Artikkelen gjengis med tillatelse fra 'Fra Fysikkens Verden', publisert i vol. 1, 2025.
Carl Fredrik Fearnley (1818–1890) etterfulgte Christopher Hansteen (1784–1873) som bestyrer av Observatoriet (ekstern lenke). Mens Hansteen var opptatt av jordmagnetismen, rettet Fearnley blikket mot Solen.
Fearnleys imponerende tegninger av finskala struktur og bevegelser i Solens protuberanser gav essensiell, ny informasjon som ble verdsatt blant datidens solforskere.
Mineralog søker stjernene
Carl Fredrik Fearnley vokste opp i Fredrikshald (Halden) som den yngste av fire brødre. Maleren Thomas Fearnley var hans eldste bror. I 1844 tok han eksamen i mineralogi ved Universitetet i Christiania. Han ble deretter ansatt av Christopher Hansteen med ansvar for å bestemme nøyaktige geografiske koordinater til det nye observatoriet i Christiania. Det innebar blant annet kalibrering av observatoriets pendelur via en rekke kronometre som ble bragt med danskebåten D/S Christiania frem til og tilbake fra Rundetårnet i København.
Som statsstipendiat reiste Fearnley i 1849 på en tre års studietur til Europas fremste observatorier i Bonn, Königsberg og Pulkovo, hvor han knyttet faglig kontakt med internasjonale fagmiljøer. Fearnley overtok stillingen som observatoriets leder i 1861 og ble utnevnt til professor i astronomi i 1865.
Under Fearnleys ledelse inngikk Observatoriet i 1867 et internasjonalt samarbeid om nøyaktig bestemmelse av stjerners koordinater på himmelen. Samarbeidet var initiert av det tyske Astronomische Gesellschaft, og det norske observatoriet hadde ansvaret for et utvalgt område på den nordlige halvkule. De omfattende målingene var gjennomført og ble publisert i 1890 – året Fearnley døde.
Den totale solformørkelsen i 1851
Fra presis registrering av Solens rotasjon basert på solflekkenes daglige forflytninger på solskiven, bekreftet Fearnley også at rotasjonshastigheten avtok med økende breddegrad på Solen. Fearnleys interesse for flekker og for protuberanser på Solen ble ytterlig styrket under hans studietur i Tyskland.
Deltagelse i observasjoner av den totale solformørkelsen 28. juli 1851 fra observatoriet i Königsberg, ble hovedsakelig viet protuberanser. Forberedelser og gjennomføring av observasjonene av denne solformørkelsen er detaljert beskrevet av A.L. Busch og C.F. Fearnley.
Sentrallinjen for denne solformørkelsen krysset Sør-Norge og gikk videre langs kysten i Sverige fram til Øst-Preussen. Christopher Hansteen kunne derfor også registrere formørkelsen fra observatoriet i Christiania. Den britiske «Astronomer Royal», George Biddel Airy, sendte assistenter både til observatoriet i Christiania og til Göteborg.
Siden totale solformørkelser, sett fra et gitt sted langs sentrallinjen, vanligvis varer fra 2 til 4 minutter, unntagelsesvis bare i 10 sekunder og opp til 7 ½ minutt, var det mulig å følge tidsutviklingen i protuberansenes tidsutviklingen over lenge tid. Sammenligning av observasjoner fra Christiania, Göteborg og Königsberg kunne ikke påvise tydelige tidsforandringer i protuberansenes struktur.
Hva visste man om protuberanser på Solen i 1851?
Den svenske astronomen Birger Vassenius viste ved tegninger fra en total solformørkelse over Göteborg 13. mai 1733 en struktur utenfor måneranden. Det forble uklart hvorvidt den tilhørte Månen eller Solen.
Fra sine observasjoner under en total solformørkelse 7. juli 1842 fastslo den engelske astronomen Francis Baily at protuberansene ikke beveget seg sammen med Månen og at de dermed måtte være forankret i Solen (Figur 4).
Det ble også bekreftet av Fearnley og hans kolleger fra solformørkelsen i 1851. Det eksisterte den gang ingen forklaring på hvorfor protuberanser utenfor solranden kun var synlige under totale solformørkelser og hvorfor de alltid hadde en sterk rødfarge.
Gjennombrudd i studier av protuberanser
I 1859 viste den tyske fysiker Gustav Kirchhoff (1824–1887) at den kjemiske sammensetning i Solen og andre stjerner kunne påvises fra deres strålingsspektra. De enkelte grunnstoffene strålte og absorberte lys på spesielle bølgelengder.
Med ny kunnskap om stråling fra astronomiske objekter, benyttet den franske astronomen Pierre Jules Janssen et spektroskop under en solformørkelse i India 18. august 1868. Han registrerte da at stråling fra Solens protuberanser besto av et lite antall lyse linjer i motsetning til stråling over alle bølgelengder fra den lyse soloverflaten. Den røde spektrallinjen fra hydrogen, Hα ved bølgelengde 656,2 nm dominerte den synlige utstrålingen og førte til at protuberansene fremstod røde. Den samlede utstrålingen fra protuberanser ble kun synlige under totale solformørkelser siden de ellers druknet i den betydelig lysere, blå daghimmelen.
Bilde: Nasjonalbiblioteket
Siden strålingen fra Solens protuberanser består av single spektrallinjer innen et gitt område i bølgelengde, blir det dannet et to-dimensjonalt bilde av en protuberans hvis spektrografens vanligvis smale inngangsspalte blir betydelig utvidet. Denne oppfinnelsen førte til at Solens protuberanser dermed kunne observeres og avbildes uavhengig av totale solformørkelser.
Samtidige astronomer, Sir Joseph Norman Lockyer i England, Pietro Angelo Secchi i Italia, Carl Fearnley og flere, skaffet seg spektroskoper, som i kombinasjon med okularmikroskoper var spesielt egnet for avbildning av protuberanser utenfor solranden. I 1872 fikk Fearnley levert sitt prismespektroskop fra Merz i München, en anerkjent produsent av astronomiske instrumenter.
Fearnleys unike tegninger av solare protuberanser
I årene 1872–1874 gjennomførte Fearnley omfattende observasjoner av protuberanser på Solen. De ble gjengitt med farget kritt på svart papir. Notater og kommentarer ble skrevet med lyst kritt på de samme arkene.
Fearnley presenterte sine unike tegninger på en astronomikongress i Hamburg i 1873, hvor han høstet stor faglig anerkjennelse. Han publiserte ellers ikke resultater fra sine meget detaljerte observasjoner av protuberansenes trådstruktur og bueformer og deres bevegelser, trolig på grunn av et betydelig arbeidspress og sine krevende oppgaver som leder ved observatoriet.
Fearnleys tegninger viser fascinerende detaljerte former, strukturer og tidsendringer i forskjellige type protuberanser på Solen.
Reelle detaljer og typiske strukturer?
I Figur 10 ser vi Fearnleys tegning av store protuberanser sammen med bilde av en typisk, rolig protuberans observert med et moderne solteleskop. De delvis bølgeformede, lyse trådene med bueformer i hans tegninger, viser at Fearnley har gjengitt reelle detaljer og typiske strukturer i solare protuberanser. Hans tegninger vitner om skarpøyet registrering av detaljer som ble delvis optisk forstyrret av bildebevegelser fra uunngåelig urolig luft.
Fearnley og hans samtidige valgte å registrere protuberansenes spennende detaljer med penn på papir. Fotografisk teknologi var under utvikling på denne tiden, men eksponeringstider opp mot ett eller flere minutter ville føre til at de atmosfæriske forstyrrelsene visket ut viktige detaljer i bildene.
Første påvisning av grunnstoffet helium
En av Fearnleys tegninger av samme protuberans er gjengitt med både gul og rød farge (Figur 11). Den var også registrert i observasjonene til Jules Janssen i 1868 og av Norman Lockyer senere samme år. Bølgelengden til den gule strålingen var 587,6 nm, som ikke samsvarte med noe kjent grunnstoff. Denne strålingen ble antatt å stamme fra en ukjent solar gass og dermed kalt helium etter den greske solguden Helios.
Helium med atomnummer 2, ble først påvist i jordisk materiale av den italienske fysiker Luigi Palmieri i 1881 og 14 år senere formelt fastslått av de svenske kjemikere og geologer, Nils Abraham Langlet og Per Theodor Cleve, og av William Ramsey fra Skottland.
Solforskning i dag
Studier av protuberanser har bidratt med omfattende, ny innsikt i sentrale fysiske forhold og prosesser knyttet til Solens magnetiske natur. Periodiske forflytninger av protuberanser inne på solskiven gir informasjon om strømninger på og under soloverflaten knyttet til Solens aktivitetsyklus. Aktive protuberanser er ofte knyttet til eksplosive utbrudd og solstormer.
Den siste lederen ved observatoriet, professor Svein Rosseland, fikk i 1934 etablerte Institutt for teoretisk astrofysikk på Blindern. All astronomisk forskning og undervisning ble flyttet fra observatoriet til instituttet på Blindern. Opprettelse av Solobservatoriet på Harestua, som var i drift fra 1954 til 1985, bidro til å utvikle norsk deltagelse i både bakke- og rombaserte observasjoner, og til et betydelig, internasjonalt samarbeid innen solfysikk. Studier av solare protuberanser ble hovedtema i flere internasjonale konferanser. Den første ble arrangert av «The International Astronomical Union» i 1978 ved Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo.
Instituttet er aktivt involvert i etablering av neste generasjons solteleskop, European Solar Telescope (EST). Rosseland senter for solfysikk (RoCS) er ett blant Universitetet i Oslos Sentre for fremragende forskning (SFF), som er økonomisk støttet fra 2017 til 2027.
Kilder
De årene Fearnley var statsstipendiat hadde han jevnlig brevkontakt med Hansteen. Digitale kopier av disse brevene er bevart i observatoriets arkiv.
Samtlige tegninger fra årene 1872 til 1874 er bevart i Nasjonalbiblioteket.