Sólblettarannsóknir Christians Horrebow í Sívalaturni með þátttöku Eyjólfs Jónssonar og Rasmusar Lievog

Fyrstu rituðu heimildirnar um sólbletti eru kínverskar og frá því á áttundu öld f.Kr. Á Vesturlöndum sáust þessi fyrirbæri einstaka sinnum, allt frá dögum Forn-Grikkja fram á sautjándu öld, án þess þó að menn tengdu þau endilega beint við sólina. Oftast var talið, að um væri að ræða þvergöngur föruhnatta, einkum Merkúríusar, og umfjöllun um sólbletti var því lítil sem engin.

Það var því ekki fyrr en Galíleó gaf út hið merka rit sitt um sólbletti, árið 1613, sem umræður um sólbletti tóku flugið. Um þá áhrifamiklu bók og viðbrögðin við henni má lesa hér.

Teikning Galíleós af sólarkringlunni, 23. júní 1613.

Sólblettaathuganir í Sívalaturni

Danska stjörnufræðingsins Christians Horrebow er nú einkum minnst fyrir rannsóknir á sólblettum, enda mun hann hafa verið með fyrstu mönnum til að fylgjast reglubundið með yfirborði sólarinnar.

Fyrir hans daga var Rasmus Bartholin eini stjörnumeistarinn í Sívalaturni, sem virðist hafa haft svipaðan áhuga, en þær rannsóknir stóðu stutt, jafnvel ekki nema eitt eða tvö ár. Bæði Ole Rømer og Peder N. Horrebow, faðir Christians, mældu sýndarþvermál sólarinnar á mismunandi árstímum og notuðu niðurstöðurnar til að ákvarða hringvik jarðbrautarinnar. Eftir því sem best er vitað voru það einu rannsóknir þeirra á sólarkringlunni.

Teikning danska arkitektsins Lauritz de Thurah af Sívalaturni árið 1748. Athugunarstöðin er á turnþakinu. Hún hafði lítið breyst, þegar Eyjólfur Jónsson og síðar Rasmus Lievog störfuðu þar við stjarnmælingar.

Þótt Christian Horrebow hafi einnig gert svipaðar mælingar, beindist áhugi hans fyrst og fremst að sólblettunum og hegðun þeirra. Hann tók að skoða blettina og skrá fjölda þeirra skömmu eftir að hann hóf störf hjá föður sínum og fylgdi þeim rannsóknum eftir allt til dauðadags, nær fjörutíu árum síðar. Á árunum í kringum dvöl fyrsta íslenska stjörnufræðingsins, Eyjólfs Jónssonar, í Kaupmannahöfn virðast fáir hafa fylgst jafn vel með blettunum og stjörnufræðingarnir í Sívalaturni. Um þessar athuganir má meðal annars lesa í nýlegri meistararitgerð eftir Carsten S. Jörgensen. Bestu heimildina um dönsku rannsóknirnar er þó að finna í merkri grein frá 1770  eftir Christian Horrebow sjálfan (sjá bls. 469-536). Þar birtir hann niðurstöður úr athugunum stjörnufræðinganna í Sívalaturni á sólblettum árið 1769 og lýsir þeim í smáatriðum með töflum og teikningum.

Teikningarnar sýna hluta af niðurstöðum sólblettaathugana í Sívalaturni sumarið 1769. Úr myndaviðauka með grein Horrebows frá 1770. Bókstafirnir á teikningunum vísa til frekari upplýsinga um blettina í grein hans.

Í greininni fjallar Horrebow auk þess um sögu sólblettarannsókna fram að þeim tíma, lýsir blettum af mismunandi stærð og ræðir staðsetningu þeirra og hreyfingu. Jafnframt segir hann frá því, að fjöldi blettanna breytist með tíma og getur þess sérstaklega, að þeir hafi verið óvenju fáir á seinni hluta sautjándu aldar og í byrjun þeirrar átjándu, á skeiði sem nú er venjulega kennt við enska stjörnufræðinginn E. W. Maunder. Frá því hann hóf rannsóknir hafi hann hins vegar sjaldan séð sólina án bletta og fjöldi þeirra sé óvenju mikill um þessa mundir (sólsveiflan virðist einmitt hafa náð hámarki árið 1769). (Sjá einnig Viðbót 1 í lok færslu.)

Mælingar fyrir önnur ár en 1769 birti Horrebow í Dansk Historisk Almanak, sem Danska Vísindafélagið gaf út (sjá meistararitgerð Jörgensens).

Samkvæmt grein Horrebows var það fyrst og fremst pólstæði Rømers (Machina aequatorea), sem notað var við athuganir á sólblettum í Sívalaturni (frá og með 1767). Pólstæðið skemmdist illa í brunanum mikla 1728, svo annaðhvort hefur það verið gert upp eða endursmíðað. Á það var venjulega settur 94 cm linsusjónauki með þráðasigti og skrúfumæli. Vitað er, að skömmu áður en grein Horrebows var skrifuð, hafði athugunarstöðin fengið nýjan tíu feta langan og litvillulausan Dollond-linsusjónauka með 10 cm sjóngleri. Hann mun hafa verið notaður við blettarannsóknirnar þegar aðstæður leyfðu.

Pólstæðið (Machina aequatorea) sem notað var við sólblettarannsóknirnar í Sívalaturni. Myndin er úr bók Peders N. Horrebow, Basis astronomiae, frá 1735. Sjá einnig umfjöllun um mælitæki Rømers í grein Einars H. Guðmundssonar frá 2008 (bls. 19-20).

Eyjólfur Jónsson og sólblettirnir

Á starfsárum sínum í Sívalaturni tók Eyjólfur Jónsson virkan þátt í rannsóknum Horrebows á sólblettum og í stjarnmælingabókum turnsins er að finna margar færslur frá honum. Næstu fjórar myndir sýna hvernig unnið var með niðurstöður mælinganna.

Báðar myndirnar eru úr stjarnmælingabók athugunarstöðvarinnar í Sívalaturni. Sú efri sýnir fyrri ákvörðun Eyjólfs á stjörnuhnitum sólbletta, 7. febrúar 1768, ásamt teikningu af stöðu þeirra á sólarkringlunni. Í rauðu kössunum eru hnitin, tímahornið til vinstri og stjörnubreiddin til hægri. Tímahornið er gefið upp í stjörnutímaeiningum, en stjörnubreiddin er mæld í snúningum skrúfumælis miðað við neðsta punkt sólarkringlunnar. Neðri myndin sýnir niðurstöður úr seinni mælingum Eyjólfs sama dag. Þær voru taldar nákvæmari og því birtar í Dansk Historisk Almanak árið 1770. Úr meistararitgerð Jörgensen (bls. 66).

 

Tafla og myndir úr grein Christans Horrebow í Dansk Historisk Almanak árið 1770. Taflan sýnir niðurstöðurnar úr seinni mælingum Eyjólfs, 7. febrúar 1768. Myndirnar sýna hins vegar niðurstöður margra athugana frá mismunandi tímum. Í efra horninu hægra megin (Fig. 8) er teikning Eyjólfs (úr fyrri færslunni) af sólarkringlunni 7. febrúar 1768. Úr meistararitgerð Jörgensen (bls. 67).

Við rannsóknir á sólinni, óháð því hvort fylgst var með sólblettum, sólmyrkvum eða öðrum fyrirbærum tengdum þessum bjarta himinhnetti, var eins og nú hægt að nota tvær mismunandi aðferðir til að vernda augun. Annaðhvort létu menn sólarljósið falla á skerm þar sem hægt var að skoða mynd af sólinni, eða þeir settu sólarsíu á sjónaukann og horfðu beint í sólina í gegnum síuna. Í Sívalaturni, eins og í öðrum stjörnuathugunarstöðvum, voru síurnar annaðhvort gerðar úr litgleri eða reykgleri.

Í þessu sambandi eru athyglisverð ummælin, sem Uno von Troil hefur um Eyjólf Jónsson í tveimur bréfum árið 1773, en hann hafði hitt stjörnumeistarann á Arnarhóli árið áður. Bréfin birti hann í hinu þekkta riti sínu, Bref rörande en resa til Island, frá 1777. Í því fyrra segir (bls. 40):

[Jonson] nyttjade med fördel, uti en af sig paafunnit telescop, Islands saa kallade svarta agat, i stellet for rökt glas.

Og í því síðara (bls. 247):

Af detta svarta glas [þ.e. svarta agat], har Herr Observat. Ej. Jonss, så vel í Kiöbenhavn som Island, nyttjad til solaire tuber, i stället et annars röka glasen, och funnit detta mycket bättre.

Svarta agat á sænsku er það sem við Íslendingar köllum hrafntinnu (á dönsku er talað um sort agat og á ensku obsidian). Samkvæmt þessu hefur Eyjólfur útbúið sólarsíur úr hrafntinnuþynnum og notað við sólarrannsóknirnar í Sívalaturni með góðum árangri. Jafnframt má ráða af orðum von Troils, að Eyjólfur hefur haldið áfram að fylgjast með sólaryfirborðinu eftir að hann kom aftur til Íslands. Er þetta eina heimildin, sem ég hef fundið um þær athuganir.

Hér má einnig geta þess, að í kennslubók sinni í stjörnufræði frá 1796 tekur Thomas Bugge það sérstaklega fram, að hrafntinnuþynnur séu með afbrigðum góðar sólarsíur (bls. 173). Hann minnist þó ekki á Eyjólf í því sambandi. Þeir Bugge og Eyjólfur virðast ekki hafa haft mikil samskipti meðan sá síðarnefndi var í Höfn, enda var Bugge þá önnum kafinn við landmælingar og kortagerð. Hvernig sem á því stendur virðist hrafntinna hvergi hafa verið notuð við sólarathuganir nema í Sívalaturni og á Arnarhóli, alla vega hef ég ekki enn fundið neinar heimildir um slíkt.

Kenningar um eðli sólbletta

Í fyrrnefndri grein frá 1770 fjallar Christian Horrebow um ýmsar eldri hugmyndir um gerð og eðli sólarinnar (bls. 473-74). Hann telur að kenning, sem hann eignar franska stærðfræðingnum og náttúruspekingnum Philippe de La Hire, sé í bestu samræmi við sínar eigin athuganir. Samkvæmt túlkun Horrebows á kenningunni er sólin risastór kúla með miklum ójöfnum á yfirborðinu, stórum sem smáum, dölum sem fjöllum. Kúlan er umvafin fljótandi eldefni (það er ljóshvolfi), sem hækkar og lækkar á víxl, líkt og höfin á jörðinni. Blettirnir eru misháir fjallstindar, sem koma í ljós við lækkun eldhjúpsins, en hverfa svo aftur, þegar hjúpurinn hækkar. Þeir eru flestir við miðbaug, því þar eru fjöllin hæst eins og á jörðinni. Lýsing Horrebows er sennilega fengin úr kennslubók í stjörnufræði eftir Jérôme Lalande (2. bindi 1764, bls. 1209-10). Ef haft er í huga, hversu skammt rannsóknir á sólinni voru á veg komnar á dögum Horrebows, var þetta alls ekki svo slæm kenning. Thomas Bugge tekur til dæmis undir hana í stjörnufræðibók sinni frá 1796 (bls. 147-48).

Þegar skoski stjörnufræðingurinn Alexander Wilson beindi sjónauka að sólinni árið 1769, sá hann hins vegar engin fjöll í blettunum, heldur virtust þeir vera einskonar dældir í eldhvolfinu. Wilson birti niðurstöður sínar 1774 og setti jafnframt fram þá tilgátu, að sólblettirnir væru göt í ljóshafinu og í gegnum þau sæist í dökkt yfirborð hins eiginlega sólaryfirborðs. Í þessu sambandi má geta þess, að haustið 1770 efndi danska Vísindafélagið til verðlaunasamkeppni um svar við spurningunni Hvað eru sólblettir? Verkefnið var án efa komið frá Christian Horrebow. Alexander Wilson voru veitt verðlaunin í ársbyrjun 1772, þótt talið væri að hann hefði ekki fært nægjanlegar sannanir fyrir kenningu sinni.

Hinn þekkti stjörnufræðingur William Herschel aðhylltist einnig þessa kenningu. Að auki taldi hann líklegt, að sólaryfirborðið væri ekki mjög frábrugðið yfirborði jarðarinnar og þar væru sennilega lifandi verur. Rétt er að minna á, að hugmyndir um kaldan sólarhnött hjúpaðan heitu eldhvolfi voru ríkjandi meðal stjörnufræðinga og eðlisfræðinga allt fram á sjöunda áratug nítjándu aldar, þegar sýnt var fram á það með litrófsmælingum, að þær stóðust ekki.

Mynd úr grein eftir William Herschel frá 1801. Hún lýsir kenningu hans um eðli sólbletta: Sólin er dökkur og kaldur risahnöttur, byggður lifandi verum. Umhverfis hann er eldhvolf með götum og geta jarðarbúar og aðrir séð dökkt sólaryfirborðið í gegnum þau. Þetta skýrir sólblettina. Á neðra borði eldhvolfsins þarf að vera einhvers konar skjöldur, t.d. dökkt millihvolf, eitt eða fleiri, til þess að sólarbúar stikni ekki. Herschel setti þessa kenningu fyrst fram árið 1795 og studdist þar við hugmynd Alexanders Wilson frá 1774. Hennar var lengi getið í alþýðuritum um stjörnufræði, t.d. Vorum sólheimum eftir Magnús Stephensen (bls. 55) og  Stjörnufræði Ursins (bls. 10-11).

Fjöldi sólbletta

Í merkri grein frá 1843 birti Heinrich Schwabe, þýskur áhugamaður um stjörnufræði, tilgátu þess efnis, að fjöldi sólbletta væri sveiflukenndur með um það bil tíu ára lotu. Niðurstöðuna byggði hann á nær tveggja áratuga rannsóknum á sólaryfirborðinu. Uppgötvunin vakti athygli svissneska stjörnufræðingsins Rudolfs Wolf, sem fór fljótlega að rannsaka sólbletti sjálfur. Jafnframt hóf hann að safna gögnum um eldri mælingar á sólblettum, allt aftur til ársins 1610. Árið 1852 hafði hann komist yfir nægjanlegt gagnamagn til að staðafesta niðurstöður Schwabes um sólsveifluna og finna lotu hennar, sem reyndist vera 11 ár að meðaltali. Á sama tíma tókst Wolf einnig að sýna fram á sterka fylgni milli fjölda sólbletta og breytinga á segulsviði jarðar. Ýmsir aðrir komust að sömu niðurstöðu um svipað leyti.

Því er þetta nefnt hér, að menn hafa löngum undrast, hvers vegna Christian Horrebow uppgötvaði ekki sólsveifluna löngu á undan Schwabe. Skömmu áður en hann dó, árið 1776, hafði Horrebow safnað nægum gögnum til að sjá sveifluna. Þetta má til dæmis sjá á myndinni hér fyrir neðan yfir fjölda sólbletta á árunum 1761 til 1777.

Myndin sýnir meðalfjölda sólbletta samkvæmt mælingum Christians Horrebow og samstarfsmanna hans í Sívalaturni á árunum 1761-1777. Eyjólfur Jónsson tók þátt í mælingunum á árunum 1767 til 1770. Rasmus Lievog sá um mælingarnar 1776 til 1777 og Thomas Bugge um þær allra síðustu, seinni hluta ársins 1777. Línuritið er tekið úr úr bók Hoyts og Schattens frá 1997 (bls. 31), sem jafnframt gefur stutt og hnitmiðað yfirlit yfir sögu sólarrannsókna. Sjá einnig grein þeirra frá 1995 um mælingar Horrebows.

Einhverra hluta vegna birti Horrebow ekkert um athuganir sínar á öðrum tungumálum en dönsku og það kom því í hlut danska stjörnufræðingsins og stærðfræðingsins Thorvalds N. Thiele að birta mælingarnar á alþjóðavettvangi, nokkuð sem hann gerði að áeggjan Rudolfs Wolfs árið 1859. Það var því ekki fyrr en rúmum áttatíu árum eftir lát Horrebows, sem alþjóðasamfélag stjörnufræðinga fékk fyrst upplýsingar um hinar merku sólblettaathuganir í Sívalaturni.

Þótt lítið hafi heyrst í Christian Horrebow erlendis, má sjá það á hinum dönsku greinum hans, að hann var mjög nálægt því að uppgötva sólsveifluna. Til dæmis getur hann þess í Dansk Historisk Almanak árið 1775, að svo virðist sem fjöldi og stærð sólbletta endurtaki sig eftir ákveðinn árafjölda, þótt enn sé ekkert hægt að fullyrða um það. Árið eftir segir hann svo í sama almanaki:

Jafnvel þótt athuganir sýni, að breytingar á sólblettum séu algengar, þá er ekki hægt að finna neina fasta reglu um þær, eða hversu lengi breytingarnar vara. Ástæðan er fyrst og fremst sú, að fram að þessu hafa stjörnufræðingar ekki fylgst mjög náið með sólblettum. Það er án efa vegna þess, að þeir hafa talið að útkoman yrði ekki sérlega áhugaverð fyrir stjörnufræði og eðlisfræði. Vonandi tekst þó með tíðari mælingum að finna sveiflutíma breytinganna, eins og þegar hefur tekist að finna reglu í hreyfingu hinna himinhnattanna. Þá fyrst verður hægt að rannsaka hvaða áhrif sólblettir hafa á hnettina, sem sólin lýsir upp og stjórnar.

Að lokum er hér nýleg mynd af tíðni sólbletta frá 1600 til 2009:

Tíðni sólbletta frá 1610 til 2009. Eftir 1749 er um mánaðarleg meðaltöl að ræða. Þarna er meðal annars stuðst við mælingar Christians Horrebows og aðstoðarmanna hans, þar á meðal Eyjólfs Jónssonar, frá árunum 1761 og 1764-76. Einnig er stuðst við mælingar Rasmusar Lievog 1776-77 og Thomasar Bugge 1777. Sjá nánar hér.

Örlítið um Rasmus Lievog og Thomas Bugge

Skömmu áður en Horrebow dó hóf Rasmus Lievog störf sem aðstoðarstjörnumeistari í Sívalaturni. Hann hefur greinilega hlotið þjálfun í skoðun sólbletta hjá Horrebow, því þegar Thomas Bugge tók við sem yfirstjörnumeistari, árið 1777, lét hann Lievog halda áfram sólblettaathugunum um tíma. Niðurstöður þeirra mælinga eru notaðar í línuritunum hér fyrir ofan.

Bugge var mun einbeittari og reglufastari vísindamaður en Horrebow, hélt góðu sambandi við erlenda stjörnufræðinga og birti margar mæliniðurstöður í erlendum tímaritum og bókum. Hann aðhylltist framsetningu Newtons á eðlisfræðinni og hafði orðið fyrir umtalsverðum áhrifum frá ensku upplýsingunni.

Þótt Bugge hefði persónulega mikinn áhuga á sólinni, tók hann snemma þá ákvörðun að hætta sólarathugunum að mestu og fylgja í staðinn ríkjandi straumum í stjörnufræði. Hann mun hafa verið með fyrstu mönnum til að sjá kornótta áferð sólaryfirborðsins, en hirti ekki um að birta niðurstöðurnar á alþjóðavettvangi, heldur aðeins í kennslubók sinni árið 1796 (bls. 144).

Þannig einbeitti hann sér að rannsóknum á fyrirbærum, sem þóttu mikilvægari en sólin á þeim tíma. Það kann einnig að hafa átt nokkurn þátt í ákvörðun hans, að hann mun hafa vanmetið hæfileika Christians Horrebow sem stjörnufræðings. Ef Bugge hefði hins vegar haldið áfram langtíma rannsóknum fyrirrennara síns, samhliða öðrum verkefnum, má telja nær fullvíst, að hann væri nú einkum þekktur fyrir að uppgötva sólsveifluna. Segja má, að ákvörðun hans um rannsóknaráherslur sé sláandi dæmi um glatað tækifæri í raunvísindum.

Hinn kraftmikli Bugge vann skyldustörf sín alla tíð af mikilli samviskusemi og í sönnum guðsótta. Hann var vinsæll meðal nemenda, en þótti frekar einstrengislegur í stjórnunarstörfum. Hann lagðist til dæmis gegn því, að H. C. Ørsted og H. C. Schumacher fengju á sínum tíma stöður við Hafnarháskóla. Schumacher varð síðar eftirmaður Bugges og Ørsted helsti raunvísindaforkólfur skólans. Þeir báru Bugge illa söguna að honum látnum og komu þannig í veg fyrir að hans yrði minnst að verðleikum fyrr en löngu síðar.



Viðbót 1 (26. júní 2019): Nýlega birtust tvær fróðlegar greinar um sólblettaathuganir Horrebows í tímaritinu Solar Physics:

About Einar H. Guðmundsson

Prófessor emeritus við Háskóla Íslands - Tölvupóstfang: einar@hi.is - Vefsíða: https://notendur.hi.is/einar/
This entry was posted in Átjánda öldin, Stjörnufræði. Bookmark the permalink.