Az asztrofizika kialakulása és első eredményei

Évezredeken át a csillagászok csak az égitestek látható fényét tudták megfigyelni. Így a csillagoknak is csak a pozícióját mérték, illetve a fényességét becsülték. A mérési pontosság növekedésével nagyszerű eredmények születtek. Ez a 19. század első felében érte el tetőpontját, amikor Friedrich Wilhelm Bessel 1838-ban sikeresen megmérte a 61 Cygni parallaxisát. Ez az eredmény a csillagászati műszerek adott fejlettségi szakaszában várható volt, amit jól mutat, hogy hónapokon belül két újabb csillag távolságát határozták meg: a Vegáét (α Lyrae) Georg Wilhelm Struve, míg az α Centauriét Thomas Henderson. Úgy tűnt azonban, hogy ezzel a csillagászat el is érte teljesítőképességének határait.

„Tudjuk, hogy határozhatjuk meg alakjukat [ti. az állócsillagokét], távolságukat, tömegüket és mozgásukat, de sose tudhatunk meg bármit is kémiai vagy ásványi összetételükről.” Ez volt Auguste Comte, a pozitivista filozófia megalapozójának véleménye 1835-ben.

Huszonöt évvel később azonban gyökeresen megváltozott a helyzet. Gustav Kirchhoff és Robert Bunsen heidelbergi kutatásaikkal megalapozták a spektroszkópiát. Kirchhoff maga már a Napot vizsgálta spektroszkópjával, és hamarosan követői is akadtak: kialakult az asztrofizika.

Először csak a fényesebb objektumokat tudták vizsgálni: bolygókat, egyes csillagokat. Ahogy nőtt az észlelt csillagok száma, felmerült az osztályozás lehetősége, illetve szükségessége. A nevezetesebb rendszereket Angelo Secchi és Hermann Carl Vogel alkották meg, majd a század végén ezeket felváltotta a Harvard Obszervatóriumban létrehozott Henry Draper-katalógus klasszifikációja.

A csillagok osztályozása felvetette a kérdést: mi lehet a kapcsolat a különböző spektráltípusok között. A nyilvánvaló válasz az volt, hogy a csillagok nem állandóak, hanem fejlődnek, és a különböző evolúciós fázisokhoz más-más színkép tartozik. A csillagok evolúciójának lehetősége azonban nem ekkor merült fel először, már 1805-ben komolyan foglalkozott a kérdéssel Edward Pigott angol amatőr csillagász. A színképelemzés segítségével lehetőség nyílott arra, amit Pigott még nem tudott: a csillagokat spektrumuk szerint olyan sorrendbe lehet elhelyezni, amely feltételezett fejlődési útjukat mutatja.

A változócsillagok kutatásában is fontos változások következtek. Az addig általánosan elfogadott, s minden változásra alkalmazott foltmodell helyett más elméleteket javasoltak. Vogel megmutatta, hogy az Algol (β Persei) kettőscsillag, így rögtön adódott a fedés mint a változás lehetséges oka. Hasonlóan, az 1866-ban megjelent új csillag, a T Coronae Borealis színképének megfigyelése új mechanizmus feltételezéséhez vezetett (lásd lentebb).

Kik voltak azok a csillagászok, akik ezekkel a témákkal foglalkoztak? Talán nem annyira meglepő módon főleg amatőrök, mégpedig jómódú, gazdag amatőrök. Ők rendelkeztek megfelelő anyagi eszközökkel ahhoz, hogy új, a spektroszkópiához alkalmas műszereket fejlesszenek, és azokat a bolygók és csillagok megfigyelésére használják. A professzionális csillagászok döntő többségének ebben az időben is a minél pontosabb pozíciómérés, a megbízható efemerisek előállítása volt az elsődleges feladata. Nem volt sem idejük, sem lehetőségük olyan új dolgokkal kísérletezni, mint a spektroszkópia csillagászati alkalmazása. Ez az állapot lassan megváltozott, egyre több képzett csillagász kezdett asztrofizikával foglalkozni (például a már említett Secchi és Vogel). A műszerek előállítása egyre drágább volt, az amatőrök kezdtek lemaradni a versenyben. A századfordulóra aztán az asztrofizika teljesen beilleszkedett a csillagászatba. Államilag támogatott kutatóintézetek létesültek professzionális kutatókkal (Lankford, 1981).

A csillagászat magyarországi helyzete

Hazánkban a csillagászatot súlyos csapás érte 1831-ben. A gellérthegyi csillagda igazgatója, Tittel Pál halálával gyakorlatilag megszűnt a csillagászat Magyarországon. A csillagda műszerei lassan elöregedtek. Buda 1849-es ostroma sok kárt okozott az épületben és a berendezésekben. Ferenc József pedig megadta a csillagászatnak a kegyelemdöfést azzal, hogy a csillagda helyén felépíttette a Citadellát. A csillagászat háttérbe szorulása, majd megszűnése azonban nem jelentette azt, hogy a hazai közönséget ne érdekelték volna a tudomány eredményei. Lelkesen olvasták a híreket akár John Herschel állítólagos felfedezéseiről a Holdban, akár az 1866. évi, az Északi Koronában feltűnt új csillagról szóltak. A folyóiratok rendszeresen beszámoltak az újdonságokról, és az 1860-as évektől kezdve egyre több ilyen témájú könyv is megjelent.

Nem meglepő tehát, hogy a frissen megszületett asztrofizika is gyorsan a magyar közönség tudomására jutott. A Budapesti Szemle már 1862-ben beszámolt róla (Szabó, 1862): „A természet philosophiája váratlan eredményekkel gazdagodott, egy vegyész és physikus egyesített nyomozása következtében. Eddig a meteoritek csak magok voltak bizonyságai annak, hogy az általunk lakott planétán kívül is ugyanazon anyag találtatik; 1860. óta folyamatban vannak olyan tanulmányok, melyeknél fogva az emberi ész túl tevén magát a közvetlen érintkezés szükségén, mi eddig lényeges feltét volt az elemzéseknél, magok az égi testek alkatrészeinek kipuhatolásához fogott, sőt az befejezett ténynek tekinthető… Ezek [ti. állócsillagok] színképében az igaz, hogy meg van a hét főszín, de a sötét sugarak máskép felosztvák; erre nézve minden álló csillagnak megvan az ő sajátsága, és ezekre támaszkodva, e roppant távú világokban tán osztályozást lehetne megkisérteni.”

A továbbiakban is követték az új tudomány fejlődését, és az új, érdekes eredmények mindig megjelentek magyarul is (Kondor, 1866): „Pater Secchi-nek az α Orionis állócsillag vonaldús színképének rajzbani közlésére Huggins és Miller azon nevezetes körülményre jöttek, hogy jelenleg (1866.) az α Orionis színképében bizonyos vonalcsoport hiányzik, a melyet ezelőtt határozottan észleltek. Az említett észlelők ezen sajátságos változást az állócsillag színképében a csillag színének és hatályosságának változékonyságával hozzák összefüggésbe. A színváltozás pontosan azokkal egyezik meg, a melyek azon színek jelen nem léte által a színképben eléidéztetnének, melyek az említett sötét vonalcsoport által gyengíttetnek.”

Az 1866. évi új csillag (T Coronae Borealis) kapcsán ismertették az új elméletet is (Ábel, 1870): „Mindezeket összevetve [ti. kétféle színképet figyeltek meg], föl kell tennünk, hogy a szóban forgó csillagon valamely hirtelen s nagy erőszakosan kitört forradalom következtében roppant mennyiségű hydrogéngáz fejlődött; ez más elemmel vegyülvén meggyuladt, lángba borítá az égi testet és izzó tömegét még inkább áthevíté. Elfogyván lassanként a hydrogén, a lángok hatályossága is csökkent, a csillag mindinkább kihűlt és elhalaványodott.”

Nemcsak a tudományos vagy ismeretterjesztő folyóiratok foglalkoztak a témával, hanem a sajtó populárisabb része is. A spektroszkópia ismertségét jól mutatja, hogy a Borsszem Jankó szerkesztője úgy gondolta 1876-ban, hogy egy színképekkel kapcsolatos humoros hír megértése az olvasóknak semmi nehézséget nem okoz: „A szinkép-elemzés legújabb haladása azon kitűnő spectrum volt, melyet a meiningeni csillagda igazgatója Chronegk Brutus gyapjú-utczai sátrába bele elemzett; a spectrum egy emberből és egy sugárból állván, bizonyos, hogy Caesar szerencsecsillagán, melynek ez spectruma volt, emberek és sugarak fordulnak elő.”

Az 1880-as évek elején pedig megjelent az első könyv a spektroszkópiáról. Egy nagybecskereki (később kolozsvári) fizikatanár, Szathmári Ákos írta. Már akkor sem volt egyszerű egy ilyen témájú könyvet megjelentetni: „Nem panaszkodás, csak mentség gyanánt említem fől, hogy munkám számára kiadót nem találtam, mert ’a mű tárgyánál fogva nemcsak nem számithat kellő kelendőségre, de kiadása biztos veszteséget von maga után’ – írta a főlszólitott kiadók egyike.” (Szathmári, 1882).

A könyv (A Spectralanalysis és alkalmazásai) a fizikai bevezetés után hosszasan ismerteti a csillagászati spektroszkópia eredményeit. Nem szolgai módon másol egy német eredetit, hanem, ahol csak lehet, a magyar eredményeket emeli ki. Így 1882-re már magyar eredmények is születtek, érdemes megnézni, hogy ezeket kik érték el.

Az asztrofizika úttörői Magyarországon

A magyar csillagászat újjászületésében Konkoly Thege Miklósnak vannak felülmúlhatatlan érdemei. Konkoly a berlini egyetemen tanult csillagászatot, és hazatérte után ógyallai birtokán saját kedvtelésére egy kis csillagdát szerelt fel. A hobbi hamarosan komolyabbá vált, nemzetközileg elismert eredményei miatt fiatal külföldi kutatók is szívesen töltöttek egy-két évet Ógyallán. Ezek közül érdemes kiemelni Hermann Koboldot, aki később évtizedeken át a nagyhírű Astronomische Nachrichtent szerkesztette. Élete végéig szeretettel emlékezett az Ógyallán töltött időre.

Konkoly Thege nemcsak vásárolt műszereket, hanem épített is. Észlelési programját a kezdeti naprendszerbeli objektumok mellett hamar kibővítette csillagok megfigyelésével is. A külföldi csillagászok után hamarosan magyar észlelője is lett Kövesligethy Radó személyében.

Kövesligethy a bécsi egyetemen tanulta a csillagászatot, és nyaranta Ógyallán segített Konkoly Thegének az észlelésekben. Eleinte rutinfeladatai voltak: napfoltok, meteorok megfigyelése. Mivel erősen érdeklődött az asztrofizika iránt, az ilyen munkákba is hamar bekapcsolódott. Foglalkozott a csillagok színének becslésével, lehetséges változásával, majd a színképek osztályozásával is. És természetesen a bécsi egyetemen megkezdett elméleti kutatásait is folytatta Konkoly Thege támogatásával. Kövesligethy világosan látta a spektroszkópia fontosságát a csillagászatban (Konkoly, 1883a): „A csillagoknak spectroscoppal való rendszeres észlelete ujabb keletű eszme, és mégis lehet már a nyert eredményekből következtetéseket vonni, melyek talán még nem bírnak a természettörvények erejével, de melyek megközelítik a valóságot.”

Konkoly Thege több hazai csillagvizsgáló elindításánál segédkezett. Ilyen volt Gothard Jenő herényi birtokos magáncsillagdája, amelyet 1881-ben alapított. Gothard nemcsak a spektroszkópia iránt érdeklődött, de egyik úttörője volt a csillagászati fotográfiának is. Az észlelésekben időnként testvére, Sándor is segített.

Kalocsán Haynald Lajos érsek alapított csillagvizsgálót. Itt külföldi igazgatók után, 1885-ben Fényi Gyula jezsuita csillagász vette át az irányítást, és fejlesztette a Nap kutatását nemzetközi szintre. Évtizedeken keresztül gondosan figyelte a Nap felszínét, lerajzolva a jelenségeket.

Az asztrofizikai kutatások

A Naprendszeren belül főleg üstökösöket és meteorokat figyeltek meg, és vizuálisan ezek nem voltak egyszerű észlelések. Az üstökösök színképe a szénhidrogénekéhez hasonlított (1. ábra), míg a meteorok esetében Konkoly Thege nátriumot és magnéziumot is talált. 1882-ben így számolt be eredményeiről (Konkoly, 1882b):

„Az előtüntettekből látható, hogy az üstökösök chemiai consistenciája okvetlen a szénnek összeköttetésein fordúl meg, s ha az egyes üstökösök spectrumainak megfigyelésénél mindannyinak egész súlyt adunk, úgy azt illetőleg a szénhydrogén, és a szénoxydhoz hasonlíthatjuk össze, bár akkor semmiféle észlelési hibát sem szabad feltételezni, a mit őszintén megvallva, e delicat megfigyelésnél nem tudnék plausibilisnek tartani. Ha azonban az összes megfigyelt üstökösspectrumot egy középértékké vonjuk össze, mindegyiket a kellő súlylyal kezelve, úgy mindkét szénvegyülettel lehet dolgunk egyszerre, a mi előttem a legelfogadhatóbb volna.”

1. ábra • Az 1881. IV üstökös színképe

(Konkoly 1882a).

Ezek az eredmények nemzetközileg is érdekesek voltak, rendszeresen hivatkoztak is rájuk a csillagászati folyóiratokban és a nagyközönségnek szóló magazinokban is.

Természetesen a csillagokat is sokat figyelték. Konkoly és Gothard is foglalkozott érdekesebb objektumokkal, mint például a β Lyrae vagy a γ Cassiopeiae (2. ábra). A színképek leírását rendszeresen publikálták, kitérve az érdekesebb jelenségekre. Ilyen volt a periodicitás felfedezése a β Lyrae spektrumában (Gothard, 1885).

2. ábra • A γ Cassiopeiae spektruma 1882-ben (Konkoly, 1883b)

Ebben az időben terjedt el a csillagok színképének osztályozása. Először Secchi, később Vogel alkotott rendszert, ez utóbbit vették át a hazai észlelők. Konkoly Thege első kísérlete 1877-ben jelent meg, ekkor 160 csillag Vogel-féle színképtípusát közölte.

A nagy munka azonban csak később következett. A Potsdamban megjelent spektrálkatalógust szándékoztak kiterjeszteni a déli égboltra -15º deklinációig a 7,5 magnitúdónál fényesebb csillagokra. Kövesligethy Radó végezte a megfigyeléseket kilencven éjszakán át 1883 és 1886 között. Minden csillagot igyekezett legalább kétszer megfigyelni, és ha e két eredmény ellentmondott egymásnak, akkor Konkoly Thege újabb észlelése döntött. Végül 2022 csillag színképtípusát közölte Konkoly Thege az ógyallai kiadványban (Konkoly, 1887), s noha az ő neve alatt jelent meg a katalógus, az előszóban világossá tette, hogy Kövesligethy munkájáról van szó.

A katalógus nagyon sikeres volt. Összehasonlítva a potsdami előzményével azt találjuk, hogy a közös csillagok esetén az egyezés általában jó, bár Kövesligethy néhányszor hajlamos korábbi típust adni.¹ A spektroszkópusok rendszeresen használták, s hivatkoztak rá. Sajnálatos, hogy igen rövid volt hasznos élete, 1890-ben már megjelent a Henry Draper-katalógus első változata, és a harvardi osztályozás kiszorította Vogelét.

Mivel a csillagokkal nem lehet kísérletezni, igen nagy jelentőségűek az asztrofizikában a változócsillagok. Hazai megfigyelőink se hanyagolták el őket. Rendszeres vizuális megfigyeléseket Friedrich Schwab, a kolozsvári egyetem mechanikusa végzett. Az 1885-ben az Androméda-ködben megjelent „új csillagot” (egy szupernóvát) azonban már mindenki észlelte, Konkoly Thegétől kezdve Gothard Jenőig. Gothard Jenő az 1892-ben az Aurigában megjelent nóvát is megfigyelte, és színképét a planetáris ködökéhez hasonlította (Gothard, 1892): „…a spektrum nemcsak hasonló, hanem a vonalak helyzete és megjelenése alapján azonos a planetáris ködökével. Más szóval, a csillag planetáris köddé változott.”

A csillagok fényének változását elméleti úton vizsgálta Kövesligethy Radó. Összekötve a fényváltozást a színképváltozással próbálta meg az ismert mechanizmusokat egy-egy változócsillag-típushoz kapcsolni. Konkoly Thegével megpróbálták megfigyelésekkel is alátámasztani Kövesligethy állításait, de a túl nagy észlelési hiba miatt hamar feladták ezeket a próbálkozásokat (Konkoly, 1885).

Kövesligethy további elméleti kutatásairól Balázs Lajos e cikkgyűjteményben részletesebben is beszámol. Még annyit érdemes megemlíteni, hogy Kövesligethy az egyik első csillagász volt, aki felismerte a pulzációelmélet jelentőségét a csillagok fényváltozásával kapcsolatban. Mint írta (Kövesligethy, 1892): „Minthogy e lüktető mozgás közben… a hőmérséklet váltakozóan fogy és nő, valószínű, hogy e gömb nagy távolból nézve a változó csillag hatását tenné, s viszont lehetséges, hogy sok változó csillagnak fényváltozása erre az okra vezethető vissza.”

Konkoly Thege sikeres könyveket is kiadott, köztük a spektroszkópiáról is (Konkoly, 1890). Hasonlóan, Kövesligethy is kiadott egy könyvet (Kövesligethy, 1890), amely a spektroszkópia matematikai alapjaival kapcsolatos eredményeit tartalmazta. Ezeket külföldön is kézikönyvként használták a kutatók.

Összegzés

Az asztrofizika Magyarországon az 1870-es években, Konkoly Thege Miklós ógyallai magáncsillagdájában született. Az ő kitartó és eredményes munkájának köszönhetően híre külföldre is eljutott, és esetenként külföldi csillagászok is dolgoztak nála. Példája és rábeszélőképessége nyomán egyre több csillagdát alapítottak hazánkban, amelyek közül több – Kalocsa, Herény – szintén komoly nemzetközi hírnévre tett szert. A hazai asztrofizikusok nemzetközi szinten is jegyzett munkát végeztek. Cikkeikre rendszeresen hivatkoztak, nemzetközi társaságok (Royal Astronomical Society, Astronomische Gesellschaft) tagjai voltak.

A kialakulás Magyarországon úgy zajlott, mint a világban általában. Tehetős amatőrök (Konkoly Thege, Gothard) voltak a főszereplők, akik, amíg anyagi eszközeik lehetővé tették, igyekeztek állni a versenyt a külfölddel. Ám nekik sem (és a külföldi amatőröknek sem) volt esélyük versenyre kelni az állami intézetekkel. Konkoly Thege ezt már a 80-as években felismerte, s végül 1899-ben a magyar államnak adományozta obszervatóriumát. Ez a modern kori magyar csillagászat kiindulópontja.
 

Kulcsszavak: asztrofizika, Kövesligethy Radó, Konkoly Thege Miklós, csillagászattörténet, csillagászati spektroszkópia, változócsillagok
 

IRODALOM

Ábel Károly (1870): A színkép-elemzés. Természettudományi Közlöny. 2, 311–333. • WEBCÍM

Gothard (Jenő) Eugen von (1885): Die periodische Veränderlichkeit des Spectrums von Beta Lyrae. Astronomische Nachrichten 111, 161–164. • WEBCÍM

Gothard (Jenő) Eugen von (1892): On the Spectrum of the New Star in Auriga, as Compared with the Spectrum of Planetary Nebulae. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 53, 55–57. • WEBCÍM

Kondor Gusztáv (1866): Az égi testek színképelemzéseinek újabb eredményeiről. A Királyi Magyar Természettudományi Társulat Közlönye. 6, 135–143.

Konkoly Miklós (1882a): Astrophysikai megfigyelések az ó-gyallai csillagvizsgálón. Értekezések a mathematikai tudományok köréből. 9, 1,

Konkoly Miklós (1882b): Az üstökösök vegytani alkotása. Értekezések a math. tudományok köréből. 9, 8,

Konkoly Miklós (1883a): Astrophysikai megfigyelések az ó-gyallai csillagvizsgálón 1882-ben. Értekezések a mathematikai tudományok köréből. 10, 2,

Konkoly Miklós (1883b): Astrophysicai megfigyelések, melyek az Ó-gyallai csillagdán 1883-ik évben tétettek, I. rész. Értekezések a math. tudományok köréből. 10, 11,

Konkoly Miklós (1885): Astrophysikai megfigyelések az ó-gyallai csillagvizsgálón 1884-ben. Értekezések a mathematikai tudományok köréből. 12, 2,

Konkoly (Miklós) Nicolaus von (1887): Spectroskopische Beobachtung der Sterne zwischen 0° und –15° bis zu 7.5-ter Grösse. Beobachtungen angestellt am Astrophysikalischen Observatorium in O Gyalla. Band 8, II. T.

Konkoly (Miklós) Nicolaus von (1890): Handbuch der Spectroscopiker im Cabinet und am Fernrohr. Wilhelm Knapp, Halle

Kövesligethy (Radó) Rudolf von (1890): Grundzüge einer theore-tischen Spektralanalyse. Halle: W. W. Schmidt • WEBCÍM

Kövesligethy Radó (1892): Uj szempontok a fizikai asztronó-miában, Természettudományi Közlöny. 24, Pótfüzet. • 15–28. • WEBCÍM

Lankford, John (1981): Amateurs and Astrophysics: A Neglected Aspect in the Development of a Scientific Specialty. Social Studies of Science. 11, 275–303. doi: 10.1177/030631278101100301

Szabó József (1862): Legújabb fölfedezések és találmányok. IV. A színképi elemzés. Budapesti Szemle 4, 188–191.

Szathmári Ákos (1882): A Spectralanalysis és alkalmazásai. a szerző kiadása, Nagy-Becskerek
 

LÁBJEGYZETEK

1 „Korábbi” színképtípus ugyanazt jelenti, mint ma: a Vogel-féle osztályozásban ez például IIa helyett I-IIa. <