Do 1868 roku, wyrzuty słonecznej materii, obserwowano tylko podczas krótkich chwil całkowitego zaćmienia Słońca.

Gdyby nie ciemna strona Księżyca, Johann Galle nie zobaczyłby ich w 1851 roku, we Fromborku. Kilka dekad później, w Gdańsku, stawiano mur między oślepiająco jasną tarczą Słońca, a obserwatorem. Przez wąską szczelinę, trafiało na pryzmat tylko światło sponad słonecznej krawędzi. Obserwatorium w Gdańsku, niemal codziennie, było świadkiem wielkiego spektaklu protuberancji. Zapraszam, nie tylko fanów Pink Floyd, do kolejnego artykułu o lunecie Sendtnera z Parku Astronomicznego pod Fromborkiem. Rok po moim pierwszym tekście o obserwacjach zaćmienia Słońca z Fromborka, staram się pokazać dalsze losy badań słonecznej atmosfery, czerpiąc z gdańskiego rozdziału, w historii tej zabytkowej lunety.  

---

Przed wynalezieniem spektroskopu, efektowne jęzory ognia, były ledwie dodatkiem do najpiękniejszego i bardzo rzadkiego spektaklu całkowitego zaćmienia Słońca. Pierwsza wzmianka  o "chmurach nad ciemną krawędzią Księżyca" pochodzi dopiero z opisu zaćmienia z 1733 roku. Obserwował je nisko nad horyzontem w Goteborgu, szwecki astronom Vassenius. Pas zaćmienia całkowitego zahaczył o tereny dzisiejszej Polski. Maksymalna faza mogła być widoczna tylko z okolic Fromborka, gdy Słońce zachodziło. Ponad sto lat czekał Frombork, na lepsze warunki do obserwacji i na właściwego rangą obserwatora. Tyle też czasu minęło, zanim astronomowie ustalili prawdziwą naturę ulotnych, szkarłatnych odpływów.

Litografia zaćmienia z 1851 roku, autorstwa J. Galle, wykonana na podstawie jego własnych obserwacji z zachodniego rogu Wzgórza Katedralnego  we Fromborku,  Die Monatsberichte der Königl. Akademie der Wissenschaften in Berlin, 1851

 

Johann Galle wyczekiwał protuberancji we Fromborku w 1851 roku,  bo znał wyniki obserwacji innego zaćmienia. 9 lat wcześniej, cień Księżyca przechodził przez łatwo dostępne rejony Europy, ściągając śmietankę obserwatorów do Francji, Włoch oraz Austrii. Całkowite zaćmienie dotarło też na tereny dzisiejszej Polski, faworyzując tym razem okolice Rzeszowa. Pojawienie się wyjątkowo intensywnych czerwonych struktur w 1842 roku, było dla wszystkich dużym zaskoczeniem. Protuberancje, pierwszy raz w historii, stały się obiektem zainteresowania wielu specjalistów. Jednak brakowało danych, aby uporządkować dyskusję na ich temat. Nie było zgodności, czy pochodzą ze Słońca czy Księżyca, a może z naszej atmosfery. Część uczonych wątpiła w ich realność, twierdząc, że to tylko złudzenie, wynik niedoskonałości optyki. Rozstrzygnięcie przyniosło kolejne zaćmienie, dobrze widoczne w Gdańsku i na terenie Prus Wschodnich. W samym Fromborku, protuberancje śledziło aż czterech wykwalifikowanych  obserwatorów, w tym wspomniany na początku, odkrywca Neptuna. 

 

Litografia zaćmienia z 1851 roku, autorstwa L. Feldta, wykonana na podstawie jego własnych obserwacji z ogrodu nowego Pałacu Biskupiego we Fromborku,   Astronomische Nachrichten, tom 33, 1852

 

Duża liczba obserwacji pozostawiła mało miejsca na inne interpretacje, niż wiążace krwiste wypustki ze Słońcem.  Od tej pory astronomowie wiedzieli, gdzie należy się protuberancji spodziewać, również poza zaćmieniem. Jednocześnie od czasów Newtona, mieli w rękach potężne narzędzie do analizy światła, w postaci zwykłego pryzmatu.  Barwny ślad, powstały wskutek przejścia światła słonecznego przez wąską szczelinę, a potem przez pryzmat, mówił wiele o powierzchni Słońca. Szerokość szczeliny ustalano w ramach kompromisu między rozdzielczością obrazu, a ilością światła padającego na pryzmat.  W przypadku protuberancji, szczelina znalazła  swoje zastosowanie dopiero w 1868 roku. Zdano sobie sprawę, że odpowiednio umieszczona w płaszczyźnie ogniskowej lunety, czyli tam gdzie powstaje obraz,  daje wrażenie sztucznego Księżyca. Doświadczony obserwator, ustawiał szczelinę stycznie do krawędzi Słońca, tak że obraz szczeliny obejmował tylko obszary tuż nad jego powierzchnią. Pytanie, do czego w takim razie potrzebny był pryzmat, skoro tarczę Słońca można było schować, tak jak podczas zaćmienia.

  

Rozszczepiony obraz całkowicie zaćmionego Słońca, przy użyciu nowoczesnych metod - teleobiektywu i siatki dyfrakcyjnej. Widać, że jasne wypustki świecą tylko w niektórych barwach, które razem dają kolor szkarłatu (obraz po lewej). Autor: Len Fulham, Indonezja, 9 marzec 2016

 

 

Niebo będzie ciemne tylko podczas całkowitego zaćmienia. Wtedy, w środku dnia pokażą się jaśniejsze gwiazdy oraz planety. W innych warunkach, gwiazdy  giną w jasnym tle nieba, zobaczymy tylko światło Słońca, rozproszone w ziemskiej atmosferze.  Tło  jest oślepiająco jasne tam, gdzie spodziewamy się protuberancji, czyli przy samej tarczy. Pryzmat, rozszczepiając światło Słońca, tworzy obraz, zwany potocznie tęczą. Z grubsza, zobaczymy charakterystyczną paletę kolorów, od czerwieni do fioletu. Głównym źródłem świecenia jest tutaj gęsta i gorąca materia z powierzchni Słońca, czyli fotosfery. W takim środowisku, dochodzi do nieustannych zderzeń i naładowane atomy emitują, znane wszystkim, promieniowanie cieplne. Przyjmijmy, że konkretnej wartości energii cieplnej, przypisany jest jeden kolor tęczy. Wówczas pryzmat udowadnia, że to co nas grzeje i oświetla w słoneczny dzień, to mieszanina cząstek światła, niosących energię z szerokiego zakresu, o bardzo różnych wartościach.

 

Zasada działania podwójnego pryzmatu Amiciego i rozszczepione światło obszarów tuż nad powierzchnią Słońca w niskiej rozdzielczości.

 

Protuberancje świecą znacznie słabiej i zupełnie inaczej niż fotosfera, bo to rozrzedzone chmury gazu. Dużo rzadziej dochodzi tu do zderzeń między atomami.  Prędzej emisja światła zajdzie, wskutek przejścia elektronu w atomie, z jednej powłoki atomowej, na drugą. Uwolnione światło, będzie niosło ściśle określoną wartość energii, wpadnie tylko w jeden, konkretny kolor. Najczęściej obserwuje się przejścia elektronów w atomie wodoru, dające światło o karmazynowym odcieniu czerwieni.  Gdy szczelina przepuszcza rozproszone światło słoneczne oraz protuberancje, to za pryzmatem powstają dwa, nałożone na siebie obrazy. Jeden to tęcza od tła nieba, a drugi to kilka wąskich, jasnych linii, pochodzących od protuberancji.  Od razu zauważymy, że tylko w okolicy linii, protuberancje świecą jaśniej od tła nieba. I dopiero ta okoliczność, pozwoli na obserwacje słonecznych wypływów, nie przejmując się jasnym światłem dnia.

Obraz protuberancji w szczelinie spektroskopu, na podstawie ryciny z "The Sun", C.A. Young, 1898

 

Gdy luneta zapewnia dużą rozdzielczość obrazu, to obserwator skupia się tylko na wybranej linii, najczęściej karmazynowej. Utrzymuje ją w polu widzenia i otwiera szerzej szczelinę.  Wtedy okazuje się, że wąska z początku linia, to był tylko wycinek pełnego obrazu protuberancji, w kolorze karmazynowym. Po ustaleniu odpowiedniej szerokości szczeliny, protuberancję oddzielano od reszty zbędnego światła, umieszczając za pryzmatem, dodatkowy element spektroskopu. Niepotrzebne fragmenty tęczy, albo odcinano kolejną szczeliną, albo używano małej, powiększającej lunetki, tak jak na schemacie poniżej.  Lunetka (QO) obejmowała polem widzenia nieduży fragment tęczy lub obraz protuberancji w wybranej linii. Wybór należał do obserwatora, bo lunetka przymocowana na zawiasie (d) i wspomagana przez podziałkę (B) przyjmowała różne położenie względem pryzmatu.  Podobną lunetkę zastosowano w spektroskopie, dołączonym prawie sto lat temu, do większej lunety Sendtnera.

Schemat spektroskopu z "Die Spectralanalyse der Gestirne" J. Scheiner, 1894

 

Szczegółów na temat gdańskiego spektroskopu nie znalazłem ani w sprawozdaniach Towarzystwa Przyrodniczego, ani w corocznych  komunikatach szkoły śś. Piotra i Pawła. W tych pierwszych pojawiła się jedynie wzmianka, że dyrektor szkolnego obserwatorium, Konrad Liebermann, korzystał z niego podczas kilku pokazów Słońca, zorganizowanych dla członków Towarzystwa, w maju i czerwcu 1923 roku. Dopiero publikacja Paula Stroobanta, dyrektora obserwatorium brukselskiego, który w 1931 roku zebrał informacje o ówcześnie znanych mu astronomach i obserwatoriach, rzuca więcej światła na sprawę. Wymienia on wśród wyposażenia szkolnego obserwatorium w Gdańsku, spektroskop protuberancyjny Toepfera. Jeszcze lepszym źródłem informacji, okazały się unikatowe, szklane zdjęcia z wnętrza nieistniejącej już kopuły szkolnego obserwatorium.  Przedwojenne, czarno-białe obrazy przedstawiają spektroskop w tak wielu szczegółach, że można go zidentyfikować, polegając na owczesnych katalogach sprzedażowych. Właściciel warsztatu mechaniki precyzyjnej, Otto Toepfer, zmarł w 1914 roku, ale rozwiązania konstrukcyjne, które wprowadził do astronomii, jeszcze długo służyły obserwatorom.

Spektroskop protuberancyjny przy lunecie Sendtnera z obserwatorium szkoły śś. Piotra i Pawła w Gdańsku. Z archiwum Lucjana Newelskiego, digitalizacja: Edyta Pilska. Dwudziestolecie międzywojenne.

 

W 1873 roku, Otto Toepfer założył w Poczdamie, własny warsztat mechaniki precyzyjnej. Rok później, w tym samym mieście, otwarto obserwatorium astrofizyczne. Toepfer był głównym wykonawcą instrumentów na zamówienie nowego obserwatorium, ściśle współpracował z dyrektorem Hermanem Vogelem.  W Poczdamie powstawały doskonałej jakości spektrografy, niedoścignione w pomiarach prędkości radialnych. Spektrograf miał tę przewagę nas spektroskopem, że umożliwiał dodatkowo rejestrację obrazu rozszczepionego światła. Na przełomie XIX i XX w. obserwatorium w Poczdamie było, obok obserwatorium harwardzkiego, najbardziej znaczącym ośrodkiem astronomicznym na świecie. To tutaj po raz pierwszy zastosowano fotografię do pomiarów prędkości radialnych gwiazd, odkryto pierwszy spektroskopowy układ podwójny i przy okazji materię ośrodka międzygwiazdowego. W 1900 roku firma głównego konstruktora przyjęła nazwę Otto Toepfer & Sohn. Po I wojnie światowej ogłosiła upadłość, a jej majątek został przejęty przez zakłady Carl Bamberg. W 1921 roku, po restrukturyzacji, występuje już pod nazwą Askania Werke spółka akcyjna, z siedzibą w Berlinie. W katalogu produktów firmy z tego roku, znajdziemy ofertę sprzedaży spektroskopu, którego egzemplarz trafił do Gdańska. Są też szczegóły jego budowy.

Spektroskop protuberancyjny z katalogu produktów firmy Askania Werke. "Stellar Spectrographs, Spectroheliographs, Prominence Spectroscopes. Astro 91E", 1921

 

Aperturę spektroskopu określał objektyw o średnicy 20mm i ogniskowej 170mm. Dalej była szczelina o długości 10mm, z mechanizmem ruchu mimośrodowego. Następnie kolimator, o identycznych parametrach, co obiektyw, zaznaczony na schemacie wyżej jako K. Rozpraszał światło ze szczeliny i na pryzmat padała równoległa wiązka. W uchwycie za kolimatorem, znajdował się podwójny pryzmat Amiciego, o dyspersji równej 21 stopni, opisywanej wówczas kątem pomiedzy liniami C i G' Fraunhofera. Są to linie wodoru, karmazynowa i niebieska, według notacji stosowanej przez ich odkrywcę. Podwójny pryzmat Amiciego, to jeden z wielu sposobów łączenia pryzmatów, zwiększających rozdzielczość obrazu. Rozwiązanie kompaktowe, pozwalające na obrazowanie bezpośrednie. Światło było wygodnie prowadzone przez pryzmaty, mniej wiecej wzdłuż osi optycznej teleskopu, aż do okularu lunetki. Czyniło obserwacje wizualne bardziej intuicyjnymi. Rozwiązanie optymalne, dla tej klasy instrumentów, jak luneta Sendtnera, zbyt lekkich, aby na końcu umieścić jeszcze aparat fotograficzny.  Sam spektroskop, według informacji z katalogu, ważył około 9 kg. Techniczne szczegóły najlepiej uzupełniają przedwojenne zdjęcia. Na jednym z nich, przy spektroskopie i lunecie Sendtnera, zapozowała grupa młodzieży wraz z nauczycielem.

Migawka z życia szkolnego obserwatorium w szkole śś. Piotra i Pawła w Gdańsku. Z archiwum Lucjana Newelskiego, digitalizacja: Edyta Pilska. Dwudziestolecie międzywojenne.

 

Nie wiadomo, czy powyższe zdjęcie upamiętnia jakieś wyjątkowe wydarzenie. Elegancki strój, to bardziej znak tamtych czasów, niż wymóg chwili czy szkolnych przepisów. Wszyscy pod krawatem, a mężczyzna na dalszym planie, nawet w koszuli z łamanym kołnierzykiem. To Konrad Liebermann, nauczyciel i kierownik szkolnego obserwatorium oraz przewodniczący sekcji astronomii Towarzystwa Przyrodniczego. Rozpoznany, bo porównałem ze zdjęciem, przedstawiającym grono pedagogiczne szkoły z 1936 roku. Na nim Liebermann, dokładnie tak samo nienagannie ubrany, znów nieco z tyłu. Reszta szczegółów powoduje u mnie poważny dysonans poznawczy. Pod kopułą widzę ludzi, z którymi miłośnik astronomii, taki  jak ja, może się utożsamiać. Natomiast na zdjęciu z 1936 roku, część nauczycieli w otoczeniu Liebermanna, ma na sobie mundury hitlerowskie. Wojna zmieniła właściwie wszystko, ale luneta Sendtnera przetrwała i trafiła do Warszawy. W jej powojennej historii, znajdziemy co najmniej jedną, zaawansowaną obserwację Słońca. Doc. Maciej Bielicki, astronom z Uniwersytetu Warszawskiego, obserwował nią 9 maja 1970 roku, przejście Merkurego na tle słonecznej tarczy. Wyznaczył momenty kontaktu i porównał je z przewidywaniami, wynikiem były drobne poprawki do wcześniejszych obliczeń. W obserwacjach uczestniczył student Andrzej Pilski, póżniejszy współzałożyciel obserwatorium na Górze Żurawiej pod Fromborkiem. Ostatecznie do Fromborka przeniosła się też sama luneta Sendtnera.

 

Luneta Sendtnera obecnie znajduje się w kopule Parku Astronomicznego Muzeum Mikołaja Kopernika. Autor: Sylwester M. Jarkiewicz