Bessel, els Clark i Hall

Si sabeu distingir l’Óssa Major en el cel nocturn ja sabreu que té quatre estrelles que formen el carro i tres que formen la cua. Doncs bé, l’estrella central d’aquesta cua és un sistema doble format per les estrelles Mizar i Alcor. És un dels sistemes dobles més coneguts. Ja els indis i molts exèrcits europeus antics feien la prova als reclutes de veure si podien distingir-les, doncs així sabien si tenien bona vista o no. Els sistemes dobles són molt comuns en l’Univers i un d’ells està implicat a la nostra història d’avui. I així, ho podré aprofitar com excusa per a parlar-vos de Bessel, dels Clarck i de Hall.
[@more@]

Si ets estudiant de físiques, tard o d’hora et trobaràs amb les funcions de Bessel. En realitat, aquestes funcions eren de Bernoulli, però va ser Bessel qui las va generalitzar i qui es va dur la fama per elles. Friederich Bessel va néixer a Brandenburg, en 1784. Era fill d’un funcionari de l’estat i als 15 anys es va posar a treballar, perquè no tenia altre remei, com aprenent en una empresa d’importació i exportació de diverses mercaderies. Com feia molt bé la seva feina, va començar a prosperar en l’empresa. Però li apassionava l’astronomia i va aprendre tot el que va poder de forma autodidacta.

Encara que no ho va veure, va quedar fascinat amb el cometa Halley i als 20 anys d’edat, va escriure un article calculant la seva òrbita basat en en les observacions fetes i compilades anteriorment. Encara que el treball no era molt polit ho va fer amb un rigor sorprenent. Va enviar els càlculs a l’astrònom més famós de l’època, un tal Olbers, el mateix que va formular la famosa paradoxa de Olbers. Va quedar tan impressionat que ho va publicar i va suggerir al jove que sol·licités una plaça d’ajudant d’astrònom que havia vacant en l’observatori de Lilienthal. Sense cobrar, és clar; potser alguna ajuda esporàdica. Bessel va acceptar i sis anys després, en 1810, ja havia destacat prou com perquè el rei Federico Guillermo III de Prúsia li fes superintendent en la construcció d’un observatori a Königsberg.

L’obra de Bessel és autènticament impressionant. Va deixar escrits gairebé quatre-cents articles científics, i alguns extraordinàriament rellevants, com en el que explicava les funcions a les quals fèiem referència; va calcular les posicions de 75.000 estrelles i va ser el primer a aconseguir el que els astrònoms duien buscant des de tres segles enrere: mesurar la paralatje d’una estrella. En aquest punt, va superar a homes com James Bradley o William Herschel. La paralatje, en realitat, ja havia estat utilitzada segle i mig enrere, cortesia de Cassini, però amb objectes més propers, com Mart; mai amb una estrella.

Havia començat a fixar-se en la 61 Cigny, no perquè tingués una lluentor particular, sinó perquè anteriorment Guiseppe Piazzi havia descobert que tenia un moviment propi (moviment respecto el fons d’estrelles fixes) molt elevat: uns 5’2 segons d’arc per any. Bessel va mesurar amb tot detall la seva posició i per a això va utilitzar un heliòmetre que ell mateix va dissenyar i que li va construir ni més ni menys que Joseph von Fraunhofer, un altre conegut nostre (l’heliòmetre havia estat inventat anteriorment per Pierre Bouguer). En 1838 va anunciar que descrivia una petita el·lipse al cel, sent el major desplaçament 0,31 segons d’arc. Això significava que 61 Cigny estava 690.000 vegades més lluny de la Terra que el Sol, el que equivalia a uns onze anys llum; cinc vegades més del que havia dit Halley un segle enrere.

Això, que pot semblar una simple curiositat, tenia unes implicacions molt fortes. D’una banda, acabava definitivament amb la doctrina que la Terra està en el centre de l’Univers, i és que si podem mesurar la distància d’una estrella per paralaje vol dir que la Terra realment es mou per l’espai canviant de posició; i confirmava, a més, l’aberració de la llum descoberta per James Bradley. D’altra banda, també ens va fer veure que l’Univers era més gran del que s’havia pensat, doncs començàvem a conèixer les estrelles properes. Va ser un detonant que va fer que la comunitat astronòmica deixés d’estudiar tant el Sistema Solar per a començar a dedicar-se a mirar a altres estrelles.

Durant els seus últims anys, Bessel també va atacar el problema del Sistema Solar. Per aquell temps, Neptú encara no havia estat descobert i Urà presentava un extrany moviment. Bessel va calcular les masses de Júpiter i Saturn amb una precisió més gran que mai s’havia arribat a i va demostrar que les irregularitats d’Urà no podien ser explicades per les atraccions dels altres dos planetes gegantins. Desgraciadament, va morir abans que pogués seguir amb el problema plantejant l’existència d’un altre planeta, en el que s’hagués avançat a John Couch Adams i Joseph Urbain Leverrier.

Suficient? Doncs espereu, que encara hi ha més.

Si alguna vegada mireu el cel nocturn de l’hemisferi nord, l’estrella més brillant que pugueu veure no és altra que Sirio. Alerta, no la confongueu amb Júpiter, que en realitat és un planeta. Bé, Sirio està a 8’65 anys llum, sent la cinquena estrella més propera sense comptar el Sol. El nostre heroi va estar fascinat amb Sirio durant deu anys. I quan dic fascinat, vull dir que no havia nit en la que no mesurés la seva posició entre les altres tasques que tenia com astrònom professional.

Aquí haig de fer un incís. Alguna vegada us he explicat que, si poguéssim observar des de lluny el moviment de la Terra al voltant del Sol, veuríem que es mou en el·lipses al voltant d’aquest últim. Però si ens acostéssim, descobriríem que no seria pròpiament una el·lipse, sinó que la recorreria fent zigzags al voltant de la línia que la defineix. La raó? La Lluna, que està al costat. En realitat, no és que la Lluna giri al voltant de la Terra, sinó que ambdues giren entorn d’un punt mig. Aquest punt està 81,3 vegades més prop de la Terra que de la Lluna, per la senzilla raó que la Terra té 81,3 vegades més massa que la Lluna. En el nostre cas és un zigzagueig petit, però que hi és. O sigui que, sense veure la Lluna, podríem deduir la seva existència a partir dels moviments oscil·latoris de la Terra al voltant del camí ideal. És així com es descobrixen molts objectes astronòmics que no podem veure’ls donat la seva petita grandària o per la raó que sigui. Tot això us ho vaig explicar amb detall en l’article que dedicàvem a les pertorbacions.

Moviment al voltant d'un punt Moviment de la Terra zigzaguejant
Doncs bé, en 1844, dos anys abans de la seva mort, Bessel tenia 60 anys. Amb aquesta edat la seva ment encara seguia activa i va mostrar que Sirio no es movia en línia recta, sinó que feia oscil·lacions. Com era possible? Va concloure que havia d’estar acompanyada per altra estrella, encara que no la podíem veure. Li va dir la Cadell de Sirio (cadell perquè Sirio està en la constel·lació Canis Major i clar, era la mare) i va calcular el període orbital entorn de la mare: 50 anys. A més, també va calcular que la massa de Sirio havia de ser 2,3 masses solars i la del Cadell la mateixa que el nostre Sol. Per si no fos poc, també va descobrir un comportament similar a una altra estrella anomenada Procyon. Tots li van creure, doncs era un astrònom molt respectat, però al morir tot l’entusiasme es va refredar.

Va caldre esperar 18 anys per a resoldre la primera part de l’enigma gràcies a *Alvan Clark, un pintor de professió al que encantava l’astronomia. Tan fascinat estava que somiava amb polir lents per a fer millors telescopis. Quan va poder, va aprofitar per a estudiar com funcionaven els telescopis curosament i detectar lleugers errors que ho feien desviar-se de l’aparell ideal. Així que va tancar el seu taller i es va dedicar a aprendre a polir lents. Va passar anys de penosíssima labor, polint lents de fins a 20 centímetres però els astrònoms de l’època no confiaven en un desconegut.

No sabia vendre, així que les va muntar en els seus propis telescopis i aviat va començar a fer observacions que requerien lents excel·lents, com la separació d’estrelles dobles. I clar, les notícies van arribar a un expert en estrelles dobles que es deia William Rutter Dawes, qui va seguir aquestes observacions i es va entusiasmar, comprant-li diverses lents, una de les quals va acabar en un telescopi que va realitzar una precursora labor en espectroscopía. En 1859, Dawes va convidar a Clark a Londres i l’hi va presentar a John Herschel entre d’altres. De cop, va començar a ser conegut i va muntar una fàbrica en Cambridge, Massachusetts, amb l’ajuda dels seus dos fills, particularment el menor, Alvan Graham Clark.

En 1860 els va arribar una comanda d’una lent de 18 polzades (una mica més de 41 centímetres; les d’avui dia tenen 10 metres) per a la Universitat de Mississippi i així superar a l’Observatori d’Harvard. Volien tenir el telescopi refractor més gran dels EEUU de l’època. Els Clark van trigar dos anys en tenir-la llesta. Havien de provar-la per a veure còm de nítidament es veien els objectes difícils d’observar. Clark fill la va voler posar a prova. I endevineu on va apuntar? Doncs a Sirio i oh, meravella! va trobar una diminuta espurna molt prop que no va poder trobar en cap dels mapes estel·lars que posseïa.

Las Sirio

Al principi, va pensar que era una imperfecció de la lent, però repetides observacions van deixar clar que si l’espurna aquella es veia era precisament perquè la lent era excel·lent. Endevineu què era? Doncs el que Bessel havia dit pràcticament vint anys enrere: allí estava la Cadell, on havia d’estar. La mare Sirio era 23,5 vegades més lluminosa que el Sol, mentre que el Cadell era… només 0,03 vegades. La temperatura de la mare era 9.910 graus i la de la Cadell 27.000, la qual cosa era la segona part de l’enigma. Clark va rebre la medalla de l’Acadèmia de Ciències Francesa.

El problema no es va resoldre fins ben entrat el segle XX, en que les van dir Sirio A i Sirio B. La primera és una estrella madura, encara en plena esplendor; mentre que Sirio B és una nana blanca. Però això és una altra història. El període que havia calculat Bessel, 50 anys, no era del tot exacte. Les mesures actuals diuen que en realitat és de 49,92 anys. I Procyon B, de la qual Bessel havia informat d’un moviment similar al del Cadell, es va poder veure finalment en 1896. Tant les Sirio com les Procyon estan separades aproximadament la mateixa distància que hi ha entre el Sol i Urà.

Deu n’hi do en Bessel, oi?

Irònicament, aquella lent que havia descobert al Cadell mai va arribar a la seva destinació a *Mississipi, doncs es va separar de la Unión i va esclatar la guerra civil, així que va acabar en l’Observatori Dearborn de la Universitat de Chicago.

No puc resistir-me a explicar-vos un detall més de les lents dels Clark. Resulta que quan va acabar la guerra, EEUU va entrar en una època de gran prosperitat. L’Observatori Naval d’EEUU es va proposar tenir el millor telescopi que pogués construir-se per valor de 50.000 dòlars, així que aquests diners es va posar en mans de l’astrònom Simon Newcomb. Òbviament, va cridar als Clark, que es van posar immediatament a treballar. Un parell d’anys més tard, l’Observatori Naval tenia un nou telescopi refractor de 13 metres de llarg amb una lent de 66 centímetres de diàmetre que pesava 45 kilos. Era la més gran i potent que existia en aquell moment.

Qui anava a utilitzar-la era un astrònom anomenat Asaph Hall. Havia tingut poca educació formal i hagut de treballar de fuster quan era adolescent per a ajudar al seu pare. Però també li apassionava l’astronomia, i el seu desig de mirar al cel li va fer aprendre tot el que va poder. Es va convertir en ajudant d’astrònom amb un sou de tres dòlars a la setmana, però aviat es va convertir en professor d’astronomia i va ser llavors quan va arribar el telescopi amb la lent dels Clark.

En aquell moment, en 1877, Mart estava a punt de passar per un lloc de la seva òrbita que es trobés el més prop de la Terra que podia estar. Tots els telescopis del món van apuntar cap al planeta vermell. En aquella època no se li havia vist cap satèl·lit i això plantejava també un altre problema. Es coneixien satèl·lits en la resta dels planetes a partir de la Terra, però no a Mart. Així que, si els tenia, o bé havien de ser molt petits o estar molt prop de la lluentor del planeta o ambdues coses. I si estaven prop, havien de girar de forma molt ràpida al voltant d’ell.

Hall va començar a mirar i remirar explorant sistemàticament la superfície de Mart. Onze dies després, la lluentor que reflectia el planeta li va començar a obstruir les observacions. Va decidir abandonar i va anar a casa comunicant a la seva dona la seva decisió. La senyora Hall (la meravellosa senyora Hall) li va dir: "Prova una nit més". I aquella mateixa nit va descobrir un diminut objecte en moviment prop del planeta. Desgraciadament, es van acumular núvols i va haver d’esperar cinc llarguíssims dies plens d’ansietat. El 16 d’agost d’aquell mateix any va reprendre les observacions i va veure clarament un satèl·lit. A l’endemà va veure altre. Hall els va dir Fobos i Deimos, pels fills de Mart, déu de la guerra a la mitologia clàssica. En 1879 li van donar la Medalla d’Or de la Royal *Astronomical Society de Gran Bretanya i un dels cràters més grans de Fobos es diu Hall en el seu honor. Els Clark, per la seva banda, també tenen un cràter en la Lluna i altre a Mart.

Bessel, els Clark i Hall. Grans homes que avui formen part de la Història de l’Astronomia.

 
Fonts:
“El Cosmos en la palma de la mano”, Manuel Lozano Leyva
“Encilopadia Biográfica de Ciencia y Tecnología (Tomo II)”, Isaac Asimov
“Historia del telescopio”, Isaac Asimov

Quant a omalaled

Me llamo Fernando y soy un apasionado de la ciencia y admirador de los científicos y ténicos de todas las épocas. Espero disfrutéis sabiendo un poquito más de ellos.
Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.