Первые снимки неба были сделаны на стеклянные фотопластинки, и эти бесценные артефакты и сегодня могут помочь ученым делать открытия
Три этажа под куполом телескопа в Солнечной лаборатории Хейла в Пасадене, Калифорния, ржавая винтовая лестница ведет к вершине ямы глубиной почти 80 футов, скрытой деревянным люком в цокольном этаже.. Внизу находится решетка, предназначенная для разделения света на радугу, что позволяет ученым изучать состав солнца. Нынешние владельцы здания не осмеливаются спускаться, опасаясь нехватки кислорода и непроглядной тьмы внизу.
Когда архитекторы Лиз Моул и Стефанос Полизоидес купили обсерваторию в 2006 году, они знали, что покупают часть истории. Первоначальный владелец, астроном Джордж Эллери Хейл, установил самые мощные телескопы в мире в первой половине 20-го века, в том числе в обсерватории Маунт-Вилсон высоко над Пасаденой. Моул, который вместе с Полизоидесом руководит местной архитектурной фирмой, считает Хейла «образцовым гражданином» за его влияние на культурный ландшафт и гражданскую архитектуру Пасадены. Солнечная лаборатория Хейла с ее рельефом в египетском стиле, изображающим лучи солнца над входной дверью, большой библиотекой на первом этаже, куполом телескопа на крыше и зловещей ямой в подвале, была личным убежищем Хейла всего в нескольких кварталах к югу от университет, который он помог основать, Калифорнийский технологический институт.
Moule и Polyzoides понятия не имели, что в здании, построенном в 1924 году, были спрятаны астрономические сокровища. Когда они купили историческое здание (вместе с более современным оштукатуренным домом перед ним), весь подвал представлял собой беспорядок из мебели, бумаг и коробок с барахлом. «Мы думали, что у нас остались вещи, от которых мы собирались избавиться», - говорит Моул.
В подвале обсерватории Моул и добровольцы из Маунт-Уилсон - Дон Николсон и Ларри Вебстер - обнаружили сотни стеклянных фотопластинок 1880-1930-х годов, сложенных в коробки в большом деревянном шкафу. Коллекция включает в себя изображения солнечных пятен и солнечных протуберанцев - отростков плазмы, которые извиваются из солнечного спектра и солнечного спектра, или серии линий, представляющих компоненты света, раскрывающие химический состав Солнца. Большие пластины изображают покрытую кратерами луну, окаймленную рябью от повреждения водой в подвале. Некоторые из пластин взяты из телескопов Хейла, в то время как другие явно были подарком далеких астрономов.
В общей сложности в подвале Солнечной лаборатории было спрятано более 1100 тарелок и других артефактов из частной коллекции Хейла, говорит Дэн Коне, который вызвался вместе с соседним офисом обсерватории Карнеги в Пасадене провести инвентаризацию. находить. Полизоидес и Моул передали исторические пластины в дар архиву Карнеги.
Эти фотопластинки представляют собой кропотливый способ работы астрономов: они устанавливали телескоп вручную на объект на время, достаточное для того, чтобы запечатлеть его на стеклянной пластине, покрытой эмульсией, а затем проявляли пластину, как пленку, в темная комната. Первый дагерротипный снимок звезды, отличной от Солнца, был сделан в 1850 году Уильямом Кранчем Бондом, первым директором обсерватории Гарвардского колледжа, который сделал 90-секундную экспозицию Веги. В течение следующих 150 лет или около того ученые составляли каталоги Вселенной на этих стеклянных пластинах толщиной примерно с оконное стекло.
В то время как технологические достижения в области фотографии, управления телескопом и вычислительной техники в значительной степени сделали наблюдение за небом на основе пластин устаревшим, изучение стеклянных пластин было тем, как астрономы пришли к историческим открытиям, таким как существование галактик за пределами Млечного Пути и факт что сама ткань вселенной расширяется во всех направлениях.
Исторические тарелки - это не просто реликвии. Они представляют собой запись состояния неба в определенные моменты прошлого, которую никогда нельзя будет пересмотреть - даже с помощью самых мощных космических обсерваторий. Сегодня самые передовые телескопы человечества могут обнаруживать удаленные объекты, которые периодически становятся ярче, тускнеют, появляются и исчезают из поля зрения. Например, космический телескоп Gaia Европейского космического агентства (ЕКА) составляет самые полные карты звездного неба. Некоторые из объектов, претерпевающих изменения прямо сейчас, могли также измениться в конце 19-го и начале-середине 20-го веков, и они могли быть запечатлены на стеклянных пластинах телескопа.
По мере того, как астрономы стремятся рассказать более полные истории об эволюции небесных объектов с течением времени, эти пыльные старые пластины могут оказаться все более актуальными.
«Мы не путешественники во времени, не так ли?» - говорит Майкл Кастелаз, адъюнкт-профессор физики Бревард-колледжа в Северной Каролине. «Так как же вы можете вернуться в прошлое, чтобы исследовать ночное небо, кроме как с данными, которые у нас уже есть?»
По некоторым оценкам, только в США профессиональными астрономами изготовлено более 2 миллионов стеклянных пластин. Во всем мире их, вероятно, более 10 миллионов, говорит Рене Худек из Академии наук Чешской Республики в Ондреёве, многие из которых могут скрываться в самых неожиданных местах. Хотя существует онлайн-база данных, содержащая более 2,5 миллионов пластин из более чем 570 архивов, действительно полного списка нет. Посетив лично более 70 архивов пластин, Худек сообщает, что некоторые хранилища хорошо хранятся и каталогизированы, но другие представляют собой «печальный опыт» с небольшим финансированием и отсутствием никого, кто мог бы ими управлять.
Гарвард, который, как считается, хранит самую большую коллекцию в мире, насчитывает около 550 000 пластин, включая изображения, когда-то проанализированные такими светилами, как Генриетта Суонн Ливитт и Энни Джамп Кэннон. Как пишет Дава Собель в книге «Стеклянная Вселенная: как дамы из Гарвардской обсерватории измеряли звезды», женщины-«компьютеры», такие как Ливитт и Кэннон, не только классифицировали и каталогизировали тысячи звезд с пластин телескопа, но и сделали прорывные открытия, которые наш взгляд на космос сегодня. Эдвард Пикеринг, директор обсерватории, нанявший этих женщин, писал в 1890 году: «Во многих случаях фотографии заменяют сами звезды, а открытия проверяются и ошибки исправляются при дневном свете с помощью увеличительного стекла, а не ночью с помощью телескопа..”
Коллекция Хейла из подвала Солнечной лаборатории объединила более 200 000 пластин, хранящихся в обсерваториях Карнеги, включая «VAR!» 1923 года. пластина, которая убедила Эдвина Хаббла в том, что Андромеда - это отдельная от Млечного Пути галактика. 40-дюймовый телескоп Йеркса, 60-дюймовый Маунт-Вилсон, 100-дюймовый Маунт-Вилсон и 200-дюймовый Паломар - все проекты Хейла по очереди пользовались титулом «крупнейшего в мире телескопа». Их результаты хранятся в ящиках за короткой черной дверью хранилища в подвале главного офисного здания Обсерватории Карнеги в Пасадене.
Еще дальше, в Институте астрономических исследований Северной Каролины в Фасги (PARI), хранится около 350 000 предметов, включая пластины, а также пленки и другие данные. Эти телескопические пластины в основном поступают из Соединенных Штатов и Канады, из университетов и других учреждений, в которых не было места для их коллекций, а также из тех, что были случайно обнаружены в «14 мешках для лужайки и листьев» в чьем-то гараже, говорит Кастелаз., который ранее был научным директором PARI. «Я мог бы жить в этом хранилище плит. Это так захватывающе».
В 2015 году Хольгер Петерсон наткнулся на коробки, содержащие около 300 тарелок, когда пошел в подвал, чтобы заварить чай в Институте Нильса Бора в Копенгагене. Некоторые из артефактов можно было легко идентифицировать: экспозиция 1950 года с телескопа Паломара Сэмюэля Ощина, показывающая большое количество галактик, и копия экспедиции по солнечному затмению 1919 года в Собрал, Бразилия, которая помогла подтвердить общую теорию относительности Эйнштейна. (Эйнштейн предсказал, что гравитация Солнца должна искривлять ткань пространства вокруг него, поэтому положение фоновых звезд будет смещаться с нашей точки зрения, когда Луна закрывает солнце во время полного солнечного затмения. Для подтверждения этого были использованы измерения на стеклянных пластинах.) Но для многих пластин из этой коллекции, которая в настоящее время находится в Копенгагенском университете, детали экспозиций утеряны, пишет Петерсон в электронном письме.
Также в Европе Архив фотопластинок для астрономического использования (APPLAUSE) в настоящее время включает около 85 000 фотопластинок из пяти институтов Германии и Эстонии. Основные моменты включают в себя фотографии Эйнара Герцшпрунга, который помог показать взаимосвязь между звездной температурой и собственной яркостью, и Карла Шварцшильда, который сыграл важную роль в разработке математических описаний черных дыр..
В Аргентине в архиве пластин обсерватории Кордовы хранятся некоторые из первых фотографий звезд Южного полушария, а именно около 20 000 фотографий и спектров на пластинах, датируемых с 1893 по 1983 год. Ситуация с плитами в Азии и Африке не была так тщательно исследована. Худек посетил различные места в Китае с пластинами, и, по оценкам, было собрано и оцифровано около 40 000 пластин. По его словам, в обсерватории Босша в Индонезии также имеется около 20 000 пластин. Около 19 000 фотоснимков, сделанных на британском телескопе Шмидта в Австралии, хранятся в Эдинбурге, Шотландия, говорит Дэвид Малин, фотограф из Англо-Австралийской обсерватории. Англо-австралийский телескоп в Сайдинг-Спринг хранит менее 3000 фотоснимков, которые были там взяты, в то время как другие фотоснимки, вероятно, остаются у наблюдателей, которые никогда не передавали их в коллекции обсерватории.
В начале 1990-х годов профессиональные астрономы отказались от практики захвата изображений звездного неба на стекле в пользу использования цифровых методов, которые являются более быстрыми и позволяют проводить более сложный вычислительный анализ. Изобретение устройств с зарядовой связью (CCD), которые также позволяют использовать камеры смартфонов, произвело революцию в астрономических наблюдениях. Такие простые методы, как «цифровое увеличение» и усиление контраста на компьютере, являются мощными инструментами для изучения отдаленных, тусклых объектов.
Но исторические записи о небе имеют многоуровневую ценность. В целях сохранения культуры телескопические пластины отражают процесс, посредством которого когда-то приобретались знания, и отражают состояние науки на момент их использования. Примерно 150 лет астрономические данные записывались на стекле.
«Знание о предшественниках - это во многих отношениях то, что даже дает информацию о том, как мы сейчас занимаемся астрономией, поэтому мы не должны забывать», - говорит Гарри Энке из Института астрофизики Лейбница в Потсдаме в Германии, один из лидеры коллаборации APPLAUSE.
Астрономы могут даже использовать исторические записи, чтобы делать открытия сегодня. В то время как для развития многих космических процессов требуются миллиарды лет, «временные» объекты на небе, такие как взрывающиеся звезды, называемые сверхновыми, заметно меняются в течение периодов от недель до лет. Переменные звезды периодически становятся ярче и тускнеют, и с помощью пластин можно определить, является ли этот период постоянным или нет. В 2016 году один астроном даже использовал архив Карнеги, чтобы найти доказательства существования экзопланет в звездном спектре 1917 года, пластинке, сделанной примерно за 75 лет до того, как кто-либо обнаружил планеты за пределами нашей Солнечной системы.
«Наше небо движется очень медленно для нашего человеческого ощущения времени», - говорит Энке. «Современной астрономии и современным приборам с ПЗС и так далее едва исполнилось 40 лет. Если вы можете добавить к этому еще сто лет, это здорово».
Изучение черных дыр - одна из причин, по которой Джонатан Гриндли из Гарварда заинтересовался оцифровкой старых фотопластинок. Он является главным исследователем масштабной работы по оцифровке пластин под названием DASCH, Digital Access to a Sky Century @ Harvard.
Когда солнцеподобная звезда и черная дыра «звездной массы», обычно в семь раз превышающая массу Солнца, обращаются вокруг общего центра тяжести, звезда создает устойчивый поток материи, срываемой черная дыра. Но вместо того, чтобы падать прямо в черную дыру, материал сначала накапливается в аккреционном диске вокруг черной дыры. Примерно через 30-60 лет диск становится нестабильным, и черная дыра поглощает часть накопленного материала, что приводит к очень яркой вспышке оптического и рентгеновского света. DASCH предоставляет первую запись этих редких вспышек более чем за столетие, что позволяет ученым измерить, как долго они видны и сколько вспышек происходит на небе.
В мире существует гораздо больше телескопических пластин, чем их цифровых версий, а финансовая поддержка оцифровки и подробной каталогизации ограничена. Группа чешских астрономов во главе с Худеком посетила Карнеги, ПАРИ, Йеркес, Лик, гору Паломар и девять других крупных мест в США с 2008 по 2012 год, чтобы изучить предложения исторических пластин. Они обнаружили, что некоторые архивы не хранились должным образом или даже имели поврежденные листы. Они испытали портативное сканирующее устройство и рекомендовали учреждениям сканировать и каталогизировать свои сокровища. На данный момент группа Худека создала около 50 000 сканов пластин по всему миру.
DASCH удалось оцифровать около 350 000 фотографий Гарварда, которые доступны для поиска в Интернете, и планирует довести количество фотографий до 450 000 к октябрю 2020 года. Последние 100 000 фотографий представляют собой звездные спектры, которые, хотя и интересны, не сканируются, потому что только прямые изображения могут показать визуальные изменения яркости с течением времени. Весь процесс очистки и сканирования «похож на поставленный балет», - говорит Гриндли. В Европе APPLAUSE также оцифровывает свои пластины, черпая вдохновение из DASCH в некоторых своих методах, но используя коммерческие сканеры вместо устройств, изготовленных на заказ.
Предприятие по оцифровке вызвало споры, когда некоторые историки отказались от идеи, что оригинальные маркировки на пластинах будут стираться в процессе сканирования, говорит Гриндли. С одной стороны, если бы астроном прошлого нарисовал круг вокруг интересующего объекта, очистка пластины могла бы выявить больше звезд, скрывающихся за кривой. Но маркировка также является записью научного процесса. Исследование, проведенное в 2016 году по инициативе DASCH, показало, что многие астрономы и историки одинаково ценят аннотации на тарелках и их обложках, но также считают, что фотографирования или сканирования этих маркировок перед их очисткой достаточно для сохранения, если только тарелка не имеет особого значения в истории астрономии.. DASCH следует этому протоколу, фотографируя все оригинальные маркировки, в том числе на крышке пластины, перед очисткой. Оригинальные аннотации сохранены на самых ценных пластинах, таких как сделанные Генриеттой Свон Ливитт, «из уважения к историкам», - говорит Гриндли.
Даже страстные архивариусы, такие как Гриндли, согласны с тем, что после того, как пластина правильно отсканирована и каталогизирована, невозможно узнать о физическом объекте больше ничего, чего нельзя было бы получить из цифровой копии с высоким разрешением и фотографии. аннотаций. Тем не менее, говорит Гриндли, «оригинальные пластины являются окончательным документом и должны быть полностью сохранены, как это было в обсерватории Гарвардского колледжа.”
Для Коне пластинки сродни произведениям искусства. Большая часть архивов в офисе Обсерватории Карнеги в Пасадене, в том числе награбленное в подвале супругов архитекторов, представляет собой «мастерские» Хейла, подобно тому, как картина, написанная в мастерской Рафаэля другим художником, будет приписана мастерской знаменитого художника. Телескописты 20-го века были не только учеными, но и искусными мастерами.
«Они улавливают световые лучи, которые пролетели тысячи и миллионы световых лет, и помещают их на негатив с правильной экспозицией», - говорит Коне. «В истории фотографии это должно быть каким-то образом».
Знаменитый телескоп Солнечной лаборатории Хейла в Пасадене не будет бездействовать. Бригада волонтеров Mount Wilson работает над алюминированием зеркал, чтобы телескоп мог четко проецировать солнце на смотровую площадку в подвале. Они планируют научить местных студентов также использовать телескоп для наблюдения за Солнцем. В конце концов, Моул надеется, что команда сможет снова заставить работать дифракционную решетку на дне ямы или установить новую, что позволит новому поколению исследовать состав солнца, как это сделал Хейл.
Совершенно солнечным мартовским днем в Южной Калифорнии волонтер Маунт-Вилсон Кен Эванс открыл купол, чтобы заняться его восстановлением. Эванс, Коне и Моул взволнованно говорили о том, чтобы наблюдать закаты в телескоп и, возможно, устроить вечеринку в честь летнего солнцестояния, если зеркала будут готовы вовремя. Когда Эванс, инженер на пенсии, повернул щель купола лицом к горе Вильсон, группа пожаловалась, что дерево закрыло вид на другие храмы астрономии Хейла вдалеке.
Moule и Polyzoides пожертвовали журналы Хейла, также обнаруженные в подвале, Калтеху. Пишущая машинка и письменный стол Хейла остаются на первом этаже солнечной элегантной библиотеки, мечты книголюба, с барельефом в египетском стиле, изображающим фигуру с луком на колеснице. По словам Моула, древние египтяне, вероятно, интересовали Хейла, потому что они поклонялись солнцу. В подвале есть даже адресованный ему ящик с другим барельефом внутри - следующая тайна Хейла, которую Мул планирует раскрыть. Она описывает свою роль в Солнечной лаборатории Хейла как «смотрительницу маяка».
«К сожалению, солнечная астрономия ушла далеко вперед от технологии этого здания, так что это не что-то регулярное, как и многие маяки не используются для того, для чего они изначально предназначались, - говорит Моул. «Но это важный памятник, а я сторож».
Этот конкретный маяк охраняет телескоп, который когда-то использовал инструмент, погруженный почти на 80 футов в темноту, чтобы разделить солнечный свет с расстояния 93 миллиона миль. А благодаря волонтерам Маунт-Вилсон скоро солнце снова может пронзить космический маяк.
