Tre historier under teleskopkuppelen ved Hale Solar Laboratory i Pasadena, California, markerer en rusten spiraltrapp toppen av en nesten 80 fot dyp grop, skjult av en trelåpningsdør i kjelleretasjen. I bunnen ligger et gitter som er ment å dele lys i en regnbue for å la forskere studere solens sminke. Bygningens nåværende eiere tør ikke stige ned, avskrekket av mangel på oksygen og ugjennomtrengelig mørke nedenfor.
Da arkitektene Liz Moule og Stefanos Polyzoides kjøpte observatoriet i 2006, visste de at de kjøpte et stykke historie. Den opprinnelige eieren, astronom George Ellery Hale, etablerte verdens kraftigste teleskoper i første halvdel av 1900-tallet, inkludert ved Mount Wilson Observatory, høyt over Pasadena. Moule, som driver et lokalt arkitektfirma med Polyzoides, anser Hale som "en modellborger" for sin innflytelse på Pasadena kulturlandskap og samfunnsarkitektur. Hale Solar Laboratory, med sin egyptiske stil avlastning av solen som strålte ned over inngangsdøren, storslåtte bibliotek i første etasje, teleskopkuppel på taket og illevarslende grop i kjelleren, var Hales private tilflukt bare noen kvartaler sør for universitetet han hjalp til med, California Institute of Technology.
Inngangsdøren til gitterinstrumentet på Hale Solar Laboratory. (Elizabeth Landau) Moule og Polyzoides ante ikke at bygningen, konstruert i 1924, kom med skjulte astronomiske skatter. Hele kjelleren var et uoversiktlig rot av møbler, papirer og esker med søppel da de kjøpte det historiske anlegget (sammen med det mer moderne stukkaturhuset foran det). "Vi trodde at vi satt igjen med ting vi bare skulle bli kvitt, " sier Moule.
I observatoriets kjeller oppdaget Moule og frivillige fra Mount Wilson — Don Nicholson og Larry Webster - hundrevis av fotografiske glassplater fra 1880-30-årene stablet i kasser i et stort trekabinett. Samlingen inneholder bilder av solflekker og fremtredende solenergier - plasma av kvinner som slanger ut fra solen - og solspektre, eller serier med linjer som representerer komponenter i lys, som avslører solens kjemiske sammensetning. Større plater skildrer den kraterformede månen, kantet med krusninger fra vannskadene i kjelleren. Noen av platene er fra Hales teleskoper, mens andre tydelig var gaver fra fjerntliggende astronomer.
Et bilde av månen på en glassplate fra samlingen til George Ellery Hale, funnet i Hale Solar Laboratory. Den ble tatt på Lick Observatory og datert 19. juli 1891. De hvite markeringene er fra vannskader. (Bilde med tillatelse fra Carnegie Institution for Science / Dan Kohne) Alt i alt var det mer enn 1100 plater og andre gjenstander fra Hales private samling gjemt i sollaboratoriets kjeller, sier Dan Kohne, som meldte seg frivillig med det nærliggende Carnegie Observatories 'Pasadena-kontor for å inventar finne. Polyzoides og Moule donerte de historiske platene til Carnegie-arkivene.
Disse fotografiske platene representerer den møysommelige måten astronomer pleide å jobbe på, og plasserte håndteleskopet på et objekt lenge nok til å fange det på en glassplate belagt med emulsjon og deretter utvikle platen som film i et mørkerom. Det første daguerreotype-fotografiet av en annen stjerne enn solen ble tatt i 1850 av William Cranch Bond, den første direktøren for Harvard College Observatory, som gjorde 90 sekunders eksponering av Vega. I løpet av de neste 150 årene katalogiserte forskere universet på disse glassplatene, omtrent like tykke som en vindusrute.
Mens teknologiske fremskritt innen fotografering, teleskopveiledning og databehandling i stor grad har gjort platebasert skywatching foreldet, var det å studere glassplater hvordan astronomer nådde historiske avsløringer, som eksistensen av galakser utenfor Melkeveien og det faktum at selve stoffet i universet er utvides i alle retninger.
**********
Historiske plater er ikke bare relikvier. De representerer en oversikt over himmelen på bestemte øyeblikk i fortiden som aldri kan gjenopptas - ikke engang med de kraftigste romobservatoriene. I dag kan menneskehetens mest avanserte teleskoper avsløre fjerne objekter som med jevne mellomrom lyser, dunker og popper inn og utenfor synet. Det europeiske romfartsorganets (ESA) romteleskop, for eksempel, samler de mest komplette stjernekartene ennå. Noen av gjenstandene som går gjennom endringer akkurat nå, kunne også ha variert på slutten av 1800- og tidlig til midten av 1900-tallet, og de kan ha blitt fanget på glass-teleskopplater.
Når astronomer prøver å fortelle mer komplette historier om hvordan himmelobjekter utvikler seg over tid, kan disse støvete gamle platene vise seg desto mer relevante.
”Vi er ikke tidreisende, er vi?” Sier Michael Castelaz, førsteamanuensis i fysikk ved Brevard College i North Carolina. "Så hvordan går du noen gang tilbake i tid for å undersøke nattehimmelen, bortsett fra med dataene vi allerede har?"
Annie J. Cannon var kurator for fotografier ved Harvard College Observatory, som var tiltalt for stell av noen 300 000 fotografiske plater av stjerner laget av Harvard-astronomer. (Bettmann / Getty Images) Etter noen estimater er det mer enn 2 millioner glassplater laget av profesjonelle astronomer i USA alene. Over hele verden er det sannsynligvis mer enn 10 millioner, sier Rene Hudec fra Academy of Sciences of the Czech Republic i Ondrejov, inkludert mange som fremdeles kan gjemme seg på uventede steder. Selv om det finnes en online database med over 2, 5 millioner plater fra mer enn 570 arkiver, er det ingen virkelig omfattende liste. Etter å ha besøkt mer enn 70 platearkiver selv, rapporterer Hudec at noen depoter er godt bevart og katalogisert, men andre er en "trist opplevelse" med lite finansiering og ingen som administrerer dem.
Harvard, som antas å huse den største samlingen i verden, har noen 550 000 plater, inkludert bilder en gang er analysert av slike armaturer som Henrietta Swann Leavitt og Annie Jump Cannon. Som Dava Sobel kronikker i Glassuniverset: Hvordan Ladies of the Harvard Observatory tok mål av stjernene, kvinnelige "datamaskiner" som Leavitt og Cannon klassifiserte og katalogiserte ikke bare tusenvis av stjerner fra teleskopplatene, men gjorde også banebrytende funn som informerer vårt syn på kosmos i dag. Edward Pickering, direktør for observatoriet som ansatt disse kvinnene, skrev i 1890: “Fotografene tar i mange tilfeller sted for stjernene selv, og funn blir bekreftet og feil korrigert med dagslys med et forstørrelsesglass i stedet for om natten med et teleskop .”
Hales samling fra Solar Laboratory-kjelleren sluttet seg til mer enn 200 000 plater plassert av Carnegie Observatories, inkludert “VAR!” -Platen fra 1923, som overbeviste Edwin Hubble om at Andromeda er en egen galakse fra Melkeveien. Yerkes 40-tommers teleskop, Mount Wilson 60-tommers, Mount Wilson 100-tommers og Palomar 200-tommers, alle Hales prosjekter, har hver tur tatt glede av tittelen ”verdens største teleskop.” Resultatene deres er lagret i skuffer bak en kort svart hvelvdør i kjelleren i Carnegie Observatories 'hovedkontorbygning i Pasadena.
Natt til 5-6 oktober 1923 tok Carnegie-astronom Edwin Hubble en plate av Andromeda-galaksen (Messier 31) med Hooker 100-tommers teleskop fra Mount Wilson Observatory. "N" på platen som ble krysset ut og erstattet med "VAR!" indikerer at Hubble opprinnelig trodde at et objekt var en nova, men så innså at det faktisk var en Cepheid-variabel stjerne. Hubble var i stand til å bruke den variable stjernen til å beregne avstanden til Andromeda, og avslørte uten tvil at det faktisk var en egen galakse fra vår egen. (Courtesy Carnegie Observatories, Carnegie Institution for Science) Lenger borte har North Carolina Pisgah Astronomical Research Institute (PARI) rundt 350 000 artikler inkludert plater, samt film og andre data. Disse teleskopplatene kommer stort sett fra USA og Canada, fra universiteter og andre institusjoner som ikke hadde plass til samlingene sine, så vel som de som ble avdekket ved et uhell i “14 plen-og-løvposer” i noens garasje, sier Castelaz, som tidligere var vitenskapssjef for PARI. ”Jeg kunne leve i det tallerkenhvelvet. Det er så spennende."
I 2015 snublet Holger Peterson over esker som inneholder rundt 300 tallerkener da han gikk i kjelleren for å lage te på Niels Bohr-instituttet i København. Noen av gjenstandene var tydelig identifiserbare: en eksponering fra Palomar Samuel Oschin-teleskopet fra 1950 som viste et stort antall galakser, og en kopi-plate fra solformørkelsesekspedisjonen fra 1919 til Sobral, Brasil, som bidro til å bekrefte Einsteins teori om generell relativitet. (Einstein spådde at solens tyngdekraft skulle bøye stoffet i rommet rundt seg, slik at bakgrunnsstjernens posisjoner ville skifte fra vårt perspektiv når månen blokkerer solen under en total solformørkelse. Målinger på glassplater ble brukt for å bekrefte dette.) Men for mange plater i denne samlingen, som nå ligger ved Københavns universitet, har detaljene om eksponeringene gått tapt, sier Peterson i en e-post.
Også i Europa omfatter Archives of Photographic Plates for Astronomical USE (APPLAUSE) for tiden rundt 85 000 plater fra fem institutter i Tyskland og Estland. Høydepunkter inkluderer plater fra Ejnar Hertzsprung, som var med på å vise forholdet mellom stjernetemperatur og egen lysstyrke, og Karl Schwarzschild, som var medvirkende til å utvikle matematiske beskrivelser av sorte hull.
En fotografisk glassplate av Andromeda-galaksen, tatt på Karl Schwarzschild-observatoriet i 1965. (Jay Bennett) I Argentina huser tallerkenarkivet på Cordoba Observatory noen av de første fotografiene av stjerner på den sørlige halvkule med rundt 20 000 fotografier og spektre på tallerkener fra 1893 til 1983. Platesituasjonene i Asia og Afrika har ikke blitt undersøkt så grundig. Hudec har besøkt forskjellige steder i Kina med plater og anslår at rundt 40 000 både er samlet og digitalisert. Bosscha-observatoriet i Indonesia har i tillegg rundt 20 000 plater, sier han. Rundt 19.000 plater tatt ved det britiske Schmidt-teleskopet i Australia er lagret i Edinburgh, Skottland, sier David Malin, en fotografforsker ved Anglo-Australian Observatory. Det anglo-australske teleskopet i Siding Spring beholder under 3000 plater som ble tatt der, mens andre plater trolig blir igjen hos observatører som aldri overleverte dem til observatoriets samlinger.
**********
Fra begynnelsen av 1990-tallet forlot profesjonelle astronomer praksisen med å ta himmelsk bilder på glass til fordel for å bruke digitale metoder som både er raskere og gir mulighet for mer sofistikert beregningsanalyse. Oppfinnelsen av ladede koblingsenheter (CCD), som også muliggjør smarttelefonkameraer, har revolusjonert astronomiske observasjoner. Teknikker så enkle som å "zoome inn" digitalt og øke kontrasten på en datamaskin er kraftige verktøy for å studere fjerne, svake objekter.
Men historiske poster over himmelen har flere verdisjikt. Som et spørsmål om kulturell bevaring innkapsler teleskopplater prosessen som kunnskap en gang ble tilegnet og representerer vitenskapens tilstand da de ble brukt. I omtrent 150 år, men ikke lenger, ble astronomidata registrert på glass.
"Å vite om forgjengerne er på mange måter noe som til og med informerer om hvordan vi gjør astronomi nå, så vi ikke bør glemme, " sier Harry Enke fra Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam i Tyskland, en av lederne for APPLAUSE-samarbeidet.
Et fotografisk trykk av bromid av arbeidere under byggingen av Hooker 100-tommers reflekterende teleskop ved Mount Wilson, California. Observatoriet ble grunnlagt i 1904 av astronomen George Ellery Hale, og det 100-tommers teleskopet ble installert ved observatoriet i 1917. Hooker-teleskopet var det største teleskopet i verden da det ble bygget og forble slik til 1948. (Science & Society Picture Library / Getty Images) Astronomer kan til og med bruke historiske poster for å gjøre funn i dag. Mens mange kosmiske prosesser tar milliarder av år å utvikle seg, endres "forbigående" objekter på himmelen, for eksempel eksploderende stjerner som kalles supernovaer, markant over perioder av uker til år. Variable stjerner lyser og dimmer med jevne mellomrom, og plater kan brukes til å bestemme om denne perioden er konstant eller ikke. I 2016 brukte en astronom til og med Carnegie-arkivet for å påpeke bevis for eksoplaneter i et stjernespektrum fra 1917, en plate laget 75 år før noen skulle oppdage planeter utenfor solsystemet vårt.
"Himmelen vår beveger seg veldig sakte for våre menneskelige følelser av tid, " sier Enke. “Moderne astronomi og moderne instrumenter med CCD-er og så videre, dette er knapt 40 år gammelt. Hvis du kan legge til hundre år til det, er det flott. ”
Studiet av sorte hull er en av grunnene til at Jonathan Grindlay ved Harvard ble interessert i å digitalisere gamle plater. Han er hovedetterforsker for en massiv plate-digitaliseringsinnsats kalt DASCH, Digital Access to a Sky Century @ Harvard.
Astronom Walter Sydney Adams ved inngangen til Hale Solar Laboratory i 1946. (Foto av Edison Hoge / Courtesy of the Carnegie Institution for Science Collection at Huntington Library, San Marino, California) Når en sollignende stjerne og et "stjernemasse" svart hull - typisk syv ganger solens masse - går i bane rundt et felles tyngdepunkt, gir stjernen en jevn strøm av materie som blir dratt bort av det svarte hullet. Men i stedet for å falle direkte inn i det sorte hullet, hoper materialet seg opp i en akkresjonsskive rundt det sorte hullet først. Etter omtrent 30 til 60 år blir disken ustabil, og det sorte hullet sluker noe av det akkumulerte materialet, noe som resulterer i et veldig lyst utbrudd i optisk lys og røntgenlys. DASCH gir den første helhimmelen fra mer enn et århundre av disse sjeldne utbruddene, slik at forskere kan måle hvor lenge de er synlige og hvor mange blitz som oppstår over himmelen.
**********
Mange flere teleskopplater finnes i verden enn det finnes digitale versjoner av dem, og økonomisk støtte til digitalisering og detaljert katalogisering er begrenset. En gruppe tsjekkiske astronomer ledet av Hudec besøkte Carnegie, PARI, Yerkes, Lick, Mount Palomar og ni andre store amerikanske lokasjoner fra 2008 til 2012 for å omfatte tilbudet om historiske tallerkener. De fant ut at noen arkiver ikke hadde lagret riktig eller at de til og med hadde skadet plater. De testet ut en transportabel skanneenhet og anbefaler at institusjoner skanner og katalogiserer skattene sine. Så langt har Hudecs gruppe laget rundt 50 000 platescanninger over hele verden.
En samling av glassplater fra 1909 til 1922 fanger månen i forskjellige faser. (Niels Bohr-instituttet, Københavns Universitet) DASCH har klart å digitalisere rundt 350 000 av Harvards plater, som alle er søkbare på nettet, og planlegger å komme til totalt 450 000 fotografier innen oktober 2020. De siste 100 000 platene er stjernespektre som, selv om de også er interessante, ikke skannes fordi bare de direkte bildene kan vise visuelle endringer i lysstyrke over tid. Hele prosessen med rengjøring og skanning er "som en koreografert ballett, " sier Grindlay. I Europa digitaliserer APPLAUSE også platene sine, henter inspirasjon fra DASCH i noen av sine metoder, men bruker kommersielle skannere i stedet for skreddersydde enheter.
Digitaliseringsbedriften vekket kontrovers når noen historikere satte seg i tanken om at originale markeringer på platene ville bli renset av i skanneprosessen, sier Grindlay. Fra et perspektiv, hvis en astronom fra fortiden tegnet en sirkel rundt et objekt av interesse, kan rengjøring av platen avsløre flere stjerner som gjemmer seg bak kurven. Men markeringene er også en oversikt over den vitenskapelige prosessen. En studie fra 2016 som DASCH ble bedt om, fant at mange astronomer og historikere verdsetter merknadene på platene og dekslene deres, men mener også at å fotografere eller skanne disse markeringene før du renser dem, er tilstrekkelig for bevaring, med mindre platen er spesielt viktig i astronomiens historie . DASCH følger denne protokollen, og fotograferer alle originale markeringer, inkludert på platens “jakke” -deksel, før rengjøring. De opprinnelige merknadene er lagret på de mest verdifulle platene, for eksempel de som er laget av Henrietta Swan Leavitt, "i respekt for historikere, " sier Grindlay.
Selv lidenskapelige arkivister som Grindlay er enige om at når en plate er skannet og katalogisert ordentlig, er det ingenting mer man kan lære av det fysiske objektet som ikke kan oppnås fra en høyoppløselig digital kopi og et fotografi av merknadene. Likevel, sier Grindlay, "de originale platene er den ypperste plata og må bevares fullt ut, slik de har vært på Harvard College Observatory."
Teleskopkuppelen er installert på Hale Solar Laboratory på dette bildet datert 18. november 1924. (Bild med tillatelse av observatoriene til Carnegie Institution for Science Collection på Huntington Library, San Marino, California) For Kohne er platene i likhet med kunstverk. Mye av arkivene på Pasadena's Carnegie Observatories-kontor, inkludert tyvegods fra arkitektparets kjeller, representerer Hales “studioer”, slik et maleri som ble gjort i Raphaels verksted av en annen kunstner, vil bli kreditert studioet til den berømte maleren. I tillegg til å være forskere, var 20. teleskopoperatører dyktige håndverkere.
"De fanger lysstrålene som har vært på reise i tusenvis og millioner lysår, og får det negativt utsatt for, " sier Kohne. "I fotograferingens historie skal den være der inne."
**********
Hales ikoniske Solar Laboratory-teleskop i Pasadena vil ikke forbli sovende. Et frivillig mannskap fra Mount Wilson jobber med å aluminisere speilene slik at teleskopet tydelig kan projisere solen på et visningsområde i kjelleren. De planlegger å la lokale studenter også lære å bruke teleskopet til solobservasjon. Etter hvert håper Moule at teamet kan få diffraksjonsgitteret i bunnen av gropen til å fungere igjen, eller installere en ny, slik at en ny generasjon kan undersøke solens sammensetning slik Hale gjorde.
På en perfekt solrik Sør-California-dag i mars, åpnet Mount Wilson-frivilligheten Ken Evans kuppelen for å jobbe med restaureringen. Evans, Kohne og Moule snakket spent om å se solnedganger gjennom teleskopet og kanskje ha en sommersolvervfest, hvis speilene er klare i tide. Da Evans, en pensjonert ingeniør, roterte kuppelens spalte for å møte Wilson-fjellet, klaget gruppen over at et tre blokkerte utsikten over Hales andre astronomitempel i det fjerne.
Biblioteket på Hale Solar Laboratory. (Liz Moule / Stefanos Polyzoides) Moule og Polyzoides har gitt Hales tidsskrifter, også oppdaget i kjelleren, til Caltech. Hales skrivemaskin og skrivebord forblir i første etasje i det solfylte, elegante biblioteket, en bokloverdrøm, med en egyptisk bas-relieff av en skikkelse som holder en bue på en stridsvogn. De gamle egypterne interesserte sannsynligvis Hale fordi de tilbad solen, sier Moule. Det er til og med en kasse i kjelleren adressert til ham med en annen basavlastning inne - det neste Hale-mysteriet Moule planlegger å takle. Hun beskriver sin rolle ved Hales Solar Laboratory som "fyrvokter."
"Dessverre har solastronomi flyttet seg forbi teknologien til bygningen, så det er ikke noe som brukes regelmessig, på den måten at mange fyrtårn ikke blir brukt til det de opprinnelig var ment for, " sier Moule. "Men det er et viktig monument, og jeg er en vaktmester."
Dette bestemte fyret vokter et teleskop som en gang brukte et instrument kastet nesten 80 fot i mørket for å dele sollys fra 93 millioner miles away. Og takket være Mount Wilson-frivillige, kan sola snart strømme gjennom det kosmiske fyret igjen.
Liz Moule og Dan Kohne i teleskopkuppelen ved Hale Solar Laboratory 27. mars 2019. (Elizabeth Landau)
