Tre piani sotto la cupola del telescopio presso l'Hale Solar Laboratory di Pasadena, in California, una scala a chiocciola arrugginita segna la cima di una fossa profonda quasi 80 piedi, nascosta da una botola di legno nel seminterrato. Nella parte inferiore si trova una griglia destinata a dividere la luce in un arcobaleno per consentire agli scienziati di studiare il trucco del sole. Gli attuali proprietari dell'edificio non osano scendere, scoraggiati dalla mancanza di ossigeno e dall'impenetrabile oscurità sottostante.
Quando gli architetti Liz Moule e Stefanos Polyzoides hanno acquistato l'osservatorio nel 2006, sapevano che stavano acquistando un pezzo di storia. Il proprietario originale, l'astronomo George Ellery Hale, istituì i telescopi più potenti del mondo nella prima metà del 20 ° secolo, compreso l'Osservatorio Mount Wilson, in alto sopra Pasadena. Moule, che gestisce uno studio di architettura locale con Polyzoides, considera Hale "un cittadino modello" per la sua influenza sul paesaggio culturale e l'architettura civica di Pasadena. L'Hale Solar Laboratory, con il suo rilievo in stile egiziano del sole che irradiava sulla porta d'ingresso, la grande biblioteca al primo piano, la cupola del telescopio sul tetto e la fossa minacciosa nel seminterrato, era il rifugio privato di Hale a pochi isolati a sud di l'università che ha aiutato a fondare, il California Institute of Technology.
La botola per lo strumento a griglia presso l'Hale Solar Laboratory. (Elizabeth Landau) Moule e Polyzoides non avevano idea che l'edificio, costruito nel 1924, fosse dotato di tesori astronomici nascosti. L'intero seminterrato era un disordine disordinato di mobili, carte e scatole di spazzatura quando acquistarono la struttura storica (insieme alla più moderna casa di stucco di fronte). "Pensavamo di essere rimasti con cose di cui ci saremmo appena sbarazzati", dice Moule.
Nel seminterrato dell'osservatorio, Moule e i volontari del Monte Wilson — Don Nicholson e Larry Webster — scoprirono centinaia di lastre fotografiche in vetro dagli anni 1880-1930 impilate in scatole in un grande armadio di legno. La collezione comprende immagini di macchie solari e protuberanze solari - viticci di plasma che si staccano dal sole - e spettri solari, o serie di linee che rappresentano componenti della luce, rivelando la composizione chimica del sole. Le piastre più grandi raffigurano la luna craterizzata, bordata di increspature dai danni causati dall'acqua nel seminterrato. Alcune lastre provengono dai telescopi di Hale, mentre altre erano chiaramente doni di astronomi remoti.
Un'immagine della luna su una lastra di vetro della collezione di George Ellery Hale, trovata nell'Hale Solar Laboratory. Fu preso all'Osservatorio di Lick e datato 19 luglio 1891. I segni bianchi sono causati da danni causati dall'acqua. (Immagine gentilmente concessa da Carnegie Institution for Science / Dan Kohne) Tutto sommato, c'erano più di 1.100 piatti e altri manufatti della collezione privata di Hale nascosti nel seminterrato del Laboratorio solare, dice Dan Kohne, che si offrì volontario con il vicino ufficio Pasadena degli osservatori del Carnegie per inventare la scoperta. Polyzoides e Moule hanno donato le piastre storiche agli archivi Carnegie.
Queste lastre fotografiche rappresentano il modo meticoloso in cui gli astronomi lavoravano, posizionando a mano un telescopio su un oggetto per il tempo necessario a catturarlo su una lastra di vetro ricoperta di emulsione, quindi sviluppando la lastra come una pellicola in una camera oscura. La prima fotografia dagherrotipica di una stella diversa dal sole fu scattata nel 1850 da William Cranch Bond, il primo direttore dell'Osservatorio del Harvard College, che fece un'esposizione di 90 secondi di Vega. Per i successivi 150 anni circa, gli scienziati hanno catalogato l'universo su queste lastre di vetro, spesse circa quanto un vetro di una finestra.
Mentre i progressi tecnologici nella fotografia, la guida e l'informatica del telescopio hanno ampiamente reso obsoleto lo skywatching basato su lastre, studiare le lastre di vetro è stato il modo in cui gli astronomi hanno raggiunto rivelazioni storiche, come l'esistenza di galassie oltre la Via Lattea e il fatto che il tessuto stesso dell'universo è espandendosi in tutte le direzioni.
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I piatti storici non sono solo reliquie. Rappresentano una registrazione del cielo in momenti particolari del passato che non possono mai essere rivisitati, nemmeno con i più potenti osservatori spaziali. Oggi, i telescopi più avanzati dell'umanità possono rivelare oggetti distanti che periodicamente si illuminano, si oscurano e si aprono e scompaiono. Il telescopio spaziale Gaia dell'Agenzia spaziale europea (ESA), ad esempio, sta compilando le mappe stellari più complete di sempre. Alcuni degli oggetti che stanno attraversando i cambiamenti in questo momento potrebbero anche essere variati tra la fine del XIX e l'inizio della metà del XX secolo e potrebbero essere stati catturati su lastre di telescopio di vetro.
Mentre gli astronomi cercano di raccontare storie più complete su come gli oggetti celesti si evolvono nel tempo, queste vecchie lastre polverose potrebbero dimostrarsi ancora più rilevanti.
"Non siamo viaggiatori nel tempo, vero?" Dice Michael Castelaz, professore associato di fisica al Brevard College nella Carolina del Nord. "Quindi, come si fa a tornare indietro nel tempo per indagare sul cielo notturno se non con i dati che abbiamo già?"
Annie J. Cannon era la curatrice delle fotografie dell'Osservatorio dell'Harvard College, incaricata della cura di circa 300.000 lastre fotografiche di stelle realizzate dagli astronomi di Harvard. (Bettmann / Getty Images) Secondo alcune stime, negli Stati Uniti ci sono più di 2 milioni di lastre di vetro realizzate da astronomi professionisti. In tutto il mondo ci sono probabilmente più di 10 milioni, afferma Rene Hudec dell'Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca a Ondrejov, compresi molti che potrebbero ancora nascondersi in luoghi inaspettati. Mentre esiste un database online di oltre 2, 5 milioni di lastre provenienti da oltre 570 archivi, non esiste un elenco veramente completo. Dopo aver visitato più di 70 archivi di lastre, Hudec riferisce che alcuni repository sono ben tenuti e catalogati, ma altri sono una "triste esperienza" con pochi finanziamenti e nessuno in grado di gestirli.
Harvard, che si ritiene abbia ospitato la più grande collezione del mondo, ha circa 550.000 lastre, tra cui immagini una volta analizzate da luminari come Henrietta Swann Leavitt e Annie Jump Cannon. Come racconta Dava Sobel in The Glass Universe: How the the Ladies of the Harvard Observatory ha preso la misura delle stelle, le donne "computer" come Leavitt e Cannon non solo hanno classificato e catalogato migliaia di stelle dalle lastre del telescopio ma hanno anche fatto scoperte rivoluzionarie che informano la nostra visione del cosmo oggi. Edward Pickering, direttore dell'osservatorio che assunse queste donne, scrisse nel 1890: “Per molti scopi le fotografie prendono il posto delle stelle stesse, e le scoperte vengono verificate e gli errori vengono corretti dalla luce del giorno con una lente d'ingrandimento invece che di notte con un telescopio “.
La collezione di Hale dal seminterrato del Solar Laboratory ha unito più di 200.000 lastre ospitate dagli osservatori Carnegie, tra cui la lastra "VAR!" Del 1923, che ha convinto Edwin Hubble che Andromeda è una galassia separata dalla Via Lattea. Il telescopio Yerkes da 40 pollici, il Mount Wilson da 60 pollici, il Mount Wilson da 100 pollici e il Palomar da 200 pollici, tutti i progetti di Hale, si sono alternati godendosi il titolo di "telescopio più grande del mondo". I loro risultati sono archiviati in cassetti dietro una breve porta a volta nera nel seminterrato dell'edificio per uffici principale degli osservatori Carnegie a Pasadena.
La notte del 5-6 ottobre 1923, l'astronomo della Carnegie Edwin Hubble prese una lastra della galassia di Andromeda (Messier 31) con il telescopio Hooker da 100 pollici dell'Osservatorio del Monte Wilson. La "N" sulla piastra che è stata barrata e sostituita con "VAR!" indica che Hubble inizialmente pensava che un oggetto fosse una nova, ma poi si rese conto che in realtà era una stella variabile Cefeide. Hubble fu in grado di usare la stella variabile per calcolare la distanza da Andromeda, rivelando senza dubbio che si trattava in effetti di una galassia separata dalla nostra. (Per gentile concessione degli osservatori Carnegie, Carnegie Institution for Science) Più lontano, il Pisgah Astronomical Research Institute (PARI) della Carolina del Nord ha circa 350.000 articoli tra cui lastre, oltre a film e altri dati. Queste lastre telescopiche provengono in gran parte dagli Stati Uniti e dal Canada, da università e altre istituzioni che non avevano spazio per le loro collezioni, così come quelle scoperte per caso in "14 sacchi da prato e foglie" nel garage di qualcuno, dice Castelaz, che era precedentemente direttore scientifico di PARI. “Potrei vivere in quella volta a piastre. È così eccitante."
Nel 2015, Holger Peterson si imbatté in scatole contenenti circa 300 piatti quando andò nel seminterrato per preparare il tè al Niels Bohr Institute di Copenaghen. Alcuni dei manufatti erano chiaramente identificabili: un'esposizione del 1950 dal telescopio Palomar Samuel Oschin che mostrava un gran numero di galassie e una piastra di copia della spedizione dell'eclissi solare del 1919 a Sobral, in Brasile, che contribuì a confermare la teoria della relatività generale di Einstein. (Einstein predisse che la gravità del sole avrebbe piegato il tessuto dello spazio attorno ad esso, quindi le posizioni delle stelle di sfondo si sarebbero spostate dalla nostra prospettiva quando la luna bloccava il sole durante un'eclissi solare totale. Le misure su lastre di vetro sono state usate per confermare questo.) Ma per molti piatti di questa collezione, ora situata presso l'Università di Copenaghen, i dettagli delle esposizioni sono andati persi, afferma Peterson in una e-mail.
Sempre in Europa, l'Archivio di lastre fotografiche per uso astronomico (APPLAUSE) comprende attualmente circa 85.000 lastre di cinque istituti in Germania ed Estonia. I punti salienti includono le piastre di Ejnar Hertzsprung, che hanno contribuito a mostrare la relazione tra temperatura stellare e luminosità intrinseca, e Karl Schwarzschild, che è stato determinante nello sviluppo di descrizioni matematiche dei buchi neri.
Una lastra fotografica di vetro della galassia di Andromeda, presa all'Osservatorio Karl Schwarzschild nel 1965. (Jay Bennett) In Argentina, l'archivio delle lastre dell'Osservatorio di Cordoba ospita alcune delle prime fotografie di stelle nell'emisfero meridionale con circa 20.000 fotografie e spettri su lastre che vanno dal 1893 al 1983. Le situazioni delle lastre in Asia e Africa non sono state così accuratamente studiate. Hudec ha visitato varie località della Cina con targhe e si stima che circa 40.000 siano state raccolte e digitalizzate. L'osservatorio Bosscha in Indonesia ha inoltre circa 20.000 tavole, dice. Circa 19.000 lastre prese nel telescopio Schmidt nel Regno Unito in Australia sono conservate a Edimburgo, in Scozia, afferma David Malin, uno scienziato fotografico dell'Osservatorio anglo-australiano. Il telescopio anglo-australiano a Siding Spring conserva meno di 3.000 lastre che sono state portate lì, mentre altre lastre probabilmente rimangono con osservatori che non le hanno mai consegnate alle raccolte dell'osservatorio.
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A partire dai primi anni '90, gli astronomi professionisti hanno abbandonato la pratica di catturare immagini celesti su vetro a favore dell'uso di metodi digitali che sono più veloci e consentono analisi computazionali più sofisticate. L'invenzione dei dispositivi di accoppiamento caricati (CCD), che consentono anche telecamere per smartphone, ha rivoluzionato le osservazioni astronomiche. Le tecniche semplici come lo "zoom in" digitale e l'aumento del contrasto su un computer sono strumenti potenti per studiare oggetti deboli e distanti.
Ma i record storici del cielo hanno più livelli di valore. Per motivi di conservazione culturale, le lastre del telescopio incapsulano il processo mediante il quale una volta venivano acquisite le conoscenze e rappresentano lo stato della scienza quando venivano utilizzate. Per circa 150 anni, ma non più, i dati astronomici sono stati registrati sul vetro.
"Conoscere i precursori è in molti modi qualcosa che informa persino come facciamo l'astronomia ora, quindi non dovremmo dimenticare", afferma Harry Enke dell'Istituto di astrofisica di Leibniz di Potsdam in Germania, uno dei leader della collaborazione APPLAUSE.
Una stampa fotografica di bromuro di operai durante la costruzione del telescopio riflettore Hooker da 100 pollici a Mount Wilson, California. L'osservatorio fu fondato nel 1904 dall'astronomo George Ellery Hale e il telescopio da 100 pollici fu installato presso l'osservatorio nel 1917. Il telescopio Hooker fu il più grande telescopio al mondo quando fu costruito e rimase tale fino al 1948. (Science & Society Picture Library / Getty Images) Gli astronomi possono persino usare documenti storici per fare scoperte oggi. Mentre molti processi cosmici impiegano miliardi di anni per evolversi, gli oggetti "transitori" nel cielo, come le stelle che esplodono chiamate supernovae, cambiano notevolmente nel corso di settimane o anni. Le stelle variabili si illuminano e si attenuano periodicamente e le piastre possono essere utilizzate per determinare se quel periodo è costante o meno. Nel 2016, un astronomo ha persino usato l'archivio Carnegie per indicare prove di esopianeti in uno spettro stellare del 1917, una lastra prodotta circa 75 anni prima che qualcuno scoprisse pianeti al di fuori del nostro sistema solare.
"Il nostro cielo si muove molto lentamente per i nostri sentimenti umani del tempo", afferma Enke. “L'astronomia moderna e gli strumenti moderni con CCD e così via, hanno appena 40 anni. Se riesci ad aggiungere altri cento anni a quello, è fantastico. ”
Lo studio dei buchi neri è uno dei motivi per cui Jonathan Grindlay di Harvard si è interessato alla digitalizzazione di vecchie lastre. È il principale investigatore di un enorme sforzo di digitalizzazione di lastre chiamato DASCH, il Digital Access to a Sky Century @ Harvard.
L'astronomo Walter Sydney Adams all'ingresso dell'Hale Solar Laboratory nel 1946. (Foto di Edison Hoge / Per gentile concessione della Carnegie Institution for Science Collection presso la Biblioteca di Huntington, San Marino, California) Quando una stella simile al sole e un buco nero di "massa stellare" - in genere sette volte la massa del sole - orbitano attorno a un centro di gravità comune, la stella fornisce un flusso costante di materia strappato via dal buco nero. Ma invece di cadere direttamente nel buco nero, il materiale si accumula per primo in un disco di accrescimento attorno al buco nero. Dopo circa 30-60 anni, il disco diventa instabile e il buco nero divora parte del materiale accumulato, provocando uno scoppio molto luminoso nella luce ottica e dei raggi X. DASCH fornisce il primo record a cielo pieno di oltre un secolo di questi rari scoppi, consentendo agli scienziati di misurare per quanto tempo sono visibili e quanti lampi si verificano nel cielo.
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Esistono molte più piastre telescopiche nel mondo di quante ne esistano versioni digitali e il supporto finanziario per la digitalizzazione e la catalogazione dettagliata è limitato. Un gruppo di astronomi cechi guidati da Hudec ha visitato Carnegie, PARI, Yerkes, Lick, Mount Palomar e altre nove principali località statunitensi dal 2008 al 2012 per individuare le offerte di lastre storiche. Hanno scoperto che alcuni archivi non erano stati correttamente conservati o avevano persino danneggiato le piastre. Hanno testato un dispositivo di scansione trasportabile e raccomandano alle istituzioni di scansionare e catalogare i loro tesori. Finora, il gruppo di Hudec ha creato circa 50.000 scansioni di lastre in tutto il mondo.
Una collezione di lastre di vetro dal 1909 al 1922 cattura la luna in diverse fasi. (Niels Bohr Institute, Università di Copenaghen) DASCH è stato in grado di digitalizzare circa 350.000 di lastre di Harvard, che sono tutte ricercabili online, e prevede di arrivare a un totale di 450.000 fotografie entro ottobre 2020. Le ultime 100.000 lastre sono spettri stellari che, sebbene interessanti, non vengono scannerizzati perché solo le immagini dirette possono mostrare variazioni visive della luminosità nel tempo. L'intero processo di pulizia e scansione è "come un balletto coreografato", afferma Grindlay. In Europa, APPLAUSE sta anche digitalizzando le sue lastre, prendendo ispirazione da DASCH in alcuni dei suoi metodi ma utilizzando scanner commerciali invece di dispositivi personalizzati.
L'impresa di digitalizzazione ha suscitato polemiche quando alcuni storici hanno rinunciato all'idea che i segni originali sulle lastre sarebbero stati ripuliti durante il processo di scansione, afferma Grindlay. Da una prospettiva, se un astronomo del passato disegnasse un cerchio attorno a un oggetto di interesse, la pulizia della lastra potrebbe rivelare più stelle nascoste dietro la curva. Ma i segni sono anche una registrazione del processo scientifico. Uno studio del 2016 promosso da DASCH ha rilevato che molti astronomi e storici apprezzano allo stesso modo le annotazioni sulle lastre e sulle loro copertine ma credono anche che fotografare o scansionare quei segni prima di ripulirli sia sufficiente per la conservazione, a meno che la lastra non sia particolarmente importante nella storia dell'astronomia . DASCH segue questo protocollo, fotografando tutti i segni originali, incluso sulla copertina della "giacca" della piastra, prima della pulizia. Le annotazioni originali vengono salvate sulle tavole più preziose, come quelle fatte da Henrietta Swan Leavitt, "per rispetto degli storici", dice Grindlay.
Anche gli archivisti appassionati come Grindlay concordano sul fatto che una volta che una lastra è stata scansionata e catalogata correttamente, non c'è più nulla che si possa imparare dall'oggetto fisico che non può essere ottenuto da una copia digitale ad alta risoluzione e da una fotografia delle annotazioni. Tuttavia, dice Grindlay, "le lastre originali sono il record definitivo e devono essere completamente conservate, come sono state all'Osservatorio dell'Harvard College."
La cupola del telescopio è installata sull'Hale Solar Laboratory in questa foto del 18 novembre 1924. (Immagine gentilmente concessa dagli Osservatori della Carnegie Institution for Science Collection presso la Huntington Library, San Marino, California) Per Kohne, i piatti sono simili alle opere d'arte. Gran parte degli archivi dell'ufficio degli osservatori Carnegie di Pasadena, incluso il bottino dal seminterrato della coppia di architetti, rappresentano gli "studi" di Hale, il modo in cui un dipinto fatto nella bottega di Raffaello da un artista diverso sarebbe stato accreditato nello studio del famoso pittore. Oltre ad essere scienziati, gli operatori del 20 ° telescopio erano abili artigiani.
"Stanno catturando i raggi di luce che hanno viaggiato per migliaia e milioni di anni luce e lo hanno esposto sul negativo esposto esattamente nel modo giusto", afferma Kohne. "Nella storia della fotografia, dovrebbe essere lì in qualche modo."
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L'iconico telescopio solare di Hale a Pasadena non resterà inattivo. Una squadra di volontari del Mount Wilson sta lavorando per alluminare gli specchi in modo che il telescopio possa proiettare chiaramente il sole su un'area di osservazione nel seminterrato. Hanno in programma che gli studenti locali imparino a usare il telescopio anche per l'osservazione solare. Alla fine, Moule spera che il team possa far funzionare di nuovo il reticolo di diffrazione sul fondo della fossa o installarne uno nuovo, consentendo a una nuova generazione di esaminare la composizione del sole come ha fatto Hale.
In una giornata perfettamente soleggiata della California meridionale a marzo, il volontario del Monte Wilson Ken Evans ha aperto la cupola per lavorare al suo restauro. Evans, Kohne e Moule parlavano eccitati di guardare i tramonti attraverso il telescopio e magari di organizzare una festa del solstizio d'estate, se gli specchi fossero pronti in tempo. Quando Evans, un ingegnere in pensione, ruotò la fessura della cupola per affrontare il Monte Wilson, il gruppo si lamentò che un albero bloccasse la vista degli altri templi di astronomia di Hale in lontananza.
La biblioteca dell'Hale Solar Laboratory. (Liz Moule / Stefanos Polyzoides) Moule e Polyzoides hanno donato le riviste di Hale, scoperte anche nel seminterrato, a Caltech. La macchina da scrivere e la scrivania di Hale rimangono al primo piano nella soleggiata ed elegante biblioteca, il sogno di un amante dei libri, con un bassorilievo in stile egiziano di una figura che regge un arco su un carro. Gli antichi egizi probabilmente interessavano Hale perché adoravano il sole, dice Moule. C'è anche una cassa nel seminterrato indirizzata a lui con un altro bassorilievo all'interno: il prossimo mistero di Hale che Moule intende affrontare. Descrive il suo ruolo nel laboratorio solare di Hale come "guardiano del faro".
"Purtroppo l'astronomia solare ha superato la tecnologia di quell'edificio, quindi non è qualcosa di normale utilizzo, nel modo in cui molti fari non vengono utilizzati per quello per cui erano originariamente previsti", afferma Moule. "Ma è un monumento importante e io sono un guardiano."
Questo particolare faro custodisce un telescopio che una volta utilizzava uno strumento immerso quasi 80 piedi nell'oscurità per dividere la luce solare da 93 milioni di miglia di distanza. E grazie ai volontari del Monte Wilson, il sole potrebbe presto fluire nuovamente attraverso il faro cosmico.
Liz Moule e Dan Kohne nella cupola del telescopio all'Hale Solar Laboratory il 27 marzo 2019. (Elizabeth Landau)
