier 31) za pomocą 100-calowego teleskopu Hooker Obserwatorium Mount Wilson. Litera „N” na płycie została przekreślona i zastąpiona literą „VAR!” wskazuje, że Hubble początkowo myślał, że obiekt jest nową, ale potem zdał sobie sprawę, że w rzeczywistości była to gwiazda zmienna Cefeid. Hubble był w stanie użyć gwiazdy zmiennej do obliczenia odległości do Andromedy, ujawniając bez wątpienia, że w rzeczywistości była to galaktyka osobna od naszej. (Dzięki uprzejmości Carnegie Observatories, Carnegie Institution for Science) Dalej, Pisgah Astronomical Research Institute (PARI) w Karolinie Północnej ma około 350 000 pozycji, w tym płytki, a także filmy i inne dane. Te tablice teleskopowe pochodzą głównie ze Stanów Zjednoczonych i Kanady, z uniwersytetów i innych instytucji, które nie miały miejsca na swoje zbiory, a także odkryte przez przypadek w „14 torbach z trawnikiem i liśćmi” w czyimś garażu, mówi Castelaz, który wcześniej był dyrektorem naukowym PARI. „Mógłbym mieszkać w tym skarbcu płyt. To takie ekscytujące."
W 2015 roku Holger Peterson natknął się na pudełka zawierające około 300 talerzy, gdy poszedł do piwnicy, aby zrobić herbatę w Instytucie Nielsa Bohra w Kopenhadze. Niektóre artefakty były jednoznacznie identyfikowalne: ekspozycja w 1950 r. Z teleskopu Palomara Samuela Oschina pokazująca dużą liczbę galaktyk oraz płyta kopiowa z wyprawy zaćmienia Słońca w 1919 r. Do Sobral w Brazylii, która pomogła potwierdzić teorię względności Einsteina. (Einstein przewidywał, że grawitacja Słońca powinna zginać wokół siebie przestrzeń kosmiczną, więc położenia gwiazd tła przesuną się z naszej perspektywy, gdy Księżyc zablokuje Słońce podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Aby to potwierdzić, zastosowano pomiary na szklanych płytach.) Ale dla wielu płyt z tej kolekcji, obecnie zlokalizowanych na Uniwersytecie Kopenhaskim, szczegóły ekspozycji zostały zagubione, mówi Peterson w e-mailu.
Również w Europie Archiwum Płyt Fotograficznych do Użycia Astronomicznego (APPLAUSE) obejmuje obecnie około 85 000 płyt z pięciu instytutów w Niemczech i Estonii. Najważniejsze są płyty Ejnara Hertzsprunga, który pomógł pokazać związek między temperaturą gwiazdy a wewnętrzną jasnością, a także Karl Schwarzschild, który przyczynił się do opracowania matematycznych opisów czarnych dziur.
Szklana płyta fotograficzna galaktyki Andromeda, wykonana w Obserwatorium Karla Schwarzschilda w 1965 r. (Jay Bennett) W Argentynie w archiwum płyt w Obserwatorium Cordoba znajdują się niektóre z pierwszych zdjęć gwiazd na półkuli południowej z około 20 000 zdjęć i widm na płytach z lat 1893–1983. Sytuacje płytowe w Azji i Afryce nie zostały tak dokładnie zbadane. Hudec odwiedził różne lokalizacje w Chinach z tabliczkami i szacuje się, że około 40 000 zostało zebranych i zdigitalizowanych. Mówi, że Obserwatorium Bosscha w Indonezji ma dodatkowo około 20 000 płyt. Około 19 000 płyt pobranych w brytyjskim teleskopie Schmidt w Australii jest przechowywanych w Edynburgu w Szkocji, mówi David Malin, fotografik z Obserwatorium Anglo-Australijskiego. Anglo-australijski teleskop w Siding Spring zachował poniżej 3000 płyt, które zostały tam zabrane, podczas gdy inne płyty prawdopodobnie pozostają u obserwatorów, którzy nigdy nie przekazali ich do zbiorów obserwatorium.
**********
Na początku lat 90. profesjonalni astronomowie porzucili praktykę robienia zdjęć niebieskich na szkle na rzecz stosowania metod cyfrowych, które są zarówno szybsze, jak i pozwalają na bardziej wyrafinowane analizy obliczeniowe. Wynalezienie naładowanych urządzeń sprzęgających (CCD), które umożliwiają także aparaty smartfonów, zrewolucjonizowało obserwacje astronomiczne. Techniki tak proste jak „powiększanie” cyfrowo i zwiększanie kontrastu na komputerze to potężne narzędzia do badania odległych, słabych obiektów.
Ale historyczne zapisy nieba mają wiele warstw wartości. W celu zachowania kultury płyty teleskopowe opisują proces, w którym wiedza została kiedyś zdobyta, i przedstawiają stan nauki, kiedy były wykorzystywane. Przez około 150 lat, ale już nie, dane astronomiczne były rejestrowane na szkle.
„Wiedza o prekursorach jest pod wieloma względami czymś, co nawet informuje o tym, jak teraz zajmujemy się astronomią, więc nie powinniśmy zapominać” - mówi Harry Enke z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam w Niemczech, jeden z liderów współpracy APPLAUSE.
Bromkowy druk fotograficzny pracowników podczas budowy 100-calowego odbijającego teleskopu Hooker w Mount Wilson w Kalifornii. Obserwatorium zostało założone w 1904 r. Przez astronoma George'a Ellery'ego Hale'a, a 100-calowy teleskop został zainstalowany w obserwatorium w 1917 r. Teleskop Hookera był największym teleskopem na świecie, kiedy został zbudowany, i pozostał nim do 1948 r. (Science & Społeczna biblioteka obrazów / Getty Images) Astronomowie mogą nawet wykorzystywać zapisy historyczne, aby dokonywać odkryć dzisiaj. Podczas gdy wiele kosmicznych procesów ewoluuje miliardy lat, obiekty „przejściowe” na niebie, takie jak wybuchające gwiazdy zwane supernowymi, zmieniają się znacząco w ciągu tygodni lub lat. Gwiazdy zmienne okresowo rozjaśniają się i ściemniają, a płytki można wykorzystać do ustalenia, czy okres ten jest stały, czy nie. W 2016 r. Jeden astronom wykorzystał nawet archiwum Carnegie, aby wskazać dowody istnienia egzoplanet w widmie gwiezdnym z 1917 r., Płyty wykonanej około 75 lat przed odkryciem planet poza naszym Układem Słonecznym.
„Nasze niebo porusza się bardzo powoli z powodu ludzkich odczuć czasu”, mówi Enke. „Współczesna astronomia i nowoczesne instrumenty z matrycami CCD i tak dalej, to zaledwie 40 lat. Jeśli możesz dodać do tego kolejne sto lat, to świetnie. ”
Badanie czarnych dziur jest jednym z powodów, dla których Jonathan Grindlay z Harvardu zainteresował się digitalizacją starych płyt. Jest głównym badaczem ogromnego wysiłku digitalizacji płyt o nazwie DASCH, Digital Access to a Sky Century @ Harvard.
Astronom Walter Sydney Adams przy wejściu do Hale Solar Laboratory w 1946 r. (Fot. Edison Hoge / dzięki uprzejmości Carnegie Institution for Science Collection w Huntington Library, San Marino, Kalifornia) Kiedy gwiazda podobna do Słońca i czarna dziura „masy gwiezdnej” - zwykle siedmiokrotnie większa od masy Słońca - okrążają wspólny środek ciężkości, gwiazda zapewnia stały strumień materii odrywany przez czarną dziurę. Ale zamiast wpaść bezpośrednio w czarną dziurę, materiał najpierw gromadzi się w dysku akrecyjnym wokół czarnej dziury. Po około 30 do 60 latach dysk staje się niestabilny, a czarna dziura pochłania część nagromadzonego materiału, co powoduje bardzo jasny wybuch światła optycznego i rentgenowskiego. DASCH stanowi pierwszy zapis ponad sto lat tych rzadkich wybuchów na pełnym niebie, umożliwiając naukowcom zmierzenie, jak długo są widoczne i ile błysków występuje na niebie.
**********
Na świecie istnieje o wiele więcej płyt teleskopowych niż ich wersji cyfrowych, a wsparcie finansowe dla digitalizacji i szczegółowego katalogowania jest ograniczone. Grupa czeskich astronomów pod przewodnictwem Hudeca odwiedziła Carnegie, PARI, Yerkes, Lick, Mount Palomar i dziewięć innych głównych amerykańskich lokalizacji w latach 2008–2012, aby zapoznać się z historyczną ofertą płyt. Okazało się, że niektóre archiwa nie były odpowiednio przechowywane lub miały nawet uszkodzone płyty. Przetestowali przenośne urządzenie skanujące i zalecają, aby instytucje skanowały i katalogowały swoje skarby. Do tej pory grupa Hudec wykonała około 50 000 skanów płyt na całym świecie.
Kolekcja szklanych płyt z lat 1909–1922 uchwyca księżyc w różnych fazach. (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen) DASCH udało się zdigitalizować około 350 000 płyt Harvarda, z których wszystkie można przeszukiwać online, i planuje dotrzeć do 450 000 zdjęć do października 2020 r. Ostatnie 100 000 płyt to widma gwiezdne, które, choć interesujące, nie są skanowane, ponieważ tylko bezpośrednie obrazy mogą pokazywać wizualne zmiany jasności w czasie. Cały proces czyszczenia i skanowania jest „jak choreografowany balet”, mówi Grindlay. W Europie APPLAUSE również digitalizuje swoje płyty, czerpiąc inspirację z DASCH w niektórych swoich metodach, ale używając komercyjnych skanerów zamiast niestandardowych urządzeń.
Grindlay mówi, że przedsiębiorstwo digitalizacji wzbudziło kontrowersje, gdy niektórzy historycy obawiali się pomysłu, że oryginalne oznaczenia na tabliczkach zostaną usunięte podczas skanowania. Z jednej perspektywy, gdyby astronom z przeszłości narysował okrąg wokół obiektu będącego przedmiotem zainteresowania, wyczyszczenie płyty mogłoby ujawnić więcej gwiazd ukrywających się za krzywą. Ale oznaczenia są również zapisem procesu naukowego. Badanie przeprowadzone w 2016 r. Przez DASCH wykazało, że wielu astronomów i historyków ceni adnotacje na płytkach i ich okładkach, ale uważa również, że fotografowanie lub skanowanie tych oznaczeń przed ich usunięciem jest wystarczające do zachowania, chyba że płytka jest szczególnie ważna w historii astronomii . DASCH postępuje zgodnie z tym protokołem, fotografując wszystkie oryginalne oznaczenia, w tym na okładce „kurtki” płyty, przed czyszczeniem. Oryginalne adnotacje są zapisywane na najcenniejszych tablicach, takich jak Henrietta Swan Leavitt, „w szacunku dla historyków”, mówi Grindlay.
Nawet namiętni archiwiści, tacy jak Grindlay, zgadzają się, że po prawidłowym zeskanowaniu i skatalogowaniu płyty nic więcej nie można się nauczyć z fizycznego obiektu, którego nie można uzyskać z wysokiej rozdzielczości kopii cyfrowej i fotografii adnotacji. Niemniej jednak Grindlay mówi: „oryginalne płyty są ostatecznym zapisem i muszą zostać w pełni zachowane, tak jak w Harvard College Observatory”.
Kopuła teleskopu jest zainstalowana w Hale Solar Laboratory na tym zdjęciu z 18 listopada 1924 r. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Observatories of Carnegie Institution for Science Collection w Huntington Library, San Marino, Kalifornia) Dla Kohne płyty są podobne do dzieł sztuki. Wiele archiwów w biurze Carnegie Observatories w Pasadenie, w tym łupy z piwnicy pary architektów, reprezentują „studia” Hale'a, tak jak obraz wykonany w pracowni Raphaela przez innego artystę zostałby przypisany pracowni słynnego malarza. Oprócz bycia naukowcami dwudziestu operatorów teleskopów było wykwalifikowanymi rzemieślnikami.
„Przechwytują promienie świetlne, które podróżowały przez tysiące i miliony lat świetlnych, i odbijają je dokładnie na negatywie” - mówi Kohne. „W historii fotografii powinno to być jakoś tam.”
**********
Słynny teleskop Hale Solar Laboratory w Pasadenie nie pozostanie w uśpieniu. Ekipa ochotników z Mount Wilson pracuje nad aluminiowaniem lusterek, aby teleskop mógł wyraźnie rzutować słońce na pole widzenia w piwnicy. Planują, że lokalni studenci nauczą się także używać teleskopu do obserwacji Słońca. W końcu Moule ma nadzieję, że zespół może ponownie uruchomić siatkę dyfrakcyjną na dnie wykopu lub zainstalować nową, pozwalając nowej generacji na zbadanie składu Słońca, tak jak zrobił to Hale.
W idealnie słoneczny słoneczny dzień południowej Kalifornii w marcu wolontariusz z Mount Wilson, Ken Evans, otworzył kopułę, aby pracować nad jej renowacją. Evans, Kohne i Moule z ekscytacją rozmawiali o oglądaniu zachodów słońca przez teleskop i być może zorganizowaniu imprezy z okazji przesilenia letniego, jeśli lustra będą gotowe na czas. Kiedy Evans, emerytowany inżynier, obrócił szczelinę kopuły, by spojrzeć na Mount Wilsona, grupa ubolewała, że drzewo zasłaniało widok innych świątyń astronomii Hale'a w oddali.
Biblioteka w Hale Solar Laboratory. (Liz Moule / Stefanos Polyzoides) Moule i Polyzoides przekazali Caltechowi czasopisma Hale'a, również odkryte w piwnicy. Maszyna do pisania i biurko Hale'a pozostają na pierwszym piętrze w słonecznej, eleganckiej bibliotece, marzeniu booklera, z płaskorzeźbą w stylu egipskim przedstawiającą postać trzymającą łuk na rydwanie. Starożytni Egipcjanie prawdopodobnie zainteresowali Hale'a, ponieważ czcili słońce, mówi Moule. W piwnicy jest nawet skrzynia zaadresowana do niego z kolejną płaskorzeźbą w środku - kolejną zagadką Hale, którą Moule planuje rozwiązać. Opisuje swoją rolę w Hale's Solar Laboratory jako „latarnik”.
„Niestety astronomia słoneczna przeszła przez technologię tego budynku, więc nie jest to coś regularnego, ponieważ wiele latarni morskich nie jest używanych do tego, do czego były pierwotnie przeznaczone”, mówi Moule. „Ale to ważny zabytek, a ja jestem dozorcą”.
Ta konkretna latarnia morska chroni teleskop, który kiedyś używał instrumentu pogrążonego w ciemności prawie 80 stóp, aby rozdzielić światło słoneczne z odległości 93 milionów mil. Dzięki wolontariuszom z Mount Wilson słońce może wkrótce przepłynąć przez kosmiczną latarnię morską.
Liz Moule i Dan Kohne w kopule teleskopu w Hale Solar Laboratory w dniu 27 marca 2019 r. (Elizabeth Landau)
