A Hold most

A Hold most

A Föld most

A Föld most

EFEMERISZEK

Efemeriszek

Valid XHTML 1.0 Strict

Gothard Jenő, a színképelemzés magyarországi úttörője

Bevezetés

150 évvel ezelőtt, 1857. május 31-én a Szombathely melletti Herény községben egy földbirtokos család sarjaként született Gothard Jenő, aki a XIX. század utolsó két évtizedében Konkoly Thege Miklós mellett a magyar csillagászat egyik meghatározó alakja lett. Rendkívül jelentős a csillagászati célú fotográfia területén végzett, Magyarországon úttörő jellegű munkája. Nagy nyugat-európai csillagászati intézeteket is évekkel megelőzve készített remek felvételeket üstökösökről, ködökről, galaxisokról. Legismertebb asztrofotográfiai eredménye a Lyra gyűrűs köd (M57) központi csillagának fotolemezen történő rögzítése 1886. szeptember 1-jén. Nem kevésbé fontos a XIX. század utolsó harmadának új tudományága, a csillagászati színképelemzés területén kifejtett tevékenysége sem. A többnyire saját maga által készített vagy megfelelően átalakított spektroszkópokkal eleinte vizuálisan, majd később fotografikusan rögzített csillag- és ködszínképek tanulmányozásával olyan alapvető megállapításokat tett, melyek előrevetítették a nóvák és a planetáris ködök közötti, csak jóval később igazolt genetikus kapcsolatot. Tudományos tevékenysége elismeréseként a Royal Astronomical Society, az Astronomische Gesellschaft és a Magyar Tudományos Akadémia is tagjai közé választotta. Rossz egészsége sajnos korán elszakította a csillagászat, s az egyéb természettudományok aktív művelésétől, s 1909. május 29-én, mindössze 52 évesen, utód és örökös nélkül el is távozott.

A kezdetek - 1881

Bár számunkra Gothard Jenő csillagászati tevékenysége a legfontosabb, ő alapjában véve egy kiváló mérnök volt, aki szakmáján kívül a természettudományok széles köre, többek között a csillagászat iránt is mély érdeklődést tanúsított, s ragyogó mérnöki képességeit arra használta, hogy természettudományos vizsgálataihoz a lehető legjobb műszereket, eszközöket készítse el.

Konkoly Thege Miklós, Gothard Sándor, Gothard Jenő és Kunc Adolf.

Konkoly Thege Miklós, Gothard Sándor, Gothard Jenő és Kunc Adolf.

Mérnöki képesítését a bécsi Politechnische Hochschule-n szerezte, ahova 1875-ben iratkozott be, miután leérettségizett a szombathelyi Premontrei Gimnáziumban. Gothardra bizonyára sokan hatással voltak fiatal korában, de a legfontosabb, későbbi pályáját alapvetően meghatározó egyéniség gimnáziumi fizikatanára, Kunc Adolf volt. A mérnöki diploma kézhezvétele után Gothard visszatért Herénybe, ahol a családi kastélyban öccsével, Sándorral egy finommechanikai műhelyt rendeztek be. Ez volt a híres "Herényi Műcsarnok", ahol különböző fizikai eszközöket, illetve villamos berendezéseket készítettek. Egykori fizikatanárával a későbbiekben is gyakran együttműködött, legismertebb közös munkájuk a Foucault-féle ingakísérlet megismétlése 1880 augusztusában a szombathelyi székesegyházban. A kísérlethez szükséges eszközök, például az ingatest a herényi Gothard-műhelyből kerültek ki.

A Herényi Műcsarnok először 1879-ben a székesfehérvári iparkiállításon mutatkozott be a szélesebb szakmai közönség előtt, s ez olyan jól sikerült, hogy a Gothard fivérekre a legmagasabb szinten is felfigyeltek: 1880 nyarán maga Trefort Ágoston kultuszminiszter tett látogatást a herényi birtokon. A kiállításnak azonban van egy ennél fontosabb mozzanata. Gothard itt találkozott Konkoly Thege Miklóssal, aki akkor már majdnem egy évtizede sikeres obszervatóriumot működtetett ógyallai birtokán, s meg is hívta az érdeklődő fiatal mérnököt egy látogatásra. Erre Gothard a következő év őszén kerített sort, s már a néhány napos vizit közben elhatározta, hogy ő is berendez egy csillagvizsgálót a birtokán. Az új obszervatórium 1881-ben Hauszmann Alajos műegyetemi tanár tervei alapján készült el, s helyet kapott benne egy fizikai és egy kémiai laboratórium, valamint egy műhely is. A csillagászati megfigyelésekhez szükséges legfontosabb eszközt, a távcsövet új mentorától, Konkolytól vásárolta. A 10,25 hüvelykes Newton-rendszerű teleszkóp 1874-ben készült a londoni Browning cég műhelyében, s Gothardot egész pályafutása során - bár nem egészen eredeti formájában - szolgálta. 1881 augusztusában további tapasztalatszerzés céljából Gothard nyugat-európai körútra indult, s jeles csillagászati intézeteket látogatott meg. Újonnan alapított obszervatóriumában az első észlelést 1881. október 20-án végezték.

Gothard 9-es számú nagy spektrográfja 1886-ban.

Gothard 9-es számú nagy spektrográfja 1886-ban.

Az alapítást követő másfél évtized a herényi obszervatórium aranykora. Gothard műhelyéből sorra kerülnek ki a jobbnál jobb csillagászati műszerek és eszközök, ezek közül sokat a legnevesebb európai obszervatóriumok (Heidelberg, Potsdam, Bothkamp) is használtak. Az eszközök általában nem egy, hanem két-három példányban készültek, s Gothard igyekezett a másodpéldányok árából fedezni a saját célra készített eszköz költségeit.

Gothard Jenő már az alapításkor világos tudományos célt tűzött ki új obszervatóriuma számára: az üstökösök és az emissziós csillagok színképének vizsgálatát. Ennek megvalósításához rendelkezésére állt a Konkolytól vásárolt Browning teleszkóp, a spektroszkópok azonban még nem, ezeket folyamatosan szerezte be (először főleg Konkolytól), illetve alakította át, de hamarosan elkezdte a saját tervezésű eszközök építését is. Így pár éven belül olyan arzenállal dolgozhatott, amivel már nemzetközileg is értékelhető és publikálható eredményeket tudott elérni. A műszerkonstruktőri tevékenység "felfutása" nagyon jól nyomon követhető a Konkoly Thege Miklóssal 1880 és 1883 között folytatott levelezése alapján (Horváth, 1998).

Az első spektroszkópiai eredmények

Az első években az üstökös- és csillagszínképek megfigyelése vizuálisan történt, de fotográfiai tudása gyarapodásával nagyon gyorsan áttért a spektrumok fotolemezre történő rögzítésére. Az első laboratóriumi színképet - ívkisüléssel elpárologtatott fémek (vas, cink és kadmium) spektrumát - 1884. december 26-án fényképezte le. A spektroszkópiai kísérleteihez még 1883 nyarán különböző anyagú prizmákkal készült spektrumokat tartalmazó üveglemezeket kapott Victor Schuman lipcsei mérnöktől, s ezek alapján kezdte el tanulmányozni a törőközegek tulajdonságait, nem csak az optikai, de az ultraibolya tartományban is.

Az 1892-es Swift üstökös spektruma az összehasonlító színképpel.

Az 1892-es Swift üstökös spektruma az összehasonlító színképpel.

Első spektroszkópiai megfigyelései üstökösökről készültek (Gothard, 1883a), s ehhez a témához később is többször visszatért (Gothard, 1884b). 1892-ben jó minőségű színképfelvételt rögzített a Swift üstökösről (Gothard, 1892b). Ezirányú kutatásainak legjelentősebb eredménye szénhidrogének molekulasávjainak egyértelmű kimutatása az üstökösök színképében.

A γ Cassiopeiae és a β Lyrae spektroszkópiája

Gothard első, emissziós csillagokkal kapcsolatos publikációi két jól ismert és sokat vizsgált objektummal, a γ Cassiopeiae és a β Lyrae csillagokkal foglalkoznak. Előbbi a színképelemzés története szempontjából is fontos objektum, hiszen Angelo Secchi a vatikáni obszervatóriumban már 1866-ban színképet vett fel róla, s detektálta a hidrogén emissziós vonalainak jelenlétét.

Gothard az Astronomische Nachrichten-ben (AN) megjelent két publikációjában (Gothard, 1883b; Gothard, 1884a) nagyon gondos, precíz leírást ad a színképek megfigyelésének minden körülményéről, beleértve a meteorológiai feltételek részletes ismertetését is. A leírás alapján (spektrumfelvételek képi közlésére a korabeli nyomdatechnika miatt még nem volt lehetőség) a γ Cas színképét a Hα emissziója dominálja, ugyanakkor a Hβ halvány, néha szinte észrevehetetlen, míg a D3 vonal csak nagyon jó légköri viszonyok mellett figyelhető meg. Mivel ez a vonal közel esik a nátrium jól ismert D1 és D2 vonalához, először azt hitték, hogy szintén a nátriumhoz tartozik, innen ered a jelölés is. Valójában a neutrális hélium 587,6 nm-es vonaláról van szó. Érdekességként megjegyezhetjük, hogy Gothard még a publikációban is kiemeli, hogy három éjszakán Konkoly Thege Miklóssal és Than Károly műegyetemi professzorral együtt végezte az észlelést, sőt egyik éjszakán Konkolynak a Hγ vonalat is sikerült megfigyelnie. A vonalak hullámhosszának méréséhez szükséges kalibráló spektrumot, ahogyan az akkoriban általános volt, egy hidrogénnel töltött Geissler-cső szolgáltatta, melyet egy Ruhmkorff-féle szikrainduktorral gerjesztettek. A hivatkozott AN cikkben Gothard részletesen leírja, hogy az észlelés során hogyan rögzítette felváltva egymás után többször is a csillag, illetve a csőben gerjesztett hidrogén színképét. December 21-én például a Hβ vonalra 486,5 és 485,9 nm-et kapott a csillag, illetve a cső esetében.

A γ Cas a ma Be csillag elnevezéssel jelölt normál emissziós B csillagok tipikus képviselője. Ezen objektumok egyik legjellemzőbb tulajdonsága, hogy nagyon gyorsan forognak, a γ Cas esetében a v sin i értéke majdnem 300 km/s. (A Nap esetében az egyenlítő menti rotációs sebesség csak 2 km/s!) A gyors forgás következtében a Be csillagok erősen lapultak, s a nagy centrifugális erők miatt jelentős egyenlítői anyagkiáramlás jellemzi őket. Ez az eltávozott, hidrogénben gazdag anyag aztán egy forgó, lapult korongban gyűlik össze a csillag körül. Ez a korong az oka annak, hogy a színképben a hidrogén vonalai emisszióban jelennek meg. A γ Cas esetében a korong körülbelül 17 csillagrádiuszig terjed. Az emissziós Balmer-vonalak a Be csillagoknál jellegzetes profilokat mutatnak. A részleteket nem taglalva a különböző vonalprofilok létrejötte egy nagyon egyszerű geometriai modell keretein belül úgy magyarázható, hogy a csillagok körüli korongokra különböző szögek alatt látunk rá. Ha ez a látószög viszonylag nagy, akkor üvegnyak alakú vagy dupla csúcsú emissziós profil jelentkezik, míg ha közel éléről látjuk a korongot, akkor az emisszióban egy mély centrális abszorpció is megfigyelhető. A hidrogén vonalaival ellentétben a hélium vonalai a csillag felszínéhez jóval közelebb gerjesztődnek.

A korai spektroszkópiai vizsgálatok másik jelentős célobjektuma a β Lyrae (Gothard, 1885). Az észlelések során Gothard mind a hidrogén, mind a hélium vonalai esetében nagy amplitúdójú intenzitásváltozásokat figyelt meg. Értékelése szerint a változások olyan nyilvánvalóak voltak, hogy semmiképpen nem okozhatta őket valamilyen légköri zavar. 1884 folyamán a hélium D3 vonalát körülbelül 30 alkalommal észlelte, s így azt is észrevette, hogy a fenti változás valószínűleg periodikus, az általa becsült a periódus pedig 7 nap körüli.

Ma már természetesen tudjuk, hogy ez jó felismerés volt, bár a valódi periódus majdnem kétszerese a Gothard által megadottnak, körülbelül 12,9 nap, ráadásul változik is. A β Lyrae a fedési kettősök egyik legismertebb képviselője, azon belül is a kölcsönható, ún. félig érintkező szoros kettősök csoportjába tartozik. Az egyik komponense egy B7V színképtípusú kékes-fehér törpe (ezt látjuk), a másik pedig egy jóval nagyobb tömegű, A8V színképtípusú fősorozati csillag. A rendkívüli közelség miatt a komponensek alakja is torzult, sőt a kisebb tömegű kitölti az ún. Roche-térfogatát, így folyamatosan anyagot ad át a másik komponensnek. Ez az anyag egy ún. anyagbefogási (akkréciós) korongban gyűlik a nagyobb komponens körül, részben eltakarva azt. Ebben az anyagbefogási korongban gerjesztődnek a hélium emissziós vonalai.

Nova Aurigae 1892

A XIX. század utolsó nóváját 1892. január 24-én fedezte fel a skót Thomas D. Anderson az Auriga csillagképben. Ma már megszokott dolog - nem utolsósorban éppen XIX. század vége felé elkezdett felmérő munkáknak köszönhetően -, hogy egy új objektum felfedezésekor ellenőrzik az archívumokban, hogy a korábbi felvételeken találnak-e valamit azon a helyen (lásd SN 1987A). A Nova Aurigae minden bizonnyal az első felfedezések között van, ahol ezt megtették, s a kutatás sikerrel is járt, hiszen a Harvard Obszervatórium automatikus kamerája által 1891 decemberében készített felvételen az adott helyen azonosítható a csillag, ami később a T Aurigae jelzést kapta. A nóva 3,8 magnitúdós maximális fényességet ért el, majd ezt követően körülbelül 100 nap alatt 3 magnitúdót halványodott, március közepe után egyre gyorsabban. A nyár során megfigyelésre kedvezőtlen helyzetben volt, csak augusztusban lehetett újra észlelni.

A Nova Aurigae spektruma az összehasonlító színképpel.

A Nova Aurigae spektruma az összehasonlító színképpel.

A spektroszkópia történetében ez az objektum volt az első nóva, melynek színképét fotolemezen is rögzítették. A színképek mindenki számára legmeglepőbb tulajdonsága a spektrumvonalak elmozdulása volt! A nóva "népszerűségére" jellemző, hogy 1892 és 1900 között 79 olyan publikációt találunk, melynek a címében szerepel a "Nova Aurigae". (Egy ilyen keresést ma már a NASA ADS rendszerével másodpercek alatt kivitelezhetünk.) A publikációk szerzői között a kor szinte összes ismert csillagászát megtaláljuk, csak néhány név: Karl Schwarzschild, Edward E. Barnard, Hermann C. Vogel, Edward Pickering, William Huggins, William Campbell, Edward W. Maunder, Max Wolf. Természetesen ott van közöttük Gothard Jenő is.

Gothard az új csillagot a rossz időjárás miatt először csak február 8-án tudta észlelni, akkor is csak vizuálisan a 10 hüvelykes Browning teleszkópra szerelt kis okulárspektroszkóppal. 10-én már a 8-as számú nagy spektroszkóppal is meg tudta figyelni, sőt 13-án és 14-én a vizuális észlelések mellett 30-tól 90 percig terjedő expozíciós időkkel le is fényképezte a spektrumot (Gothard, 1892a). A megfigyeléseket az ősz folyamán a Browning teleszkópra szerelhető objektív prizmával és a 9-es számú nagy spektrográfjával folytatta. A megfigyelt és rögzített színképekben 40-43 fényes és 10-12 sötét vonalat tudott felismerni.

Mivel addigi spektroszkópiai tevékenysége során számos más egzotikus objektum, főleg planetáris ködök és Wolf-Rayet csillagok színképét is rögzítette, az összevetés során feltűnt neki, hogy meglepően sok hasonlóság tapasztalható ezen objektumok és a Nova Aurigae spektruma között. Ezután célzott (objektív prizmás és egyedi) megfigyeléseket is végzett mind a planetáris ködök, mind a nóva spektrumára vonatkozóan. Ezen munka eredményeit a nemzetközi csillagászati közösség számára egy angol (Gothard, 1892c) és két német nyelvű cikkben (Gothard, 1892a; Gothard, 1893) foglalta össze.

Gothard egyik legjelentősebb eredménye a nóvák és a planetáris ködök színképének hasonlóságáról.

Gothard egyik legjelentősebb eredménye a nóvák és a planetáris ködök színképének hasonlóságáról.

Gothard megfigyelései szerint a planetáris ködök színképei nagyon hasonlítanak egymáshoz, eltérés legfeljebb a vonalak relatív intenzitásában figyelhető meg. Minden köd színképében három vagy több hidrogénvonal azonosítható, de mindegyik planetáris ködnél észlelhető a ködökre jellemző két karakterisztikus vonal, az 500,7 nm-es és a 386,7 nm-es ún. ködvonalak. Sok esetben azonosítható a 372,7 nm-es ködvonal is, de ez a planetáris ködök színképében sokkal halványabb, mint a nagy diffúz ködök spektrumában. Az összehasonlítás alapján a Nova Aurigae színképében az összes, a planetáris ködök spektrumára jellemző vonal megtalálható, közöttük szinte lehetetlen különbséget tenni. A többé-kevésbe elkülöníthető kontinuumért a köd magja felelős, míg a vonalas színképet a magot körülvevő kiterjedt burok hozza létre.

"... the spectrum not only resembles, but that the aspect and the position of the lines show it to be identical with the spectra of the planetary nebulae. In other words, the new star has changed into a planetary nebulae."

(Gothard, 1892c)

Ez az egyik első megállapítás a szakirodalomban, ami a nóvák és a planetáris ködök közötti genetikus kapcsolatra utalt.

Ma már tudjuk, hogy a planetáris ködök spektrumát ún. tiltott emissziós vonalak dominálják. Ezek olyan vonalak, melyek normál laboratóriumi körülmények között nem jöhetnek létre, gerjesztésükhöz a planetáris ködökben uralkodó extrém viszonyok szükségesek. Ezek közül a legfontosabbak az egyszeresen, illetve kétszeresen ionizált oxigéntől származó 372,7 és 500,7 nm-es tiltott vonalak, illetve a Hα környékén a neutrális oxigéntől és az egyszeresen ionizált nitrogéntől származó tiltott vonalak. A planetáris ködökben a tiltott emissziós vonalak létrejöttéhez szükséges gerjesztések elektronokkal történő rugalmatlan ütközések következményei. Az említetteken kívül észlelhetők még a neon, argon és kén tiltott vonalai is, illetve hidrogén és a hélium emissziós vonalai is, melyek szabad elektronok befogása utáni átmenetek során keletkeznek.

A nóvák a mai elképzelések szerint kölcsönható kettőscsillagok, melyek egyik komponense egy fehér, a másik pedig egy vörös törpe. Az ún. Roche-térfogatát kitöltő vörös törpe a rendszer belső Lagrange-pontján keresztül folyamatosan anyagot ad át a másik komponensnek, ami az impulzusnyomaték megmaradása miatt egy akkréciós korongban spirálozik annak felszíne felé. A folyamat során a fehér törpe körül egy hidrogénben gazdag burok épül fel. A nagy nyomás és hőmérséklet miatt azonban egy kritikus tömeg elérése után a burokban begyullad a hidrogén, s robbanásszerűen héliummá alakul. A közben felszabaduló óriási energia pedig ledobja a külső rétegeket, amik aztán később planetáris ködként figyelhetők meg. A fenti folyamat során a csillagok maguk általában nem semmisülnek meg, ezért a robbanás többször is megismétlődhet. Ezek az ún. visszatérő vagy rekurrens nóvák.

Nova Persei 1901

Az 1890-es évek közepére Gothard érdeklődése fokozatosan más területek felé fordult. 1894/95-ben közvetlen közreműködésével építették fel Magyarország első vízerőművét a Rába folyón a vas megyei Ikervár mellett. Ő lett az itt termelt elektromos energia hasznosítására létrehozott részvénytársaság műszaki igazgatója is, de az irányítás mellett elektromos eszközök és berendezések tervezésével és szabadalmaztatásával is foglalkozott. 1896 első felében és 1905 nyarán a röntgensugárzás tanulmányozása közben több tucat röntgenfelvételt készített különböző tárgyakról, elhalt élőlényekről, illetve mesterének és önmagának kezéről.

A Nova Persei 1901 és 1902 folyamán készített színképei.

A Nova Persei 1901 és 1902 folyamán készített színképei.

1901. február 21-én azonban olyan dolog történt, ami rövid időre ismét a csillagászat felé fordította figyelmét. A Nova Aurigae-t felfedező Anderson egy újabb nóvát talált a Perseus csillagképben. A két nappal korábban készült Harvard-lemezeken az objektum még csak 13 magnitúdós volt, de nagyon rövid idő alatt 10 magnitúdót fényesedett. Átszámítva ez majdnem tízezerszeres luminozitásnövekedést jelent. Maximális fényességét 0,2 magbitúdóval a felfedezés után érte el, majd ezután gyorsan elkezdett halványodni, s május végére már csak 5-6 magnitúdós volt. A halványodás nem volt egyenletes, a nóvákra jellemző, körülbelül 0,5 magnitúdó amplitúdójú és 4 nap körüli periódusú hullámzás rakódott rá. Az objektum ma GK Persei néven ismert.

Gothard a nóva észlelését február 28-án kezdte el, s egészen 1902 májusának közepéig folytatta azt. Készített színképeket a 10 hüvelykes objektív prizmával és a 9-es nagy spektrográffal is. Eredményeit három cikkben közölte (Gothard, 1901a; Gothard, 1901b; Gothard 1902), melyek közül az elsőben a kontinuumban megfigyelhető, körülbelül 9 nap periódusú változásról számol be. A másodikban közli, hogy a nóva színképében sikerült detektálnia a planetáris ködökre jellemző 386,7 nm-es vonalat is (ez a kétszeresen ionizált neon tiltott vonala), míg a harmadikban jelzi, hogy április hatodikától a hidrogén vonalaiban említésre méltó változás nem tapasztalható, a ködvonalak azonban fényesebbek lettek. Említést tesz egy olyan fényes vonalról, amivel eddig még nem találkozott, illetve arról, hogy a korábban említett periodicitást nem sikerült megerősíteni.

A heidelbergi egyetem könyvtárában őrzött, Max Wolffal folytatott levelezésének 1901 decemberében írt darabjából még kitűnik, mennyire boldog, hogy más irányú elfoglaltságai után ismét csillagászattal foglalkozhat. 1902 utánról azonban már nem lelhető fel csillagászati tárgyú munkája, s az elektromos társaságot sem hagyta ott egészen 1905-ig. Ekkora azonban egészségi állapota már annyira megromlott, hogy ez minden idejét és energiáját lekötötte. 52 éves korában, 1909. május 29-én halt meg.

Irodalomjegyzék

Magyar nyelvű ajánlott irodalom

Kovács József

(A cikk a Magyar Csillagászati Egyesület Meteor c. folyóirata 2007. szeptemberi számában jelent meg.)

IDŐJÁRÁS

Időjárás

ÉGBOLTKÉP

Égboltkép

CSILLAGÁSZATI HÍREK

csillagaszat.hu

Valid CSS!