Три этажа под куполом телескопа в Лаборатории Солнца Хейла в Пасадене, Калифорния. Ржавая винтовая лестница отмечает вершину ямы глубиной почти 80 футов, скрытой деревянной люком в подвальном этаже. Внизу лежит решетка, предназначенная для разделения света на радугу, чтобы позволить ученым изучать макияж солнца. Нынешние владельцы здания не осмеливаются спуститься из-за недостатка кислорода и непроницаемой темноты внизу.
Когда архитекторы Лиз Мул и Стефанос Полизоидес купили обсерваторию в 2006 году, они знали, что покупают кусочек истории. Первоначальный владелец, астроном Джордж Эллери Хейл, создал самые мощные телескопы в мире в первой половине 20-го века, в том числе в обсерватории Маунт-Вилсон, высоко над Пасаденой. Мул, который управляет местной архитектурной фирмой с Polyzoides, считает Хейла «образцовым гражданином» за его влияние на культурный ландшафт Пасадены и гражданскую архитектуру. Солнечная лаборатория Хейла, с ее египетским рельефом солнца, сияющего над входной дверью, большая библиотека на первом этаже, купол телескопа на крыше и зловещая яма в подвале, была частным убежищем Хейла всего в нескольких кварталах к югу от Университет, который он помог основать, Калифорнийский технологический институт.
Люк в решетчатом приборе в Лаборатории Солнечной системы Хейла. (Элизабет Ландау) Мул и Полизоиды не знали, что здание, построенное в 1924 году, было спрятано в астрономических сокровищах. Весь цокольный этаж был завален беспорядком мебели, бумаг и коробок с мусором, когда они приобрели исторический объект (вместе с более современным домом из лепнины перед ним). «Мы думали, что у нас остались вещи, от которых мы только собирались избавиться», - говорит Мул.
В подвале обсерватории Мул и волонтеры с горы Уилсон - Дон Николсон и Ларри Вебстер - обнаружили сотни стеклянных фотопластинок с 1880-х по 1930-е годы, сложенных в коробки в большом деревянном шкафу. Коллекция включает в себя изображения солнечных пятен и протуберанцев Солнца - усиков плазмы, которые выходят из Солнца, - и солнечные спектры или серии линий, представляющих компоненты света, раскрывающие химический состав Солнца. На больших пластинах изображена кратераная луна, окаймленная рябью от урона подвальной водой. Некоторые из тарелок взяты из телескопов Хейла, в то время как другие были явно подарками от удаленных астрономов.
Изображение луны на стеклянной пластинке из коллекции Джорджа Эллери Хейла, найденной в лаборатории Хейла Солнечной. Оно было получено в Обсерватории Лик и датировано 19 июля 1891 года. Белые отметины от повреждения водой. (Изображение предоставлено Институтом науки Карнеги / Дэн Кохне) В общем, в подвале Солнечной лаборатории было спрятано более 1100 пластинок и других артефактов из частной коллекции Хейла, говорит Дэн Коне, который вызвался работать в близлежащем офисе Карнеги-обсерваторий в Пасадене, чтобы провести инвентаризацию находки. Полизоиды и Мул пожертвовали исторические плиты архивам Карнеги.
Эти фотопластинки представляют собой кропотливый способ, которым астрономы привыкли работать: вручную помещать телескоп на объект достаточно долго, чтобы захватить его на стеклянную пластину, покрытую эмульсией, а затем формировать пластинчатую пленку в темной комнате. Первая фотография дагерротипа звезды, отличной от солнца, была сделана в 1850 году Уильямом Крэнчем Бондом, первым директором обсерватории Гарвардского колледжа, который сделал 90-секундную экспозицию Веги. В течение следующих 150 лет ученые каталогизировали Вселенную на этих стеклянных пластинах, толщиной примерно с оконное стекло.
В то время как технологические достижения в области фотографии, наведения телескопа и вычислительной техники в значительной степени сделали устаревшее наблюдение с помощью пластин на небе, изучение стеклянных пластин было тем, как астрономы достигли исторических открытий, таких как существование галактик за пределами Млечного пути и тот факт, что сама ткань вселенной расширяется во всех направлениях.
**********
Исторические плиты - это не просто реликвии. Они представляют собой запись неба в определенные моменты прошлого, которые никогда не могут быть пересмотрены, даже с самыми мощными космическими обсерваториями. Сегодня самые совершенные телескопы человечества могут обнаруживать отдаленные объекты, которые периодически осветляются, тускнеют, появляются и исчезают из поля зрения. Например, космический телескоп Gaia Европейского космического агентства (ESA) собирает самые полные звездные карты. Некоторые из объектов, которые претерпевают изменения прямо сейчас, могли также изменяться в конце 19-го и начале-середине 20-го веков, и они могли быть захвачены на стеклянных пластинах телескопа.
Поскольку астрономы стремятся рассказать более полные истории о том, как небесные объекты развиваются с течением времени, эти пыльные старые пластины могут оказаться еще более актуальными.
«Мы не путешественники во времени, не так ли?» - говорит Майкл Кастелаз, доцент кафедры физики в Бревард-колледже в Северной Каролине. «Так как же вам вернуться в прошлое, чтобы исследовать ночное небо, кроме как с данными, которые у нас уже есть?»
Энни Дж. Кэннон была куратором фотографий в обсерватории Гарвардского колледжа, и ей было поручено заботиться о 300 000 фотографических пластин звезд, сделанных астрономами Гарварда. (Bettmann / Getty Images) По некоторым оценкам, только в США профессиональными астрономами изготовлено более 2 миллионов стеклянных пластин. Во всем мире, вероятно, их более 10 миллионов, говорит Рене Худек из Академии наук Чешской Республики в Ондрейове, в том числе многие, которые все еще могут скрываться в неожиданных местах. Хотя онлайн-база данных насчитывает более 2, 5 миллионов пластинок из более чем 570 архивов, по-настоящему полного списка нет. Посетив более 70 табличных архивов, Хадек сообщает, что некоторые репозитории хорошо хранятся и каталогизируются, но другие представляют собой «печальный опыт» с небольшим финансированием и некому управлять ими.
В Гарварде, который считается самой большой коллекцией в мире, хранится около 550 000 пластинок, включая изображения, которые когда-то анализировали такие светила, как Генриетта Сванн Ливитт и Энни Джамп Кэннон. Как рассказывает Дава Собель в «Стеклянной вселенной»: как дамы из Гарвардской обсерватории приняли меры по измерению звезд, женские «компьютеры», такие как Ливитт и Кэннон, не только классифицировали и каталогизировали тысячи звезд с пластин телескопа, но и сделали прорывные открытия, которые сообщают наш взгляд на космос сегодня. Эдвард Пикеринг, директор обсерватории, которая наняла этих женщин, писал в 1890 году: «Во многих целях фотографии занимают место самих звезд, и открытия подтверждаются, а ошибки исправляются дневным светом с помощью увеличительного стекла, а не ночью с помощью телескопа. «.
Коллекция Хейла из подвала Солнечной лаборатории объединяла более 200 000 тарелок, размещенных обсерваториями Карнеги, включая тарелку «VAR!» 1923 года, которая убедила Эдвина Хаббла в том, что Андромеда - это отдельная галактика от Млечного Пути. 40-дюймовый телескоп Yerkes, 60-дюймовый Mount Wilson, 100-дюймовый Mount Wilson и 200-дюймовый Palomar - все проекты Хейла по очереди получают звание «крупнейшего в мире телескопа». Их результаты хранятся в ящики за короткой черной дверью в хранилище в подвале главного офисного здания обсерваторий Карнеги в Пасадене.
В ночь с 5 на 6 октября 1923 года астроном Карнеги Эдвин Хаббл взял тарелку галактики Андромеды (Мессье 31) с помощью 100-дюймового телескопа Хукер обсерватории Маунт-Вильсон. Буква «N» на табличке, которая была вычеркнута и заменена на «VAR!» указывает на то, что Хаббл первоначально думал, что объект является новой, но затем понял, что это на самом деле переменная звезда Цефеиды. Хаббл смог использовать переменную звезду, чтобы вычислить расстояние до Андромеды, и это, без сомнения, показало, что на самом деле это была отдельная галактика от нашей. (Предоставлено обсерваториями Карнеги, Научный институт Карнеги) Дальше, Институт астрономических исследований Pisgah в Северной Каролине (PARI) имеет около 350 000 наименований, включая пластины, а также пленки и другие данные. Эти телескопические пластины в основном поступают из Соединенных Штатов и Канады, из университетов и других учреждений, которые не имеют места для своих коллекций, а также из-за обнаруженных случайно в «14 мешках с газонами и листьями» в чьем-то гараже, говорит Кастелаз, который раньше был научным руководителем PARI. «Я мог бы жить в этом хранилище. Это так увлекательно ».
В 2015 году Хольгер Петерсон наткнулся на коробки с примерно 300 тарелками, когда он пошел в подвал, чтобы приготовить чай в Институте Нильса Бора в Копенгагене. Некоторые из артефактов были четко идентифицированы: экспозиция 1950 года с телескопа Паломара Самюэля Ошина, показывающая большое количество галактик, и копия с экспедиции солнечного затмения 1919 года в Собрал, Бразилия, которая помогла подтвердить теорию общей относительности Эйнштейна. (Эйнштейн предсказал, что гравитация Солнца должна согнуть ткань пространства вокруг него, поэтому положение фоновых звезд изменится с нашей точки зрения, когда Луна блокирует Солнце во время полного солнечного затмения. Измерения на стеклянных пластинах использовались, чтобы подтвердить это.) Но для многих табличек из этой коллекции, которые сейчас находятся в Копенгагенском университете, детали разоблачений утеряны, говорит Петерсон в электронном письме.
Кроме того, в Европе в настоящее время в архиве фотографических пластинок для астрономического использования (APPLAUSE) насчитывается около 85 000 пластинок из пяти институтов Германии и Эстонии. Основные моменты включают пластины от Ejnar Hertzsprung, который помог показать связь между звездной температурой и внутренней яркостью, и Karl Schwarzschild, который сыграл важную роль в разработке математических описаний черных дыр.
Стеклянная фотопластинка галактики Андромеды, сделанная в 1965 году в обсерватории Карла Шварцшильда. (Джей Беннетт) В Аргентине в архиве пластин в обсерватории Кордовы хранятся некоторые из первых фотографий звезд в южном полушарии с около 20 000 фотографий и спектров на пластинах, датируемых 1893-1983 гг. Ситуация с пластинами в Азии и Африке изучена не так тщательно. Худек посетил различные места в Китае с пластинами и оценил, что приблизительно 40 000 были собраны и оцифрованы. По его словам, обсерватория Босша в Индонезии имеет около 20 000 тарелок. Около 19 000 пластинок, снятых на британском телескопе Шмидта в Австралии, хранятся в Эдинбурге, Шотландия, говорит Дэвид Малин, фотограф из Англо-Австралийской обсерватории. Англо-австралийский телескоп в Сайдинг-Спринге хранит менее 3000 пластинок, которые были там взяты, в то время как другие планшеты, вероятно, остаются у наблюдателей, которые никогда не передавали их в коллекции обсерватории.
**********
С начала 1990-х годов профессиональные астрономы отказались от практики съемки небесных изображений на стекле в пользу использования цифровых методов, которые более быстры и позволяют проводить более сложный вычислительный анализ. Изобретение устройств с зарядовой связью (CCD), которые также позволяют использовать камеры для смартфонов, произвело революцию в астрономических наблюдениях. Такие простые методы, как «увеличение» в цифровом виде и повышение контрастности на компьютере, являются мощными инструментами для изучения далеких, слабых объектов.
Но исторические записи неба имеют несколько уровней ценности. В целях сохранения культуры на пластинах телескопа заключен процесс, с помощью которого знания были когда-то приобретены, и отражается состояние науки при их использовании. В течение примерно 150 лет, но не дольше, астрономические данные записывались на стекле.
«Знание о прекурсорах во многих отношениях является чем-то, что даже информирует нас о том, как мы сейчас занимаемся астрономией, поэтому мы не должны забывать», - говорит Гарри Энке из Института астрофизики им. Лейбница в Потсдаме, Германия, одного из лидеров сотрудничества APPLAUSE.
Фотоснимок бромида с фотографиями рабочих во время строительства 100-дюймового отражающего телескопа Hooker в Маунт-Уилсон, Калифорния. Обсерватория была основана в 1904 году астрономом Джорджем Эллери Хейлом, а 100-дюймовый телескоп был установлен в обсерватории в 1917 году. Телескоп Хукера был самым большим телескопом в мире, когда он был построен, и оставался таковым до 1948 года. Библиотека изображений общества / Getty Images) Астрономы могут даже использовать исторические записи, чтобы делать открытия сегодня. Хотя для развития многих космических процессов требуются миллиарды лет, «преходящие» объекты на небе, такие как взрывающиеся звезды, называемые сверхновыми, заметно меняются в течение периодов от недель до лет. Переменные звезды периодически осветляются и тускнеют, и можно использовать пластины, чтобы определить, является ли этот период постоянным или нет. В 2016 году один астроном даже использовал архив Карнеги, чтобы указать на свидетельство существования экзопланет в звездном спектре 1917 года - пластина, сделанная примерно за 75 лет до того, как кто-нибудь обнаружит планеты за пределами нашей солнечной системы.
«Наше небо движется очень медленно для наших человеческих чувств времени», - говорит Энке. «Современной астрономии и современным приборам с ПЗС-матрицами и т. Д. Этому едва исполнилось 40 лет. Если вы можете добавить еще сто лет к этому, это здорово.
Изучение черных дыр - одна из причин, по которой Джонатан Гриндлей из Гарварда заинтересовался оцифровкой старых пластинок. Он является главным исследователем масштабной работы по оцифровке планшетов под названием DASCH, Цифровой доступ к Sky Century @ Harvard.
Астроном Уолтер Сидни Адамс у входа в Солнечную лабораторию Хейла в 1946 году. (Фото Эдисона Хоге. Фото любезно предоставлено Институтом науки Карнеги в Библиотеке Хантингтона, Сан-Марино, Калифорния). Когда подобная солнцу звезда и черная дыра «звездной массы» - обычно в семь раз больше массы Солнца - вращаются вокруг общего центра тяжести, звезда обеспечивает устойчивый поток вещества, оторванный черной дырой. Но вместо того, чтобы попасть 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 в оптическом и рентгеновском свете. DASCH предоставляет первые записи об этих редких вспышках за более чем столетний период, позволяя ученым измерить, как долго они видны и сколько вспышек происходит по небу.
**********
В мире существует гораздо больше телескопических пластин, чем их цифровых версий, и финансовая поддержка оцифровки и детальной каталогизации ограничена. Группа чешских астрономов во главе с Худеком посетила Карнеги, ПАРИ, Йеркес, Лик, Маунт-Паломар и девять других крупных населенных пунктов США с 2008 по 2012 годы, чтобы охватить исторические предложения пластин. Они обнаружили, что в некоторых архивах не было должного хранения или даже были поврежденные пластины. Они протестировали переносное сканирующее устройство и рекомендуют учреждениям сканировать и каталогизировать свои сокровища. На данный момент группа Hudec создала около 50 000 сканирований пластин по всему миру.
Коллекция стеклянных пластин с 1909 по 1922 год захватывает Луну в разные фазы. (Институт Нильса Бора, Университет Копенгагена) DASCH удалось оцифровать около 350 000 пластин Гарварда, которые доступны для поиска в Интернете, и планирует получить до 450 000 фотографий к октябрю 2020 года. Последние 100 000 пластин являются звездными спектрами, которые, хотя и интересны, не сканируются, поскольку только прямые изображения могут показывать визуальные изменения яркости с течением времени. Весь процесс очистки и сканирования «похож на хореографический балет», - говорит Гриндли. В Европе APPLAUSE также оцифровывает свои планшеты, черпая вдохновение из DASCH в некоторых своих методах, но используя коммерческие сканеры вместо пользовательских устройств.
Предприятие по оцифровке вызвало споры, когда некоторые историки возразили, что в процессе сканирования оригинальные маркировки на пластинах будут удалены, говорит Гриндли. С одной стороны, если 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 2016 года, проведенное DASCH, показало, что многие астрономы и историки одинаково ценят аннотации на пластинах и их обложках, но также считают, что фотографирования или сканирования этих отметок перед их очисткой достаточно для сохранения, если только табличка не имеет особого значения в истории астрономии., DASCH следует этому протоколу, фотографируя перед чисткой все оригинальные маркировки, в том числе на крышке планшета. Оригинальные аннотации сохранены на самых ценных листах, таких как сделанные Генриеттой Свон Ливитт, «из уважения к историкам», говорит Гриндли.
Даже увлеченные архивариусы, такие как Гриндли, соглашаются с тем, что, как только планшет будет отсканирован и каталогизирован, больше ничего нельзя узнать из физического объекта, который невозможно получить из цифровой копии с высоким разрешением и фотографии аннотаций. Тем не менее, говорит Гриндли, «оригинальные пластинки являются окончательной записью и должны быть полностью сохранены, как они были в обсерватории Гарвардского колледжа».
Купол телескопа установлен на Лаборатории Солнца в Хейле на этой фотографии, датированной 18 ноября 1924 года. (Изображение предоставлено Обсерваториями Научно-исследовательского фонда Карнеги в Библиотеке Хантингтона, Сан-Марино, Калифорния) Для Коне тарелки сродни произведениям искусства. Большая часть архивов в офисе обсерватории Карнеги в Пасадене, в том числе добыча из подвала пары архитекторов, представляет «студии» Хейла, так как картина, выполненная в мастерской Рафаэля другим художником, будет зачислена в мастерскую знаменитого художника. Помимо того, что они были учеными, операторы 20-го телескопа были искусными ремесленниками.
«Они улавливают световые лучи, которые путешествовали тысячи и миллионы световых лет, и отражают негатив негативно, - говорит Коне. «В истории фотографии она должна быть как-то там».
**********
Знаменитый телескоп Солнечной лаборатории Хейла в Пасадене не останется бездействующим. Добровольная команда Маунт Уилсон работает над алюминированием зеркал, чтобы телескоп мог четко проецировать солнце на смотровую площадку в подвале. Они планируют, чтобы местные студенты также научились использовать телескоп для наблюдения за Солнцем. В конце концов, Мул надеется, что команда сможет заставить дифракционную решетку на дне ямы работать снова или установить новую, что позволит новому поколению исследовать состав Солнца, как это сделал Хейл.
В мартовский солнечный день в Южной Калифорнии волонтер Маунт-Уилсон Кен Эванс открыл купол, чтобы заняться его реставрацией. Эванс, Коне и Мул взволнованно говорили о том, чтобы наблюдать за закатами через телескоп и, возможно, устроить вечеринку летнего солнцестояния, если зеркала готовы вовремя. Когда Эванс, отставной инженер, повернул щель купола лицом к горе Уилсон, группа пожаловалась, что дерево перекрыло вид других храмовых астрономических храмов Хейла на расстоянии.
Библиотека в лаборатории Хейла Солнечной. (Лиз Моул / Стефанос Полизоидес) Мул и Полизоиды пожертвовали Калтеху дневники Хейла, также обнаруженные в подвале. Пишущая машинка и письменный стол Хейла остаются на первом этаже в солнечной элегантной библиотеке, мечте любителя книг, с египетским барельефом фигуры с луком на колеснице. Мул говорит, что древние египтяне интересовали Хейла, потому что они поклонялись солнцу. Есть даже ящик в подвале, адресованный ему, с другим барельефом внутри - следующая загадка Хейла, которую Мул планирует разгадать. Она описывает свою роль в Солнечной лаборатории Хейла как «хранитель маяка».
«К сожалению, солнечная астрономия отошла от технологии этого здания, поэтому она не является чем-то вроде регулярного использования, так как многие маяки не используются для того, для чего они изначально предназначались», - говорит Мул. «Но это важный памятник, и я сторож».
Этот конкретный маяк охраняет телескоп, который когда-то использовал инструмент, погруженный почти на 80 футов в темноте, чтобы разделить солнечный свет на расстоянии 93 миллионов миль. И благодаря волонтерам Маунт-Уилсон, солнце может скоро снова пробиться через космический маяк.
Лиз Моул и Дэн Коне в куполе телескопа в Солнечной лаборатории Хейла 27 марта 2019 года. (Элизабет Ландау)
