Repsold i zagadka jaszczurki

Gwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywna
 

 

Są na niebie gwiazdy tak nietypowe, że tylko badaniu jednej, wybranej astronom może poświęcić prawie całą swoją naukową karierę.

swie1ksjej

Gdy z obserwacji wynikają bardzo dziwne zmiany jasności gwiazdy, warto również, aby obserwator używał ciągle tego samego teleskopu, a nawet na długi czas zrezygnował z mycia jego luster lub soczewek. Dla astronomów z obserwatorium wrocławskiego takim wyzwaniem na wiele lat stała się gwiazda pulsująca DD Lacertae, a obserwowano ją za pomocą starej XIX w. lunety Repsolda. Było to ostatnie zadanie postawione przed wysłużonym instrumentem, zanim już na zawsze opuścił  kopułę obserwatorium w Białkowie.


Ostatnie naukowe obserwacje XIX w. lunetą Repsolda zostały wykonane w Białkowie, w 1971 roku przez wrocławskiego astronoma, Tadeusza Ciurlę. Ich wyniki przedstawił dwa lata później,  w podsumowaniu 14 lat badań nad zmiennością gwiazdy DD Lacertae, prowadzonych w  Obserwatorium  Uniwersytetu Wrocławskiego. Ten enigmatyczny obiekt z gwiazdozbioru Jaszczurki, zwany czasem wrocławską gwiazdą, długo czekał na racjonalne wyjaśnienie obserwowanych, na pozór chaotycznych, zmian jasności. Od 1956 roku astronomowie wrocławscy śledzili jej zachowanie regularnie, używając wciąż tej samej, prawie stuletniej lunety Repsolda, z dołączonym tuż po wojnie, fotometrem fotoelektrycznym. Jeszcze w latach 70., stary poniemiecki instrument był podstawowym teleskopem obserwatorium. Mogło to budzić konsternację wśród zatroskanych o stan polskiej nauki, ale najbardziej zainteresowani, czyli astronomowie,  potrafili  znaleźć plusy tej, wydawałoby się mało szczęśliwej, sytuacji.

 

Zaznaczenie 028ofjdj
 Luneta Repsolda z fotometrem w obserwatorium UWr w Białkowie tworzą wspólnie jeden system fotometryczny

 

Zmiana teleskopu to również zmiana warunków obserwacji, a to może rzutować na otrzymane wyniki. Zestawienie  pomiarów świecenia gwiazdy zmiennej, wykonanych  różnymi instrumentami i w różnym czasie ujawni dodatkowe, nieporządane wahania na krzywej zmian jasności. Dlatego, zanim obserwator zacznie  wyciągać wnioski co do samej natury gwiazdy, musi usunąć lub wykluczyć z danych wszelkie podobne artefakty. Podstawowym źródłem niepewności od zawsze jest i była pogoda i na zmienne warunki atmosferyczne, astronomowie z Wrocławia, nie mieli wpływu. Za to teleskop był ciągle ten sam i razem z fotometrem, przez wiele lat tworzył jeden, bardzo dobrze ustalony system fotometryczny. Udało się dzięki temu spełnić najbardziej wyśrubowane wymagania precyzyjnej fotometrii - uniknąć kompromitujących pomyłek w analizie zmian jasności,  balansując jednocześnie na granicy błędów pomiaru.

 

SSA41219
Prof. Paweł Rudawy i autor podczas mycia obiektywu największego w Polsce koronografu, znajdującego się w obserwatorium w Białkowie

 

Gdy gwiazda wydaje się zachowywać bardzo nietypowo, warto nie tylko zrezygnować z wymiany aparatury, ale nawet  z mycia luster i soczewek. Zamiast traktować je co jakiś czas szmatką, przy okazji skokowo zmieniając właściwości teleskopu, pozwala się, aby  powoli lecz systematycznie gromadził się na nich kurz. Co prawda, z czasem obraz gwiazdy staje się ciemniejszy, bo kurz blokuje dostęp światła do teleskopu, ale przynajmniej dzieje się to w sposób przewidywalny. Takie  z wolna postępujące pociemnienie ciężko pomylić ze  zmiennością gwiazdy, występującą w skali dni, tygodni i miesięcy lub, w przypadku najdziwniejszych gwiazd, we wszystkich tych skalach jednocześnie. Gwiazdą o bardzo skomplikowanej zmienności wydawała się być DD Lac i w każdej kolejnej publikacji z Wrocławia podkreślano, że nowymi obserwacjami można łatwo nawiązać do poprzednich, bo wszystkie pomiary uzyskano za pomocą tego samego, choć bardzo już wtedy wiekowego, teleskopu.

 opolski
 Prof. Antoni Opolski przed wejściem do dawnego pałacu Leo von Wutschichowskiego na terenie Obserwatorium UWr w Białkowie

 

Najczęściej przy lunecie Repsolda stał wspomniany już  Tadeusz Ciurla, który mieszkał na terenie obserwatorium w Białkowie, więc trzymał wartę obserwacyjną praktycznie każdej pogodnej nocy. Rolę drugiego obserwatora pełnił prof. Antoni Opolski, nestor wrocławskich astronomów, który doktorat obronił jeszcze przed wojną, na Uniwersytecie Jana Kazimierza we Lwowie, pod kierunkiem prof. Eugeniusza Rybki. W stopniu podporucznika artylerii, brał udział w kampanii wrześniowej 1939 roku. Większość wojny spędził w niewoli, jako jeniec w niemieckich obozach. Po wojnie stworzył wrocławską szkołę gwiazd pulsujących, m.in. jako dyrektor obserwatorium.  Zmarł w 2014 roku, w wieku 101 lat,  do ostatnich dni życia był  bardzo aktywny na polu astronomii. Życie profesora było niemal tak długie, jak historia badań gwiazdy, którą bardzo polubił - zmienność DD Lac została odkryta przez amerykańskiego astronoma, Waltera Adamsa,  w 1912 roku.

 

Zaznaczenie 015kdyzns
Trzon polskiej astronomii  z dawnych Kresów Wschodnich: Antoni Opolski i Stefania Kosibowa ze Lwowa,  Stanisław Szeligowski z Wilna - tutaj w Obserwatorium Wrocławskim.

 

Sama DD Lacertae znana jest od dawniejszych czasów jako obiekt o jasnoniebieskiej barwie, widoczny gołym okiem w  ciemną, pogodną noc. Jednak dopiero teleskop z odpowiednią aparaturą ujawnił jej skomplikowaną naturę. Najpierw Adams, za pomocą spektrografu odkrył, że DD Lac nieustannie kurczy się i rozszerza, czyli jest gwiazdą pulsującą. Następnie dane z fotometru pokazały, że jej  pulsacje mają  swoje odbicie  w zmianach jasności. Przez długi  czas otwarte było pytanie, czy te zmiany są regularne na tyle, aby dało się je odtworzyć za pomocą modeli wnętrz gwiazdowych. Potrzeba było pracy dwóch pokoleń wrocławskich astronomów, aby znaleźć właściwą odpowiedź. 

 

Schematyczne przedstawienie zmian jasności w czasie, powiązanych z pulsacjami gwiazdy. Obserwowana zmiana koloru zależy od zakresu czułości detektora.

 

Pulsacje nie wpływają na całkowitą ilość emitowanej przez gwiazdę energii, ale jest ona przenoszona w nieco inny sposób, w zależności od chwilowej wartości promienia gwiazdy. Dzieje się tak, ponieważ gwiazda puchnąc, staje się chłodniejsza na swojej powierzchni. Wówczas światło opuszcza ją w postaci mniej energetycznych fotonów. Pierwszy tego skutek, to zmiana obserwowanego koloru gwiazdy. Jednocześnie każdy detektor światła inaczej reaguje na różne kolory, np. ludzkie oko jest najbardziej czułe na światło zielone. W fotometrii, zakres czułości detektora często ogranicza się tylko do jednego, wybranego koloru za pomocą filtra. Wtedy wyraźniej widać, jak z powodu pulsacji co pewien czas, więcej fotonów z gwiazdy wypada poza wąski zakres czułości, bo mierzona jasność cyklicznie rośnie i maleje.  To co wyróźniało DD Lac spośród wielu gwiazd pulsujących, to amplituda wahań jasności zmieniająca się wyraźnie od cyklu do cyklu oraz duży problem z wyznaczeniem momentów przyszłych minimów i maksimów blasku.

 

Zaznaczenie 020kdjens
 Przykładowy wynik rzeczywistych obserwacji DD Lac, za pomocą lunety Repsolda, w postaci w krzywych zmian jasności  w czasie. Każda krzywa jest wynikiem kilku godzin pomiarów, zebranych w trakcie trzech nocy, we wrześniu i październiku 1959 roku, w Białkowie. Wielkość λ5300 oznacza, że użyto tutaj filtru żółtego. Za "Photoelectric Observations of DD Lacertae..." A. Opolski i T. Ciurla, 1961

 

W 1953 roku, holenderski astronom  Cornelis de Jager, zasugerował, że zmiany amplitudy wahań jasności można wyjaśnić nałożeniem na siebie kilku drgań podstawowych. Dominująca zmienność o stałej amplitudzie i okresie równym 4h38min miała być dodatkowo modulowana przez słabsze pulsacje o niewiele dłuższym okresie, równym 4h44min, oraz przez dwa inne drgania, których wpływ był zauważalny, ale zbyt słaby, aby z dostępnych wówczas obserwacji, wyznaczyć dokładną wartość odpowiadających im okresów. W 1956 roku,  Jager zorganizował międzynarodową kampanię obserwacyjną, aby zebrać komplet informacji, które w satysfakcjonujący sposób, pozwoliłyby odtworzyć obserwowane zmiany jasności. Zachowanie DD Lac śledziło jednocześnie kilkanaście teleskopów z całego świata, w tym dwie lunety Repsolda, jedna w Parku Szczytnickim we Wrocławiu, a druga w Białkowie. Wspólne, masowe obserwacje, pozwoliły wyrugować większość błędów instrumentalnych, bo ich wynikiem była średnia z jednoczesnych pomiarów, tak jakby wszystkie pochodziły z jednego, "globalnego" teleskopu.

 

Zaznaczenie 066ushs
 dr Jerzy Kubikowski z Wrocławia, wybitny znawca budowy gwiazd. Zdjęcie wykonane niedługo przed jego niespodziewaną śmiercią, w 1968 roku.

 

W Parku Szczytnickim we Wrocławiu obserwował wtedy, znany już z poprzednich moich artykułów, Tadeusz Jarzębowski, przyszły, wybitny obserwator gwiazd  magnetycznych. Jednak mimo poświęconych 11 godzin na obserwację DD Lac, liczba pomiarów była za mała, aby  udało się nawiązać do danych z innych teleskopów i włączyć je do średniej. Natomiast w Białkowie przy lunecie Repsolda stał Jerzy Kubikowski, pierwszy absolwent powojennej wrocławskiej astronomii, który czuł się bardziej teoretykiem, a fotometrią zajmował się  raczej okazjonalnie. Szczęśliwie w czasie, gdy obserwował DD Lac, wycelowały w nią swoje teleskopy, aż trzy inne obserwatoria - we Włoszech, w Gruzji i na Krymie. Dzięki temu, dane z Białkowa były bardzo przydatne do dalszej analizy. Ta pokazała, że pomiary lunetą Repsolda  są tak blisko średniej, że w praktyce można je uznać za wzorcowe dla pozostałych obserwatorów.

 

SSA41624
 Prof. Mikołaj Jerzykiewicz prowadzi w Białkowie improwizowany wykład dla uczestników praktyk studenckich z Torunia. "Na tapecie" matematyczne podstawy szukania okresowości w pomiarach jasności gwiazd. Zdjęcie autora.

 

Bogaty materiał obserwacyjny od razu został poddany szczegółowej analizie, ale ta nie przyniosła zadowalających rezultatów. Nie udało się rozłożyć skomplikowanych zmian jasności DD Lac na czynniki pierwsze. Rozwiązanie zagadki, w postaci pełnego zestawu okresów i amplitud dla wszystkich targających gwiazdą pulsacji wyszło dopiero w 1978 roku, spod ręki kolejnego wrocławskiego astronoma.   Mikołaj Jerzykiewicz obserwował DD Lac już w 1960 roku wspólnie z Tadeuszem Ciurlą i Antonim Opolskim, później zajmował się nią samodzielnie, by w latach 70.  wrócić do wyników kampanii obserwacyjnej z 1956 roku. Na bazie swoich  wieloletnich doświadczeń z DD Lac, postanowił jeszcze raz te dane dokładnie przeanalizować.   Otrzymał w  rezultacie aż sześć drgań podstawowych o   okresach od  4h22min do 5h39min, które występując jednocześnie w jednej gwieździe, dawały wreszcie wszystkie obserwowane  cechy DD Lacertae. Lunety Repsolda nie było już wtedy w kopule w Białkowie, od ponad roku leżała spakowana w skrzyniach we Wrocławiu. Po 93 latach intensywnej pracy,  mogła wreszcie ustąpić miejsca nowoczesnemu teleskopowi.

©{2019} Tata Astronom. Wszelkie prawa zastrzeżone. Strona stworzona w oparciu o JoomShaper.

Search