Stjarneðlisfræði og heimsfræði á Íslandi 4: Tímabilið 1930-1960 (b1) Stjarneðlisfræðingurinn Trausti Einarsson

Posted on: 11/03/2024 by Einar H. Guðmundsson

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.

Trausti Einarsson á besta aldri.

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:

 

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).

Stærðfræðideildarbekkurinn 6C í MR vorið 1927. Aðalkennari bekkjarins, Ólafur Dan Daníelsson, er lengst til hægri. Trausti stendur í sömu röð, þriðji frá vinstri. Á myndinni er einnig Björn Franzson (1906-1974), höfundur bókarinnar Efnisheimurinn, sitjandi lengst til vinstri. Trausti minntist Ólafs og kennslu hans í fallegri minningargrein, árið 1957. Ljósmynd: Jón Kaldal.

 

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.

Trausti (til vinstri) og Leifur  Ásgeirsson í fríi frá náminu í Göttingen, sennilega árið 1928. Aldarfjórðungi síðar fjallaði Trausti um vin sinn í blaðagrein í tilefni af fimmtugsafmæli Leifs, árið 1953. Myndin er hins vegar úr minningargrein Ágústs Guðmundssonar um Trausta.

 

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.

Stjörnuathugunarstöðin í Göttingen undir lok tuttugustu aldar. Útlit hennar hafði þá lítið breyst frá því á námsárum Trausta. Mynd: Wikipedia.

Hans Kienle, prófessor í stjörnufræði og forstöðumaður stjörnuturnsins. Hann var aðalkennari Trausta og leiðbeinandi hans í doktorsnámi. Mynd: Deutsches Museum, sennilega tekin í kringum 1950.

Fjórir af eðlisfræðikennurunum í Göttingen á námsárum þeirra Trausta og Leifs. Frá vinstri: Max Reich (1874-1941), Max Born, James Franck og Robert Pohl (1984-1976). Hér má lesa stutt minningabrot Borns um árin 1921 til 1933 í Göttingen. Myndin er tekin 1923.

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.

Bókabrenna nazista við Háskólann Göttingen, 10. maí 1933. Leifur Ásgeirsson var þá nýkominn heim, alfarinn frá Þýskalandi. Trausti var í veikindaleyfi á Íslandi, en þurfti að fara aftur út, haustið 1933, til að skrifa doktorsritgerðina, sem hann lauk svo við vorið 1934. Sjá viðtalið Nýr íslenzkur doktor í Alþýðublaðinu, 25. apríl 1934. Mynd: Cantor’s Paradise.

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.

Martin Schwarzschild á dögum seinni heims-styrjaldarinnar. Hann varð bandarískur ríkisborgari árið 1942 og tók virkan þátt í baráttunni við nazista. Fjöldi stjarnvísindamanna, þar á meðal færslu-höfundur, lærðu aðferðirnar við útreiknga á stjörnulíkönum af bók hans, Structure and Evolution of the Stars, frá 1958.

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.

Meðal þeirra, sem kenndu stjarnvísindi með Kienle á dögum Trausta í Göttingen, voru (frá vinstri): Bruno Meyermann, Otto Heckmann og Rupert Wildt.

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.

 

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.

Sommerfeld heldur fyrirlestur um litróf, árið 1937.

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

 

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).

Stjarnvísindamennirnir Ejnar Hertzsprung til vinstri og  Henry N. Russell.

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.)

Línurit Russels frá 1914: Lárétti ásinn sýnir litrófsflokka nálægra sólstjarna og sá lóðrétti reyndarbirtustig þeirra. Punktar og hringir á myndinni tákna mismunandi stjörnur. Efst eru bjartar risastjörnur, en neðst daufar dvergstjörnur. Heildarútgeislun stjarnanna fer því vaxandi eftir því sem ofar dregur og yfirborðshiti þeirra fer hækkandi frá hægri til vinstri. Hallandi línurnar tvær afmarka svokallaða meginröð. Ofarlega, lengst til hægri, fyrir ofan meginröðina, eru rauðir risar, en lengst til vinstri, langt fyrir neðan hana, má sjá tvo hvíta dverga. Mikilvægt er að hafa í huga, að reyndarbirtustigið gefur ljósafl stjörnunnar, L, og litrófsflokkurinn tengist yfirborðshitastigi hennar, T.

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.

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:

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:

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.

Þrír úr hópi þekktustu stjarnvísindamanna Breta á fyrri hluta tuttugustu aldar. Frá vinstri: Arthur S. Eddington, James Jeans og Edward A. Milne. Bæði Jeans og Eddington gáfu einnig út bækur og greinar um raunvísindi fyrir almenning, sem  þýddar voru á mörg tungumál. Meðal annars birtust nokkrar ritsmíðar þeirra í íslenskum blöðum og tímaritum.

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.

Hið fræga massa-ljósafls (ML-) línurit Eddingtons um samband reyndarbirtustigs sólstjarna (á lóðrétta ásnum) og massa þeirra (á lárétta ásnum). Sjá grein hans frá 1924: On the relation between the masses and luminosities of the stars. Um sögu rannsókna á þessum venslum má t.d. lesa hjá  Kuiper, G.P., 1938: The Empirical Mass-Luminosity Relation (sjá einkum bls. 473-74). Á þessum tíma var eingöngu hægt að fá mælikvarða á massa fjarlægra sólstjarna, ef þær voru í tvístirnum.

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.

Myndin lýsir kenningu Russells um þróun sólstjarna, eins og hún birtist í greinunum The Problem of Stellar Evolution og The Theory of Stellar Evolution Modified frá 1925. Skv. henni hefja stjörnurnar ævi sína sem rauðir risar við lágt hitastig (efst til hægri) og dragast síðan saman og hitna þar til þær ná stöðugu jafnvægi á meginröðinni. Við það breytist hluti af massa þeirra í orku (sbr. E = mc2) og geislar í burtu. Stjörnurnar kólna því hægt og rólega og ferðast við það niður eftir meginröðinni. Þegar þær eru orðnar nægjanlega kaldar og rauðar falla þær saman, losa sig við yfirborðslögin í sprengingum (nýstirni?), hitna við það á nýjan leik og verða loks að heitum hvítum dvergum (neðst til vinstri) og síðan svörtum. Þessari þróun er lýst í HR-línuritinu með ferlinum, sem er eins og S í laginu. Vart þarf að taka fram, að þessi þróunarkenning er röng.

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:

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.

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.

Sjá einnig:

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:

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:

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

Hlutfallsleg birta (B/B☉) mismunandi þátta sólkórónunnar (K, F, E) sem fall af fjarlægðinni frá sólarmiðju (r/R☉). Hér er B☉ birta sólkringlunnar og R☉ er radíus hennar (athugið að ☉ er hefðbundið tákn fyrir sólina). Eins og sjá má, er birta himinsins í kringum 10-6 B☉ við bestu hugsanlegu skilyrði að degi til. Kórónan er almennt mun daufari. Um miðjan almyrkva er birta heiðskírs himins hins vegar nær þremur tugaþrepum minni og kórónan kemur greinilega í ljós. Línuritið er fengið að láni  úr grein A. Liberatore og félaga frá 2022: Sky Brightness Evaluation at Concordia Station, Dome C, Antarctica, for Ground-Based Observations of the Solar Corona.

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.

Bernard Lyot (til vinstri) ásamt mynd af kórónu sólar og sólstrókum, sem tekin var með kórónusjá hans, sumarið 1936.

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.

 

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 samstúdenti 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.

Þessi mynd úr doktorsritgerð Trausta (Abb. 2., bls. 211) sýnir optíkina, sem hann notaði við mælingar á dreifingu ljóss frá gervisólinni inni í sjónaukanum. – L er ljósgjafinn (gervisólin) lengst til hægri og PL er ljósmyndaplatan lengst til vinstri. Bl3 er ógagnsæ látúnsskífa. Nánari skýringar er að finna í grein Trausta.

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

Hainberg athugunarstöðin var reist á vegum Göttingenháskóla árið 1929. Á dögum Trausta var þar einn 14 þumlunga kíkir, sem eingöngu var notaður til ljósmyndatöku, ásamt 10 þumlunga Fraunhofer linsusjónauka til að beina honum í rétta átt. Síðar bættust við fleiri mælitæki og annar stjörnuturn var reistur í næsta nágrenni. Athugunarstöðin er nú í umsjá Stjörnuskoðunarfélagsins í Göttingen.

Myndin (Abb. 7., bls. 217 hjá Trausta) sýnir optíkina í mælingum á dreifingu ljóssins í lofthjúpi jarðar frá nánasta umhverfi sólkringlunnar. Ljósið kemur inn í sjónpípuna frá hægri, en lengst til vinstri er ljósmyndaplatan, P. Nánari skýringar eru í grein Trausta.

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.

Þessi mynd af Trausta birtist með viðtali Alþýðublaðsins við hann í apríl 1934.

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.

Victor Goldschmidt er stundum kallaður „faðir jarðefnafræðinnar“. Myndin, sem fengin er að láni hjá Wikipediu, er tekin 1935, um það leyti sem hann yfirgaf Göttingen vegna yfirgangs nazista og flutti til Noregs.

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.

Mynd ásamt tilheyrandi texta úr grein Trausta Einarssonar frá 1935. Þarna má sjá bæði gleypilínur (í litrófi sólarinnar) og ljómlínur frumefnanna vetnis, helíns og neons.

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.

Til hægri er þýski litrófsfræðingurinn Walter Grotrian (1890-1954), sá sem fyrstur setti fram orkulínurit af því taginu, sem notuð eru í atómeðlisfræði dag. Til vinstri er Grotrian línurit (orkulínurit) af fjölstigum ójónaðs natríns (úr grein Trausta, bls. 32). Það er greinilega fengið að láni úr bók Grotrians frá 1928: Graphische Darstellung der Spektren von Atomen und Ionen mit ein, zwei und drei Valenzelektronen II, bls. 21. Sennilega er um að ræða fyrstu myndina af þessu tagi, sem birtist í íslensku riti.

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.

 

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.

Meghnad Saha ásamt hinni frægu jöfnu sem við hann er kennd. Ljósmyndin af Saha, sem fengin er að láni hjá Wikipediu, var tekin í kringum 1934. Myndin af jöfnu hans og meðfylgjandi skýringum er hins vegar úr greininni Hundred years of the Saha equation and astrophysics eftir G. Gangopadhyay frá 2021, bls. 497. Þar má t.d. sjá, að jafnan á myndinni er jafngild þeirri, sem Trausti birtir á bls. 35 í grein sinni. – Jafna Saha er reyndar ekkert lamb að leika sér við, þegar rekina skal jónunarstig þungra frumefna við framandi aðstæður. Því fékk höfundur þessara orða að kynnast í rannsóknum sínum á árunum í kringum 1980, þegar hann var að basla við, að ákvarða eðlisástand ystu laganna í ósegulmögnuðum nifteindastjörnum (sjá greinina Structure of neutron star envelopes).

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).

Línuritið sýnir hvernig hitastig breytist með hæð í yfirborðslögum sólarinnar. Fyrir ofan ljóshvolfið er lithvolfið, þá svokölluð hvolfahvörf og yst er kórónan. Mynd: Wikipedia.

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.

Til vinstri má sjá Bengt Edlén á skrifstofu sinni við Háskólann í Lundi, árið 1940. Myndin er tekin um það leyti, sem hann uppgöðvaði, að hiti sólkórónunnar er mældur í milljónum Kelvinstiga. Lengst til hægri á skrifborðinu má sjá reiknivélina, sem hann notaði við vinnu sína. – Til hægri er Hannes Alfvén, árið 1942. Myndir: Wikipedia.

Litróf sólkórónunnar, tekið við almyrkva á sólu, 11. júlí 2010. Járnlínurnar (Fe XIV = Fe13+ og Fe X = Fe9+) sjást greinilega, Allar vetnis-, helín- og magnesínlínurnar koma hins vegar frá efsta hluta lithvolfsins og sólstrókum. Mynd úr grein M. Druckmüllers: Slitless spectrum of the solar corona.

 

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.

Trausti Einarsson haustið 1935. Myndin er fengin að láni úr minningargrein Ágústs Guðmundssonar.

 

* Stjarneðlisfræði og heimsfræði á Íslandi: Efnisyfirlit *

 

 

Um Einar H. Guðmundsson

Prófessor emeritus við Háskóla Íslands - Tölvupóstfang: einar@hi.is - Vefsíða: https://notendur.hi.is/einar/
Þessi færsla var birt undir Eðlisfræði, Stærðfræði, Stjörnufræði, Tuttugasta öldin. Bókamerkja beinan tengil.