Taip astronominiai stebėjimai atsieti nuo žmonių akių ir smegenų subjektyvumo bei tapo įmanoma nagrinėti daugybę procesų, apie kuriuos anksčiau išvis nenutuokėme. Per tuos pusantro šimto metų astronomija pažengė neįtikėtinai toli – supratome Visatos dydį, galaktikų evoliucijos pagrindus, pažinome žvaigždžių ir planetų įvairovę, stebime ekstremalius reiškinius ir net visai mažyčius objektus Saulės sistemoje.

Ir visgi neretai atsiremiame į fundamentalias ribas, kurių peržengti nepadeda net geriausios technologijos. Viena jų – laikas: astronominiai reiškiniai dažnai vyksta taip lėtai, kad jų eigos sekti negalime. Tenka pasikliauti fizikos žiniomis, kad sujungtume daugybę „momentinių nuotraukų“ – skirtingų sistemų, kurios atspindi to paties proceso etapus – į vientisą vaizdą. Pavienių sistemų kitimą nagrinėti galime tik tada, jei jis nutinka per mažiau nei kelis dešimtmečius – senesni stebėjimai, net jei ir egzistuoja, tiesiog nėra pakankamai kokybiški.

Bet ar tikrai? Geriau pasigilinę, kartais galime rasti būdų, kaip net ir labai senus stebėjimus pritaikyti šiandieniniams astronominiams tyrimams. Tiek šimto metų senumo nuotraukos, tiek kelių šimtmečių piešiniai ir netgi tūkstantmečių senumo metraščių įrašai kartais padeda sužinoti įdomių dalykų apie mus supančią Visatą. Ir priešingai – astronominės žinios kartais padeda istorikams, nagrinėjantiems prieš šimtus ar tūkstančius metų nutikusius įvykius. Šįkart kviečiu susipažinti su keletu tokių pasiekimų.

Vienas pirmų stebėjimų, kuriuos astronomai ėmė vykdyti po teleskopo išradimo ir paplitimo, ir tebevykdo iki šių dienų, yra Saulės dėmių skaičiavimas. Savaime suprantama, priemonės tam daryti keitėsi – iš pradžių stebėjimai vykdyti projektuojant Saulės atvaizdą ant ekrano ir perpiešiant bei suskaičiuojant matomas dėmes, vėliau – darant nuotraukas ir dėmes skaičiuojant jose, šiais laikais dėmių formavimasis ir raida stebimi praktiškai realiu laiku įvairiais kosminiais ir antžeminiais teleskopais. Visgi nenutrūkstami duomenys nuo 1610-ųjų metų yra labai naudingi, siekiant suprasti Saulės aktyvumo kitimą per šimtmečius. Pavyzdžiui, jais remiantis pavyko nustatyti, kad bet įprasto 11 metų aktyvumo ciklo Saulė pasižymi ir 88 bei 205 metų trukmės ciklais. Remdamiesi istoriniais stebėjimų duomenimis, galime sukalibruoti ir netiesioginius aktyvumo indikatorius, pavyzdžiui įvairius pėdsakus ledo kernuose, ir nagrinėti Saulės aktyvumo pokyčius per dešimtis tūkstančių metų.

1625 metų birželio mėnesio Saulės dėmių stebėjimai. Šaltinis: Scheiner (1630), Arlt ir Vaquero (2020), Springer

Kitas pavyzdys, kaip ilgalaikiai stebėjimai pasitarnauja šiandieniniam mokslui, yra Tabi žvaigždė. Ši žvaigždė, dar žinoma katalogo numeriu KIC 8462852, išgarsėjo tuo, jog jos šviesis keletą kartų per pastarąjį dešimtmetį stipriai priblėso. Pokyčiai nepriminė jokio egzoplanetos signalo, kurį laiką viena iš paaiškinančių hipotezių buvo netgi galingos nežemiškos civilizacijos statomos megastruktūros. Dabar manoma, kad žvaigždę tiesiog gaubia byrančių kometų dulkių debesis. Visgi mokslininkams buvo įdomūs ir galimi ilgalaikiai žvaigždės šviesio pokyčiai, tad jie peržvelgė senovinius stebėjimų duomenis – fotografines plokšteles. Iš jų pavyko nustatyti, kad žvaigždė per pastarąjį šimtmetį greičiausiai priblėso keliolika procentų. Kodėl – nežinia, nors atradimas padarytas dar 2016 metais (tiesą sakant, apie jį, kaip ir apie Saulės dėmių stebėjimus, jau esu rašęs 2018-aisiais).

Senovinių stebėjimų analizė padeda atrasti ir santykinai trumpalaikius astronominius reiškinius, pavyzdžiui supernovų sprogimus arba žvaigždes, kurių sprogimus užfiksuojame dabar; leidžia sekti sąveikaujančių dvinarių žvaigždžių žybsnius ar pasikartojančius sprogimus (novas), nutinkančius kas keletą dešimtmečių; ir taip toliau. Šiame šimtmetyje nemažai senovinių fotografinių plokščių buvo skaitmenizuotos, pavyzdžiui Harvardo universiteto DASCH projekte ar Vokietijos, Estijos ir Vatikano projekte APPLAUSE.

Rekonstruoti Saulės dėmių skaičiai bei padėtys (platumos) Saulės diske per pastaruosius keturis šimtmečius. Menki dėmių skaičiai XVII-XVIII amžiais greičiausiai yra ne duomenų trūkumo pasekmė, o realaus Maunderio minimumo požymis; XIX a. matome Daltono minimumą, nuo XX a. antros pusės – modernųjį maksimumą. Šaltinis: Arlt ir Vaquero (2020), Springer

Leidžiantis dar giliau į praeitį, naudos gali duoti ir stebėjimai, atlikti ikiteleskopiniais laikais. Štai pernai mokslininkai išnagrinėjo senovės romėnų ir kinų astronomų darytus įvairių žvaigždžių aprašymus ir taip nustatė trijų iš jų evoliucinę būseną. Jie rėmėsi faktu, kad tam tikrą evoliucijos etapą žvaigždės praeina per maždaug tūkstantį metų, ir tuo metu reikšmingai pakinta jų spalva. Betelgeizės ir Vezeno spalva nuo senovės Romos laikų pakito, o Antareso – ne. Apie šį atradimą rašiau ir Visatos kąsnelyje.

Na, bet visa tai, ką aprašiau aukščiau, tam tikra prasme yra „tikri“ stebėjimai – astronominiams atradimams pritaikomi duomenys, kurie surinkti senovėje, tačiau irgi būtent astronominiais tikslais. Kur kas įdomesni yra dažnai netikėti atradimai, padaromi apjungiant skirtingas disciplinas, dažniausiai astronomiją ir istoriją. Kartais astronominės žinios padeda istorikams datuoti įvykius, kartais istoriniai metraščiai atskleidžia netikėtų astronominių įžvalgų.

Štai viena istorija. XVII a. viduryje olandų dailininkas Johanesas Vermejeris nutapė paveikslą „Delfto vaizdas“. Istorikai ilgą laiką nesutarė, kada tiksliai jis nutapytas bei koks paros ir metų laikas vaizduojamas. Prieš keletą metų grupė tyrėjų, vadovaujami astronomo Donaldo Olsono, išsiaiškino, kurioje vietoje ir į kurią pusę žiūrint paveikslas nupieštas. Išmatavę šešėlių ilgį bei kryptį, jie nustatė, kaip aukštai virš horizonto buvo Saulė. Paveiksle vaizduojamas bokšto laikrodis rodė aštuntą valandą, o pagal Saulės padėtį tai galėjo būti tik rytas. Aštuntą ryto tokiame aukštyje Saulė galėjo būti tik balandžio arba rugsėjo pradžioje, tačiau balandį Delfte medžiai dar nebūna prasprogę, o paveiksle matoma gausi lapija. Taip, pasitelkdami ir astronomines žinias, mokslininkai išsiaiškino, kad paveikslas tapytas rugsėjo pradžioje.

Sakysite, kas čia tokio – nustatyti Saulės aukštį virš horizonto? Na taip, Saulė yra toks įprastas mums dalykas, kad su ja susijusių stebėjimų dažnai net nevertiname kaip astronominių. O kaip jums tokia istorija? XIII amžiaus viduryje mirė Bizantijos (tuo metu formaliai – Nikėjos) imperatorienė Eirenė Laskarina. To meto kronikos jos mirtį apibūdina kaip įvykusią praėjus pusei metų nuo kometos pasirodymo danguje. Ilgą laiką istorikai manė, kad panašiu metu buvo matomos dvi kometos – viena 1239-ųjų birželį, kita 1240-ųjų sausį.

Nors skirtumas – mažesnis nei metai, tikslus imperatorienės mirties datavimas padėtų sustatyti į vietą įvairius svarbius įvykius ir procesus, nutikusius tuo laikotarpiu rytinėje Viduržemio jūros pusėje. Taigi astronomai išnagrinėjo įvairių autorių įrašus apie abi „kometas“ ir nustatė, kad pirmoji beveik neabejotinai nebuvo kometa. Objektas buvo matomas tik lokaliai – minimas italų įrašuose, tačiau, pavyzdžiui, japonų astronomai nieko panašaus į kometą neįvardija. Taigi greičiausiai tai buvo meteorologinis reiškinys, galbūt ryškus meteoras. Tuo tarpu 1240-ųjų sausį kometą apibūdina ne tik Europos, bet ir Japonijos kronikos, taigi ji greičiausiai tikrai buvo kometa. Vadinasi, galima daryti išvadą, kad Eirenė Laskarina mirė 1240-ųjų viduryje.

Fotografinė plokštelė iš APPLAUSE archyvo – ankstyvosios spektroskopijos pavyzdys. Dvi to paties lauko aplink Denebą (Gulbės žvaigždyne) nuotraukos, padarytos per prizmę, išskaidančią šviesą į liniją; prizmė tarp nuotraukų apsukta 180 laipsnių, todėl linijos atrodo tarsi nubrėžtos priešinga kryptimi. Šaltinis: APPLAUSE

Norint rasti atvejų, kai istoriniai įrašai pasitarnauja astronomijai, o ne atvirkščiai, toli keliauti nereikia – toje pačioje Bizantijos imperijoje apstu svarbių duomenų. Šie duomenys – Saulės užtemimų aprašymai. IV-VII amžiuje virš rytinės Viduržemio jūros dalies buvo matomi bent penki pilni Saulės užtemimai, kurie aprašyti Bizantijos ir aplinkinių kraštų kronikose. Faktas, kad jie buvo matomi būtent tose vietose, padeda įvertinti Žemės sukimosi pokyčius. Žinome, kad Žemės sukimasis po truputį lėtėja, tačiau procesas nėra visiškai tolygus.

Turime modelius, kurie gerai aprašo paros trukmės pokytį, bet tie modeliai yra empiriniai – paremti stebėjimais, o ne fizikiniu supratimu apie pokyčių priežastis. Aišku, tas priežastis žinome – gravitacinė sąveika su Mėnuliu, planetomis bei Saule, tektoninių plokščių judėjimas, ledynų tirpimas ir panašiai – bet tiksliai nustatyti kiekvienos jų poveikį kol kas neįmanoma. Susieti modelio parametrus su fizikiniais reiškiniais – ir taip pastaruosius nagrinėti vis išsamiau – padeda modelio kalibravimas. Tam reikia žinoti Žemės sukimosi istoriją kuo ilgesniu laikotarpiu.

Saulės ir Mėnulio judėjimą danguje galime apskaičiuoti labai tiksliai – daug tiksliau nei Žemės sukimąsi – tad ir užtemimų datą bei laiką galime nustatyti minučių, jei ne sekundžių, tikslumu. Šis skaičiavimas nepriklauso nuo Žemės sukimosi, jei naudojame „idealizuotą“ laiko koordinatę, kurioje sekundės visą laiką eina vienodai, o metus sudaro visada tiksliai vienodas sekundžių skaičius. Pridėję Žemės sukimosi modelį, galime nustatyti, kurioje Žemės dalyje užtemimas turėtų būti matomas, nes modelis mums parodo, kaip pasisukusi Žemė kiekvienu laiko momentu. Ir štai skaitydami apie 418 metais įvykusį užtemimą, mokslininkai išsiaiškino, kad jis buvo matomas Konstantinopolyje (dabartiniame Stambule).

Tačiau geriausias Žemės sukimosi modelis prognozavo, kad pilno užtemimo zona turėtų būti šiek tiek į vakarus ir pietus nuo šio miesto. Vadinasi, Žemė iš tiesų buvo pasisukusi truputį mažiau, nei rodo modelis; kitaip tariant, nuo užtemimo laiko iki šių dienų, skaičiuojant pagal Žemės sukimąsi, praėjo truputį daugiau laiko. Skirtumas – vos keletas minučių, bet ir jis svarbus, siekiant geriau pažinti mūsų planetą.

Pagal kitų to laikmečio užtemimų aprašymus paaiškėjo, kad VI ir VII amžiais skirtumas tarp idealizuoto laiko ir Žemės sukimosi buvo kiek mažesnis, nei rodė modelis. Kitame tyrime analogiškai išnagrinėti užtemimų aprašymai nuo 720 m. pr. Kr. – jie rodo, kad paros trukmė ilgėja, tačiau tai vyksta lėčiau, nei apskaičiuojama remiantis vien gravitacine sąveika su Mėnuliu. Pastarasis skaičiavimas prognozuoja, jog per šimtą metų paros trukmė pailgėja 2,3 milisekundės, o gautieji rezultatai rodo 1,8 milisekundžių pailgėjimą. Taip pat egzistuoja paros trukmės pokyčių periodinės variacijos 2-30 metų laikotarpiais su galimais nestipriais šešerių metų ir 1500 metų periodiškumais. Kokia šių svyravimų kilmė – neaišku, bet jei ne istoriniai metraščiai, apie juos išvis nežinotume.

418 metų užtemimo zona pagal seną Žemės sukimosi modelį (viršuje) ir pagal pataisytą modelį (apačioje). Pagal senąjį modelį pilno užtemimo juosta (kreivės iš šiaurės vakarų į pietryčius) ėjo į pietvakarius nuo Konstantinopolio, tačiau šiame mieste buvo matomas pilnas užtemimas. Šaltinis: Hayakawa ir kt. (2022), Publications of the Astronomical Society of the Pacific

Kalbant apie Saulės užtemimus, jie padeda ir istorikams. Vienas užtemimas aprašytas Biblijoje, Jozuės knygoje, kur rašoma apie izraelitų įsiveržimą į Kanaaną. Žinoma, kad aprašyti įvykiai nutiko 1230-1200 m. pr. Kr. Ten minimi ir Egipto faraonai, tad galima susieti įvykius, aprašytus Biblijoje, su senovės Egipto kronikomis. Tačiau tiksliai datuoti šių įvykių nebuvo įmanoma – skirtingos interpretacijos skyrėsi apie 10 metų. Apskaičiuota Saulės užtemimo data – 1207 m. pr. Kr spalio 30 diena – leido „pririšti“ Jozuės knygoje aprašomus įvykius bei faraonų vadymo metus su ne didesne nei vienų metų paklaida. Be to, faktas, kad užtemimas buvo matomas Kanaane, parodė, kad Žemės sukimosi modelis, pritaikytas laikotarpiui nuo 720 m. pr. Kr., tinka ir 500 metų senesniam laikui. Kiti užtemimai irgi buvo panašiai naudingi: pavyzdžiui, Asirijos metraščiuose įvardintas užtemimas gali būti patikimai datuotas 763 m. pr. Kr birželio 15 diena ir įtvirtina maždaug trijų šimtmečių Asirijos istorijos chronologiją.

Kai kurios senovės civilizacijos paliko ir daugiau įdomių įrašų. Senovės Egipto religijoje žvaigždė Algolas Persėjo žvaigždyne buvo laikoma demono akimi (pats jos pavadinimas arabiškai reiškia „demoną“ arba „pabaisą“), taigi žyniai skyrė daug laiko stebėti jos pokyčiams. O žvaigždė tikrai keitėsi – karts nuo karto pastebimai pritemdavo. Dabar žinome, kad pritemimai vyksta dėl tranzitų dvinarėje sistemoje: viena poros narė reguliariai praskrieja tarp mūsų ir savo ryškesnės porininkės ir pastarąją pritemdo.

Nagrinėdami senovės Egipto kalendorių, kuriame sužymėtos palankios ir nepalankios dienos, mokslininkai aptiko, kad jos atsikartoja maždaug kas 2,85 paros, arba tiksliau 68 valandas ir 24 minutes (kalendorius buvo pakankamai ilgas ir išsamus, kad periodą būtų galima nustatyti taip tiksliai). Šiandieninis Algolo užtemimų periodas yra 68 valandos ir 49 minutės – 25 minutėmis ilgesnis. Būtent tokį pokytį prognozuoja dvinarės žvaigždės narių sąveikos modelis, bet patikrinti jo trumpesnio laikotarpio – pavyzdžiui, poros šimtmečių – stebėjimais nebuvo įmanoma, nes greta tolygaus kitimo egzistuoja ir atsitiktiniai periodo pokyčiai. Jie galėjo užmaskuoti keleto šimtmečių tolygų periodo kitimą, bet ilgesnio nei trijų tūkstantmečių pokytį paslėpti nepavyko. Apie šį atradimą išsamiau rašiau, kai jis buvo visai šviežias.

Volfas Drechselis. Šiaurės pašvaistė virš Niurnbergo 1591 metais. Šaltinis: Niurnbergo nacionalinis muziejus

Greta Saulės užtemimų ir kai kurių kintančių žvaigždžių, dar vienas senovės žmonių dėmesį traukdavęs reiškinys yra pašvaistės. Priklausomai nuo Saulės aktyvumo bei Žemės magnetinio ašigalio judėjimo, pašvaisčių zona laikui bėgant kinta: plečiasi, traukiasi ir migruoja. Pašvaisčių zoną galima apskaičiuoti ir remiantis paleomagnetiniais duomenimis – uolienose esančių mineralų įmagnetėjimu. Tačiau paleomagnetizmo duodamą rezultatą norisi patikrinti, tad mokslininkai atsigręžė į senovinius Norvegijos, Britanijos ir Japonijos tekstus. Norvegiškas tekstas – „Karaliaus veidrodis“, rašytas XIII a. pabaigoje – apima daugybę temų, nuo religijos ir moralės iki valstybės valdymo.

Ten aprašomi ir Norvegijos, Islandijos bei Grenlandijos „stebuklai“, tarp kurių yra ir pašvaistės, matytos XIII amžiuje. Panašaus laikotarpio japoniškame tekste minėtos gausios pašvaistės apie 1200-uosius. Britiški duomenys paimti iš XIX a. pabaigos tyrimų, kuriuose apžvelgtos pašvaistės XVIII-XIX amžių sandūroje. Visi aprašymai gerai atitiko paleomagnetinius rezultatus: pavyzdžiui, XII amžiaus viduryje Norvegijoje pašvaisčių gerokai sumažėjo, tuo tarpu Grenlandijoje – ne; tą paaiškina magnetinio ašigalio migracija į šiaurės vakarus. Japonijoje apie 1200-uosius buvo magnetinė anomalija, kuri sudarė palankias sąlygas pašvaistėms. Britanijoje panaši anomalija buvo apie 1800-uosius. Patikrinę ir patvirtinę paleomagnetinius rezultatus, mokslininkai išplėtė pašvaisčių zonos analizę iki 3000 metų praeities, taip suteikdami puikių naujų duomenų Žemės magnetinio lauko tyrimams.

Johaneso Vermejerio „Delfto vaizdas“. Šaltinis: Mauritshuis, The Hague

Kalbant apie Britaniją, dar vieną įdomų pavyzdį randame Anglosaksų kronikoje – dokumente, kuriame aprašoma Anglijos istorija antroje pirmo tūkstantmečio pusėje. Ten rašoma, kad 774 metais danguje, po saulėlydžio, buvo matyti „raudonas kryžius“. Kas tai galėtų būti? Galima būtų vaizdinį nurašyti meteorologiniams reiškiniams (Saulės stulpui, Saulės apskritimo ar tangentinės arkos daliai), kurie būna matomi esant labai šaltam orui, ir kartais, bet nedažnai, pasitaiko Anglijoje. Bet prieš dešimtmetį mokslininkai aptiko, kad 774-775 metais susiformavusios medžių rievės Šiaurės pusrutulyje turi pastebimai daugiau radioaktyvios anglies-14, nei ankstesniais ir vėlesniais metais. Anglį-14 suformuoja į Žemės atmosferą pataikę kosminiai spinduliai – energingi protonai ir elektronai. Koks galėtų būti jų šaltinis? Iš esmės galimybės yra dvi: Saulės žybsnis arba supernovos sprogimas. Tiek vienas, tiek kitas reiškinys, jei buvo pakankamai stiprus, kad sukurtų stebimą anglies-14 signalą, turėjo būti matomas ir plika akimi. Gali būti, kad Anglosaksų kronikoje būtent tai ir aprašyta – arba stiprios Šiaurės pašvaistės, arba supernovos sprogimo šviesa.

Per Saulės dėmes į Bizantiją ir senovės Egiptą, per istorinius Japonijos ir Anglijos rankraščius iki olandų tapybos meistrų – astronomijos pėdsakai istorijoje matomi įvairiausiose vietose. Aukščiau pristatytas eklektiškas pavyzdžių rinkinys toli gražu nėra galutinis. Tarpdisciplininiai astronomijos ir istorijos tyrimai, kaip ir kiti iš pažiūros tolimų sričių persiklojimai, yra ganėtinai nauja sritis, kuri dar duos daugybę įdomių atradimų. Sužinosime daug ir apie Saulę bei žvaigždes, ir apie kometas, supernovas ir dalykus, kurių visai nesitikime ten rasti.

Ateityje stebėjimų tik daugės. Turėdami daug tikslesnę informaciją apie kosminius objektus, per šimtus ar tūkstančius metų galėsime padaryti tokių atradimų, apie kokius dabar net sunku pasvajoti.

Šaltinis: