Um þessar mundir (júní 2018) eru liðin 160 ár frá því fyrst sást glitta í lítinn hnoðra á stjörnuhimninum í gegnum sjónauka í Flórens á Ítalíu. Á næstu mánuðum átti hnoðrinn eftir að þróast í eina fallegustu halastjörnu, sem sögur fara af. Mikil hrifning greip um sig meðal almennings í Evrópu og Bandaríkjunum og haustið 1858 birtist fjöldi greina um stjörnuna í erlendum blöðum og tímaritum. Af henni voru málaðar myndir og ort um hana ljóð (sjá nokkur dæmi hér).
Á þessum tíma var sú hjátrú, að halastjörnur væru fyrirboðar illra tíðinda, að mestu horfin. Ný tækni og nýjar kenningar voru í burðarliðnum og áttu eftir að valda byltingarkenndum breytingum á gömlum og grónum greinum eins og stjörnufræði og náttúruspeki. Svo skemmtilega vill til, að halastjarnan 1858 kom einmitt í heimsókn á þessu áhugaverða breytingarskeiði. Um það verður rætt nánar í seinni hluta færslunnar.
Halastjarna Donatis séð frá Oxford í Englandi snemma kvölds hinn 5. október 1858. Vatnslitamynd eftir enska málarann William Turner.
Þetta kort kom út í byrjun október 1858 og var ætlað áhugasömum almenningi. Það sýnir hreyfingu halastjörnunnar á hvelfingunni (frá hægri til vinstri) og er byggt á mælingum og útreikningum stjörnufræðingsins J. R. Hinds. Sjá einnig útgáfu, sem hægt er að stækka.
Viðbrögð tveggja Íslendinga
Einn af þeim, sem heillaðist mjög af hinum nýja gesti á stjörnuhimninum, var íslenska skáldið Benedikt Gröndal. Haustið 1858 var hann staddur í Þýskalandi þar sem hann fylgdist með Donati-stjörnunni og orti um hana áhrifamikið en frekar þunglyndislegt ljóð í átta erindum. Kvæðið, Halastjarnan 1858, var birt í heild í Þjóðólfi haustið 1859, en hér er fyrsta erindið eins og Benedikt gekk sjálfur frá því í Kvæðabók sinni árið 1900:
Þú undurljós! sem áfram stikar
ókunnum heimsins djúpum frá,
þú sem með geisla-bröndum blikar
brugðinn sem skjómi himni á!
Hvurt munu þínar liggja leiðir,
logandi sjón, um dimma tíð?
Eldfaldin hrönn þér undan freyðir,
óttaleg bæði og meginfríð!
Til vinstri: Björn Gunnlaugsson árið 1859. Til hægri: Benedikt Gröndal í kringum 1870.
Umfjöllun Björns Gunnlaugssonar, sem birtist í Þjóðólfi 5. nóvember 1858, var langt frá því jafn ljóðræn og lýsing skáldsins. Grein spekingsins, Halastjarnan 1858, hefst á einfaldri frásögn af ferðalagi stjörnunnar í gegnum stjörnumerkin (sjá kortið hér fyrir neðan). Stjörnuna mældi Björn fyrst 17. september og var hún þá „á vinstra aptrfæti Stóra Bjarnar“. Eftir það ferðaðist hún í gegnum stjörnumerkin Bereníkuhadd og Hjarðmanninn (Nautamanninn), þaðan sem hún hélt í átt að Naðurvalda.
Stjörnukort C. G. Riedigs frá 1849. Þarna má sjá allar stjörnurnar, sem Björn nefnir í grein sinni.
Síðan segir í grein Björns um mælingarnar:
Þann 17. og 23. sept., og 4. oct. mældi eg gáng halastjörnunnar, þó engan veginn með þeirri nákvæmni sem stjörnumeistarar við hafa, (því eg hefi enga hentugleika á því; hèr er hvorki stjörnuhús nè hentug verkfæri). Þó held eg sè betra fyrir oss Íslendinga að veifa raungu trè en engu, ef að eins hittist nærri því rètta, vegna þess það gefr þó hugmynd um halastjörnugánginn. Fann eg þá með reikningi, og meira þó með Construction (uppdrætt[i]) þessar eptirfylgjandi grunntölur (Elementa) halastjörnunnar:
Tíð sólnándar (Perihelii): 15. sept. 1858
Lengd sólnándar: 67° 15′
Sólnándar fjarlægð: 0,59 [leiðrétt í samræmi við handrit BG]
Uppstígandi hnútr: 175° 30′
Halli mót sólbraut: 59° 30′
Gángrinn öfugr.
Samkvæmt þessu var halastjarnan næst sólinni 15. september 1858 og þá í 0,59 stjarnfræðieininga fjarlægð frá henni. Björn reiknaði einnig út, að halastjarnan hefði verið næst jörðu 8. október í fjarlægðinni 0,34 stjarnfræðieiningar og að hornið milli brautarplana halastjörnu og jarðar hafi verið 59° 30′. Í sólnánd hafi hraði stjörnunnar verið 7,5 (danskar) mílur á sekúndu eða 56,5 km/s. Til samanburðar má nefna að meðalhraði jarðar á braut sinni um sólina er 29,8 km/s.
Eins og Björn segir sjálfur var aðstaða hans til stjörnuathugana ekki sérlega góð, enda var hún tvímælalaust til muna verri en sú, sem forverar hans á Íslandi á átjándu öld bjuggu við á sínum tíma, þeir Eyjólfur Jónsson og Rasmus Lievog.
Þegar aðstæður Björns til stjarnfræðilegra mælinga eru hafðar í huga verða niðurstöður hans, byggðar á þremur mælingum, að teljast furðu góðar. Í alþjóðlegum fræðiritum má til dæmis lesa, að í sólnánd, 30. september, hafi fjarlægð halastjörnunnar frá sólinni verið 0,58 stjarnfræðieiningar. Hún hafi verið næst jörðu 10. október í fjarlægðinni 0,5 stjarnfræðieiningar og að hornið milli brautanna hafi verið 63°. Sýndarbirta halastjörnunnar mun hafa verið í kringum -1 þegar hún var björtust.
Erlendu niðurstöðurnar byggja á fjölda mismunandi mælinga (að minnsta kosti þúsund) og á sínum tíma unnu herskarar stjörnufræðinga að útreikningunum. Þeir leiddu einnig í ljós, að braut halastjörnunnar var ílangur sporbaugur og umferðartíminn nálægt 2000 árum. Hið síðastnefnda gat Björn ekki áætlað, því aðferðin sem hann notaði við reikningana byggðist á þeirri nálgun, að brautin væri fleygbogi.
Á myndinni er sólin sett í sameiginlegan brennipunkt þriggja keilusniða. Sjá má, að fleygbogi (parabóla) er góð nálgun, bæði við gleiðboga (hýperbólu) og sporbaug (ellipsu) í nágrenni við brennipunktinn. Hins vegar vex skekkjan ört eftir því sem fjær dregur.
Eftir að hafa ákvarðað grunntölur brautarinnar notaði Björn fleygboganálgunina áfram til að lýsa hreyfingu halastjörnunnar í gegnum sólkerfið. Í því sambandi segir hann meðal annars í grein sinni:
Mætti nú reiða sig upp á framanskrifaðar grunntölur, og væri gánghríngrinn rètt Parabola (fleigbogi, fleigibogi) slaungusteins leið, einkum í lopttómu rúmi, þá mætti elta halastjörnuna fram úr öllu valdi [...]
Í lok lýsingarinnar segir hann hins vegar:
Líklega er þó gánghríngurinn ekki Parabola, heldr mjög lángur sporbaugr, Ellipsis, og þá líkist endi hans mjög Parabolu, og þess vegna nota menn parabolisku gánglögin, meðan þeir vita ekki meira og halastjarnan hefir ekki sýnt sig nema einu sinni.
Lesendum vísar hann svo á kaflann um brautir himinhnatta í Stjörnufræði Ursins, bls. 100-115, einkum þó bls. 104.
Mælingar og útreikningar Björns
Svo vel vill til, að á handritadeild Þjóðarbókhlöðu er ekki aðeins varðveitt uppkast Björns Gunnlaugssonar að greininni í Þjóðólfi, heldur einnig vinnubók hans með mælingunum á staðsetningu halastjörnunnar og útreikningunum á braut hennar. Verkið er að finna undir safntákninu Lbs. 2007, 4to.
Rétt er að minna á, að Björn var eini maðurinn á landinu á þessum tíma, sem gat framkvæmt slíka útreikninga. Þó er hugsanlegt að vinur hans, Jón Bjarnason bóndi í Þórormstungu, hefði komist eitthvað áleiðis með þá, alla vega var hann í miklu áliti hjá Birni vegna kunnáttu sinnar í stjarnfræðilegum reikningum. Þetta kemur til dæmis fram í minningargrein Björns um Jón árið 1862.
Í upphafi vinnubókarinnar er þess getið, að Páll Melsted hafi séð halastjörnuna hinn 11. september 1858 og Björn hafi fyrst séð hana sjálfur 14. september. Fyrstu mælingarnar framkvæmdi hann þó ekki fyrr en 17. september og notaði þá kvaðrant til að ákvarða stöðu halastjörnunnar á hvelfingunni út frá nálægum fastastjörnum. Mælingarnar endurtók hann 23. september, síðan 30. september og loks 4. október. Í framhaldinu ákvað hann að nota fyrstu tvær niðurstöðurnar ásamt þeirri síðustu til að grófreikna braut stjörnunnar með fleygboganálgun.
Eins og áður hefur komið fram, eru brautir halastjarna nálægt því að vera fleygbogar á þeim hlutanum, sem næstur er sólinni. Ísak Newton notaði fleygboganálgun fyrstur manna í bók sinni Principia þar sem hann beitti rúmfræðilegum aðferðum til að ákvarða braut halastjörnunnar 1680 út frá þremur staðarmælingum. Á seinni hluta átjándu aldar endurbættu og útvíkkuðu stærðfræðilegu lærdómsmennirnir L. Euler, J. H. Lambert, J. L. Lagrange, P. S. Laplace, H. W. Olbers og fleiri aðferð Newtons, þannig að hægt væri að reikna brautir halastjarna (og annarra himinhnatta) án rúmfræðilegra teikninga. Um og upp úr aldamótunum 1800 fann C. F. Gauss svo almenna aðferð til að ákvarða hvaða braut sem er út frá þremur mælipunktum. Fyrir þá uppgötvun hlaut hann heimsfrægð. (Sjá einnig hér og hér).
Í upphafi reikninganna í vinnubókinni notast Björn við framsetningu úr vel þekktu en frekar gömlu yfirlitsriti eftir þýska stjörnufræðinginn F. Th. Schubert (2. bindi, bls. 339). Eftir einar átta síður af útreikningum kemst hann loks að niðurstöðu um grunntölur brautarinnar. Átta síður til viðbótar fara í það að reikna út hraða halastjörnunnar í sólnánd og stöðu hennar á brautinni á hinum ýmsu tímum.
Tölvur voru ekki komnar til sögunnar á þessum tíma, svo helsta hjálpartækið við reikningana voru töflur af ýmsu tagi, sérstaklega þó lógaritmatöflur. Eina slíka er að finna í þessu töfluhefti frá fyrri hluta nítjándu aldar. Höfundur er franski stjörnufræðingurinn J. Lalande, en Björn þekkti vel til verka hans um stjörnufræði og átti töflur hans í einhverri útgáfu.
Opna úr vinnubók Björns Gunnlaugssonar um halastjörnuna 1858. Vinstra megin má sjá útreikninga hans á minnstu fjarlægð halastjörnunnar frá sólinni og til hægri er ákvörðun hans á dagsetningu sólnándarinnar.
Vinnubókarteikning Björns af sólbaugsplaninu (jarðbrautarplaninu) og ofanvarpi nokkurra lengdarbauga (í sólbaugshnitakerfinu) á það. Baugarnir og annað það, sem teiknað er inn á myndina, tengist mælingum Björns á stöðu halastjörnunnar á hvelfingunni og reikningum hans til að ákvarða braut hennar. Hin fornu tákn fyrir stjörnumerki dýrahringsins ættu að auðvelda skilning á framsetningunni.
Það er athyglisvert, að í vinnubókinni er að finna uppskrift Björns á fréttapistli eftir (áðurnefndan) J. R. Hind í dagblaðinu The Daily Scotsman frá 13. ágúst 1858. Þar birtir Hind meðal annars þær niðurstöður sínar, að halastjarnan verði í sólnánd 22. september og að hornið milli brautar hennar og jarðbrautarinnar sé 65°14′. Þetta byggir hann á þremur mælingum, fyrst í Flórens 7. júní, síðan í Padúa 19. júní og loks í Washington 11. júlí.
Ekki er ljóst hvenær Björn hefur fyrst fengið þessa grein í hendur en hann notar gögn Hinds, bæði til samanburðar við eigin niðurstöður og einnig til frekari útreikninga, sem taka upp næstu átta síður í vinnubókinni. Þar vísar hann (reyndar frekar óljóst) í rit eftir austurríska stjörnufræðinginn J. J. Littrow, sennilega kaflann um halastjörnur í kennslubók hans frá 1821.
Í lok vinnubókarinnar notar Björn niðurstöður sínar til þess að reikna út staðsetningu halastjörnunnar á hvelfingunni 2. júní 1858, daginn sem hún var uppgötvuð. Eftir fjögurra síðna útreikninga kemst hann að því, að hún hafi þá verið milli Meyjarinnar og Bikarsins. Þarna skeikar talsverðu, því Donati mun fyrst hafa séð glitta í stjörnuna við höfuð Ljónsins. Niðurstaða Björns sýnir því vel hvernig fleygboganálgunin bregst, þegar fjær dregur sólnándarpunktinum.
Öll framsetning á efninu í vinnubókinni staðfestir það sem áður var reyndar vitað, að eftir að Björn kom heim frá námi árið 1822 stóð hann hvorki í bréfaskiptum við erlenda stjörnufræðinga né hafði aðgang að fagtímaritum í stjörnufræði. Fréttir frá útlöndum hefur hann því fyrst og fremst fengið í gegnum erlend dagblöð og almenn tímarit.
Athuganir á hinum Norðurlöndunum
Af athugasemdum í vinnubók Björns má sjá, að fjallað hefur verið um halastjörnuna í dönskum dagblöðum, til dæmis í Berlingske Tidende bæði 9. og 30. október og í Fædrelandet hinn 16. sama mánaðar.
Hinn nýskipaði prófessor í stjörnufræði við Háskólann í Kaupmannahöfn, H. L. d'Arrest, sá halastjörnuna fyrst sem örlítinn þokublett 7. ágúst og hófst strax handa við athuganir. Á næstu mánuðum fylgdist hann náið með stjörnunni í gegnum fimm feta langan Fraunhofer-sjónauka og naut þar aðstoðar nemanda síns og síðar eftirmanns, Th. N. Thiele. Mælingarnar voru gerðar í gömlu stjörnuathugunarstöðinni á þaki Sívalaturns þar sem hin nýja athugunarstöð á Østervold var ekki tekin í notkun fyrr en þremur árum síðar.
d'Arrest gætti þess vel að koma upplýsingum um athuganir sínar á halastjörnunni víða á framfæri, en ítarlegustu skýrsluna er að finna hér.
Teikningar d'Arrests af höfði halastjörnunnar 30. september og aftur 5. október, þegar kjarni hennar var ekki nema 20 bogamínútur sunnan við stjörnuna Arktúrus. Suður er upp á myndinni og norður niður. Til hægri er mynd af Sívalaturni frá árunum í kringum 1840. Stjörnuathugunarstöðin er á turnþakinu.
Eins og sjá má á mynd d'Arrests hér fyrir ofan hittust halastjarnan og sólstjarnan Arktúrus á hvelfingunni hinn 5. október 1858. Það mun hafa verið tilkomumikil sjón og er meðal annars til umfjöllunar í öðru erindinu í áðurnefndu ljóði Benedikts Gröndals:
Svo lít jeg Arktúrs glóðir glitra
gegnum hinn bjarta logavönd,
fegri en demants funar titra
í fingurgulli á meyjar hönd.
Til skýringar segir Gröndal í Kvæðabókinni (1900):
Þá sýndist sjálfur halastjörnu-hnötturinn fyrir neðan Arktúrus, sem er stjarna af fyrstu stærð, á ská fyrir neðan stóra björninn, og tindraði hún í gegnum stjörnuhalann; það var sannarlega himnesk sjón.
Í stjörnuathugunarstöðinni í Kristjaníu (nú Osló) var fylgst grannt með halastjörnunni með öllum tiltækum sjónaukum. Hreyfing hennar á hvelfingunni var kortlögð með endurteknum mælingum frá því í ágúst og fram í október. Prófessor C. Hansteen mun lítið hafa komið þar við sögu, og það var verðandi eftirmaður hans, C. F. Fearnley, sem sá um mælingarnar með góðri aðstoð þeirra H. Mohns og O. Pihls.
Niðurstöðum Kristjaníumælinganna var komið á framfæri á alþjóðlegum vettvangi með hefðbundnum hætti. Nýlega kom þó í ljós, að til viðbótar hafði Fearnley teiknað fjölda nákvæmra mynda af halastjörnunni á mismunandi tímum, en ekki hirt um að birta þær opinberlega. Um þetta áhugaverða atriði er rætt í nýlegri grein, sem hér hefur verið stuðst við. Þar er þess einnig getið, að Norðmennirnir hafi framkvæmt skautunarmælingar á ljósi halastjörnunnar, bæði með svonefndri Savart skautunarsjá og heimagerðum búnaði. Ljósið reyndist vera skautað, sem benti til þess að það væri endurkastað sólarljós.
Teikning Fearnleys af Donati-stjörnunni með fjögurra daga millibili. Fyrst 5. október (höfuð nálægt Arktúrusi) og síðar (lengra til vinstri) 9. október. Norður er upp og til hægri á myndinni og austur til vinstri og upp. Myndin hægra megin sýnir stjörnuahugunarstöðina í Kristjaníu (nú Osló), sem tekin var í notkun 1833 (teikning eftir C. H. Grosch).
Mér ekki kunnugt um að neinar sænskar mæliniðurstöður tengdar halastjörnunni hafi verið birtar alþjóðlegu samfélagi stjörnufræðinga. Hins vegar herma sögur, að almenningur í Stokkhólmi hafi fylgst með fyrirbærinu með samblandi af ótta og hrifningu. Um það má lesa nánar hér.
Ég hef ekki heldur haft neinar fréttir af finnskum mælingum á halastjörnunni. Aftur á móti orti finnski rithöfundurinn Zacharias Topelius mikið ljóð í níu erindum þar sem hann gefur stjörnunni orðið. Hér er annað erindið:
Jag är ett vilset flarn på rymdens oceaner,
en sväfvande atom uti ett strandlöst haf,
en dimmig embryon bland världar af titaner,
ett spöke, stiget upp ur evighetens graf.
Öbändig i min kraft, med än knappt tyglad bana,
jag rusar i den rymd, som inga siffror ana,
från mörkret af en natt, som ingen stråle når,
till outhärdlig glans i solens gyllne vår.
Aðrar erlendar rannsóknir
Fáar halastjörnur á nítjándu öld hlutu jafn mikla athygli og Donati-stjarnan. Hún var óvenju björt og fögur, og á norðurhveli var veður sérstaklega hentugt til stjörnuskoðunar í september og október 1858.
Þegar hefur verið minnst á áhuga almennings, en fjöldi stjörnufræðinga fylgdist einnig með braut og útliti halastjörnunnar, ekki aðeins í Evrópu og Bandaríkjunum, heldur einnig á suðurhveli, þegar halastjarnan færði sig sunnar. Fyrir þá sem hafa áhuga á að kynna sér þessar athuganir og mælingar í meiri smáatriðum er bent á hnitmiðaða umfjöllun í yfirlitsriti Kronks (bls. 268-276).
Ástæða er til að minnast sérstaklega á ítarlegar rannsóknir bandaríska stjörnufræðingsins G. P. Bond sem fylgdist samviskusamlega með halastjörnunni frá athugunarstöð Harvardháskóla. Árið 1862 gaf hann út mikið verk um rannsóknir sínar og annarra á stjörnunni. Þar eru meðal annars margar fallegar teikningar af halastjörnunni og ítarlegar upplýsingar um mæliniðurstöður. Eftirfrarandi tvær teikningar eru úr bókinni:
Braut halastjörnunnar ásamt ofanvarpi jarðbrautarinnar á halastjörnuplanið. Örvarnar gefa til kynna hreyfingarstefnur. Einnig er sýnt hvar á brautunum jörðin og halastjarnan voru á hinum ýmsu dögum á tímabilinu frá júní 1858 til janúar 1859. Teikningin er úr bók Bonds. Fyrir þá, sem vilja kanna braut halastjörnunnar nánar, má benda á sérstaka reiknivél á vegum JPL-stofnunarinnar.
Halastjarna Donatis á fleygiferð á norðurhimni næturnar 27. september (efri myndin) og 28. september (neðri myndin) 1858. Sveigður halinn sést mjög greinilega. Hann er í stjörnumerki Veiðihundanna og stefnir á Karlsvagninn. Ef rýnt er í myndirnar má sjá móta fyrir grönnum og beinum aukahala fyrir ofan aðalhalann. Teikningar eru úr bók Bonds (milli bls. 22 0g 23).
Eitt af því, sem Bond kannaði gaumgæfilega, var útlit Donati-stjörnunnar. Á þessum tíma var þekking manna á eðli halanna takmörkuð, þótt hin viðtekna skoðun væri í meginatriðum rétt; að halinn væri úr efni sem kæmi frá kjarna eða höfði stjörnunnar sjálfrar. Til nánari úfærslu þurfti hins vegar bæði nýja mælitækni og betri eðlisfræðikenningar. Þannig vildi til, að einmitt á þessum tíma var hvorttveggja í burðarliðnum. Hin nýja stjörnufræði, það er stjarneðlisfræðin, var rétt handan við hornið.
Í dag vitum við að halarnir eru tvenns konar. Annars vegar er aðalhalinn, svokallaður rykhali, sem sést vegna þess að hann endurkastar sólarljósi. Hins vegar er gashali, sem er sjálflýsandi vegna þess að efni hans er jónað. Sjá nánar hér og hér.
Málverk af Donati-stjörnunni yfir París í október 1858. Úr bók A. Guillemins um halastjörnur frá 1875 (ensk þýðing hér). Útlit stjörnunnar er byggt á lýsingum sjónarvotta og mælingum stjörnufræðinga, ekki síst Bonds. Þarna má sjá hinn mikla og sveigða rykhala og tvo tiltölulega beina jónahala. Bjarta stjarnan hægra megin við höfuð halastjörnunnar er Arktúrus. Ofar, hæra megin við rykhalann má sjá þrjár af stjörnum Kalsvagnsins. Örlítið neðar, vinstra megin við jónahalana, er Norðurkórónan.
Stjarnvísindabyltingin á nítjándu öld
Sögu stjörnufræðinnar á nítjándu öld eru gerð prýðileg skil í merku yfirlitsriti eftir írska stjörnufræðinginn og rithöfundinn A. M. Clerke, sem kom fyrst út 1885 og í nokkrum útgáfum síðar. Þar kemur skýrt fram, að langt fram eftir öldinni lögðu stjörnufræðingar megináherslu á það að reikna út brautir himinhnatta með sívaxandi nákvæmni. Jafnframt var mikil vinna lögð í þróun og smíði nýrra sjónauka, ekki síst linsusjónauka, einkum til þess að geta framkvæmt sem nákvæmastar staðar- og tímamælingar.
Þessi þróun gerði það meðal annars að verkum, að árið 1838 tókst í fyrsta sinn að mæla árlega hliðrun nálægra fastastjarna og leggja þannig grunn að nákvæmri kortlagingu stjörnudreifingar í næsta nágrenni sólkerfisins.
Með nokkrum rétti má segja, að það hafi verið franski stjörnufræðingurinn F. Arago, sem fyrstur innleiddi „eðlisfræðilegar mælingar“ í stjörnufræði. Árið 1811 beitti hann nýrri tækni til að framkvæma skautunarmælingu á tunglsljósi og 1819 gerði hann hið sama fyrir ljós frá halastjörnu og bar saman við skautunarmælingar á sólstjörnunni Kapellu í Ökumanninum.
Skautunarmælingarnar eiga það sameiginlegt með ljós- og birtumælingum, að það tók talsverðan tíma þar til hægt var að búa til nægjanlega nákvæma staðla til að tryggja áreiðanlegan samanburð mismunandi mælinga. Skautunarmælingar voru þó mikið notaðar af stjörnufræðingum á nítjándu öld, til dæmis til að ákvarða skautun ljóss frá Donati-stjörnunni 1858, eins og þegar hefur verið minnst á.
Stjarneðlisfræðin, hin nýja störnufræði, sem tók sín fyrstu spor á seinni hluta nítjándu aldar byggðist í upphafi á tveimur byltingarkenndum uppgötvunum. Annars vegar var um að ræða hina nýju ljósmyndatækni og hins vegar, og kannski enn frekar, litrófsgreiningu efna og efnasambanda.
Stjörnuljósmyndun
Fyrstu stjörnuljósmyndirnar voru teknar um og uppúr 1840, en allmörg ár áttu eftir að líða þar til „alvöru stjörnufræðingar“ tóku að sýna þeim áhuga (sjá ágætis yfirlit hér). Meðal hinna fyrstu úr þeim hópi, voru feðgarnir William og George Bond, sem voru framarlega í hópi bandarískra stjörnufræðinga um miðja nítjándu öld. Þeir eru nú einna þekktastir fyrir að leggja grunninn að rannsóknum í stjörnufræði við hina merku stjörnuathugunarstöð Harvardháskóla.
Ljósmyndarinn J. A. Whipple tók þessa mynd af tunglinu með Daguerre tækni árið 1852. Til þess notaði hann 15-þumlunga (38 cm) linsusjónaukann í Harvard og naut þar aðstoðar stjörnufræðingsins W. C. Bonds.
Eins og áður hefur komið fram, var George Bond höfundur hins mikla rits um Donati-halastjörnuna, sem kom út 1862. Þar er þó engar ljósmyndir að finna og allar myndirnar í bókinni eru teiknaðar. Hins vegar tókst Bond að ná daufri ljósmynd af halastjörnunni hinn 28. september 1858 (sjá myndina hér fyrir neðan). Reyndar hafði enski ljósmyndarinn W. Usherwood tekið mynd af stjörnunni nóttina áður, en sú sú mynd er löngu glötuð. Þannig er þessi mynd Bonds nú elsta varðveitta ljósmyndin, sem til er af halastjörnu (sjá ítarlega umfjöllun í þessari fróðlegu grein).
Stækkuð ljósmynd af höfði halastjörnu Donatis frá 28. september 1858. Myndina tók G. P. Bond með 15 þumlunga linsusjónaukanum í Harvard. Þetta er fyrsta ljósmynd af halastjörnu sem varðveist hefur. Hún var þó ekki birt opinberlega fyrr en 1996.
Sennilega hafa Íslendingar frétt tiltölulega snemma af hinni nýja undri, ljósmyndinni. Í Eðlisfræði Fischers frá 1852 má til dæmis finna eftirfarandi umfjöllun í ítarlegri lýsingu á myrkurhúsinu (camera obscura) á síðu 325:
Tól þetta hefir einkum fengið mikla þýðingu á seinni tímum, eptir að Frakklendíngurinn Daguerre uppgötvaði þá hina undrunarverðu list, að geta tekið með því glöggar og varanlegar ljósmyndir af hverjum líkama, sem vera skyldi. - En þessi list er svo mörgum vandkvæðum bundin, og aðferðin við hana svo margbrotin, að vèr þorum ekki að ráðast í að lýsa henni.
Mér er ekki kunnugt um, að sérstaklega hafi verið fjallað um stjörnuljósmyndun á íslensku fyrr en löngu síðar, eða haustið 1898. Þá birti Þjóðólfur alþýðlega grein eftir franska stjörnufræðinginn C. Flammarion. Hún bar nafnið „Ljósmyndan af himinhvolfinu“ og var í fjórum hlutum (I, II, III og IV). Þeirri fróðlegu grein lýkur með orðum, sem sennilega eiga jafn vel við í dag og fyrir 120 árum:
Ó! Stjarnfræðingurinn vildi óska sér, að leiðtogar lýðsins, löggjafarnir, stjórnmálagarparnir hefðu tækifæri til að skoða uppdrátt himinsins og skilja hann. Ef þeir skoðuðu hann í ró, mundi það vera mannkyninu gagnlegra en öll ræðuhöld stjórnmálagarpanna. Ef menn vissu, hve smá jörðin er, hættu menn ef til vill, að hluta hana í sundur. Friðurinn mundi ríkja á jörðunni, auðlegð mannfélagsins mundi koma í stað hinnar fjáreyðandi, svívirðilegu og viðbjóðslegu hernaðar-vitfirringar, stjórnmála-flokkdrættirnir mundu hverfa og mannkynið mundi þá geta hafizt frjálst handa, lagt stund á alheimsþekkinguna, á þekkinguna á náttúrunni og lifað í nautn skynsemdar-lífsins. En því miður! vér erum eigi svo langt komnir, og ljósmyndunaraugað mun afhjúpa margan himneskan leyndardóm, áður en mannsaugað lítur skynsemina og vísindin byggja ríki sitt í vorri litlu, veltandi kúlu.
Litróf himintungla
Ísak Newton varð fyrstur til að rannsaka liti sólarljóssins með aðferðum, sem við í dag köllum vísindalegar. Jafnframt setti hann fram lífseiga kenningu þess efnis, að ljósið væri straumur agna. Í byrjun nítjándu aldar var hins vegar orðið ljóst, að mun auðveldara var að útskýra margvíslega eiginleika ljóssins með því að gera ráð fyrir að það væri einhvers konar bylgjuhreyfing (sjá nánar um ljósið hér).
Um svipað leyti uppgötvuðu náttúruspekingurinn W. H. Wollaston og ljósfræðingurinn J. Fraunhofer, að litróf sólar er ekki samfellt, heldur eru í því dökkar línur, svokallaðar litrófslínur. Það var þó ekki fyrr en 1859, sem eðlisfræðingurinn G. Kirchhoff og efnafræðingurinn R. Bunsen komust að því með tilraunum, að litrófslínurnar eru í raun einskonar fingraför frumefnanna. Með rannsóknum á þeim er hægt að efnagreina, ekki aðeins margskonar lýsandi fyrirbæri heldur einnig kalt efni, svo framarlega sem það hleypir einhverju ljósi í gegnum sig.
Þessi uppgötvun þeirra Kirchhoffs og Bunsens átti eftir að valda meiriháttar byltingu, ekki aðeins í stjarnvísindum, heldur einnig í efnafræði, eðlisfræði og fleiri greinum (stutt yfirlit yfir sögu litrófsfræði má finna hér; sjá einnig hér).
Á málverkinu til vinstri sést Newton rannsaka litasamsetningu sólargeisla (litrófið) með því að láta geislann fara í gegnum glerstrending. Ljósmyndin til hærgri sýnir seinni tíma framsetningu á sama viðfangsefni.
Hin fræga teikning J. Fraunhofers af litrófi sólar frá 1814-15. Rauði liturinn hefur lengstu bylgjulengdina, en sá fjólublái stysta. Greinilega má sjá dökku (litrófs)línurnar í annars samfelldu sólarrófinu. Ferillinn fyrir ofan sýnir styrk sólarljóssins á mismunandi bylgjulengdum.
Fraunhofer skoðaði ekki aðeins litróf sólarinnar, heldur einnig róf tunglsins, reikistjarna og nokkurra fastastjarna. Hann tók eftir því, að róf sólstjarnanna voru mismunandi og öðruvísi en sólarrófið. Hinsvegar vissi hann ekki hvernig ætti að túlka þessar niðurstöður og sneri sér því að öðrum viðfangsefnum.
Þrjátíu og fimm árum eftir dauða Fraunhofers var gátan loksins leyst. Þar var Kirchhoff enn á ferðinni og hafði að leiðarljósi uppgötvun þeirra Bunsens. Með samanburði litrófa tókst honum, árið 1861, að sýna fram á, að margar af dökku línunum í sólarrófinu stöfuðu af ljósísogi frumefna, sem þekkt voru á jörðinni.
Grein Kirchhoffs um þetta efni olli þáttaskilum í stjörnufræði. Hér verður sú saga ekki rekin, né taldir upp allir þeir sem komu að því að þróa litrófsmælingar í það horf sem síðar varð. Þeim, sem vilja kynna sér efnið frekar, má benda á ágætis yfirlit hér og hér.
Þó er rétt að geta þess hér, að Ítalinn G. B. Donati, sá sem halastjarnan 1858 er kennd við, var einn af frumkvöðlunum í því að beita litrófsgreiningu í stjörnufræði. Grein hans frá 1862 um litróf fimmtán bjartra sólstjarna var fyrsta greinin á því sviði. Að auki varð hann fyrstur til að mæla litróf halastjörnu, eins og sýnt er á myndinni hér fyrir neðan.
Fyrsta litrófið, sem náðist af ljósi halastjörnu, teiknaði G. B. Donati. Um er að ræða halastjörnu, sem sást árið 1864 og kennd er við stjörnufræðinginn W. Tempel. Á teikningunni er litróf halastjörnunnar borið samam við litróf sólarinnar.
Eini Norðurlandabúinn í hópi frumkvöðlanna í litrófsfræði í kringum 1860 var Svíinn A. J. Ångström í Uppsölum. Eftir hann liggur mikið verk um litróf sólarinnar (texti og töflur ásamt kortabók), sem var lengi helsta heimildin á því sviði. Að auki varð hann fyrstur til þess að mæla litróf norðurljósa.
Eftir því sem ég kemst næst var það Benedikt Gröndal skáld, sem fyrstur manna fræddi íslenska alþýðu um litrófsmælingar og notkun þeirra í stjörnufræði. Það var í ritgerðinni Tíminn, sem hann birti í tímariti sínu Gefn árið 1872. Ritgerðin lýsir fyrst neikvæðum skoðunum Benedikts á borgaralegu lífi mannanna, en síðan tekur hann fyrir hið andlega líf og tilraunir manna til að skilja tilveruna. Hann lýsir því, sem hann telur vera þrjár helstu nýjungarnar í vísindum samtímans, rannsóknir á sólinni, þróunarkenningu Darwins og rannsóknir í forn(leifa)fræði.
Í upphafi kaflans um sólina segir hann meðal annars:
Vèr höfum áður í riti þessu getið þess, að sólin ynni allt sem á jörðunni er; fyrir hennar krapt lifnar lífið, og þegar hún hverfur, þá sofnar það eða dofnar; hún er orsök til allrar litarprýði og allrar fegurðar, og hún ræður jafnt fjöri andans sem krapti líkamans.
Nokkrum blaðsíðum síðar snýr sér að sólarljósinu:
Sólarljósið er í sjálfu sèr hvítt eða litarlaust [...] en láti menn nú sólargeisla falla inn í dimt herbergi í gegnum þraungva rifu og haldi þrístrendu gleri fyrir, þá sjást enir sömu litir og þeir sem í regnboganum eru. Með nákvæmari skoðan [...] komust menn að því, að í þessum regnbogalitum eru svartar rákir hèr og hvar.
Eftir nokkra umræðu um eðli ljóssins og sólarinnar, þar sem þeir Fraunhofer og Kirchhoff eru meðal annars nefndir, kemst hann loks að aðalatriðinu:
Með því að hita [hluti] svo mjög að þeir verði að lopti, og skoða síðan geisla lopts og málma á sama hátt og sólargeislann, þá geta menn fundið öll þau efni sem þar eru í, hversu lítið sem af þeim er; því hverr hlutur brennur svo, að í geisla hans koma enar svörtu rákir á sinn vissa hátt, og öðruvísi en í öðrum hlutum. En þess ber að geta, að í sólarljósinu eru svörtu rákirnar undantekníngar, en þar á móti eru ljósrákirnar undantekníngar í enum jarðnesku efnum; þau eru dimm, en sólin björt; svörtu rákirnar í sólarljósinu merkja það, að hún hefir þar mist geislana, annað hvort í sjálfri sèr, eða þá á leiðinni í gegnum himingeiminn. Menn hafa einnig skoðað stjörnuljós á þenna hátt og fundið hið sama: menn hafa þar fundið hin sömu frumefni og á vorum hnetti.
Benedikt fjallar mun ítarlegar um litrófsgreiningu í hinni læsilegu bók sinni, Steinafræði og jarðarfræði, sem kom út 1878 og var lengi notuð sem kennslubók við Lærða skólann (sjá bls. 36-37).
Það var hinn merki vísindamaður og alþýðufræðari Þorvaldur Thoroddsen, sem næstur fjallaði á íslensku um nýjungarnar í stjarnvísindum, fyrst stuttlega árið 1880 í ritgerð um jarðfræði (bls. 67-68) og aftur tveimur árum síðar í langri grein um Sólina og ljósið. Á næstu áratugum átti Þorvaldur eftir að skrifa margar fróðlegar greinar fyrir Íslendinga um framfarir í stjörnufræði, eðlisfræði og efnafræði. Ekki verður um þær fjallað í þessari færslu, en örstutt yfirlit má finna hér.
Frekari umfjöllun um þá byltingu, sem átti sér stað í stjarnvísindum á seinni hluta nítjándu aldar, má til dæmis finna hér, hér og hér. Einnig er rétt að benda á athyglisverða grein eftir Leó Kristjánsson um áhrif ljósfræði á þróun stjarnvísinda, þar sem hið vatnstæra íslenska silfurberg er í aðalhlutverki. Að mati Leós hefur íslenska silfurbergið ekki aðeins skipt sköpum í stjörnufræði, heldur verið meiriháttar áhrifavaldur í þróun vísinda og tækni.
Það er vel við hæfi að ljúka þessari færslu með tilvitnun í áðurnefnt rit A. M. Clerkes um sögu stjörnufræðinnar á nítjándu öld. Þar segir á bls. 142:
Up to the middle of the [nineteenth] century, astronomy, while maintaining her strict union with mathematics, looked with indifference on the rest of the sciences; it was enough that she possessed the telescope and the calculus. Now the materials for her inductions are supplied by the chemist, the electrician, the inquirer into the most recondite mysteries of light and the molecular constitution of matter. She is concerned with what the geologist, the meteorologist, even the biologist, has to say; she can afford to close her ears to no new truth of the physical order. Her position of lofty isolation has been exchanged for one of community and mutual aid. The astronomer has become, in the highest sense of the term, a physicist; while the physicist is bound to be something of an astronomer.