Το 1838, ο Friedrich Wilhelm Bessel κέρδισε την κούρσα για τη μέτρηση της πρώτης απόστασης σε ένα αστέρι διαφορετικό από τον Ήλιο μας μέσω της τριγωνομετρικής παράλλαξης - θέτοντας έτσι την πρώτη κλίμακα του Σύμπαντος.
Γραμματόσημο που εκδόθηκε από το γερμανικό ομοσπονδιακό ταχυδρομείο το 1984, με αφορμή την 200ή επέτειο από τη γέννηση του Friedrich Wilhelm Bessel Εικόνα: © Bundesministerium der Finanzen (BMF). Σχέδιο του Hermann Schwahn, βασισμένο σε έναν πίνακα του Johann Eduard Wolff
Πρόσφατα, οι Mark Reid και Karl Menten, οι οποίοι ασχολούνται με μετρήσεις Παράλλαξης στα Ραδιοκύματα, επανεξέτασαν τις αρχικές εκδόσεις του Bessel για το "αστέρι του", το 61 Κύκνου οι οποίες δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Astronomische Nachrichten (Αστρονομικές σημειώσεις αγγλ.Astronomical Notes). Ενώ μπορούσαν γενικά να αναπαράξουν τα αποτελέσματα των μελετών τα οποία εξήγαγε ο Bessel και δύο σύγχρονοι αστρονόμοι του 19ου αιώνα, οι διάσημοι Friedrich Georg Wilhelm von Struve και Thomas Henderson, ανακάλυψαν γιατί μερικά από αυτά τα πρώτα αποτελέσματα ήταν στατιστικά ασυμβίβαστα με τις σύγχρονες μετρήσεις.
Λόγω του σεβασμού για τον Bessel, οι Reid και Menten αποφάσισαν να δημοσιεύσουν τα ευρήματά τους επίσης στο περιοδικό Astronomische Nachrichten. Ιδρύθηκε το 1821, και ήταν ένα από τα πρώτα αστρονομικά περιοδικά στον κόσμο, και είναι το παλαιότερο που ακόμα δημοσιεύεται.
Η γνώση της απόστασης από τα αστρονομικά αντικείμενα είναι θεμελιώδους σημασίας για όλη την Αστρονομία και για την αξιολόγηση της θέσης μας στο Σύμπαν. Οι αρχαίοι Έλληνες τοποθέτησαν τα ακίνητα "σταθερά" αστέρια πιο μακριά από τις ουράνιες σφαίρες στις οποίες νόμιζαν ότι οι πλανήτες κινούνταν. Ωστόσο, το ερώτημα "πόσο πιο μακριά;" δεν έπαιρνε μια ορθολογική απάντηση για αιώνες αναγκάζοντας έτσι τους αστρονόμους να ξεκινήσουν προσπάθειες για την απάντηση του ερωτήματος αυτού. Τα πράγματα ξεκίνησαν στα τέλη της δεκαετίας του 1830, όταν τρεις αστρονόμοι επικεντρώθηκαν σε διαφορετικά αστέρια, περνώντας πολλές νύχτες στα τηλεσκόπια τους, συχνά κάτω από σκληρές συνθήκες. Ήταν ο Friedrich Wilhelm Bessel ο οποίος κέρδισε την κούρσα το 1838, ανακοινώνοντας ότι η απόσταση από το δυαδικό αστρικό σύστημα 61 Κύκνου είναι 10,4 έτη φωτός. Αυτό απέδειξε ότι τα αστέρια δεν είναι μόνο λίγο πιο μακριά από μας από τους πλανήτες, αλλά περισσότερο από ένα εκατομμύριο φορές πιο μακριά - ένα πραγματικά μεταμορφωτικό αποτέλεσμα το οποίο αναθεώρησε πλήρως την κλίμακα του Σύμπαντος όπως ήταν γνωστή τον 19ο αιώνα.
Η μέτρηση του Bessel βασίστηκε στη τριγωνομετρική μέθοδο της παράλλαξης. Αυτή η τεχνική είναι ουσιαστικά τριγωνισμός, η οποία χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των αποστάσεων στην ξηρά. Οι αστρονόμοι μετρούν την φαινομενική θέση ενός "κοντινού" αστεριού έναντι πολύ πιο απομακρυσμένων αστεριών, χρησιμοποιώντας την τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο για να εξάγουν διαφορετικά πλεονεκτήματα κατά τη διάρκεια ενός έτους.
Ο Bessel έπρεπε να κάνει επίπονες μετρήσεις για πάνω από 100 νύχτες με το τηλεσκόπιο του. Συμπέρασμα: Οι αστρονόμοι πλέον είναι πολύ πιο "αποδοτικοί". Η διαστημική αποστολή της Gaia μετρά ακριβείς αποστάσεις για εκατοντάδες εκατομμύρια αστέρια, επιφέροντας έτσι μεγάλο επιστημονικό αντίκτυπο στην αστρονομία. Ωστόσο, λόγω της διαστρικής σκόνης η οποία διαπερνά τους σπειροειδείς βραχίονες του Γαλαξία, η τροχιακή διαστημοσυσκευή Gaia δυσκολεύεται να παρατηρήσει αστέρια στο γαλαξιακό επίπεδο τα οποία βρίσκονται πιο μακριά από τον Ήλιο από περίπου 10.000 έτη φωτός και πέρα - αυτό είναι μόνο το 20% του μεγέθους του Γαλαξία για πάνω από 50.000 έτη φωτός. Επομένως, ακόμη και μια αποστολή τόσο ισχυρή όσο η Gaia δεν θα αποδώσει τη βασική διάταξη του Γαλαξία μας, αρκετή από την οποία είναι ακόμη υπό συζήτηση - ακόμη και ο αριθμός των σπειροειδών βραχιόνων είναι αβέβαιος.
Προκειμένου να αντιμετωπιστεί καλύτερα η δομή και το μέγεθος του Γαλαξία μας, ο Mark Reid από το Κέντρο Αστροφυσικής του Harvard-Smithsonian και ο Karl Menten από το Ινστιτούτο για την Ραδιοαστρονομία Max Planck (Max Planck Institute for Radio Astronomy ή MPIfR) ξεκίνησαν ένα πρόγραμμα για τον προσδιορισμό των αποστάσεων από τις ραδιοπηγές οι οποίες περιορίζονται στους σπειροειδείς βραχίονες του Γαλαξία μας. Το τηλεσκόπιο επιλογής τους είναι η συστοιχία Very Long Baseline Array, μια συλλογή από 10 ραδιοτηλεσκόπια τα οποία εκτείνονται από τη Χαβάη στα δυτικά έως τις ανατολικές άκρες των ΗΠΑ. Συνδυάζοντας τα σήματα και των 10 τηλεσκοπίων σε απόσταση χιλιάδων χιλιομέτρων, μπορεί κανείς να δημιουργήσει εικόνες για αυτό που θα μπορούσε να δει κανείς εάν τα μάτια μας ήταν ευαίσθητα στα ραδιοκύματα τα οποία έχουν απόσταση μεταξύ (μήκος κύματος) τους σχεδόν το μέγεθος της Γης.
Το πρόγραμμα αυτό εκτελείται από μια διεθνή ομάδα, με επιστήμονες του MPIfR οι οποίοι συνεισφέρουν σημαντικά - ο διευθυντής του MPIfR Karl Menten απολαμβάνει μια γόνιμη συνεργασία με τον Mark Reid για περισσότερα από 30 χρόνια. Όταν, κοντά στην έναρξη του προγράμματος, συζητήθηκε ένα "πιασάρικο" ακρωνύμιο, επέλεξαν να το ονομάσουν Bar and Spiral Structure Legacy Survey, εν συντομία BeSSeL Survey. Φυσικά, είχαν στο μυαλό τους τον μεγάλο αστρονόμο, μαθηματικό και πρωτοπόρο της παράλλαξης Friedrich Wilhelm Bessel.
Όπως σε όλες τις πειραματικές ή παρατηρησιακές επιστήμες, οι μετρήσεις αποκτούν νόημα μόνο εάν οι αβεβαιότητές τους μπορούν να προσδιοριστούν με αξιόπιστο τρόπο. Αυτό είναι επίσης το "ψωμί και το βούτυρο" στη Ραδιοαστρομετρία και δίνεται ιδιαίτερη προσοχή από τους αστρονόμους του έργου BeSSeL. Στην εποχή του Bessel, οι αστρονόμοι είχαν μάθει να δίνουν προσοχή στα σφάλματα μέτρησης λαμβάνοντάς τα υπόψιν τους όταν αντλούσαν αποτελέσματα από τα δεδομένα τους. Κάτι τέτοιο περιλάμβανε συχνά κουραστικούς υπολογισμούς οι οποίοι γίνονταν εξ ολοκλήρου με μολύβι και χαρτί. Φυσικά, ένας επιστήμονας του διαμετρήματος του Bessel γνώριζε καλά να λάβει υπόψιν του τυχόν ζητήματα τα οποία θα μπορούσαν ενδεχομένως να επηρεάσουν τις παρατηρήσεις του. Συνειδητοποίησε ότι οι μεταβολές της θερμοκρασίας στο τηλεσκόπιο του θα μπορούσαν να επηρεάσουν κρίσιμα τις ευαίσθητες μετρήσεις του. Ο Bessel είχε ένα θαυμάσιο όργανο στο παρατηρητήριό του στο Königsberg στην Πρωσία (το σημερινό Ρωσικό Kaliningrad), το οποίο προήλθε από τον ιδιοφυή κατασκευαστή οργάνων Joseph Fraunhofer και ήταν το τελευταίο που κατασκεύασε. Παρ 'όλα αυτά, η μεταβαλλόμενη θερμοκρασία είχε σημαντικό αντίκτυπο στις παρατηρήσεις που απαιτούνται για τη μέτρηση της παράλλαξης, οι οποίες πρέπει να διαχέονται σε ολόκληρο το έτος. Μερικές γίνονταν το καυτό καλοκαίρι, και άλλες τις κρύες νύχτες του χειμώνα.
Ο Mark Reid ενδιαφέρθηκε για το πρωτότυπο έργο του Bessel και μελέτησε τις εργασίες του στο 61 Κύκνου. Παρατήρησε κάποιες μικρές ασυνέπειες στις μετρήσεις. Για να τις αντιμετωπίσει, αυτός και ο Karl Menten άρχισαν να ερευνούν βαθύτερα στην αρχική βιβλιογραφία. Οι εργασίες (papers) του Bessel δημοσιεύθηκαν για πρώτη φορά στα Γερμανικά, στο περιοδικό Astronomische Nachrichten, αν και ορισμένα αποσπάσματα μεταφράστηκαν στα Αγγλικά και εμφανίστηκαν στις Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society). Επομένως, έπρεπε να εξεταστούν οι αρχικές γερμανικές εκδόσεις, όπου φάνηκε πολύ χρήσιμη η γηγενής γερμανική γνώση της γλώσσας του Menten.
Οι Reid και Menten εξέτασαν επίσης εξονυχιστικά τα αποτελέσματα των κοντινότερων ανταγωνιστών του Bessel. Ο Thomas Henderson, ο οποίος εργάστηκε στο Κέιπ Τάουν της Νότιας Αφρικής, στόχευσε τον Κένταυρο, το αστρικό σύστημα το οποίο είναι πλέον γνωστό ότι είναι το πιο κοντινό στον Ήλιο μας. Λίγο μετά την ανακοίνωση του αποτελέσματος του Μπέσελ, ο Henderson δημοσίευσε μια απόσταση από αυτό το αστέρι.
Ο επιφανής αστρονόμος Friedrich Georg Wilhelm von Struve μέτρησε τον αστέρα Βέγα τον α στον αστερισμό της Λύρας. Η αναζήτηση βιβλιογραφίας για τα δεδομένα του von Struve έμοιαζε με εργασία...ντετέκτιβ. Μια λεπτομερής περιγραφή του δημοσιεύθηκε μόνο στα Λατινικά ως κεφάλαιο μιας ογκώδους μονογραφίας. Ο Βιβλιοθηκονόμος του MPIfR εντόπισε ένα αντίγραφο στη βαυαρική κρατική βιβλιοθήκη, το οποίο το απέδωσε σε ηλεκτρονική μορφή. Παρέμεινε από καιρό μυστήριο το γιατί ο von Struve ανακοίνωσε μια προσωρινή και ίσως ανεπιβεβαίωτη απόσταση από τον Βέγα, ένα χρόνο πριν από το αποτέλεσμα του Bessel για τον 61 Κύκνου, μόνο για να την αναθεωρήσει και να διπλασιάσει την απόσταση αυτή αργότερα με περισσότερες μετρήσεις. Φαίνεται ότι ο von Struve χρησιμοποίησε για πρώτη φορά όλες τις μετρήσεις του, αλλά στο τέλος έχασε την εμπιστοσύνη σε μερικές από αυτές και τις απέρριψε. Εάν δεν το έκανε αυτό, πιθανότατα να είχε λάβει περισσότερα εύσημα.
Ο Reid και ο Menten μπορούσαν γενικά να αναπαράξουν τα αποτελέσματα που έλαβαν και οι τρεις αστρονόμοι, αλλά διαπίστωσαν ότι ο von Struve και ο Henderson υποτίμησαν ορισμένες από τις αβεβαιότητες μέτρησης, γεγονός που έκανε τις παραλλάξεις τους να φαίνονται κάπως πιο σημαντικές από ό, τι ήταν στην πραγματικότητα. "Το να κοιτάς πάνω από τους ώμους του Bessel ήταν μια αξιοθαύμαστη εμπειρία και διασκέδαση", δηλώνει ο Mark Reid. "Βλέποντας το έργο αυτό τόσο σε αστρονομικό όσο και σε ιστορικό πλαίσιο ήταν πραγματικά συναρπαστικό", καταλήγει ο Karl Menten.
Αναφορές: “The first stellar parallaxes revisited” by Mark J. Reid and Karl M. Menten, 2 November 2020, Astronomische Nachrichten.
DOI: 10.1002/asna.202013833
arXiv: 2009.11913
Γενικές πληροφορίες
Αρχή της Αστρικής Παράλλαξης (Stellar Parallax): Ας υποθέσουμε ότι κάποιος θέλει να προσδιορίσει την απόσταση, D, σε ένα κοντινό (προσκήνιο) αστέρι. Κατά τη διάρκεια ενός έτους, η θέση αυτού του αστεριού προφανώς αλλάζει σε σχέση με τις θέσεις των μακρινών αστεριών υποβάθρου και ορίζει μια έλλειψη η οποία δεν είναι τίποτε άλλο παρά η προβολή της τροχιάς της Γης γύρω από τον Ήλιο. Ο ημι-κύριος άξονας της είναι η γωνία παράλλαξης ή παραλλακτική γωνία p. Στη συνέχεια, η απόσταση σε "αστρονομικές μονάδες" δίνεται απλώς από τη σχέση D = 1 / p. Μια Αστρονομική Μονάδα, (ΑΜ), είναι η απόσταση Γης-Ήλιου και είναι περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Η απόσταση στην οποία ένα αντικείμενο θα έχει παράλλαξη 1 τόξου της μοίρας (arcsecond) λέγεται ότι έχει παράλλαξη ένα Παρσέκ (pc). Είναι η βασική μονάδα απόστασης που χρησιμοποιείται από τους αστρονόμους και αντιστοιχεί σε περίπου. 3,26 έτη φωτός (σε απόσταση όχι σε χρόνο) ή 206.000 AΜ.
Πηγή: scitechdaily.com