Läbi raskuste tähtede poole. Kuidas mõõta mõõtmatuid kaugusi?

JANET LAIDLA, TARTU ÜLIKOOLI MUUSEUM

05. aprill 2016, 16:13
Veega on põhjapoolkera taevas heleduselt teine täht ning paistab aasta ringi, seega on seda hea jälgida.

Mis ühendab kaht astronoomi ja üht juristi? Nad – Friedrich Bessel, Wilhelm Struve ja Thomas Henderson – üritasid 19. sajandi alguses üksteisest sõltumatult ära mõõta, kui kaugel tähed Maast on. Ajal, mil astronoomia oli veel lapsekingades, oli see ettevõtmine paras pähkel. Kellel neist õnnestus esimesena mõõta mõõtmatut?

Friedrich Bessel tõstis pilgu noore astronoomi Wilhelm ­Struve kirjutatud töölt tähe Veega parallaksi (kahest eri punktist vaatlusobjektile suunatud kiirte vaheline nurk – toim) ja selle abil tähtede kauguse mõõtmise kohta ning tõdes endamisi, et ka tema peab selle teema uuesti käsile võtma.

Struve tulemused tähe parallaksi määramisel olid paljulubavad, nagu Bessel oma kunagisele mentorile Bremeni astronoomile Heinrich Wilhelm Olbersile kirjutas, aga ta ei olnud sugugi veendunud, et need on päris täpsed. Bessel ise oli hakanud 1834. aastal jälgima Luige tähtkujus asuvat tähte 61.

Vahepeal oli aga ilm kehv või hõivas kogu vaatlemisaja Halley komeet, mis 1835. aasta novembris taas nähtavale ilmus. Nüüd oli aeg töö lõpetada.

Üks võimalus oli eeldada, et kõik tähed on sama suured ja identsed kõikides teistes omadustes peale kauguse. Kui me saaksime teada, kui palju on heledaim täht Siirius Päikesest tumedam, saaksime välja arvutada selle kauguse. Võrdluseks: kui panna küünal vaatajast kaks korda kaugemale, siis see paistab neli korda tuhmim. Kui Päike on miljon korda heledam kui Siirius, siis see on tuhat korda kaugemal kui Päike ehk tuhande astronoomilise ühiku (AÜ) kaugusel.

Hollandi füüsik Christiaan Huygens proovis 17. sajandil seda meetodit – ta asetas Päikese ette ekraani, millesse soovis teha nii väikese augu, et Päike paistaks sama tuhmilt kui Siirius. Kahjuks oli Päike liiga ere. Ta pani ka läätse ette, aga siis muutusid arvutused keeruliseks. Kuna läätse vähendamisvõimet sai ta ainult oletada, siis tulemus oli oletamisi 27,664 AÜ.

Teine võimalus oli mõõta tähe kaugust parallaksi meetodil. Juba Galileo Galilei soovitas kasutada teleskoobi vaateväljas olevaid kahte tähte, millest üks paistab väga heledalt, teine aga väga tuhmilt. Nimelt oletati, et hele täht on meile lähemal ja tuhm kaugemal ning see hele muudab tuhmi suhtes näiliselt oma asukohta. Sama katset saab kodus proovida, kui panna käelaba sirgelt kahe silma vahele ja vaadata mõnda objekti või vertikaalset joont seinal. Kui vaadata ainult ühe või teise silmaga, siis muudab käsi oma asu­kohta. Heledam täht on käsi ja tuhmim täht on objekt seinal.

Kõige suurem vahemaa, mida on Maalt lahkumata võimalik leida, on pool Maa teekonda ümber Päikese. Kui vaatlustulemused paberile panna, siis saame kaks kolmnurka ning trigonomeetrilisi valemeid kasutades saame nii määrata ka tähe kauguse. Kuna meie ­atmosfäär mõjutab valguskiirte liikumist, siis väga täpseteks tulemusteks ­tuleb soovitatavalt korrata mõõtmisi mitme Maa tiiru jooksul.

Kuigi ka selle teooria puhul lähtuti oletustest heleda ja tuhmi tähe kauguse osas, oli see juba paljulubavam ja astronoomid asusid seda kasutama. Nii ­õnnestus James Bradleyl 18. sajandil peaaegu mõõta tähe parallaks. Tema ­teleskoop mõõtis parallaksi suurusega 2”, ehk isegi 1”, ent kuna praegu on teadaolev suurim parallaks 0”.75, siis kahjuks ei olnud tähe parallaksi mõõtmine tema instrumentide võimuses. Bradley mõõtmistulemused viitasid aga sellele, et tähed asuvad meist väga kaugel.

Kuna mõõtmisi tuli teostada pikema aja jooksul, oli selles võistluses lõpuks nn fotofiniði registreerimine üpris keeruline. Peale selle segasid kaks asja­osalist kolmest ka vett, kuna avaldasid vahepeal esialgseid tulemusi.

Friedrich Wilhelm Bessel sündis Vestfaalis ja alustas 15aastaselt õpipoisina kaubandusvaldkonnas. Tegelikult paelus teda pigem taevalaotus ning Halley komeedist kirjutatud artikkel tõi kaasa kutse tulla õpipoisiks Bremeni lähedal asuva Lilienthali observatooriumi. Vaid mõni aasta hiljem kutsuti Besselit rajama Köningsbergi observatooriumi, mille juhiks ta jäi surmani.

 

Bessel oli 1830. aastaiks juba mõnda aega tähe kaugusega tegelenud ning tema vaatlusobjekt oli Luige tähtkujus asuv täht 61. Ta avaldas esimesed mõõtmistulemused aastail 1815–1816, kuid need tulemused olid negatiivsed ja neid ei võetud tõsiselt.

Friedrich Georg Wilhelm Struve sündis Altonas (tänapäeval Hamburgi eeslinn Saksamaal) ja tuli noorukina vastavatud Tartu keiserlikku ülikooli. Ka tema kireks olid loodusteadused ja eriti astronoomia ning üsna pea sai temast Tartu tähetorni juhataja.

Struve asus vaatlema kaksiktähtede süsteeme eeskätt just selleks, et leida sobivaid kandidaate tähe parallaksi mõõtmiseks. Lõpuks valis ta välja Veega tähe Lüüra tähtkujus.

Nii Bessel kui ka Struve tegid valikuid põhjapoolkeral nähtaval olevate tähtede hulgast. Ðoti astronoomil Thomas Hendersonil olid aga laiemad valiku­võimalused.Henderson oli elukutselt jurist, kes samuti avastas, et tegelikult huvitab ­teda enam astronoomia. Tööpost Kuningliku Observatooriumi vaatlusbaasis Hea Lootuse neemel oli tema esimene eksam astronoomina. Seal mõõtis ta aastail 1832–1833 Alfa Kentauri parallaksi.

Tervis ei lubanud tal pikemalt Aafrikasse jääda ning Henderson arvutas oma vaatluste tulemused, kui oli tagasi Ðotimaal. Kuna Henderson ei usaldanud oma vaatlusriista, jäid mõõtmistulemused esmalt sahtlisse.

Struve oli esimene, kes jõudis 1837. aastal tulemuse avaldamiseni, kuid ta ise ei pidanud seda lõplikuks, vaid lihtsalt vahearuandeks. Järgmisel aastal avaldas oma tulemuse Bessel ja vaid kuu aega hiljem 1839. aasta alguses kiirustas Besseli artiklist julgustust saanud Henderson oma mõõtmisi avalikustama.

Keda pidada neist siis esimeseks? Kuninglik Astronoomiaselts andis kuldmedali Friedrich Wilhelm Besselile, tunnustades samal ajal nii Struve kui ka Hendersoni panust. Tagantjärele võime öelda, et Struve 1837. aasta tulemus on juhuslikult tänapäevasega võrreldes täpseim, tema kaasajal aga puudusid võimalused selle kontrollimiseks.

Toetajad:

Telli ajakiri

Telli National Geographic
Imeline Ajalugu on Skandinaavia suurim ajalooajakiri.
Ajakiri ilmub ühe korra kuus, iga kuu keskel.
Hind: e-arve püsimaksega 6,95 €, 1 aastaks 79 €
Telli Ajakiri