Tähtitieteen vaiheita Helsingin yliopistossa - Observatorio 150 vuotta

ETUSIVU
SISÄLLYS
VIITTEET
LÄHTEET
SANASTO

Suuri tähtivalokuvausohjelma

Viran täyttö Kruegerin jälkeen

Adalbert Krueger oli siirtynyt 1876 Gothaan Saksaan, eikä kotimaasta pätevää seuraajaa vielä löytynyt. Tähtitieteen professorin virkaa hoiti fysiikan professori A. F. Sundell (1843-1924) aina vuoteen 1882 saakka. Vuonna 1879 virkaa tarjottiin Hugo Gyldénille, mutta hän kieltäytyi.

Vuoden 1880 lopussa virka julistettiin haettavaksi 26-vuotiaan Anders Donnerin (1854-1938) pyynnöstä.

Anders Severin Donner syntyi 5.11.1854 Kokkolassa. Hän valmistui filosofian kandidaatiksi vuoden 1875 lopussa aineinaan matematiikka, fysiikka, tähtitiede, kemia ja kasvitiede. Korkeimman arvosanan tähtitieteessä hän suoritti vasta tutkintonsa jälkeen.

Valmistuttuaan Donner lähti jatkamaan matematiikan opintojaan ulkomaille, aluksi Leipzigiin ja Königsbergiin. Berliinissä hän seurasi erityisesti Weierstrassin (1815-1897) luentoja elliptisistä funktioista [1]. Donnerin tähtäimessä oli lisensiaattiväitöskirja matematiikan alalta.

Adalbert Krueger jatkoi Gothassa aloittamiaan vyöhykehavaintoja Helsingistä lainatulla ohikulkukoneella. Donner oli opiskellut hänen johdollaan tähtitiedettä ja siirtyi 1877 amanuenssiksi Gothaan avustamaan vyöhykehavainnoissa. Hän viipyi siellä vuoden 1878 lokakuuhun.

Matemaattinen väitöskirja "Om utrycken för entydiga elliptiska funktioner" valmistui vuoden 1879 joulukuussa Helsingissä ja Donner sai seuraavana vuonna filosofian tohtorin arvon.

Hän lähti jälleen ulkomaille, nyt Tukholmaan, jossa Hugo Gyldén oli toiminut vuodesta 1871 lähtien observatorion johtajana. Donnerin päämääränä oli pätevöityä Helsingin yliopiston tähtitieteen professorin virkaan.

Puolitoista vuotta Donner työskenteli Tukholmassa. Hän teki jonkin verran havaintoja ohikulkukoneella, mutta keskittyi taivaanmekaniikkaan, pääasiassa häiriöteoriaa koskeviin tutkimuksiin. Kruegerin ja Gyldénin johdolla Donner perehtyi myös klassillisen, tähtien paikkojen määräykseen keskittyvän havaitsevan tähtitieteen alaan hyvin. Vuoden 1881 lopussa Donner nimitettiin Helsinkiin tähtitieteen dosentiksi.

Helsingin professorin virkaa hakivat Donnerin lisäksi filosofian maisteri R. Fr. Rancken ja Tarton observaattori A. Lindstedt. Pätevöitymisajan päättyessä syyskuussa 1882 ainoastaan Donner jätti professorinväitöskirjan tarkastettavaksi. Se koski Gyldénin häiriöteorian soveltamista Jupiterin pikkuplaneettojen ratoihin aiheuttamien häiriöiden laskemiseen [2]. Työ oli luonteeltaan teoreettinen. Se hyväksyttiin, mutta se aiheutti myös jonkin verran arvostelua [3]. Anders Donner nimitettiin professorin virkaan 4.1.1883.

Donner keskittyi Helsingissä havaintotöihin. Hän täydensi ohikulkukoneella puuttuvat AG-luettelon havainnot. Lisaksi hän käytti yhdeksän jalan pituista, seitsemän tuuman objektiivilla varustettua refraktoria ja meridiaaniympyrää. Hän julkaisi vuosina 1883-1888 useita tutkimuksia pimennyksistä, komeetoista, pikkuplaneetoista ja tähdenpeitoista Astronomische Nachrichtenissa ja Tiedeseuran sarjoissa. Työt olivat yleensä paikan- tai ajanmääräyksiä tai radanmääräyksiä.

Mainittakoon, että Kapkaupungin observatorion johtaja David Gill (1843-1914) oli Astronomische Nachrichtenissa [4] ehdottanut pikkuplaneettojen Victoria ja Sappho havaitsemista meridiaanikoneella eri puolilla maapalloa. Päämääränä oli määrätä Maan ja Auringon välinen etäisyys. Donner havaitsi kumpaistakin kesällä ja syksyllä 1883 ja lähetti havainnot Gillille marraskuussa 1883 [5]. Gill kiitti kohteliaasti kuukautta myöhemmin.

[kuva s. 98]

Anders Severin Donner (1854-1938) huhtikuussa 1876. (Observatorio)

[kuva s. 99]

Donnerin piirroksia vuonna 1886 näkyneestä Fabryn komeetasta, Havainnot tehtiin Observatorion seitsemän tuuman refraktori/la. (Donner 1891)

Vuonna 1891 julkaistu Donnerin komeettatutkimus käsittelee paikkahavaintojen lisäksi myös pyrstötähtien muodon ja kirkkauden vaihteluja [6]. Havainnot oli tehty yhdeksän jalan refraktorilla.

Suuren refraktorin hankkimisyritys

Donner totesi pian, että observatorion instrumenttivarustus oli vanhentunut. Refraktori oli auttamatta pieni, eivätkä meridiaaniympyrä ja ohikulkukone Donnerin mielestä tarjonneet kylliksi mahdollisuuksia. Hän halusi kuitenkin havaintotoimintaa.

Kesällä ja syksyllä 1884 Donner kävi kirjeenvaihtoa hampurilaisen, tähtitieteellisiä instrumentteja valmistavan A. Repsold & Söhne -yrityksen kanssa kysellen mahdollisia refraktoreja ja niiden hintoja. Puhetta oli kymmenen, kahdentoista ja neljäntoista tuuman objektiivin-läpimitoista. Donner pyysi myös tarkkoja tietoja jalustan ja kupolirakennuksen mitoista [7].

Joulukuun 15. päivänä 1884 Donner esitti konsistorille, että yliopisto hankkisi 14 tuuman eli 36 cm refraktorin, jonka polttoväli olisi 19 jalkaa eli 580 cm ja että sille rakennettaisiin erillinen torni observatorion puutarhaan. Hankkeen rahoittamiseksi hän esitti otettavaksi 100 000 mk Yliopiston tullirahastosta observatoriorahastosta tulevan 10 000 markan lisäksi. Summalla saataisiin teleskoopin lisäksi ajanmukaiset lisälaitteet. Donner pyysi myös 2 500 markan tukea matkustaakseen seuraavana kesänä tutustumaan parhaisiin tähtitieteellisiin laitoksiin ja instrumenttien valmistajiin Ranskassa, Englannissa ja Saksassa. Asiasta päätettiin pyytää filosofisen tiedekunnan fyysis-matemaattisen osaston lausunto [8]. Yliopistossa hanke jäi lepäämään joksikin aikaa, mutta Donner toimi innolla.

Joulukuun 19. päivänä 1884 Donner kirjoitti Gyldénille Tukholmaan ja kertoi jättäneensä ehdotuksen 14 tuuman refraktorin hankkimisesta [9]. Teleskooppia varten tarvittaisiin uusi rakennus. Kun rakennuksen hinta ei kovin jyrkästi riipu koosta, kannattaisi Donnerin mielestä hankkia kyllin suuri kaukoputki, koska kerran hankittuna se täyttäisi tarpeet vuosikymmeniksi. Donner viittasi myös hyviin kokemuksiin, joita samankaltaisella refraktorilla oli saatu Pulkovassa, jossa ilmasto oli hyvin samanlainen kuin Helsingissä.

Pulkovaan oli 1839 pystytetty Merzin ja Mahlerin valmistama refraktori, jossa oli 38 cm (15 tuuman) objektiivi. Vuonna 1885 sinne valmistui Repsoldin suuri linssikaukoputki, jonka 76 cm:n objektiivin oli tehnyt Alvan Clark (1832-1897) [10].

Kirjeessään Gyldénille Donner arvioi Helsingin refraktorihankkeen toteutumismahdollisuudet hyviksi, varsinkin jos tukea voisi saada Gyldéniltä. Hän arvelee myös, että Kruegerilta tuskin kannatusta saa, koska tämä lienee kiinnostunut vain meridiaanihavainnoista.

Donner mainitsee anoneensa myös matkarahaa voidakseen käydä tutustumassa ulkomaisiin observatorioihin ja instrumenttien valmistajiin. Lopuksi hän esittelee innolla pariisilaisen Loewyn taitettua teleskooppikonstruktiota. Kirjeeseen piirretty luonnos ei täysin vastaa ko. kaukoputken rakennetta [11].

Gyldén vastasi vuoden 1884 viimeisenä päivänä [12]. Hän ei ollut kovinkaan vakuuttunut Donnerin hankkeesta. Gyldén lausui käsityksenään, että Itämeren piirissä ei suuria refraktoreita kannata pystyttää, varsinkaan 60. leveysasteelle. Talvisin on ilma läpinäkymätöntä ja kesäisin yöt valoisia. Toiminta-aika rajoittuu sen vuoksi kovin, joskin jotakin voi tehdä, kuten Pulkovan työt osoittavat. Gyldénin mielestä on myös selvää, että ne on tehty epäsuotuisissa olosuhteissa [13].

Gyldén sanoi kuitenkin, että hänestä voisi olla syytä pitää suurta refraktoria toivottavana, jos Donnerilla olisi jo ajateltuna jokin tutkimusohjelma, joka sillä voitaisiin suorittaa. Hän pyysi tietoja ohjelmasta ja lupasi sitten toimittaa julkisen kirjeen Yliopistolle. Hän huomautti lopuksi, että ellei sellaisia suunnitelmia vielä ole, olisi harkittava, eivätkö meridiaaniympyrä ja kahdeksan tai yhdeksän tuuman refraktori olisi neljätoistatuumaisia parempia.

Donnerin vastauskirje lähti Gyldénille tammikuun toisena 1885 [14]. Hän totesi, että isompi ja nykyaikaisempi meridiaaniympyrä voisi olla toivottava. Vanha kone on kuitenkin mainiossa kunnossa ja tarkkaan tutkittu. Ohikulkukone palvelee vielä paremmin. Tosin sillä ei saavuteta samaa tarkkuutta kuin muualla, esimerkiksi Pulkovassa saadaan, mikä on kummallista, kun pystytys on ihmeen tukeva. Seitsemän tuuman refraktori on sen sijaan monessa suhteessa puutteellinen ja paikka päärakennuksen katolla huono.

Donner myönsi, että Pulkovaan saatava suuri, 76 cm:n (30 tuuman) refraktori tulee paljolti jäämään kerskailuksi, mutta neljäntoista tuuman teleskoopilla sentään voi yhtä ja toista tehdä suotuisina kuukausina, jotka sisältävät lähes puolet vuoden selkeistä öistä.

Donner esitti kirjeessään havainto-ohjelmaluonnoksen. Hän kertoi aikovansa ryhtyä havaitsemaan sumuja, mittaamaan niiden osien paikkoja mikrometrin avulla ja määräämään niiden kirkkauksia. Fotometriseen tehtävään hän aikoi käyttää maitolasikiilaa, jolla voitaisiin peittää sumun lähistöllä näkyvä vertailutähti. Hän huomautti, että tällainen mittaus olisi ilmakehän läpinäkyvyyden vaihteluista jokseenkin riippumaton.

Donner sanoi, ettei hänen tietääkseen sumuista ole kuin valokuvia ja piirroksia, jotka eivät vielä anna luotettavaa kuvaa sumuista. Vapaalla kädellä piirrettäessä syntyy monia virheitä. Olisi päästävä tässäkin lukuihin.

Tähtivalokuvauksen tulo

Kesäkuussa 1885 ruotsalaissyntyinen Oscar Backlund (1846-1916), joka oli jo kuuden vuoden ajan työskennellyt Pulkovassa, kirjoitti ystävälleen Donnerille [15]. Donner oli pyytänyt Backlundin apua saadakseen tietoja venäläis-skandinaavisen kolmiomittauksen pisteistä. Backlund kertoi asian edistymisestä ja kysyi sitten refraktorisuunnitelmista. Hän kiinnitti huomiota valokuviin, joita Henryn veljekset Pariisin observatoriossa olivat äskettäin aikaansaaneet konstruoimallaan valokuvausteleskoopilla.

Backlund jatkoi: "Olen täten vakuuttunut, että käytännön tähtitiede on uuden aikakauden alussa ja että nykyiset tähtitieteelliset kojeet ovat kohta antiikkiesineitä, korkeintaan fundamentaalimääräyksiin käytettävät kojeet säilynevät hiukan pitempään." Backlund tarkoitti meridiaanihavaintokoneita. Hän jatkoi: "Mutta on jo aikakin, että tällä alalla tapahtuu jotakin, sillä edistysaskeleet, joita on otettu Besselin ja Struven päivien jälkeen, ovat oikeastaan vain kukonaskel. jos olet päättänyt hankkia uuden kojeen, on minusta tärkeää, että matkustat Pariisiin ja tutkit uusia asioita, ennen kuin päädyt johonkin määrättyyn instrumenttiin."

Valokuvaus oli edistynyt J. N. Niepcen (1765-1833), L. J. M. Daguerren (1789-1851) ja J. Herschelin (1792-1871) 1820- ja 1830-luvun kokeiluista ja heidän keksimistään hitaista menetelmistä F. S. Archerin 1851 kehittämään, varsin nopeaan märkäkolloidimenetelmään. Valokuvausta, lähinnä daguerrotypiaa sovellettiin tähtitieteeseen jo vuodesta 1840 lähtien, jolloin J. W. Draper (1811-1882) otti ensimmäiset kuvat Kuusta. W. C. Bond (1789-1859) ja J. A. Whipple kuvasivat Vegan ja Castorin daguerrotypian avulla vuonna 1850.

Valokuvaus oli vielä paitsi varsin hidasta, myös hankalaa. Valokuvausmateriaali oli valmistettava kuvauspaikalla, valotettava märkänä ja välittömästi kehitettävä. R. L. Maddoxin vuonna 1871 keksimä hopeabromidi-gelatiini-emulsio mullisti valokuvaustekniikan. Nyt levyt voitiin valmistaa teollisesti etukäteen, varastoida, valottaa mielivaltaisen pitkään, eikä kehittämisellä ollut välitöntä kiirettä.

Uuden kuivalevytekniikan välittömän tähtitieteellisen käytön esteenä olivat lähinnä linssikaukoputkien objektiivit. Ne olisivat olleet kyllin valovoimaisia heikkovaloisten kohteiden, kuten sumujen ja tähtien kuvaamiseen. Mutta niiden kuvausvirheet oli korjattu kellanvihreää valoa varten, jolle ihmissilmä on herkin. Valokuvausemulsio sen sijaan olikin herkkä violetinsiniselle valolle.

Valokuvausta varten jouduttiin suunnittelemaan ja valmistamaan uudenlaiset objektiivit. Lisäksi täytyi kiinnittää huomiota kuvakentän laajuuteen. Visuaalihavainnoissa tarvittiin yleensä vain kuva-alan keskustaa ja siinä mahdollisimman hyvää erotuskykyä. valokuvauslevylle kuvautui jopa monen asteen läpimittainen kenttä, mutta kuvan laitoja kohti tähtien kuvat nopeasti huononivat objektiivin kuvausvirheiden vuoksi [16].

Uutta kuvausmenetelmää sovellettiin ensinnä laajasti tähtien spektriluokitteluun. Henry Draper (1837-1882) aloitti kokeilunsa 1872 ja saavutti kuolemaansa mennessä lupaavia tuloksia. Hänen työtään jatkettiin Harvardin observatoriossa Edward C. Pickeringin (1846-1919) johdolla vuosina 1885-1918. Tuloksena syntyi yli 225 000 tähden spektriluettelo "Henry Draper Catalogue of Stellar Spectra" [17].

Taivaan suoraankin valokuvaamiseen sopivia kaukoputkia alettiin kehittää. Vuonna 1885 veljekset Paul (1848-1905) ja Prosper (1849-1903) Henry julkaisivat Pariisin observatoriossa valmistamallaan valokuvausteleskoopilla, astrografilla, ottamiaan kuvia [18].

Backlund sai Donnerin kiinnostumaan Henryn veljesten kuvista ja tähtivalokuvauksesta. Donner kävi vielä samana kesänä 1885 Pulkovassa, jossa observatorion johtaja Otto Struve esitteli hänelle alkuperäisiä kuvia ja kommentoi niitä [19].

Sekä Gyldéniltä että Kruegerilta pyydettiin lausuntoa refraktorihankkeesta. Kumpikin epäili suuren refraktorin tarkoituksenmukaisuutta ja piti sitä saavutettavaan tieteelliseen hyötyyn nähden kalliina. Gyldén ehdotti lausuntoa edeltävässä kirjeessään Donnerille yhdeksän tai kymmenen tuuman refraktoria ja pikkuplaneettojen havainto-ohjelmaa [20]. Krueger pahoitteli kirjeessään marraskuussa 1885 Donnerille, ettei voinut hänen hankettaan kannattaa, mutta toivoi, että iso uusi kaukoputki ja torni myönnettäisiin [21].

Hanke jäi edelleen pöydälle, ja Donnerille myönnettiin rahat kesällä 1886 tehtävää matkaa varten, jotta hän voisi tutustua observatorioihin ja niiden havaintotyöskentelyyn sekä instrumenttien valmistajiin.

Helmikuussa 1886 Backlund kirjoitti Donnerille [22]. Hän oli kuullut Donnerin matkasuunnitelmasta. Backlund sanoi toivovansa ja olevansa vakuuttunut, että Pariisissa käytyään Donner tulee innolla vaatimaan taivaanvalokuvaukseen tarkoitettua neljäntoista tuuman teleskooppia: "Niiden tarkkojen tutkimusten perusteella, joita olemme täällä Henryn veljesten valokuvista, myös levyistä tehneet, olemme me täkäläiset astronomit vakuuttuneet, että olemme kasvotusten käänteentekevän keksinnön kanssa ja että tästä lähtien käytännöllinen tähtitiede redusoituu valokuvaukseksi."

Backlund jatkoi kuvaamalla mitä valokuvaus tulee merkitsemään eri tähtitieteen aloilla: "Seulasten sumun löytyminen on voitu vahvistaa 30-tuumaisella, mutta ei 15-tuumaisella. Pikkuplaneettojen metsästys on enää tarpeetonta, valokuvista ne erottuvat viivoina, pitempinä tai lyhyempinä valotusajan mukaan. Kaksoistähtihavainnot, sumuhavainnot ja taivaankartoitus kuuluvat tästä hetkestä lähtien valokuvaukseen. Mutta myös tarkkuustähtitiede, siinä määrin kuin se on differentiaalista, kuuluu myös valokuvaukseen." Backlund tarkoitti, että kun valokuvan näkökentässä on tähtiä, joiden koordinaatit tunnetaan, voidaan kuvan muiden tähtien koordinaatit mitata niiden suhteen.

Backlund jatkoi: "Pariisissa on osoitettu ja täällä vahvistettu, että valokuvasta mitataan suuremmalla tarkkuudella ja tietysti verrattomasti lyhyemmässä ajassa kuin suoraan." Tässä suoraan mittaaminen tarkoitti meridiaaniympyrällä tai vastaavalla yksitellen tehtyjä havaintoja sekä niiden tarkkuutta ja nopeutta.

Ja vielä Backlund huomautti valokuvan fotometrisestä käytöstä: "Wagner on osoittanut, että mittaamalla valokuvista (tähtien) kuvien läpimitan saa objektiivisemman arvion tähtien suuruudesta ( = valovoimasta) kuin parhailla fotometreilla (Pickeringin, Zöllnerin jne.)." Pickering oli soveltanut Harvardin observatoriossa 1880-luvulta lähtien Johann Zöllnerin (1834-1882) vuonna 1859 keksimää visuaalifotometriä, joka perustui Nicolin prisman valoa polaroivaan ominaisuuteen. Menetelmässä verrattiin tähteä kerrallaan standarditähteen, joko Pohjantähteen tai Lambda Ursae Minoris -tähteen, kun tutkittava tähti oli meridiaanissa.

Lopuksi Backlund vielä korosti: "Tekisit suuren virheen, jos tyytyisit kymmentuumaiseen, kun yliopiston muutaman vuoden kuluttua väistämättä olisi välttämätöntä hankkia isompi instrumentti. On käsittämätöntä, että Gyldénin kaltainen mies on umpisokea tässä kysymyksessä. Onnittelen sinua sen johdosta, ettei kysymystä instrumentin ominaisuuksista ole vielä lopullisesti ratkaistu." Backlund mainitsi lisäksi, ettei Pulkovaan vielä aikoihin saada kaksoisinstrumenttia, koska rahoille on muita tarpeita. Hän mainitsi myös, että Brasiliaan ja Englantiin oli jo tilattu kaksoisrefraktorit. Kaksoisrefraktorissa oli asennettu valokuvaukseen ja visuaalihavaintoihin tarkoitetut kaukoputket yhdensuuntaisesti rinnakkain. Visuaaliputken avulla voitiin valotuksen aikana kaukoputkea ohjata.

Otto Struve kirjoitti 28. maaliskuuta 1886 Donnerille Pulkovasta [23]. Hän kertoi Pariisin observatorion johtajan, kontra-amiraali Ernest Mouchezin (1822-1892) ehdottamasta, usean observatorion yhteistyönä tehtävästä valokuvauksellisesta taivaankartoituksesta. "Viime viikkoina olen paljon työskennellyt pariisilaisten tähtivalokuvien loistavien tulosten kanssa. Sen yhteydessä on mieleeni usein noussut ajatus, varsinkin kun olette hankkimassa Helsingin observatoriolle vahvempaa kaukoputkea, ettekö kenties haluaisi sen avulla aluksi osallistua amir. Mouchezin ehdottamaan koko taivaan kattavaan valokuvaukselliseen kartoituskuvaukseen. Siten saavutettaisiin yhtäältä voimakkaampi optinen apuneuvo, jollaista Helsinkikin tarvitsee, ja samanaikaisesti (kuten minulle on sanottu Gyldénin vaatineen) tyydytettäisiin ehto, että hankittavalle instrumentille osoitettaisiin etukäteen työkenttä pitemmäksi ajaksi."

Struve käsitteli seuraavaksi hankinnasta aiheutuvia kustannuksia. Kaksoisrefraktorin objektiivit tulisivat toki kalliimmaksi kuin yhden 15 tuuman putken linssi. Mutta kun valokuvauskaukoputki on visuaalista lyhyempi, tarvitaan pienempi jalusta ja torni, ja kustannukset pienenevät.

Mouchezin suunnitelmasta Struve lausui, että se on lupaava hanke, mutta vaatii vielä paljon pohdintoja, ennen kuin se on kypsä toteutettavaksi. Mouchez oli Struven mukaan sen tunnustanut ja järjesti parhaillaan astronomikonferenssia Pariisiin. Struve kehotti Donneria osallistumaan kokoukseen, jos häntä esitetty ajatus vain suinkin miellyttäisi. Lopuksi Struve kertoi geodeettisista töistä ja suunnitelmista.

Donner vastasi Struvelle 6. huhtikuuta [24]. Hän oli geodeettisesta yhteistyöstä innostunut. Struven valokuvaustyöstä esittämään ehdotukseen Donner suhtautui myönteisesti, mutta kysyi, täyttääkö Henryn veljesten instrumentti kaikki refraktorin tehtävät. Hän mainitsi, ettei tiedä teleskoopista vielä tarpeeksi. Donner kertoi suunnitelleensa sumujen ja tähtijoukkojen havaintoja, ei vain paikkojenmääräyksiä vaan myös piirroksia ja valokuvia.

Hän sanoi lisäksi olevansa elävästi kiinnostunut Mouchezin suunnitelmasta. Jos Helsinkiin hankittaisiin Henryn veljesten instrumentti, hän olisi valmis osallistumaan, jos suunnitelman tiellä olevista vaikeuksista selvitään. Donner toivoi lopuksi voivansa osallistua Pariisin kokoukseen.

Toukokuussa 1886 Donner kirjoitti Pariisiin Mouchezille ja kertoi kiinnostuksestaan Henryn veljesten kaukoputkeen sekä halustaan osallistua Pariisin kokoukseen [25]. Observatorion sihteeri vastasi, että kokous on todennäköisesti seuraavana keväänä, huhti- tai toukokuussa 1887, koska Gill Kapkaupungista olisi silloin tulossa käymään. Myös O. Struve oli hyväksynyt ajankohdan. Donner toivotettiin tervetulleeksi ja luvattiin lähettää varsinainen kutsu aikanaan [26].

Kaksoisrefraktorin hankkiminen

Kesällä 1886 Donner teki Euroopan-matkansa. Hän tutustui observatorioihin ja instrumenttivalmistajiin Englannissa, Hollannissa, Belgiassa, Ranskassa, Sveitsissä, Itävallassa, Saksassa ja pohjoismaissa. Palatessaan hän viipyi Repsoldin tehtaalla Hampurissa. Siellä keskusteltiin niin yksityiskohtaisesti kuin suinkin mahdollista teleskoopista, jollaista taivaankarttatyön standardi-instrumentiksi oli jo eri tahoilla ehditty hahmotella [27]. Suunnitelman pohjana oli Henryn veljesten astrografi Pariisissa.

Matkalta kotiuduttuaan Donner laati yhteistyössä arkkitehti Gustaf Nyströmin ( 1856-1917) ja insinööri R. Kolsterin kanssa uuden tähtitornin esisuunnitelman ja jätti 17. helmikuuta 1887 valmistelevan esityksen teleskoopista ja observatoriorakennuksesta konsistorille [28]. Olennainen ero vuoden 1884 alkuperäiseen esitykseen verrattuna oli, että nyt pääinstrumentti oli tarkoitettu valokuvaukseen silmähavaintojen asemesta.

[kuva s. 106]

Ensimmäinen kansainvälinen tähtivalokuvauskokous Pariisissa huhtikuussa 1887. Monet aikakauden merkittävät tähtitieteilijät osallistuivat kokoukseen. Kaikki eivät hankkeesta innostuneet, erikoisesti amerikkalaiset jättäytyivät siitä. Eturivissä kuudentena vasemmalta istuu Mouchez, seitsemäntenä Otto Struve. Toisessa rivissä toisena vasemmalta Kapteyn, viides ja kuudes oikealta Gill ja Gyldén. Kolmannessa rivissä neljäs oikealta Krueger, oikealla puolellaan Schönfeld. Takarivissä äärimmäisenä vasemmalla Paul Henry, hänen vieressään Prosper Henry. Takarivissä äärimmäisenä oikealla Anders Donner. (Observatorio)

Huhtikuun 16. päivänä 1887 alkoi Pariisin konferenssi Ranskan tiedeakatemian kutsusta. Viisikymmentäkuusi tähtitieteilijää kahdestakymmenestä maasta osallistui puolentoista viikon aikana neuvotteluihin, 31-vuotias Anders Donner muiden joukossa. Kokouksessa suunniteltiin koko taivaan kattavan kartaston ja tähtiluettelon laatimisen pääperiaatteet. Luetteloon tuli saada kaikki 11. suuruusluokan ja sitä kirkkaammat tähdet, kartaston rajaksi asetettiin 14. suuruusluokka.

Monet kokouksen osanottajista ilmoittivat olevansa valmiit osallistumaan hankkeeseen, vaikka oli selvää, että edessä oli suuri työ. Luetteloon tulisi noin 2,5 miljoonaa tähteä, mikä merkitsisi yhtä monen paikan mittaamista valokuvauslevyiltä, joita kaikkiaan kertyisi yli 22 000 kappaletta. Valokuvaus oli menetelmänä vielä uusi, joten monia hankkeen periaatteita ja käytännön työmenetelmiä olisi kokeiltava. Toteuttamiseen päätettiin kuitenkin ryhtyä ja Pariisin observatorioon perustettiin valokuvauksellisen taivaankartan toteuttamista varten pysyvän kansainvälisen komitean toimisto. Komitean puheenjohtajaksi valittiin Mouchez [29].

Donner jätti lopullisen esityksen konsistorille 29. marraskuuta 1887 [30]. Valokuvausteleskoopin oli määrä olla Pariisin kokouksessa sovittua tyyppiä. Sen objektiivin halkaisija olisi 330 mm ja polttoväli 3430 mm, mikä merkitsi että valokuvauslevyllä yksi millimetri vastaisi yhden minuutin kaarta taivaalla. Jotta koneella olisi voitu tehdä myös muita, ennen kaikkea visuaalihavaintoja, ohjausputken tuli olla suurempi kuin Pariisissa oli vähimmäismitaksi suositeltu. Visuaalikaukoputken objektiivin halkaisijaksi Donner valitsi 254 mm ja polttoväliksi 3960 mm. Putki tuli lisäksi varustaa mikrometrillä

Donner esitti objektiivien tilaamista Henryn veljeksiltä, koska hän piti heitä työhön kaikkein pätevimpinä. Putken ja jalustan Donner ehdotti hankittavaksi Repsoldilta, koska tämän valmistajan laatu oli hänen kokemuksensa mukaan parempi kuin englantilaisten ja amerikkalaisten yritysten ja vähintään yhtä hyvä, mutta halvempi kuin ranskalaisen Gautierin.

Donner selosti hankittavaksi ehdottamansa teleskoopin eli kaksoisrefraktorin optisen ja mekaanisen rakenteen ja ominaisuudet yksityiskohtaisesti. Jotta taivaankappaleista voisi ottaa suoraan suurennettuja valokuvia, hän esitti myös suurennuslisälaitteen hankkimista samalla kerralla.

[kuva s. 108]

Gustaf Nyströmin suunnitelma kaksoisrefraktorin torniksi syyskuulta 1887. Alustava esitys oli tehty saman vuoden helmikuussa, ja rakennuksen kokoa oli siitä pienennetty. Tätäkään suunnitelmaa ei sellaisenaan toteutettu. Julkisivuja yksinkertaistettiin ja sovitettiin Engelin päärakennuksen uusklassilliseen tyyliin. (Helsingin yliopisto)

Esitys sisälsi myös tähtitornin, erikoisesti sen kääntyvän kupolin yksityiskohtaiset suunnitelmat. Jotta hankkeen hinta olisi saatu laskemaan, rakennusta oli pienennetty esisuunnitelmasta niin paljon kuin mahdollista.

Lopullinen kustannusarvio oli:
valokuvausobjektiivi 12 000 mk
visuaaliobjektiivi 5 000 mk
putki ja jalusta 29 400 mk
suurennuslaite 2 500 mk
tornirakennus 35 000 mk
yhteensä 83 900 mk

Donner totesi esityksessään tyytyväisenä, että kustannuslaskelma alitti 24 000 markalla alkuaan ehdotetun teleskoopin ja rakennuksen kustannusarvion [31].

Donner esitti samassa kirjelmässä, että konsistori anoisi kanslerilta observatoriorahastosta 10 000 mk ja Yliopiston muista rahastoista 39 000 mk teleskoopin hankkimiseksi ja että saataisiin anoa 35 000 mk rakentamiseen.

Lopuksi Donner antoi koko hankkeen perustelut. Valokuvauskaksoisrefraktorilla saavutettava tarkkuus on hänen mukaansa moninkertainen. Kun valokuvauslevy on merkittävästi ihmissilmää herkempi, saavutetaan monin verroin suurempi taivaankappaleiden määrä kuin samankokoisella visuaalisella refraktorilla. Havainnot eivät ole enää subjektiivisia, ja tulokset, joiden saavuttamisessa ennen kului jopa vuosia, saadaan nyt muutamassa minuutissa levylle, ja niiden muuntaminen numeroiksi käy nopeammin ja milloin tahansa. Mittaukset voidaan tarvittaessa toistaa. Donner kertoo tähtikartta- ja luettelotyöhön osallistuvien observatorioiden kiiruhtavan hankkimaan esitetynkaltaiset refraktorit. Jos Helsingin observatorio olisi niiden joukossa, pääsisi se myös korjaamaan ensimmäisiä hedelmiä.

[kuva s. 109]

Vuonna 1890 käyttöönotettu kaksoisrefraktori tornissaan. (Observatorio/ Hannu Karttunen)

Donner viittasi Astronomische Gesellschaftin järjestämiin vyöhykehavaintoihin, joihin Helsingin observatorio oli ottanut osaa. Ne osoittivat hänen mielestään, että sen kaltaiseen kansainväliseen yritykseen voi niin pieni kuin isokin observatorio menestyksellisesti osallistua.

Donner jatkoi: "Huolimatta siitä, että Helsingin osuus oli kaksinkertainen muiden osuuteen verrattuna, vietiin sen havaintojen julkaiseminen aikaisemmin loppuun; ne ovatkin ainoat, jotka tähän päivään mennessä on täydellisesti julkaistu. Sellainen hanke riippuu enemmänkin siitä, että yksi henkilö omistaa pääosan ajastaan ja mielenkiinnostaan asialle, kuin suuren ja työssä vaihtuvan henkilökunnan olemassaolosta."

Kun ajatellaan Donnerin tästä alkanutta viisikymmenvuotista työtä Helsingin valokuvauksellisen tähtiluettelon laatimiseksi ja tapaa, jolla se tehtiin, edellä lainatut sanat saavat syvemmän merkityksen, kuin Donner itsekään lienee aavistanut.

Esityksen käsittelyssä konsistorissa viitattiin alkuperäisestä refraktoriehdotuksesta pyydettyihin fyysis-matemaattisen osaston, Gyldénin, Kruegerin ja O. Struven lausuntoihin. Nyt päätettiin pyytää lausunto silloiselta koulutoimen ylijohtajalta, todellinen valtioneuvos Lindelöfiltä, joka oli toiminut observatoriossa mm. dosenttina, hoitanut professuuria ja seurannut tähtitieteen edistymistä. Lindelöfin lausunto käsiteltiin 15.3.1888 [32]. Lausunto oli puoltava. Lindelöf esitti lisäesimerkkejä valokuvauksen erinomaisista mahdollisuuksista tähtitieteessä ja korosti suunnitellun kartta- ja luettelohankkeen perustavanlaatuista merkitystä ei vain kiintotähtien avaruusjakautumisen ja tähtimaailman rakenteen tuntemukselle, vaan myös tähtien ominaisliikkeiden määräämiselle, muuttuvien tähtien ja uusien planeettojen löytämiselle ym. Lindelöf totesi, että havainto-olosuhteet eivät täällä ole yhtä suotuisat kuin etelämpänä, mutta taivaan pohjoisimmat osat täytyy joka tapauksessa varata pohjoisille observatorioille. Lindelöf oli tiedustellut Pulkovasta ja saanut tietää, ettei siellä aiota osallistua luettelo- ja karttahankkeeseen. Niinpä hän piti perusteltuna, että siihen Helsingissä ryhdytään, kun Tukholmassakaan ei kai ole aikeita liittyä yritykseen. Lindelöf ilmoitti myös saaneensa Pulkovasta O. Struven ja W. Döllenin kannatuksen Donnerin hankkeelle.

Jouduttiin vielä pohtimaan, mistä rahat saataisiin. Monia muitakin rakennushankkeita oli vireillä, mm. kasvitieteellisen puutarhan palmutalo ja kasvihuoneiden lämminvesijohdot [32].

Asiaa käsiteltiin moneen otteeseen. Viimein 2.5.1888 konsistorissa esitettiin talousjaoston lausunto, jonka mukaan observatoriohankkeen rahoittamiseksi voitaisiin osoittaa 10 000 mk observatoriorahastosta ja 74 000 mk vararahastosta, jonka tärkein tulolähde oli almanakkaerioikeuden vuokraus. Puutarhan hankkeet, jotka oli arvioitu 80 000 markaksi, kustannettaisiin tullimaksurahastosta [33].

[kuva s. 111]

Kaksoisrefraktorin valokuvausputken perään kiinnitettiin levykasetti. Valotuksen aikana kaukoputkea ohjattiin kahden ohjauspyörän ja välitystankojen avulla samalla kun ohjaustähteä seurattiin visuaaliputken okulaarin kautta. okulaaria ja sen lankaristiä saattoi siirtää mikrometriruuvien avulla. (Observatorio)

Observatorioasiasta käydyissä keskusteluissa professori Lang asettui vastustamaan sitä, että rahat otetaan vararahastosta. Hän muistutti, että yliopistolla on monta yhä toteutumatonta hanketta, kuten palmutalo, voimistelu-, laulu- ja piirustuslaitos jne., joiden toteuttamiseen rahastoja tarvitaan. Donnerin hanke sen sijaan oli uusi. Lang esitti, että rahoitusta anottaisiin valtion varoista. Häneen yhtyi professori Hallsten. Edvard Hjelt puolusti Donnerin esitystä ponnekkaasti ja esitti, että varat olisi osoitettava rahastoista. Muut konsistorin jäsenet yhtyivät hänen kantaansa.

Seuraavana päivänä 3.5.1888 Donner kirjoitti Mouchezille Pariisiin, että konsistori oli päättänyt yhtä ääntä paitsi yksimielisesti hyväksyä Donnerin ehdotuksen [34].

Lukuvuoden 1888-1889 avajaisten jälkeen konsistori kokoontui 15.9.1888. Tiedoksi annettiin varakansleri J. Ph. Palménin kirje edellisen heinäkuun 17. päivältä. Siinä varakansleri ilmoitti suostuneensa esitettyyn observatorio- ja refraktorihankkeeseen ja sen rahoittamiseksi tehtyyn anomukseen [35].

Toimitussopimukset solmittiin vuoden 1889 alussa. Vuoden 1890 helmikuussa Donner kävi Pariisissa ottamassa vastaan ja noutamassa objektiivit. Samalla matkalla hän tarkasti Hampurissa valmistuneen putki- ja jalustaosan [36].

Uusi teleskooppi pystytettiin huhtikuussa 1890. Tornin rakenteita oli täydennettävä, ja putki purettiin vielä pois. Asennustyö valmistui lopullisesti elokuussa 1890 [37].

Laajat koekuvaukset ja menetelmien tutkiminen aloitettiin heti. Monet hopeabromidi-gelatiini-emulsion ominaisuudet olivat vielä tutkimatta ja standardisoimatta. Läheskään kaikkia työssä noudatettavia menettelytapoja ei voitu sopia kuin vasta kokemuksen kartuttua [38].

Carte du ciel -ohjelma

Sovittu ohjelma jakautui kahteen osaan [29]. Päätettiin laatia tähtiluettelo ja kartasto. Luetteloon tulisi kaikkien vähintään yhdentoista suuruusluokan tähtien tarkat koordinaatit ja suuruusluokat. Tarvittavat tiedot määrättäisiin luetteloa varten otetuilta valokuvauslevyiltä. Myöhemmin osoittautui, että luettelon rajasuuruusluokaksi tulikin noin kaksitoista.

Karttaa varten otettaisiin toiset levyt, joissa pitäisi erottua lähes 14. suuruusluokan tähdet. Näistä levyistä valmisteiin valokuvauksellisesti kartat.

Helsingin osalle tuli taivaanvyöhyke, joka ulottui deklinaatiosta + 39° deklinaatioon + 47°. Kun yhdellä kuvalla peitettiin noin 2° x 2° ala ja neliönmuotoisen kuva-alan nurkat osuivat viereisten keskipisteisiin, tuli Helsingin vyöhykkeelle kaikkiaan 1008 kuva-aluetta. Kuva-alueet limitettiin, jotta tähti näkyisi vähintään kahdella levyllä tarkistuksen ja vyöhykkeen yli yhtenäisen koordinaatiston luomisen takia.

Valokuvausteleskoopissa käytettiin 16 x 16 cm lasisia valokuvauslevyjä. Kasetin rajoittama kuva-alue oli 13 x 13 cm.

Kun luettelon ja kartan rajasuuruusluokista oli päästy sopimukseen, jouduttiin kokeilemaan, kuinka pitkillä valotusajoilla ne eri olosuhteissa saavutettaisiin. Jouduttiin myös etsimään menetelmät, joilla voitiin valvoa työn edetessä syntyvän materiaalin homogeenisuutta.

[kuva s. 113]

Repsoldin valmistama kaksoisrefraktorin valokuvauslevyjen mittauskone. Tähtien kuvien paikat määrättiin mikroskooppien ja mikrometriruuvien avulla. (Observatorio)

Jokainen luettelolevy valotettiin kolmesti ja kaukoputkea siirrettiin valotusten välillä deklinaatiossa 24 kaarisekuntia. Näin levylle syntyi jokaisesta tähdestä kolme allekkain sijaitsevaa kuvaa. Toisen valotuksen kesto oli puolet ensimmäisestä. Kaksi pisintä valotusaikaa valittiin niin, että heikoimmat mukaan otettavat tähdet tulivat juuri ja juuri lyhyemmällä valotuksella näkyviin. Näin saatiin nopea keino sen tarkistamiseksi, että kysymyksessä on tähti, eikä esimerkiksi pölyhiukkasen aiheuttama jälki. Tarvittiin vielä kolmas, lyhyt valotus kirkkaimpia tähtiä varten, koska ne pitemmillä valotusajoilla aiheuttivat levylle niin laajat mustumat, ettei paikan mittaaminen onnistunut kyllin tarkasti. Helsingissä tavallisimmat valotusajat olivat 6 ja 3 minuuttia sekä 20 sekuntia.

Tähtien paikkojen mittauksen helpottamiseksi levyihin luotiin myös suorakulmainen koordinaattiverkko. Se saatiin aikaan seuraavasti. Ennen taivaan kuvausta levy pantiin kasettiin, jossa sen edessä oli hopeoitu lasilevy. Sen hopeakaivoon oli jakokoneella uurrettu suorakulmainen ruudukko, jossa ruutujen sivu oli 5 mm. Luettelolevyjen kanssa käytetty hopeoitu verkkolevy oli ranskalaisen Gautierin numero 9. Kasetti asetettiin valokuvausrefraktoriin objektiivin eteen Toisen valotuksen kesto oli puolet ensimmäisestä. Kaksi pisintä valotusaikaa valittiin niin, että heikoimmat mukaan otettavat tähdet tulivat juuri ja juuri lyhyemmällä valotuksella näkyviin. Näin saatiin nopea keino sen tarkistamiseksi, että kysymyksessä on tähti, eikä esimerkiksi pölyhiukkasen aiheuttama jälki. Tarvittiin vielä kolmas, lyhyt valotus kirkkaimpia tähtiä varten, koska ne pitemmillä valotusajoilla aiheuttivat levylle niin laajat mustumat, ettei paikan mittaaminen onnistunut kyllin tarkasti. Helsingissä tavallisimmat valotusajat olivat 6 ja 3 minuuttia sekä 20 sekuntia.

Tähtien paikkojen mittauksen helpottamiseksi levyihin luotiin myös suorakulmainen koordinaattiverkko. Se saatiin aikaan seuraavasti. Ennen taivaan kuvausta levy pantiin kasettiin, jossa sen edessä oli hopeoitu lasilevy. Sen hopeakalvoon oli jakokoneella uurrettu suorakulmainen ruudukko, jossa ruutujen sivu oli 5 mm. Luettelolevyjen kanssa käytetty hopeoitu verkkolevy oli ranskalaisen Gautierin numero 9. Kasetti asetettiin valokuvausrefraktoriin objektiivin eteen. Sen polttopisteeseen sijoitettiin lähes pistemäinen valonlähde. Objektiivin antamat yhdensuuntaiset valonlähteet pääsivät hopeapinnan hiuksenohuiden ruutuviivojen läpi emulsioon ja muodostivat siihen ruudukon kuvan. Sen jälkeen levylle kuvattiin haluttu taivaanosa.

Kehityksessä noudatettiin vakioituja olosuhteita, jotta levyaineisto olisi yhtenäistä.

[kuva s. 114]

Helsingin observatorion luettelolevy n:o 871. Kirkas tähti yläreunassa on Joutsenen tähdistön kirkkain tähti Deneb. Kuvan on ottanut Anders Donner 12.9.1892. Levyä on valotettu kolmesti, jotta pölyhiukkasten aiheuttamilta virheiltä vältyttäisiin ja että kirkkaistakin tähdistä saataisiin kyllin pieni, mittaukseen soveltuva kuva. Valotusajat ovat tavanomaiset 6 ja 3 minuuttia sekä 20 sekuntia. (Observatorion levyarkisto)

[kuva s. 115]

Edellisen valokuvauslevyn oikea yläkulma suurennettuna. Deneb on nyt vasemmalla ylhäällä.

Kartastoa varten levy ja. täytyi valottaa pitempään. Helsingissä karttalevyt, joiden keskipisteen deklinaatiot olivat 40°, 42°, 44° tai 46°, kuvattiin yhdellä tunnin mittaisella valotuksella. Parittomien deklinaatioiden levyt kuvattiin valottamalla kolmesti puoli tuntia. Valotusten välillä konetta siirrettiin hiukan niin, että. jokaisen tähden kuvat muodostivat tasasivuisen kolmion kärjet.

Valotuksen aikana kaukoputkea ohjattiin visuaaliputken avulla. Kuva-alueelta valittiin sopivan kirkas ohjaustähti, ja valotuksen aikana kellokoneiston kääntämän teleskoopin liikettä. säädettiin kahden ohjaimen avulla niin, että. ohjaustähti pysyi koko ajan okulaarissa näkyvässä valaistussa lankaristissä.. Koska tähti ei yleensä sijainnut kuva-alan keskellä., lankaristiä. saattoi mikrometriruuvien avulla siirtää kuvakentässä.. Kun kuva-alan keskipisteen ja ohjaustähden koordinaatit tunnettiin, siirrettiin ristiä. koordinaattierotusten verran. Koska levyjen keskipisteiden paikkojen tuli olla tarkasti suunnitelman mukaiset, tarvittiin ohjaustähtien täsmälliset koordinaatit.

Ohjaustähtien valikoinnissa sekä paikkojen laskemisessa Pulkovan observatoriolta saatiin apua. Helsingissä nyt kuvattava vyöhyke sattui Astronomische Gesellschaftin luettelossa Bonnin ja Lundin observatorioiden vyöhykkeisiin. Mainitut observatoriot eivät vielä 1890-luvun alussa olleet ehtineet julkaista kokonaan vyöhykkeitään, vaan tähdet jouduttiin poimimaan niiden aineistoista erikseen ja laskemaan kuvausajankohdan mukaiset, lähinnä prekessiosta johtuvat paikkojen korjaukset [37].

[kuva s. 116]

Luettelolevyn n:o 871 (kuvat edellisellä aukeamalla) mittasi neiti A. Sohlström 29.1.-6.4.1916. Donner oli valinnut levyltä mitattavat tähdet 8.-15.1.1916 ja määrännyt samalla tähtien kirkkaudet. Levyltä mitattiin peräti 974 tähteä. Tulokset julkaistiin luettelon osassa VII, 2, joka ilmestyi viimeisenä osana vuonna 1937. Tässä tapauksessa levyn valokuvaamiselle ja tulosten julkaisemiselle tuli 45 vuoden aikaväli. Sarakkeet vasemmalta: tähden numero levyllä, kirkkaus, x- ja y-koordinaatit levyllä ja niiden virheet, korjattu kirkkaus sekä rektaskensio ja deklinaatio vuoden 1900 alussa. Levyn viivojen väli on 5 mm, joka vastaa 5 kaariminuuttia taivaalla. Deneb on tähti n:o 271 ja sen levykoordinaatit ovat x = -20,2320 mm ja y = + 55,2305 mm.

Kun valokuvauslevy oli kehitetty, Donner itse tarkisti sen. Jos levy oli kelvollinen, hän merkitsi jokaisen mitattavan tähden likimääräisesti ruutupaperiin, joka toimi varsinaisten mittausten ohjeena ja apuna. Sitten Donner tarkasti levyn toistamiseen edeten järjestyksessä ruutujonoja pitkin. Samalla hän antoi mitattaville tähdille järjestysnumerot ja arvioi suuruusluokat. Tämä tarkastus tehtiin Vilhelm Falck-Rasmussenin Helsingissä valmistamalla mittauskoneella.

Varsinainen paikkojen mittaus tapahtui Repsoldin valmistamalla levynmittauskoneella. Mikroskoopissa näkyi kaksoislankaristi, jonka toista ristiä voitiin siirtää mikrometriruuvin avulla toisen suhteen. Tähtien kuvien x-koordinaatit mitattiin järjestyksessä määräämällä kuvan etäisyys lankaristien avulla tähden kummallakin puolella näkyvästä lähimmästä ruudukon viivasta. Kun x-koordinaatit oli mitattu, levy käännettiin 180° verran ja mitattiin vastakkaiseen suuntaan. Sen jälkeen levyä käännettiin 90° ja mitattiin y-koordinaatit ja viimein vastakkaiseen suuntaan. Jokainen mittauskohdistus tehtiin kaksi tai kolme kertaa [38].

Mittausten oikaisemiseksi määrättiin levymittauskoneen mikrometriruuvin korjaukset ja levyihin kuvatun ruudukon systemaattiset virheet ruutu ruudulta. Kaukoputken objektiivin aiheuttaman kuvakentän vääristymisen määräämiseksi kuvattiin Seulasten tähtijoukkoa. Siinä oli koko kuvakentän alueella riittävästi tähtiä, joiden koordinaatit oli meridiaanihavainnoilla tarkasti määrätty. Kun nyt valokuvauslevyltä mitattiin Seulasten tähtien paikat, saatiin vääristymien oikaisemiseksi tarvittavat korjaukset määrätyksi. Donner alkoi keväällä 1892 julkaista säännöllisesti vuosikertomuksia työn edistymisestä Suomen Tiedeseuran Öfversikt-sarjassa, vuodesta 1922 lähtien Commentationes-sarjassa. Viimeinen vuosiraportti päättyy joulukuuhun 1930 [38].

Ensimmäinen talvikausi 1890-1891 ja osa seuraavaa syksyä käytettiin kokeiluihin, menetelmien ja työtapojen kehittämiseen. Donnerin apuna toimi valokuvaustöissä maisteri Georg Dreijer, joka oli tullut observaattoriksi vuonna 1876. Ensimmäinen varsinainen luettelolevy otettiin 8.11.1891. Ensimmäiset levyt korvattiin myöhemmin uusilla, paremmanlaatuisilla. Kuvaustyö pääsi täydellä teholla käyntiin vuoden 1892 lopulta lähtien.

Arkista aherrusta

Kesän valoisat yöt katkaisivat valokuvaustyöt aina toukokuun 10. päivän tienoilla, ja ne aloitettiin tavallisesti elokuun puolivälissä. Havaintokauteen kertyi keskimäärin 60 yötä, jolloin voitiin menestyksellisesti työskennellä. Pilvisyyden lisäksi myös kuutamo haittaa tähtivalokuvausta valaisemalla taivaan taustan. Kun täysikuu paistaa koko yön, ovat sen lähiyöt selkeinäkin käyttökelvottomia.

Aluksi keskityttiin luettelolevyjen kuvaamiseen. Oli suotavaa, että luettelon havaintomateriaali saataisiin mahdollisimman samanaikaisesti. Työ aloitettiin alueista, joiden mahdollinen kuvaamisajankohta oli vuoden aikana ahtaimmin rajoitettu. Kaikki luetteloa varten tarvittavat 1008 levyä saatiin otetuksi kevääseen 1896 mennessä, siis runsaassa kolmessa vuodessa. Monia alueita oli jouduttu kuvaamaan uudelleen ilman huonon läpinäkyvyyden tai muun häiriön vuoksi.

Karttalevyt kuvattiin syksystä 1896 kevääseen 1911 ulottuneena viidentoista vuoden kautena. Kartaston valmistuksessa ei kiirehtimistä pidetty niin tärkeänä. Karttalevyjä kertyi huomattavasti luettelolevyjä hitaammin tietysti jo senkin vuoksi, että niiden valotusajat olivat tunti tai puolitoista, kun luettelolevyjä valotettiin vajaat kymmenen minuuttia.

Muita tähtivalokuvaustöitä

Paitsi tähtiluettelo- ja taivaankarttatyötä varten, kaksoisrefraktorilla otettiin valokuvia muihinkin tarkoituksiin. Oscar Backlund tutki Jupiterin ja sen kuiden järjestelmää. Määrätäkseen kuiden liikkeet mahdollisimman tarkasti hän mittasi niiden paikkoja levyistä, jotka Donner toimitti hänelle vuosina 1891-1896. Levyjä kertyi yli sata, ja monet niistä oli valotettu jopa viidesti. Jotta olisi saatu kuvien mittakaavat täsmällisesti selville, kuvattiin levyille lisäksi Seulasten tähtijoukko, jonka lähellä Jupiter oli kauden alkupuolella. Jakson loppupuolella Jupiter oli jo niin kaukana Seulasista, että niiden asemesta käytettiin Praesepe-joukkoa.

Luettelo- ja karttatyön yksityiskohdista sopimiseksi pidettiin Pariisissa useita kokouksia. Syyskuussa 1889 pidetyssä kongressissa oli monet kysymykset jouduttu lykkäämään. Vasta kun useimmat osallistuvat observatoriot syksyyn 1891 mennessä olivat saaneet koneensa, alkoi välttämättömiä kokemuksia kertyä. Vuoden 1891 huhtikuussa pidettiin Pariisissa 20-päiväinen kokous. Donner osallistui siihen ja keskusteli alustavasti hollantilaisen Jacobus Kapteynin (1851-1922) kanssa valokuvausyhteistyöstä. Kapteyn esitti ajatuksen tähtien parallaksien määräämisestä valokuvauksen avulla. Kapteyn ja Donner kävivät kirjeenvaihtoa, jossa Kapteyn kehitti menetelmän yksityiskohtia ja Donner kertoi tuloksista [39].

[kuva s. 119]

Helsingin observatorio idästä nähtynä 5. toukokuuta 1893. Taustalla näkyy kirurginen klinikka. Ihmiset ovat kokoontuneet "Observatoriokallioille" katselemaan laivaliikenteen alkamista talvikauden jälkeen. Eteläsatamaan saapui murtaja ja kolme suurta laivaa (Päivälehti 6.5.1893). (Valok. A.E. Rosenbröjer /Helsingin kaupunginmuseon kuvakokoelmat)

Kapteynin suunnitelman mukaan tutkittava tähti kuvattiin ensimmäisen kerran levylle kolmasti niin, että kaukoputkea siirrettiin kuvausten välillä deklinaatiossa 18". Tämä ensimmäinen kolmoisvalotus tehtiin aikaan, jolloin tähden ja Auringon välinen kulma Maasta katsottuna oli 90°, eli Maan vuotuisen kiertoliikkeen aiheuttama parallaktinen poikkeama tähden paikassa taivaalla oli suurimmillaan. Levy säilytettiin kehittämättömänä ja valolta tarkoin suojattuna. Puolen vuoden kuluttua, kun tähden parallaktinen poikkeama oli jälleen suurimmillaan, mutta nyt edelliseen verrattuna vastakkaissuuntainen, otettiin kaksi kolmen valotuksen ryhmää ensimmäisen molemmin puolin. Neljäs kuvaus tehtiin jälleen puolen vuoden kuluttua, jolloin poikkeama oli sama kuin alussa.

Kuvat oli sijoitettu niin, että tähden eri maksimeissa otettujen kuvien paikkojen keskiarvot osuivat yhteen, jos tähden parallaksi oli nolla, eli tähti niin kaukana, ettei Maan kiertoliike aiheuttanut sen paikassa havaittavaa muutosta. Mutta jos tähdellä oli erottuva parallaksi, se saatiin tällä menetelmällä varsin tarkasti mitatuksi.

[kuva s. 120]

Ohikulkukoneen ääressä herrat vasemmalta Ragnar Furuhjelm, Rolf Witting, Emil Wessel ja Georg Dreijer. Furuhjelmista ja Wittingistä tuli myöhemmin kansanedustajia ja ministereitä, Wesselistä vakuutusjohtaja. Vasemmalla vuonna 1885 hankittu siirrettävä ohikulkukone. (Valok. 1904, Observatorio)

Vuosina 1891-1906 kuvattiin parallaksilevyjä lähes 500 kertaa. Kapteyn mittasi ne ja määräsi tähtien parallaksit. Ensimmäinen tästä yhteistyöstä syntynyt julkaisu ilmestyi Groningenissa vuonna 1900. Se on nimeltään "The parallax of 248 stars of the region around BD +35°4013 contained on photographs prepared by A. Donner, measured and discussed by J. C. Kapteyn" [40]. Vuonna 1902 valmistui seuraava parallaksitutkimus [41]. Vuosina 1908 ja 1909 ilmestyivät vielä laajat parallaksitutkimukset, joista edellinen antoi 3650 tähden trigonometrisen parallaksin [42] ja jälkimmäinen selvitti Hyadien tähtijoukon jäsenten etäisyyksiä [43]. Hyadien tutkimuksessa sen varsinaiset tekijät Kapteyn ja Willem de Sitter käyttivät myös F. Küstnerin Bonnissa ottamia valokuvauslevyjä.

Kapteynin ehdotuksesta aloitettiin myös ominaisliikekuvaukset vuonna 1895. Kohteina olivat toisaalta Hyadit ja toisaalta alueet, jotka sijaitsivat taivaalla pitkin kahta, toisiaan vastaan kohtisuoraa isoympyrää. Toinen ympyrä yhtyi suurin piirtein Linnunradan tasoon.

Ominaisliikkeiden määräämiseksi levy valotettiin, pakattiin alkuperäispakkaukseensa ja suljettiin vielä peltirasiaan, joka juotettiin tinalla kiinni. Tarkoitus oli estää valoa ja kosteutta turmelemasta kehittämätöntä valokuvauslevyä. Neljän vuoden kuluttua levylle kuvattiin uudelleen sama taivaan alue niin, että tähdet kuvautuivat edellisen valotuksen paikkojen viereen. Suurin osa tähdistä ei ollut ehtinyt havaittavasti siirtyä kuvausten välillä. Niiden muodostamien kuvaparien jäsenten välimatkat olivat kaikki yhtä suuria ja yhdensuuntaisia janoja. Sellaiset tähdet, jotka olivat huomattavasti liikkuneet, näkyivät eri tavoin siirtyneinä, ja niiden liike voitiin mitata kuvasta.

Kokemukset olivat rohkaisevia, ja valotusaikojen väliä pidennettiin neljästä ensin viiteen ja lopulta kahdeksaan vuoteen. Viimeiset ohjelmaan kuuluvat valotukset suoritettiin vuosina 1906-1907. Osoittautui, että levyt säilytysmenetelmistä huolimatta tahtoivat niin pitkänä aikana häiritsevästi mustua, eikä väliaikaa enää voitu pidentää. Vuonna 1908 Kapteyn ja de Sitter julkaisivat näihin valokuviin perustuvien mittausten tuloksena 3300 tähden ominaisliikkeet [44].

Vaikka Helsingin observatorio selostetuissa parallaksi- ja ominaisliiketöissä oli vuosien ajan kiinteässä yhteistyössä Linnunradan rakenteen tutkimuksen Euroopan johtavan observatorion kanssa, ei Helsingissä virinnyt alan itsenäistä harrastusta.

Talvella 1900-1901 pikkuplaneetta Eros oli oppositiossaan hyvin lähellä Maata, vain runsaan kolmanneksen päässä Maan ja auringon välimatkaan verrattuna, eli hiukan lähempänä kuin Mars lähimmillään. Määräämällä Eroksen etäisyys voitiin selvittää tarkasti Maan ja Auringon välimatka, mihin muun muassa Venuksen ohikulkuhavainnoilla on pyritty jo 1760-luvulla.

Pariisissa pidettiin tähtivalokuvauskongressi vuonna 1900 ja sovittiin Eroksen valokuvausohjelmasta. Carte du ciel -ohjelmaan osallistuvat observatoriot maapallon eri puolilla valokuvasivat Erosta tähtien muodostamaa taustaa vasten. Kun eri mantereilta tähdättiin pikkuplaneettaan, se näkyi tähtien suhteen hiukan eri suunnissa. Mittaamalla paikat tarkoin suuresta levymäärästä saatiin Eroksen ja siten Auringonkin etäisyys määrätyksi. Kun Maasta Erokseen syntyvien kolmioiden Maassa olevat kannat tuli saada mahdollisimman pitkiksi, pidettiin esimerkiksi Helsingissä ja Kapkaupungissa samanaikaisesti tehtyjä havaintoja tärkeinä. Koska mainitut kaupungit sijaitsevat lähes samalla pituuspiirillä, kuvattiin molemmista Erosta, kun se oli meridiaanin tienoilla. Jotta olisi saatu aikaan kantoja amerikkalaisten observatorioiden kanssa, kuvattiin pikkuplaneettaa, kun se oli Helsingistä katsottuna lännessä. Kaikkiaan Helsingissä otettiin 79 valokuvauslevyä Eros-planeetasta. Englantilainen Hinks määräsi kootuista havainnoista vuonna 1910 Auringon ja Maan keskietäisyyden. Tulokseksi saatiin 149,4 miljoonaa km [45], mikä on varsin lähellä nykyisin oikeana pidettyä tutkamittauksilla saatua arvoa 149,597870 miljoonaa km.

Kesällä 1896 New Yorkin Columbia-yliopiston Harold Jacoby ja Kapkaupungin Gill ehdottivat Donnerille, että ryhdyttäisiin määräämään kummankin taivaannavan tähtien paikkoja valokuvauksellisesti. Tutkimus käsittelisi varsinaisesti maapallon akselin liikettä, mutta tuottaisi myös tietoa käytettävän valokuvausteleskoopin kuvausominaisuuksista, ennen kaikkea kuvakentän vääristymisestä. Donner toimitti kaksitoista levyä Jacobylle, joka julkaisi tutkimuksen 1899 [46].

Työ johti laajempaan hankkeeseen. Taivaannavan paikan tarkkaa määräämistä varten Jacoby ehdotti kiinteän valokuvausteleskoopin rakentamista. Hankkeen instrumentti- ja työkustannuksia varten yhdysvaltalainen neiti C. Bruce lahjoitti vuonna 1899 2500 dollaria. Konsistori myönsi varat tarvittavaa rakennusta varten. Uusi havaintopaviljonki ja kaukoputki rakennettiin vuosina 1899-1901.

Kysymyksessä oli liikkumaton teleskooppi, joka oli pystytetty kohti taivaan pohjoisnapaa eli maapallon akselin suuntaisesti. Se oli samankokoinen kuin kaksoisrefraktorin valokuvausputki. Napaputkessa käytettiin valokuvausteleskoopin objektiivia, joka kehyksineen siirrettiin putkesta toiseen. Napaputki pystytettiin graniittipylvään varaan. Instrumentin rakensi helsinkiläinen V. Falck-Rasmussenin hienomekaaninen paja, joka valmisti Observatoriolle monia laitteita.

Kaksoisrefraktorin tornin kyljestä pistävässä siivessä sijaitsi valokuvien kehityshuone. Tämän siiven jatkeeksi rakennettiin yksinkertainen havaintopaviljonki, joka suojasi napaputkea säältä. Taitekaton pohjoislappeelle asennettiin luukku, jonka kautta taivaan pohjoisnapaa voitiin kuvata. Kaukoputki valmistui ja otettiin käyttöön maaliskuun lopussa 1901 [48].

Napakuvat otettiin hyvin pitkillä valotuksilla, jotta tähtien vuorokautisen liikkeen synnyttämistä, kaariksi venyneistä tähtien kuvista saataisiin navan paikka tarkasti määrätyksi. Valotusajat saattoivat olla keskitalvella jopa 14,5 tuntia eli koko yöpimeän mittaisia. Jotta levy ei olisi mustunut pitkän valotuksen takia, objektiivin aukkoa pienennettiin kaihtimella. Vuosina 1901-1907 ja 1912-1913 napakuvia toimitettiin Yhdysvaltoihin.

Elokuun 21. päivänä 1914 sattui täydellinen auringonpimennys. Sen havaitsemiseksi järjestettiin Ahvenanmaan Kumlingeen retkikunta. Donner ei rehtorintehtävien vuoksi voinut osallistua matkaan. Sää suosi havaintoja, ja pimennyksen aikana otettiin suoria valokuvia sen kaikista vaiheista ja erityisesti koronasta. Kaksoisrefraktori oli purettu paikaltaan ja siirretty Kumlingeen erikoistehtävää varten.

Observatorioon oli hankittu huhtikuussa 1914 potsdamilaisen Otto Toepfer & Sohn -yrityksen valmistama prismaspektrografi juuri auringonpimennystä varten. Kaksoisrefraktorin valokuvausputkella ja spektrografilla kuvattiin spektrejä koronasta sekä pimennyksen täydellisen vaiheen alussa ja lopussa näkyvä leimahdusspektri, jonka säteily on peräisin Auringon ilmakehän yläosasta, kromosfääristä.

[kuva s. 123]

Gustav Nyströmin suunnitelma napaputken havaintopaviljongiksi vuodelta 1900. (Observatorio)

[kuva s. 124]

Napaputken paviljonki rakennettiin kaksoisrefraktorin siipirakennuksen jatkeeksi. Siivessä oli lämmitettävä huone valokuvien kehittämistä varten. Taustalla näkyy etelässä Suomenlahti ja oikealla Helsingin merikoulu tähtitorneineen. Se rakennettiin 1860-luvulla ja purettiin 1916. (Observatorio).

Helsingin luettelotyö

Donner keskittyi Helsingin vyöhykkeen tähtiluettelon valmistamiseen. Observatorioon perustettiin hanketta varten toimisto. Donner johti työtä, ja lähinnä valokuvauksessa hänen apunaan työskenteli observaattori Dreijer vuoden 1911 huhtikuuhun saakka, jolloin hän siirtyi eläkkeelle. Myöhemmätkin observaattorit toimivat valokuvaus- ja luettelotyössä.

[kuva s. 125]

Kaksoisrefraktorin torni ja napaputkipaviljonki 1900-luvun alussa. (Observatorio)

Vuonna 1908 perustettiin apulaisjohtajan toimi, johon tuli dosentti Ragnar Furuhjelm (1879-1944). Valokuvaustöissä työskenteli lisäksi tavallisesti kaksi assistenttia.

Levyjen mittaus- ja laskutyössä oli yleensä kolme apulaista, vilkkaimpina aikoina jopa neljä. Koko hankkeeseen osallistuneiden luettelo on Helsingin luettelon ensimmäisessä niteessä, jossa esitetään työmenetelmät ja niiden kulku [49].

Yliopisto myönsi vuosittain määrärahan osaan toimiston kuluista ja palkkamenoista, mutta vuosien mittaan Donner kustansi suuren osan työstä omista varoistaan. Vuonna 1939 hänen tarkoitukseen lahjoittamansa summa arvioitiin 2,1 miljoonaksi markaksi [50].

Samalla kun levy levyltä ja tähti tähdeltä mitattiin Helsingin vyöhykettä, mittaustuloksia muunnettiin lopullisiksi koordinaateiksi monivaiheisen menetelmän avulla.

[kuva s. 126]

Observaattori Georg Dreijer tutkimassa kaksoisrefraktorilla otettua valokuvauslevyä Vilhelm Falck-Rasmussenin Helsingissä valmistamalla levyntarkastuslaitteella. Nanny Helin vasemmalla laskutyössä. Valokuva Observatorion itäisessä rotundassa todennäköisesti 1904. (Observatorio)

[kuva s. 127]

Aherrusta luettelotyön parissa Observatorion luentosalissa aivan 1900-luvun alussa. Edessä vasemmalta Wessel ja Furuhjelm. Takana O. Sederholm levynmittauskoneen ääressä, keskellä M. Biese ja oikealla Nanny Helin. (Observatorio).

Levyiltä mitattuja koordinaatteja oli ensiksi korjattava monilla mittausvälineestä johtuvilla korjauksilla. Sellaisia olivat levyyn kuvatun verkon, mikrometriruuvin ja tähtäysmikroskoopin kallistuksesta johtuvat virheet.

Sen jälkeen alkoivat muunnokset jotka olivat tarpeen, jotta mm. valotuksen aikana vallinneesta levyn vähäisestä asentovirheestä, ilmakehän refraktiosta, teleskoopin objektiivin kuvausvirheistä, kuten vääristymästä ja komasta johtuvat, tähden paikasta levyllä riippuvat korjaukset tulisivat tehdyiksi. Ja lopuksi oli siirryttävä levyn tasokoordinaateista taivaan pallokoordinaatteihin, rektaskensioon ja deklinaatioon.

Muunnoksen pääperiaatteena oli, että jokaiselle levylle kuvautui vähintään neljä tähteä, joiden rektaskensio ja deklinaatio tunnettiin meridiaanihavainnoista. Kun naiden tähtien suorakulmaiset koordinaatit oli muiden kuvassa erottuvien tähtien kanssa mitattu levyltä, laskettiin niiden avulla muunnoksissa tarvittavat vakiot. Vakioita käytettiin sitten levyn muiden tähtien suorakulmaisten koordinaattien muuntamiseen rektaskensioiksi ja deklinaatioiksi. Tähtien määrä levyllä vaihteli suuresti, alimmillaan se oli noin 70, korkeimmillaan yli 1000. Suurimmat tähtitiheydet olivat Joutsenen tähtikuvion alueella, jossa Helsingin vyöhyke kulkee Linnunradan runsastähtisen alueen poikki. Pienimmät olivat taas Berenicen hiusten ja Ajokoirien suunnassa, alueella joka on Linnunradan pohjoisnavan lähellä [51]. Myös mittaus- ja muunnosmenetelmiä kehitettiin Helsingissä, ja Donner julkaisi useita niihin liittyviä periaatteita. Helsingin luettelon valmistamisessa käytettävät vakiot hän esitti vuonna 1894 Tiedeseuran Acta-sarjassa [52]. Koko kansainvälisen luettelotyön kannalta periaatteellisesti tärkeä oli Donnerin kehittämä menetelmä, jonka avulla samoista, vierekkäisillä levyillä esiintyvistä tähdistä tehdyt mittaukset yhdistetään niin, että lopulliset koordinaatit saadaan tarkemmin kuin yhdestä levystä mitattuna [53]. Myös taivaankarttahankkeen pysyvän kansainvälisen komitean sarjassa ja valokuvauskonferenssien sarjassa hän julkaisi useita selvityksiä Helsingin työn edistymisestä ja periaatekysymyksistä. Venäjän yhdennessätoista luonnontieteilijä- ja lääkärikokouksessa 1902 Pietarissa Donner esitti menetelmät, joilla hän arvioi luetteloon otettavien tähtien suuruusluokat valokuvauslevyiltä.

Vuonna 1903 ilmestyi ensimmäisenä Helsingin luettelon neljäs osa "Catalogue photographique du ciel. Zone de Helsingfors. Entre + 39° et +47°. Première Série: Coordonnées rectilignes et équatoriales. Tome IV", joka nimensä mukaisesti antoi Helsingin vyöhykkeen tähtien suorakulmaiset, levyltä määrätyt koordinaatit sekä vastaavat koordinaatit taivaanpallolla eli rektaskensiot ja deklinaatiot. Lisaksi annettiin tähtien suuruusluokat. Ensimmäisenä ilmestynyt neljäs osa käsitti rektaskensiovälin 9. tunnista 12. tuntiin. Otsikon ilmaus "ensimmäinen sarja" viittaa alkuperäiseen suunnitelmaan, jonka mukaan ensiksi valmistettaisiin luettelo, jossa tähdet annetaan levy levyltä. Sen jälkeen oli määrä tehdä luettelo, toinen sarja, jossa koko vyöhykkeen tähdet annettaisiin kasvavan rektaskension mukaisessa järjestyksessä. Tätä toista sarjaa varten valmistettiin kortisto, mutta sitä ei ole julkaistu. Helsingin luettelo käsittää 284 663 tähden paikkaa. Kun useimmat tähdet esiintyvät levyillä vähintään kahdesti, on Helsingin vyöhykkeen luettelossa noin 120 000 tähteä. Niiden lopulliset paikat on saatu suurella tarkkuudella, todennäköiset virheet ovat rektaskensiossa pienempiä kuin 0,15 kaarisekuntia ja deklinaatiossa alle 0,1 kaarisekuntia. Suuruusluokkien tarkkuus on noin 0,1 magnitudia [54].

Helsingin luettelon kahdeksan osaa ja päätösosa ilmestyivät kahtenatoista suurikokoisena niteenä niin että varsinaisen luettelon viimeinen osa VII,2 ilmestyi vuonna 1937. Osat I-II ja V-VIII Donner julkaisi yhdessä Furuhjelmin sekä osat VII ja VIII,2 lisäksi yhdessä Gustaf Järnefeltin (s. 1901) kanssa. Kolmen ensimmäisen osan painamisen kustansi Helsingin yliopisto. Seuraavien osien julkaisemiseen Suomen eduskunta myönsi erikseen varat valtion budjetissa [55].

Vaikka työn suoritustapa säilyi muuttumattomana vuodesta 1897 lähtien, Donner julkaisi Helsingin luettelon menetelmiä selostavan osan (tomus 1,1) vasta kahdeksantena, vuonna 1929. Hän halusi sisällyttää mukaan luettelon lopullisessa toimitusvaiheessa mahdollisesti muodostuvat ratkaisut.

Tehtäviä luettelon toimitustyön ohella

Donnerin osaksi tuli monia huomionosoituksia. Hän toimi useissa Pariisissa pidetyissä kansainvälisissä tähtivalokuvauskokouksissa erikoistehtävissä [56]. Donner oli Astronomische Gesellschaftin hallituksen jäsen 1922-1930 ja varapuheenjohtaja 1922-1924.

Vuonna 1905 Donner kieltäytyi yliopiston rehtorin virasta valokuvaustyön aiheuttamiin töihin vedoten. Vuonna 1911 hänet valittiin kuitenkin tehtävään, jossa hän jatkoi kunnes erosi rehtorin ja tähtitieteen professorin virasta 60-vuotiaana 1915. Yliopiston kanssa tekemänsä sopimuksen perusteella hän edelleenkin johti luettelotyötä ja sitä palvelevaa toimistoa.

Donner toimi Yliopiston kanslerin sijaisena vuosina 1917-1919 sekä kanslerina 1921-1926. Suomen Tiedeseuraan Donner valittiin 1889. Hän oli sen puheenjohtaja kahteen otteeseen ja pysyvä sihteeri 1908-1921. Donnerin 75-vuotispäivänä vuonna 1929 Tiedeseura kutsui hänet kunniajäsenekseen. Donner sai valtioneuvoksen arvon vuonna 1913.

Ominaisliiketutkimuksia

Pariisissa pidettiin huhtikuussa 1909 tähtivalokuvaushankkeen kansainvälinen kokous, jossa Donner esitti, että kun vanhimpien luettelolevyjen ottamisesta olisi kohta ehtinyt kulua kaksi vuosikymmentä, voitaisiin samoista alueista samoilla menetelmillä ja välineillä otettuja uusia kuvia vanhoihin vertaamalla löytää tähtiä, joilla on huomattava ominaisliike, ja mitata liikkeet [57]. Ominaisliiketähtien etsimistä ja mittaamista varten hankittiin Observatorioon Zeissin tehtaan valmistama stereokomparaattori, jolla kahta valokuvauslevyä voi vertailla, löytää liikkuneet tähdet nopeasti ja mitata siirtymät.

Helsingissä kuvattiin luettelolevyt uudelleen vuosina 1909-1913. Jotta refraktion, aberraation ja parallaksin vaikutus olisi molemmissa kuvissa sama eikä aiheuttaisi paikkojen erotuksina määrättävissä ominaisliikkeissä virhettä, uudet kuvat otettiin mahdollisimman tarkoin samaan vuoden- ja vuorokaudenaikaan kuin vastaavat vanhat levyt.

Ominaisliikkeitä mittasi ja tutki Ragnar Furuhjelm (1879-1944). Hänet nimitettiin tähtitieteen henkilökohtaiseksi ylimääräiseksi professoriksi 1918. Furuhjelm julkaisi ominaisliikkeitä kolmena luettelona, vuosina 1916, 1926 ja 1947 [58]. Luetteloissa on yhteensä 4121 tähden ominaisliikkeet rektaskensioväliltä 3-12 tuntia. V. Ölander toimitti viimeisen osan valmiiksi Furuhjelmin kuoltua liikenneonnettomuudessa. Furuhjelm oli vuodesta 1917 eduskunnan jäsen, toimi ruotsalaisen eduskuntaryhmän puheenjohtajana 1924-1932 ja 1935-1944 sekä toimi apulaisvaltiovarainministerinä 1932-1933. Mittaus- ja laskutyöt antoivat niin paljon työtä, että valokuvien ottaminen kaksoisrefraktorilla jäi vuosiksi vähäiseksi. Kumlingeen tehdyn auringonpimennysretken jälkeen syksyllä 1914 instrumenttia ei heti pystytetty torniinsa. Asiantilaan vaikutti myös maailmansodan aiheuttama epävarmuus.

Talvella 1921-1922 V. Ölander otti uusia kuvia Berenicen hiusten suunnassa sijaitsevasta tähtijoukosta, jota jo 1891 oli Helsingissä kuvattu. Hän selvitti mittaamiensa ominaisliikkeiden perusteella, mitkä alueella näkyvistä tähdistä ovat tähtijoukon fyysillisiä jäseniä [59].

[vasen puoli s. 130] [oikea puoli s. 130]

1904 Donner täytti 50 vuotta. Tähtivalokuvaustoimiston henkilökunta lahjoitti hänelle valokuva-albumin, jossa kaikki esiintyivät "ryhmäkuvassa". (Observatorio)

[kuva s. 131]

Orionin suuri kaasusumu Messier 42. Kuvan ottivat Furuhjelm ja ylioppilas Alan Franck Observatorion kaksoisrefraktorilla 30.1.1911. Valotusaika kuusi tuntia. Osasuurennus. (Observatorio)

[yläkuva s. 132]

Emil Wessel Observatorion meridiaaniympyrän ääressä 1900-luvun ensimmäisinä vuosina. Oikealla Argelanderin kellonvalmistaja F. Hauthitta Pietarista v. 1836 hankkima kello. (Observatorio)

[alakuva s. 132]

Observatorio kuvattuna pohjoisesta Unioninkadulta 1890-luvun alussa. Kaksoisrefraktorin torni näkyy päärakennuksen itätornin takaa. Kukkula oli vielä jokseenkin paljas. (Valok. Ida von Gericke/Helsingin kaupunginmuseon kuvakokoelmat)

[yläkuva s. 133]

Observatorio etelästä vuoden 1900 tienoilla. Puiston nuoret puut on istutettu. Observatorion itäpuolella seisoo signaalimasto, johon nostetuilla merkeillä annettiin tiedotuksia laivoille. Kuvan vasemmassa alakulmassa näkyy puolittain meridiaanimerkin suojarakennus, joka siirrettiin tähän paikkaan Kaivopuiston rannasta Woldstedtin ja W. Struven toimesta vuonna 1848. (Valok. E.A. Hellman/Helsingin kaupunginmuseon kuvakokoelmat)

[alakuva s. 133]

Anders Donnerin muotokuva. Eero Järnefeltin maalaus vuodelta 1926. (Helsingin yliopisto)

Helsingin valokuvauksellisen tähtiluettelon merkityksestä

Donnerin johdolla valmistettu laaja tähtiluettelo on esimerkillisen tarkka ja huolella laadittu. Sen aikaansaaminen osoittaa poikkeuksellista määrätietoisuutta, sitkeyttä ja järjestelytaitoa. Helsingin observatorio oli ensimmäinen ja pitkään ainoa, joka valmisti luettelonsa täydellisenä. Monet tyytyivät julkaisemaan vain valokuvauslevyiltä mitatut suorakulmaiset koordinaatit.

[kuva s. 134]

Helsingin vyöhykkeen karttalevy n:o 788 Lyyran tähtikuvion suunnasta. Levyn keskipisteen rektaskensio on 18"40" ja deklinaatio 46°, valotusaika yksi tunti. Kuvannut Emil Wessel 21.11.1902. Kehystetty alue on suurennettuna seuraavassa yläkuvassa. (Observatorio)

[yläkuva s. 135]

Yläkuvassa edellisessä kuvassa kehystetty alue suurennettuna. Viivojen väli alkuperäisellä levyllä on 5 mm, joka vastaa 5 kaariminuuttia taivaalla.

[alakuva s. 135]

Alemmassa kuvassa sama alue samalla välineistöllä V. Ölanderin 7.11.1948 kuvaamana eli 46 vuotta myöhemmin. Muutamat tähdet ovat siirtyneet kuvausten välillä, niillä on suuri ominaisliike. Oikeasta alakulmasta on nuolella osoitettu 9. suuruusluokan tähti BD +45°2765, joka on kuvien välillä liikkunut noin 12 kaarisekuntia. Muutamia tähti ei näy toisessa lainkaan, tai niiden kirkkaus on erilainen. Ne saattavat olla muuttujia. (Observatorio)

Koko luettelo- ja kartoitustyö osoittautui laajemmaksi kuin oli osattu aavistaa. Aineiston eli valokuvien aikaansaaminen kävi kyllä odottamattoman nopeasti. Helsinginkin epäsuotuisissa olosuhteissa siitä selviydyttiin runsaassa kolmessa vuodessa. Mittaus- ja laskutyö sekä painatustyö vei käytettävissä olleilla keinoilla neljä ja puoli vuosikymmentä. Alkuperäiseen suunnitelmaan kuulunut kartasto jäi julkaisematta Helsingissä.

Kuten kaksoisrefraktorin hankkimisen perusteluissa oli todettu, suuren tähtiluettelon laatiminen tuottaisi aineistoa koko tähtijärjestelmän rakenteen ja liiketilan tutkimukselle. Näiden kysymysten selvittämiseksi on työskennelty 20. vuosisadan aikana paljon, ja tuloksena on muodostunut pääpiirteiltään edelleen vallitseva käsitys Linnunradan rakenteesta, tähtien liikkeistä siinä ja Auringon asemasta Linnunradassamme. Ongelmien selvittämiseen ovat merkittävän lisänsä tuoneet 1950-luvulta lähtien tähtienvälisen kaasun radioastronomiset tutkimukset.

[kuva s. 136]

Ragnar Furuhjelmin muotokuva. Markus Collinin maalaus vuodelta 1934. (Nylands Nation).

[kuva s. 137]

Victor Ölander etsimässä ja mittaamassa ominaisliiketähtiä kahdesta eri aikana otetusta valokuvauslevystä Observatorion stereokomparaattorilla. Seinällä Gerda Qvistin reliefi Anders Donnerista.

Tähtien avaruusjakautumaa koskevat tutkimukset ovat kuitenkin pohjautuneet toisenlaiseen materiaaliin. Valokuvauksellinen tähtiluettelo ei laajuudestaan huolimatta sisältänyt riittävästi tähtiä. Linnunradan rakenteen tutkimuksen kannalta 11. tai 12. suuruusluokka on aivan liian kirkas. Mukaan on saatava heikompia ja kaukaisempia tähtiä. Jo 1906 Kapteyn esitti suunnitelmansa vain 1,25 x 1,25 asteen kokoisista valituista alueista (Plan of Selected Areas), joissa tutkimukset tulisi ulottaa vähintään 15. suuruusluokan tähtiin, pienemmissä sovituissa alueissa jopa 18. suuruusluokkaan saakka. Alueet oli jaettu tasaisesti yli taivaan [60].

Linnunradan rakenteen tutkimus on toisaalta luonteeltaan tilastollista. Siinä ei tarvita yksittäisten tähtien paikkoja lähimainkaan niin suurella tarkkuudella kuin valokuvauksellisessa luettelossa oli annettu. Tähtien kirkkauksien mittaukseen jouduttiin myös kehittämään keinoja, jotka olivat paitsi valokuvauksellisissa luetteloissa käytettyä arviointimenetelmää tarkempia, ottivat huomioon myös tähtien erilaiset värit eli niiden spektriluokat.

Ominaisliikkeiden määräyksessä ja siten tähtien etäisyyksien mittauksessa ja Linnunradan liiketilan selvittämisessä valokuvaustyöllä olisi ollut suuret mahdollisuudet. Ne jäivät paljolti kuitenkin käyttämättä. Helsingin vyöhyke käsittää vain osan taivasta eikä sellaisenaan tarjoa paljonkaan mahdollisuuksia koko Linnunrataa tai esimerkiksi Auringon liikettä koskeviin tutkimuksiin.

Kun muut hankkeeseen alunperin lähteneet observatoriot eivät toimittaneet ajoissa omia osuuksiaan valmiiksi, yhtenäiseen järjestelmään muunnettua, koko taivaan käsittävää aineistoa ei voitu koota ja muodostaa. Helsingin tai muiden vyöhykkeiden ominaisliikkeet olisi pitänyt siirtää yhteiseen absoluuttijärjestelmään, jotta niitä olisi voinut tehokkaasti käyttää. Esimerkiksi Jan Oort (s. 1900) käytti vuonna 1927 Linnunradan differentiaalipyörimistä selvittäessään yhden amerikkalaisen observatorion yli taivaan ulottamia ominaisliiketutkimuksia [61].

Helsingin vanhaa levymateriaalia ja uudelleen kuvattuja levyjä on käytetty kyllä Linnunradan rakenteen tutkimuksen kannalta keskeisten kefeidityyppisten muuttujien ominaisliikkeiden ja edelleen tilastollisten etäisyyksien määräykseen [62]. Suurten Schmidt-kameroiden avulla tehty taivaankartoitus, joka ulottuu 20. suuruusluokkaan saakka, jopa heikompiinkin tähtiin, ja automaattiset levyjenmittauslaitteet ovat tuottaneet ja tuottavat runsaasti ominaisliikeaineistoa.

Tähtitieteen vaiheita Helsingin yliopistossa - Observatorio 150 vuotta
Helsingin yliopisto, Observatorio 1984 - Elektroninen versio 2001