空をガラス板にマッピングする時代遅れの技術が今も教えてくれるもの| 科学| スミソニアン - 記事、歴史、世界史、科学、宇宙

カリフォルニア州パサデナにあるヘイルソーラー研究所の望遠鏡ドームの下にある3階建てのさびた螺旋階段は、地下80フィートの深さのピットの頂上をマークし、地下の木製のトラップドアで隠されています。科学者が太陽の構造を研究できるように、光を虹に分割するための格子が下部にあります。建物の現在の所有者は、酸素の不足と下の不可解な暗闇によって阻止されて、下りません。

建築家のリズムーレとステファノスポリゾイデスが2006年に天文台を購入したとき、彼らは歴史の一部を購入していることを知っていました。元の所有者である天文学者ジョージ・エラリー・ヘイルは、20世紀前半にパサデナの上空のウィルソン山天文台を含む世界で最も強力な望遠鏡を設立しました。ポリゾイデスと地元の建築会社を経営するムーレは、パサデナの文化的景観と市民建築に影響を与えたヘイルを「モデル市民」と見なしています。玄関に降り注ぐエジプト風のレリーフ、1階の壮大な図書館、屋根の望遠鏡のドーム、地下の不気味な穴のあるヘイルソーラー研究所は、南ヘ彼が手がけた大学、カリフォルニア工科大学。

Hale Solar Laboratoryのグレーティング装置へのトラップドア。（エリザベス・ランダウ）

ムーレとポリゾイデスは、1924年に建設された建物に隠された天文学の宝物があるとは思いもしませんでした。歴史的な施設を購入したとき、地下室全体が散らかった家具、紙、ジャンク品の箱でした（その前にあるよりモダンなスタッコの家とともに）。「私たちは、私たちがちょうど取り除こうとしているものが残っていると思っていました」と、ムールは言います。

展望台の地下室で、ムールとウィルソン山からのボランティア、ドン・ニコルソンとラリー・ウェブスターは、1880年代から1930年代にかけて、大きな木製のキャビネットの箱に積み重ねられた何百枚ものガラスの写真プレートを発見しました。このコレクションには、太陽の黒点と太陽の隆起（太陽から蛇行するプラズマのテンドリル）の画像、および太陽のスペクトル、または太陽の化学組成を明らかにする光の成分を表す一連の線が含まれています。大きなプレートは、地下水の損傷による波紋で縁取られたクレーターのある月を表しています。プレートのいくつかはヘイルの望遠鏡からのものであり、他のものは明らかに遠く離れた天文学者からの贈り物でした。

ヘイル・ソーラー研究所で見つかったジョージ・エラリー・ヘイルのコレクションからのガラス板上の月の画像。それはリック天文台で撮影され、1891年7月19日付でした。白いマーキングは水害によるものです。（画像提供：カーネギー科学研究所/ダン・コーネ）

太陽研究所の地下室に隠されたヘイルの私物コレクションから1, 100枚以上のプレートやその他の遺物が隠されていた、と語ったダン・コーネは、近くのカーネギー天文台のパサデナ事務所で発見物の目録を志願したと言います。 PolyzoidesとMouleは、歴史的なプレートをカーネギーアーカイブに寄付しました。

これらの写真プレートは、天文学者が作業するための骨の折れる方法を表しており、乳剤でコーティングされたガラスプレート上に望遠鏡を十分に長く手で置き、暗室でフィルムのようなプレートを現像します。太陽以外の星の最初のダゲレオタイプの写真は、1850年にハーバードカレッジ天文台の最初のディレクターであるウィリアムクランチボンドによって撮影され、ベガを90秒間露出しました。次の150年ほどの間、科学者たちはこれらのガラス板上で、窓ガラスと同じくらいの厚さの宇宙をカタログ化しました。

写真、望遠鏡のガイダンス、コンピューティングの技術的進歩により、プレートベースのスカイウォッチングはほとんど時代遅れになりましたが、天文学者は天の川を越えた銀河の存在や宇宙の構造そのものなど、天文学者が歴史的な啓示に到達した方法を研究しましたすべての方向に拡大します。

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歴史的なプレートは単なる遺物ではありません。これらは、過去の特定の瞬間の空の記録を表しており、最も強力な宇宙観測所でさえも、再訪することはできません。今日、人類の最も高度な望遠鏡は、遠方にある物体を定期的に明るくしたり、暗くしたり、飛び出したりすることがあります。たとえば、欧州宇宙機関（ESA）のガイア宇宙望遠鏡は、これまでで最も完全な星図を作成しています。現在変更中のオブジェクトの一部は、19世紀後半から20世紀初頭から中期にかけて変化した可能性があり、ガラスの望遠鏡のプレートにキャプチャされた可能性があります。

天文学者は、天体が時間とともにどのように進化するかについてのより完全な物語を探そうとしているので、これらのほこりだらけの古いプレートは、いっそう関連性があると証明するかもしれません。

「私たちはタイムトラベラーではありませんか？」とノースカロライナ州のBrevard Collegeの物理学准教授Michael Castelaz氏は言います。「だから、私たちがすでに持っているデータを除いて、夜空を調査するためにどのように時間をさかのぼるのでしょうか？」

アニーJキャノンはハーバード大学天文台の写真のキュレーターであり、ハーバードの天文学者によって作られた約300, 000枚の星の写真プレートの管理を担当していました。（ベットマン/ゲッティイメージズ）

一部の推定では、米国だけでプロの天文学者によって作られた200万枚以上のガラス板があります。オンドレージョフにあるチェコ共和国科学アカデミーのルネ・フデック氏は、世界中に1000万人以上がいる可能性が高いと述べています。 570以上のアーカイブから250万枚以上のプレートのオンラインデータベースがありますが、完全に包括的なリストはありません。 70を超えるプレートアーカイブを自分で訪れたHudec氏は、一部のリポジトリは適切に保持およびカタログ化されていますが、他のリポジトリは資金がほとんどなく、管理者もいない「悲しい経験」であると報告しています。

世界最大のコレクションを収容すると考えられているハーバードには、ヘンリエッタスワンレビットやアニージャンプキャノンなどの著名人がかつて分析した画像を含む、約550, 000枚のプレートがあります。ダヴァ・ソーベルが『ガラス宇宙：ハーバード天文台の女性たちが星の数を測った方法 』で記録するように、LeavittやCannonのような女性「コンピューター」は、望遠鏡のプレートから数千の星を分類し、カタログ化しただけでなく、今日の宇宙観。これらの女性を雇った天文台のディレクターであるエドワードピカリングは、1890年に次のように書いています。「多くの目的のために、写真は星そのものに取って代わり、発見は検証され、エラーは望遠鏡で夜ではなく虫眼鏡で修正されます」

太陽研究所の地下室からのヘイルのコレクションは、アンドロメダが天の川とは別の銀河であるとエドウィンハッブルを確信させた1923年の「VAR！」プレートを含む、カーネギー天文台が収容する200, 000枚以上のプレートに加わりました。 Yerkes 40インチの望遠鏡、Mount Wilson 60インチ、Mount Wilson 100インチ、Palomar 200インチのすべてのヘイルのプロジェクトは、それぞれ「世界最大の望遠鏡」の称号を楽しんでいます。パサデナにあるカーネギー天文台の本社ビルの地下にある短い黒い丸天井のドアの後ろにある引き出し。

1923年10月5〜6日の夜、カーネギーの天文学者エドウィンハッブルは、ウィルソン山天文台のフッカー100インチ望遠鏡でアンドロメダ銀河（メシエ31）のプレートを取りました。取り消し線で「VAR！」に置き換えられたプレートの「N」。ハッブルはもともと物体は新星だと思っていたが、実際にはそれがセファイド変光星であることに気付いたことを示しています。ハッブルは変光星を使用してアンドロメダまでの距離を計算することができ、実際に私たちとは別の銀河であることが明らかになりました。（礼儀カーネギー天文台、カーネギー科学研究所）

さらに遠く、ノースカロライナ州のピスガ天文研究所（PARI）には、プレート、フィルム、その他のデータを含む約350, 000のアイテムがあります。これらの望遠鏡のプレートの大部分は、収集の余地のない大学やその他の機関、および誰かのガレージにある「芝生と葉の14個のバッグ」で偶然発見されたものからのものです。、以前はPARIの科学ディレクターでした。「私はその皿の金庫に住むことができました。とてもエキサイティングです。」

2015年、Holger Petersonは、コペンハーゲンのNiels Bohr Instituteで地下にお茶を入れに行ったときに、約300枚のプレートが入った箱に出くわしました。アーティファクトのいくつかは明確に特定できました：多数の銀河を示すパロマーサミュエルオシン望遠鏡からの1950年の露出、およびブラジルのソブラルへの1919年の日食遠征のコピー版は、アインシュタインの一般相対性理論の確認に役立ちました。（アインシュタインは、太陽の重力が周囲の空間の構造を曲げるべきだと予測したため、皆既日食中に月が太陽を遮ると、背景の星の位置が私たちの視点からずれます。これを確認するためにガラス板の測定が使用されました。）しかし、現在コペンハーゲン大学にあるこのコレクションの多くのプレートでは、露出の詳細が失われています、とピーターソンは電子メールで述べています。

また、ヨーロッパでは、天文用写真プレートのアーカイブ（拍手）は現在、ドイツとエストニアの5つの研究所からの約85, 000枚のプレートで構成されています。ハイライトには、星の温度と固有の明るさの関係を示すのに役立ったEjnar Hertzsprungのプレートと、ブラックホールの数学的記述の開発に尽力したKarl Schwarzschildが含まれます。

アンドロメダ銀河のガラス写真プレート。1965年にカールシュワルツシルト天文台で撮影されました。（ジェイベネット）

アルゼンチンのコルドバ天文台のプレートアーカイブには、南半球の星の最初の写真のいくつかが収められており、1893年から1983年までのプレートの約20, 000枚の写真とスペクトルがあります。アジアとアフリカのプレートの状況は十分に調査されていません。 Hudecは中国のさまざまな場所をプレートで訪れ、約40, 000が収集およびデジタル化されたと推定しています。さらに、インドネシアのボスカ天文台には約20, 000枚のプレートがあります。オーストラリアの英国シュミット望遠鏡で撮影された約19, 000枚のプレートはスコットランドのエジンバラに保管されている、とアングロオーストラリア天文台の写真科学者デイビッド・マリンは言います。サイディングスプリングにある英国オーストラリア望遠鏡は、そこに撮影された3, 000枚未満のプレートを保持していますが、他のプレートは、観測所のコレクションに引き渡したことのないオブザーバーに残っている可能性があります。

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1990年代初頭の時点で、プロの天文学者は、より高速でより高度な計算分析を可能にするデジタル手法の使用を支持して、ガラス上の天体画像をキャプチャする慣行を放棄しました。スマートフォンのカメラも可能にする電荷結合デバイス（CCD）の発明は、天体観測に革命をもたらしました。デジタルで「ズームイン」し、コンピューターでコントラストを高めるのと同じくらい簡単なテクニックは、遠くのかすかなオブジェクトを研究するための強力なツールです。

しかし、空の歴史的記録には複数の価値の層があります。文化的保存の問題として、望遠鏡プレートは、知識がかつて獲得されたプロセスをカプセル化し、それらが使用されたときの科学の状態を表します。約150年間、もはや天文学データはガラスに記録されました。

「前駆体について知ることは、多くの点で今の天文学のやり方を教えてくれるものです。忘れてはいけません」と、ドイツのライプニッツ天体物理学ポツダム研究所のハリー・エンケは言います。

カリフォルニア州ウィルソン山にあるフッカー100インチ反射望遠鏡の建設中の労働者の臭化物の写真プリント。天文台は天文学者ジョージ・エラリー・ヘイルによって1904年に設立され、1917年に100インチの望遠鏡が天文台に設置されました。フッカー望遠鏡は、1948年まで建造されたままの世界最大の望遠鏡でした。 Society Picture Library / Getty Images）

天文学者は歴史的記録を使用して、今日の発見をすることさえできます。多くの宇宙プロセスの進化には数十億年かかりますが、超新星と呼ばれる爆発する星などの空の「一時的な」物体は、数週間から数年にわたって著しく変化します。変光星は周期的に明るくなり暗くなり、プレートを使用してその周期が一定かどうかを判断できます。 2016年、ある天文学者はカーネギーアーカイブを使用して、1917年の恒星スペクトルにおける太陽系外惑星の証拠を指摘しました。このプレートは、太陽系外の惑星を発見する75年前に作られました。

「私たちの空は私たちの時間の感覚のために非常にゆっくりと動いています」とエンケは言います。「現代の天文学とCCDなどを備えた最新の機器は、わずか40年です。さらに100年を追加できれば、それは素晴らしいことです。」

ブラックホールの研究は、ハーバード大学のJonathan Grindlayが古いプレートのデジタル化に興味を持った理由の1つです。彼は、ハーバード大学のスカイセンチュリーへのデジタルアクセスであるDASCHと呼ばれる大規模なプレートデジタル化の取り組みの主任研究者です。

天文学者ウォルターシドニーアダムス、1946年のヘールソーラー研究所の入り口。（写真：エジソンホージ/カリフォルニア州サンマリノのハンティントン図書館のカーネギー科学研究所の礼儀）

太陽のような星と「星の質量」のブラックホール（通常は太陽の質量の7倍）が共通の重心を周回するとき、星はブラックホールによって引き裂かれた物質の安定した流れを提供します。しかし、物質はブラックホールに直接落ちる代わりに、最初にブラックホールの周りの降着円盤に堆積します。約30〜60年後、ディスクは不安定になり、ブラックホールが蓄積された物質の一部を食い尽くします。その結果、光学およびX線の光が非常に明るくなります。 DASCHは、これらのまれな爆発の1世紀以上の最初の完全な空の記録を提供し、科学者がそれらが見える時間と空で発生するフラッシュの数を測定できるようにします。

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望遠鏡のプレートは、デジタルバージョンよりも世界中に多く存在し、デジタル化と詳細なカタログ化に対する財政的支援は限られています。 Hudecが率いるチェコの天文学者グループは、2008年から2012年にかけてカーネギー、PARI、ヤーケス、リック、パロマー山、その他9つの米国の主要な場所を訪れ、歴史的なプレートの提供範囲を絞り込みました。彼らは、一部のアーカイブが適切に保存されていないか、プレートを損傷していることさえ発見した。彼らは、持ち運び可能なスキャンデバイスをテストし、機関が宝物をスキャンしてカタログ化することを推奨しています。これまでのところ、Hudecのグループは世界中で約50, 000枚のプレートスキャンを作成しました。

1909年から1922年までのガラス板のコレクションは、さまざまな段階で月を捉えています。（コペンハーゲン大学、ニールスボーア研究所）

DASCHはハーバードの約35万枚のプレートをデジタル化することができました。これらはすべてオンラインで検索でき、2020年10月までに合計45万枚の写真を取得する予定です。最後の100, 000枚のプレートは、経時的な明るさの視覚的変化を表示できるのは直接画像のみです。クリーニングとスキャンの全プロセスは「振り付けバレエのようです」とGrindlay氏は言います。ヨーロッパでは、APPLAUSEはプレートのデジタル化も行っており、DASCHからいくつかの方法でインスピレーションを得ていますが、カスタムメイドのデバイスの代わりに市販のスキャナーを使用しています。

Grindlay氏によると、デジタル化企業は、プレート上の元のマーキングがスキャンプロセスできれいになるという考えに反対した歴史家もいたため、論争を巻き起こした。ある観点から見ると、過去の天文学者が関心のある物体の周りに円を描いた場合、プレートを掃除すると、曲線の後ろに隠れている星がさらに明らかになる可能性があります。しかし、マーキングは科学的プロセスの記録でもあります。 DASCHに促された2016年の研究では、多くの天文学者と歴史家がプレートとそのカバーの注釈を同様に評価しているが、プレートが天文学の歴史において特に重要でない限り、それらをきれいにする前にそれらのマーキングを撮影またはスキャンすることで十分であると信じていることがわかりました。 DASCHはこのプロトコルに従い、クリーニングの前に、プレートの「ジャケット」カバーを含むすべてのオリジナルマーキングを撮影します。オリジナルの注釈は、「歴史家に敬意を表して」ヘンリエッタ・スワン・レビットによって作成されたものなど、最も価値のあるプレートに保存されます。

Grindlayのような情熱的なアーキビストでさえ、プレートが適切にスキャンされてカタログ化されると、高解像度のデジタルコピーと注釈の写真からは得られない物理オブジェクトから学ぶことができるものはもうないということに同意します。それでも、Grindlay氏は、「元のプレートは究極の記録であり、ハーバードカレッジ天文台にあったように、完全に保存する必要があります」と言います。

望遠鏡のドームは、1924年11月18日付のこの写真のヘールソーラー研究所に設置されています。（画像は、カリフォルニア州サンマリノのハンティントン図書館にあるカーネギー科学研究所の天文台の好意による）

Kohneにとって、プレートは芸術作品に似ています。建築家夫婦の地下室からの略奪品を含む、パサデナのカーネギー天文台オフィスのアーカイブの多くは、ヘイルの「スタジオ」を表しています。これは、ラファエルのワークショップで別のアーティストによって行われた絵画が有名な画家のスタジオに入金される方法です。科学者であることに加えて、20人目の望遠鏡オペレーターは熟練した職人でした。

「彼らは、数千万光年にわたって移動してきた光線を捕捉し、正確に露光されたネガでそれを取得しています」とコーネは言います。「写真の歴史では、どういうわけかそこにあるはずです。」

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パサデナにあるヘイルの象徴的な太陽実験室の望遠鏡は休眠状態のままではありません。ウィルソン山のボランティアの乗組員は、望遠鏡が太陽を地下の視界にはっきりと投影できるように、鏡をアルミ化する作業を行っています。彼らは、地元の学生に望遠鏡を太陽観測に使用することを学ぶことも計画しています。最終的に、ムールは、チームがピットの底にある回折格子を再び使用できるようになるか、新しいものを設置して、ヘイルが行ったように新世代が太陽の組成を調べることを望んでいます。

3月の南カリフォルニアの完全に晴れた日に、マウントウィルソンボランティアのケンエヴァンスがドームを開いて修復に取り組みました。 Evans、Kohne、およびMouleは、望遠鏡を通して夕日を眺めること、そしておそらく鏡が間に合うようなら夏至のパーティーを開くことについて興奮して話した。引退したエンジニアのエヴァンスがドームのスリットを回転させてウィルソン山に面したとき、グループは遠くの木々がヘールの他の天文学の神殿の景色を遮っていると嘆いた。

ヘイルソーラー研究所の図書館。（リズミュール/ステファノスポリゾイデス）

MouleとPolyzoidesは、同じく地下で発見されたHaleのジャーナルをCaltechに寄付しました。ヘイルのタイプライターと机は日当たりの良い、エレガントな図書館の1階にあり、本好きの夢であり、戦車に弓を持っている姿のエジプト風のレリーフがあります。古代エジプト人は太陽を崇拝したためにヘールに興味を示した可能性が高い、とムールは言う。地下には木箱があり、そこに別の浅浮き彫りが入っています。次のヘイルミステリームールが取り組む予定です。彼女は、ヘイルのソーラー研究所での彼女の役割を「灯台管理人」と説明しています。

「残念ながら太陽天文学はその建物の技術を超えて進んでいるので、多くの灯台が本来の目的に使用されていないという点で、通常の使用ではありません」と、ムールは言います。「しかし、それは重要な記念碑であり、私は世話人です。」

この特定の灯台は、かつて暗闇の中で約80フィートに沈んだ器具を使用して望遠鏡を監視し、9300万マイル離れたところから日光を分離しました。そして、ウィルソン山のボランティアのおかげで、太陽はすぐに宇宙の灯台に再び差し込むかもしれません。