Brot úr sögu raunvísinda á Íslandi

Yfirlit um greinaflokkinn

Ef við undanskiljum Vestur-Íslendinginn Sturlu Einarsson (1879-1974; Ph.D. frá Berkeley 1915), sem fluttist fjögurra ára gamall með foreldrum sínum til Vesturheims árið 1883, voru fyrstu Íslendingarnir, sem luku formlegu háskólaprófi með stjörnufræði sem aðalgrein þeir Steinþór Sigurðsson (1904-1947; mag. scient. frá Kaupmannahafnarháskóla 1929) og Trausti Einarsson (1907-1984; dr. phil. frá Háskólanum í Göttingen 1934). Eftir heimkomuna sneru þeir sér báðir að öðrum viðfangsefnum en stjörnufræði, enda voru engir innviðir þá til á Íslandi, sem gerðu þeim kleift að leggja stund á fræðigrein sína.

Þess ber að geta, að allir þeir sem útskrifuðust með lokapróf í stærðfræði, eðlisfræði eða efnafræði frá Kaupmannahafnarháskóla á fyrri helmingi tuttugustu aldar voru einnig vel menntaðir í grunnatriðum stjörnufræðinnar og gátu því kennt hana í íslenskum menntaskólum. Í þeim hópi voru meðal annarra þeir Þorkell Þorkelsson eðlisfræðingur (1876-1961), Ólafur Dan Daníelsson stærðfræðingur (1877-1957), Sigurkarl Stefánsson stærðfræðingur (1902-1995), Guðmundur Arnlaugsson stærðfræðingur (1913-1996) og Björn Bjarnason stærðfræðingur (1919-1999).

Það var ekki fyrr en Þorsteinn Sæmundsson (1935-2023; Ph.D. frá Lúndúnaháskóla 1962) hóf störf við Eðlisfræðistofnun Háskólans árið 1963, sem fyrsti vísirinn að rannsóknum á afmörkuðu sviði nútíma stjarnvísinda skaut rótum hér á landi. Er þar átt við fræðin um samband sólar og jarðar.

Í því, sem hér fer á eftir, er ætlunin að fjalla nánar um stjörnufræðinginn Steinþór Sigurðsson og það umhverfi náms og fræða, sem hann hrærðist í á Kaupmannahafnar-árunum 1923 til 1929.

 

Nám við Menntaskólann í Reykjavík

 Áður en hann fór til Kaupmannahafnar stundaði Steinþór nám við Menntaskólann í Reykjavík, þar sem hann mun hafa skarað fram úr í raunvísindum, einkum þó eðlisfræði. Lærimeistararnir voru heldur ekki af verri endanum: Ólafur Dan Daníelsson kenndi honum stærðfræði og stjörnufræði og Þorkell Þorkelsson eðlisfræði.

Hugur Steinþórs hefur snemma hneigst að stjörnufræði, eins og sjá má á ummælum sem Jón Eyþórsson veðurfræðingur hefur eftir Hákoni Bjarnasyni skógræktarstjóra í grein sinni um Steinþór í Andvara árið 1954 (bls. 8):

Á fyrstu árum sínum í menntaskóla smíðaði Steinþór stjörnukíki í félagi við Magnús Magnússon, nú símaverkfræðing. Þeir slípuðu sjálfir holspegil í hann. Yfirleitt þekkti Steinþór allar mögulegar stjörnur á himninum, frá því ég man eftir, og reyndi að kenna okkur margt í stjörnufræði.

Einn helsti vinur Steinþórs á skólaárunum var Sigurkarl Stefánsson, síðar stærðfræðingur og samkennari hans við Menntaskólann í Reykjavík og Háskóla Íslands. Þeir urðu stútentar frá stærðfræðideild vorið 1923 og héldu báðir til Kaupmannahafnar að því loknu til frekara náms. Þá var Steinþór aðeins nítján ára gamall.

Eins og áður kom fram, verður hér fyrst og fremst fjallað um stjörnufræðinám Steinþórs og það vísindalega umhverfi, sem hann hrærðist í við Háskólann í Kaupmannahöfn á árunum 1923 til 1929. Í næstu færslu (4a2) verður svo rætt lauslega um störf hans á Íslandi að loknu háskólaprófi. Einnig má lesa um helstu þættina í ævi og störfum Steinþórs eftir heimkomuna í ritum eins og Verkfræðingatali og Kennaratali og ekki síst í minningargreinunum, sem tengt er á hér að neðan. Þá má nálgast frekari upplýsingar um prentuð verk Steinþórs í meðfylgjandi ritaskrá.

 

Ritaskrá og minningargreinar

• Einar H. Guðmundsson, 2024: Ritaskrá Steinþórs Sigurðssonar – Drög.
• Jóhannes Áskelsson, 1947: Steinþór Sigurðsson - mag. scient.
• Anon, 1947: Steinþór Sigurðsson magister.
• Westergaard-Nielsen, C., 1947: Minningarræða um Steinþór Sigurðssom magister.
• Sigurður Þórarinsson, 1947: Sigurður Steinþórsson mag. scient.
• Sigurkarl Stefánsson, 1947a: Minningarorð: Steinþór Sigurðsson magister.
• Sigurkarl Stefánsson, 1947b: Steinþór Sigurðsson.
• Nielsen, N., 1947: Minningarræða um Steinþór Sigurðsson.
• Ólafur Þorsteinsson og Anon, 1947: Steinþór Sigurðsson – Kveðjuorð.
• Vinter Hansen, J.M., 1947: Dödsfald.
• Guðmundur Einarsson, 1947: Steinþór Sigurðsson magister.
• Anon, 1947: Skarð fyrir skildi.
• Trausti Einarsson, 1948: Minning: Steinþór Sigurðsson.
• Jón Eyþórsson og Geir G. Zoëga, 1947: Steinþór Sigurðsson mag. kvaddur.
• Jón Eyþórsson, 1954: Steinþór Sigurðsson.
• Sigurður Steinþórsson, 1997: Steinþór Sigurðsson.
• Anon, 2014: Steinþór Sigurðsson.
• Einar B. Pálsson, 2021: Jöklarannsóknir á Íslandi á fimmta áratugnum - frumkvöðlastarf Steinþórs Sigurðssonar.

 

Stjörnufræðinámið í Kaupmannahöfn

Steinþór fór til náms í Kaupmannahöfn sumarið 1923 og Sigurkarl fylgdi í kjölfarið nokkrum mánuðum seinna. Fyrstu tvö til þrjú árin sóttu þeir sömu fyrirlestrana, en á seinni hluta skildu leiðir, þegar Sigurkarl fór að lesa undir kandídatspróf í stærðfræði.

Steinþór ætlaði í fyrstu að leggja fyrir sig eðlisfræði, en það breytist smám saman vegna vaxandi áhuga hans á stjörnufræði. Hann lauk því magistersprófi (mag.scient.) í þeirri grein 1929, rúmu ári eftir að Sigurkarl hlaut sína kandídatsgráðu (cand.scient).

Ein besta heimildin, sem ég hef fundið um stjörnufræðinámið í Kaupmannahöfn á þessum tíma, er viðtal sem þau hjónin L. Hoddeson vísindasagnfræðingur og G. Baym eðlisfræðingur áttu við hinn þekkta stjarneðlisfræðing, Bengt Strömgren (1908-1987) árið 1976. Hann var sonur aðalkennara Steinþórs, prófessors Elis Strömgren (1870-1947), og þeir Steinþór og Bengt þekktust vel, þar sem þeir voru samtímis við nám í stjörnufræði við Háskólann. Í viðtalinu segir Bengt meðal annars:

[The job opportunities in astronomy in Denmark at that time were] very limited. Actually, the philosophy was that those who took their degree in mathematics, physics, chemistry or astronomy mostly prepared themselves for jobs as high school teachers, and the whole curriculum was worked out so that they would be competent. The standards were high in the Danish high schools, so this was a very good education. In astronomy, there were other opportunities. For instance, you could join the Geodetic Institute. But the main job was in high school, and to discourage people from choosing the scientific career they had determined then that the salaries of the assistants [at the Observatory] were just a shade lower than you got as a salary when you entered high school teaching. It wasn't looked down upon, but it certainly wasn't encouraged.

Grunnnámið í stjörnufræði við Háskólann byggðist á fyrirlestrum Elis Strömgren og á námsárum Steinþórs var stuðst við kennslubók frá 1908 eftir Hans Geelmuyden (1844-1920) í Osló. Prófessor Strömgren þótti bókin góð til síns brúks, en þegar líða tók á þriðja áratuginn tók að bera á óánægju stúdenta með námsefnið. Eftir miklar kvartanir þeirra samdi Elis því nýja bók ásamt syni sínum Bengt og gaf út árið 1931. Fyrri hlutinn var í aðalatriðum byggður á gömlu bókinni, en Bengt bætti við nýjum köflum um stjarneðlisfræði þess tíma. Bókin var fljótlega endurskoðuð og þýdd á þýsku. Hún kom í nýrri útgáfu 1945 og var notuð við Kaupmannahafnarháskóla vel fram yfir miðja öldina.

• Geelmuyden, H., 1908: Lærebog í Astronomi. – Strömgren, E., 1909: Ritdómur (Fysisk tidsskrift, 7de aargang, bls. 111-115).
• Strömgren, E. & B. Strömgren, 1931: Lærebog i Astronomi – paa grundlag af H. Geelmuydens lærebog. – Krogness, O., 1931: Ritdómur (Naturen, Sept-Okt 1931, bls. 313-314).
• Strömgren, E. & B. Strömgren, 1933: Lehrbuch der Astronomie. Þýsk þýðing á endurskoðaðri útgáfu bókarinnar frá 1931. – Chant, C.A., 1933: Ritdómur.

Um stjörnufræðina gildir hið sama og aðrar fræðigreinar, að á tímabilinu frá siðaskiptum (um 1550) fram á þriðja áratug tuttugustu aldar sóttu Íslendingar þekkingu sína á himingeimnum nær eingöngu til Háskólans í Kaupmannahöfn. Það er því mikilvægt, að hinn danski bakgrunnur sé hafður í huga, þegar fjallað er um vísindasögu Íslendinga fyrr á öldum. Í því sambandi má til dæmis benda lesendum á eftirfarandi yfirlitsrit um sögu stjörnufræðinnar í Danmörku, einkum þó við Kaupmannahafnarháskóla:

• Poulsen, E., 2009: Centuries of Astronomy – Astronomy in Denmark.
• Thykier, C., K. Gyldenkerne & P.B. Darnell, ritstj., 1990: Dansk astronomi gennem firehundrede år 1-3.
• Moesgaard, K.M., K.M. Pedersen & B. Strömgren, 1983. „Astronomi“. Í Københavns Universitet 1479-1979, bind XII: Det matematisk-naturvidenskabelige Fakultet, 1. del: Fakultetets almindelige historie, Matematik, Datalogi, Statistik, Forsikringsmatematik, Geodæsi, Astronomi, Fysik, Kemi, bls. 247-363.
• Andersen, M.C., 2002: Astronomi ved Københavns Universitet 1479 –1957. Í Københavns Universitets Almanak 2002, bls. 97–128.
• Andersen, M.C., 2004: Astronomi ved Københavns Universitet 1957-2003. Í Københavns Universitets Almanak 2004, bls. 118–137.
• Rundetaarn 1637-1937: Et Mindeskrift, 1937.
• Nielsen, A.V., 1962: „Hundrede års astronomi på Østervold.“ Særtryk af Nordisk Astronomisk Tidsskrift 1961-1962.
• Gyldenkerne, K., 1989: Universitetsobservatoriet og dets forskning. Í Københavns Universitets Almanak 1989, bls. 101-117
• IAU - Astronomical Heritage: Brorfelde Observatory.
• Moustgaard, L., 1990: Uranias tjenere. Episoder i dansk astronomi 1900-1950.
• Andersen, J., 2012: ESO og dansk astronomi gennem 50 år.
• Andersen, J., 2015: Carlsbergfondet - dansk astronomis livline i over 100 år.

 

Stjörnuathugunarstöðin á Østervold

Á námsárum Steinþórs fór seinnihlutanámið í stjörnufræði fyrst og fremst fram í Stjörnuathugunarstöðinni á Østervold þar sem megináhersla var lögð á sígildar stjarnmælingar og útreikninga á brautum himintungla. Bengt Strömgren hafði eftirfarandi að segja um stöðuna í áðurnefndu viðtali:

There was very little in the way of a development in astronomy [in Copenhagen] at that time. The number of positions in the whole country was very small. There was no equipment to speak of. It was all antiquated, and what was done was that the activities were in the theoretical field, as a consequence. My father's work was in dynamical astronomy, and in the period we are now talking about my work was in theoretical astrophysics. We really didn't have very much to go on at all in that period. The Niels Bohr Institute was the exception.

Með síðustu setningunni er Bengt að vísa til þess, að á þessum árum var unnið að tímamótarannsóknum í skammtafræði við stofnun Háskólans í kennilegri eðlisfræði. Þangað sótti hann sjálfur mikinn innbástur og sem kunnugt er var hann meðal hinna fyrstu í hópi stjarnvísindamanna til að beitta niðurstöðum nýju skammtafræðinnar í rannsóknum í stjarneðlisfræði.

• Quaade, M., 2013: Observatoriet på Østervold i København.
• Petersen, J.O., 2015: Observatoriet på Østervold i vækstperioden 1958-1975, DASK og GIER – dengang og nu.
• Dorch, B.F. & J.O. Petersen, 2021: The History of the Observatory Library at Østervold in Copenhagen, Denmark.
• Nielsen, A.V., 1962: „Hundrede års astronomi på Østervold.“ Særtryk af Nordisk Astronomisk Tidsskrift 1961-1962.

 

Helstu sjónaukar Østervoldsstöðvarinnar

Þegar Steinþór var við nám, skorti talsvert á að tækjabúnaður athugunarstöðvarinnar væri eins og best verður á kosið. Um miðjan tíunda áratug nítjándu aldar hafði fyrsta linsusjónauka stöðvarinnar verið skipt út fyrir annan nýrri (sá gamli er nú í vörslu Steno safnsins í Árósum; sjá grein J.B. Skrivers frá 2008: Det bedste af det bedste, bls. 4-7). Repsold fyrirtækið í Þýskalandi hannaði og smíðaði nýja sjónaukann, svokallaðan tvöfaldan linsusjónauka, sem nota mátti bæði til ljósmyndatöku og athugana með berum augum.

Sitt hvoru megin við hvelfingu töfalda linsusjónaukans voru minni herbergi, annars vegar með hágöngukíki (meridianinstrument), hins vegar með þvergöngukíki (passage-instrument).

Úti í garðinum framan við suðurhlið aðalbyggingarinnar var lítill skáli, sem hýsti svokallaðann Zöllner ljósmæli til mælinga á birtu fastastjarna.

 

Starfsmenn stöðvarinnar

Starfslið stöðvarinnar var fámennt á námsárum Steinþórs. Auk forstöðumannsins Elis Strömgren prófessors (1870-1947) og stjörnumeistarans J.M. Vinter Hansens (1890-1960) voru þar tveir aðstoðarstjörnufræðingar á hverjum tíma [Jens Johannsen (f. 1897) í tvö ár 1923-1925; Jens P. Møller (1899-1944) alls í tuttugu ár 1924-1944; Axel V. Nielsen (1902-1970) árið 1926 og Bengt Strömgren (1908-1987) í níu ár 1927-1936]. Erna Mackeprang var reiknimeistari og ritari. Ýmsir aðrir komu við sögu, svo sem lausráðnir aðstoðarmenn við útreikninga, athuganir og fleira, meðal annars stúdentar í framhaldsnámi.

 

Elis Strömgren prófessor og forstöðumaður

Svíinn Svante Elis Strömgren stundaði nám í stjörnufræði við Háskólann í Lundi undir handleiðslu prófessors Axels Möller (1830-1896). Verk hans frá 1896, Berechnung der Bahn des Kometen 1890 II, var tekið gilt til doktorsvarnar árið 1898, en eins og nafnið gefur til kynna fjallar það um braut halastjörnunnar 1890 II (nú skráð sem C/1890 F1 Brooks). Verkið var mikilvægt framlag til halastjörnufræða, eins og komið verður að síðar.

Að loknu doktorsprófi kenndi Strömgren við Lundarháskóla í þrjú ár (1898-1901), gerðist síðan starfsmaður á ritstjórnarskrifstofu hins merka tímarits Astronomische Nachrichten í Kiel í sex ár og var jafnframt Privatdozent í stjörnufræði við Kielarháskóla 1904-1907. Árið 1907 var hann skipaður prófessor í stjörnufræði við Háskólann í Kaupmannahöfn og jafnframt forstöðumaður stjörnuturnsins þar. Því starfi gengdi hann með miklum sóma til sjötíu ára aldurs, árið 1940.

Sérgrein Strömgrens var aflfræði himintungla og auk stjörnuathugana urðu rannsóknir á því sviði því meginviðfangsefni stjörnufræðinga við Kaupmannahafnarháskóla á hans dögum. Hann kenndi stærðfræði- og raunvísindanemun á fyrri hluta stjörnufræði á árunum 1907 til 1940, þar á meðal allnokkrum Íslendingum. Hann var og aðalkennari Steinþórs Siguðssonar til magistersprófs.

Strömgren var vel þekktur á alþjóðavettvangi og hafði um sig stórt net samstarfsmanna, bæði heima og erlendis, einkum þó á hinum Norðurlöndunum og í Þýskalandi. Eins og áður hefur komið fram varð sonur hans, Bengt Strömgren, einn þekktasti stjarnvísinda-maður tuttugustu aldarinnar.

• Vinter-Hansen, J.M., 1947: Svante Elis Strömgren.
• Lundmark, K., 1948: Svante Elis Strömgren.
• Nørlund, N.E., 1948: Svante Elis Strömgren.
• Nielsen, A.V., 1981: Svante Elis Strömgren. Í C.C. Gillispie (ritstj.), Dictionary of Scientific Biography, 13, 1981, bls. 98-99.

 

J.M. Vinter Hansen stjörnumeistari

Á dögum Steinþórs í Kaupmannahöfn var Julie Marie Vinter Hansen næst æðsti yfirmaður stjörnuathugunarstöðvarinnar og sá að verulegu leyti um daglegan rekstur hennar. Hún hafði lokið magistersprófi í stjörnufræði hjá Strömgren árið 1917, fyrst kvenna í Danmörku, og var ráðin sem aðstoðarstjörnufræðingur við athugunarstöðina 1919. Áður hafði hún starfað þar við stjarnfræðilega útreikninga. Stjörnumeistari varð hún 1922, einnig fyrst kvenna í Danmörku.

Vinter Hansen átti mikilvægan þátt í þjálfun Steinþórs sem stjörnufræðings, enda var hún sérfræðingur í útreikningum á brautum halastjarna og smástirna, auk þess sem hún sinnti  margs konar stjarnmælingum. Hún var vel þekkt á alþjóðavettvangi fyrir brautarreikninga og á árum seinni heimsstyrjaldarinnar starfaði hún við Lick stjörnuathugnarstöðina í Kaliforníu. Eftir heimkomuna, 1945, tók hún við sínu fyrra starfi við Østervoldsstöðina, auk þess sem hún sinnti ýmsum störfum fyrir samfélag stjarnvísindamanna, bæði heima og erlendis

• Rasmusen, E.Q., 1961: Julie Marie Vinter Hansen (1890-1960).
• Rosenbeck, B., 2022: 100-års jubilæum for astronomisk sejr for ligestillingen.
• Pors, F., 2023: Julie Vinter Hansen.
• Høg, E. (ritstj), 2024: Julie Vinter Hansen Event.

 

Helstu verkefni Østervoldsstöðvarinnar á dögum Elis Strömgren og þátttaka Steinþórs Sigurðssonar í þeim

Eins og þegar hefur komið fram hafði prófessor Strömgren formlega yfirumsjón með allri kennslu í stjörnufræði við Kaupmannahafnarháskóla og kenndi lengi mest af efninu sjálfur. Hann sá um grunnnámskeiðið fyrir stærðfræði- og raunvísindanema og leiðbeindi jafnframt stúdentum í framhaldsnámi. Sem forstöðumaður stjörnuathugunarstöðvarinnar tók hann allar ákvarðanir um rannsóknarsvið, skipulagði verkefni og tók oftar en ekki sjálfur þátt í athugunum og útreikningum. Daglegur rekstur og umsjón með aðstoðarstjörnufræðingunum, nemendum og tækjabúnaði var hins vegar í höndum Vinter Hansen, sem sjálf var afkastamikill og einkar fær vísindamaður.

Strömgren var stjörnufræðingur af gamla skólanum og ekki sérlega hrifinn af hinni nýju stjörnufræði, stjarneðlisfræðinni, sem á þessum tíma var í miklum vexti víða í Evrópu og Bandaríkjunum. Áherslan í rannsóknum Østervoldsstöðvarinnar á hans dögum var því á sviði sígildrar stjörnufræði, eins og nánar verður komið inn á hér á eftir. Það var ekki fyrr en Bengt sonur hans hafði lokið doktorsprófi árið 1929, sem stjarneðlisfræðin hóf innreið sína við Kaupmannahafnarháskóla fyrir alvöru.

Á fyrri hluta tuttugustu aldar sinnti Østervoldsstöðin því mestmegnis hefðbundnum stjarnmælingum og útreikningum. Fylgst var með göngu reikistjarna og tungla þeirra, sólmyrkvum og tunglmyrkvum, sem og stjörnumyrkvum. Sértök áhersla var lögð á að mæla birtu breytistjarna og finna staðsetningu og eiginhreyfingu smástirna og halastjarna með það að markmiði að ákvarða brautir þeirra.

Á kennilega sviðinu var þriggja hnatta vandamálið ásamt tilheyrandi brautarreikningum meginviðfangsefni Strömgrens og þar með stöðvarinnar. Segja má, að á fyrstu áratugum tuttugustu aldar hafi Østervoldsstöðin fyrst og fremst verið þekkt í alþjóðlegu fræðasamfélagi stjarnvísindamanna fyrir framlag sitt á því sviði.

Hvað Steinþór Sigurðsson varðar, er fyrst getið um rannsóknir hans við athugunarstöðina í greinum í Nordisk Astronomisk Tidsskrift árið 1926. Þar eru meðal annars skráðar athuganir hans á birtu breytistjarnanna S Ursae majoris, S Cephei og S Boötis frá árinu 1924. Mér finnst einna athyglisverðast, að Steinþór framkvæmdi þessar mælingar strax á öðru misseri sínu við Háskólann, þá nýorðinn tvítugur.

Í næstu fjórum undirköflum verður rætt stuttlega um helstu viðfangsefni Østervolds-stöðvarinnar á dögum Strömgrens og Vinter Hansens og það sem færsluhöfundi hefur tekist að grafa upp um aðkomu Steinþórs að þeim.

 

1. Stjarnmælingar af ýmsu tagi

Flestar af mælingum athugunarstöðvarinnar tengdust alþjóðlegu samstarfi stjörnu-fræðinga. Mæliniðurstöðurnar voru oftast birtar á töfluformi í norræna tímaritinu Nordisk Astronomisk Tidsskrift (NAT) og/eða hinu þýska Astronomische Nachrichten (AN) sem H.C. Schumacher (1780-1850), aðalkennari Björns Gunnlaugssonar (1788-1876), hafði komið á fót árið 1821. Þessar niðurstöður voru síðan notaðar víða um heim, ásamt hliðstæðum mælingum annarra stjörnuathugunarstöðva, meðal annars til þess að ákvarða brautir himintungla eða birtuferla breytistjarna. Slíkar lokaniðurstöður birtu stjörnufræðingar tengdir Østervoldsstöðinni svo venjulega í Astronomische Nachrichten.

 

1.1 Breytistjörnur

Til þess að eitthvert gagn sé að, þarf að fylgjast kefisbundið með breytistjörnum í langan tíma, jafnvel árum saman, áður en hægt er að ákvarða birtuferla þeirra með nægjanlegri nákvæmni. Fjöldi breytistjarna er mikill og venjulegar stjörnuathugunarstöðvar hafa hvorki mannafla né nægan athugunartíma til slíkra langtímamælinga. Því var snemma brugðið á það ráð að fá áhugastjörnufræðinga til aðstoðar með því að stofna sérstök félög stjörnufræðinga og áhugastjörnufræðinga um breytistjörnuathuganir.

Á fyrri hluta tuttugustu aldar varð smám saman ljóst að taka þurfti breytistjörnur, ekki síst svokallaðar sveiflustjörnur, með í reikninginn í kennilegum líkönum um þróun sólstjarna. Þótt Elis Strömgren væri ekki sérlega áhugasamur um slík fræði, rann honum blóðið til skyldunnar og tók að sér að skipuleggja norræna samvinnu um breytistjörnuathuganir árið 1920. Hann hafði sjálfur yfirumsjón með með þessu starfi, fyrst einn, en síðar í samvinnu við fyrrum nemanda sinn, Axel V. Nielsen í Árósum.

• Strömgren, E., 1929: Om den nordiske Organisation til Observation af forandrelige Stjerner.

• Nelson, B.: Overview of Variable Stars.
• Cambell, L. & L. Luigi, 1941: The Story of Variable Stars.
• Gautschy, A., 2003: The History of Radial Stellar Pulsation Theory: A short look at the long road to understand what was seen.

Eins og áður hefur komið fram, voru fyrstu skráðu stjörnuathuganir Steinþórs ákvörðun á birtu þriggja breytistjarna, þ.e. S Ursae majoris, S Cephei og S Boötis, sem allar teljast til svokallaðra Mírustjarna. Mælingarnar voru gerðar á mismunandi tímum á tímabilinu frá febrúar 1924 til apríl 1925 og birtar í eftirfarandi greinum í Nordisk Astronomisk Tidsskrift:

• Thorrud & fl., 1926: Iagttagelser af forandrelige stjerner (S Ursae majoris, bls. 107-108 & S Boötis, 108).
• Nielsen Aa. & fl., 1926: Iagttagelser af forandrelige stjerner. (S Ursae majoris, bls. 141 & S Cephei, bls. 143).

Lokaniðurstöðurnar úr framangreindum mælingum birtust svo hér:

• Kristensen, J.A. & fl., 1927: Iagttagelser af forandrelige stjerner (S Ursae majoris).
• Kristensen, J.A. & fl., 1929a: Beobachtungen von Veränderlichen (S Cephei, bls. 415-416; sjá einnig töfluna aftast í greininni, bls. 418).
• Kristensen, J.A. & fl., 1929b: Beobachtungen von Veränderlichen (S Bootis, bls. 204; sjá einnig töfluna aftast í greininni, bls. 206).

 

1.2 Staðsetning stjarna á hvelfingunni

Á Østervoldsstöðinni var fylgst vel með hreyfingum smáhnatta í sólkerfinu til að fá sem nákvæmastar upplýsingar um brautir þeirra. Helstu viðfangsefnin voru halastjörnur, en einnig tungl reikistjarnanna sem og smástirni, bæði í smástirnabeltinu milli Mars og Júpíters og eins í Trójuþyrpingunum tveimur á braut Júpíters. Á námsárum Steinþórs stjórnaði Vinter Hansen þessum athugunum og sá um birtingu mæliniðurstaða. Mælingarnar voru yfirleitt framkvæmdar með tvöfalda Repsold sjónaukanum, sem áður var nefndur.

Steinþór tók þátt í slíkum mælingum í mars og apríl árið 1926. Verkefni hans var að finna tímabundna staðsetningu smástirnanna Vestu, Þalíu, Amalþeu, Kaldeu og Eleonoru á hvelfingunni og gefa stöðuna upp í miðbaugshnitum (þ.e. stjörnulegd α og stjörnubreidd δ). Niðurstöðurnar voru síðan birtar í eftirfarandi grein í Astronomische Nachrichten:

• Vinter Hansen, J.M. & fl., 1926: Beobachtungen von Kometen und Planeten am 360 mm Refraktor der Kopenhagener Sternwarte (sjá bls. 33-34).

 

1.3 Stjörnumyrkvar

Með stjörnumyrkvum er átt við þá atburði, þegar einn himinhnöttur gengur fyrir annan og hylur hann um tíma. Oftast er hugtakið þó notað, þegar tungl hylur fastastjörnur eða hnetti sólkerfisins (nema sólina, þá er talað um sólmyrkva) á leið sinni um dýrahringinn. Lengi vel var einkum fylgst með stjörnumyrkvum til að ákvarða tunglbrautina með sem mestri nákvæmni, en nú á dögum er ekki lögð minni áhersla á mælingar til að fylgjast með möndulsnúningi jarðar, mæla sýndarþvermál stjarna og leita að tvístirnum.

• IOTA: The Value of Lunar Occultation Timings and Observations.
• In-The-Sky: Lunar Occultations.
• In-The-Sky: Lunar occultation of Venus.

Steinþór tók þátt í nákvæmnismælingum af þessu tagi á tímabilinu frá apríl 1928 til júní 1929, en þá gekk tunglið fyrir reikistjörnuna Venus og fjölmargar fastastjörnur í dýrahringnum, meðal annars λ Cancri, κ Virginis, 103 Tauri og γ Virginis. Þar fékk hann meðal annars tækifæri til að vinna með Bengt Strömgren og voru niðurstöður þeirra fyrst birtar í Nordisk Astronomisk Tidsskrift:

• Steinþór Sigurðsson & B. Strömgren, 1928: Maane-okkultationer, synlige i Köbenhavn.
• Østergaard, N. & fl., 1929: Observationer af maaneokkultationer.
• Nielsen, A. & fl., 1929: Observationer af maaneokkultationer.

Aðrir unnu síðan úr þessum mælingum og birtu lokaniðurstöður í Astronomische Nachrichten:

• Steenberg Sörensen, K., H. Jensen & fl., 1929: Reduction von Beobachtungen von Sternbedeckungen (λ Cancri, 103 Tauri og γ Virginis).
• Steenberg Sörensen, K., H. Jensen & fl., 1930: Reduction von Beobachtungen von Sternbedeckungen (Venus og κ Virginis).

 

2. Útreikningar á brautum himintungla

Lesendum sem vilja kynna sér sögu vísindanna um aflfræði himintungla og tilheyrandi brautarreikninga, er bent á eftirfarandi ritsmíðar og heimildirnar sem þar er vísað á:

• Moulton, F.R., 1914: An introduction to celestial mechanics (2. útg). Söguyfirlit er að finna í lok flestra kaflanna.
• Taton, R. & C. Wilson ritstj., 1995: The General History of Astronomy: Planetary Astronomy from the Renaissance to the Rise of Astrophysics - Part 2B: The Eighteenth and Nineteenth Centuries.
• Peterson, I., 1993: Newton's Clock: Chaos In The Solar System.
• Diacu, F. & P. Holmes, 1996: Celestial Encounters: The Origins of Chaos and Stability.
• D. Krajnovic, 2016: The contrivance of Neptune.
• W. Sheehan & T. Misch, 2016: A special centennial: Mercury, Vulcan, and an early triumph for General Relativity (bls. 2-12).
• Einar H. Guðmundsson, 2018: Halastjörnur fyrr og nú - 1. Frá miðöldum til loka sautjándu aldar.
• Einar H. Guðmundsson, 2020: Þyngdarfæði Newtons.

Á námsárum Steinþórs voru tölvur ekki enn komnar til sögunnar og brautarreikningar voru því mikil og tímafrek vinna. Mér skilst, að á þessum árum hafi, auk blýantsreikninga með hjálp lógariþmataflna, einkum verið notast við handsnúna Archimedes reiknivél svipaðri þeirri, sem sjá má á myndinni hér fyrir neðan. Þegar líða tók á fjórða áratuginn mun Østervoldsstöðin loks hafa fengið rafknúna útgáfu af þessari tegund. Tölvureikningar hófust hins vegar ekki fyrr en á sjöunda áratugnum.

Lítið var um reiknitæknilegar nýjungar í brautarreikningum á þriðja áratugnum, nema hvað  Bengt Strömgren þróaði sína eigin aðferð árið 1929, sem átti eftir að njóta talverðrar hylli (sjá í því sambandi greinar hans, Formeln und Tafeln zur Bestimmung parabolischer Bahnen  og  Formeln zur genaeherten Stoerungsrechnung in Bahnelementen. Angewandt auf die Planeten 633 Zelima, 956 [1921 IW], 979 Ilsewa, 1035 Amata und 1049 [1925RB]). Að öðru leyti voru notaðar margreyndar aðferðir af því taginu sem lýst er í eftirfarandi ritum:

• Oppolzer, Th., 1880-82: Lehrbuch zur Bahnbestimmung der Kometen und Planeten I & II.
• Klinkerfues, W. & H. Buchholz, 1912: Theoretische Astronomie.
• Bauschinger, J., 1928: Die Bahnbestimmung der Himmelskörper.
• Stracke, G, 1929: Bahnbestimmung der Planeten und Kometen.

Þetta voru helstu heimildirnar um stjarnfræðilega útreikninga, sem reiknimeistarar stjörnuathugunarstöðva í Evrópu studdust við á fyrstu áratugum tuttugustu aldar.

Þegar mikið var að gera við útreikninga á Østervoldsstöðinni tóku allir, sem vettlingi gátu valdið, þátt í vinnunni, þar á meðal forstöðumaðurinn, stjörnumeistarinn, aðstoðarstjörnufræðingar, stúdentar og aðrir hjálparkokkar. Það má því teljast nokkuð öruggt, að Steinþór hefur tekið þátt öllum helstu reikniverkefnum stöðvarinnar, þótt hans sé ekki ávallt getið, frekar en annarra aðstoðarmanna, þegar niðurstöðurnar voru birtar.

Á þessum árum var Østervoldsstöðin í raun einskonar reiknimiðstöð fyrir raunvísindadeildir Háskólans. Meðal annars sáu starfsmenn hennar um margvíslega flókna útreikninga í atómeðlisfræði fyrir kennilegu eðlisfræðingana á Blegdamsvej.

 

2.1 Tveggja hnatta vandamálið

Allt frá því í lok sautjándu aldar hafa brautarreikningar stjarnvísindamanna hvílt á þem trygga grunni, sem Ísak Newton (1642-1727) lagði með frægri stærðfræðilegri lausn sinni á svokölluðu tveggja hnatta vandamáli. Viðfangsefnið er að finna brautir tveggja hnatta undir gagnkvæmum þyngdaráhrifum í óendanlegum evklíðskum heimi sem er að öðru leyti tómur. Newton sýndi fram á brautirnar eru einslaga keilusnið þar sem massamiðja kerfisins er í sameiginlegum brennipunkti (sjá háskólakennslubækur í stjörnufræði og/eða aflfræði).

Í sólkerfinu vill svo heppilega til, að sólin er í algjöru aðalhlutverki. Þegar kanna þarf hreyfingu mun minni hnattar um sólu, til dæmis reikistjörnu, smástirnis eða halastjörnu, er það því góð fyrsta nálgun að gera ráð fyrir, að brautin sé keilusnið með sólina í brennipunkti. Í nákvæmari reikningum þarf í framhaldinu að taka tillit til truflana vegna þyngdaráhrifa annarra nálægra hnatta (og afstæðiskenningarinnar, ef svo ber undir). Þegar um tungl reikistjarna er að ræða, er sama aðferð notuð, en nú með viðkomandi reikistjörnu í hlutverki sólar.

Eftir að tekist hefur að ákvarða nægilega marga punkta á ferli hnattar á hvelfingunni með stjarnmælingum (fræðilega duga þrír punktar, en oft eru notaðir fleiri), taka hinir flóknu brautarreikningar við. Nær undantekningalaust eru leiðréttar mæliniðurstöður skráðar í kúluhnitum, t.d. hornunum α og δ fyrir hvern punkt. Út frá frá þessum sex (eða fleiri) hornum eru hinar svokölluðu grunnstærðir brautarinnar ákvarðaðar með reikningum, þar sem gert er ráð fyrir að brautin sé keilusnið í þrívíðu rúmi með sólina í brennipunkti – í stjörnufræði eru slíkar keilusniðsbrautir oft kallaðar Keplersbrautir. Grunnstærðirnar eru sex, eins og sýnt er á eftirfarandi mynd fyrir sporbaugsbraut.

Grunnstærðirnar ákvarða svokallaða snertibraut (osculating orbit) hnattarins, það er bestu Keplersbrautina, sem fellur að mæliniðurstöðunum. Út frá henni og með því að taka tillit til truflandi áhrifa nálægra himintungla, einkum reikistjarna, má síðan finna betri nálgun á braut hnattarins, bæði fram og aftur í tíma. Þetta þarf venjulega að endurtaka aftur og aftur, jafnvel árum og áratugum saman, og lengur ef um smáhnetti er að ræða. Allt fram á tölvuöld var þessi reiknivinna ekki aðeins flókin, heldur ákaflega tímafrek.

 

2.2 Brautir halastjarna og smástirna

Á stórum hluta nítjándu aldar og fyrstu áratugum þeirrar tuttugustu var brautarhreyfing smástirna og halastjarna eitt helsta viðfangsefni margra athugunarstöðva í Evrópu og Bandaríkjunum. Þessir smáhnettir gátu orðið fyrir verulegum truflunum frá reikistjörnum á leið sinni um sólkerfið, einkum þó risunum miklu, Júpíter og Satúrnusi.

Doktorsritgerð Strömgrens í Lundi fjallaði einmitt um áhrif slíkra truflana á braut halastjörnunnar 1890 II, sem nú er skráð sem C/1890 F1 Brooks. Árið 1890 sýndu fjölmargar mælingar og viðamiklir reikningar Strömgrens, að stjarnan væri á opinni gleiðbogabraut (e > 1). Með því reikna aftur í tímann og taka tillit til truflandi áhrifa reikistjarnanna tókst honum hins vegar að sýna fram á, að miðskekkja brautarinnar hefði áður verið minni og farið vaxandi á árunum 1886 til 1890. Reikningar á brautum nokkurra annarra halastjarna sýndu sömu hegðun og árið 1914 setti Strömgren fram þá tilgátu, að þessar stjörnur hefðu upphaflega verið á mjög ílöngum og lokuðum sporbaugsbrautum (e < 1) og þar með tilheyrt sólkerfinu. Truflandi þyngdarhrif stóru reikistjarnanna hefðu svo smám saman breytt flestum brautanna úr lokuðum í opnar (e ≥ 1).

• Strömgren, E., 1896: Berechnung der Bahn des Kometen 1890 II.
• Strömgren, E., 1914: Über den Ursprung der Kometen mit wesentlicher Unterstützung des Mag. Johannes Braae.
• Strömgren, E., 1918: The Origin of Comets.

Í kjölfar þessara mikilvægu niðurstaða Strömgrens var fljótlega farið að skipta meginhluta halastjarna í tvo flokka, annars vegar halastjörnur með stuttan umferðartíma og hins vegar langan. Innan nokkurra áratuga urðu þær að lokum til þess, að Hollendingurinn J.H. Oort (1900-1992) setti fram hina vel þekktu tilgátu sína, að svo til allar halastjörnur með langan (eða óendanlegan) umferðartíma eigi uppruna sinn í kúlulaga hjúpi umhverfis sólkerfið, hjúpi sem nú er við hann kenndur og kallaður Oortsskýið.

• Oort, J.H., 1950: The structure of the cloud of comets surrounding the Solar System and a hypothesis concerning its origin.

Nokkrum árum eftir að Strömgren tók við stjórn Østervoldsstöðvarinnar ákvað hann að stórauka áhersluna á venjulega brautarreikninga. Þar kann að hafa ráðið nokkru, að í upphafi fyrri heimsstyrjaldarinnar tók hann að sér að miðla fréttum af nýuppgötvuðum fyrirbærum á stjörnuhimninum til alþjóðasamfélags stjarnvísindamanna. Eins og áður hefur komið fram var fréttaþjónusta IAU svo sett undir hans stjórn árið 1922. Það gerði það meðal annars að verkum, að stjörnufræðingarnir á Østervold voru yfirleitt með þeim fyrstu til að frétta af nýjum halastjörnum og fundi nýrra smástirna.

Frá stöðinni tók því að berast stöðugur straumur fréttaskeyta og greina með grunnstærðum og öðrum niðurstöðum fyrir brautir halastjarna og smástirna, ekki síst eftir að Vinter Hansen kom til sögunnar. Gott yfirlit um alla þá vinnu má finna í eftirfarandi grein, sem á ekki síður við um smástirni en halastjörnur:

• Vinter Hansen, J.M., 1944: The Orbits of Comets.

Þarna kemur meðal annars fram, að þegar mikið var að gera tóku allir starfsmenn stöðvarinnar þátt í að sannreyna innsendar upplýsingar og ganga frá nauðsynlegum útreikningum í tengslum við fréttirnar. Það virðist því nokkuð ljóst, að Steinþór hefur, oftar en einu sinni, komið að slíkum reikningum. Í því sambandi má til dæmis benda á fréttaskeytið/kortið frá 19. nóvember 1926 með upplýsingum um hina þá nýfundnu halastjörnu Comas Solà 1926 f (stundum kölluð öðrum nöfnum, en nú nær eingöngu 32P/Comas Solà). Þar má meðal annars sjá niðurstöður stjörnufræðingsins A.C.D. Crommelins (1865-1939) fyrir grunnstærðir brautarinnar:

Fljótlega eftir að fréttirnar um halastjörnuna bárust til Kaupmannahafnar var Steinþór búinn að semja stutta grein, Komet Comas Solà (1926 f),  þar sem hann notaði grunnstærðir Crommelins til að teikna skemmtilega rúmsjármynd (sjá einnig hér) af brautinni:

Til gamans má geta þess, að af einhverjum mér ókunnum ástæðum var þessi tiltekna halastjarna í miklu uppáhaldi hjá Vinter Hansen:

• Vinter Hansen, J.M., 1931: Bestimmung der Bahn des Periodischen Kometen Comas Solá (1926 f).
• Vinter Hansen, J.M., 1933: The periodic comet Comas Solà (1926f) at its return in the year 1935.
• Vinter Hansen, J.M., 1951: The Motion of the Periodic Comet Comas Solá (1927 III, 1935 IV, 1944 II) in the Years 1926-1944.

Einnig er rétt að nefna það hér, að rannsóknir á brautum Trójusmástirna var sérstakt gæluverkefni þeirra Strömgrens og Vinter Hansens. Það er án efa ein helsta ástæða þess, að magistersritgerð Steinþórs snerist um eitt þeirra, Akkilles, eins og ítarlega verður fjallað um undir lok færslunnar.

 

3. Lausnir á þriggja hnatta vandamálinu

Þriggja hnatta vandamálið er aðeins eitt hinna svokölluðu fjölhnatta vandamála í sígildri stjarneðlisfræði. Tveggja hnatta vandamálið tilheyrir einnig þeim flokki, en hefur þá sérstöðu, að til er almenn stærðfræðileg lausn á endanlegu og lokuðu formi, nokkuð sem ekki er um að ræða, ef hnettirnir eru þrír eða fleiri. Í þeim tilvikum þarf nær undantekningalaust að nota sérstakar nálgunaraðferðir og/eða tölulega reikninga við leit að brautarlausnum. Ef aðstæður krefjast þess að beita þurfi almennu afstæðiskenningunni, verða reikningarnir margfalt flóknari, jafnvel þegar aðeins er um tvo hnetti að ræða.

Þekktasta þriggja hnatta þrautin fjallar um kerfið tungl, jörð og sól, þar sem viðfangsefnið er fyrst og fremst gangur tunglsins um jörðina undir truflandi þyngdaráhrifum sólarinnar. Newton glímdi fyrstur manna við þetta erfiða verkefni í Principíu árið 1687, enda skipti það hann miklu, að þyngdarlögmálið gæfi fullnægjandi skýringu á hreyfingu tunglsins á stjörnuhimninum. Þrátt fyrir að innleiða truflanareikning til að lýsa áhrifum sólarinnar, tókst honum aðeins að leysa vandamálið að hluta og það var ekki fyrr um miðja átjándu öld, sem þeir A.C. Clairaut (1713-1765), J. d’Alembert (1717-1783) og L. Euler (1707-1783) fundu viðunandi lausn(ir), byggða(r) á þyngdarlögmálinu.

• Cook, A., 2000: Success and failure in Newton's lunar theory.
• Bodenmann, S., 2010: The 18th-century battle over lunar motion.
• Gutzwiller, M.C., 1998: Moon-Earth-Sun: The Oldest Three-body Problem.

Á árunum í kringum 1770 tókst þeim Euler og J.-L. Lagrange (1736-1813) að finna nokkrar sérstækar lausnir á þriggja hnatta þrautinni. Þeirra þekktust er lausnin á svokölluðu takmörkuðu þriggja hnatta vandamáli, þar sem smáögn með hverfandi massa hreyfist í brautarplani „tvístirnis“. Í planinu eru fimm jafnvægispunktar, nú eingöngu kenndir við Lagrange, þótt Euler hafi reyndar fundið þrjá hina fyrstu. Á myndinni hér fyrir neðan eru punktarnir táknaðir með L₁, L₂, L₃, L₄, og L₅.

• Lagrange, J.-L., 1772: Essai sur le problème des trois corps.

Lagrange og flestir sporgöngumenn hans töldu, að þessi stærðfræðilega lausn hefði lítið sem ekkert vísindalegt gildi, þar sem kerfi af þessu tagi kæmu hvergi fyrir í náttúrunni. Það viðhorf breyttist þó smám saman meðal stærðfræðinga, fyrst með hinni frægu verðlaunaritgerð H. Poincarés (1854-1912) um þriggja hnatta vandamálið árið 1890, og síðan með þriggja binda tímamótaverkinu um aflfræði himintungla, sem hann gaf út á árunum 1892-1899. Meðal stjörnufræðinga jókst áhuginn á lausn Lagranges hins vegar verulega með uppgötvun fyrstu fjögurra Trójusmástirnanna á árunum 1906 til 1908.

• Poincaré, H., 1890: Sur le problème des trois corps et les équations de la dynamique.
• Poincaré, H., 1892-1899: Les méthodes nouvelles de la mécanique céleste I, II & III. Árið 1993 kom verkið út í enskri þýðingu D.L. Goroffs, New Methods of Celestial Mechanics, sem einnig ritar fróðlegan inngang.
• Rågstedt, M. ?: From Order to Chaos: The Prize Competiotion in Honour of King Oscar II.
• Barrow-Green, J., 1997: Poincaré and the Three Body Problem. Sjá yfirlitsgrein um bókina hér.

Í ritgerð Poincarés frá 1890 kemur fram (bls. 6), að hann taldi nær útilokað að hægt væri að finna almenna lausn á þriggja hnatta þrautinni með þáverandi stærðfræðitækni. Það hefði því væntanlega komið honum á óvart, hefði hann lifað, að árið 1912 sýndi finnski stærðfræðingurin K.F. Sundman (1873-1949) fram á, að slík lausn væri til á formi samleitinnar, en óendanlegrar, raðar.

Þessari niðurstöðu Sundmans var upphaflega tekið með miklum fögnuði í hópi stjörnufræðinga, en fljótlega kom í ljós, að samleitni raðarinnar var svo hæg, að hún reyndist ónothæf til stjarnfræðilegara útreikninga. Sem dæmi má nefna, að til þess að ákvarða breytingu á stöðu og hraða hnattanna í þriggja hnatta kerfi á tiltölulega stuttu tímabili með nægjanlegri nákvæmni, þarf að taka að minnsta kosti fyrstu 10^8.000.000 liði raðarinnar með í reikninginn.

• Sundman, K.J., 1912: Mémoire sur le problème des trois corps.
• Diacu, F., 1996: The Solution of the n-body Problem.
• Barrow-Green, J., 2010: The Dramatic Episode of Sundman.

Hér eru svo til viðbótar nokkur fróðleg yfirlitsverk um sögu þriggja hnatta vandamálsins:

• Frank, J., 2006: The Three-Body Problem.
• Musielak, Z,E. & B. Quarles, 2014: The Three-Body Problem.
• Montgomery, R, 2019: The Three-Body Problem.
• Valtonen, M.J. & H. Karttunen, 2006: The Three-Body Problem.
• O'Dowd, M., 2020: Solving the Three Body Problem. PBS myndband (13,5 mín).

 

3.1 Kaupmannahafnar-verkefnið

Eins og margir aðrir stjörnufræðingar virðist Elis Strömgren hafa fengið áhuga á takmörkuðu þriggja hnatta þrautinni fljótlega eftir að tilkynnt var um fund fyrsta Trójusmástirnisins, Akkilesar, árið 1906. Einnig er ljóst, að hann var undir áhrifum frá hinum þekktu fræðimönnum J.A.H. Gyldén (1841-1896) í Stokkhólmi og C.V.L. Charlier (1862-1934) í Lundi, sem báðir höfðu fengist við þriggja hnatta vandamálið, líkt og margir aðrir stjörnufræðingar og stærðfræðingar á dögum Poincarés. Sjálfur nefnir Strömgren, að Englendingurinn G.H. Darwin (1845-1912) hafi haft veruleg áhrif á verk hans á þessu sviði og einnig hafi greinar, sem forveri hans í Kaupmannahöfn, T.N. Thiele (1838-1910), samdi ásamt aðstoðarmanni sínum, C. J. Burrau (1867-1944), hvatt hann til dáða.

Aðeins nokkrum árum eftir embættistöku Strömgrens í Kaupmannahöfn árið 1907, kom hann af stað skipulagðri vinnu fjölda stjörnufræðinga og aðstoðarmanna að verkefni, sem fjlótlega fékk viðurnefnið Kaupmannahafnar-verkefnið (The Copenhagen Problem) meðal sérfræðinga. Verkefnið stóð yfir í rúma tvo áratugi og að því komu samtals í kringum sextíu manns, að stúdentum meðtöldum. Það var enn í fullum gangi á námsárum Steinþórs Sigurðssonar í Kaupmannahöfn, en ekki hef ég fundið neinar beinar heimildir um að hann hafi tekið þátt í reikningunum. Það kann þó vel að vera, því ekki var til siðs á þeim árum að geta sérstaklega um framlög stúndenta í verkefnum sem þessum, þar sem litið var á slíka vinnu sem hluta af námi þeirra. Þó er rétt að nefna, að í magistersprófinu í nóvember 1929 þurfti Steinþór að halda opinberan fyrirlestur um efnið „Numeriske Beregninger over Trelegemeproblemet“.

Kaupmannahafnar-verkefnið snerist um það að nota tölulega reikninga til að finna sem flestar lotubundnar brautarlausnir af svokallaðri fyrstu tegund (premiére sorte) hins takmarkaða þriggja hnatta vandamáls fyrir tilfellið M = m. Almenna flokkunin er frá Poincaré komin (sjá grein 39 í fyrsta bindi Les méthodes nouvelles og ritgerð Poincarés frá 1884: Sur certaines solutions particulières du problème des trois corps): Fyrsta tegundin nær yfir lotubundnar brautir smáhnatta (með hverfandi massa) um tvo massamikla hnetti (M og m) á hringlaga brautum um sameinginlega massamiðju (sjá myndina hér að framan). Í tegund tvö (deuxiéme sorte) eru brautir stóru hnattanna sporbaugar og í þeirri þriðju (troisiéme sorte) aftur hringir, en brautarplön smáhnattanna halla miðað við tvístirnisplanið.)

Nokkrar áhugaverðar greinar um lotubundnar lausnir frá lokum nítjándu aldar:

• Burrau, C., 1894a: Recherches numériques concernant des solutions périodiques d'un cas spécial du problème des trois corps.
• Burrau, C., 1894b: Recherches numériques concernant des solutions péridiques d'un cas spécial du problème des trois corps. (Deuxième mémoire.)
• Thiele, T.N., 1895: Recherches numériques concernant des solutions périodiques d'un cas spécial du problème des trois corps. (Troisième mèmoire.)
• Darwin, G.H. 1897: Periodic Orbits. Sjá einnig umsögn um greinina hjá C. Burrau, 1898: H. Darwin, Periodic Orbits.
• Charlier, C.V.L., 1899: Über das reducirte Drei-Korper-Problem.
• Charlier, C.V.L., 1900: On Periodic Orbits.

Nokkrar gagnlegar yfirlitsgreinar um Kaupmannahafnar-verkefnið:

• Strömgren, E., 1922: Forms of Periodic Motion in the Restricted Problem and in the General Problem of Three Bodies, According to Researches Executed at the Observatory of Copenhagen.
• Strömgren, E., 1923: Tre Aartier Celest Mekanik paa Københavns Observatorium. Særtryk af Universitetets Festskrift.
• Strömgren, E, 1933: Connaissance actuelle des orbites dans le probléme des trois corps. Ensk þýðing M. Murreys og J.D.M. James frá 2018: Current knowledge of orbits in the three body problem.
• Szebehely, V., 1963: Application of the Restricted Problem of Three Bodies to Space Mechanics.

 

4. Ákvörðun tímans og almanaksreikningar

Á námsárum Steinþórs sá Østervoldsstöðin um svokallaða tímaþjónustu í Danmörku. Tíminn var mældur með vandaðri Riefler pendúlklukku, sem keypt hafði verið árið 1903, og tímamerki send til valinna viðtakenda á skipulagðan hátt. Réttur gangur klukkunnar var og reglulega sannreyndur með tilheyrandi stjörnuathugunum.

• Huber, B., 2019: The Engineer of Precision Time: Pendulum Clocks by Sigmund Riefler.
• Lombardi, M.A., T.P. Heaven & S.R. Jefferts, 2009: NIST Primary Frequency Standardsand the Realization of the SI Second.
• Þorsteinn Sæmundsson, 2023: Ákvörðun tímans.

Grunnupplýsingarnar, sem notaðar voru við almanaksreikningana á Østervold, munu hafa borist þangað á formi stjörnualmanaka (sjá einnig hér) frá Englandi í gegnum Svíþjóð. Samt var gífurlegt vinna fólgin í útreikningum og yfirferð danska almanaksins og allir, sem vettlingi gátu valdið á stöðinni, voru virkjaðir meðan á henni stóð. Þar á meðal voru framhaldsnemar og Steinþór mun því án efa hafa tekið einhvern þátt í verkinu á námsárunum, og það líklega oftar en einu sinni.

Í þessu sambandi er rétt að minna á, að á árunum 1861 til 1922 var íslenska almanakið einnig reiknað á Østervoldsstöðinni (fyrir þann tíma, þ.e. 1837 til 1860, var það reiknað í Sívalaturni). Um það leyti, sem Steinþór var í 5. bekk í MR (1921-1922), urðu hins vegar þau tímamót, að almanaksreikningarnir fluttust til Íslands og voru það kennarar hans þar, Ólafur Dan Daníelsson og Þorkell Þorkelsson, sem tóku þá að sér. Fyrsta almanakið sem þeir reiknuðu var fyrir árið 1923.

 

Ritdómar Steinþórs um ný íslensk alþýðurit 1927-1928

Árið 1926 hefur sérstakan sess í sögu alþýðufræðslu í stjarnvísindum hér á landi. Þá voru, nær samtímis, gefnar út tvær bækur eftir íslenska höfunda um stjörnufræði og heimsfræði, hinar fyrstu frá því verk Sigurðar Þórólfssonar kennara og búfræðings (1869-1929), Á öðrum hnöttum, kom á prenti 1915.

Höfundar nýju bókanna voru þeir Ágúst H. Bjarnason heimspekiprófessor (1875-1952) og Ásgeir Magnússon kennari og fréttastjóri (1886-1969). Báðir voru þeir áhugamenn um raunvísindi, líkt og forveri þeirra, Sigurður, og höfðu skrifað talsvert um slík efni í tímarit, ekki síst Ágúst.

• Ásgeir Magnússon, 1926: Vetrarbraut: Alþýðubók og skólabók.
• Ágúst H. Bjarnason, 1926: Himingeimurinn.

Næstu árin hélt Ásgeir áfram, ásamt ýmsum öðrum, að kynna löndum sínum nýjungar í stjarnvísindum með greinaskrifum. Ágúst skrifaði hins vegar nýja og heldur víðfeðmari bók, Heimsmynd vísindanna, sem út kom 1931 (sjá einkum bls. 62-138). Á síðustu árunum fyrir stríð bættist Björn Franzson (1906-1974) svo í hóp bókarhöfunda með Efnisheiminum (1938), þar sem rætt er um stjarnvísindi í kaflanum „Hinn mikli heimur“ (bls. 164-185). Um þessi efni var svo ekki fjallað aftur á bókarformi fyrr en kennarinn og rithöfundurinn Hjörtur Halldórsson (1908-1977) þýddi og gaf út Uppruna og eðli alheimsins (1951) eftir F. Hoyle (1915-2001) með formálsorðum eftir Trausta Einarsson.

Á þessum tíma sögðu dómar um ný fræðslurit oft heilmikið um stöðu mála á viðkomandi fræðasviði, bæði hér heima og erlendis. Þegar bækur þeirra Ásgeirs og Ágústs komu út, var Steinþór enn við nám í Kaupmannahöfn og þar sem þær fjölluðu um sérsvið hans, stjörnufræði, hefur hann talið sér skylt að birta umsagnir um þær báðar. Aðrir sögðu einnig sitt álit, eins og fram kemur hér á eftir.

Vetrarbraut

Bók Ásgeirs er safn greina, sem hann hafði áður birt í tímaritunum Verði og Iðunni á árunum 1924 til 1926. Honum tekst að gefa bærilega (en frekar sundurlausa) lýsingu á þáverandi stöðu þekkingar á sólstjörnum og öðrum fyrirbærum í Vetrarbrautinni, efni sem hann hefur aflað sér með lestri erlendra alþýðurita. Því miður vitum við ekki hver ritin voru, því Ásgeir getur ekki heimilda. Hins vegar nefnir hann í niðurlagsorðum (bls. 165), að hann hafi leitað til dr. Ólafs Daníelssonar um ýmislegt „sem máli skipti“.

• Anon, okt 1926: Umsögn.
• Hallgrímur Jónsson, des 1926: Umsögn.
• Jón Eyþórsson, júlí 1927: Ritdómur.
• Steinþór Sigurðsson, júlí 1927: Ritdómur.

Himingeimurinn

Að stofni til er bók Ágústs hefðbundið sögu- og fræðslurit um stjörnufræði og heimsmynd hennar. Höfundurinn styðst einkum við gömul þýsk alþýðurit, svokallaðar Kosmosbækur frá árunum 1888 til 1917 (ritin eru talin upp á bls. 8). Þá vísar hann neðanmáls (bls. 179) í sjöundu útgáfuna af hinu þekkta verki, Newcomb-Engelmann’s Populäre Astronomie (1922). Í lokin er svo stuttur eftirmáli um Einstein og kenningar hans. Þar styðst Ágúst aðallega við skrif B. Russells, sem birtust í The ABC of Relativity (1925) og vitnar jafnframt í Space, Time and Gravitation (1920) eftir A.S. Eddington.  – Aftast í formálsorðum (bls. 7) er stúd. mag. Steinþóri Sigurðssyni þakkað fyrir yfirferð á handriti.

• Pálmi Hannesson, nóv 1926: Ritdómur.
• Jón Eyþórsson, jan 1927: Ritdómur.
• Á(sgeir) M(agnússon), mars 1927: Ritdómur.
• Guðmundur Bárðarson, júlí 1927: Ritdómur.
• Ágúst H. Bjarnason, nóv 1927: Andsvör við ritdómum.
• Jón Eyþórsson, mars 1928: Andleg vöruvöntun: Svar til prófessors Ágústs H. Bjarnasonar.
• Steinþór Sigurðsson, mars 1928: Ritdómur.
• Ágúst H. Bjarnason, mars 1928: Athugasemdir höfundar.

 

Magistersverkefni Steinþórs

Steinþór mun fljótlega hafa kosið að fara í rannsóknarnám (mag. scient.), sem vel fram yfir miðja tuttugustu öld var einskonar millistig milli venjulegs kandídatsnáms (cand. scient.) og „stóru doktorsritgerðarinnar“ (dr. phil.) eins og þeirri, sem Ólafur Dan Daníelsson hafði varið 1909, fimm árum eftir magisterspróf sitt í stærðfræði. Sigurkarl Stefánsson valdi aftur á móti kandídatsnámið og útskrifaðist því rúmu ári á undan Steinþóri.

Höfundi þessara orða er ekki að fullu ljóst, hvaða námskeið Steinþór tók á seinnihluta við Háskólann. Í minningargrein sinni í Alþýðublaðinu segir Sigurkarl hins vegar, að með stjörnufræðináminu hafi hann einnig tekið námskeið í landmælingum og ljósmyndagerð. Í æviskrám er þess jafnframt getið, að á námsárunum 1925 til 1929 hafi Steinþór sjálfur kennt á (árlegu?) námskeiði um mælingar með sextungi (Kursus i Sekstantobservation).

Þegar að hápunkti rannsóknarvinnunnar kom, fékk Steinþór það lokaverkefni að nota allar þekktar mælingar til að finna bestu nálgunina á braut Akkillesar um sólina á árunum 1906 til 1929 með því að taka tillit til þyngdartruflana frá reikistjörnunum Júpíter og Satúrnusi. Jafnframt að ákvarða í lokin nýjustu snertibraut smástirnisins með sem mestri nákvæmni (sjá nánar um hugtakið snertibraut í undirkafla 2.1). Heiti magistersverkefnisins var Baneforbedring for Planet af Jupitergruppen (588) Achilles. Ekki er vitað, hvenær Steinþór hóf vinnu við reikningana fyrir alvöru, en sennilega hefur það þó verið haustið 1928, því í byrjun október sama ár birtist eftirfarandi frétt í vikublaðinu Reykvíkingi:

 

Örstutt forsaga

Um miðjan febrúar 1906 þekktu stjörnufræðingar alls 587 smástirni, öll í smástirnabeltinu milli Mars og Júpíters. Þegar þýski stjörnufræðingurinn M. Wolf (1863-1932) fann nýtt smástirni hinn 22. febrúar, gaf hann því bráðabirgðaheitið 1906 TG, en síðar fékk það númerið 588 og nafnið Akkilles. Það reyndist vera utan smástirnabeltisins og nálægt Júpíter. Fljótlega eftir uppgötvun Wolfs stakk sænski stjörnufræðingurinn C.V.L. Charlier (1862-1934) svo upp á því, að smástirnið væri bundið við Lagrangepunktinn L₄ á braut Júpíters og því væri æskilegt að kanna það svæði nánar og einnig svæðið í kringum L₅, og jafnvel tilsvarandi svæði á braut Satúrnusar.

• Wolf, M., 1906: Photographische Aufnahmen von kleinen Planeten.
• Charlier, C.V.L., 1906: Über den Planeten 1906 TG.

Túlkun Charliers vakti strax mikla athygli og margir stjörnufræðingar brugðust við áskorun hans og beindu sjónaukum sínum að Lagrangepunktunum tveimur. Ekki leið á löngu þar til eitt nýtt smástirni fannst við L₅ (Patróklos) og tvö við L₄ (Hektor og Nestor). Um svipað leyti var farið að tala um þessa smáhnetti sem Trójusmástirni. Talsverður tími leið þar til þau næstu fundust og árið 1929 voru þau aðeins orðin fjórtán. Í dag skiptir fjöldi skráðra Trójusmástirna þúsundum.

Meðal þeirra stjörnufræðinga, sem fengu áhuga á Trójusmástirnunum strax í upphafi, voru þeir Elis Strömgren og bandaríski stjörnufræðingurinn, A.O. Leuschner (1868-1953). Prófessor Leuschner er nefndur hér sérstaklega, af þeirri einföldu ástæðu, að hann var leiðbeinandi Vestur-Íslendingsins Sturlu Einarssonar í doktorsnámi hans við Kaliforníuháskóla í Berkeley. Líkt og Strömgren var Leuschner sérfræðingur í aflfræði himintungla með tilheyrandi brautarreikningum og þeir Strömgren áttu í nokkrum samskiptum tengdum því sviði. Leuschner er meðal annars þekktur fyrir sérstaka nálgunaraðferð í brautarreikningum, sem við hann er kennd:

• Leuschner, A.O., 1913: A Short Method of Determining Orbits From Three Observation.

Það var þessi aðferð, sem Sturla notaði í doktorsverkefni sínu til að ákvarða snertibrautir Trójusmástirnanna Hektors og Akkillesar um sólina:

• Einarsson, S., 1913: On the Orbits of the Minor Planets (624) Hector and (588) Achilles of the Trojan Group. Doktorsritgerð við Kaliforníuháskóla, Berkeley.
• Einarsson, S., 1913: The Minor Planets of the Trojan Group. Kynning á Trójusmástirnum og eigin doktorsverkefni.

Þótt ég efist um, að það verði nokkurn tímann að veruleika, væri það út af fyrir sig verðugt viðfangsefni fyrir meistaranema í vísindasögu að bera saman aðferðir og niðurstöður þeirra Sturlu og Steinþórs fyrir braut Akkillesar.

 

Glíma Steinþórs við Akkilles

Viðfangsefni Steinþórs var hluti af stærra verkefni í umsjón þeirra Strömgrens og Vinter Hansens, sem snerist um það að nota þekktar mæliniðurstöður til að reikna ítrekað út fyrri hreyfingar og síðan snertibrautir nokkurra Trjójusmástirna um sólu.Tilgangurinn var fyrst og fremst sá að koma í veg fyrir að hnettirnir týndust, enda eru truflanir á brautunum smástirnanna verulegar vegna nærveru Júpíters og Satúrnusar. Verkefnið tengdist jafnframt tölulegum reikningum Strömgrens og samstarfsmanna hans á lotubundnum lausnum á takmarkaða þriggja hnatta vandamálinu (sjá undirkafla 3.1).

Til að fá örlitla hugmynd um vandamálið, sem Steinþór þurfti að leysa, er gagnlegt að skoða eftirfarandi mynd: ´

Eina leiðin til öðlast sem nákvæmastar upplýsingar um framtíðarhreyfingar smástirna og halastjarna er að safna sem flestum mæligögnum um stöðu þeirra og hraða og beita síðan viðeigandi truflanareikningi. Í verkefni sínu notaði Steinþór vel þekkta reikniaðferð, sem kennd er við þýska stjörnufræðinginn J.F. Encke (1791-1865) til að reikna út braut Akkillesar á tímabilinu 1906 til 1929 og áætla snertibrautina í lok tímabilsins með því að taka tillit til truflana frá Júpíter og Satúrnusi. Við þá vinnu studdist hann einnig að hluta við reikniaðferðir úr bók G. Strackes frá 1929, Bahnbestimmung der Planeten und Kometen.

Við þessa viðamiklu og tímafreku útreikningana notaði Steinþór öll tiltæk mæligögn um Akkilles frá athugunarstöðvum í Evrópu, Bandaríkjunum og Alsír, en í magistersritgerðinni sjálfri (frá 1929) studdist hann aðallega við gögn og greinar Vinter Hansens frá fyrri tíð:

• Vinter - Hansen, J.M.V., 1915: Oppositionsephemeride des Planeten 588 Achilles.
• Vinter - Hansen, J.M.V. & Fischer-Petersen, 1916: Ephemeriden Kleiner Planeten.
• Vinter - Hansen, J.M.V., 1918: Über die Bewegung des Planeten der Jupitergruppe (588) Achilles in den Jahren 1906-1913: Vorläufige Behaverbesserung.
• Vinter - Hansen, J.M.V., 1919a: Störungen und Ephemeride des Jupiter-Planeten 588 Achilles.
• Vinter - Hansen, J.M.V., 1919b: Oppositionsephemeride für 588 Achilles.
• Vinter - Hansen, J.M.V., 1919c: Störungswerte des Jupiter Planeten 588 Achilles.
• Vinter - Hansen, J.M.V., 1920: L'éphéméride de la planète du groupe Jupitérien 588 Achilles.

Eftir að hafa fengið magistersritgerðina metna hæfa og lokið öllum prófum í nóvember 1929, hélt Steinþór til Íslands, þar sem hann ætlaði, samhliða öðrum störfum, að ganga frá grein í Astronomische Nachricthen um helstu niðurstöður ritgerðarinnar. Það dróst þó á langinn, því í millitíðinni bárust honum tvær greinar með nýjum upplýsingum, sem hann ákvað í samráði við Strömgren að nota til frekari reikninga og uppfærslu á fyrri niðurstöðum:

• Comendantoffs, N., 1929: „Sur la représentation du mouvement d'Achille 588, par la méthode d'extrapolation - Remarques générales sur le problème“ í Bulletin de l'Institut Astronomie de Leningrad (nr. 25, bls. 45).
• Brouwers, D., 1933: Theory and Tables of the Motion of (588) Achilles (Brouwer gaf einnig út grein með sama nafni árið 1937),

Þetta varð til þess, ásamt önnum við kennslu og önnur störf, að lokaútgáfan tafðist um heil þrjú ár:

• Steinþór Sigurðsson, 1929: Baneforbedring for Planet af Jupitergruppen (588) Achilles. Magistersritgerð við Kaupmannahafnarháskóla.
• Steinþór Sigurðsson, 1933: Über die Bewegung des Planeten der Jupitergruppe 588 Achilles in der Zeit von 1906 bis 1929.

Hér má svo sjá lokaniðurstöðu Steinþórs fyrir snertibraut Akkillesar:

Rétt er að geta þess, að þótt áhugi stjörnufræðinga á Trójusmástirnum Júpíters hafi almennt farið minnkandi með árunum eru þau enn til rannsóknar hjá nokkrum öflugum hópum vísindamanna. Þar á meðal eru einstaklingar, sem rannsaka ringl í sólkerfinu og einnig þeir, sem leita að vísbendingum um uppruna sólkerfisins og þróun þess. Í því sambandi má nefna, að þegar þessi orð eru rituð er geimfarið Lucy á leið til smástirnaþyrpingarinnar við L₄. Geimfarinu var skotið á loft árið 2021 og áætlað er að það verði við L₄ haustið 2027. Eftir stutta dvöl þar heldur Lucy til baka framhjá jörðinni og yfir til L₅ þar sem áætluð koma er árið 2033. Hér má sjá stutt kynningarmyndband um þennan langa vísindaleiðangur.

Að lokum er hér til fróðleiks ljósrit af upplýsingum um magisterspróf Steinþórs í stjörnufræði, sem birtar voru í Árbók Kaupmannahafnarháskóla 1929-1930:

 

Heim til Íslands

Steinþór Sigurðsson magister fluttist hingað alkominn í árslok 1929 og hafði þá þegar fengið kennarastöðu í stærðfræði og eðlisfræði við Gagnfræðaskólann á Akureyri, sem um það leyti var verið að breyta í Menntaskóla (MA). Þar kom hann í stað Pálma Hannessonar (1898-1956), sem fluttst hafði suður til að taka við embætti rektors við Menntaskólann í Reykjavík.

Sigurkarl Stefánsson getur þess í minningargrein sinni í TVFÍ, að við námslok haustið 1929 hafi Steinþóri gefist kostur á fastri stöðu sem stjörnufræðingur erlendis, sem hann þáði ekki. Það fylgdi þó ekki sögunni, hvar það hafi verið. Sigurður, sonur Steinþórs, segist hins vegar hafa heyrt það í æsku, að umrædd staða hafi verið í Hollandi. Sigurkarl greinir einnig frá því, að Danir hafi þá boðist til þess „að hér heima yrði komið á fót obseratorii Íslendingum að kostnaðarlausu, ef Steinþór veitti þvi forstöðu og rekstur þess yrði kostaður af ríkissjóði Íslands“. Steinþór mun hafa talið slíkar hugmyndir óraunhæfar og kom þeim aldrei á framfæri við stjórnvöld hér heima.

Í þessu sambandi má til gamans nefna, að árið 1929 voru liðin 124 ár frá því Vísindafélagið danska lagði niður stjörnuathugunarstöðina að Lambhúsum við Bessastaði. Jafnframt, að heil 68 ár áttu enn eftir að líða frá heimkomu Steinþórs og þar til Íslendingar fengu loks aðild að Norræna stjörnusjónaukanum á La Palma, og þá eftir sjö ára baráttu íslenskra stjarnvísindamanna við eigin yfirvöld.

• Einar H. Guðmundsson, 2022: Tvö hundruð og fimmtíu ár frá stofnun embættis konunglegs stjörnumeistara á Íslandi.
• Einar H. Guðmundsson, 2017: Tuttugu gjöful ár með Norræna stjörnusjónaukanum.

Þrátt fyrir að halda áfram að búa niðurstöður sínar úr magistersverkefninu undir prentun í Astronomische Nachrichten, virðist Steinþór fljótlega hafa sagt skilið við stjörnufræðina og í staðinn snúið sér að öðrum viðfangsefnum. Auk kennslu við Menntaskólann á Akureyri (1930-1935), Menntaskólann í Reykjavík (frá 1935), Verkfræðideild Háskóla Íslands (frá 1940) og fleiri opinberra starfa, bar þar einna helst á náttúrurannsóknum af ýmsu tagi. Hér má meðal annars nefna landmælingar, landkönnun og jarðfræði, þar á meðal jökla- og jarðhitarannsóknir sem og vangaveltur í líffræði. Svipmyndum af þessum viðfangsefnum hans verður brugðið upp í næsta hluta, færslunni 4a2.

Í lokin er rétt að geta þess, að eftir að heim var komið skrifaði Steinþór nokkrar alþýðlegar greinar, meðal annars um vísindaleg efni (sjá nánar í ritaskrá hans), auk þess að vera tíður gestur í hinu þá tiltölulega nýtilkomnu útvarpi landsmanna. Þar á meðal voru þrjár greinar um stjarnvísindaleg efni og tvær, sem hann birti í minningu forvera síns, Björns Gunnlaugssonar:

• Steinþór Sigurðsson, 1931: Plútó. Rituð í tilefni fundar dvergreikistjörnunnar Plútós í febrúar 1930.
• Steinþór Sigurðsson, 1938a: Björn Gunnlaugsson 1788-1938.
• Steinþór Sigurðsson, 1938b: Björn Gunnlaugsson og Uppdráttur Íslands.
• Steinþór Sigurðsson,  1939: Reikistjarnan Marz. Í tilefni erindisins birtist stutt viðtal við Steinþór í Útvarpstíðindum.
• Steinþór Sigurðsson, 1946: Ný kenning um myndunarsögu heimsins. Byggð að hluta á greininni A New Theory of the Past (1945) eftir B.S. Haldane.

 

---

* Stjarneðlisfræði og heimsfræði á Íslandi: Efnisyfirlit *

---

 

Yfirlit um greinaflokkinn

Frumherjinn Trausti Einarsson (1907-1984), er án efa þekktastur fyrir víðfeðmar og merkar jarðeðlisfræðirannsóknir hér á landi í hartnær hálfa öld. Í þessari færslu verður þó ekki rætt um þann mikilvæga þátt í ævistarfi hans. Hér er ætlunin að fjalla fyrst og fremst um Trausta sem stjarneðlisfræðing, en sem kunnugt er var hann doktor í stjörnufræði frá Háskólanum í Göttingen í Þýskalandi. Lesendum, sem vilja fræðast um afrek hans á sviði jarðvísinda, má benda á afmælis- og minningargreinarnar, sem tengt er á hér fyrir neðan. Æviatriði má einnig finna í æviskrám, eins og Verkfræðingatali og Kennaratali. Þá má nálgast frekari upplýsingar um prentuð verk Trausta í meðfylgjandi ritaskrá.

Það skal einnig tekið fram, að ég þekkti Trausta ekki persónulega og vegna eðlis þessa greinaflokks hef ég ekki haft fyrir því að kynna mér bréfaskipti hans við ættingja, vini eða aðra. Þá hef ég ekki heldur átt viðtöl við þá samferðamenn hans, sem enn eru á lífi. Þetta kann að valda því, að í textanum sem hér fer á eftir, kunni að leynast einhverjar staðreyndavillur um ævi hans og feril. Ef lesendur rekast á slíkt, bið ég þá vinsamlegast um að láta mig vita, svo ég geti gert viðeigandi ráðstafanir.

• Leó Kristjánsson, 2007: Ritskrá dr. phil. Trausta Einarssonar prófessors (1907-1984) um vísindaleg efni.
• Leifur Ásgeirsson, 1957: Trausti Einarsson, fimmtugur.
• Sigurður Þórarinsson, 1977: Trausti Einarsson sjötugur.
• Þorstein Sæmundsson, Jóhann Helgason, Leó Kristjánsson, Sveinbjörn Björnsson og Þorbjörn Sigurgeirsson, 1984: Minning: Dr. Trausti Einarsson prófessor.
• Sveinbjörn Björnsson, 1984: Trausti Einarsson.
• Sigurjón Rist, 1985: Minning: Dr. Trausti Einarsson prófessor.
• Ágúst Guðmundsson, 1985: Minning: Dr. Trausti Einarsson prófessor.
• Sigurður Steinþórsson, 1985: Minning: Dr Trausti Einarsson prófessor.

Í framantöldum greinum er víða komið inn á viðhorf Trausta til raunvísinda, sem og skoðanir hans á ýmsum mikilvægum atriðum, er tengjast kennslu þeirra og iðkun. Í því sambandi má einnig benda á eftirfarandi ritsmíðar:

• Mbl, okt 1952: Fámennar þjóðir gera meiri kröfur til menntunar. Viðtal við Trausta í tilefni heimsóknar hans til Hollands.
• Trausti Einarsson, 1965: Svar við spurningu Morgunblaðsins: Hvað er hægt að gera til að efla íslenzk raunvísindi?
• Trausti Einarsson, 1968: Um gildi eðlisfræði og stærðfræði fyrir jarðfræði, og um rannsóknir og kennslustörf. Erindi á ráðstefnu jarðfræðinga og jarðfræðinema um jarðfræðirannsóknir Íslendinga, sumarið 1967.

 

Nám við Menntaskólann í Reykjavík, 1924-1927

Trausti tók gagnfræðapróf utanskóla við Menntaskólann í Reykjavík árið 1924 og settist síðan í skólann, þaðan sem hann lauk stúdentsprófi vorið 1927. Þetta var í rektorstíð Geirs T. Zoëga og Trausti var í sjötta árganginum, sem útskrifaðist úr stærðfræðideild skólans. Aðalkennarar hans voru því frumherjarnir Ólafur Dan Daníelsson stærðfræðingur (1877-1957) og Þorkell Þorkelsson eðlisfræðingur (1876-1961). Stjörnufræðina lærði Trausti hins vegar hjá Jóhannesi Kjartanssyni byggingarverkfræðingi (1900-1928).

 

Háskólanám í Þýskalandi

Haustið 1927 hélt Trausti til Þýskalands, þar sem hann stefndi á nám í stjörnufræði við Háskólann í Göttingen. Með í för var vinur hans, Leifur Ásgeirsson (1903-1990), sem ætlaði að leggja stund á stærðfræði við sama skóla. Um dvöl þeirra í Göttingen má meðal annars lesa í áðurnefndri minningargrein Ágústs Guðmundssonar um Trausta (bls. 140) og á bls. 45-55 í grein Jóns Ragnars Stefánssonar „Saga stærðfræðings. Af ævi og starfi Leifs Ásgeirssonar“, sem birt var í bókinni Leifur Ásgeirsson – Minningarrit, árið 1998.

Margt er á huldu um það, hverjir kenndu þeim félögum fyrstu árin í Göttingen, en þó er vitað, að þeir tóku sömu grunnnámskeiðin í stærðfræði og raunvísindum. Eftir það hafa námsleiðir væntanlega skilið að mestu. Leifur lauk doktorsprófi í stærðfræði vorið 1933 hjá Richard Courant (1888-1972) með  eðlisfræði og eðlisefnafræði sem hliðargreinar. Trausti tafðist hins vegar um eitt ár vegna veikinda og lauk doktorsprófi í stjörnufræði hjá Hans Kienle (1895-1975) vorið 1934, sennilega með eðlisfræði og stærðfræði sem aukagreinar. Í ljósi þess, að rannsóknir Trausta á Íslandi að loknu doktorsprófi snerust nær allar um verkefni í jarðvísindum, er eftirtektarvert, að á námsárunum í Þýskalandi tók hann ekki eitt einasta námskeið á því sviði.

 

Raunvísindi í Göttingen á fyrstu áratugum tuttugustu aldar

Þegar þeir Trausti og Leifur komu til Göttingen haustið 1927, höfðu raunvísindi verið stunduð þar af miklum krafti, allt frá því á seinni hluta átjándu aldar. Felix Klein (1849-1925) og David Hilbert (1862-1943) höfðu gert stærðfræðideildina að stórveldi í heimi strærðfræðinnar á áratugunum í kringum 1900, og um og upp úr 1920 tókst þeim Max Born (1882-1970) og James Franck (1882-1964) að byggja þar upp eina af helstu miðstöðvum hinnar nýju skammtafræði. Efnafræðin lifði einnig góðu lífi í Göttingen og stjörnufræðideild skólans stóðst fyllilega samanburð við flestar aðrar deildir á því sviði í Þýskalandi. Stjörnufræðin átti sér og langa sögu við skólann og þar höfðu menn eins og Tobias Mayer (1723-1762), Carl Friedrich Gauss (1777-1855) og Karl Schwartzschild (1873-1916) gert garðinn frægan.

• Wikipedia: Sternwarte Göttingen.
• Heckmann, O., 1976: Hans Kienle.

• Rowe, D.E., 1989: Klein, Hilbert, and the Göttingen Mathematical Tradition.
• Rowe, D.E., 2015: Transforming Tradition: Richard Courant in Göttingen.
• Bečvář, J. & M. Bečvářová, 2020: Mathematics in Göttingen.
• Bæklingur, 2010: Physics: Teaching and Research at Göttingen University. Sjá bls. 16-22.
• Schirrmacher, A., 2019: Establishing Quantum Physics in Göttingen: David Hilbert, Max Born, and Peter Debye in Context, 1900-1926.
• Beer, G., 1996: Die Geschichte der chemischen Institute der Fakultät für Chemie der Georg-August-Universität Göttingen.
• Skúli Sigurðsson, 1992: Afstæðiskenning, alheimskenning og vísindin í Göttingen (bls. 11-23).
• Skúli Sigurðsson, 1994: Unification, Geometry and Ambivalence: Hilbert, Weyl and the Göttingen Community.

Við valdatöku nazista, árið 1933, lauk blómatíma raunvísinda í Göttingen all hastarlega, og hið sama á reyndar við um vísindi í Þýskalandi öllu. Bæði Trausti og Leifur sluppu þó þaðan fullmenntaðir, áður en ógnarstjórn nazista hófst fyrir alvöru.

• Mac Lane, S., 1995: Mathematics at Gottingen under the Nazis.
• Anon: "Gleichschaltung" under the Nazi regime.

En snúum okkur nánar að Trausta Einarssyni og stjarnvísindanámi hans. Í því, sem á eftir fer, er ein helsta heimild mín um tíðarandann í Göttingen á þessum árum (einkum fyrir 1933) viðtal við hinn merka stjarneðlisfræðing Martin Schwarzscild (1912-1997), son Karls Schwarzschild, þess sem hin fræga lausn á sviðsjöfnum Einsteins er kennd við. Martin var við nám í Göttingen á svipuðum tíma og Trausti og hafði sama leiðbeinanda, Hans Kienle. Hann lauk doktorsprófi árið 1935, ári á eftir Trausta. Ætla má, að leiðir þeirra hafi legið saman í stjörnuathugunarstöðinni á lokaári Trausta í Göttingen, 1933-1934.

• AIP – Oral History Interview, 1977: Martin Schwarzschild.
• Trimble, V., 1997: Martin Schwarzschild (1912-1997).

Meðal þess, sem Schwarzschild nefnir í viðtalinu, er að „the Göttingen Observatory at that time was a very happy place.“

Um Kienle segir hann meðal annars:

He definitely looked at astronomy in the modern sense of astrophysics even though obviously he himself, to some level, trained us in classical astronomy. You still had to compute a comet orbit and learn the truly classical sort of astronomy. ...  Actually Kienle closed all the meridian circles and went entirely into photometry. There was [only] one astrometric instrument preserved to train us students. ... Kienle was entirely a modern astronomer, but he was not a theoretician. ... It was an extremely lively place, and Kienle was extremely good – even though he himself maybe was not an outstanding astronomer – to recognize good young people. ...  [The technician, Friedrichs] was essentially the head of a small shop and played a very important role in the laboratory for absolute photometry which Professor Kienle made the main program of the observatory.

Þótt Kienle væri aðal stjarnvísindakennarinn, komu ýmsir aðrir einnig að kennslunni. Þar á meðal var næstráðandi Kienles í stjörnuturninum, „hinn aldraði“ Bruno Meyermann (1876-1963), sem kenndi svo til alla sígilda stjörnufræði, þar á meðal himinkúlufræði, tímareikning og útreikninga á brautum himintungla. Um hann segir Schwarzschild í viðtalinu: „Observator, Meyermann - Geheimrat Meyermann was quite an old man - He was an extremely kind and friendly man and did all the classical teaching.“

Á Göttingenárum Trausta voru þar einnig Otto Heckmann (1901-1983), helsti aðstoðarmaður Kienle frá árinu 1927 og síðan prófessor frá 1935. Hann varð síðar þekktur heimsfræðingur og fyrsti forstöðumaður Stjörnuathugunarstöðvar Evrópu á suðurhveli (ESO). Þá kom Rupert Wildt (1905-1976), aðstoðarmaður Kienle á árunum 1930-33, jafnframt að kennslunni.

Eitt af því, sem kemur fram í viðtalinu, er að Kienle ráðlagði nemendum sínum eindregið að taka hið þekkta ljósfræðinámskeið, sem Max Born kenndi, allt þar til hann þurfti að yfirgefa Þýskaland vegna ofsókna nazista árið 1933. Sá sem tók við kennslunni af Born var Otto Heckmann. Hvort Trausti sat þetta námskeið hjá Born, veit ég ekki. Hins vegar hlýtur hann að hafa fengið einhverja tilsögn í skammtafræði í námskeiðum hjá honum eða samstarfsmönnum hans.

• Born, M., 1933: Optik: Ein Lehrbuch Der Elektromagnetischen Lichttheorie.
• Schirrmacher, A., 2019: Establishing Quantum Physics in Göttingen: David Hilbert, Max Born, and Peter Debye in Context, 1900-1926.

 

Akademískt ár í München, 1930-1931

Að loknu þriggja ára grunnnámi í stjörnufræði í Göttingen, árið 1930, var Trausti í eitt ár við Háskólann í München. Það var í samræmi við hefð, sem lengi hafði tíðskast meðal þýskra háskólastúdenta, og gerir kannski enn. Stjörnuathugunarstöðin í München var reyndar í niðurníðslu á þessum tíma, svo leiða má getum að því, að Trausti hafi fyrst og fremst farið til borgarinnar til að sækja tíma hjá sjálfum „skammta-páfanum“, Arnold Sommerfeld (1868-1951) eða samstarfsmönnum hans. Meðal stjarneðlisfræðinga var Sommerfeld einkum þekkur fyrir bók sína, Atombau und Spektrallinien, „biblíu“ þeirra, sem unnu við litrófsgreiningu, hvort heldur var í stjarneðlisfræði, eða á öðrum sviðum.

• Eckert, M., 2020, Establishing Quantum Physics in Munich: Emergence of Arnold Sommerfeld’s Quantum School.

Um áhrif litrófsmælinga á þróun stjarnvísinda má meðal annars lesa í eftirtöldum greinum:

• Meadows,, 1984: The Origins of Astrophysics.
• Gingerich,, 1993: The Nineteenth-Century Birth of Astrophysics (bls. 47-58).
• Einar H. Guðmundsson, 2021: Nýja stjörnufræðin berst til landsins.

 

Grein um gerð og þróun sólstjarna

Fyrsta prentaða ritsmíð Trausta, Um byggingu stjarnanna, var sennilega skrifuð sumarið eða haustið 1931, annað hvort í München, eða eftir að hann var aftur kominn til Göttingen til að hefja vinnu við doktorsverkefnið. Greinin birtist í Eimreiðinni í vetrarbyrjun 1931 og er fyrsta umfjöllunin um þetta mikilvæga efni eftir Íslending með sérmenntun í stjarnvísindum. Hún gefur fjörlegt og gott yfirlit yfir ríkjandi hugmyndir vísindamanna um sólina og aðrar sólstjörnur á árunum í kringum 1930.

Bakgrunnur

Á millistríðsárunum voru rannsóknir á yfirborðseiginleikum sólstjarna, innri gerð þeirra og þróun, eitt heitasta viðfangsefni stjarneðlisfræðinnar. Margir mætir vísindamenn komu þar við sögu, en þeirra áhrifamestir voru lengi vel Bandaríkjamaðurinn Henry N. Russell (1877-1957) og Englendingurinn Arthur S. Eddington (1882-1944). Meginástæðan fyrir hinni öru þróun voru framfarir í eðlisfræði á árunum 1860 til 1930, meðal annars í ljós- og litrófsmælingum, hreyfifræði gasa og hinni nýju atómeðlisfræði, sem grundvölluð var á skammtafræði.

Í dag er Russell einna þekktastur fyrir hið svokallaða Hertzsprung-Russell (HR) línurit, sem gegnir afar mikilvægu hlutverki í fræðunum um eiginleika og þróun sólstjarna. Auk Russells er línuritið kennt við danska efnaverkfræðinginn Ejnar Hertzsprung (1873-1967).

Hér fyrir neðan má sjá hina frægu „frumútgáfu“ HR-línuritsins, sem Russell birti árið 1914 (sjá t.d. greinina Relations Between the Spectra and Other Characteristics of the Stars, bls. 285 og 288).  Skömmu áður, árið 1911, hafði Hertzsprung birt svipaðar niðurstöður í grein sinni „Über die Verwendung Photographischer Effektiver Wellenlaengen zur Bestimmung von Farbenaequivalenten“ í ritinu Publikationen des Astrophysikalischen Observatoriums zu Potsdam (22. Bd., 1. Stuck = Nr.63). Vegna þess, hversu fáir lásu Potsdam-frréttabréfið að staðaldri, voru línurit af þessu tagi eingöngu kennd við Russell allt fram til 1933. Það var hinn þekkti danski stjarneðlisfræðingur, Bengt Srömgren (1908-1987), sem fyrstur innleiddi nafnið sem við notum í dag, þ.e. Hertzsprung-Russell línuritið (sjá Strömgren, B., 1933: On the Interpretation of the Hertzsprung-Russell-Diagram.)

• DeVorkin,H., 1978: Steps toward the Hertzsprung-Russell diagram.
• Gingerich, O., 2013: The Critical Importance of Russell's Diagram.

Árið 1926 gaf Eddington út vandað yfirlitsrit um kennilegar rannsóknir sínar á eiginleikum og þróun sólstjarna. Bókin varð fljótlega ómissandi grundvallarrit á fræðasviðinu. Sem dæmi má nefna, að Kienle, leiðbeinandi Trausta, hvatti alla nemendur sína í Göttingen til að lesa bók Eddingtons vandlega. Ekki er að efa, að Trausti var í hópi þeirra fjölmörgu, sem urðu fyrir miklum áhrifum frá þessu tímamótaverki Eddingtons.

• Eddington,S., 1926: The Internal Constitution of the Stars.

Hér heima höfðu alþýðufræðarar haft fréttir af því, að eitthvað áhugavert væri að gerast á þessu sviði erlendis. Það varð meðal annars til þess, að fjallað var um efnið í eftirfarandi ritsmíðum:

• Ágúst H. Bjarnason, 1926: „Þróun sólstjarna“. Í bókinni Himingeimurinn, bls. 134-150.
• Ásgeir Magnússon, 1925-26: Sólstjörnur I & II. Þessa pistla úr blaðinu Verði birti Ásgeir síðan í bók sinni, Vetrarbraut: Alþýðubók og skólabók, árið 1926, bls. 90-99.
• Samúel Eggertsson, 1926: Nýjungar í stjörnufræði. Sjá kaflann „Kaflar úr æfisögu stjarnanna“, bls. 251-259.
• Ágúst H. Bjarnason, 1931: „Upptök og þróun sólstjarnanna“. Í bókinni Heimsmynd vísindanna, bls. 62-91.

Framangreind verk eru misjafnlega góðar þýðingar og/eða endursagnir á misgömlum erlendum alþýðuritum, enda hafði enginn af íslensku höfundunum fengið nægjanlega tilsögn í stjarneðlisfræði til að skila verki sínu hnökralaust. Því kann vel að vera, að Trausta hafi þótt mikilvægt að láta í sér heyra hér heima, einkum til að upplýsa íslenskan almenning um raunverulega stöðu þessara fræða erlendis. Um þetta er að sjálfsögðu ekkert hægt að fullyrða, en ljóst er að Trausti hafði fylgst vel með umræðum um þetta efni í fyrirlestrum, bókum og tímaritum, bæði í Göttingen og München.

Grein Trausta

Í upphafi Eimreiðar-greinarinnar frá 1931 minnir Trausti lesendur á fullyrðingar hins merka franska heimspekings Augustes Compte árið 1835 (reyndar án þess að nefna hann), þess efnis að „menn myndu aldrei geta fengið neina vitneskju um efnin og ástand þeirra á stjörnunum“. Í framhaldinu fjallar hann svo um það, hvernig litrófsfræðin færði mönnum lykilinn að núverandi þekkingu á fastastjörnunum, gerð þeirra og þróun (bls. 343):

Við notkun litrófsins í þágu stjörnufræðinnar er stigið eins stórt spor í þekkingaráttina og þá er Newton notaði fyrst aflfræðina til þess að skýra hreyfingar reikistjarna og tungla.

Fjórum árum síðar, 1935, skrifaði Trausti ítarlega grein í Tímarit Verkfræðingafélags Íslands um notkun litrófsmælinga í stjarneðlisfræði. Sú grein verður tekin til umfjöllunar í lok þessarar færslu.

Spurningarnar, sem Trausti leitast einkum við að svara í grein sinni, eru tvær: Hvað eru stjörnurnar? og Hvernig er ástandið á þeim?

Þegar grein Trausta er lesin, ber að hafa í huga, að hún er meira en 90 ára gömul og gífurlegar framfarir hafa orðið í stjarnvísindum á þeim tíma, sem síðan er liðinn. Þeim sem vilja kynna sér hugmyndir fræðimanna um stjörnurnar fyrir daga Trausta, er bent á fyrri færslur í þessum greinaflokki. Um núverandi þekkingu á gerð og þróun sólstjarna má hins vegar lesa í nýlegum kennslubókum í stjörnufræði og stjarneðlisfræði. Sjá einnig eftirfarandi heimildir:

• Wikipedia: Stellar Structure.
• Wikipedia: Stellar Evolution.
• Hufbauer, K., 1997, „Solar Physics“: Í History of Astronomy: An Encyclopedia (ritstj. J. Lankford), bls. 464-471.
• Hufbauer, K., 2006: Stellar structure and evolution, 1924 - 1939.
• Gingerich, O., 1994: Report on the Progress in Stellar Evolution to 1950.
• Cenadelli, D., 2010: Solving the Giant Stars Problem: Theories of Stellar Evolution from The 1930s to The 1950s.
• Tassoul, J.-L. & M. Tassoul, 2014: A Concise History of Solar and Stellar Physics.

Trausti notar talsvert rúm til að fjalla um það, hvernig nota má litróf til að ákvarða efnasamsetningu, hitastig, þéttni og þrýsting á yfirborði stjarnanna og skipa þeim í litrófsflokka. Jafnframt leggur hann áherslu á það, að litrófsmælingar hafi sýnt að sömu frumefni sé alls staðar að finna í sýnilegum alheimi og að þar gildi einnig sömu náttúrulögmál og í sólkerfinu.

Þá gefur Trausti dágóða lýsingu á sólinni, yfirborði hennar og virkni. Einnig fjallar hann um áhrif sólar á heimkynni okkar jarðarbúa og nefnir sem dæmi þyngdarkraftinn, sem heldur jörðinni á braut sinni, rafsegulgeislunina sem gerir hana lífvænlega og agnastreymið, sem meðal annars veldur norðurljósum.

Í lýsingu sinni á innri gerð sólstjarna fylgir Trausti í meginatriðum viðteknum hugmyndum samtímans, ekki síst eins og þær eru fram settar í bók Eddingtons, þar sem gert er ráð fyrir að „stjörnurnar [séu] hnattlöguð samsöfn af glóandi lofttegundum“. Þó fjallar hann með velþóknum um harða gagnrýni Edwards A. Milnes (1896-1950) á verk Eddingtons, og þótt hann nefni það ekki greininni, hefur hann án efa vitað af tengdri gagnrýni James Jeans (1877-1946) á Eddington og aðferðafræði hans. Rétt er að geta þess hér, að bæði Milne og Jeans höfðu margt til síns máls, einkum þó hinn síðarnefndi. En á endanum var það samt Eddington, sem í öllum meginatriðum stóð uppi sem sigurvegari í þessum deilum fræðimannanna.

Eddington brást hins vegar illilega bogalistin skömmu síðar (1935), þegar hann dæmdi kennilegar niðurstöður hins snjalla Indverja, Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995), um hámarksmassa hvítra dverga opinberlega dauðar og ómerkar.

• Mestell, L., 2004: Arthur Stanley Eddington: pioneer of stellar structure theory.
• Tayler, R.J., 1996:  E.A. Milne (1896-1950) and the Structure of Stellar Atmospheres and Stellar Interiors. Sjá einkum bls. 359-363.
• Stanley, 2007: So Simple a Thing as a Star: The Eddington-Jeans Debate over Astrophysical Phenomenology.
• Wali,C., 1982: Chandrasekhar vs. Eddington — an unanticipated confrontation.
• Miller, A.I., 2005: Empire of the Stars: Obsession, Friendship, and Betrayal in the Quest for Black Holes.

Þegar Trausti fjallar í grein sinni um eiginleika sólstjarna almennt, raðar hann þeim eftir stærð (þ.e. radíus, R) og lýsir því, hverrnig þyngdin  (þ.e massinn, M) og ljósmagnið (þ.e. ljósaflið, L) breytist með R. Það er ljóst, að í þeirri umfjöllun styðst hann annars vegar við áðurnefnt HR-línurit og hins vegar við hið þekkta ML-línurit, sem sýnt er hér fyrir neðan. Ef bæði L og T eru þekktar stærðir, má fá gildið á R út frá formúlunni L = 4πR²σT⁴, þar sem σ er svokallaður Stefan-Boltzmann fasti.

Í greininni fylgir Trausti í öllum meginatriðum kenningu Russels frá 1925 um þróun stjarna. Henni er lýst í skýringartextanum við næstu mynd. Kenningin byggir að hluta á eldri hugmyndum Englendingsins J. Normans Lockyer (1836-1920), en varð fljótlega úrelt.

Trausti vissi ekki, frekar en aðrir stjarnvísindamenn á þessum tíma, hvaðan sólstjörnurnar fengu hina gífurlegu orku, sem frá þeim geislaði. Hann bendir þó á, að sennilega sé uppsprettuna að finna í þeirri uppgötvun Einsteins, „að efni og orka séu tvær myndir sama hlutar“ (þ.e. E = mc²) og „að hugsanlegt [sé] að breyta megi einu í annað.“ Ýmsar hugmyndir höfðu þá þegar komið fram um það, hvernig slíkt gæti gerst í stjörnunum, en það var ekki fyrr en átta árum eftir að grein Trausta kom út, sem endanleg lausn fannst á vandamálinu. Þar var að verki hin þekkti þýsk-bandaríski eðlisfræðingur Hans Bethe (1906-2005). Um sögu þessa flókna viðfangsefnis og lausn þess má lesa í eftirfarandi heimildum:

• Wikipedia: Stellar nucleosynthesis.
• Kragh, H., 2016: The Source of Solar Energy, ca. 1840-1910: From Meteoric Hypothesis to Radioactive Speculations.
• Kragh, H., 2021: Reluctant Pioneer of Nuclear Astrophysics: Eddington and the Problem of Stellar Energy.
• Kragh, H., 2022: Before Bethe: Early Ideas of the Sun's Generation of Energy.

Alveg í lok greinarinnar kemur Trausti svo inn á vandamál, sem átti eftir að vera honum hugleikið það sem eftir var ævinnar, nefnlega spurninguna um uppruna sólkerfisins. Þar segir:

Stjörnurnar eru dreifðar víðsvegar um geiminn, að meðaltali í órafjarlægð hver frá annari. En komi það fyrir, að saman beri fundum tveggja þeirra, sem sjaldgæft mun vera, getur það orðið uppruni nýrra stjarna og nýs lífs. Því ef stjörnurnar þjóta hvor fram hjá annari, myndast á þeim flóðbylgjur, eins og á jörðu af völdum tunglsins. Þessar flóðbylgjur geta risið svo hátt, að þæri losni við stjörnuna og fari að hringsóla í kringum hana. Á þann hátt verða til reikistjörnur. Þær kólna fyrr en sólin sjálf, og skapast þannig skilyrði fyrir líf, slíkt sem við mennirnir njótum góðs af.

Þetta er greinilega lýsing á hinni svokölluðu flóðbylgjukenninu James Jeans frá 1919. Hún var mjög vinsæl um tíma, en stóðst ekki tímans tönn. Henni er ágætlega lýst í bók hans, The Universe Around Us frá 1929 (bls. 232-236).  Til gamans má geta þess, að í bókinni Heimsmynd vísindanna (1931) notar Ágúst H. Bjarnason þetta verk Jeans sem heimild um myndun sólkerfisins (bls. 97-99) og fleiri vísindaleg viðfangsefni.

• Wikipedia: History of Solar System formation and evolution hypotheses.
• Woolfson, M.M., 1993: The Solar System - its Origin and Evolution.

Eins og áður er getið, kom Trausti nokkrum sinnum aftur að vandmálinu um uppruna stjarnfræðilegra fyrirbæra. Fyrst 1937 í lok greinarinnar Tunglið. Síðan 1944 í Ágripi af stjörnufræði handa menntaskólum, þar sem hann setur fram sömu kenningarnar og 1931 um myndun reikistjarna (bls. 33) og þróun sólstjarna (bls. 45). Síðar á ferlinum fjallaði hann þó um nýrri hugmyndir, meðal annars í greininni Uppruni tungls og innri gerð frá 1969, í öðrum kafla inngangs að bókinni Eðlisþættir jarðarinnar og jarðsaga Íslands frá  1972 (bls. 13-20) og loks í greininni Stjörnuhröp og vígahnettir frá 1976.

 

Doktorsverkefnið

Í fyrstu neðanmálsgreininni í doktorsritgerð Trausta, Über die Möglichkeit fortlaufender Koronabeobachtungen (Um möguleikann á samfelldum athugunum á kórónu sólar), sem hann varði í Göttingen í apríl 1934, segir hann, að rannsóknarvinnan hafi að mestu farið fram árið 1932, en vegna veikinda hafi hann ekki lokið endanlegri úrvinnslu fyrr en í árslok 1933.

Efni ritgerðarinnar mætti flokka sem tilraunaljósfræði í tengslum við athuganir á nánasta umhverfi hinnar gífurlega björtu sólkringlu. Þar er hin fallega kóróna, sem er um það bil milljón sinnum daufari en sjálf kringlan. Trausti hefur sennilega byrjað að undirbúa mælingarnar fljótlega eftir komuna frá München 1931 og framkvæmt þær veturinn 1931-32. Hann var óvinnufær vegna veikinda veturinn 1932-33 og dvaldist þá heima á Íslandi. Haustið 1933 fór hann svo aftur til Göttingen til að ljúka verkinu.

Í framhjáhlaupi má nefna það hér, að á aðfangadag 1933 birti Trausti athyglisverða alþýðlega grein í Alþýðublaðinu undir fyrirsögninni Stjörnukíkir fyrir almenning. Ekki er ósennilegt, að hvatinn að henni hafi verið heimsókn í hið fræga stjörnuver í München á sínum tíma. Í greininni færir hann sterk menningarleg rök fyrir því, að æskilegt væri að efna til samskota til kaupa á „20-25 cm víðum spegilkíki ... með nauðsynlegum aukahlutum“ og koma honum fyrir í „all rambyggilegu skýli ... á heppilegu húsþaki“ í höfuðborginni. Bendir hann á „þak Austurbæjarskólans, sem hentugt kíkissvæði“. Þessi tillaga Trausta virðist ekki hafa hlotið miklar undirtektir meðal borgarbúa og það var ekki fyrr en rúmum fjörutíu árum síðar, sem draumur hans varð að veruleika. Þá kom Stjörnuskoðunarfélag Seltjarnarness fyrir 35 cm víðum spegilsjónauka á þaki Valhúsaskóla. – En snúum okkur nú aftur að doktorsverkefninu.

Bakgrunnur

Kóróna sólar hefur eflaust verið þekkt frá ómunatíð, þótt hún hafi, allt fram til 1930, eingöngu birst þeim, sem horfðu á almyrkva á sólu, og þá aðeins stuttan tíma í einu. Elstu rituðu heimildina um kórónuna er að finna í verki gríska heimspekingsins og sagnaritarans Plútarks (45-120), De Facie in Orbe Lunae (Um andlitið á tunglinu) og talið er, að það hafi ekki verið fyrr en í lok fyrsta fjórðungs átjándu aldar, sem menn áttuðu sig á því, að kórónan tilheyrði sólinni en ekki tunglinu.

• NASA: First Corona Description.
• Stephenson, F.R. & L.J. Fatoohi, 1998: The Total Solar Eclipse Described by Plutarch.
• Dreyer, J.L.E., 1877: Early Observations of the Solar Corona.
• Dreyer, J.L.E., 1907: The Eclipse of 1030.
• Þorkell Þorkelsson, 1933: Stiklastaðorustan og sólmyrkvinn.

Sjá einnig:

• Billings, D.E., 1966: A Guide to the Solar Corona. Sjá einkum 1. kafla: „Historical Introduction.“
• Woo, R., 2010: Revealing the True Solar Corona.

Áhugi vísindamanna á eðliseiginleikum sólarinnar fór ekki að vaxa fyrir alvöru fyrr en um og upp úr miðri nítjándu öld og þá einkum vegna tilkomu fræðigreina eins og varmafræði og rafsegulfræði og tækjabúnaðar til ljósmyndatöku, ljósmælinga, litrófsmælinga og skautunarmælinga (sjá í þessu sambandi færslu 3a eftir Einar H. Guðmundsson frá 2021: Nýja stjörnufræðin berst til landsins og heimildir, sem þar er bent á). Mikilvægi almyrkva við notkun slíks búnaðar við rannsóknir á kórónunni og næsta nágrenni sólar varð og til þess, að stjarnvísindamenn lögðu á sig ómælda vinnu og erfiðleika til að elta myrkvana uppi. Um nokkra slíka vísindaleiðangra má lesa hér:

• Pearson, J., W. Orchiston & J.M. Malville, 2011: Some Highlights of the Lick Observatory Solar Eclipse Expeditions.
• Crelinsten, J., 1983: William Wallace Campbell and the "Einstein Problem": An Observational Astronomer Confronts the Theory of Relativity.
• Einar H. Guðmundsson, 2019: Öld liðin frá sólmyrkvanum mikla 1919.

Sólvísindamenn dreymdi að sjálfsögðu um, að losna við hina umfangsmiklu og kostnaðarsömu myrkvaleiðangra til afskekktra staða og geta í staðinn gert nauðsynlegar mælingar á kórónunni og umhverfi hennar í hefðbundnum stjörnuathugunarstöðvum, helst á heimaslóðum. Langflestir voru þess þó fullvissir, að slíkt væri ekki mögulegt af ýmsum  tæknilegum ástæðum.

Sem dæmi má nefna að Kienle, aðalkennari Trausta Einarssonar, taldi að þetta væri algjörlega óframkvæmanlegt vegna birtu himinsins í nágrenni sólarinnar og byggði þar á eigin athugunum í Göttingen og víðar í lok þriðja áratugsins:

• Kienle, H., 1928: Über die Beobachtung der Sonne und ihrer Umgebung außerhalb totaler Sonnenfinsternisse.
• Kienle, H. & H. Siedentopf, 1929, Beobachtung der Sonnenkorona außerhalb der Finsternis.

Hér fyrir neðan er nýlegt línurit, sem sýnir hvað Kienle átti við með fullyrðingu sinni.

Einn vísindamaður vildi þó ekki játa sig sigraðan. Það var franski stjörnufræðingurinn Bernard Lyot (1897-1952), sem var viss um, að mögulegt væri að ljósmynda kórónuna í dagsbirtu með því að skyggja á sólina með þar til gerðum búnaði inni í sjónaukanum.

Sumarið 1930 tókst honum, með eigin frumgerð svokallaðrar kórónusjár, að sjá sólstróka með berum augum að degi til og bæði skautun og sterkustu ljómlínur kórónunnar með eigin mælitækjum. Athuganirnar gerði hann í 2,9 km hæð við stjörnuathugunarstöðina á Pic du Midi, sem er eitt af Pýreneafjöllunum.

Lyot tókst einnig að ljósmynda ljómlínurnar og sólstrókana, og sjálfur sá hann votta fyrir kórónunni á ljósmyndaplötunum. Hún var þó svo dauf, að það tók hann nokkurn tíma að sannfæra aðra um tilvist hennar á myndunum (sjá m.a. greinar hans L'Étude de la couronne solaire en dehors des eclipses (1931) og Étude de la couronne solaire en dehors des éclipses (1932)).

Til dæmis var Kienle ekki sannfærðari en svo, að sumarið 1931 gerði hann sér sérstaka ferð upp á fjallið Groẞglockner í Austurríki með sjónauka, ljósmyndabúnað, litrófsmæli og  skautunarmæli í farteskinu, til að sannreyna mælingar Lyots. Hinn merki þýski litrófsfræðingur, Walter Grotrian (1890-1954), kom í heimsókn til Kienle á fjallinu til að fylgjast með mælingum hans, sem staðfestu niðurstöður Frakkans, Þjóðverjunum til mikillar undrunar (um þennan rannsóknarleiðangur má lesa í grein Kienles frá 1932: Astronomische Beobachtungen auf der Adlersruhe am Großglockner).

Lyot og fleiri áttu síðan eftir að endurbæta kórónusjána verulega, og í dag er hún talin í flokki mikilvægustu tækja til sólarrannsókna.

Verk Lyots, ásamt mælingum Kienle og annarra Göttingen-manna, þar á meðal Trausta Einarssonar, urðu til þess vorið 1932, að Kienle neyddist til að endurskoða fyrri fullyrðingar sínar um að birta himinsins kæmi í veg fyrir myndatökur af kórónunni að degi til. Hann viðurkenndi jafnframt, að fyrri mælingar hans hefðu mistekist vegna of mikillar ljósdreifingar inni í sjónaukunum, sem notaðir voru.

• Hufbauer, K., 1994: Artificial Eclipses: Bernard Lyot and the Coronagraph, 1929-1939.
• Cyr, O.C.St., B. Fleck, J. M. Davila & F. Ishii, 2014: The Impact of Coronagraphs.

 

Doktorsritgerðin

Það virðist nokkuð ljóst, að niðurstöður Lyots og áhugi Kienle á kórónurannsóknum réði mestu um það, hvaða viðfangsefni Trausti fékk úthlutað sem doktorsverkefni. Í því sambandi má benda á, að einu heimildirnar, sem Trausti vísar í um fyrri kórónurannsóknir, eru áðurnefndar greinar Kienles (frá 1928) og Lyots (frá 1932). Að auki vitnar hann í þrjá aðra höfunda og þá um rannsóknir á ljósbeygju. Þeir eru: L.G. Gouy,  E. Maey og H. Nagaoka. Einnig má nefna, að í greininni þakkar Trausti aðeins tveimur mönnum fyrir aðstoð: Leiðbeinanda sínum, Kienle, fyrir að hafa stungið upp á verkefninu og samstúdent sínum, Johann Wempe, fyrir tæknilega aðstoð.

Verkefni Trausta snerist um það að kanna og bera saman dreifingu sólarljóss, annars vegar í lofthjúpi jarðar að degi til og hins vegar inni í sjónpípu kórónusjár. Eins og þegar hefur verið nefnt, gerði Trausti flestar tilraunirnar árið 1932, en missti síðan úr heilt ár vegna veikinda, þannig að ritgerðin var ekki skrifuð fyrr en haustið 1933 og loks varin í vetrarlok 1934. Hún birtist í tímaritinu Zeitschrift für Astrophysik undir heitinu Über die Möglichkeit fortlaufender Koronabeobachtungen. Verkið er all tæknilegt og því verður ekki farið í smáatriði hér, en áhugasömum er vísað á greinina sjálfa.

Til að mæla ljósdreifinguna inni í sjónpípunni notaði Trausti ljósið frá gervisól (500 W ljósgjafa) og margskonar linsur og ljóssíur til að fá sem bestar niðurstöður (sjá myndina Abb. 2. hér fyrir neðan). Tilraunirnar voru allar gerðar á rannsóknarstofu stjörnufræðideildarinnar.

Mælingar á ljósdreifingu í lofthjúpnum í nágrenni sólkringlunnar á hvelfingunni framkvæmdi Trausti á þaki Hainberg-stjörnuathugunarstöðvar Göttingenháskóla, sem þá var tiltölulega ný.

Eftir því, sem ég best fæ séð, voru helstu niðurstöðurnar úr þessum ljósdreifingarannsóknum Trausta þær, að inni í sjónpípu einfaldrar kórónusjár er dreifingin almennt mun meiri en flestir, þar á meðal Kienle, höfðu áður gert ráð fyrir. Jafnframt að hún yfirgnæfi ljósdreifinguna í lofthjúpnum, nema gerðar séu sérstakar ráðstafinir til að draga verulega úr henni, líkar þeim sem Lyot hafði þegar gert. Athuganir á kórónunni með vel hannaðri kórónusjá á háu fjalli séu því mögulegar, ef sólin er nógu hátt á lofti og himinninn heiðskír.

Segja má, að með þessum vönduðu mælingum hafi Trausti lítið annað gert en sannreynt hugmyndir Lyots og jafnframt sannfært Kienle og aðra þýska efasemdarmenn um mikilvægi rannsókna hins franska stjarnvísindamanns. Það er sennilega ástæða þess, að lítið virðist hafa verið vitnað í grein Trausta á sínum tíma. Þó getur hinn þekkti þýski stjarneðlisfræðingur, Albrecht Unsöld, um hana í hinu mikla yfirlitsriti sínu, Physik der Sternatmosphären: Mit besonderer Berücksichtigung der Sonne, frá 1938.

 

Brottför frá Þýskalandi

Að lokinni doktorsvörninni kvaddi Trausti Göttingen og hélt til Íslands. Fljótlega eftir heimkomuna með Goðafossi tók Alþýðublaðið við hann viðtal og birti, 25. apríl 1934, undir heitinu Nýr íslenzkur doktor. Nokkrum dögum síðar kom svo um hann stutt grein, Nýr doktor, í Vestmannaeyjablaðinu Víði.

Í minningargrein Ágústs Guðmundssonar frá árinu 1985 segir frá því á síðu 140, að vegna mikillar óvissu um starf á Íslandi, hafi Trausti, skömmu fyrir brottförina frá Göttingen, gengið á fund svissnesk-norska jarðefnafræðingsins Victors Goldschmidt (1888-1947), prófessors í steindafræði, og spurt hann ráða. Goldschmidt mun hafa svarað, „að ef hann fengi ekki rannsóknarstöðu í stjörnufræði á Íslandi, þá gæti hann margt verra gert en að sinna jarðfræðirannsóknum, og lagði áherslu á þá miklu möguleika sem Ísland hefði upp á að bjóða á því sviði“. Þess skal geta, að fram að þessum tíma hafði Trausti ekki sýnt jarðvísindum hinn minnsta áhuga.

Störf Trausta á Íslandi á sviði stjarnvísinda verða rædd nánar í annarri færslu (4b2), en hér er ætlunin að ljúka þessum hluta með umfjöllun um grein, sem hann birti í Tímariti Verkfræðingafélags Íslands haustið 1935 og er byggð á efni, sem hann hefur greinilega kynnt sér vel á námsárunum í Þýskalandi.

 

Grein um litróf og sólarrannsóknir

Grein Trausta ber heitið Litrofin og þýðing þeirra fyrir rannsóknir á sólinni. Hún er að öllum líkindum að mestu byggð á erlendum heimildum, og þá helst þýskum, þótt þeirra sé ekki getið í greininni. Um er að ræða metnaðarfulla og tæknilega grein, sem greinilega er ekki ætluð sem alþýðufræðsla, enda birt í tímariti verkfræðinga. Strax í upphafi vekur það sérstaka athygli, að Trausti notar orðið litrof í staðinn fyrir litróf, sem flestir nútímalesendur kannast betur við. Það sem kannski skiptir þó meira máli er að þetta er fyrsta „alvöru“ greinin, sem rituð er á íslensku um vísindalegar rannsóknir á sólinni.

Þeim, sem hafa áhuga á að kynna sér sögu sólarrannsókna ítarlegar en hér er gert, má benda á eftirfarandi yfirlitsgreinar í bókinni History of Astronomy: An Encyclopedia (ritstj. J. Lankford) frá 1997:

• Hufbauer, K.: „Solar Physics“ (bls. 464-471).
• Hearnshaw, J.B.: „Spectroscopy, Astronomical“ (bls. 483-488).

Grein Trausta er skipt í þrjá kafla með fyrirsögnunum Litrofin, Atommyndin og Sólin og er sá síðasti þeirra lengstur.

Litróf og atóm

Í byrjun er almenn umfjöllun um litróf, með áherslu á svokölluð línuróf. Rætt er um rafeindir í atómum, líkindasvæði (svigrúm) þeirra og Rydberg-formúluna frægu fyrir litrófsraðir þeirra Lymans, Balmers, Paschens og Bracketts. Jafnframt er því lýst, hvernig hægt er að útvíkka hana fyrir alkalímálmana, en ekki jarðalkalímálma. Síðar fjallar Trausti einnig um muninn á bogalitrófum og neistalitrófum. og minnist á hina svokölluðu Sommerfeld-Kossel reglu. Öll er umræðan tengd lotukerfi frumefnanna.

Trausti fjallar einnig um mögulegar færslur rafeinda milli orkustiga inni í atómum og birtir svokölluð Grotrian línurit fyrir bæði natrín og kalsín. Hann notar og erlenda orðið „term“ fyrir það sem við nú köllum venjulega fjölstig á íslensku.

Það er eftirtektarvert, að í umfjöllun sinni um atóm og litróf styðst Trausti nær eingöngu við gömlu skammtafræðina, sem byggir á hinum byltingarkenndu hugmyndum Níelsar Bohr um innri gerð atóma frá 1913. Í grein sinni segir hann meðal annars (bls. 35):

Vér höfum séð hér að framan að Bohr getur skýrt með fyllstu nákvæmni litrof vetnisins og aðaldrættina í litrofi alkalimálmanna. Atommyndin hefir og reynst ágætlega nothæf til að skýra flóknari litrof í stórum dráttum, enda þótt nákvæmum reikningi verði sjaldnast við komið. Þess vegna hefir ekki verið hikað við að byggja ályktanir um ástand efnanna á öðrum hnöttum á atommynd Bohrs.

Á seinni árum hafa „quantamekanik“ Heisenbergs og bylgju-„mekanik“ Schrödingers komið til sögunnar og gefið miklu fyllri skýringu á litrofunum en Bohr.

En það sem Heisenberg og Schrödinger hafa fram yfir Bohr við grundvöllun aðferðanna og nákvæmni reikningsins, vinnur Bohr upp með glöggri mynd af atominu, sem gefur réttar niðurstöður í aðalatriðum. Verður því hér á eftir ávallt gengið út frá hugmyndum Bohrs.

Til gamans má skjóta hér inn, að það var frændi Trausta og nafni, Trausti Ólafsson efnaverkfræðingur, sem birti fyrstu íslensku greinina um hina nýju atómeðlisfræði Bohrs árið 1925: Um atomkenningu Bohr’s.

• Hearnshaw, J., 2010: Auguste Comte's blunder: an account of the first century of stellar spectroscopy and how it took one hundred years to prove that Comte was wrong!
• Stanley, M., 2010: Spectroscopy - so what?
• Hearnshaw, J.B., 2014: The Analysis of Starlight: Two Centuries of Astronomical Spectroscopy.
• Einar H. Guðmundsson, 2021: Nýja stjörnufræðin berst til landsins.
• Einar H. Guðmundsson, 2023: Niels Bohr og Íslendingar I-VI.
• Wikipedia: Bohr–Sommerfeld model.
• Bohr, N., 1922: The theory of spectra and atomic constitution.
• Jensen, W.B., 2007: The Origin of the s, p, d, f Orbital Labels

 

Sólin

Meira en helmingur greinar Trausta fjallar um það, hvernig nota má litófsmælingar til að ákvarða efnasamsetninguna í ystu lögum sólarinnar og eðlisástand efnisins þar, meðal annars hitastig þess, þrýsting og jónunarstig.

Samkvæmt lögmáli Wiens er yfirborðshiti sólarinnar í kringum 6000 Kelvinstig. Trausti bendir einnig á, að reikningar Eddingtons sýni að miðjuhitinn sé um 40 milljón gráður. Atómin hljóti því að vera jónuð og efnið í ástandi rafgass, allt frá miðju til yfirborðs. Sjá megi greinileg merki þess í litrófi sólarinnar. Slíkt sé einnig hægt að reikna út með hjálp hinnar svonefndu Saha-jöfnu, sem Indverjinn Meghnad Saha leiddi út fyrstur manna árið 1920.

• Tatum, J.B., 2022: Stellar Atmospheres. Sjá einkum 7. kafla: „Atomic Spectroscopy“ og kafla 8.6: „Saha's Equation“.
• Gangopadhyay, G., 2021: Hundred years of the Saha equation and astrophysics.

Trausti ræðir tiltölulega lítið um yfirborðsvirkni sólar og einbeitir sér frekar að undirliggjandi stöðugleika hennar. Eftir skemmtilega lýsingu á ástandi efnis og orku inni í þessum gífurlega heita miðhnetti sólkerfisins, segir Trausti (bls. 36):

Sólin er þannig geisilegt haf af glóandi lofttegundum; ofan á synda heillegustu atomin, en neðar finnum við aðeins atomhluta. Þar er eins og komið sé nær og nær sjálfri sköpuninni – þar eru frumefnin sjálf í smíðum.

Eðlislýsing sólarinnar nær vitanlega einkum til yfirborðsins, því enda þótt fara megi nærri um ásigkomulagið í undirdjúpunum, hlýtur sú vitneskja að byggjast á athugun yfirborðslaganna. Sólinni má frá þessu sjónarmiði skipta í tvo aðgreinda hluta, gufuhvolfið, sem er gagnsætt og hinn ógagnsæa glóandi hnött, sem gufuhvolfið hvílir á. Frá yfirborði þessa hnattar stígur samfellt ljós upp í gegnum gufuhvolfið, en atomin, sem verða á vegi ljóssins, sía úr því þær bylgjulengdir, sem þeim eru eiginlegar, setja m.ö.o. sinn stimpil á sólarljósið. Litrof sólarinnar verður þannig samfellt, með fjölda absorptionslína.

Trausti ræðir síðan all ítarlega um litróf, hvernig þau eru ljósmynduð og síðan rannsökuð. Þessu næst tekur hann gufuhvolf sólar til umræðu, en það er ysti hluti hennar eða hjúpurinn, sem umlykur hið sýnilega „sólaryfirborð“, ljóshvolfið.

Eins og Trausti lýsir (bls. 38) er hjúpurinn lagskiptur. Hafa ber í huga, að grein hans er nær 90 ára gömul og því er eðlilegt, að lýsingu hans beri ekki fullkomlega saman við það, sem best er vitað í dag (sjá yfirlitsmyndina hér fyrir neðan).

Trausti fjallar í nokkrum smáatriðum um öll yfirborðslögin. Áhugaverðust finnst mér þó umfjöllun hans um kórónuna, sem hann kynnir til sögunnar undir lok greinarinnar (bls. 39):

Þrátt fyrir hina feikna loftþynningu efst í chromospherunni … er langt frá því að þar sé komið út í tómt rúm. Að minnsta kosti 700.000 næstu kílómetrarnir eru „íklæddir“ efni, sem að vísu er óskiljanlega þunnt, en gerir þó vart við sig með hinu daufa skini kórónunnar. Kórónan sést aðeins við almyrkva á sólu, þegar tunglið byrgir fyrir sólkringluna sjálfa og birta himinsins er orðin nægilega dauf.

Þrátt fyrir að nota síðan eina og hálfa síðu til að ræða kórónuna og eiginleika hennar, er eftirtektarvert, að Trausti minnist ekki einu orði á hina mikilvægu kórónusjá Lyots, hvað þá eigin rannsóknir henni tengdar. Áhugi hans á kórónunni leynir sér þó ekki.

Trausti ræðir meðal annars, hvernig „litsjáin skiptir kórónunni í þrjú belti“, sem við í dag köllum K kórónu, E kórónu og F kórónu (sjá línurit hér að framan). Á þessum tíma olli E kórónan mestum heilabrotum, þar sem ekki var hægt að tengja ljómlínur hennar við þekkt atóm með hefðbundnum aðferðum litrófsfræðinnar.

Eins og aðrir á þessum tíma, gerði Trausti ráð fyrir, að kórónan hlyti að vera kaldari en sólaryfirborðið (sem er um 6000 gráður). Hinar sérkennilegu ljómlínur E kórónunnar kæmu ekki frá nýju frumefni, kórónín, eins og áður hafi verið haldið fram, heldur hlytu þær að tengjast „óþekktu ionisationsástandi einhvers hinna gömlu frumefna“. Hann færir rök fyrir því, að kórónulínurnar séu svokallaðar „bannaðar línur“ frá þess konar efnum, en „mörg þeirra [séu] of lítið rannsökuð til að hægt sé að segja fyrir um [slíkar] línur.“

Gátan um hinar undarlegu ljómlínur E kórónunnar var ekki leyst fyrr en nokkrum árum eftir að grein Trausta kom út. Þá sýndi sænski eðlisfræðingurinn Bengt Edlén (1906-1993) fram á, eftir ábendingu frá Walter Grotrian árið 1939, að sterkustu línurnar koma frá margjónuðum járnatómum, Fe XIV (þ.e. Fe¹³⁺) og Fe X (þ.e. Fe⁹⁺) og það benti til þess, að kórónan væri nær þúsund sinnum heitari en sólaryfirborðið. Sú niðurstaða var fljótlega staðfest.

Hinn merki sænski verkfræðingur og eðlisfræðingur Hannes Alfvén (1908-1995) greip fréttirnar af uppgötvun Edléns strax á lofti og átti verulegan þátt í að gera þær heyrum kunnar, enda féllu þær vel að hugmyndum hans um mikilvægi rafgass í alheimi. Niðurstöður Edléns þóttu mikið afrek á sínum tíma, þótt nafn hans beri ekki oft á góma nú á dögum.

• Swings, P., 1943: Edlén's Identification of the Coronal Lines with Forbidden Lines of Fe X, XI, XIII, XIV, XV; Ni XII, XIII, XV, XVI; Ca XII, XIII, XV; A X, XIV.
• Swings, P., 1945: The Line Spectrum of the Solar Corona.
• Russell, A.J.B., 2018: Commentary: Discovery of the Sun's million-degree hot corona.
• Sigalotti, L. & Cruz, F., 2023: Unveiling the mystery of solar-coronal heating.

 

Lok fyrri hluta

Greinin um litrófin og sólina er líklega skrifuð einhvern tímann á tímabilinu frá því Trausti kom heim frá Þýskalandi, vorið 1934, og þar til hann fór að kenna við Menntaskólann á Akureyri, haustið 1935. Færsluhöfundur veit lítið um ferðir hans á þessu eina og hálfa ári, fyrir utan það, að í maí 1935 fór hann í Vatnajökulsleiðangur með Jóhannesi Áskelssyni jarðfræðingi og í júlí sama ár endurvakti hann goshverinn Geysi og varð landsfrægur fyrir. Meira um það í komandi yfirliti (færslu 4b2). Þess ber þó að geta, að í þeirri færslu er megináhersla lögð á þau störf Trausta á Íslandi, sem á einhvern hátt tengdust stjarnvísindum, meðal annars kennslu, alþýðufræðslu og almanaksreikningum.

 

---

* Stjarneðlisfræði og heimsfræði á Íslandi: Efnisyfirlit *

---