Drie verdiepingen onder de telescoopkoepel van het Hale Solar Laboratory in Pasadena, Californië, markeert een roestige wenteltrap de top van een bijna 80 voet diepe put, verborgen door een houten valluik in de kelderverdieping. Aan de onderkant ligt een rooster bedoeld om licht in een regenboog te splitsen, zodat wetenschappers de make-up van de zon kunnen bestuderen. De huidige eigenaren van het gebouw durven niet af te dalen, afgeschrikt door het gebrek aan zuurstof en ondoordringbare duisternis beneden.
Toen architecten Liz Moule en Stefanos Polyzoides het observatorium in 2006 kochten, wisten ze dat ze een stukje geschiedenis kochten. De oorspronkelijke eigenaar, astronoom George Ellery Hale, richtte 's werelds krachtigste telescopen in de eerste helft van de 20e eeuw, waaronder op Mount Wilson Observatory, hoog boven Pasadena. Moule, die samen met Polyzoides een lokaal architectenbureau runt, beschouwt Hale als een 'modelburger' voor zijn invloed op het culturele landschap en de burgerlijke architectuur van Pasadena. Het Hale Solar Laboratory, met zijn reliëf in Egyptische stijl van de zon die over de voordeur naar beneden schijnt, een grote bibliotheek op de eerste verdieping, een telescoopkoepel op het dak en een onheilspellende put in de kelder, was Hale's privé-toevluchtsoord slechts een paar blokken ten zuiden van de universiteit die hij heeft helpen vinden, het California Institute of Technology.
Het luik naar het raspinstrument in het Hale Solar Laboratory. (Elizabeth Landau) Moule en Polyzoides hadden geen idee dat het gebouw, gebouwd in 1924, met verborgen astronomische schatten kwam. De hele kelder was een rommelige puinhoop van meubels, papieren en dozen met rommel toen ze de historische faciliteit kochten (samen met het modernere stucwerkhuis ervoor). "We dachten dat we waren achtergebleven met dingen die we net kwijt zouden raken", zegt Moule.
In de kelder van het observatorium ontdekten Moule en vrijwilligers van Mount Wilson - Don Nicholson en Larry Webster - honderden glazen fotografische platen uit de jaren 1880 tot 1930 gestapeld in dozen in een grote houten kast. De collectie bevat afbeeldingen van zonnevlekken en zonne-uitsteeksels - ranken van plasma die uit de zon kronkelen - en zonnespectra, of een reeks lijnen die componenten van licht vertegenwoordigen, die de chemische samenstelling van de zon onthullen. Grotere platen tonen de kratermaan, afgezet met rimpelingen door waterschade in de kelder. Sommige platen zijn afkomstig van Hale's telescopen, terwijl andere duidelijk geschenken waren van verre astronomen.
Een afbeelding van de maan op een glazen plaat uit de collectie van George Ellery Hale, gevonden in het Hale Solar Laboratory. Het werd genomen op Lick Observatory en dateerde van 19 juli 1891. De witte aftekeningen zijn van waterschade. (Afbeelding afkomstig van Carnegie Institution for Science / Dan Kohne) Alles bij elkaar waren er meer dan 1.100 borden en andere artefacten uit de privécollectie van Hale verborgen in de kelder van het Solar Laboratory, zegt Dan Kohne, die zich vrijwillig meldde bij het Pasadena-kantoor van Carnegie Observatories om de vondst te inventariseren. Polyzoides en Moule schonken de historische platen aan het Carnegie-archief.
Deze fotografische platen vertegenwoordigen de zorgvuldige manier waarop astronomen werkten, waarbij ze een telescoop lang genoeg met de hand op een object plaatsten om het op een met emulsie beklede glasplaat vast te leggen en vervolgens de plaatachtige film in een donkere kamer ontwikkelden. De eerste daguerreotypie-foto van een andere ster dan de zon werd in 1850 gemaakt door William Cranch Bond, de eerste directeur van het Harvard College Observatory, die een blootstelling van 90 seconden aan Vega maakte. Gedurende ongeveer 150 jaar catalogiseerden wetenschappers het universum op deze glazen platen, ongeveer zo dik als een ruit.
Hoewel technologische vooruitgang in fotografie, telescoopgeleiding en informatica grotendeels op platen gebaseerde skywatching overbodig hebben gemaakt, was het bestuderen van glazen platen hoe astronomen historische onthullingen bereikten, zoals het bestaan van sterrenstelsels voorbij de Melkweg en het feit dat de kern van het universum uitbreiden in alle richtingen.
**********
Historische platen zijn niet alleen overblijfselen. Ze vertegenwoordigen een opname van de hemel op bepaalde momenten in het verleden die nooit opnieuw kan worden bezocht - zelfs niet met de krachtigste ruimteobservatoria. Tegenwoordig kunnen de meest geavanceerde telescopen van de mensheid verre objecten onthullen die periodiek oplichten, dimmen en in en uit het oog springen. De Gaia-ruimtetelescoop van het European Space Agency (ESA) is bijvoorbeeld bezig met het samenstellen van de meest complete sterrenkaarten tot nu toe. Sommige van de objecten die nu veranderen, kunnen ook variëren in de late 19e en vroege tot midden 20e eeuw, en ze kunnen zijn vastgelegd op glazen telescoopplaten.
Terwijl astronomen vollediger verhalen willen vertellen over hoe hemelse objecten in de loop van de tijd evolueren, kunnen deze stoffige oude platen des te relevanter blijken te zijn.
"We zijn toch geen tijdreizigers?" Zegt Michael Castelaz, universitair hoofddocent natuurkunde aan het Brevard College in North Carolina. "Dus hoe ga je ooit terug in de tijd om de nachtelijke hemel te onderzoeken, behalve met de gegevens die we al hebben?"
Annie J. Cannon was de curator van foto's aan het Harvard College Observatory, belast met de zorg voor ongeveer 300.000 fotografische platen van sterren gemaakt door Harvard-astronomen. (Bettmann / Getty Images) Volgens sommige schattingen zijn er alleen al in de VS meer dan 2 miljoen glazen platen gemaakt door professionele astronomen. Wereldwijd zijn er waarschijnlijk meer dan 10 miljoen, zegt Rene Hudec van de Academie voor Wetenschappen van Tsjechië in Ondrejov, waaronder vele die zich misschien nog op onverwachte plaatsen verbergen. Hoewel er een online database is met meer dan 2, 5 miljoen platen uit meer dan 570 archieven, is er geen echt uitgebreide lijst. Hudec heeft zelf meer dan 70 platenarchieven bezocht en meldt dat sommige repositories goed worden bewaard en gecatalogiseerd, maar anderen zijn een "trieste ervaring" met weinig financiering en niemand om ze te beheren.
Harvard, waarvan wordt gedacht dat het de grootste collectie ter wereld herbergt, heeft ongeveer 550.000 platen, inclusief afbeeldingen die ooit zijn geanalyseerd door armaturen als Henrietta Swann Leavitt en Annie Jump Cannon. Terwijl Dava Sobel in The Glass Universe: 'The Ladies of the Harvard Observatory' de kroniek van de sterren schreef, hebben vrouwelijke 'computers' zoals Leavitt en Cannon niet alleen duizenden sterren uit de telescoopplaten geclassificeerd en gecatalogiseerd, maar ook baanbrekende ontdekkingen gedaan die onze kijk op de kosmos vandaag. Edward Pickering, directeur van het observatorium dat deze vrouwen inhuurde, schreef in 1890: “Voor veel doeleinden nemen de foto's de plaats van de sterren in, en ontdekkingen worden geverifieerd en fouten worden gecorrigeerd door daglicht met een vergrootglas in plaats van 's nachts met een telescoop .”
Hale's collectie uit de kelder van het Solar Laboratory sloot zich aan bij meer dan 200.000 platen van Carnegie Observatories, waaronder de "VAR!" -Plaat uit 1923, die Edwin Hubble ervan overtuigde dat Andromeda een gescheiden melkwegstelsel is van de Melkweg. De Yerkes 40-inch telescoop, de Mount Wilson 60-inch, de Mount Wilson 100-inch en de Palomar 200-inch, alle projecten van Hale, hebben elk om de beurt genoten van de titel van 's werelds grootste telescoop. Hun resultaten zijn opgeslagen in laden achter een korte zwarte kluisdeur in de kelder van het hoofdkantoor van Carnegie Observatories in Pasadena.
In de nacht van 5-6 oktober 1923 nam Carnegie-astronoom Edwin Hubble een plaat van het Andromeda-sterrenstelsel (Messier 31) met de Hooker 100-inch telescoop van Mount Wilson Observatory. De "N" op de doorgestreepte plaat en vervangen door "VAR!" geeft aan dat Hubble oorspronkelijk dacht dat een object een nova was, maar toen besefte dat het in feite een variabele ster van Cepheid was. Hubble was in staat om de variabele ster te gebruiken om de afstand tot Andromeda te berekenen, zonder twijfel te onthullen dat het in feite een gescheiden sterrenstelsel was. (Courtesy Carnegie Observatories, Carnegie Institute of Science) Verder weg heeft het Pisgah Astronomical Research Institute (PARI) in North Carolina ongeveer 350.000 items, waaronder platen, evenals film- en andere gegevens. Deze telescoopplaten komen grotendeels uit de Verenigde Staten en Canada, van universiteiten en andere instellingen die geen ruimte hadden voor hun collecties, evenals die die per ongeluk zijn blootgelegd in "14 gras-en-bladzakken" in iemands garage, zegt Castelaz, die voorheen de wetenschappelijk directeur van PARI was. 'Ik zou in dat bordgewelf kunnen leven. Het is zo spannend."
In 2015 stuitte Holger Peterson op dozen met ongeveer 300 borden toen hij naar de kelder ging om thee te zetten in het Niels Bohr Instituut in Kopenhagen. Sommige van de artefacten waren duidelijk herkenbaar: een blootstelling in 1950 van de Palomar Samuel Oschin-telescoop met een groot aantal sterrenstelsels, en een kopie-plaat van de zonsverduisteringsexpeditie van 1919 naar Sobral, Brazilië, die hielp bevestigen Einsteins algemene relativiteitstheorie. (Einstein voorspelde dat de zwaartekracht van de zon het weefsel van de ruimte eromheen zou moeten buigen, zodat de posities van achtergrondsterren vanuit ons perspectief zouden verschuiven wanneer de maan de zon blokkeert tijdens een totale zonsverduistering. Metingen op glazen platen werden gebruikt om dit te bevestigen.) Maar voor veel platen in deze collectie, nu gevestigd aan de Universiteit van Kopenhagen, zijn de details van de opnamen verloren gegaan, zegt Peterson in een e-mail.
Ook in Europa omvat het archief van fotografische platen voor astronomisch gebruik (APPLAUSE) momenteel ongeveer 85.000 platen van vijf instituten in Duitsland en Estland. Hoogtepunten zijn platen van Ejnar Hertzsprung, die hielpen de relatie tussen stellaire temperatuur en intrinsieke helderheid te laten zien, en Karl Schwarzschild, die behulpzaam was bij het ontwikkelen van wiskundige beschrijvingen van zwarte gaten.
Een glazen fotografische plaat van het sterrenstelsel Andromeda, genomen in het Karl Schwarzschild Observatorium in 1965. (Jay Bennett) In Argentinië herbergt het platenarchief in Cordoba Observatory enkele van de eerste foto's van sterren op het zuidelijk halfrond met ongeveer 20.000 foto's en spectra op platen van 1893 tot 1983. De plaatsituaties in Azië en Afrika zijn niet zo grondig onderzocht. Hudec heeft verschillende locaties in China bezocht met platen en naar schatting zijn er ongeveer 40.000 verzameld en gedigitaliseerd. Bosscha Observatorium in Indonesië heeft bovendien ongeveer 20.000 platen, zegt hij. Ongeveer 19.000 platen genomen bij de Britse Schmidt-telescoop in Australië worden opgeslagen in Edinburgh, Schotland, zegt David Malin, een fotografisch wetenschapper bij de Anglo-Australian Observatory. De Anglo-Australische telescoop in Siding Spring bewaart minder dan 3.000 platen die daar zijn genomen, terwijl andere platen waarschijnlijk bij waarnemers blijven die ze nooit hebben overgedragen aan de observatoriumcollecties.
**********
Vanaf het begin van de jaren negentig hebben professionele astronomen de praktijk verlaten om hemelse beelden op glas vast te leggen, ten gunste van het gebruik van digitale methoden die zowel sneller zijn als meer geavanceerde computeranalyse mogelijk maken. De uitvinding van geladen koppelinrichtingen (CCD), die ook smartphonecamera's mogelijk maken, heeft een revolutie teweeggebracht in astronomische waarnemingen. Eenvoudige technieken als digitaal "inzoomen" en een hoger contrast op een computer zijn krachtige hulpmiddelen voor het bestuderen van verre, vage objecten.
Maar historische luchtrecords hebben meerdere waardelagen. Uit cultureel oogpunt vormen telescoopplaten het proces waarmee kennis ooit werd opgedaan en vertegenwoordigen de stand van de wetenschap toen ze werden gebruikt. Ongeveer 150 jaar, maar niet langer, werden astronomiegegevens op glas vastgelegd.
"Kennis van de voorlopers is in veel opzichten iets dat zelfs informeert hoe we nu astronomie doen, dus we moeten het niet vergeten", zegt Harry Enke van het Leibniz Instituut voor Astrofysica Potsdam in Duitsland, een van de leiders van de APPLAUSE-samenwerking.
Een bromide fotografische afdruk van werknemers tijdens de bouw van de Hooker 100-inch reflecterende telescoop op Mount Wilson, Californië. Het observatorium werd in 1904 opgericht door de astronoom George Ellery Hale en de 100-inch telescoop werd in 1917 op het observatorium geïnstalleerd. De Hooker-telescoop was de grootste telescoop ter wereld toen hij werd gebouwd en bleef zo tot 1948. (Science & Society Picture Library / Getty Images) Astronomen kunnen vandaag zelfs historische archieven gebruiken om ontdekkingen te doen. Hoewel veel kosmische processen miljarden jaren nodig hebben om te evolueren, veranderen 'voorbijgaande' objecten in de lucht, zoals exploderende sterren die supernovae worden genoemd, aanzienlijk gedurende periodes van weken tot jaren. Variabele sterren worden periodiek lichter en dimmen, en platen kunnen worden gebruikt om te bepalen of die periode constant is of niet. In 2016 gebruikte een astronoom zelfs het Carnegie-archief om te wijzen op bewijs voor exoplaneten in een stellair spectrum uit 1917, een plaat die ongeveer 75 jaar werd gemaakt voordat iemand planeten buiten ons zonnestelsel zou ontdekken.
"Onze lucht beweegt heel langzaam voor onze menselijke gevoelens van tijd, " zegt Enke. “Moderne astronomie en de moderne instrumenten met CCD's enzovoort, dit is amper 40 jaar oud. Als je daar nog honderd jaar aan toe kunt voegen, is dat geweldig. '
De studie van zwarte gaten is een reden waarom Jonathan Grindlay op Harvard geïnteresseerd raakte in het digitaliseren van oude platen. Hij is de hoofdonderzoeker van een enorme poging tot het digitaliseren van platen, genaamd DASCH, de digitale toegang tot een Sky Century @ Harvard.
Astronoom Walter Sydney Adams bij de ingang van het Hale Solar Laboratory in 1946. (Foto door Edison Hoge / Courtesy van de Carnegie Institution for Science Collection in de Huntington Library, San Marino, Californië) Wanneer een zonachtige ster en een "stellaire massa" zwart gat - meestal zeven keer de massa van de zon - rond een gemeenschappelijk zwaartepunt cirkelen, biedt de ster een gestage stroom materie die door het zwarte gat is weggerukt. Maar in plaats van direct in het zwarte gat te vallen, stapelt het materiaal zich eerst op in een accretieschijf rond het zwarte gat. Na ongeveer 30 tot 60 jaar wordt de schijf onstabiel en verslindt het zwarte gat een deel van het geaccumuleerde materiaal, wat resulteert in een zeer heldere uitbarsting in optisch en röntgenlicht. DASCH biedt het eerste record in de volle lucht van meer dan een eeuw van deze zeldzame uitbarstingen, waardoor wetenschappers kunnen meten hoe lang ze zichtbaar zijn en hoeveel flitsen er aan de hemel plaatsvinden.
**********
Er bestaan veel meer telescoopplaten in de wereld dan er digitale versies van zijn, en financiële ondersteuning voor digitalisering en gedetailleerde catalogisering is beperkt. Een groep Tsjechische astronomen onder leiding van Hudec bezocht Carnegie, PARI, Yerkes, Lick, Mount Palomar en negen andere belangrijke Amerikaanse locaties van 2008 tot 2012 om het aanbod van historische platen te bekijken. Ze ontdekten dat sommige archieven platen niet goed hadden opgeslagen of zelfs hadden beschadigd. Ze testten een transporteerbaar scanapparaat en bevelen instellingen aan hun schatten te scannen en te catalogiseren. Tot nu toe heeft de groep van Hudec wereldwijd ongeveer 50.000 scans gemaakt.
Een verzameling glazen platen van 1909 tot 1922 vangt de maan in verschillende fasen. (Niels Bohr Institute, Universiteit van Kopenhagen) DASCH is in staat geweest om ongeveer 350.000 van Harvard's platen te digitaliseren, die allemaal online doorzoekbaar zijn, en is van plan om het totaal van 450.000 foto's te bereiken tegen oktober 2020. De laatste 100.000 platen zijn stellaire spectra die, hoewel ook interessant, niet worden gescand omdat alleen de directe afbeeldingen kunnen in de loop van de tijd visuele veranderingen in helderheid vertonen. Het hele proces van schoonmaken en scannen is "als een gechoreografeerd ballet", zegt Grindlay. In Europa digitaliseert APPLAUSE ook zijn platen, geïnspireerd op DASCH in sommige van zijn methoden, maar met commerciële scanners in plaats van op maat gemaakte apparaten.
De digitalisatie-onderneming zorgde voor controverse toen sommige historici het idee ontwierpen dat originele markeringen op de platen tijdens het scanproces zouden worden verwijderd, zegt Grindlay. Vanuit één perspectief, als een astronoom uit het verleden een cirkel rond een interessant object trok, zou het reinigen van de plaat meer sterren kunnen onthullen die zich achter de curve verbergen. Maar de markeringen zijn ook een verslag van het wetenschappelijke proces. Uit een onderzoek van DASCH uit 2016 bleek dat veel astronomen en historici de annotaties op platen en hun covers waarderen, maar ook geloven dat het fotograferen of scannen van die markeringen voordat ze worden schoongemaakt voldoende is voor bewaring, tenzij de plaat bijzonder belangrijk is in de geschiedenis van de astronomie . DASCH volgt dit protocol en fotografeert alle originele markeringen, inclusief op de hoes van de plaat, voor het reinigen. De originele annotaties worden opgeslagen op de meest waardevolle platen, zoals die van Henrietta Swan Leavitt, "ter ere van historici", zegt Grindlay.
Zelfs gepassioneerde archivarissen zoals Grindlay zijn het erover eens dat als een plaat eenmaal goed is gescand en gecatalogiseerd, er niets meer is dat men kan leren van het fysieke object dat niet kan worden verkregen met een digitale kopie in hoge resolutie en een foto van de annotaties. Niettemin, zegt Grindlay, "zijn de originele platen het ultieme record en moeten volledig worden bewaard, zoals ze zijn geweest op de Harvard College Observatory."
De telescoopkoepel is geïnstalleerd op het Hale Solar Laboratory op deze foto van 18 november 1924. (Afbeelding afkomstig van de Observatoria van de Carnegie Institution for Science Collection in de Huntington Library, San Marino, Californië) Voor Kohne lijken de platen op kunstwerken. Veel van de archieven in het kantoor van Carnegie Observatories in Pasadena, inclusief de buit uit de kelder van het architectenpaar, vertegenwoordigen de 'studio's' van Hale, zoals een schilderij dat door een andere kunstenaar in de werkplaats van Raphael werd gemaakt, zou worden bijgeschreven op het atelier van de beroemde schilder. 20e telescoopoperators waren niet alleen wetenschappers, maar ook ervaren vakmensen.
"Ze vangen de lichtstralen op die al duizenden en miljoenen lichtjaren reizen en krijgen de negatieve belichting precies goed, " zegt Kohne. "In de geschiedenis van de fotografie zou het daar ergens moeten zijn."
**********
Hale's iconische zonnelaboratoriumtelescoop in Pasadena zal niet sluimeren. Een vrijwilligersteam van Mount Wilson werkt aan de aluminiumspiegels zodat de telescoop de zon duidelijk op een zichtveld in de kelder kan projecteren. Ze zijn van plan om lokale studenten te laten leren de telescoop ook te gebruiken voor het observeren van de zon. Uiteindelijk hoopt Moule dat het team het diffractierooster onderaan de put weer aan het werk krijgt, of een nieuwe installeert, waardoor een nieuwe generatie de samenstelling van de zon kan onderzoeken zoals Hale deed.
Op een perfect zonnige dag in Zuid-Californië in maart opende Mount Wilson vrijwilliger Ken Evans de koepel om te werken aan de restauratie. Evans, Kohne en Moule spraken opgewonden over het bekijken van zonsondergangen door de telescoop en misschien een zomerzonnewendefeest, als de spiegels op tijd klaar zijn. Toen Evans, een gepensioneerde ingenieur, de spleet van de koepel draaide om naar Mount Wilson te kijken, klaagde de groep dat een boom het zicht op de andere tempels van Hale in de verte blokkeerde.
De bibliotheek in het Hale Solar Laboratory. (Liz Moule / Stefanos Polyzoides) Moule en Polyzoides hebben Hale's tijdschriften, ook ontdekt in de kelder, aan Caltech geschonken. Hale's typemachine en bureau blijven op de eerste verdieping in de zonnige, elegante bibliotheek, de droom van een boekliefhebber, met een bas-reliëf in Egyptische stijl van een figuur met een boog op een strijdwagen. De oude Egyptenaren interesseerden Hale waarschijnlijk omdat ze de zon aanbaden, zegt Moule. Er is zelfs een krat in de kelder aan hem gericht met nog een bas-reliëf erin - het volgende Hale-mysterie dat Moule wil aanpakken. Ze beschrijft haar rol bij Hale's Solar Laboratory als 'vuurtorenwachter'.
"Helaas is zonne-astronomie voorbij de technologie van dat gebouw gegaan, dus het is niet iets van regelmatig gebruik, op de manier dat veel vuurtorens ook niet worden gebruikt waarvoor ze oorspronkelijk waren bedoeld, " zegt Moule. "Maar het is een belangrijk monument en ik ben een conciërge."
Deze specifieke vuurtoren bewaakt een telescoop die ooit een instrument gebruikte dat bijna 80 voet in de duisternis dook om zonlicht van 93 miljoen mijl afstand te splitsen. En dankzij Mount Wilson-vrijwilligers kan de zon binnenkort weer door de kosmische vuurtoren stromen.
Liz Moule en Dan Kohne in de telescoopkoepel in het Hale Solar Laboratory op 27 maart 2019. (Elizabeth Landau)
