EL GRAN TELESCOPI DE HERSCHEL

Enrique Herrero Casas

Eloi Vilamajó Llobera

Assignatura d’Història de la Física

Curs 08/09. Semestre de tardor.

3

Prefaci

Parlar de William Herschel és anomenar un dels personatges més rellevants en la història de l’astronomia posterior a la revolució científica. Nascut en el segle de la mort de Newton, va poder-se recolzar en els seus coneixements en mecànica celest per comprendre el moviment dels astres, com també en òptica per tal de perfeccionar els instruments d’observació. Només amb els telescopis que ell construïa podria esbrinar com havia estat “la construcció dels cels”.

Després d’una intensa carrera com a músic a l’Anglaterra de mitjans del segle XVIII, el seu interès creixent per l’astronomia el va acabar conduint al descobriment del planeta Urà, i més tard a la construcció del que va ser durant gairebé seixanta anys el telescopi més gran del món. Aquests són potser els dos fets de la vida de Herschel que van donar una gran popularitat i reconeixement a la tasca de l’astrònom.

En les primeres pàgines d’aquest treball ens endinsarem a la vida de William Herschel i els seus germans per tal d’esbrinar quines idees el van conduir a dissenyar el gran projecte de la seva vida, el telescopi de 40 peus, i com va aconseguir fer-lo realitat. Tot això, a més, emmarcant el projecte dins la història dels aparells d’observació, tant els construïts pel propi William Herschel com els anteriors a ell.

La recerca dins els escrits originals de Herschel, la major part d’ells publicats a la revista Philosophical Transactions of the Royal Society of London, ens permetrà conèixer en detall quines van ser les complicacions i les enginyoses solucions que va aplicar l’astrònom durant el procés de construcció del colossal aparell. Indagarem especialment, per semblar-nos de gran interès, en quin va ser l’impacte posterior a la posta en marxa del gran telescopi, per molts astrònoms de l’època, inesperat i decebedor. Finalitzarem amb un apunt personal sobre el paper del gran telescopi de 40 peus vist des de la nostra perspectiva actual.

E. H.; E. V.

27 de desembre de 2008

4

ÍNDEX

Capítol 1. William Herschel 5

Capítol 2. Descobriments i aportacions científiques de Herschel 14

Capítol 3. Breu història prèvia del telescopi 21

Capítol 4. Els telescopis de Herschel 25

La construcció de telescopis 25

El negoci de Herschel 26

Instruments propis 29

El “focus Herschel” 29

La potència dels telescopis 30

Capítol 5. El gran telescopi de 40 peus 34

Primeres idees 34

Finançament del projecte 35

La construcció del gran telescopi 40

Els miralls 40

L’estructura, el tub i els accessoris 44

Característiques del telescopi 53

Mecànica i utilització 53

Òptica 55

Capítol 6. Primer impacte del gran telescopi 58

Expectatives, èxits i fracassos 58

Observacions i manteniment del telescopi 61

El 40-peus després de William 66

Epíleg 70

Referències 73

5

Capítol 1: WILLIAM HERSCHEL1

Friedrich Wilhelm Herschel, posteriorment conegut com William després del seu trasllat a Anglaterra, va néixer a Hannover (Alemanya) el 15 de novembre de 1738, essent el quart fill de la família d’Isaac i Anna Ilse Herschel. Van tenir deu fills, dels quals quatre van morir molt joves. Els altres cinc, a part de Friedrich Wilhelm, són Sophia Elisabeth, nascuda el 12 d’abril de 1733; Heinrich Anton Jacob, nascut el 20 de novembre de 1734; Johann Alexander, el 13 de novembre de 1745; Caroline Lucretia2, el 16 de març de 1750 i Johann Dietrich, el 13 de setembre de 1755.

El pare, Isaac, els va transmetre el seu interès per l’astronomia i els va mostrar per primer cop el cel en diverses observacions. A més, Isaac era ben conegut per la seva dedicació a la música, essent oboista a l’orquestra militar Foot-Guards de Hannover. Isaac s’havia proposat donar a tots els seus fills una educació centrada en la música, fent que cada fill aprengués un instrument diferent. El fill gran, Jacob, va unir-se també a la banda amb el seu pare. Ja des de ben petit, Wilhelm va començar a tocar un petit violí que havia estat fet especialment per ell, i als 4 anys ja era capaç de tocar algunes peces conegudes. L’any 1753, en acabar l’escola, va convertir-se en oboista professional i es va unir a la banda amb el seu pare i el seu germà. Tres anys més tard la banda viatja a Kent, Anglaterra, fet que va permetre a Wilhelm i Jacob aprendre anglès i establir contactes amb diverses famílies interessades per la música. Això els seria de gran utilitat uns anys més tard.

Centrant-nos en l’atmosfera política de l’època, és important remarcar que onze anys abans del naixement de Wilhelm, el rei George II d’Anglaterra havia estat nomenat Elector de Hannover després de la mort del seu pare George I. La tensió en les relacions internacionals havia anat augmentant i va acabar conduint a la Guerra dels Set Anys. Això va fer que el 1757, quan els Foot-Guards es trobaven a Anglaterra, els Herschel haguessin de tornar a Alemanya en ser cridats per l’exèrcit. Es van veure involucrats en foc directe a la batalla de Hastenbeck el 26 de juliol, i després d’uns dies en unes condicions molt dures, Isaac va decidir enviar els dos fills novament a Anglaterra. Isaac va haver d’aconseguir un permís especial de la banda, signat pel coronel, per tal que Wilhelm i Jakob poguessin marxar.

Wilhelm va arribar a Anglaterra pràcticament sense diners, i es va haver de buscar la vida juntament amb el seu germà tocant amb algunes orquestres. L’estiu de 1758 van visitar alguns dels amics que havien conegut a Kent. Jakob va tornar a Hannover, havent-se assegurat una plaça a la Court Orquestra., i Wilhelm va quedar-se a Yorkshire, amb un lloc a l’orquestra Earl of Darlington. Es coneixen pocs detalls sobre els següents cinc anys de la vida de Wilhelm. L'any 1762 es va traslladar a Leeds, on va viure durant quatre anys, abans de marxar a Halifax per uns mesos. El 1764 va fer una visita a la seva família a Hannover; aquesta seria l'última ocasió on Wilhelm veié el seu pare. Es coneix que Wilhelm tenia una excepcional capacitat per tocar instruments ben diferents, fins i tot al mateix temps. Durant un viatge a Itàlia al 1765 "per millorar en la professió de músic", per 1 Per aquest capítol ens han estat especialment útils les referències ARMITAGE, 1962; DREYER, 2003; HOSKIN, 2008; MILLMAN, 1980. 2 Veure requadre, pàgina 6.

6

tal de recaptar diners i poder tornar a casa, va haver de fer un concert on tocava l'arpa i dues trompes simultàniament. Al 1766, un cop a Halifax, va ser elegit com a organista a l'església, després d'una demostració magistral amb el nou orgue que hi havien instal·lat. Les primeres observacions astronòmiques enregistrades de Wilhelm daten de febrer de 1766 des de Halifax. En la seva llibreta d'anotacions es llegeix "Feb. 19. Wheatly.

Observation of Venus" i "Feb. 24. Eclipse of the Moon at 7 a.m. Kirby". Tot i la seva nova plaça d'orga-nista, Wilhelm no s'hi va estar gaire temps, i l'1 de de-sembre de 1766, després de que li oferissin la plaça d'organista a l'Octa-gon Chapel, va mar-xar cap a Bath, tot i les insistències de l'església de Halifax, que li assegurava un augment de sou si es quedava. Bath, po-blació amb gran ac-tivitat musical en aquella època, seria la residència de Wilhelm durant els següents 15 anys. L'església Octagon existeix encara avui dia, i es fa servir com a museu de la Royal Photographic Society.

William Hers-chel, tal i com va passar a ésser co-negut a Anglaterra després d'adquirir certa fama, va viure en una casa llogada a Beaufort Square juntament amb uns amics de Leeds. Va realitzar un gran nombre d'actuacions a l'Octagon Chapel durant 1767. A més, el seu germà Jakob arriba a Bath al mes de juny i s'afegeix a l'orquestra. Un altre germà, Alexander, 7 anys més jove que William, també es trasllada a Bath al 1770.

Caroline Lucretia Herschel (1750 – 1848) Nascuda el 15 de març de 1750 a Hannover, va ser la cinquena dels sis germans Herschel. De petita, tot i les habilitats musicals que mostrava, només va rebre l’educació suficient per poder cuidar la casa i servir la família. Als 22 anys va marxar a Anglaterra amb els seus germans William i Alexander i va començar a estudiar cant. Va tenir un gran èxit com a soprano en diversos concerts dirigits pel seu germà William. Caroline va passar a ser l’ajudant de William quan aquest va centrar la seva dedicació en l’astronomia. De nit l’assistia realitzant les anotacions que el seu germà li dictava des del telescopi, i de dia es dedicava a realitzar els càlculs i organitzar els llistats d’objectes celests que després apareixerien als articles. Caroline, probablement degut a l’orientació de la seva educació, passava moltes hores dedicades a cuidar la casa on vivia amb els seus germans, i va contribuir també a la construcció dels instruments òptics que va donar tant renom als Herschel, en particular el gran telescopi de 40 peus situat a l’Observatory House de Slough. Quan tenia 32 anys, William li va regalar un petit telescopi reflector, anomenat “comet sweeper”, que feia servir quan el seu germà no hi era. Amb aquest instrument va completar algunes observacions del seu germà i va descobrir diversos cometes. L’any 1788 Caroline es va haver d’independitzar després que el seu germà es casés. Tot i així, va continuar ajudant-lo cada nit i va realitzar independentment un gran nombre d’observacions, descobriments de cometes i nebuloses, i va catalogar un gran nombre de les estrelles dobles i nebuloses observades per William. Després de la mort del seu germà, Caroline va retornar a Hannover i va completar el catàleg de 2500 nebuloses de William. El 8 de febrer de 1828 va rebre la medalla d’or de la Royal Astronomical Society i va ser la primera dona en ser nomenada membre honorari de la societat per la Royal Society, elegida membre a la Irish Academy, i premiada amb la medalla d’or del rei de Prússia. Caroline va morir el 9 de gener de 1848 als 97 anys d’edat. Només al final de la seva vida es va arribar a reconèixer el mèrit del seu treball, essent sens dubte una de les dones que més ha contribuït a l’astronomia de tots els temps.

7

Un canvi significatiu en la vida dels Herschel es va produir com a resultat d'un viatge de William a Hannover l'any 1772. Després de la mort d'Isaac Herschel al 1767, el pare de família havia passat a ser un veí, Jacob. Aquest opinava que les noies havien de cuidar la

casa, sense rebre cap mena d'educació escolar. D'aquesta manera la germana petita de William, Caroline Lucretia, va patir les conseqüències del caràcter de Jacob i sovint era obligada a servir a la casa. William se'n va adonar només arribar, i va decidir emportar-se la seva germana amb ell a Bath. Va haver de pagar una suma de diners a la seva mare per compensar-li la pèrdua d'ajuda a la casa. En arribar a Bath, Caroline es va instal·lar amb William i Alexander al nº 7 del carrer New King St., i va aprendre anglès ràpidament amb l'ajut del seu germà Alexander. En poques setmanes Caroline ja s'encarregava de bona part dels assumptes domèstics a la casa dels Herschel, i a més rebia cursos intensius de formació musical, preparant-se com a cantant solista per tal de poder participar en els oratoris dirigits per William.

L'any 1773 marca un gran

creixement de l'interès de William Herschel per l'astronomia. Va començar

llegint alguns llibres de matemàtiques, com ara Harmonics (R.Smith3) per tal de progressar amb la seva harmonia, i d'aquí va anar passant poc a poc a l'astronomia, llegint també Opticks, del mateix autor. Cada cop es dedicava menys a la música i més a l'aprenentatge de l'astronomia, i aquell mateix any va comprar-se alguns instruments per tal de començar a construir-se els seus propis telescopis (el preu d'un telescopi complert era lluny de les possibilitats de la família). Va comprar a un veí de Bath material per tallar i polir els discs de metall que compondrien els miralls dels telescopis. En aquesta tasca el van ajudar molt els coneixements en mecànica del seu germà Alexander. Poc temps després Caroline ja es lamentava perquè totes les habitacions de la casa s'havien convertit en tallers de construcció de les diverses parts dels telescopis. A la sala de dibuix, ara plena de

3 Robert Smith (1689 - 1768), matemàtic anglès i teòric de la música. Les seves obres conegudes són A Compleat System of Opticks (1738) i Harmonics, or the Philisophy of Musical Sounds (1749). Per més informació veure "Robert Smith, author of 'A Compleat System of Opticks', 1738." Peter Abrahams, ed. The history of the telescope & the binocular (2005).

Figura 1.1: William Herschel en un retrat de 1794.

Figura 1.2: Caroline Herschel.

8

material d'ebenisteria, si construïen amb fusta els tubs pels telescopis; en un dormitori, Alexander tallava i llimava les lents per confeccionar els oculars. Mentrestant, William sovint encara componia algunes peces musicals i preparava els seus concerts. De vegades ni tan sols s'aturaven per dinar si es trobaven enmig de la tasca de polir un mirall.

Costa imaginar com devia ser la vida de

William durant aquells anys, donant fins a 40 classes de música per setmana, dirigint diversos concerts, composant música, construint telescopis i per suposat, realitzant nombroses observacions nocturnes. Pel que fa a Caroline, la seva carrera musical va ser

ben curta, ja que aquesta va començar a participar en les observacions astronòmiques, prenent les notes que li dictava el seu germà mentre mirava a través del telescopi.

És ben conegut que Herschel es va fabricar els seus propis telescopis, però a més

William va fabricar un grandíssim nombre de telescopis que van ésser venuts per tota Europa. Moltes de les famílies reials i de la noblesa apareixen entre els seus clients. Referint-se a miralls fabricats amb metall, escriu: "at Bath, in my leisure hours, by way of amusement, I made not less than 200, 7-feet;

150, 10-feet; and about 80, 20-feet mirrors4, not

to mention those of Gregorian form5.

L'any 1774 William i la seva germana es

van traslladar a Walcott Turnpike, als afores de Bath. En aquesta casa disposaven d'una terrassa que utilitzaven com a plataforma d'observació. Al 1777 van tornar a canviar de lloc de residència, ara al nº 19 de New King St. La dedicació dels Herschel a l'astronomia ja era ben coneguda, i molts dels residents i visitants a Bath acudien a mirar pels seus telescopis. Un vespre l'astrònom reial i director de l’observatori de Greenwich, N. Maskelyne6, li va fer una visita, iniciant així una llarga amistat. Durant una nit d'observació, una casualitat va

4 William, com veurem més endavant en aquest treball, anomenava i classificava els seus miralls segons la distància focal. Una distància d’un peu equival a 30,48 centímetres. És a dir que, per exemple, quan es refereix a un mirall de 20 peus de focal, es tracta de 6,1 metres. 5 HERSCHEL, 1795; p 347. També a DREYER, 2003; p 485. 6 Nevil Maskelyne (1732 - 1811), matemàtic i cinquè astronom reial entre 1765 i 1811. Va fer algunes contribucions a la mesura de paral·laxis estel·lars, així com al càlcul de longituds i latituds terrestres.

Figura 1.4: Rèplica del telescopi de 7 peus amb el qual Herschel va descobrir Urà, a la casa de New King St, Bath.

Figura 1.3: Alguns dels instruments musicals i astronòmics de William Herschel es conserven a la casa del nº 19 de New King St, Bath, actual Museu Herschel.

9

fer que rebés una visita de qui es va presentar com Dr. William Watson7, membre de la Royal Society. Entre 1779 i 1781 William havia mesurat l'alçada d'un centenar de muntanyes a la Lluna, enregistrant els seus resultats en un article. El Dr. Watson el va presentar a la Royal Society, i aquesta va esdevenir la primera publicació de Herschel a la revista Philosophical Transactions.

Durant el vespre del dia 13 de març de 1781

William es trobava al jardí de casa seva, al nº 19, treballant en l'extensió del seu catàleg d'estrelles dobles amb el seu telescopi de 7 peus, quan va topar amb un objecte brillant i circular a prop de l'estrella H Geminorum. La seva experiència com a observador li va deixar clar que no es tractava d'una estrella com les altres. Al principi William va pensar que seria un cometa. Les observacions durant les nits següents van mostrar que l'objecte es movia lentament. Ràpidament ho va comunicar a Maskelyne i a Hornsby, director de l'observatori d’Òxford. Després de més observacions i alguns càlculs, Lexell a St. Petersburg i Laplace a França van trobar que l'òrbita era aproximadament el doble de gran que la de Saturn. Herschel havia trobat un nou planeta.

Al novembre de 1781 William va ser convidat a Londres per la Royal Society i va

rebre la Copley Medal per part de Sir Joseph Banks, que n'era el president. El dia 7 de desembre Herschel esdevingué membre de la societat. El telescopi de 7 peus de Herschel va ser portat a l'observatori de Greenwich i provat per l'astrònom reial, Maskelyne. Aquest va declarar que el telescopi de Herschel era superior en qualitat a qualsevol que hagués examinat anteriorment.

Al juliol de 1782 William Herschel

va acudir a una cita amb el rei George III. William va mostrar a la família reial alguns objectes celests, entre ells els planetes Júpiter i Saturn. Com a resultat, li va ser ofert un salari de 200 lliures anuals per la plaça d'astrònom de la cort, amb la condició de que es traslladés a prop de Windsor i que mostrés ocasionalment els esde-veniments astronòmics interessants a la família reial. La seva germana Caroline rebria un salari de 50 lliures com a

ajudant. William va anomenar el nou planeta "Georgium sidus" en honor al rei. Més tard va ser proposat el nom d'Urà, que va passar a ser utilitzat per la majoria dels astrònoms, tot i que Herschel s'hi va referir com Georgium sidus durant tota la seva vida. 7 William Watson (1715 - 1787), científic anglès nascut a Londres, va fer algunes aportacions a la botànica. Va esdevenir membre de la Royal Society al 1741 i vicepresident al 1772.

Figura 1.5: El pati de la casa de New King St., a Bath, des d’on Herschel va descobrir Urà al 1781.

Figura 1.6: La casa de Clay Hall on William i Caroline va viure molt breument al 1785.

10

William va tocar l'orgue

per últim cop a Bath el 19 de maig de 1782. El 2 d'agost van realitzar el trasllat de tots els instruments fins la seva nova casa a Datchet, sense perdre ni una sola nit d'observació. L'elaboració dels seus catàlegs celests va continuar durant uns anys des de diverses residències en pobles propers a Windsor. Al 1784 va presentar el seu segon catàleg de 434 estrelles dobles a la Royal Society. Després del descobriment d'Urà, Herschel tenia molta més popularitat i la qualitat òptica dels seus telescopis era ben coneguda en els països estrangers, des d'on rebia un gran nombre de comandes. Això li proporcionava una font d'ingressos que aviat va ser superior a les 200 lliures anuals que guanyava com a astrònom, i el va ajudar a finançar els seus treballs experimentals i els seus continus viatges a Londres.

Finalment, a finals de

març de 1786 els Herschel es van instal·lar en una casa molt més còmoda a la carretera de Windsor, concretament a Slough. Aquesta última casa dels Herschel va esdevenir coneguda com Observatory House8, i va ser possessió de la família Herschel fins poc abans de ser demolida al 1963 per passar a convertir-se en un edifici d'oficines, tot i els esforços per evitar-ho per part d'algunes societats locals.

En el moment d'instal·lar-se a Slough, l'instrument d'observació principal de William

era un telescopi de 20 peus amb un mirall d'unes 19 polzades de diàmetre. Amb aquest va descobrir les dues llunes més brillants d'Urà, Titania i Oberon, al gener de 1787. Dos anys

8 Veure el requadre en aquesta mateixa pàgina.

Observatory House, Slough Situada a la carretera de Windsor, als afores de Slough, va ser al jardí d’aquesta històrica casa on es va construir i utilitzar el gran telescopi de 40 peus. William i Caroline Herschel s’hi van traslladar el 3 d’abril de 1786. Havien hagut de deixar Bath quan William va esdevenir astrònom de la cort, per tal d’estar més a prop de la família reial. Inicialment s’havien instal·lat a Datchet, però degut a les males condicions (humitat i altres deficiències) que van trobar a la seva casa, van decidir moure’s a Slough i comprar la casa que poc més tard passaria a ser coneguda com Observatory House. Aquesta casa, àmplia i amb un gran jardí, va ser on els Herschel van construir un major nombre d’instruments astronòmics: 69 telescopis complets i uns 400 miralls; i on William va fer els seus descobriments científics més importants, després del d’Urà. Entre les seves portes, Herschel els va plasmar en més de 50 articles que es publicarien a Philosophical Transactions of the Royal Society. També a Observatory House, Caroline va completar una enorme tasca: recopilar i classificar els objectes que constituirien els catàlegs d’estrelles dobles i de nebuloses. En un petit magatzem al costat de la casa, conegut llavors pels Herschel com “L’Observatori”, William hi va instal·lar el petit “comet sweeper” que utilitzava Caroline en algunes de les seves observacions. Des d’aquí va descobrir set cometes. A l’ampli jardí d’Observatory House és un Herschel tenia instal·lat el seu telescopi de 20 peus va realitzar el major nombre d’observacions i descobriments astronòmics de la seva vida. L’any 1779 hi completaria la construcció de l’enorme telescopi de 40 peus, que hi va estar instal·lat fins a ser desmuntat pel seu fill John al 1839. William Herschel va passar els últims 36 anys de la seva vida a Observatory House. El seu fill en passaria a ser el propietari després de la seva mort. La tradició científica a Observatory House va continuar per part de la família Herschel fins a principis de segle XX. Lamentablement, i tot i els esforços de diverses agrupacions locals per que fos convertida en museu, va ésser demolida l’any 1963 per construir-hi un edifici d’oficines. Un petit monument assenyala actualment el lloc on hi havia instal·lat el telescopi de 40 peus.

11

més tard va trobar la sisena i la setena llunes de Saturn, Enceladus i Mimas. També amb aquest telescopi va observar els 2500 objectes nebulosos que va descriure i catalogar cuidadosament amb l'ajut de la seva germana. William buscava nebuloses realitzant "escombrats" ordenats del cel, mentre Caroline anotava les dades i descripcions que li dictava el seu germà. Caroline és qui posteriorment realitzava la feina d'ordenar aquells llistats de nebuloses per tal de poder ésser publicats. D'una manera diferent, un altre germà, Dietrich, també havia contribuït al mèrit del treball de William. Dietrich havia estat dos anys (1777 - 1779) vivint amb els seus germans a Bath abans de tornar cap a Hannover. Era un gran aficionat a l'entomologia, i va introduir a William en la classificació d'insectes i els mètodes de la història natural. Són precisament aquestes tècniques les que van ajudar a Herschel a classificar els centenars d'estrelles dobles i milers de nebuloses que van constituir els seus catàlegs. D'aquesta manera va introduir en l'astronomia la metodologia de la història natural.

A banda de les observacions, el principal projecte que va ocupar el temps de William

durant els seus primers anys a Slough va ser el disseny i construcció del gran telescopi de 40 peus, amb un mirall de 49,5 polzades de diàmetre. Aquest telescopi, el més gran del món durant gairebé 60 anys, constituiria una de les meravelles tècniques més emblemàtiques del segle XVIII, i va esdevenir un símbol de la família Herschel. Aquest

treball se centrarà àmplia-ment en els detalls de la història del telescopi de Herschel de 40 peus. Des-prés d'aconseguir un finan-çament per part del rei George III per a la cons-trucció del telescopi, i de tres anys de feina, el telescopi va ser enllestit definitivament i utilitzat per primer cop en una ob-servació el 28 d'agost de 1789, confirmant l'existència del sisè satèl·lit de Saturn, Enceladus, i unes setmanes més tard (el 17 de setembre) del setè, Mimas. El gran telescopi de Herschel, però,

Figura 1.8: Vista del jardí d’Observatory House. En el cercle que es pot veure entre els dos arbres és on hi havia situat el gran telescopi de 40 peus.

Figura 1.7: Vista d’Observatory House des de la carretera de Windsor. Els Herschel hi van residir a partir de 1786. La fotografia és de 1867.

12

no va esdevenir l'instrument favorit de William, i era utilitzat només de tant en tant per confirmar algun descobriment o bé la presència d'algun objecte nebulós. El mirall de 40 peus s'entelava ràpidament, pesava massa per moure el tub amb comoditat (es necessitaven diverses persones per apuntar el telescopi) i requeria ser repolit molt freqüentment. És per això que William va preferir seguir utilitzant regularment el telescopi de 20 peus.

El dia 8 de maig de 1788 William, a l'edat de 50 anys, es va casar amb Mrs. Mary Baldwin Pitt, veïna a Slough que dos anys abans havia quedat vídua d'un poderós comerciant de Londres, John Pitt. William i Mary van tenir un únic fill, John Frederick William, nascut el 7 de març de 1792. Aquest matrimoni va tenir algunes conseqüències importants.

Per una banda, l'herència de Mary per part del seu

difunt marit i el llegat deixat per la seva família deixava en ridícul el salari de William. Ja no necessitava vendre telescopis per poder subsistir. Tot i això, va continuar la seva feina de construcció d'instruments, probablement per que volia conservar la seva fama internacional. També es diu que part de la seva producció era destinada a alguns companys observadors que William pensava que podrien confirmar algunes de les seves observacions.

Per una altra banda, el matrimoni de William va

canviar també la vida de la seva germana Caroline. Inicialment va poder ser una experiència certament traumàtica per ella. Es va traslladar i durant els anys següents va ocupar tot un seguit d'allotjaments diferents a prop d'Observatory House. Tot i així, es va guanyar ràpidament la simpatia de Mary i va continuar essent l'ajudant de William en totes les seves nits d'observació.

Els últims 30 anys de la vida de William contrasten amb el període anterior. Dins la ciència, s'havia establert en una posició de prestigi a nivell internacional. Una mostra

d'això és que va rebre una medalla d'or de part del rei de Polònia, i va ser nomenat membre de l'Acadèmia Francesa de Ciències. A Anglaterra va esdevenir cavaller de la Guelphic Order al 1816, i primer president de l'Astronomical Society al 1821.

Encara va publicar nombrosos articles a

Phylosophical Transactions, però les seves nits d'observació eren cada cop menys freqüents. El seu últim article publicat és un catàleg de 145 estrelles dobles que data de 1821. Una de les seves últimes observacions va ser la d'un cometa, el 19 de juliol de 1819. La seva motivació inicial havia anat minvant, de ben segur degut a les malalties que va patir durant 1808. Al 1816 John Herschel va esdevenir ajudant del seu pare durant les

Figura 1.9: Petit monument als Herschel, situat a l’actual edifici d’oficines d’Observa-tory House.

Figura 1.10: Retrat de William Herschel.

13

observacions. Sir William Herschel va morir a Observatory House el 25 d'agost de 1822 a l'edat de

84 anys, i va ser enterrat a l'església de St. Laurence a Upton, a un quilòmetre del que havia estat casa seva durant 35 anys.

A la base del monument situat a Observatory House s'hi pot llegir:

"I HAVE LOOKED FURTHER INTO SPACE THAN EVER HUMAN BEING DID

BEFORE ME"9 W.H. 1813

9 Ho va dir William Herschel en una conversa amb el poeta Thomas Campbell, parlant sobre els seus treballs de 1813.

14

Capítol 2: DESCOBRIMENTS I APORTACIONS CIENTÍFIQUES DE WILLIAM HERSCHEL10

La figura de Herschel com a científic està estretament lligada a l’astronomia, disciplina en la qual va esdevenir un referent en la seva època i en èpoques posteriors. No obstant, a més dels molts descobriments relacionats amb el seu estudi del cel, també va fer altres aportacions a la ciència i la tècnica de l’època. Aquestes van des del perfeccionament dels mètodes de construcció de telescopis i lents, fins al descobriment de la radiació infraroja passant fins i tot per una especulació teòrica sobre la naturalesa de la matèria. Astronomia planetària

El descobriment del planeta Urà l’any1781 va ser el que va fer saltar definitivament a la fama Herschel i li va permetre esdevenir membre de la Royal Society. La importància d’aquest descobriment rau en el fet que feia prop d’un segle que no s’havien trobat nous cossos celests que orbitessin al voltant del Sol (concretament 97 anys, des de que Cassini havia descobert quatre noves llunes de Júpiter).

Posteriorment, es va poder comprovar que Urà havia estat observat anteriorment per

Flamsteed, Mayer i Pierre Lemonnier, però cap d’ells va ser capaç d’entendre que no es tractava d’una estrella més, sinó d’un nou planeta. A part d’aquest descobriment, Herschel en féu d’altres: El Sol. Herschel s’interessà pel Sol ja que era l’única estrella de la qual podia observar-ne amb detall la superfície. Coneixedor de les diverses teories existents a l’època pel que feia a la seva constitució física, publicà l’any 1795 un article11 en el qual sostenia que el que nosaltres podem observar no és l’estrella en si mateixa, sinó la seva atmosfera lluminosa, que l’envolta.

L’any 1801 publicà un altre article12 en el qual ordenava les seves observacions i modificava la seva primera idea de la constitució solar introduint una capa interior de núvols foscos que impedia poder observar el seu interior. La Lluna. Durant l’hivern 1780 Herschel va calcular l’alçada de diversos cràters lunars adaptant el mètode de Galileu i altres. Aquest es basava en mesurar les distàncies angulars entre les muntanyes i les zones ombrejades del seu voltant just en el moment en què els rajos solars fregaven el cim de cada muntanya. Va concloure que les alçades d’aquestes muntanyes havien estat històricament exagerades i que no sobrepassaven els 800 metres. Mercuri. Herschel va restringir el seu estudi de Mercuri en observar-ne l’aparença. Va comprovar que no hi havia evidències de l’existència d’anells al seu voltant i que el seu contorn era perfectament circular, descartant així un possible aixafament als pols.

10 Per aquest capítol ens han estat especialment útils les referències: HOSKIN, 2008; MAZA, 2007; SIME, 1900. 11 HERSCHEL, 1795. 12 HERSCHEL, 1801.

15

Venus. L’any 1793 Herschel publicà un article13 desmentint el treball publicat un any abans per Schröter14 en el qual afirmava haver observat a Venus muntanyes d’alçada immensa. Finalment va concloure, d’acord amb altres astrònoms, que el planeta tenia una densa atmosfera que impedia corroborar les observacions de Schröter. Mart. Va calcular el període de rotació del planeta i va establir-lo en 24h 39m 21.67s. L’any 1784 publicà un article sobre Mart en el qual concloïa que les regions blanques dels pols es produïen per la reflexió de la llum en regions congelades i que la seva reducció era deguda a la menor superfície exposada a aquesta llum Els asteroides. A més d’haver observat detingudament tant Ceres com Pallas, tots dos descoberts a principis del segle XIX, Herschel va proposar el nom “asteroide” per designar els cossos que orbitaven entre Mart i Júpiter. Júpiter. Les principals observacions de Herschel pel que fa al planeta Júpiter foren l’estudi dels seus quatre satèl·lits coneguts a l’època. En un article publicat l’any 179715 argumenta que cada satèl·lit retorna a la seva brillantor aparent després de cada volta completa al voltant del planeta i que durant aquest temps, igual que la Lluna, dóna una volta completa al voltant del seu eix. Saturn. Els descobriments més importants de Herschel al voltant del planeta Saturn són els dels satèl·lits Enceladus i Mimas (sisè i setè coneguts) l’any 1789. Va observar detingudament a més els seus anells, els quals va suposar sòlids, i les regions aparentment homogènies entre ells. Les observacions del globus van permetre-li proposar l’any 1794 que el seu període de rotació era de 10h 16m 4s. Urà. A més del descobriment del planeta, Herschel descobrí el 1787 dos satèl·lits del planeta: Oberon i Titània, calculà la mida de les seves òrbites, els períodes de revolució i fins i tot la massa del planeta. Cometes. Els descobriments de cometes es deuen sobretot a Caroline Herschel, més que no pas al seu germà, però William publicà nombrosos articles sobre les seves observacions dels cometes entre 1807 i 1811 amb l’objecte de comprendre llur natura física. Suggerí que cada cometa tenia una atmosfera i que, en el seu interior, matèria nebulosa comprimida. Quan el cometa s’aproxima al Sol, la matèria és sospesa a l’atmosfera on està exposada amb l’escalfor solar. Estudi de la Via Làctia

Anteriorment a Herschel, les estrelles s’havien considerat principalment com fites de referència per determinar les posicions dels planetes i la Lluna, però no com a elements d’investigació astronòmica en si mateixes. Per a aquest objectiu, n’hi ha prou de

13 HERSCHEL, 1793. 14 Johann Schröter (1845-1816), astrònom alemany. Va observar detingudament els diferents planetes coneguts. Un cràter i una vall lunars i un cràter de Mart porten el seu nom. 15 HERSCHEL, 1797.

16

considerar les estrelles com punts fixes a la volta celest situats tots a la mateixa distància de la Terra. Però aquesta no era la finalitat última de les investigacions de Herschel, que es preocupà principalment de la distribució espacial de les estrelles, esdevenint el primer científic preocupat per aquesta qüestió i iniciant el que avui anomenem Estructura Galàctica. Al final de la seva carrera, en referència a l’objecte del seu treball escriu: “A knowledge of the construction of the heavens has always been the ultimate object of my

observations”16.

En vista del fracàs del mètode basat en la paral·laxi a l’hora d’intentar situar les

estrelles en l’espai, Herschel en dissenya un de nou basat en el recompte sistemàtic d’estrelles visibles en àrees d’extensió angular fixa situades en direccions diferents (star-gauging). Aquesta manera de procedir permet obtenir resultats pràctics a partir dels quals desenvolupar un model estructural d’una manera molt més ràpida: en algunes regions només es veia una estrella, mentre que en d’altres n’hi arribava a haver 600.

Això es pot

interpretar de dues maneres diferents: o bé suposant que la densitat d’estrelles és més gran en les direccions més po-blades, o que la densitat espacial d’estrelles és la ma-teixa en totes direc-cions i el que varia llavors és l’extensió del sistema estel·lar en la direcció en la qual observem més estrelles. Herschel va adoptar aquest segon punt de vista i va intentar determinar l’extensió del nostre sistema estel·lar mitjançant el recompte d’estrelles i suposant que totes tenen una lluentor absoluta similar17.

El resultat general d’aquestes observacions fou que les estrelles són molt més

abundants prop de la Via Làctia. A partir d’aquestes dades, Herschel va trobar que la forma que més s’esqueia al nostre sistema estel·lar era la forma d’un disc o una pedra esmeril18 (com una aspirina). Segons els seus càlculs, el diàmetre d’aquesta distribució era unes cinc vegades més gran que el seu gruix.

Herschel va expressar les dimensions de la Via Làctia en unitats de distància Sol-

Sirius. Resultava que la galàxia tenia una forma de llentia de 900 unitats de diàmetre i 200 de gruix a la seva part central. El model de Herschel té un diàmetre de 10000 anys-llum, un 10% del valor que avui en dia considerem vàlid.

16 HERSCHEL, 1811. p 269. 17 Herschel va adonar-se posteriorment que la hipòtesi de considerar densitat d’estrelles constant per tot l’espai era una aproximació vàlida per alguns càlculs, però que no es corresponia amb les seves observacions ja que no era compatible amb els nombrosos cúmuls estel·lars que havia trobat. 18 La idea de pedra esmeril per representar la Via Làctia havia estat proposada per primer cop per Thomas Wright (1711-1786) al llibre “An original théory or new hipotesis of the universe” (1750) i desenvolupada posteriorment per Immanuel Kant (1724-1804) a “Naturgeschichte und Theorie des Himmels“ el 1755.

Figura 2.1: Dibuix original de William Herschel, on mostra la forma que ell creia que tenia el gran núvol d’estrelles al qual pertanyia el Sol.

17

Estrelles Dobles

Seguint amb la idea de determinar la posició de les estrelles en l’espai, Herschel emprengué la cerca de parells òptics d’estrelles per comprovar si l’efecte de paral·laxi que es produiria pel fet que una estigués molt més lluny de la Terra que l’altra permetria calcular distàncies relatives d’aquestes estrelles.

Publicà 3 catàlegs de parells estel·lars, en els quals presentava a més de la seva

posició, la seva separació angular, l’angle d’orientació de la línia que uneix ambdues components i una estimació de la magnitud de cada estrella. S’adonà, com ja havia fet John Michell19 el 1767, que era poc probable que existissin tants parells estel·lars resultats d’una distribució atzarosa dels astres en la volta celest, i que per tant calia rebutjar la tesi de que aquests eren parells òptics per subscriure la que defensava que es tractava de parells físics: estrelles binàries.

Els anys 1803 i 1804 publicà observacions de Castor (parell estel·lar) que, combinades

amb observacions anteriors realitzades per Bradley20 el 1759, confirmaven la rotació de les dues estrelles al voltant del centre de masses comú. Estudià 5 nous casos d’estrelles binàries i va confirmar novament la rotació d’aquestes.

Novament a partir de la cerca de la paral·laxi estel·lar, Herschel obrí un nou camp

d’investigació en astronomia: les estrelles binàries. Moviment del Sol

Des del moment en què Halley21 mostrà que les estrelles no estan fixes al firmament, sinó que es desplaçaven molt lentament en el transcurs del temps, molts astrònoms es van plantejar la idea de que el Sol també gaudís d’un moviment propi i que es desplacés entre les altres estrelles.

Herschel utilitzà els moviments propis de 13 estrelles publicats per Maskelyne i

Lalande22 per percebre una uniformitat en els moviments que li va permetre deduir la direcció del moviment solar. Va trobar que el Sol es dirigeix cap a la constel·lació d’Hèrcules , concretament cap a un punt situat prop de l’estrella λ Herculis. Publicà aquest resultat l’any 1783, i va revisar-lo (utilitzant un nou conjunt de moviments propis publicats per Maskelyne l’any 1790) per obtenir un resultat molt similar a l’anterior, l’any 1805. 19 John Michell (1724-1793), filòsof natural i geòleg angles. La seva obra abarca diversos camps, des de l’astronomia fins a l’òtica, la gravitació o la geologia. Va esdevenir membre de la Royal Society el 1760. 20 James Bradley (1693-1762), astrònom anglès, astrònom reial des del 1742. Conegut sobretot pel descobriment de l’aberració de la llum mentre intentava detectar la paral·laxi estel·lar. 21 Edmond Halley (1656-1742), astrònom, geofísic, matemàtic, meteoròleg i físic anglès. Astrònom reial des del 1720 fins a la seva mort, conegut sobretot per haver predit el retorn del cometa que avui porta el seu nom. 22 Jêrome Lalande (1732-1807), astrònom i escriptor francès. Es va dedicar principalment a la millota del model planetari i va ajudar a popularitzar l’astornomia.

18

Estrelles variables

A partir dels seus estudis de distribució estel·lar a la Via Làctia, Herschel es va interessar en mesurar la lluentor relativa de les estrelles amb l’objectiu d’estimar les seves distàncies. Un cas que va cridar especialment la seva atenció fou el de les estrelles que varien la seva lluentor: les estrelles variables.

A finals del s. XVIII es coneixien algunes estrelles variables, les més remarcables de

les quals eren Mira Ceti (ο Ceti) i Algol (β Persei), de la qual John Goodricke23 havia pogut determinar el seu període, fixant-lo en 2 dies 2 hores i 49 minuts. També se sabia que hi havia estrelles “noves”, que brillaven durant un període de temps per a fer-se novament invisibles.

Herschel va mesurar la quantitat de llum emesa per un bon nombre d’estrelles de

diferents magnituds però no va aconseguir sistematitzar les seves mesures. No obstant, va idear un mètode que permetés detectar futurs canvis de lluentor: consistia en observar un conjunt d’estrelles pròximes i ordenar-les tenint en compte la seva magnitud; si alguna d’aquestes estrelles canvia la seva lluentor, ho detectarem ja que es produirà un canvi en la seqüència del grup.

La troballa més important de Herschel en aquest camp va ser α Herculi l’any 1796, que

té un període de variació d’uns 60 dies. Herschel va intentar explicar aquestes variacions de lluminositat suposant que eren degudes a la rotació de les estrelles i a que la superfície d’aquestes havia de tenir zones de brillantors diferents. Avui sabem, però, que la majoria d’estrelles variables són estrelles polsants (augmenten i disminueixen la seva grandària) o estrelles binàries eclipsants, com Algol. Radiació Infraroja

Durant unes observacions del Sol fetes l’any 1800 en les què utilitzava filtres de diferents colors, Herschel notà que a través d’alguns d’ells, a pesar de no veure llum que els travessés, sentia una sensació de calor. Per tal d’estudiar aquest fenomen, va dispersar la llum del Sol mitjançant un prisma i va col·locar un seguit de termòmetres per estudiar l’augment de temperatura que s’hi produïa en incidir-los la radiació solar.

Va constatar que més enllà de l’espectre

visible, a pesar de que la vista no percebia llum, el termòmetre corresponent augmentava la seva temperatura: acabava de descobrir la radiació infraroja. Publicà aquests resultats a

23 John Goddricke (1764-1786), astrònom aficionat nascut a Holanda, tot i va passar gran part de la seva vida a Anglaterra. Conegut sobretot per les seves observacions d’Algol, va esdevenir membre de la Royal Society el 16 d’abril de 1786, 4 dies abans de morir sense haver-se’n assabentat.

Figura 2.2: Experiment de Herschel, on va descobrir l’existència de la radiació infraroja.

19

Philosophical Transactions24 on especulava que l’augment de temperatura s’havia de produir per l’efecte d’una llum invisible. Nebuloses i Cúmuls Estel·lars

Messier25, amb l’objectiu de discernir entre les nuvolositats permanents del cel i el descobriment de possibles nous cometes, elaborà una llista d’aquests objectes difosos per facilitar la feina dels buscadors de cometes, presentada l’any 1781 i revisada posteriorment fins a un total de 103 objectes.

Herschel, que disposava de millors mitjans que no pas Messier, va presentar a la Royal

Society un catàleg de mil noves nebuloses i cúmuls estel·lars l’any 178626. El va ampliar tres anys més tard amb mil objectes27 i va tornar-hi l’any 180228 amb cinc-cents objectes més.

La sistematització d’aquestes observacions va superar qualsevol treball anterior a ell.

Així, a més de la posició de cada nebulosa, Herschel oferia una descripció completa del seu aspecte. Classificà les nebuloses en vuit classes diferents en funció de la seva brillantor i la seva morfologia. Realitzà, a més, mapes celests amb la posició de les nebuloses.

La superior potència dels telescopis de Herschel li va permetre resoldre en estrelles un

gran nombre d’objectes que Messier havia considerat nebulosos no pas cúmuls estel·lars. Tot i que, en un primer moment confià que totes les nebuloses eren grans agrupaments estel·lars susceptibles de ser resoltes si es disposava d’un telescopi prou potent, posteriorment va admetre que algunes nebuloses eren intrínsecament diferents dels cúmuls.

A partir de l’observació d’una nebulosa planetària amb una estrella central, Herschel

va adonar-se de l’existència de matèria difosa ocupant l’espai del voltant de l’estrella. Va anomenar aquesta matèria fluid brillant, element de naturalesa totalment desconeguda. Naturalesa de la matèria

Herschel havia llegit entre els anys 1780 i 1781 nombrosos treballs a la Philosophical Society de Bath. Un d’aquests fou el treball de Priestley29 Disquisitions Relating to Matter

and Spirit (1777).

24 HERSCHEL, 1800. 25 Charles Messier (1730-1817), astrònom francès. Buscador de cometes, va realitzar el catàleg d’objectes difusos més complet fins a la seva època. 26 HERSCHEL, 1786. 27 HERSCHEL, 1791. 28 HERSCHEL, 1802. 29 Joseph Priestley (1733-1804), teòleg, filòsof natural i educador anglès. Va treballar en òptica, electricitat i química i va publicar més de 150 treballs, entre els quals destaca el descobriment de l’oxigen, tot i que Scheel i Lavoisier també se’l disputen.

20

Herschel especulà sobre la naturalesa de la matèria, proposant una extensió del model newtonià d’àtoms envoltats de forces envolupants. Suposà que cada partícula de matèria estava lligada per un sistema de forces centrals, i argumentà que alguns fenòmens com l’absorció i la reflexió de la llum eren causats per la superposició dels efectes d’aquestes diferents forces.

21

Capítol 3: BREU HISTÒRIA PRÈVIA DEL TELESCOPI30

Tot i que ja en el segle XIII Roger Bacon31 i sobretot a finals del segle XVI tant Leonard Digges32 com Giambattista della Porta33 havien treballat amb lents que els permetien ampliar les imatges d’objectes llunyans, no és fins a principis del segle XVII que apareixen els primers telescopis amb un ús pràctic similar a l’actual.

Va ser l’any 1608 quan Hans Lippershey34, Sacharias Jansen35 i Jacob Metius36, tres

fabricants de lents holandesos van concebre la idea del telescopi tal i com l’entenem avui en dia. Lippershey el va patentar pocs dies abans que ho intentessin Metius i després Jansen. A partir d’aquest moment, l’invent es va popularitzar per tot Holanda i es va escampar també per Europa.

El telescopi original holandès constava de dues lents (una còncava i l’altra convexa)

que permetien obtenir una imatge no invertida. El disseny original de Lippershey era un instrument de tan sols 3 augments.

L’any 1609 Galileu37, durant una estada a Venècia, s’assabentà de l’existència a

Holanda d’un instrument que permetia que objectes distants poguessin ser observats de prop mitjançant l’ús de lents. Tan bon punt va retornar a Pàdua, va construir el seu propi telescopi col·locant una lent convexa en un extrem d’un tub i una de còncava en l’altre.

Galileu es va dedicar a perfeccionar el telescopi i va aconseguir-ho ràpidament, de

manera que si el seu primer telescopi aconseguia un augment de tres diàmetres, va arribar a construir-ne un que augmentava la imatge 33 diàmetres. Fou aquest instrument el que li va permetre realitzar els seus descobriments més importants, entre els quals destaquen quatre satèl·lits de Júpiter, les taques solars o les muntanyes i les valls de la Lluna.

30 Per aquest capítol ens ha estat especialment útil, per representar un resum rigurós i detallat d’altres tractats més acadèmics, la informació que es troba a: http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_telescope http://en.wikipedia.org/wiki/Reflecting_telescope http://en.wikipedia.org/wiki/Refracting_telescope També es pot veure SIME, 1900. 31 Roger Bacon (1214-1294), filòsof anglès. Inspirat en els models islàmics, és assenyalat com un dels primers representants europeus del modern mètode científic. Treballà en òptica, alquímia i astrologia. 32 Leonard Digges (1529-1559), matemàtic anglès. És considerat com l’inventor del teodolit. 33 Giambattista della Porta (1535?-1615), filòsof i escriptor italià. La seva obra comprèn molts camps, tant científics com filosòfics com l’alquímia, les matemàtiques o la meteorologia. 34 Hans Lippershey (1570-1619), fabricant de lents alemany. Va obtenir la nacionalitat holandesa el 1602. 35 Sacacharias Jansen (1580-1638), fabricant de lents holandès. A part de la del telescopi, es disputa també la invenció del microscopi compost. 36 Jacob Metius (1571?-1628), òptic holandès, especialista en la construcció de lents. 37 Galileu Galilei (1564-1642), físic, matemàtic, astrònom i filòsof italià. Considerat el pare de la ciència moderna, fou un dels grans defensors del model heliocèntric de Copèrnic.

22

El nom actual del telescopi es deu a Giovanni Demisiani38, que fou qui el va proposar

el 14 d’abril de 1611 durant un sopar a Roma en honor de Galileu; fins a aquell moment, l’instrument havia estat conegut com a lent espia. La denominació prové de les paraules gregues tele (lluny) i skopein (mirar o veure): teleskopos. Telescopis refractors

El primer a concebre teòricament un telescopi compost per dues lents convexes i a explicar-ne els seus avantatges pràctics fou Johannes Kepler39 l’any 1611; i el primer a construir-lo, Christoph Scheiner40 el 1630.

William Gascoine41 va ser qui es va adonar d’un dels grans avantatges del model

dissenyat per Kepler: permetia col·locar un petit objecte al pla focal comú de l’objectiu i l’ocular de manera que conegudes les dimensions d’aquest es pogués precisar més la separació entre dos objectes observats: acabava d’inventar el micròmetre. Va ser aquesta aplicació pràctica la que va fer que cap a mitjans del segle XVII l’ús de telescopis Keplerians es generalitzés.

Christiaan Huygens42 va ser qui va construir els primers telescopis Keplerians amb una

potència suficient com per observar el cel amb garanties de descobrir nous cossos celests (descobrí per exemple el satèl·lit més brillant de Saturn: Tità).

No obstant els èxits de Huygens i

altres43 amb telescopis Keplerians, la qualitat de les imatges proporcionades per aquests models estava limitada per l’aberració cromàtica introduïda per les propietats refractives no uniformes de les lents. L’única manera de sobreposar-se a aquesta limitació era construir objectius de distàncies focals molt llargues, però aquests instruments eren naturalment difícils de fer servir.

38 Giovanni Demisiani (¿?-1614), matemàtic, teòleg i químic grec, membre de l’Academia dei Lincei. 39 Johannes Kepler (1571-1630), matemàtic, astrònom i astròleg alemany. Fou una figura clau de la revolució científica del segle XVII. Conegut sobretot per les tres lleis que descriuen les òrbites planetàries. 40 Christoph Scheinier (1573-1650), físic i astrònom alemany. 41 William Gascoine (1612-1644), astrònom, matemàtic i fabricant d’instruments científics anglès. 42 Christiaan Huygens (1629-1695), matemàtic, astrònom i físic holandès amb contribucions molt importants en diversos camps com l’òptica o la mecànica. 43 Cassini descobrí tres satèl·lits de Saturn: Rhea el 1672 amb un telescopi de 35 peus de focal i Tetis i Dione el 1684 amb dos telescopis fabricats per Campani de 100 i 136 peus de focal respectivament. Bradley mesurà el 1722 el diàmetre de Venus amb un telescopi l’objectiu del qual tenia una distància focal de 212 peus.

Figura 3.2: Traçat de rajos d’un telescopi refractor.

23

Newton44 conclogué

basant-se en les seves teories sobre la refracció i els colors, que donat que totes les substàncies refractades divergien els colors com un prisma òptic en una proporció constant de la seva refracció mitjana, era impossible que la llum es refractés sense que es produís aberració cromàtica. Això va fer que es concentrés en la construcció de telescopis reflectors. Telescopis reflectors

La capacitat d’un mirall corbat de formar una imatge en un punt determinat era coneguda des dels temps d’Euclides, però a pesar de les especulacions teòriques de Galileu i altres sobre la similitud entre les propietats d’aquests miralls i les lents i de l’intent de Niccolò Zucchi45 de construir un telescopi utilitzant un mirall còncau de bronze l’any 1616, no es va assolir un resultat satisfactori fins ben entrat el segle XVII.

L’any 1636 Marin Mersenne46 va

proposar un model de telescopi que consistia en un mirall paraboïdal primari i un de secundari també paraboïdal, de manera que la imatge es formava en un petit forat al mirall primari per on s’observava. James Gregory47 va aprofundir en aquest model en el seu llibre Optica Promota (1663) assenyalant que un telescopi reflector amb un mirall

polit amb la forma d’una secció cònica permetria corregir tant l’aberració esfèrica com l’aberració cromàtica present en els telescopis refractors. A pesar d’aquestes idees, Gregory no va ser capaç de construir un telescopi basat en el seu model.

Newton, després de nom-brosos experiments, va dis-senyar també el seu propi

44 Isaac Newton (1643-1727), físic, matemàtic, astrònom i filòsof anglès. Un dels científics més influents de la història, gràcies en part a la seva llei de la gravitació universal. 45 Niccolò Zucchi (1586-1670), jesuïta, astrònom i físic italià. 46 Marin Mersenne (1588-1648), teòleg, filòsof, matemàtic i music teòric francès, sovint considerat com el pare de l’acústica. 47 James Gregory (1638-1675), matemàtic i astrònom escocès.

Figura 3.1: Traçat de rajos del telescopi gregorià.

Figura 3.2: Traçat de rajos del telescopi newtonià.

Figura 3.3: Traçat de rajos del model de Cassegrain.

24

telescopi. Aquest es diferencia-va principalment del model gregorià en la col·locació d’un mirall secundari diagonal prop del focus del mirall primari de manera que els rajos de llum eren desviats 90 º i la imatge es formava en un ocular col·locat al tub del telescopi. Aquest fet permetia minimitzar l’obstrucció del mirall objectiu.

Un tercer model de telescopi reflector fou dissenyat per Laurent Cassegrain48 l’any 1672. Aquest disposava d’un petit mirall convex hiperboloïdal secundari col·locat prop del focus del mirall primari de manera que reflectia la llum cap a un forat central en el mirall principal.

Els avanços posteriors en els telescopis reflectors es deuen sobretot a les millores a l’hora de construir els miralls i de polir-ne la superfície. Destaquen en aquesta tasca les figures de John Hadley49, James Short50 i finalment William Herschel. Telescopis refractors acromàtics

Els experiments de Newton i els seus models per explicar la naturalesa de la llum no deixaven lloc a l’esperança de construir telescopis refractors que no introduïssin aberració cromàtica en la imatge final. No obstant això, al llarg del segle XVIII foren diversos els científics que intentaren trobar els materials més adients per tal de reduir, o fins i tot de suprimir, aquesta aberració.

El primer que va aconseguir construir amb èxit un telescopi refractor acromàtic fou

Chester Moore Hall51. Va argumentar que els diferents tipus d’humor vitri de l’ull humà refractaven la llum produint una imatge sobre la retina lliure d’aberracions cromàtiques i que, de la mateixa manera, combinant lents de diferents materials era possible construir un telescopi refractor lliure d’aberracions d’aquest tipus. L’any 1733 va aconseguir construir-ne un amb una aberració cromàtica notablement reduïda respecte a la que hauria obtingut utilitzant lents sempre del mateix material.

Hall no va aconseguir popularitzar el seu invent. Qui sí que va fer-ho fou John

Dollond52, que havent arribat a un model similar al de Hall basant-se en els seus experiments posant a prova els resultats obtinguts per Newton amb el seu model de dispersió de la llum refractada, va aconseguir trobar la manera de construir lents que corregissin tant l’aberració cromàtica en un primer moment, com més tard l’aberració esfèrica.

El seu fill Peter Dollond53 va introduir l’any 1765 el triple objectiu, que consistia en la

combinació de dues lents convexes de vidre tipus crown amb una lent còncava tipus flint col·locada entremig.

48 Laurent Cassegrain (1629-1693), monjo francès. Professor de ciència al Collège de Chartres. 49 John Hadley (1682-1744), matemàtic anglès, inventor de l’octant. 50 James Short (1710-1768), matemàtic, òptic i fabricant de telescopis escocès. 51 Chester Moore Hall (1703-1771), advocat anglès. 52 John Dollond (1706-1761), òptic anglès. 53 Meter Dollond (1731-1821), òptic anglès.

25

Capítol 4: ELS TELESCOPIS DE HERSCHEL

La construcció de telescopis

Va ser l’any 1773, durant la seva estança a Bath, quan William Herschel es va

interessar definitivament per l’astronomia i va començar a construir telescopis pel seu propi ús, ja que el cost d’un instrument complet quedava molt per sobre de les possibilitats dels Herschel.

Inicialment va construir refractors, utilitzant lents que ja comprava fabricades. Però el

seu alt cost, i també la incomoditat dels llargs tubs que es necessitaven (i que construïa ell mateix, com també la muntura) el va fer decidir-se pels reflectors. Els miralls de metall que utilitzaven els reflectors de l’època podien ser fabricats i polits fins i tot per algú amb poca experiència, i era relativament senzill (si ho comparem amb els refractors) fabricar un telescopi reflector de gran diàmetre i amb molt poques aberracions òptiques.

Des de que Isaac Newton havia construït per primer cop un petit telescopi reflector al

1668, i particularment durant el segle XVIII com hem vist al capítol anterior, les tècniques de fabricació de miralls havien estat molt millorades per astrònoms com John Hadley i Samuel Molyneux. Els seus mètodes van ser descrits per Robert Smith a la seva obra “A Compleat System of Opticks” (Cambridge, 1738, ii, 301ff.). Aquest llibre relata la història prèvia de l’astronomia amb telescopi, i descriu molt detalladament el procés d’amolat i polit de lents i miralls i la seva adaptació a telescopis i altres instruments òptics. Enumerem tot seguit els passos que s’hi descriuen per tal de confeccionar un mirall metàl·lic:

1- Una sèrie de falques circulars de coure són tallades fins aconseguir la curvatura que

haurà de tenir el mirall (parabòlica, en la majoria dels reflectors). 2- Aquestes s’utilitzen per donar forma completa a un peltre patró que, alhora, serveix

per conformar un motllo de sorra dins el qual el metall fos és derramat. 3- Tot seguit ve el procés més laboriós: moldre i polir la superfície amb cura fins

aconseguir la forma parabòlica més exacta possible. Diversos processos poden ser recomanables per tal de convertir la peça resultant de la fosa en un mirall perfecte. Això implica la utilització d’eines amb una forma molt precisa, l’elecció del material abrasiu adequat, i una llima efectiva per polir, per mitjà de la qual l’eina s’aplica sobre el mirall en un moviment de vaivé a través dels diferents dià-metres, o bé en moviment circular al voltant del seu centre.

L’estudi del llibre Opticks de

Smith va inspirar en Herschel un

Figura 4.1: Eina polidora de metall, una de les que va utilitzar Herschel.

26

gran desig d’examinar pel seu propi compte les meravelles del cel, i aquest mateix llibre va esdevenir la seva guia per la fabricació de telescopis. També va rebre alguns consells d’un veí i amic de Bath, que havia deixat de banda el seu hobby i va vendre a William tot el seu material òptic, incloent alguns miralls a mig polir.

Els fabricants de telescopis reflectors havien trobat sempre el mateix problema: decidir

la composició de l’aliatge metàl·lic que constituiria el mirall principal. La seva superfície, un cop polida i acabada, havia de ser el més reflectant possible54, no porosa, i resistent a la

corrosió55; i a més el metall havia de ser fàcil de treballar, lleuger, i no massa fràgil ni sensible als canvis de temperatura que poguessin distorsionar la forma del mirall. Els metalls més aptes eren el coure, la plata, l’estany, l’antimoni o l’arsènic, aplicats en diverses proporcions. Els experiments de Herschel en l’elaboració de miralls el van conduir a afirmar que la proporció 5 a 12 en massa d’estany i coure, respectivament, era la que donava millors resultats.

L’enorme tasca de Herschel en l’elaboració

de miralls està marcada per alguns accidents. L’any 1781, amb la seva primera idea de construir un gran telescopi, va utilitzar un motllo d’argila per fondre un mirall de 3 peus que havia de donar una distància focal de 30 peus. El metall va ser escalfat al forn que hi

havia construït al soterrani de la casa de Herschel a Bath. En el primer intent el motllo es va trencar, vessant-se el metall fos. En el segon, el fluid del metall fos va sortir del forn caient directament sobre les lloses de pedra del terra, algunes de les quals es van trencar i van sortir disparades a trossos posant en perill la vida de William i dels seus ajudants.

Herschel solia utilitzar un sistema de canals o tubs de llautó de diverses mides per tal

de conduir el metall fos fins al motllo. El procés de polir el metall el feia amb bases circulars de diferents mides cobertes de pols abrasiu. Va experimentar amb diverses eines per polir, però sense obtenir un mètode general. Cada mirall era diferent i exigia una atenció especial i unes eines concretes.

El negoci de Herschel

En el decurs de la seva vida Herschel va confeccionar molts miralls i telescopis

complerts, no només pel seu propi ús, sinó també per clients que li encarregaven. Ja durant els anys a Bath havia elaborat més de 400 miralls, de focals que variaven entre els 7 peus i els 20 peus, i per això es va veure obligat a idear la maquinària per tal de fer més lleugera

54 En els millors miralls metàl·lics s’arribava a un 60% de reflectivitat. 55 Alguns metalls com el coure, el bronze, la plata o l’alumini solen formar una capa similar a l’òxid produïda per algunes partícules sulfúriques de l’aire. Té una aparença grisa o negra en forma d’una fina capa que envolta el metall. Aquest va ser, com veurem en endavant, un dels majors problemes dels telescopis més grans construïts per Herschel.

Figura 4.2: Els primers telescopis fabricats per Herschel eren de mida petita, com aquest 7-peus, rèplica del que va utilitzar per descobrir Urà des del pati que es veu tot just rere la finestra, a la seva casa de Bath.

27

la tediosa feina. Fins l’any 1818 Herschel va deixar constància de 2160 experiments o sessions de treball relacionades amb la construcció de miralls.

El descobriment d’Urà el 13 de març de 1781 va donar molta fama a Herschel arreu

d’Europa. Al mes de maig de 1782 William, amb el seu telescopi de 7 peus, va ser rebut a Londres pel rei George III. Aquest va decidir que el telescopi fos enviat a Greenwhich per tal de ser analitzat. Allà va romandre un mes, durant el qual l’astrònom reial i alguns altres experts el van estar provant. Van declarar finalment que el poder de resolució i la qualitat de les imatges que oferia l’instrument de Herschel eren molt per sobre de tots els que havien vist anteriorment. Tot això va donar corda al negoci de Herschel en la fabricació i venda de telescopis.

Tot seguit es mostra una llista, realitzada pel propi William i per ordre cronològic, dels

telescopis que li van encarregar i els preus (en lliures) pagats a Herschel per la seva construcció:

25 peus Rei d’Espanya 3150 20 peus Príncep Usemoff 500 7 peus Baró Hahn 157 10 peus 5 pel rei George III 787 Sir Fr. Drake 210 Col. Martin 232 Mr. Edwards 210 Mr. Wilson 80 7 peus (gran) Rei d’Espanya 157 7 peus Greenwhich 105 Dinamarca, C. Brühl 105 Stockholm 31 C. Knühl 31 Mr. Schröter 65 10 peus Dr. Hamilton 210 7 peus Mr. Piazzi 105 Dr. Van Marum 105 10 peus E. De Rússia 210 Hesse Dramstadt 63 Mr. Muller 80 Duc de Richmond (rep.) 10 6 peus Mr. Shard 31 Mr. Pond (rep.) 31 7 peus Milan, Mr. Oriani 105 Mr. Lloyd 105 Comte Brühl 105 Mr. Newenham 105 Mr. Trudaine 105 Sir W. Watson 80 Mr. Aubert 30 Mr. Mendoza, Pt spec 30 Comte Gesler 105 Mr. Pitt, 1799 105 Duc de Tuscany 106

7 peus Duc de Saxe-Gotha 105 Dijon, Pere Fabard 105 Duc de Tuscany 105 Mr. Bode, Berlín 105 Mr. Pond 105 C. Thomas, Thetis 105 Dr. Blair 71 Mr. Nairne 105 Duc de Richmond 117 Ambaixador espanyol 117 Comte Brühl 31 Príncep Roskow 168 Mr. Paugh Düren 31 Mr. Vogel, Danzig 105 Cap. Huddart 106 Mr. Ferguson 106 E. De Rússia 525 Rei d’Espanya 150 Glasgow 400 Mr. Brehm, Gloster 210 London Society 210 Dr. Dauney, Aberdeen 105 C. Forteguerri 111 H. Fitzmaurice 105 Òxford, 10 peus 315 Dr. Belcher 105 Dr. Dinvidee 26 Mr. Trimmer 31 Rev. Mr. Deane 157 Greenwhich 315 P. Canino, x-peus 2310 A Xina 105 Emperador d’Àustria 210 C. Martin 105

28

En una nota Herschel afegeix que la llista és feta de memòria i que pot ser incomplerta. Es pot comprovar que les comandes es realitzaven des de tot Europa, i fins i tot des de Xina en un cas d’un dels telescopis de 7 peus. La suma dels preus s’acosta a les 15000 lliures, però cal tenir en compte que no tot són beneficis, ja que una bona part d’això era el que costava el material i els experiments que William realitzava.

El segon telescopi més gran

construït mai per Herschel va ser el de 25 peus (i 24 polzades de diàmetre) fet per al rei d’Espanya. Dos miralls es van moldre i polir al setembre de 1796, i va ser enviat el telescopi complet a Espanya a l’abril de 1801. Pel que sembla, aquest pot ser el telescopi de millor qualitat òptica i practicitat d’ús fabricat per Herschel. Ell mateix va dir, en algunes proves des del jardí d’Observatory House, que definia Saturn millor que el seu 20-peus. Lamentablement el telescopi de 25 peus va durar ben poc, ja que va ser destruït durant la invasió napoleònica a Espanya al 1808, conservant-se només els plànols i un dels miralls. Recentment se n’ha construït una rèplica molt

exacta seguint els plànols originals, i es pot contemplar al parc del Retiro de Madrid.

Un altre instrument remarcable va ser

el “10-peus gran”, també anomenat X-peus per tal de diferenciar-lo dels 10-peus ordinaris de 9 polzades de diàmetre. Aquest tenia un diàmetre de 24 polzades (més de 60 centímetres). El mirall va ser fabricat al 1799. Segons Herschel, donava imatges molt nítides de les estrelles, i la seva muntura i configuració newtoniana el feia molt còmode d’utilitzar. Va ser venut a Lucien Bonaparte al 1814.

Figura 4.3: Dibuix original de Herschel del telescopi de 25 peus a Madrid.

Figura 4.4: Rèplica del telescopi de 25 peus, actualment al parc del Retiro de Madrid.

Figura 4.5: Tub i mirall originals del telescopi de 20 peus de Herschel, al Smithsonian’s National Air & Space Museum.

29

Instruments propis Pel que fa als telescopis propis, que

utilitzaven tant Caroline com William Herschel, Caroline en fa una llista després de la mort de William, abans de tornar-se’n cap a Hannover. Parla del 40-peus, amb una estructura de fusta ja molt deteriorada, i també un de 20 peus, dos newtonians de 10 peus, tres de 7 peus i un de 5 peus. A més, descriu una multitud de màquines polidores i eines adaptades per miralls de totes les mides. El telescopi de 20 peus va ser el més utilitzat pels Herschel, sobretot en l’elaboració dels catàlegs d’estrelles dobles i nebuloses.

El “focus Herschel”

Tant els telescopis reflectors de tipus newtonià com els de tipus gregorià, que són la major part dels que William va construir, utilitzen dos miralls per tal de projectar la llum a l’ocular. La poca eficiència reflectiva que oferien els miralls metàl·lics de l’època feia que es perdés molta llum, i això va portar a Herschel a idea un sistema òptic diferent, basat en un sol mirall. Va modificar el disseny tradicional dels telescopis reflectors fent que el mirall primari projectés directament la llum sobre l’ocular, que estava situat en una de les bores (per comoditat, a la part inferior) de l’extrem obert del tub. Per tal d’aconseguir això havia de col·locar el mirall lleugerament inclinat respecte a la perpendicular del tub. D’aquesta manera, l’observador mirava de cara cap a l’interior del tub, i d’esquena al punt del cel que s’estava observant. La posició del cap feia que s’obstruís una petita part de la llum, però de fet això també hagués passat col·locant un mirall secundari en el centre, i a més amb un doble efecte negatiu: obstrucció de llum i pèrdua per baixa reflectivitat. Com a resultat, els telescopis

“Herschelians” tal com van passar a ser coneguts, eren notablement més lluminosos que els equivalents newtonians. Un inconvenient, però, és que l’asimetria en la posició del mirall produïa astigmatisme en la imatge56.

Herschel va provar de manera

experimental aquest sistema òptic al 1776 i més tard al 1783, i ho va adoptar definitivament pels telescopis de major diàmetre (en els quals l’obstrucció de llum pel cap de

56 En un sistema òptic amb astigmatisme, dos raigs de llum propagats en plans perpendiculars tenen focus diferents.

Figura 4.7: El focus Herschel s’obté gràcies a un mirall principal lleugerament inclinat .

Figura 4.6: Tub i mirall originals del telescopi de 20 peus de Herschel, al Smithsonian’s National Air & Space Museum.

30

l’astrònom era menys significativa): com ara els de 20 peus, i evidentment en el gran telescopi de 40 peus.

Actualment és difícil trobar telescopis moderns construïts amb aquest sistema òptic.

Probablement això és degut al progrés tecnològic que ha permès la construcció de miralls òptics amb una eficiència molt superior57.

La potència dels telescopis

En els seus treballs58, Herschel va formular la connexió entre l’obertura o diàmetre

d’un telescopi i la seva capacitat de “penetrar a l’espai”, és a dir, la màxima distància a la qual un observador podia arribar a observar amb aquell instrument59. Estava interessat en determinar la mida i la forma del gran sistema d’estrelles del qual forma part el Sol, però abans de sondejar els límits més llunyans d’aquesta gran estructura, va haver d’esbrinar què necessitava per ampliar les fronteres de l’univers observable amb un telescopi. Va esdevenir, per tant, d’una gran importància pràctica entendre què és el que determina la potència d’una telescopi; i per William aquesta potència podia ser entesa com la màxima distància a la qual era observable una estrella de brillantor estàndard.

Herschel afirmava que, si poguéssim variar la distància d’una estrella a

l’observador, trobaríem que la seva brillantor aparent disminueix amb el quadrat d’aquesta. És a dir, multiplicant la distància per 2, 3, 4, etc. la brillantor es reduiria a un quart, un novè, un setzè, etc. de l’original. Herschel posa com a exemple el cas d’una estrella feble, en el límit de visibilitat d’un telescopi. Si ara dobléssim la distància a l’estrella, aquesta deixaria de ser-nos visible per haver disminuït la seva brillantor a una quarta part. Però un segon telescopi amb el doble de diàmetre que el primer (per tant, quatre vegades l’àrea) recolliria quatre vegades més quantitat de llum, i per tant compensaria la disminució en brillantor aparent i l’estrella tornaria a ser visible per l’observador. De la mateixa manera, un telescopi amb el triple d’obertura ens desvetllaria l’estrella fins a tres vegades més lluny, i així successivament.

Herschel també va remarcar en els seus treballs el

fet (de gran rellevància en la cosmologia fins als nostres dies) de que la llum que ens

57 Per aconseguir-ho, se solen utilitzar miralls de vidre òptic que, un cop polits amb la forma adecuada, segueixen un procés d’aluminitzat per deposició al buit. Amb això s’aconsegueix una eficiència en la reflectivitat propera al 99%. 58 HERSCHEL, 1799. 59 Avui dia diríem que amb un telescopi de major diàmetre podrem arribar a veure estrelles de menor brillantor, però cal tenir en compte que al segle XVIII encara era vigent la idea de que totes les estrelles tenien igual brillantor intrínseca, i que el fet que unes ens apareguessin menys brillants que les altres era conseqüència del fet d’estar a diferents distàncies. D’aquí a l’afirmació de William, que relaciona directament el diàmetre del telescopi amb la distància màxima observable.

Figura 4.8: Herschel observant amb el telescopi de 20 peus a Observatory House.

31

arriba des de grans distàncies ens mostra els detalls de cóm eren les coses en el lloc i el temps on es va originar i va iniciar el seu llarg viatge: “A telescope with a power of penetrating into space, has also, as it may be called, a power of penetrating into time

past”60.

Herschel distingia molt bé entre la potència de penetració en l’espai i la potència d’augment d’un telescopi. Mentre que el poder de penetració correspon a la màxima distància observable, i per tant és una mesura de la lluminositat que recull un telescopi, el poder d’augment, tal com l’entenia ell, és el mateix concepte que es defineix en òptica actualment: el nombre de vegades que un sistema òptic (objectiu i ocular) amplia la mida d’un objecte. Mentre que el poder de penetració, com veurem tot seguit, és una magnitud gairebé completament fixada per un cert telescopi, el poder d’augment es pot variar fent ús d’oculars diferents61. També va descobrir que la capacitat per distingir parells d’estrelles que eren molt juntes depenia no només de la potència d’augment, sinó també del diàmetre del mirall de telescopi: com més obertura, millor poder de resolució:

“On examining the nebulae which had been discovered by many celebrated authors

[...] I found that most of those which I could not resolve into stars with instruments of a

small penetrating power, were easily resolved with telescopes of a higher power of this

sort, and the effect was not owing to the magnifying power I used. When the closeness

of the stars was such as to require a considerable degree of magnifying as well as

penetrating power, it always appeared plainly, that the instrument which had the

highest penetrating power resolved them best, provided it had as much of the other

power as was required for the purpose.”62

Com veiem al text anterior, Herschel vol remarcar la importància del poder de

penetració envers els augments. Per tal de poder avaluar aquest poder de penetració, en l’article de 1799 Herschel estableix una sèrie de definicions de paràmetres que hi intervenen, per tal d’acabar donant una fórmula que el quantifica. L’expressió no pretén ser una característica fixada d’un telescopi, ja que alguns dels paràmetres no són determinats per aquest, sinó que pretén ser un valor de la profunditat o poder de penetració en l’espai d’una determinada observació feta amb unes certes condicions i sistema òptic. Després de tota una sèrie de raonaments certament rigorosos, Herschel arriba a afirmar:

( )2 2·Penetrating power

x l A b

a

−=

Descrivim tot seguit, un per un, els paràmetres que defineix en els seus raonaments

per arribar a l’anterior fórmula:

60 HERSCHEL, 1802. p 498. 61 Els augments d’una certa configuració de telescopi i ocular resulten de dividir la distància focal del primer entre la del segon. 62 HERSCHEL, 1799. p 70.

32

l Quantitat de llum emesa per un objecte. Com que aquest valor és el mateix per qualsevol instrument, i el que pretenia era fer una comparació entre telescopis, estableix en la seva fórmula final una lluminositat estàndard amb 1l = . És per això que en l’expressió general que acaba utilitzant per als càlculs aquest paràmetre no hi apareix.

a Obertura de l’iris de l’ull en condicions de foscor, mesurada en dècimes de

polzada. Tot i que és un valor molt difícil de mesurar (s’hauria de fer en foscor total), Herschel afirma que després de mitja hora en la foscor la mida és d’unes 2 dècimes de polzada.

A Obertura o diàmetre del telescopi, en dècimes de polzada. De fet, tal com es veu

a la fórmula, el que té importància és la quantitat de llum recollida, és a dir la superfície del mirall ( 2A ).

x Aquest paràmetre resulta de la proporció de llum reflectida pels miralls i

transmesa per les lents de l’ocular. Herschel diu que ha fet experiments i ho ha pogut mesurar63:

0,673

0,948mirall

lent

x

x

==

El resultat per una certa configuració òptica serà el producte de la contribució dels diversos elements. Per exemple, per un telescopi newtonià (amb mirall primari i secundari) amb un ocular d’una sola lent:

2 · 0, 429mirall lentx x x= =

b Diàmetre del mirall secundari, en dècimes de polzada. L’obstrucció de llum per

aquest mirall és un efecte important que fa reduir el poder de penetració. En el cas dels telescopis amb focus herschelià (sense mirall secundari) 0b = .

Tot això permet a William Herschel comparar la potència de les seves observacions

amb els diferents instruments. Com que ho fa posteriorment a la construcció del gran telescopi, motiu del Capítol 5 d’aquest treball, farem més endavant64 una anàlisi de les conclusions que en treu i de la comparació de les observacions amb diferents potències, en especial les realitzades amb el 40-peus.

Herschel també n’era conscient de que tant la potència d’augment com el poder de

penetració en l’espai dels telescopis tenien certes limitacions, i no podien passar d’un cert valor.

Pel que fa a la potència d’augment, que podia variar amb diferents oculars,

l’experiència li havia mostrat que durant la major part de les nits les condicions atmosfèriques (les turbulències produïdes pel moviment de masses d’aire en diferents capes de l’atmosfera) feien que esdevingués absurd utilitzar una potència superior a la que solia tenir amb els telescopis de 20 o de 25 peus. Si bé hi ha nits molt bones, en les 63 Per mesurar la transmitivitat d’una lent ho fa amb un vidre de gruix similar a les lents que solia utilitzar als oculars. 64 Veure la pàgina 55.

33

quals és difícil establir un límit d’augments útils, Herschel admet que aquestes oportunitats són molt escasses des de la seva posició a Slough, i l’ús de grans instruments i potències d’augment altes és una pèrdua de temps fora d’aquestes nits.

Quant als límits en el poder de penetració, Herschel mostra uns raonaments molt

interessants. Herschel diu que tot i que sembla que aquest paràmetre s’hagi de poder augmentar enormement, és molt probable que sigui absurd fer-ho més enllà de 500. Segons calcula Herschel amb la seva fórmula, això correspondria a un telescopi amb un diàmetre de 10 peus i 5,2 polzades (uns 3,18 metres). Aquest seria un límit natural imposat per un balanç entre l’estrella més feble observable i la brillantor unificada del fons d’estrelles. Textualment:

“The natural limit seems to be an equation between the faintest star that can be

made visible , by any means, and the united brilliancy of star-light. For, as the light of

the heavens, in clear nights, is already very considerable in my large telescope, it must

in the end be so increased, by enlarging the penetrating power, as to become a balance

to the light of all objects that are so remote as not to exceed in brightness the general

light of the heavens”65

És a dir, que en els grans telescopis, la llum de les estrelles molt febles s’arribava a

confondre amb la llum de fons, que segons ell provindria d’una multitud d’estrelles tan distants que eren indistingibles o irresolubles amb qualsevol telescopi. Avui dia els observatoris professionals i els astrònoms aficionats es troben amb un problema similar. La lluminositat de fons que se sol observar en el cel a l’actualitat des de la major part dels lloc habitats es deu a la contaminació lluminosa produïda per la il·luminació de les ciutats, una causa ben diferent a la que esmenta Herschel.

65 HERSCHEL, 1799. p 81.

34

Capítol 5: EL GRAN TELESCOPI DE 40 PEUS PRIMERES IDEES

Pel que fa als experiments realitzats per William Herschel per tal de quantificar el concepte de potència o poder de penetració dels telescopis, tal com hem vist en el capítol anterior, aquests van ser en gran part realitzats a partir de 1790, ja amb el 40-peus construït. Per tant, no podem afirmar de cap manera que aquelles conclusions, recollides en el conegut article de 1799, fossin les que el van conduir a l’afany per la construcció del gran instrument. D’altra banda, abans de 1785 Herschel ja tenia una idea del quina era la importància del diàmetre dels telescopis i els avantatges que comportava:

“In the year 1783 I finished a very good 20-feet reflector with a large aperture, and mounted it upon the plan of my present telescope. After two years of observation with it,

the great advantage of such apertures appeared so clearly to me, that I recurred to my

former intention of increasing them still farther; and being now sufficiently provided

with experience in the work I wished to undertake, the President of our Royal Society,

who is always ready to promote useful undertakings, had the goodness to lay my design

before the King. His Majesty was graciously pleased to approve it, and with hi usual

liberality to support it with his royal bounty.” 66 Aquestes paraules, escrites per Herschel deu anys després d’haver iniciat la

construcció del gran telescopi, resumeixen molt bé quina havia la seva motivació per construir-lo. Esmenta, amb el suport de la seva experiència amb el 20-peus, la importància del diàmetre del telescopi, i també fa referència a l’ajut econòmic del rei, qui va ser convençut per Herschel per tal que financés el projecte.

Segons afirmava el propi

William Herschel, dos requisits materials li van ser necessaris per tal de construir el telescopi. D’una banda, el suport econòmic amb una quantitat considerable, i de l’altra, l’experiència i pràctica que havia pogut adquirir en els seus treballs previs en òptica i mecànica. Cal afegir aquí també l’ajut dels seus germans, en particular Caroline i Alexander, que van ser elements clau per assolir el segon dels requisits que William esmenta.

Durant els seus anys de

residència a Bath (recordem: entre 1766 i 1782) Herschel va adquirir amplis

66 HERSCHEL, 1795; p 349. També a DREYER, 2003; p 486.

Figura 5.1: El telescopi de 20 peus de William Herschel, instrument que més va utilitzar a Observatory House.

35

coneixements teòrics en òptica i mecànica, i va comprendre la importància pràctica dels experiments en l’aprenentatge d’aquestes ciències. Una de les conclusions més importants dels seus experiments amb telescopis67, com es reflecteix en les paraules de Herschel, va ser l’obertura o diàmetre dels telescopis com a factor clau de la potència dels reflectors que construïa.

“A knowledge of the construction of the heavens has always been the ultimate object

of my observations”68. És per aquest motiu que Herschel volia tenir el telescopi que arribés a mostrar-li els objectes més llunyans amb més detalls. El seu primer intent de construir un telescopi de grans dimensions (30 peus de distància focal) va ser l’any 1781, però diversos accidents en la fosa del mirall69 van produir que Herschel es fes enrere i abandonés el projecte durant un temps. A finals de 1782, poc després de traslladar-se a Datchet, va començar la construcció d’un nou telescopi reflector de 20 peus. El 20-peus que tenia fins llavors utilitzava un mirall de 12 polzades, i era molt incòmode d’utilitzar (la posició de l’observador era molt precària, pujat a una escala bastant inestable). El nou 20-peus utilitzava miralls de 18 polzades i l’observador ara treballava sobre una plataforma molt més còmoda i segura. Herschel va començar a utilitzar aquest telescopi a l’octubre de 1783, esdevenint un dels instruments dels quals més profit en trauria (és d’aquest telescopi que parla al text que obre aquest capítol).

El propi William havia afrontat totes les despeses econòmiques de la construcció

20-peus amb els estalvis que havia acumulat com a músic a Bath. Però amb els bons resultats d’aquest telescopi va créixer l’ambició per un instrument de dimensions més grans (pensava en un mirall de 3 o 4 peus de diàmetre). Malauradament, un telescopi d’aquestes dimensions requeria un procés de construcció molt meticulós i sobretot car, amb màquines de polir especials i nombrosos elements mecànics molt sofisticats.

Amb el fracàs en l’intent del telescopi de 30 peus, Herschel se’n va adonar de que

caldria fer les coses amb més cura, amb materials de qualitat i amb màquines (forn, polidores, etc.) més sofisticades. Per tant, Herschel havia de trobar la manera d’aconseguir diners per realitzar el seu gran projecte en bones condicions. Mentrestant s’hauria de conformar amb el telescopi de 20-peus. FINANÇAMENT DEL PROJECTE

La visita a la família reial va ser una gran oportunitat per William Herschel per

buscar fons econòmic pel seu projecte. El rei va quedar fascinat pel que Herschel els va ensenyar amb el telescopi de 7 peus que havia portat. Herschel va explicar al rei que el 7-peus era un dels telescopis petits, i que per poder observar amb els millors mitjans que l’astrònom podia oferir-li hauria de visitar-lo a casa seva. Aquest va ser el principi de les relacions de Herschel amb la família reial, un pas clau en tot el que vindria després. Hi havia ara una gran responsabilitat en l’astrònom per rebre al rei i que aquest marxés satisfet amb el que Herschel li havia mostrat.

67 Veure el capítol 4, página 30. 68 HERSCHEL, 1811. p 269. 69 Veure el capítol 4, página 26.

36

La visita va tenir èxit

i la van seguir algunes més durant el període de construcció del 20-peus a 1783. Una altra persona que va visitar a Herschel a Datchet, ja a 1784, va ser el seu amic William Watson, qui havia animat a aquest a passar de la música a l’astronomia professionalment, buscant suport en la família reial. A Datchet, Watson va trobar el seu amic aturat en les seves ambicions, sense el suport econòmic que necessitava. Tot seguit va fer ús de les seves influències entre membres de la Cort i també dins la Royal Society (en especial amb el president Sir Joseph Banks), jugant un paper important per que Herschel aconseguís els diners pel gran telescopi. William necessitava el recolzament d’una eminència científica con Sir Joseph Banks per que el rei consentís la posta en marxa del gran projecte. Temps després Herschel escrivia:

“... my present

situation being much more limited with regard to income than my former one at Bath, I

thought it prudent to request the favour of the President of the Royal Society to make an

application to the King. His Majesty most graciously granted my petition.... It

remainded now only to fix upon the size of it, and having proposed to the King either a

30 or a 40 feet telescope His Majesty fixed upon the largest.”70

A principis d’agost de 1785 Herschel va escriure la famosa carta a Banks. En

aquesta, Herschel parla de la seva tasca inspeccionant el cel per determinar el seu origen (“the construction of the Heavens”) i la necessitat de grans telescopis per poder

70 HOSKIN, 2003. p 4.

Primer pressupost (agost de 1785) - Metall per 2 miralls, unes 2500 lbs., incloent eines,

motllo, fosa, etc. 500

- Dues eines abrasives per moldre el mirall 50

- Dues polidores de 3000 lbs., amb aparells de muntatge i altres utensilis. 45

- Una dotzena de petits miralls, metall, etc. 20

- Eines i polidores per aquests 10

- Un lloc temporal per la molta i polit del mirall 60

- Esmeriladores i eines per moldre, i una grua 50

- Treballadors per moldre: 6 homes a 1/6 per dia durant 3 o 4 mesos 40

- Treballadors per polir: 6 homes, segurament el mateix temps (encara no es pot dir) 40

- Dues caixes de llautó per guardar els miralls 30

- Lents pel telescopi i els buscadors 20

- Un lloc temporal per que treballin els fusters 30

- Fusta pel tub, bigues per la base i taulons de fusta pels dos habitacles: un pels moviments i l’altre com a observatori. Cordes, politges, etc. 60

- Fusters: 8 homes a 2/6 per dia, durant uns 3 mesos 72

- Ampliació de la meva forja i altres eines 30

- Un home a 3/6 per dia i un a 1/6 per dia, durant un any 78

- Un treballador pel llautó, a 4/6 per dia, 6 mesos 30

- Peces de ferro i de coure 50

- Un petit quadrant astronòmic 30

- Un petit instrument d’azimut 20

- Treball dels paletes. Guia circular per les rodes i fonaments en un quadrat d’uns 60 peus. 80

TOTAL 1395 lliures

37

continuar-la. Fa referència també a la seva llarga experiència en la construcció d’instruments i li presenta la idea de construir un telescopi de 40 peus de distància focal:

“It will not be necessary to say anything more in recommendation of a large

instrument; I shall therefore now proceed to mention that the telescope I would wish to

undertake, should be of the Newtonian form, with an octagon tube 40 feet long and five

feet diameter; the specula, of witch it would be necessary to have at least two, or

perhaps three, should be from 36 to 48 or 50 inches in diameter. [...] The plan on which

I should proceed would be attended with the least expence possible, since the sole end

of the work would be to produce an instrument that should answer the end of inspecting

the heavens, in order more fully to ascertain their construction.”71

A la carta Herschel inclou un pressupost72, amb una llista detallada dels costos i la

suma total, i demana a Banks que presenti la proposta al rei. Curiosament, en aquesta carta Herschel parla directament d’un 40-peus, és a dir que ja estava decidida la mida. D’altra banda, en l’escrit de Herschel que fa referència a la reunió amb el rei parla de la idea d’un 30-peus o un 40-peus. És a dir que la reunió entre Herschel i el rei per parlar del projecte va ser abans de la carta a Banks. Herschel probablement recórrer a Banks per assegurar que el projecte tirés endavant i com a via per fer arribar el pressupost al rei. En aquesta carta, per raons desconegudes, Herschel encara no es decideix entre miralls de 3 o de 4 peus de diàmetre. El cost que associa als dos miralls (se’n necessitaven dos per tal de tenir-ne sempre un de disponible mentre l’altre s’estava repolint) és de 500 de les 1395 lliures del cost total del telescopi. Un mirall de 4 peus conté aproximadament el doble de metall que un de 3 peus, i el pes total que Herschel inclou al pressupost excedeix bastant el que va utilitzar pel primer dels miralls. Per tant, sembla clar que Herschel ja tenia la intenció de construir un 40-peus amb miralls de 4 peus, i no res més petit. El pressupost també inclou un cost de manteniment de 150 lliures anuals.

El rei va respondre amb la promesa de 2000 lliures pel cost de la construcció i de

quatre anys de manteniment. Pel que sembla, és molt probable que Herschel escurcés intencionadament el pressupost que va demanar. Uns anys més tard d’acabat el 40-peus oferia la venda d’un telescopi similar per unes 8000 lliures, una quantitat molt diferent de les 1395 que demanava ara. Podia tractar-se d’una valoració massa optimista de Herschel, o bé una acció molt hàbil, en la qual ja planejava que una suma extra de diners li seria facilitada quan fos necessari, un cop el telescopi es veiés mig construït.

Com veurem, aquest pla de Herschel va tenir èxit, nogensmenys, amb el conseqüent

distanciament en la seva relació amb el rei. Però aquest allunyament no va ser només culpa de Herschel. El rei no podia concebre en un principi la immensitat de la tasca que Herschel s’havia proposat. Tan aviat com al novembre de 1785, poques setmanes després d’aprovar el pressupost, el rei demanava mostres de que el projecte progressava. L’estiu següent, ignorant les contrarietats que això causaria, va ordenar a Herschel que s’absentés de la seva feina i anés personalment a Göttingen a presentar a la universitat un dels reflectors de 10 peus que havia encarregat. William no va tenir més remei que fer-ho.

71 HOSKIN, 2003. p 24. 72 Veure requadre a la página 36.

38

L’any següent, a

l’estiu de 1787, Herschel ja no va poder amagar més que el projecte es trobava en una crisi financera. En particular se’n va adonar que el mirall que havien confeccionat tenia un greu defecte, era massa prim com per mantenir la seva forma exacta quan es col·locava al tub73. Calia fabricar-ne un de nou, molt més gruixut i robust (i per tant més car), i els diners que li quedaven eren insuficients. Calia ara una gran habilitat diplomàtica per part de Herschel. Tanmateix, tal era la confiança de Herschel en la justícia de la seva causa que la carta que va escriure el 18 de juliol a un assistent del rei era gairebé imperativa:

“As it was impossible

to say exactly what sum

might be sufficient to

finish so grand a work, I

now find that many of the

parts take up much more

time and labour of workmen, and more materials than I apprehended they would have

taken, and that consequently my first estimate of the total expence will fall considerably

short of the real amount. [...] I beg of you therefore to ask the King, whether it will

please his Majesty that I should communicate the particulars of the further expence of

the telescope to the President of the Royal Society, in order that he may, as before, take

an opportunity to lay the same before the King, or whether his Majesty would order me

to continue the workmen and apply from time to time for such sums as may be

wanted.”74

El rei creia que la suma de diners inicial era definitiva, tant per la construcció com pel cost de manteniment, mentre que Herschel va entendre la primera ajuda com un xec

73 Veure la pàgina 40. 74 HOSKIN, 2003. p 5.

Costos addicionals de la construcció (agost de 1787) - Un segon gran mirall, amb totes les operacions de fosa, molta, polit, etc. 500

- Mecanisme de moviment horitzontal 50

- Mecanisme de moviment en ascensió recta 50

- Mecanisme de moviment de distància polar 40

- Caixa pel mirall i peces de ferro de la galeria i el lloc d’observació. 50

- Treball dels fusters a la galeria, lloc d’observació, etc., i materials 70

- Factures prèvies a pagar 200

TOTAL 960 lliures Costos anuals de manteniment: - Repolit del primer mirall 50

- Repolit del segon mirall 50

- Dos treballadors a 35 lliures 70

- Roba d’abric pels treballadors, per les observacions a l’hivern. 10

- Cordes 8

- Pintura 10

- Petites reparacions de fusteria 20

- Lloguer dels llocs de treballs 12

- Focs, espelmes, etc. per les nits d’hivern 15

TOTAL 245 lliures

39

en blanc, amb l’única qüestió de quin seria el procés per demanar més diners quan fos necessari.

El rei va decidir que era el moment per veure en persona què se n’havia fet amb els

primers diners i va anar a veure Herschel a casa seva (ja definitivament instal·lat a Slough) el dia 17 d’agost acompanyat d’un gran sèquit. Pel que sembla estava de bon humor. El tub del telescopi era ja construït al terra del jardí, i el rei i l’arquebisbe de Canterbury hi van poder passejar per dins. L’arquebisbe dubtava, i el rei el va animar a entrar: “Come in, my lord bishop, I will show you the way to heaven”.

Probablement el rei no va comprendre la magnitud del fons econòmic addicional necessari, ja que va deixar Herschel amb la impressió que una nova petició de diners, realitzada a través de Banks, seria ben rebuda. Poc després Herschel escriuria a Banks:

“As it is his Majesty’s intention further to support the construction and completion

of this instrument as well as to provide for such necessary annual expences as will be

connected with its being kept up and serving for a series of observations, I shall lay

before you an account of the things which are still wanting with an estimate of expences

they may occasion.”75

Li havien dit que n’hi havia prou amb un llistat de costos de manera general, tot i

que va acabar escrivint-ho de manera detallada76. El total del que demanava eren 960 lliures, i a més 245 lliures anuals pel manteniment (que amb una gestió adequada, segons deia es podrien reduir a 200).

Un tema delicat va ser pel que fa a la seva germana. Caroline havia estat sempre

l’assistent de William en les observacions, i fins i tot després que aquest es casés va voler seguir dedicant-s’hi. Ara que s’havia independitzat, però, Caroline necessitaria un salari per poder viure. William escriu al rei, ara sí, fent gala d’una gran habilitat diplomàtica:

“You know Sir, that observations with this great instrument cannot be made without

four persons: the astronomer, the assitant, and two workmen for the motions. Now, my

good, industroius sister has hitherto supplied the place of assitant, and intends to

continue to do that work. She does it indeed so much better, to my liking, than any other

person I could have, that I should be very sorry ever to loose her from that office.

Perhaps our gracious Queen, by way of encouraging a female astronomer, might be

enduced to allow her a small annual bounty, such as 50 or 60 pounds. [...] If my sister

were to decline that office would probably amount to nearly one hundred pounds more

for an assitant.”77

És curiós com William presenta la seva germana com eficient i treballadora, però

també com una opció barata.

75 HOSKIN, 2003. p 6. 76 Veure el requadre pàgina 38. 77 HOSKIN, 2003. p 7.

40

En total, per tant, Herschel demanava unes 1000 lliures per costos addicionals, 200 lliures anuals pel manteniment i 50 més per Caroline. Misteriosament, i sense que Banks ni ningú altre influís en la decisió del rei78, aquest va fer entrega de tot això i 1000 lliures més (és a dir 2000 lliures més en total per costos addicionals en el telescopi). El capital total aportat pel rei a la construcció del 40-peus va ser, per tant, de 4000 lliures. D’altra banda, fent un càlcul amb totes les factures de Herschel entre l’inici i la finalització del telescopi (febrer de 1786 – juliol de 1790) s’arriba a 2947 lliures. És a dir que les 1000 lliures extra no eren necessàries.

També és misteriós el fet que tot això coincidís amb un moment en el qual estaven

esdevenint més fredes les relacions entre Herschel i el rei George III. De fet, l’última suma de diners arribà a Herschel juntament amb el missatge de que no demanés res més. Les males maneres del rei no van donar gaire suport moral a Herschel en la seva difícil tasca. Aquest últim passava per mals moments a finals de 1787 en adonar-se’n dels defectes del primer mirall i de que el projecte estava passant a ésser un mal de cap més que no pas un possible font de descobriments. Herschel tenia el suport emocional de la seva germana, i també d’alguns amics com Watson, qui el 7 de setembre li escriu una carta animant-lo.

El rei, per una altra banda, va patir al 1788 el seu primer atac de bogeria.

Probablement el seu conegut caràcter insegur, canviant i tossut va ser la causa del distanciament amb Herschel. Les relacions amb aquest mai es va recuperar del tot.

L’any 1790 Herschel va escriure un carta formal a Banks amb una doble finalitat.

D’una banda, fent un llistat detalladíssim de les últimes factures pel que fa a la construcció del 40 peus, assegura que el pressupost actual és suficient per la posta en marxa definitiva del telescopi. A més, declara oficialment la finalització de la construcció de l’aparell. Amb això últim demana indirectament que ja pot començar l’enviament del cost anual de manteniment.

LA CONSTRUCCIÓ DEL GRAN TELESCOPI Els miralls

La part corresponent al mirall és, segons l’opinió de molts historiadors, la més

interessant pel que fa a la construcció del gran telescopi. És ben conegut que William Herschel va construir dos miralls pel gran telescopi de 40 peus. Era costum que tingués dos o més miralls per cada telescopi, ja que d’aquesta manera podia substituir un per un altre quan calia repolir-los, i així no perdre nits d’observació útils.

El primer mirall va ser forjat a Londres fent ús d’eines i motllo fabricats per

Herschel. El 31 d’octubre de 1785 Herschel va anar a Londres a supervisar el procés de la fosa. Pel que sembla, el ferrer no va fer cas de les proporcions de metalls que Herschel li havia comunicat, i va dir-li que havia procurat que la barreja de metalls fos encara de millor qualitat, utilitzant el que ell anomenava “metall dur” i “metall blanc”. Van caldre catorze lloses del primer tipus i set del segon. Tot i que no és el que 78 S’ha comprovat que la carta que va arribar al rei per part de Banks amb la segona petició de diners era directament una còpia exacta de la que havia escrit Herschel

41

Herschel volia, va quedar prou convençut quan li van dir que molts miralls utilitzats per òptics de l’època eren fets amb aquells materials.

El dia següent va ser obert el motllo. Sorprenentment, l’operació d’extracció del

mirall va tenir èxit en aquest primer intent79. El mirall pesava 1023 lliures (464 quilograms)80, bastant menys del que Herschel s’esperava. De fet, va trobar que el mirall era massa prim, i el pitjor de tot, per la part posterior patia algunes deformacions indesitjades i era encara més prim a la part central (mesurava 0,9 polzades menys que a les bores). La mida resultant del mirall era de 49,5 polzades de diàmetre i 2,15 polzades de gruix a les bores. Tot i els defectes de la peça, Herschel va ordenar que es continués la construcció del primer mirall, procedint a realitzar l’amolat i polit. D’aquesta manera es guanyaria experiència de cara a l’elaboració del segon mirall.

Herschel havia construït una grua que, mitjançant quatre barres de suport, mantenia

el mirall en posició horitzontal, amb la superfície frontal de cap per avall, per tal de facilitar el procés de polit amb màquina. Abans, però, les aspres irregularitats de la superfície van ser eliminades i deu homes van realitzar el procés d’amolat. Un cop acabada, la superfície presentava molt bon aspecte, i hi havia bones expectatives d’obtenir un mirall excel·lent.

La superfície de ferro de la màquina polidora, feta amb la curvatura del mirall, va

ser llavors coberta amb una capa de brea de gairebé un polzada de gruix. El mirall, suspès per la grua, va ser submergit en aigua calenta i tot seguit recolzat per descansar sobre la superfície de la polidora en rotació. Aquest procés es va repetir successives vegades amb diferents posicions del mirall sobre la polidora, per tal que anés adquirint la forma adequada. Tot això constituïa la primera part del procés, per tal d’obtenir tan sols una primera aproximació. Seguidament la polidora va ser netejada i els deu treballadors van procedir amb el polit del mirall a mà. Ara bé, el pes i la mida del mirall i el gran nombre de persones treballant-hi van fer la tasca molt difícil, ja que costava repartir la feina i que els deu homes poguessin posar-se d’acord i parar atenció en tots els detalls i les parts del mirall a corregir. Per Herschel, que els dirigia, el procés va ser complicat també degut a la falta d’experiències prèvies (normalment, per miralls més petits, era ell o com a molt algun ajudant més qui feia tota la feina).

D’altra banda, com que ni el tub ni la resta de l’estructura estaven encara acabats, no

tenien cap pressa per acabar el polit del mirall. De fet, s’hi van estar més d’un any entre la molta i les diverses fases del polit. Finalment, el 19 de febrer de 1787, Herschel escriu:

“The apparatus for the 40 feet telescope was by this time so far completed, that I

could put the mirror into the tube and direct it to a celestial object; but having no eye-

glass fixed, nor being acquainted with the focal lenght which was to be tried, I went into

the tube, and laying down near the mouth of it I held the eye-glass in my hand and soon

found the place of the focus. The object I viewed was the nebula in the belt of Orion,

and I found the figure of the mirror, though far from perfect, better than I had expected.

79 Recordem la fatídica experiència prèvia de Herschel en l’intent per forjar un mirall per un 30-peus (veure capítol 4, pàgina 26). 80 Una lliura anglesa correspon a 0,45 quilograms.

42

It showed the four small stars in the nebula and many more. The nebula was extremely

bright”81

És graciós imaginar l’escena de l’impacient Herschel tombat dins el tub amb els

peus enfora i aguantant un ocular amb la mà per tal de veure la primera llum del telescopi. Aquest “experiment” el va fer un mes després d’haver descobert dos satèl·lits d’Urà amb el 20-peus en configuració de focus herschelià (amb un sol mirall), la qual cosa l’havia convençut definitivament dels avantatges del sistema òptic que havia inventat. Inicialment estava pensat que el 40-peus fos de tipus newtonià, però Herschel va canviar d’idea i va abandonar la construcció del mirall secundari pla per deixar-lo en la configuració definitiva, només amb el mirall primari:

“The 40-feet telescope was originally intended to have been of the newtonian

construction; but, in the year 1787, when I was experimentally assured of the vast

importance of a power to penetrate into space, I laid aside the work of the small mirror,

which was then in hand, and completed the instrument in its present form.”82

L’observació de la nebulosa d’Orió només va ser una primera prova provisional per

tal de comprovar que el procés anava per bon camí. La tasca de polit del mirall va continuar durant la primavera i l’estiu de 1787. Hi va haver alguns problemes, ja que la polidora, potser ja bastant castigada, s’enganxava al mirall calent. Per evitar això es col·locava una tela fina de lli cobrint la superfície de la polidora, de manera que el mirall hi descansava a sobre durant uns 4 o 5 minuts fins que es refredava novament. Es van fer diverses proves amb modificacions de les peces que componien la superfície de la polidora, per tal d’assegurar que l’arena abrasiva es distribuïa uniformement. Aquesta s’hi abocava estenent-la amb una cullera alhora que la polidora estava en moviment.

Diverses vegades més el mirall va ser provat en observacions d’estrelles, ja amb el

tub i l’estructura en condicions, per tal d’anar afinant els petits detalls que faltaven per polir. Mentrestant, la forja del segon mirall es va anar endarrerint per tal d’adquirir la màxima experiència amb el primer. Però finalment, al desembre del mateix any Herschel es va començar a plantejar quins materials compondrien aquest segon mirall. La proporció d’estany que havia utilitzat en altres miralls, un 29,4% o 29,5%, donava una superfície molt blanca, però una estructura molt fràgil. Tot i així, Herschel va decidir arriscar i el 26 de gener de 1788 un mirall amb aquestes proporcions (1946 lliures de coure i 812 d’estany) va ser forjat a Londres. Es van prendre tot tipus de precaucions en el moment d’abocar el metall fos al motllo, però quan aquest es va obrir tres dies després, van trobar el mirall trencat en quatre trossos.

Herschel va preparar un altre motllo i va decidir reduir la proporció d’estany a un

25%. El segon intent de forjat es va fer el 25 de febrer i va ser tot un èxit. El pes final del mirall va ser de 2118 lliures (més del doble que el primer mirall: gairebé una tona!), l’amplada era de 3,5 polzades i la superfície, ara preparada per polir, feia 48 polzades de diàmetre. Durant el mes de juliol es va dur a terme el procés de moldre la superfície, i encara es va tornar a fer al setembre per tal de reduir la focal resultant, que havia quedat una mica superior a 40 peus. El dia 1 d’octubre va començar el procés per polir el mirall a mà, ja que Herschel havia vist amb el primer mirall que la màquina polidora no podia

81 DREYER, 2003. p 47. 82 HERSCHEL, 1799. p 76.

43

afinar tant els detalls com ho podia fer una persona. Però la feina de dirigir els vint homes que hi eren treballant va acabar convencent a Herschel de l’avantatge de polir miralls a màquina en futurs telescopis83. Calia, però, fer millores en la màquina polidora. El 24 d’octubre de 1788 el mirall va ser testejat amb Saturn, però lamentablement Herschel va trobar que la distància focal era 14 o 15 polzades més de la convenient. El procés de polit va haver d’aturar-se temporalment fins que no s’aconseguís una millor tècnica per treballar el mirall.

El 12 de gener de 1789, i durant uns quants dies, Herschel es va estar dedicant a

polir un mirall per un 20-peus amb màquina. Això li va servir per trobar millores per la màquina polidora, molt semblant a la que finalment utilitzaria en el nou mirall del 40-peus. Després d’això Herschel va decidir destruir els aparells que havia utilitzat per polir miralls de 20-peus a mà, per tal d’evitar la temptació de tornar a polir a mà. Després de 10 dies de treball amb la màquina, va afegir-hi un mecanisme que efectuava un nou moviment en el mirall, fent que aquest anés girant sobre el seu eix a mesura que la polidora anava actuant sobre la superfície. Durant un mes sencer Herschel va treballat gairebé cada dia, en part en un mirall per un 7-peus, i la resta del temps continuant practicant amb el mirall de 20-peus.

Mentrestant, també preparava una

maquina polidora pel 40-peus, que va començar provant a primers de març amb el mirall prim. No va ser fins al dia 1 o 2 de juny que es van veure les notables millores que s’havien aconseguit amb la màquina en aquest mirall, i durant juliol i agost va ser polit a màquina el mirall gruixut del 40-peus. El 24 d’agost, després una llarga jornada de treball, el polit es trobava bastant avançat, tant en el centre del mirall com en els marges, i Herschel va decidir provar-lo amb estrelles. Va comprovar que la imatge era molt bona gràcies a l’excel·lent forma que havien aconseguit. Tot estava ja preparat, i Herschel va datar la finalització definitiva del 40-peus amb els dos miralls el 28 d’agost de 1789.

El gran telescopi va ser descrit en un

article que Herschel va presentar a la Royal Society al 1795. Tot i que Herschel hi descriu de forma detalladíssima les característiques del tub, l’estructura mecànica i els accessoris, no hi ha ni una sola paraula pel que fa a la

composició dels mirall o al procés d’amolat i polit d’aquests. Això posa de manifest que Herschel ho considerava un secret que no volia revelar; però com a bon científic experimental, any rere any sempre va fer informes detallats de tots els seus treballs, incloent els referents a la construcció de miralls. Aquests va ser de gran valor pel seu fill John, qui va poder construir un 20-peus i continuar la feina del seu pare. 83 Al març de 1789 Herschel va enviar a la Royal Society l’article titulat “On polishing specula by a machine”. Mai li va ser publicat, però es pot trobar a DREYER, 2003.

Figura 5.2: Vista de perfil i suport del segon mirall del 40-peus. Figura original de HERSCHEL, 1795.

44

L’estructura, el tub i els accessoris

Mentre que és relativament fàcil trobar molts treballs i referències d’historiadors que tracten el tema de la construcció dels miralls del 40-peus (potser més interessant), la part referent als fonaments, l’estructura i la resta de la part mecànica que feia funcionar

el telescopi sol ésser passada per alt en la majoria d’aquests. És ben curiós que William Herschel en els seus escrits fes exactament el contrari: mentre que va preferir guardar

Figura 5.3: Ilustració del gran telescopi realitzada per Herschel i presentada a l’article de 1795, amb la dedicatòria al rei George III. És curiós com en aquesta i altres il·lustracions del telescopi, Herschel exagera la mida de l’aparell. Com a prova, en la que apareix a la portada d’aquest treball, compareu l’alçada de l’observador de la plataforma i l’amplada del tub (1,5 metres). Figura original de HERSCHEL, 1795.

45

pràcticament en secret el procés i les tècniques utilitzades en la confecció dels miralls, el seu extens treball pel que fa al gran telescopi84 tracta gairebé al complet el disseny i la construcció de l’estructura i els accessoris.

Tot seguim tractarem de manera resumida els passos del disseny i la construcció de

les diverses parts de l’aparell, ajudats dels esquemes originals dibuixats per Herschel. Els detalls queden a la disposició del lector en l’article original.

En el procés de la construcció de l’estructura hi van arribar a participar fins a 40

treballadors simultàniament, dirigits sempre per William Herschel. Aquest dissenyava i dibuixava fins el més mínim detall de les peces que compondrien l’aparell, per tal de facilitar la feina dels treballadors i evitar errors.

Com ja és sabut, el gran telescopi es va situar al jardí d’Observatory House, la casa

dels Herschel a Slough. Pràcticament de manera simultània a l’inici del procés de forja i polit del primer mirall, després de l’estiu de 1785, es van començar a preparar els fonaments que suportarien la gran estructura del telescopi. Els fonaments consistien en dos murs circulars concèntrics soterrats, sobre els quals s’hi hauria de moure sobre

rodes tota l’estructura. El cercle extern tenia un diàmetre 12,8 metres85, i l’intern de 6,4 metres. Els murs, fets de pedra similar a la que s’utilitzava en el paviment dels carrers, tenien un profunditat d’uns 75 centímetres (variable segons el lloc, ja que el terreny no era del tot pla) i una amplada de 65 centímetres al fons i de 35 centímetres en la superfície.

Per tal d’anivellar els fonaments es va

utilitzar una corda i un anivellador de bombolla. La corda era lligada en un extrem a un màstil al centre dels cercles, i en l’altre es desplaçava sobre els murs dels fonaments. Amb l'anivellador es comprovava que la

corda era sempre en posició horitzontal. Un cop construïts els fonaments, el següent pas era la base de l’estructura. En

aquesta i la resta de parts de l’estructura, gairebé completament de fusta de roure, Herschel va haver de fer un balanç entre rigidesa i pes. La base es componia de sis bigues principals, tres paral·leles al tub i tres perpendiculars, de 13,2 metres de llargària i separades per 5,2 metres. Als extrems de les bigues longitudinals (les paral·leles al tub) s’hi van situar les dues bigues més robustes de tota l’estructura, que havien de suportar les escales. Les bigues transversals anaven reforçades amb algunes més petites, ja que des d’aquestes es realitzaria la força per tal de girar la gran estructura a l’hora d’orientar el telescopi.

84 HERSCHEL, 1795. 85 Tot i que en aquest treball hem cregut convenient mantenir la nomenclatura dels telescopis de Herschel segons la seva distància focal mesurada en peus, en la part referent a l’estructura donarem la major part de les mesures en metres, per tal que el lector se’n pugui fer una millor idea.

Figura 5.4: Vista de perfil dels fonaments. Figura original de HERSCHEL, 1795.

46

La unió entre les diferents bigues es realitzava amb claus, visos i peces de ferro

adequades a la forma de les bigues. Vuit barres horitzontals acabaven de reforçar el perímetre de la base, adquirint finalment una forma decagonal. La base estava en contacte amb els fonaments per mitjà de 20 rodes (12 al cercle extern i 8 a l’intern) que permetien que tota aquesta girés sobre el seu eix. Justament al centre d’aquest eix, sota l’encreuament de les dues bigues centrals, l’estructura estava subjecta a un màstil enclavat a terra que evitava que es desviés a l’hora de girar.

Un cop assentada la base, es va procedir a construir la part superior de l’estructura.

Els elements principals eren quatre jocs d’escales, dos a la part frontal i dos a la posterior, que feien alhora de suport i de mitjà per sostenir la plataforma d’ascens i d’observació. Cada joc d’escales es componia de tres bigues de 15 metres de longitud, entre les quals se situaven els esglaons. Les bigues tenien una forma arrodonida adequada per tal que la plataforma d’observació pogués lliscar-hi amunt i avall, i eren més primes i lleugeres a la part superior. La possibilitat de que l’observador es mogués

Figura 5.5: Esquema en alçat de la base de l’estructura, un cop acabada i ja amb la base dels dos habitacles. S’observen també els dos cercles concèntrics dels fonaments. Figura original de HERSCHEL, 1795.

47

amb comoditat fins al lateral del tub era de vital importància, ja que com hem dit el gran telescopi era inicialment pensat amb un disseny newtonià. Herschel va haver de redissenyar la plataforma d’observació quan va decidir utilitzar la seva idea del “focus Herschel”, però això no va afectar la resta de l’estructura.

Els quatre jocs d’escales va ser construïts en posició horitzontal. L’operació d’alçar-

les fins a situar-les en estructura triangular, unides al capdamunt per una biga horitzontal, representà tota una mostra d’enginy per part de Herschel i de coordinació per part dels treballadors. Es van utilitzar màstils, politges i cordes, i fins i tot es van utilitzar alguns dels arbres del jardí per assegurar amb cordes l’estructura mentre s’alçava. Fent palanca amb un màstil de 8 metres especialment fet per aquesta operació, es va fer encaixar tota l’estructura de les escales sobre el suport de la base.

Un cop situades les escales, suport

principal de tot l’esquelet, ràpidament es va procedir a col·locar els dos suports laterals principals, que es recolzaven en la biga transversal central de la base i subjectaven les escales exactament des del punt més alt, on es creuaven les frontals i les posteriors. Una peça de ferro feia una unió perfecta entre les bigues laterals i els joc d’escales frontal in posterior. Aquestes bigues protegien l’estructura dels moviments laterals que podien ser produïts pel vent.

En aquest punt, i abans de fixar tots els

cargols que unien les peces principals de l’estructura, es va comprovar que les escales havien quedat perfectament alineades penjant un cubell amb 50 litres d’aigua des de dalt de tot, de manera que actués com a anivellador de plomada. Seguidament es van fixar totes les unions de la robusta estructura.

Quatre jocs més d’escales, la meitat de

llargs que els principals i sense tants esglaons, va servir per recolzar-los a la meitat d’alçada. Aquests s’assentaven sobre la biga central transversal. Després es van col·locar quatre bigues més de suport als laterals, recolzades sobre les bigues transversals i aguantant les escales principals a mig camí de l’alçada total.

Tant els suports laterals com les escales principals va ser reforçats amb un tot

conjunt de bigues, tant des de la base com horitzontals, per tal d’aconseguir com a

Figura 5.6: Esquema dels dos jocs d’escales frontals, amb l’espai enmig pel tub del telescopi, i la unió amb les bigues laterals. Figura original de HERSCHEL, 1795.

48

resultat una estructura formada completament per triangles86 que unien totes les parts formant-ne una de sola, molt més robusta. Fins i tot Herschel va tenir cura de situar una biga més robusta en les escales posteriors, que seria el suport per col·locar i extreure el mirall del tub.

En aquest punt es pot dir que l’estructura era acabada. El pas següent va ser preparar

la plataforma principal d’observació. La seva base plana era sobre un suport triangular que encaixava sobre les escales principals i podia lliscar-hi per mitjà de sis jocs de petites rodes. La plataforma d’observació, recolzada d’aquesta manera en els dos jocs d’escales frontals, tenia forma de U amb una barana en tota la part externa i la part interna lliure, de manera que es pogués accedir tant a la part frontal com als dos laterals del tub. En total el terra de la plataforma feia 1,8 metres d’amplada (en els laterals, ja que al mig hi quedava el forat de la U amb només 60 centímetres per poder-hi passar) i 4,1 metres de llargada.

La plataforma havia de pujar i baixar per les guies sobre els dos jocs d’escales mitjançant cordes i politges. Per poder suportar petites diferències en el moviments dels dos costats, el terra de la plataforma era dividit en tres parts, unides amb unes peces de ferro que proporcionaven una certa flexibilitat al conjunt. D’aquesta manera s’evitava que la plataforma s’encallés si es tibava més d’un costat que de l’altre.

Per tal de poder accedir a aquesta plataforma còmodament, quan era en la seva

posició més baixa, es va construir unes escales amb barana. D’aquesta manera no caldria utilitzar les incòmodes i perilloses (més encara de nit) escales de mà principals. Herschel també va afegir una petita plataforma que podia fer pujar i baixar una persona entre la base de les escales i la plataforma gran d’observació, en cas que aquesta ja estigués situada a l’alçada convenient per l’observació (així no calia moure-la).

La següent part que Herschel descriu, i que anava construint al mateix temps que

l’estructura, és el tub. Aquest, de forma cilíndrica, feia 12 metres de llarg i 1,47 metres de diàmetre. Herschel va decidir construir-lo completament amb ferro ja que, segons diu, si hagués estat de fusta hauria pesat molt més i hagués durat molt menys en bon estat.

86 El triangle és la figura bidimensional més difícil de deformar.

Figura 5.7: Esquema de l’estructura triangular de suport de les escales, vista des del lateral. Figura original de HERSCHEL, 1795.

49

Unint un gran nombre de xapes de ferro rectangulars, de 1,15 x 0,6 metres i 1

mil·límetres de gruix, es va obtenir una enorme làmina de doble capa de 12,1 x 4,7 metres. Van caldre un gran nombre d’eines i de petites peces auxiliars per tal d’unir totes les xapes fermament. Mitjançant unes elaborades falques circulars de fusta, amb el diàmetre del tub, i amb l’ajuda d’un joc de cordes i politges, es va procedir a corbar la gran làmina de ferro fins poder unir els dos laterals, donant com a resultat un tub cilíndric. Un cop plegada la xapa, les falques circulars es va desmuntar: estaven construïdes en dues peces semicirculars per tal de fer possible la seva extracció de dins el tub. Unes anelles de ferro circulars col·locades cada 60 centímetres farien que el tub conservés la forma cilíndrica, i gràcies a això esdevingués una estructura ferma (tot i estar fet de xapa tan prima). Per últim, el tub va ser pintat amb diverses capes, tant per dins com per fora, per tal de protegir-lo de l’oxidació.

Mentre es realitzava tot això, també s’anava avançant en la maquinària que

realitzaria els moviments del tub. La base del tub, en l’extrem on se situaria el mirall, anava reforçada amb una estructura de ferro i unes rodes que permetien moure aquest extrem inferior sobre uns rails. A més de poder fer pujar o baixar l’extrem superior del tub, el moviment de la base sobre els rails era necessari per tal de poder arribar a col·locar el tub en posició vertical, apuntant al zenit. L’extrem inferior del tub, en la part de dalt, contenia una doble porta per tal de poder introduir o extreure el mirall, a més de col·locar-li la coberta quan no s’utilitzava. La doble porta a més evitava que hi entrés pols i humitat.

Per tal que el mirall estigués sempre ben alineat, dos cargols situats a la base del tub

permetien fer-hi petites correccions en la posició. Herschel anomena l’extrem inferior del tub com el “punt de suport”, mentre que

l’extrem superior és el “punt de suspensió”. El tub era reforçat per la cara externa per 10 barres longitudinals des de la base fins l’extrem superior, un una anella robusta de ferro se situava al voltant de l’obertura. Aquesta anella constituïa el punt de suspensió, des del qual un complicat i enginyós sistema de politges permetia els moviments en alçada

Figura 5.8: Esquema en alçat de la base de la plataforma d’observació, dividida en tres parts i amb l’espai enmig on hi havia la boca del tub òptic. Figura original de HERSCHEL, 1795.

50

d’aquest extrem del tub. Mitjançant el moviment del punt de suport i del punt de suspensió el telescopi podia apuntar a qualsevol alçada entre l’horitzó i el zenit87.

Tot i que normalment les

observacions es realitzaven en direcció al meridià (és a dir, en direcció sud), que és on els objectes arriben a una major alçada i per tant és el moment més favorable per veure’ls, Herschel volia que el telescopi pogués apuntar a qualsevol punt del cel amb comoditat, i per això va dissenyar un sistema de politges que podia moure l’estructura sencera en els dos sentits de gir sobre les 20 rodes que hi havia sota la base. Va fer col·locar 8 màstils de fusta de roure distribuïts en tot el perímetre del

telescopi i separats uns 3,5 metres dels fonaments externs. Aquests servirien com a suport pel sistema de politges, que exerciria forces en sentints contraris sobre els dos suports laterals centrals, i d’aquesta manera induiria un gir en tota l’estructura.

Molt probablement, aquest era l’estat de la construcció del gran telescopi quan

Herschel va provar per primer cop el mirall prim, el 19 de febrer de 1787, havent-se d’introduir dins el tub i aguantant l’ocular amb la mà per tal de trobar el focus i veure la nebulosa d’Orió. Herschel s’havia decidit feia molt poc per la configuració de visió frontal (com ell anomenava el seu disseny de “focus Herschel”), i amb això va haver de canviar el disseny d’algunes parts. L’observador s’hauria de col·locar davant de la boca del tub, amb el cap a l’obertura i d’esquenes a l’objecte, però la plataforma d’observació no era prou segura ni còmoda per això. Herschel va construir la “cadira d’observació”, a la qual s’hi accedia des de la plataforma i que penjava directament de la boca del tub, amb un mecanisme d’engranatges per tal de tenir-la sempre anivellada. La base d’aquesta petita plataforma feia uns 90 x 60 centímetres (suficient per un observador assegut). Just en el lateral inferior de la boca del tub, Herschel hi va situar el portaoculars, perfectament accessible des de la cadira. Com que el diàmetre de tub era uns 20 centímetres major que el del mirall, el cap de l’observador assegut a la cadira no obstruiria pràcticament la llum provinent de l’objecte... “especially as we supose a night observer will prefer some kind of warm cap to a hat, the rim of which might obstruct a

few of the entering rays”88. Els moviments vertical i horitzontal permetrien que des de la sala de control dels

moviments els treballadors dirigissin el tub cap a qualsevol punt del cel. Però Herschel

87 Per una descripció detallada dels mecanismes de moviment veieu HERSCHEL, 1795. 88 HERSCHEL, 1795; p 383. També a DREYER, 2003; p 510.

Figura 5.9: Esquema que mostra l’estructura de la base del tub, reforçada per suportar el pes del mirall. S’observen també les rodes del punt de suport i la porta d’accés al mirall. Figura original de HERSCHEL, 1795.

51

va haver de pensar en la solució per un altre problema: la considerable potència d’augment a la qual treballaria amb aquell telescopi, juntament amb el moviment sideri dels astres, faria que no poguessis observar un objecte més d’uns quants segons consecutius, o bé que els treballadors haguessin d’estar contínuament fent petites correccions al moviment de la pesada estructura. Per això Herschel va haver d’idear també un mecanisme que li permetés fer ell mateix aquestes petites correccions amb més comoditat.

Com que la majoria de les observacions es realitzarien a prop del meridià, només es

va preocupar per que el tub pogués fer les petites correccions en el sentit esquerra – dreta, ja que en aquest punt del cel els objectes es mouen exactament en horitzontal, d’est a oest. Sobre els dos jocs d’escales principals va situar-hi dos mecanismes, un a cada banda de la boca del tub, que podien lliscar amunt i avall per aquestes amb un sistema de politges segons quina era l’alçada del punt de suspensió. A més, als dos costats del tub s’hi van collar unes grans plaques verticals, sobre les quals els mecanismes de les escales hi exercirien una força a esquerra o dreta, de manera que el fessin pivotar. A la banda dreta de l’observador, un mecanisme regulat per una manovella permetia exercir més o menys força sobre aquella banda del tub. Mentrestant, des de la banda esquerra del tub, un mecanisme similar a una molla exercia una força gairebé constant (segons Herschel calcula, equivalent a uns 16 kg) en sentit contrari. Això havia d’anar acompanyat d’encara una complicació més en el mecanisme del punt de suport, a l’altre extrem del tub, que havia de permetre també un cert pivotatge sense que les rodes descarrilessin89. Amb aquest sistema es podia seguir un objecte durant uns 10 minuts sense haver de moure

89 Per veure-ho, pot ser d’especial ajuda la figura 5.10.

Figura 5.10: A la figura de dalt: el mecanisme de politges pels moviments de gir en horitzontal, situat sobre la biga transversal central de la base. A la figura de sota: el punt de suport de la part inferior del tub òptic. Es poden veure les rodes i el mecanisme que permetien el moviment, com també el punt de pivotatge que permetia les correccions a esquerra i dreta per part de l’observador. La barra que fa diversos angles és el tub de comunicacions, amb algunes parts extensibles. Figura original de HERSCHEL, 1795.

52

l’estructura sencera. Com ja hem esmentat, els moviments dels principals del tub es podien dur a terme

per dos treballadors que se situaven a la “sala de moviments” o “sala de treball”, com Herschel l’anomena. Aquest habitacle cobert se situava sobre la base, a la banda dreta del tub (des del punt de vista de l’observador), just al costat de l’extrem inferior d’aquest (això facilitava el control del punt de suport del tub). Les mides de l’habitacle, construït en fusta com la resta de l’estructura, eren de 2 x 1,3 metres.

En aquest punt s’hauria pogut donat per acabada la construcció de l’estructura del

gran telescopi, que restaria a l’espera del segon mirall. Però Herschel no només pretenia veure i admirar objectes celests; era un astrònom professional, i per tant havia de realitzar les observacions deixant constància escrita de les característiques i la posició d’allò que veia pel telescopi. Això ho faria, com era el seu costum, amb l’ajuda de la seva inseparable germana Caroline.

Per això va dissenyar i construir un altre habitacle, anomenat “l’observatori”, situat

en el costat oposat a la sala de moviments, amb unes mides de 2,5 x 1,6 metres. Caroline disposava així d’un petit despatx, amb cadira, taula, il·luminació amb espelmes i una sèrie d’aparells que li permetien enregistrar les observacions.

Herschel va afegir una sèrie d’aparells (alguns fets per altres astrònoms), per tal de

facilitar el registre de les observacions, especialment en les operacions d’escombrat de zones de cel. En fem una llista:

- Un rellotge de temps sideri. - Un indicador d’ascensió recta. - Un indicador de distància polar. - Diversos catàlegs d’estrelles. - Un quadrant d’indicació d’alçada amb un petit buscador. - Un sistema de comunicació entre l’observador i els dos habitacles. - Un mecanisme de moviment micromètric pel escombrats. - Un indicador de límits de zona d’escombrat. Tots ells se situaven a l’observatori exceptuant els dos últims, a la sala de

moviments, i el quadrant amb el buscador, al costat de la cadira d’observació. Herschel ja tenia experiència prèvia amb sistemes semblants utilitzats amb el 20-

peus: “All these conveniences were gradually brought to perfection with my 20-feet

telescope; but here, they were at once, and with great advantage, designed and

executed in their most improved state.”90

En el seu article Herschel fa una extensa i detallada descripció de la construcció i

funcionament cadascun dels aparells, que no reproduirem aquí. És especialment interessant i curiós, però, el sistema que va idear per facilitar la comunicació. Tenint en compte com funcionava el telescopi, i també com es feia el registre de les observacions, 90 HERSCHEL, 1795; p 385. També a DREYER, 2003; p 511.

53

és evident que Herschel havia d’estar parlant gairebé constantment, tant amb Caroline com amb els treballadors que controlaven els moviments. Això era especialment difícil quan el telescopi se situava gairebé en vertical (i per tant, l’observador més lluny) o bé quan molestava el soroll del vent. Per això Herschel va construir un tub extensible de llautó que partia just de sota l’ocular (no calia separar l’ull per parlar) i transmetia la seva veu fins als dos habitacles (i també, òbviament, en sentit invers). El tub passava per tot el costat del tub fins a la base, anava fins al capdavant d’aquesta, i després tornava i es bifurcava cap als dos habitacles. La part del tub que anava a la base era extensible, de manera que el punt de suport es pogués moure sense que aquell representés cap impediment. Tot i els 35 metres d’extensió total del tub, sembla que el sistema funcionava prou bé: “I find that it requires no particular exertion to be very well understood”

91.

Tots aquests mecanismes es van anar incloent i perfeccionant també més enllà del

moment, a l’estiu de 1789, en el qual Herschel estrena el segon mirall i dona per acabada la construcció del gran telescopi. CARACTERÍSTIQUES DEL TELESCOPI Mecànica i utilització

Tots els mecanismes de moviments i els

aparells pel registre de les observacions, que hem descrit en l’anterior apartat, van acabar fent del 40-peus un aparell molt complex d’utilitzar (potser massa, com veurem més endavant). Tant és així que gairebé es pot dir que existia tot un protocol a seguir en el procediment d’execució d’una observació amb el gran telescopi.

El primer pas era extreure la coberta del

mirall, feta d’estany. Això no era gens senzill, tenint en compte que es trobava al capdavall del tub, que feia 1,2 metres de diàmetre i que calia evitar que la humitat i l’aigua condensada en el tub malmetés el mirall. Amb el tub horitzontal, i mitjançant unes escales de mà, s’accedia a la doble porta de la base del tub, a través de la qual una persona havia d’entrar-hi i descollar els sis cargols que fixaven la coberta. Seguidament, aquesta persona sortia i amb l’ajuda d’una altra (probablement ho feien els dos treballadors) extreien la coberta sencera i tancaven la doble porta. Tot això tenint cura res ni ningú toqués

91 HERSCHEL, 1795; p 387. També a DREYER, 2003; p 513.

Figura 5.11: En aquesta maqueta del telescopi, al Museu de Slough, es pot veure com era la posició d’observació de Herschel.

54

el mirall. La coberta es guardava a l’observatori mentre durava l’observació.

Seguidament ja es podia orientar el telescopi

cap a l’objecte. Calia fer girar l’estructura en horitzontal i seguidament orientar el tub en alçada, movent alhora el punt de suport i el punt de suspensió. A més calia fer pujar la plataforma principal d’observació. Aquesta podia lliscar amunt i avall per les guies de les escales amb un sistema de politges per tal de poder accedir o baixar de la cadira d’observació sense haver de moure el tub. Per moure la plataforma calia dos homes, un a cada banda, que dirigien unes cordes i politges. Per tal que pugessin o baixessin els dos extrems al mateix ritme i que la plataforma no

quedés inclinada, l’observador utilitzava un sistema de dues campanetes per dirigir els treballadors. La cadira d’observació, situada penjant directament de la boca del tub, tenia un seient i respatller abatibles per tal de poder entrar i sortir amb comoditat.

Un cop fet tot això i centrat l’objecte o la

zona d’escombrat, els petits moviments de correcció podien ser dirigits pel propi observador amb la manovella del mecanisme situat a la seva dreta.

Un tub estret i llarg permetia transmetre les

anotacions i instruccions de l’observador, sense necessitat de cridar, fins l’habitacle esquerre, on se situava l’assistent que havia d’escriure l’informe de les observacions. El mateix tub també transmet el so fins l’habitacle més petit de la dreta, on se situaven dos treballadors que es feien càrrec dels moviments per tal de dirigir

el tub amunt i avall, o l’estructura sencera a esquerra i dreta.

A l’habitacle de l’esquerra, l’observatori, hi

havia un rellotge de temps sideri, i un mecanisme de mesura de distància polar. Amb aquests dos aparells quedava determinada i anotada la posició dels objectes descrits per l’observador. L’indicador de distància polar donava idea de l’alçada sobre l’horitzó de l’objecte observat, i havia d’estar calibrat d’acord amb el que indicava el quadrant situat a la boca del tub, utilitzat per l’observador. Aquest quadrant, de 12 polzades i amb anivellador de pes, permetia dirigir el telescopi a una posició coneguda sobre el meridià. Un petit telescopi refractor sobre el quadrant permetia trobar fàcilment

Figura 5.12: L’habitacle dret, des d’on es controlaven els moviments del telescopi, a la maqueta del Museu de Slough.

Figura 5.13: Quadrant original, amb nivell de bombolla i buscador, utilitzat al telescopi de 40 peus.

Figura 5.14: Indicador dels límits de la zona d’escombrat, restaurat de l’original que se situava a la sala de moviments del gran telescopi.

55

els objectes i centrar-los amb el gran telescopi, també quan no es trobaven sobre el meridià. A l’habitacle de la dreta hi havia l’indicador o delimitador de zona d’escombrat: un mecanisme amb dues petites campanes de tons diferents. Una marcava l’ordre per començar a dirigir el tub amunt i l’altra per dirigir-lo avall. D’aquesta manera l’observador marcava als treballadors els límits de la zona on es feia l’escombratge per buscar-hi objectes.

Al final de l’observació calia moure la plataforma i el tub fins a la posició

horitzontal i fer el procés invers per tal de col·locar la coberta de protecció al mirall. També havien de recordar-se’n d’apagar totes les espelmes de l’observatori i la sala de moviments (recordem que tota l’estructura era de fusta de roure...). Òptica

En el capítol 4 hem fet una descripció detallada de la teoria i els raonaments fets per

William Herschel, per tal de poder fer una comparació entre els seus telescopis pel que fa a la potència d’augment i al seu “poder de penetració en l’espai”. Havíem deixat pendents, però, els comentaris sobre l’última part del seu article92, on es refereix més concretament als experiments i tests òptics que fa amb el telescopi de 40 peus. Ara, un cop hem vist els detalls de la seva construcció, estem preparats per avaluar els resultats d’aquests experiments.

A partir de la seva fórmula93, Herschel va quantificar la potència dels seus aparells.

Aquest número donava idea de cóm de lluny es podia arribar a veure amb aquests. A la següent taula fem in llistat dels aparells que Herschel analitza en el seu article:

Telescopi Tipus Ocular Obertura

(polzades) Diàmetre secundari (polzades)

Transmitivitat (paràmetre x)

Poder de penetració

Buscador del 7peus

Refractor 1 lent 0,75 - 89,9 % 3,56

Busc. del 20-peus

Refractor acromàtic

2 lents 1,17 - 85 % 4,50

“Small sweeper” (2-peus)

Newtonià 2 lents 4,2 1,2 41 % 12,84

7-peus Newtonià 1 lent 6,3 1,2 43 % 20,25 10-peus Newtonià 1 lent 8,9 1,6 43 % 28,67 20-peus petit

Newtonià 1 lent 12 1,5 43 % 38,99

20-peus gran

Newtonià 1 lent 18,8 2,1 43 % 61,18

20-peus gran

Herschelià 1 lent 18,8 - 64 % 75,08

25-peus Herschelià 1 lent 24 - 64 % 95,85 40-peus Herschelià 1 lent 48 - 64 % 191,69

92 HERSCHEL, 1799. 93 Veure capítol 4 per més detalls, pàgina 31.

56

El telescopi de 40 peus, de tipus herschelià, utilitzava un únic mirall per dirigir tota

la llum al focus, que se situava en una bora de l’extrem frontal del tub. El mirall, de 48 polzades de diàmetre (1,22 metres), va ser el més gran construït fins llavors, no només entre els que va fer Herschel, sinó també a nivell mundial.

Com hem vist anteriorment, Herschel va fabricar dos miralls d’aquesta mida, per tal

de poder substituir l’un per l’altre a l’hora de polir-los. D’altra banda, el primer dels que va fabricar era massa prim i patia flexions quan estava col·locat dins el tub, de manera que les imatges que mostrava patien certes aberracions i es perdia l’enfocament. És per això que Herschel va utilitzar gairebé sempre (excepte quan calia polir-lo) el segon mirall.

Com es veu a la taula, el telescopi de 20 peus gran (amb el mirall de 18 polzades),

va passar d’una potència de 61 a 75 quan el va canviar a configuració herscheliana. Aquesta modificació va permetre a Herschel descobrir els satèl·lits d’Urà, que segons ell afirma, eren impossibles d’observar amb el mateix telescopi en configuració newtoniana. Aquest fet el va impulsar, com hem comentat anteriorment, a construir el 40-peus en configuració herscheliana, amb la qual cosa va aconseguir un poder de penetració de 192.

Podem fer una estimació de quin hauria estat el poder de penetració d’aquest si

l’hagués acabat en configuració newtoniana, amb un mirall secundari d’unes 4 polzades i un ocular d’una sola lent:

( )2 2

.

0,43 480 40156,83

2newtonPP−

= =

Això és gairebé un 20% menys que el que va aconseguir utilitzant el focus

herschelià. Per poder posar a prova els seus telescopis, Herschel solia apuntar a alguns objectes

nebulosos que suposadament, segons els astrònoms que els havien observat abans que ell, eren nebuloses sense estrelles. La qualitat, i sobretot, el poder de penetració en l’espai d’alguns dels telescopis que Herschel es va construir, li va permetre distingir estrelles en aquests objectes nebulosos. Es tractava, per tant, de cúmuls d’estrelles, i no de nebuloses.

El 24 de febrer de 1786 Herschel va observar amb el 20-peus (encara newtonià) i

amb 157 augments una petita nebulosa que havia descobert Messier a prop de l’estrella 5 Serpens. Va anotar el següent:

“The most beautiful extremely compressed cluster of small stars; the greatest part

of them gathered together into one brilliant nucleus, evidently consisting of stars,

surrounded with many detached gathering stars of the same size and colour”94

94 HERSCHEL, 1799. p 75.

57

El 27 de maig de 1791 va observar el mateix objecte amb el telescopi de 40 peus i a 370 augments:

“A beautiful cluster of stars. I

counted 200 of them. The middle of it

is so compressed that it is impossible

to distinguish the stars”95

Amb aquest poder de penetració

havia estat fins i tot capaç de comptar les estrelles de la perifèria del cúmul. Avui dia sabem que M5 és un cúmul globular amb unes cent mil estrelles i situat a uns 27000 anys llum de la Terra. El centre d’aquest tipus de cúmuls és tan saturat d’estrelles que ni tan sols amb alguns telescopis potents actuals es poden arribar a distingir, i ni molt menys comptar, tal com li va passar a Herschel amb el 40-peus.

El 5 de novembre de 1791 Herschel va apuntar a Saturn, tant amb el 20-peus com

amb el 40-peus: “20-feet. The 5th satellite of Saturn is very small. The 1st, 2d, 3d, 4th, 5th, and the

new 6th satellite, are in their calculated places.”

“40-feet. I see the new 6th satellite much better with this instrument than with the

20-feet. The 5th is also much larger here than in the 20-feet; in which it was nearly the

same size as a small fixed star, but here it is considerably larger tan that star”96

En aquest cas el poder de penetració superior del 40-peus li va permetre veure amb

claredat el 6è satèl·lit. A més, com que també tenia l’avantatge d’una potència d’augment superior, va poder distingir la mida del disc del 5è satèl·lit, mentre que la petita estrella que es veia a prop continuava essent puntual.

Una altra observació de Saturn amb aquests dos telescopis va ser realitzada el 21 de

novembre de 1791. Amb el 20-peus utilitza 300 augments i amb el 40-peus 370, per tal d’observar els satèl·lits i alguns detalls del planeta, com ara la divisió dels anells. La seva conclusió és la mateixa que en anteriors observacions: amb una potència d’augment similar, el 40-peus és molt superior en resolució i lluminositat, i això es deu, segons Herschel, al superior poder de penetració en l’espai.

95 HERSCHEL, 1799. p 76. 96 HERSCHEL, 1799. p 77.

Figura 5.6: Imatge del cúmul M5 amb el Hubble Space Telescope. Amb el 40-peus Herschel va poder distingir i comptar les estrelles de la part externa.

58

Capítol 6: PRIMER IMPACTE DEL GRAN TELESCOPI Expectatives, èxits i fracassos del 40-peus

A l’estiu de 1789, un cop finalitzada la construcció del telescopi, s’acostava el moment d’haver de justificar la seva existència davant de la família reial, de la resta d’astrònoms i del públic en general. En particular, la comunitat astronòmica esperava impacient els grans descobriments i revelacions que el gran instrument havia de proporcionar, i cap astrònom podia pensar en visitar Anglaterra sense passar per Slough a fer un cop d’ull a la immensitat del gran telescopi. Ara el rei per fi podria fer el camí de Windsor a Slough per contemplar la gran estructura que, com a resultat de la seva inversió i la seva aposta per la ciència, havia de permetre el seu astrònom veure coses fora de l’abast de la resta d’observadors de la Terra.

William Herschel no va acabar d’especificar mai els seus objectius concrets pel que

fa a l’explicació de “la construcció dels cels”, però els podem esbrinar fàcilment. Ja en les primeres pàgines de les seves anotacions com a observador, al març de 1774, hi apareix un dibuix de la nebulosa d’Orió amb el comentari “Its shape was not as Dr Smith has delineated in his Optics. From this we may infer that there are undoubtedly

changes among the fixed stars, and perhaps from a careful observation of this spot

something might be concluded concerning the nature of it”. Alguns astrònoms pensaven que totes les taques blanquinoses del cel, conegudes

com nebuloses, eren en realitat agrupacions de moltes estrelles, tan distants que no es podien distingir separadament. Altres sostenien que tot i que alguns podien ser cúmuls d’estrelles llunyans, uns altres eren compostos per una mena de fluid lluminós. Des de Bath, Herschel ja havia observat la nebulosa d’Orió almenys vuit vegades, i en els seus dibuixos i comentaris hi remarca que algunes parts de la seva forma han anat variant amb el temps. Si això fos cert, implicava que la nebulosa no podia ser un cúmul llunyà, ja que les estrelles d’una agrupació gegant no podrien haver-se mogut tan ràpid com per apreciar les modificacions del cúmul en tan poc temps. Per tant, algunes nebuloses, com la d’Orió, eren realment núvols més propers de fluid lluminós.

Anys més tard, quan feia els seus escombrats sistemàtics del cel amb el seu nou

telescopi de 20 peus, Herschel va adonar-se’n que ara podia distingir quins objectes eren cúmuls d’estrelles i quins eren simplement taques blanquinoses, o nebuloses, indicant que eren formats de fluid lluminós. Però un fet el va preocupar; al juny de 1784 va topar amb un objecte que semblava de les dues formes: contenia un cúmul d’estrelles, però també una part de nebulosa. Això el va portar a pensar que potser en realitat tots els objectes eren cúmuls d’estrelles, uns més llunyans i altres més propers. La resposta definitiva, però, l’hauria de donar el gran telescopi que pretenia construir. El telescopi havia de ser més gran que els seus predecessors, de manera que li permetés resoldre en estrelles molt més objectes nebulosos.

Herschel feia molt poc que havia completat la posta en marxa del 40-peus quan, al

novembre de 1790, mentre feia escombrats amb el 20-peus, va trobar un objecte

59

estrany97: una estrella envoltada de lluminositat. Immediatament va acudir al 40-peus, esperant que amb aquest es resolgués la nebulosa en estrelles, i així es resolgués també el misteri. Però no va ser així. El 40-peus havia fracassat en el que era gairebé segur la seva missió principal98.

Encara hi havia altres qüestions que

el gran telescopi podia resoldre. Saturn va ser el primer objecte que Herschel va observar i va deixar constància escrita, l’1 de març de 1774. La posició dels anells de Saturn durant aquells primers anys li va ser favorable per tal d’observar i estudiar el moviment dels cinc satèl·lits coneguts del planeta. En una carta de novembre de 1786, Lalande99, l’animava a tornar a observar els satèl·lits, ara que tenia instruments més potents i que la posició dels anells tornaria a ser favorable. Herschel va acceptar el repte i va observar Saturn durant 17 nits a l’estiu de 1787 amb el 20-peus, anotant amb cura les successives posicions dels cinc satèl·lits. El 19 d’agost, després d’observar Saturn durant 3 hores, li va semblar veure un sisè satèl·lit, però no ho va poder confirmar en les nits següents, i va pensar que podia haver-se tractat d’una estrella de fons.

L’estiu de 1789 el segon mirall del 40-peus va estar llest per utilitzar-lo. A més,

Lalande li havia enviat unes taules amb càlculs de les posicions dels cinc satèl·lits. Herschel va observar durant sis nits amb el 20-peus i, finalment, la nit del 28 d’agost, va dirigir a Saturn el 40-peus amb el nou mirall. Només quatre dels cinc satèl·lits havien de ser visibles, però a més va trobar el que semblava ser un sisè satèl·lit: “What makes me

take it immediately for a satellite is its exactly ranging with the other four and the

ring”100

. El descobriment del sisè satèl·lit de Saturn va ser anunciat el mateix any a

Philosophical Transactions, i va ser una primera resposta a les expectatives que hi havia entorn al gran instrument. A més, en una observació del 17 de setembre, Herschel anota “I see six satellites at once, and being perfectly assured that the 2nd is invisible it

97 Es tracta del que avui es coneix com NGC1514 (veieu figura 6.1), una petita nebulosa planetària a la constel·lació de Taurus. Les nebuloses planetàries són núvols de material expulsat de les capes externes d’una estrella en les últimes fases de la seva vida. És normal, per tant, que Herschel no pogués resoldre la nebulosa en estrelles; el que va veure és el nucli restant de l’estrella envoltat del material, d’aspecte blanquinós, expulsat per aquesta. 98 Això, però, va donar com a resultat un article al 1791, de gran rellevància en astronomia, ja que és el primer que tracta els objectes coneguts a partir d’aquell moment com “nebuloses planetàries”. Veieu HERSCHEL, 1791. 99 Joseph Lalande (1732 – 1807), astrònom francès molt popular després de l’observació d’un trànsit de Venus al 1769 i de la publicació de nombroses obres i articles des de l’acadèmia de ciències de Berlín. 100 DREYER, 2003. p 52.

Figura 6.1: Imatge de la nebulosa planetària NGC1514 amb un telescopi modern d’aficionat. L’estrella central és la responsable d’haver expulsat el gas que compon la nebulosa que, lògicament, el 40-peus va ser incapaç de resoldre.

60

becomes evident that Saturn has 7 satellites”101

. Eufòric, va escriure de nou a Banks per anunciar el nou descobriment. En una maniobra pròpia d’aquells que generen expectatives que mai podran satisfer, Herschel inicia la publicació formal dels seus descobriments amb un anunci de l’arribada del seu 40-peus a l’escena astronòmica, i amaga el paper que va tenir el 20-peus en la troballa dels dos nous satèl·lits, adjudicant tot el triomf al 40-peus. De fet, el sisè satèl·lit ja havia estat observat amb el 20-peus el 19 d’agost de 1787, tot i que Herschel va sospitar que es podia tractar d’una estrella de fons. Durant l’oposició de 1789 el sisè satèl·lit va ser observat el 18 i el 27 de juliol, ambdós cops amb el 20-peus, però Herschel el va poder confondre amb un altre dels satèl·lits. I pel que fa al setè, va ser realment descobert amb el 20-peus el 8 de setembre, i probablement també observat el 14, però sense que Herschel n’estigués del tot convençut de que es tractés d’un altre nou satèl·lit. El dia 17 a les 21h Herschel va creure observar, amb el 20-peus, el setè satèl·lit molt a prop dels anells, i a les 23h30m confirmava el descobriment amb el 40-peus.

En els seus articles pel que fa a aquests descobriments només entra en escena el 40-

peus. Això va fer que la comunitat astronòmica a nivell mundial esperés una successió de més descobriments. Però esperaven en va.

Herschel va fer el poc que va poder per defensar-se de les crítiques quan els

astrònoms van veure que els descobriments no arribaven. Deia que fer un escombrat del cel amb el 40-peus hauria comportat molts segles102. Degut a les condicions atmosfèriques i a la condensació d’aigua i gel al mirall, les oportunitats d’utilitzar-lo eren molt escasses. A més, Herschel tenia com a norma no utilitzar un telescopi més gran del que era necessari per allò que volia observar. En un article de 1815 referent als satèl·lits d’Urà, va veure necessari justificar el poc ús del telescopi més gran del món:

“The forty feet telescope having more light than the twenty feet, it ought to be

explained why I have not always used it in these observations. Of two reasons that may

be assigned, the first relates to the apparatus. The preparations for observing with it

take up too much time, which in fine astronomical nights is too precious to be wasted in

mechanical arrangements. [...] Whereas in less than ten minutes, the twenty feet

telescope may be properly adjusted and directed so as to have the planet in the field of

view. In the next place I have to mention, that it has constantly been rule with me, not to

observe with a larger instrument, when a smaller would answer the intended

purpose.”103

A més també explica els problemes amb l’oxidació constant del gran mirall del 40-

peus (en particular el segon, degut a la seva composició), que fan que s’hagi de realitzar amb molta freqüència la tediosa tasca de desmuntar-lo del tub per tal de polir-lo.

Els astrònoms no van trigar gaire en adonar-se’n que el 40-peus havia estat un error.

Un altre signe de la postura defensiva de Herschel és l’elaboració d’un quadern especialment dedicat a les observacions realitzades amb el 40-peus, separades de totes

101 HOSKIN, 2003. p 13. 102 Veure requadre, pàgina 61; i referència HERSCHEL, 1799, p 84. 103 HERSCHEL, 1814. p 248.

61

les altres. És difícil imaginar una altra raó per això que no sigui la de tractar de justificar l’existència del gran aparell. Observacions i manteniment del telescopi

A banda de les primeres observacions, realitzades durant agost i setembre de 1789, i que va portar al “descobriment” dels dos nous satèl·lits de Saturn, i pels motius que hem comentat en les pàgines anteriors, Herschel va observar amb el 40-peus en moltes menys ocasions del que ell mateix hauria esperat abans de la finalització de l’aparell.

Escombrats del cel amb el 40-peus? En l’article referent al poder de penetració dels telescopis, Herschel fa una estimació de la distància màxima observable amb el 40-peus, i també del temps que comportaria realitzar un escombrat del cel amb aquest telescopi. Suposa en primer lloc un cúmul d’unes 5000 estrelles (S=5000), i raona que l’expressió que dóna la distància màxima a la qual seria observable és:

2

11765475948678678679 millesxA S

Da

= =

On els paràmetres són els mateixos que es descriuen al capítol 4 d’aquest treball. El resultat, segons diu, es tres-centes mil vegades més gran que la distància de les estrelles properes conegudes. “From the above considerations it follows, that the range for observing, with a telescope such as my

40-feet reflector, is indeed very extensive. We have the inside of a sphere to examine, the radius of

which is the immense distance just now assigned to be within all the celestial objects visible to the eye,

put together, form as it were but the kernel, while all the immensity of its thick shell is reserved for the

telescope.”

Seguidament es centra en el problema de calcular el temps que tardaria en explorar amb el 40-peus aquesta immensitat de l’espai, utilitzant una potència d’augment de 1000 (l’estàndard que utilitzava amb aquest instrument). Tenint en compte el nombre de nits clares, sense Lluna, sense núvols, ni boira, ni vent, calcula que li queden unes 100 hores anuals d’observació aprofitables. A més, bastant-se en la seva experiència amb el 20-peus, calcula el temps que tarda en escombrar cada camp de visió del cel i fer els moviments adients en el tub del telescopi. Divideix el cel observable des de la seva latitud en 59 zones: 40 en l’hemisferi nord i 19 més en l’hemisferi sud celest. Amb el 20-peus, i a una potència de 157 augments, l’escombrat de cada zona implica unes 25 hores d’observació, i per tant el cel complert necessitaria 1475, o el que és el mateix, gairebé 15 anys d’observacions astronòmiques. Això és ben raonable i realitzable en la vida d’un astrònom. Ara bé, amb 1000 augments en el 40-peus, aquest temps seria molt superior. De fet, fa la conversió amb una fórmula, on t i p són, respectivament, el temps i els augments aplicats amb el 20-peus, i P són els augments aplicats amb el 40-peus. D’aquesta manera:

2

2

·59840 hores

t P

p=

És a dir, 598 anys! I això només comptant l’hemisferi nord celest. La part visible del sud comportaria 213 anys més...

62

Herschel va provar de fer escombrats del cel, tal com feia amb el 20-peus, les nits del 20 d’octubre i del 2 de desembre de 1789, però ja el 20 d’octubre va veure que el mirall no treballaria en condicions aquella nit degut a la condensació de l’aigua que s’hi havia dipositat i que de ben segur malmetria el mirall. El 2 de desembre, efectivament, va trobar que el mirall havia perdut molta de la seva capacitat per reflectir la llum. Entre 1791 i 1793 va realitzar només quatre intents més d’escombrats amb el gran telescopi. Després d’això, escriu:

“When I made some sweeps of the heavens with the 40 feet telescope with a

magnifying power of 370, I found it necessary to reduce the intended breadth of the

sweep from one degree to 30 minutes, and the great length of time this would have taken

up to examine only the ecliptic, to which I had directed the telescope, soon proved that

by continuing to use this instrument for sweeping, I should have been obliged to neglect

the necessary observations of the 20 feet telescope.”104

Amb això i el que escriu a l’article referent al poder de penetració dels telescopis105,

queda clar que el 40-peus no li serviria per fer escombrats del cel. Al 1827, en una carta a John, el fill de William, Caroline l’intenta convèncer del

valor del 40-peus, i diu que es van fer moltes més observacions que les que hi ha anotades, però que algunes es deuen haver perdut. Això és ben dubtós, tenint en compte l’ordre i meticulositat amb els quals Caroline enregistrava les observacions.

La següent és una llista complerta de totes les observacions conegudes amb el

telescopi de 40 peus, juntament amb alguna anotació de Herschel: 28 d’agost de 1789 – Primera llum del telescopi amb el segon mirall acabat.

Descobriment del sisè satèl·lit de Saturn. 17 de setembre de 1789 – Observació de satèl·lits de Saturn. Descobriment del setè

satèl·lit. 24 de setembre de 1789 – Observació de satèl·lits de Saturn. 20 d’octubre de 1789 – Primera prova d’escombrat d’una zona de cel (“There has

been a great condensation of moisture which must have injured the face

very considerably”). 2 de desembre de 1789 – Prova d’escombrat (“...I tried the telescope this evening

and found it materially injured”). 8 de març de 1790 – Observació d’Urà (“The speculum is extremely tarnished”). 23 de maig de 1791 – Observació de Venus. 27 de maig de 1791 – Escombrat de cel. Observa M5106.

104 HERSCHEL, 1817. p 329. 105 Veure requadre, pàgina 61; i referència HERSCHEL, 1799, p 84.

63

25, 28 i 29 de setembre de 1791 – Escombrats a la zona de l’eclíptica, per trobar

algun planeta nou107. 10 i 24 d’octubre i 5 i 21 de novembre de 1791 – Observacions dels anells de

Saturn108. 13 de febrer de 1792 – Observació d’Urà. 8 de setembre de 1792 – Escombrat a l’eclíptica. Troba una nebulosa a prop de

ν Aquarii (molt probablement es tracta de NGC7009, una nebulosa planetària curiosament coneguda com “nebulosa de Saturn”).

9 d’abril de 1793 – Últim escombrat amb el 40-peus. 7 de febrer de 1798 – Observació de l’ombra de Saturn als anells. 4 de setembre de 1799 – Observa M2 (cúmul globular) en companyia del professor

Samuel Vince109 de Cambridge. 28 de desembre de 1799 – Observa M74 (galàxia espiral). 1 d’abril de 1801 – Observació de Saturn (“The speculum is much injured by time”). 24 de desembre de 1804 – Projecta la imatge del Sol sobre una pantalla en un

experiment pel que fa a la velocitat de la llum de diferents colors. 5 de maig de 1805 – Observació de Saturn110. 25 de maig de 1810 – Observació d’Urà. 4 d’octubre de 1810 – Observa M72 (cúmul globular). 31 d’octubre i 26 de novembre de 1810 – Observa M15 (cúmul globular) i M81-82

(galàxies). (“The mirror is already much injured”). 19 de gener de 1811 – Observa M42111.

106 Veure capítol 5, pàgina 57; també HERSCHEL, 1799, p 74; HERSCHEL, 1815, p 275; HERSCHEL, 1818, p 439. 107 Ja que només li era possible escombrar zones molt limitades del cel (degut a la lentitud del procés), va triar fer-ho a l’eclíptica per aquest motiu. 108 HERSCHEL, 1792. 109 Samuel Vince (1749 – 1821), matemàtic i astrònom anglès de la Universitat de Cambridge. Va rebre la Copley Medal al 1780 i és autor d’importants treballs en teoria de logaritmes i nombres imaginaris. 110 HERSCHEL, 1805. 111 HERSCHEL, 1811. p 279.

64

29 de juliol de 1813 – Observació de Saturn i M72 (“The mirror is so much tarnished that the image of Saturn was very imperfect”).

Agost de 1814 – Observació de Saturn (“The mirror is extremely tarnished”). Com podem veure, Herschel va observar amb el 40-peus diverses nebuloses espirals

(ara sabem que es tracta de galàxies espirals). És una llàstima que no dirigís el gran telescopi a M51, ja que és ben segur que hagués observat i descobert la seva forma espiral (en aquesta és més fàcilment observable). El triomf d’aquest descobriment se’l va endur anys més tard Lord Rosse112.

Degut a la poca freqüència d’ús, el 40-peus es deteriorava, i això alhora feia que les

observacions no es realitzessin en bones condicions. El rellotge de distància polar estava descalibrat i faltava oli i neteja en els engranatges i les politges. Calia arreglar tot això per cada sèrie d’observacions.

Els heroics esforços que feia Herschel per tal de mantenir el 40-peus mínimament en

condicions, per exemple repolint regularment el mirall, no poden estar justificats per la curta llista d’observacions que hem vist. Cada cop que repolia havia de desmuntar el mirall d’una tona del tub, moure’l fins a la sala habilitada per fer-ho (tot i que massa petita), realitzar les tasques de neteja i repolit amb un equip de treballadors, tornar a moure’l fins al telescopi i reinstal·lar-lo dins el tub. Tot i que quan Bath era fora de temporada musical, el seu germà Alexander venia a ajudar-lo, cal tenir en compte que aquesta era una feina cansada i perillosa per algú aproximant-se als 70 anys d’edat. De fet, Caroline descriu un incident ocorregut el 22 de setembre de 1807:

“In taking the forty-foot mirror out of the tube, the beam to which the tackle is fixed

broke in the middle, but fortunately not before it was nearly lowered into its carriage.

Both my brothers had a narrow escape of being crushed to death.”113

Amb tot, no està del tot clar quin és el nombre total de vegades que es va dur a

terme aquest procés. El primer mirall, prim i defectuós, va ser repolit per últim cop a l’abril de 1797. Pel que fa al segon, les anotacions de William pel que fa a experiments amb miralls, juntament amb les memòries escrites per Caroline, ens permeten recollir la següent llista amb les ocasions en les quals es va repolir:

Juliol/agost de 1789 Juliol/agost de 1790 Abril/maig de 1791 Juny/agost de 1793 Novembre/desembre de 1793 24 de Febrer de 1794 (“... twelve men worked for 40 minutes before the great crank

broke”). 10-12 de març de 1794 (es reprèn el procés de dies abans, ara amb vint treballadors). 23-26 de setembre de 1794

112 William Parsons (1800 – 1867), conegut com Lord Rosse, va ser un noble astrònom irlandès. Gran observador, i hereu de les tècniques de Herschel en la construcció de telescopis, va construir el gran telescopi Leviathan, amb un diàmetre de 1,84 metres. 113 HOSKIN, 2003. p 19.

65

Novembre/desembre de 1794 24 de juny – 5 d’agost de 1795 26 de setembre – 20 de novembre de 1795 Juny/juliol de 1796 Setembre/octubre de 1796 Juny de 1797 Maig/juny de 1798 Setembre de 1800 Març/abril de 1802 Setembre/octubre de 1806 Setembre de 1807 – febrer de 1808 Agost de 1808 Març de 1809 Maig de 1813 Juny de 1814 I tot això no inclou altres tasques de manteniment de l’estructura, engranatges i

politges, canvis de cordes, neteja del tub, etc. Herschel va observar per últim cop (i molt breument) amb el 40-peus a l’agost de

1814. Caroline escriu: “His strength is now, and has for the last two or three years not been equal to the labour required for polishing forty-foot mirrors”. El seu últim intent de polir el gran mirall havia estat poques setmanes abans, quan Caroline fa un interessant comentari:

“My brother, being about this time engaged with re-polishing the forty-foot mirror,

it required some time to restore order in his rooms before any strangers could be shown

into them, and I again was assisting him to prepare for the reception of the Emperor

Alexander and the Duchess of Oldenburg.”

És aquí, i no en les anotacions de Herschel d’experiments i observacions, on molt

probablement tenim la resposta del perquè del manteniment del gran telescopi. Herschel, l’astrònom reial, havia de mantenir el 40-peus en disposició pels visitants, molts d’ells amics del rei, que venien a veure’l i admirar el majestuós aparell. De fet, en la seva petició inicial de diners, Herschel havia assegurat que promouria la gloria de qui l’estava ajudant a fer realitat el projecte. En aquesta ocasió en concret, la reina havia avisat uns dies abans a Herschel que vindria amb el Duc d’Oldenburg a veure els seus instruments.

El flux de visitants era inacabable. Al 1818, tres dècades després de la primera llum

del 40-peus, i amb el seu constructor als 80 anys d’edat, la llista dels visitants a Observatory House inclou: la princesa Elizabeth i el príncep de Hesse Homburg, amb un compte i dos barons (abril); el príncep i la princesa Schaumburg von der Lippe (juny); el duc Michael de Rússia, amb un gran nombre d’acompanyants (juliol); la princesa Sophia de Gloucester, l’arquebisbe de Canterbury i diversos acompanyants (agost); i Ertz Herzog Maximilian d’Àustria (octubre).

Tot i que el telescopi ja feia temps que estava abandonat com a instrument

d’observació astronòmic, la seva funció com a atractor de visitants al castell del rei George III encara continuava, i Herschel no va tenir més opció que continuar mantenir-

66

lo amb bon aspecte, si més no externament, com si es trobés plenament operacional. Probablement el mal estat del mirall passava per alt en totes aquestes visites, ja que van ser ben pocs els que mai van observar amb el 40-peus, però l’enorme estructura externa i el tub havien de presentar sempre un bon aspecte. Al 1818 Herschel va intentar reparar l’estructura per últim cop, però en aquest temps ja es trobava bastant malalt, i la feina de dirigir tot un grup de treballadors amb la calor del mes d’agost va ser segurament massa per ell.

El 40-peus després de William Herschel

Després de la mort de William Herschel, el telescopi de 40-peus restà muntat a l’Observatory House, a pesar de que ja no va tornar a ser utilitzat de manera regular. L’any 1838, John Herschel retornà a Slough des de Sud-Àfrica i s’adonà de que l’estructura de fusta del gran telescopi estava molt danyada i que continuar mantenint-lo muntat podia ser perillós. Així doncs, després d’haver estat exposat a les inclemències meteorològiques durant més de 50 anys, el gran telescopi de 40-peus havia d’esser desmuntat.

A finals de l’any 1839, el gran telescopi va ser desmantellat, just abans que la

família Herschel deixés Slough per mudar-se a Hawkhurst l’any 1840. Abans però, John Herschel prengué una famosa fotografia del 40-peus, de la qual se’n van fer diverses còpies, vàries de les quals van ser distribuïdes entre els membres de la família. Algunes d’aquestes còpies estaven emmarcades aprofitant els graons menys malmesos de les escales de l’estructura del telescopi. La família Herschel va prestar el negatiu original d’aquesta fotografia al Science Museum de Londres.

Per commemorar la fi del gran

telescopi, la nit de cap d’any de 1840 la família Herschel va celebrar una cerimònia a l’interior del tub cilíndric, durant la qual van cantar la balada que John Herschel havia composat per l’ocasió114.

Després del desmantellament, el tub cilíndric va romandre horitzontal en el mateix lloc on sempre havia estat, sostingut per blocs de pedra. Diverses peces o aparells que havien estat utilitzats juntament amb el 40-peus van ser dipositats en el seu interior, com per exemple el limitador de zona d’escombrat, algunes campanes o l’indicador de distància polar. Un dels 2 miralls de 4 peus va ser també deixat en el tub. Es tractava del segon que William va construir, el que havia utilitzat habitualment.

114 Veure requadre a la pàgina 67.

Figura 6.2: La fotografia original del telescopi, l’única imatge real que es té, realitzada per John Herschel abans del desmantellament.

67

El 1867, durant una

violenta tempesta, un arbre va caure sobre el tub, trencant-ne una gran part sense possibilitat de reparació. Alguns dels instruments i aparells guardats en el seu interior acaben també perjudicats durant aquest accident, mentre que altres no resulten danyats. Aquest és el cas del segon mirall de 4 peus, el qual va sobreviure intacte a aquest episodi. Els arrendataris de la casa, seguint les instruccions de John Herschel, van apartar-lo del tub i va estar guardat fins al 1871, moment en el qual va ser traslladat fins a Observatory House, on va restar exposat fins a l’any 1962.

No es van tenir notícies

del primer mirall defectuós fins al 1840, ja que en el moment del trasllat a Hawkhurst, John Herschel va fer un inventari de tots els aparells i elements que la família deixava a Slough. En aquest inven-tari escriu: “In the Obser-vatory, beneath stair, one

40-foot mirror, with case

and cover”115. En posteriors reformes

al Cottage, l’espai de sota l’escala a què es refereix John Herschel en la frase citada anteriorment, va quedar tancat per tres pa-rets, sense saber-se si el mirall en qüestió havia

115STEAVENSON, 1927. p 116.

THE HERSCHELIAN TELESCOPE SONG Requiem of the Forty-feet Reflector at Slough, to be sung on the New Year’s Eve 1839-1840, by Papa, Mama, Madame, and all the Little Bodies in the tube thereof assembled:

In the old Telescope’s tube we sit, And the shades of the past around us fit;

His requiem sing we, with shout and with din, While the old year goes out and the new one comes in.

Chorus of Youths and Virgins. Merrily, merrily let us all sing,

And make the old Telescope rattle and ring.

Full fifty years did he laugh at the storm, And the blast could not shake his majestic form;

Now prone he lies where he once stood high, And searched the deep heavens with his broad bright eye.

There are wonders no living wight hath seen, Which within this hollow have pictured been;

Which mortal record can ne’er recall, And are known to Him only who makes them all.

Here watched our father the wintry Night,

And his gaze hath been fed with pre-Adamite light; While planets above him in mystic dance Sent down on his toils a propitious glance.

He has stretched him quietly down at length,

To bask in the starlight his giant strength; And Time shall here a tough morsel find,

For his steel-devouring teeth to grind.

He will grind it at last, as grind it he must, And its brass and its irons shall be clay and dust;

But scathless ages shall row away, And nurture its frame in its form’s decay.

A new year dawns and the old year’s past,

God send us a happy one like the last, A little more sun and a little less rain,

To save us from cough and rheumatic pain.

God grant that its end this group may find In love and in harmony fondly joined;

And that some of us fifty years hence, once more, May make the old Telescope’s echoes roar.

Chorus, fortissimo.

Merrily, merrily, let us all sing,

And make the old Telescope rattle and ring.

68

estat traslladat a un altre lloc. A principis del segle XX, novament es feren reformes al Cottage, i es va practicar un petit forat a una de les parets per tal d’esbrinar si el mirall encara estava al mateix lloc on la família Herschel el va deixar quan es va mudar. En aquesta inspecció les condicions tant de grandària del forat per on es mirava com d’iluminació de la cel·la on havia de ser el mirall eren força precàries per permetre una anàlisi detallada. A més, segurament, la persona encarregada de determinar si encara hi havia el mirall no sabia ben bé què estava buscant. Finalment es va determinar que només quedava a la cel·la una coberta del que havia estat el mirall en si i que aquest no es trobava en aquella cel·la.

Això va fer que la creença en la possibilitat que el mirall estigués enterrat als jardins del voltant del Cottage prengués força, però després d’alguns plans vagues per trobar-lo enterrat per mitjà de la detecció del seu camp gravitatori, el 2 de febrer de 1927 es va realitzar un nou intent a la cel·la inferior de l’escala del Cottage. A través d’un forat a la part superior de l’escala i amb l’ajuda d’il·luminació natural proporcionada per dos miralls disposats per tal fi, finalment es va poder trobar el mirall. Aquest es trobava protegit per la coberta que havia estat vista en l’anterior recerca. Aquest fet, combinat amb el poc gruix del mirall (1,9 polzades) i la foscor de la cel·la, van ser els responsables del fracàs en el primer intent. Actualment, aquest mirall es conserva al Science Museum de Londres.

El que va quedar del tub després de

l’accident va ser recollit, així com la majoria dels objectes que havien estat en el seu interior. No obstant, molts d’aquests objectes estan perduts. Possiblement, estaven massa danyats com per a que valgués la pena conservar-los. Avui en dia, encara es conserva una part del tub original del telescopi116. El mirall del final del tub, de 10 peus de longitud, no va resultar perjudicat i encara es conserva. També es conserven l’indicador de zona i una de les campanes.

Algunes altres poques peces que havien estat

utilitzades juntament amb el 40-peus es conserven, com per exemple algunes parts de la màquina polidora dels miralls: dos molinets fets

116 Veure figura 6.3.

Figura 6.3: L’únic fragment del tub que es conserva avui dia, l’extrem inferior (punt de suport), a l’observatori de Greenwitch.

Figura 6.4: El mirall prim original, el primer dels dos que es van construir, actualment al Science Museum de Londres.

69

de ferro sòlid en forma de disc de 4 peus de diàmetre i tot just dues polzades de gruix. Fins a l’any 1962, les dues parets circulars al voltant de les quals l’estructura girava

es conservaven, encara intactes, per sota del nivell del terra. El curs de la paret interior estava marcat a la superfície per un camí de grava, mentre que l’espai entre totes dues parets es trobava ocupat per diverses flors ornamentals.

A més es conserven també altres instruments importants en la construcció del 40-

peus, com per exemple un marc de ferro que sostenia els miralls mentre eren polits, i nombrosos elements que van ser utilitzats en el funcionament del telescopi, com diversos oculars.

70

Epíleg

En concloure la lectura d’aquest treball de ben segur apareixen preguntes com ara

“Va ser un error la construcció del gran telescopi?”, “Va tenir influència aquest en la concepció de Herschel sobre la construcció dels cels?”, “Va ser rellevant el 40-peus en el progrés de la ciència?”.

En els diferents capítols d’aquest treball em tractat de mostrar els precedents que

van conduir William Herschel al que podem dir que seria el gran projecte de la seva vida. Herschel no va ser només un astrònom i observador; a banda de músic i científic, representa també un personatge clau en la història del telescopi, tant pel que fa a l’òptica com a la mecànica. Potser la seva educació, centrada en la música, va ser el que li va donar l’ordre i alhora la ment oberta, elements clau en un científic. El que va començar essent simplement la lectura d’uns llibres d’astronomia i òptica com a entreteniment, va acabar fent que Herschel definís el seu gran objectiu: esbrinar com va ser “la construcció dels cels”. Amb aquest nom, aparegut al títol de molts dels seus articles, Herschel es referia al que avui dia anomenaríem “l’origen de l’univers”. Herschel volia veure més enllà per trobar pistes, i aquest va ser el motiu del seu gran projecte.

Pel que fa al telescopi de 40 peus, concretament, podem afirmar que tot i l’evident

insatisfacció de les expectatives, representa un abans i un després pel que fa als grans telescopis. O més ben dit: es tracta del primer gran telescopi construït a la història. Tot i no haver estat un èxit quant a descobriments, el projecte del 40-peus va anar acompanyat de tot un desenvolupament d’idees en les quals Herschel va donar els punts clau per poder arribar a veure-hi més enllà. En la seva ambició per millorar més i més els instruments astronòmics que construïa, amb el 40-peus va superar el límit del que permetien els mitjans materials i tecnològics de l’època.

El rei Georges III va fer arribar la seva ajuda a Herschel convençut dels beneficis

que hi hauria per les dues parts: honor i reconeixement pel rei com a promotor del desenvolupament de la ciència; i suport financer (un salari), descobriments i reconeixement científic per William Herschel. Pel rei comportaria a més un benefici addicional: la solució del seu problema de com entretenir als seus visitants al castell de Windsor, i de fet, un increment en l’afluència de visitants, que aprofitaven per anar a veure el colossal aparell. Per Herschel, el patrocini del rei portaria a més un pas molt important a la seva vida: li va permetre deixar la música i dedicar-se plenament a l’astronomia.

La construcció del telescopi més gran del món va donar molta popularitat a

Herschel, que se sumen a la que ja havia aconseguit amb el descobriment d’Urà. Els seus treballs científics, publicats a Philosophicals Transactions, van passar a ser mundialment coneguts, com també les seves qualitats com a observador. Anys més tard, Laplace animaria Herschel a observar els satèl·lits d’Urà, perquè “només ell a tot el mon sencer és capaç de veure’ls”. Els procés de construcció de l’estructura de l’aparell, a més, situaria Herschel com un dels grans experts en mecànica (el que avui seria un enginyer) d’aquell moment. Mentrestant, els astrònoms, i Herschel el primer, esperaven

71

ansiosament la finalització i posta en marxa de l’instrument, que de ben segur seria font de grans descobriments117.

Sol passar, i aquest cas no és una excepció, que grans projectes de la humanitat

generen massa expectatives que després no poden complir. El 40-peus no va donar el que Herschel i la resta esperaven. De fet, no hi ha cap descobriment concret que es pugui adjudicar exclusivament al gran telescopi, però això no vol dir en absolut que no contribuís al desenvolupament de la ciència. Considerem que és del tot incorrecte afirmar que el 40-peus va ser un error, irrellevant en el progrés de l’astronomia.

Per una banda, les poques observacions realitzades amb el gran instrument van

donar fruit amb algunes conclusions prou importants pel que fa a “la construcció dels cels”. Per exemple: Herschel pensava que el 40-peus li mostraria cúmuls d’estrelles allà on la resta de telescopis mostraven nebuloses. Això no va ser així, però no per insuficiències en l’aparell, sinó per la pròpia naturalesa intrínseca de les nebuloses. Algunes observacions de Saturn i Urà també van fer, si més no, reflexionar Herschel sobre la naturalesa d’aquests objectes, d’una manera que no haguessin fet instruments més petits, però més “astronòmicament eficients”, com el 20-peus. Tot i això, cal reconèixer que els progressos astronòmics fruit de les observacions no justifiquen el finançament i l’esforç de la construcció del 40-peus.

Les causes del poc ús de l’instrument, com Herschel va haver de justificar en alguns

dels seus treballs posteriors, van ser per una banda la dificultat de posar a punt i “moure’s pel cel” amb el gran aparell, i per els múltiples problemes amb el mirall. Segurament aquesta darrera causa és la que hi va pes. El primer mirall havia resultat d’una reflectivitat i polit impecables, però era massa prim i es deformava en col·locar-lo al tub; i l’altre mirall, el doble de gruixut i robust, mai va ser prou ben polit com per aconseguir l’eficàcia que Herschel buscava. A més d’això, cal sumar-hi els problemes amb la humitat (oxidació, corrosió, etc.). I doncs, què hauria passat amb un mirall de la composició del primer i del gruix del segon?

Per altra banda, com ja hem comentat, tota una teoria pel que fa als aspectes

importants d’un telescopi astronòmic, i un mètode per avaluar la potència d’aquests va ser desenvolupat amb l’ajut del gran telescopi118. També en la seva vessant mecànica (estructura i mecanismes de moviment), el 40-peus és un instrument sense precedents. En el seu treball principal de 1795, Herschel va deixar constància escrita d’una forma detalladíssima de tot allò referent a l’estructura i la construcció de l’aparell. Tot això de ben segur que va ser útil als constructors dels següents grans telescopis.

Per tant, si es considera que el 40-peus va ser un error, si més no cal reconèixer que

va contribuir a millorar les tècniques que farien els següents grans telescopis fossin més exitosos i “astronòmicament eficients”.

117 Per fer-nos-en una idea, podem pensar en tot el fenomen que ha generat en el panorama científic la recent construcció i posta en marxa del gran acelerador de partícules LHC al CERN. Tot i que en aquest cas encara no es poden avaluar resultats, l’ambient i les expectatives prèvies són probablement comparables al que va ocórrer durant la construcció del gran telescopi de Herschel. 118 Veure el capítol 4 (pàgina 30), el capítol 5 (pàgina 55), o bé directament el treball HERSCHEL, 1799.

72

Si anem endavant en el temps, el següent instrument de característiques similars al gran telescopi de Herschel és el Leviathan de Parsonstown, construït al 1845 per Lord Rosse al seu castell de Birr (Irlanda)119. Aquest telescopi, amb un diàmetre de 1,8 metres i una estructura basada en dos grans murs de pedra, superava àmpliament el de Herschel en mida, tot i que només servia per observacions al meridià. Els dos miralls que s’hi utilitzaven (substituint un per l’altre a l’hora de repolir, com al cas de Herschel) eren també fets de metall, i si ens fixem en l’estructura i els mecanismes de moviment, costa de creure que William Parsons no tingués cap influència del treball de Herschel a l’hora de fer-ne el disseny.

Per tant, no eren pas infundades les crítiques que va rebre Herschel per part de molts

astrònoms, després de 1790, pel desaprofitament del gran aparell. Però des d’una perspectiva posterior, pensem que va valer la pena, i que queden plenament justificats tant el finançament com el gran esforç de la construcció del telescopi. Herschel, però, potser no va poder ser conscient del que representaria el seu instrument des d’una perspectiva històrica. No tan sols va ser orgull allò que va fer que no abandonés mai el manteniment del 40-peus, també “la glòria del seu patró”, que ell havia assegurat que promouria, i que va fer-li arribar un enorme flux de visitants que volien admirar una de les més grans meravelles tecnològiques existents. Tot això va fer que Herschel lluités fins als seus últims dies per mantenir la il·lusió de posseir una eina d’investigació sense precedents.

119 No cal dir, doncs, que el pressupost i els mitjans van ser bastant superiors els que tinguè William Herschel.

Figura 7.1: El Leviathan de Parsonstown, un cop acabada la seva construcció al 1845.

73

Referències: Abreviacions:

PT – Philosophical Transactions of the Royal Society

ARMITAGE, A. 1962. William Herschel. Ed. Thomas Nelson and Sons LTD. DREYER, J.L.E. 2003. The scientific papers of Sir William Herschel V1 (1912). Ed. Thoemmes Continuum. HARDCASTLE, M.F. 1937. “Observatory house, Slough”. The Observatory. Vol 60. pp 139-141. HERSCHEL, W. 1786. “Catalogue of one thousand new nebulae and clusters of stars”. PT. Volum 76. pp 457-499. A DREYER, 2003, pp 260-293. HERSCHEL, W. 1791. “On nebulous stars, properly so called”. PT. Vol 81. pp 71-88. A DREYER, 2003, pp 415-425. HERSCHEL, W. 1792. “On the ring of Saturn”. PT. Vol 82. pp 1-22. A DREYER, 2003, pp 426-437. HERSCHEL, W. 1793. “Observations on the planet Venus”. PT. Vol 83. pp 201-219. A DREYER, 2003, pp 441-450. HERSCHEL, W. 1795. “Description of a forty-feet reflecting telescope”. PT. Vol 85. pp 347-409. A DREYER, 2003, pp 485-527. HERSCHEL, W. 1795b. “On the nature and construction of the Sun and fixed stars”. PT. Vol 85. pp 46-72. A DREYER, 2003, pp 470-484. HERSCHEL, W. 1797. “Observations of the changeable brightness of the satellites of Jupiter”. PT. Vol 87. pp 332-351. A DREYER, 2003, pp 585-597. HERSCHEL, W. 1799. “On the Power of penetrating into Space by Telescopes”. PT. Vol 89. pp 49-85. HERSCHEL, W. 1800. “Experiments on the refrangibility of the invisible rays of the Sun”. PT. Vol 90. pp 22-23. HERSCHEL, W. 1801. “Observations tending to investigate the nature of the Sun”. PT. Vol 91. pp 265-318. HERSCHEL, W. 1802. “Catalogue of 500 new nebulae, nebulous stars, planetary nebulae, and clusters of stars; with remarks on the construction of the heavens”. PT. Vol 92. pp 477-528.

74

HERSCHEL, W. 1805. “Observations on the singular figure of the planet Saturn”. PT. Vol 95. pp 272-280. HERSCHEL, W. 1811. “Astronomical observations relating to the construction of the heavens”. PT. Vol 101. pp 269-336. HERSCHEL, W. 1815. “A series of observations of the satellites of the Georgian planet”. PT. Vol 105. pp 248-284. HERSCHEL, W. 1817. “Astronomical observations and experiments tending to investigate the local arrangement of the celestial bodies in space”. PT. Vol 107. pp 302-331. HERSCHEL, W. 1818. “Astronomical observations and experiments, selected for the purpose of ascertaining the relative distances of clusters of stars”. PT. Vol 108. pp 429-470. HOSKIN, M. 2003. “Herschel’s 40 feet reflector: funding and functions”. Journal of the History of Astronomy. Vol 34. HOSKIN, M. 2008. “William Herschel”. Complete Dictionary of Scientific Biography. Vol 21. Detroit: Charles Scribner’s Sons. LYNN, W.T. 1881. “The Herschel tablet at Upton”. The Observatory. Vol 4. p 274. MAZA, J. 2007. William Herschel (1738 – 1822). Curso EH28B. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. MILLMAN, P. 1980. “The Herschel dinasty – Part I: William Herschel”. Journal of the Royal Astronomycal Society of Canada. Vol 74. nº 3. p 134. SIME, J. 1900. William Herschel and his work. Editorial Clark, Edinburg. 1900. STEAVENSON, W.H. 1924. “The Herschel instruments at Slough”. The Observatory. Vol 47. pp 262-267. STEAVENSON, W.H. 1924b. “Some eye-pieces made by Sir William Herschel”. Royal Astronomycal Society. Vol 84. pp 607-610. STEAVENSON, W.H. 1927. “Herschel’s first 40-foot speculum”. The Observatory. Vol 50. pp 114-118.