Trois étages sous le dôme du télescope du laboratoire solaire Hale à Pasadena, en Californie, un escalier en colimaçon rouillé marque le sommet d'une fosse de près de 20 mètres de profondeur, dissimulée par une trappe en bois située au sous-sol. Au bas se trouve un réseau destiné à scinder la lumière en un arc-en-ciel afin de permettre aux scientifiques d'étudier la composition du soleil. Les propriétaires actuels du bâtiment n'osent pas descendre, découragés par le manque d'oxygène et l'obscurité impénétrable en dessous.
Lorsque les architectes Liz Moule et Stefanos Polyzoides ont acheté l'observatoire en 2006, ils savaient qu'ils achetaient un morceau d'histoire. Le propriétaire original, l'astronome George Ellery Hale, a mis au point les télescopes les plus puissants du monde dans la première moitié du XXe siècle, notamment à l'observatoire du mont Wilson, au-dessus de Pasadena. Moule, qui dirige un cabinet d’architecture local avec Polyzoides, considère Hale comme un «citoyen modèle» en raison de son influence sur le paysage culturel et l’architecture civique de Pasadena. Le laboratoire solaire de Hale, avec son relief à la manière égyptienne du soleil qui rayonnait au-dessus de la porte d'entrée, sa grande bibliothèque au premier étage, son dôme de télescope sur le toit et sa fosse menaçante au sous-sol, était le refuge privé de Hale à quelques pâtés de maisons au sud de l'université qu'il a aidé à fonder, le California Institute of Technology.
La trappe d'accès à l'instrument de réseau du laboratoire solaire de Hale. (Elizabeth Landau) Moule et Polyzoides n’avaient aucune idée que le bâtiment, construit en 1924, était doté de trésors astronomiques cachés. Le sous-sol était rempli de meubles encombrés, de papiers et de cartons de bric-à-brac lors de l'achat de l'installation historique (ainsi que de la maison de stuc plus moderne située en face de celle-ci). «Nous pensions qu'il nous restait des choses dont nous allions nous débarrasser», déclare Moule.
Au sous-sol de l'observatoire, Moule et des volontaires du mont Wilson - Don Nicholson et Larry Webster - ont découvert des centaines de planches photographiques en verre des années 1880 aux années 1930 empilées dans des boîtes dans une grande armoire en bois. La collection comprend des images de taches solaires et de protubérances solaires - des vrilles de plasma qui se détachent du soleil - et des spectres solaires, ou une série de lignes représentant des composants de la lumière révélant la composition chimique du soleil. De plus grandes plaques représentent la lune en cratère, bordée par les ondulations des dégâts des eaux du sous-sol. Certaines des plaques proviennent des télescopes de Hale, tandis que d'autres étaient clairement des cadeaux d'astronomes lointains.
Image de la lune sur une plaque de verre de la collection de George Ellery Hale, trouvée dans le laboratoire solaire de Hale. Il a été pris à Lick Observatory et daté du 19 juillet 1891. Les marques blanches proviennent de dégâts des eaux. (Image reproduite avec la permission du Carnegie Institution for Science / Dan Kohne) En tout, il y avait plus de 1 100 assiettes et autres artefacts de la collection privée de Hale cachés dans le sous-sol du Laboratoire solaire, explique Dan Kohne, qui s'est porté volontaire pour le bureau de Pasadena des observatoires Carnegie afin de répertorier la découverte. Polyzoides et Moule ont fait don des plaques historiques aux archives de Carnegie.
Ces plaques photographiques représentent la manière laborieuse de travailler des astronomes, plaçant le télescope à la main sur un objet assez longtemps pour le capturer sur une plaque de verre recouverte d'émulsion, puis développant la plaque comme un film dans une chambre noire. La première photographie au daguerréotype d'une étoile autre que le soleil a été prise en 1850 par William Cranch Bond, premier directeur de l'Observatoire du Harvard College, qui a réalisé une exposition de 90 secondes de Vega. Pendant environ 150 ans, les scientifiques ont catalogué l'univers sur ces plaques de verre, à peu près aussi épaisses qu'une vitre.
Alors que les avancées technologiques en photographie, en guidage télescope et en informatique ont largement rendu obsolètes l'observation du ciel à base de plaques, l'étude des plaques de verre était le moyen par lequel les astronomes ont réalisé des révélations historiques, telles que l'existence de galaxies situées au-delà de la Voie lactée et le tissu même de l'univers. en expansion dans toutes les directions.
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Les assiettes historiques ne sont pas que des reliques. Ils représentent un enregistrement du ciel à des moments particuliers du passé qui ne peuvent jamais être revisités, pas même avec les observatoires spatiaux les plus puissants. Aujourd'hui, les télescopes les plus perfectionnés de l'humanité peuvent révéler des objets éloignés qui s'illuminent, se ternissent et s'affichent périodiquement. Le télescope spatial Gaia de l'Agence spatiale européenne (ESA), par exemple, est en train de compiler les cartes d'étoiles les plus complètes jamais réalisées. Certains objets subissant actuellement des modifications pourraient également avoir varié à la fin du 19e siècle et du début au milieu du 20e siècle, et ils ont peut-être été capturés sur des plaques de télescope en verre.
Alors que les astronomes cherchent à raconter des histoires plus complètes sur la manière dont les objets célestes évoluent au fil du temps, ces vieilles plaques poussiéreuses peuvent s'avérer d'autant plus pertinentes.
«Nous ne sommes pas des voyageurs temporels, n'est-ce pas?» Déclare Michael Castelaz, professeur agrégé de physique au Brevard College en Caroline du Nord. "Alors, comment remontez-vous dans le temps pour étudier le ciel nocturne si ce n’est avec les données que nous avons déjà?"
Annie J. Cannon était la conservatrice de photographies de l'observatoire du Harvard College, chargée de l'entretien de quelque 300 000 plaques photographiques d'étoiles réalisées par des astronomes de Harvard. (Bettmann / Getty Images) Selon certaines estimations, plus de 2 millions de plaques de verre ont été fabriquées par des astronomes professionnels aux États-Unis seulement. Selon René Hudec de l'Académie des sciences de la République tchèque à Ondrejov, il y en aurait probablement plus de 10 millions dans le monde, dont beaucoup pourraient se cacher dans des endroits inattendus. Bien qu'il existe une base de données en ligne de plus de 2, 5 millions de plaques provenant de plus de 570 archives, il n'existe pas de liste vraiment exhaustive. Hudec, ayant visité plus de 70 archives sur plaques, rapporte que certains référentiels sont bien conservés et catalogués, mais que d'autres sont une "expérience triste" avec peu de fonds et personne pour les gérer.
Harvard, qui abriterait la plus grande collection au monde, compte quelque 550 000 planches, y compris des images analysées par des personnalités telles que Henrietta Swann Leavitt et Annie Jump Cannon. Comme Dava Sobel en parle dans The Glass Universe: Comment les dames de l'observatoire de Harvard ont pris la mesure des étoiles, des «ordinateurs» féminins comme Leavitt et Cannon ont non seulement classé et catalogué des milliers d'étoiles sur les plaques du télescope, mais ont également permis des découvertes révolutionnaires notre vision du cosmos aujourd'hui. Edward Pickering, directeur de l'observatoire qui a embauché ces femmes, écrivait en 1890: «Les photographies remplacent les étoiles elles-mêmes. Les découvertes sont vérifiées et les erreurs corrigées à la loupe à la loupe plutôt que de nuit au télescope. . "
La collection de Hale provenant du sous-sol du laboratoire solaire a rejoint plus de 200 000 assiettes hébergées par les observatoires Carnegie, y compris l'assiette «VAR!» De 1923, qui a convaincu Edwin Hubble qu'Andromeda était une galaxie distincte de la Voie lactée. Le télescope Yerkes de 40 pouces, le mont Wilson de 60 pouces, le mont Wilson de 100 pouces et le Palomar de 200 pouces, tous projets de Hale, se sont succédés sous le titre de «plus grand télescope au monde». Leurs résultats sont stockés dans tiroirs derrière une courte porte de chambre noire au sous-sol du bâtiment principal des bureaux des observatoires Carnegie à Pasadena.
Dans la nuit du 5 au 6 octobre 1923, l'astronome Carnegie Edwin Hubble a pris une plaque de la galaxie d'Andromède (Messier 31) avec le télescope Hooker de 100 pouces de l'observatoire du mont Wilson. Le "N" sur la plaque qui a été barré et remplacé par "VAR!" indique que Hubble pensait à l'origine qu'un objet était une nova, mais s'est ensuite rendu compte qu'il s'agissait en fait d'une étoile variable céphéide. Hubble a pu utiliser l'étoile variable pour calculer la distance à Andromède, révélant sans aucun doute qu'il s'agissait en fait d'une galaxie distincte de la nôtre. (Avec la permission de Carnegie Observatories, Carnegie Institution for Science) Plus loin, l'Institut de recherche astronomique Pisgah (PARI) de Caroline du Nord compte environ 350 000 articles, y compris des planches, des films et d'autres données. Ces plaques de télescope proviennent en grande partie des États-Unis et du Canada, d'universités et d'autres institutions n'ayant pas de place pour leurs collections, ainsi que de celles découvertes par accident dans «14 sacs de feuilles et de pelouse» dans le garage de quelqu'un, dit Castelaz., qui était autrefois directeur scientifique de PARI. «Je pourrais vivre dans ce coffre à plaques. C'est tellement excitant."
En 2015, Holger Peterson est tombé sur des boîtes contenant environ 300 assiettes lorsqu'il s'est rendu au sous-sol pour faire du thé à l'Institut Niels Bohr de Copenhague. Certains des artefacts étaient clairement identifiables: une exposition du télescope Palomar Samuel Oschin datant de 1950 montrant un grand nombre de galaxies et une copie de l'expédition de l'éclipse solaire de 1919 à Sobral, au Brésil, qui ont permis de confirmer la théorie de la relativité générale d'Einstein. (Einstein a prédit que la gravité du soleil devrait plier la structure de l'espace autour de lui, ainsi les positions des étoiles en arrière-plan changeraient de notre perspective lorsque la lune bloque le soleil pendant une éclipse solaire totale. Des mesures sur des plaques de verre ont été utilisées pour le confirmer.) Mais pour de nombreuses assiettes de cette collection, maintenant située à l'Université de Copenhague, les détails des expositions ont été perdus, a déclaré Peterson dans un courrier électronique.
Toujours en Europe, les Archives de plaques photographiques à usage astronomique (APPLAUSE) comprennent actuellement environ 85 000 plaques de cinq instituts en Allemagne et en Estonie. Parmi les points forts, citons les plaques d’Ejnar Hertzsprung, qui a aidé à montrer la relation entre la température stellaire et la luminosité intrinsèque, et de Karl Schwarzschild, qui a contribué à l’élaboration de descriptions mathématiques des trous noirs.
Plaque photographique en verre de la galaxie d'Andromède, prise à l'observatoire Karl Schwarzschild en 1965. (Jay Bennett) En Argentine, les archives de plaques de l'Observatoire de Cordoba abritent certaines des premières photographies d'étoiles de l'hémisphère sud, avec environ 20 000 photographies et spectres sur des plaques datant de 1893 à 1983. Les situations de plaques en Asie et en Afrique n'ont pas fait l'objet de recherches aussi approfondies. Hudec a visité plusieurs endroits en Chine avec des assiettes et environ 40 000 ont été collectées et numérisées. L’observatoire de Bosscha en Indonésie compte en outre environ 20 000 assiettes, dit-il. Selon David Malin, scientifique en photographie à l'Observatoire anglo-australien, environ 19 000 plaques prises au télescope britannique Schmidt en Australie sont stockées à Édimbourg, en Écosse. Le télescope anglo-australien de Siding Spring conserve moins de 3 000 plaques emportées là-bas, tandis que d'autres restent probablement avec des observateurs qui ne les ont jamais remises aux collections de l'observatoire.
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Au début des années 90, les astronomes professionnels ont abandonné la pratique consistant à capturer des images célestes sur du verre au profit de méthodes numériques plus rapides et permettant une analyse informatique plus sophistiquée. L'invention des dispositifs de couplage chargés (CCD), qui permettent également les caméras pour téléphones intelligents, a révolutionné les observations astronomiques. Des techniques aussi simples que «zoomer» numériquement et augmenter le contraste sur un ordinateur sont des outils puissants pour étudier des objets distants et lointains.
Mais les archives historiques du ciel ont plusieurs niveaux de valeur. En ce qui concerne la préservation culturelle, les plaques de télescope résument le processus par lequel les connaissances ont été acquises et représentent l’état de la science lorsqu’elles ont été utilisées. Pendant environ 150 ans mais non plus, les données astronomiques ont été enregistrées sur du verre.
«Connaître les précurseurs est à bien des égards quelque chose qui informe même notre façon de faire de l'astronomie maintenant, nous ne devrions pas l'oublier», déclare Harry Enke de l'Institut d'astrophysique Leibniz à Potsdam en Allemagne, l'un des leaders de la collaboration APPLAUSE.
Copie photographique au bromure de travailleurs lors de la construction du télescope à miroir Hooker de 100 pouces au mont Wilson, en Californie. L'observatoire fut fondé en 1904 par l'astronome George Ellery Hale et le télescope de 100 pouces fut installé à l'observatoire en 1917. Le télescope Hooker était le plus grand télescope au monde lors de sa construction et le resta jusqu'en 1948. (Science & Sciences Photothèque de la société / Getty Images) Les astronomes peuvent même utiliser les archives historiques pour faire des découvertes aujourd'hui. Alors que de nombreux processus cosmiques mettent des milliards d’années à évoluer, les objets «transitoires» dans le ciel, tels que les étoiles qui explosent, appelées supernovae, changent de façon marquée en plusieurs semaines ou années. Les étoiles variables éclaircissent et s'assombrissent périodiquement, et les plaques peuvent être utilisées pour déterminer si cette période est constante ou non. En 2016, un astronome a même utilisé les archives Carnegie pour signaler des exoplanètes dans un spectre stellaire de 1917, une plaque réalisée environ 75 ans avant que quiconque découvre des planètes situées au-delà de notre système solaire.
«Notre ciel se déplace très lentement pour nos sentiments humains du temps», dit Enke. «L'astronomie moderne et les instruments modernes à CCD, etc., ont à peine 40 ans. Si vous pouvez ajouter encore cent ans à cela, c'est génial. "
L’étude des trous noirs est l’une des raisons pour lesquelles Jonathan Grindlay de Harvard s’intéresse à la numérisation d’anciennes plaques. Il est l'investigateur principal d'un important projet de numérisation de plaques appelé DASCH, l'accès numérique à un ciel céleste @ Harvard.
L'astronome Walter Sydney Adams à l'entrée du laboratoire solaire de Hale en 1946. (Photo de Edison Hoge / Gracieuseté de la collection scientifique de la Carnegie Institution pour la bibliothèque Huntington, San Marino, Californie) Lorsqu'une étoile semblable à un soleil et un trou noir de «masse stellaire», généralement sept fois supérieur à la masse du soleil, tournent autour d'un centre de gravité commun, l'étoile fournit un flux constant de matière arraché par le trou noir. Mais au lieu de tomber directement dans le trou noir, le matériau s’accumule d’abord dans un disque d’accrétion autour du trou noir. Au bout de 30 à 60 ans environ, le disque devient instable et le trou noir dévore une partie du matériau accumulé, ce qui provoque une explosion très vive de la lumière optique et des rayons X. DASCH fournit le premier enregistrement complet de plus de 100 ans de ces rares explosions, ce qui permet aux scientifiques de mesurer leur durée de visibilité et le nombre d'éclairs dans le ciel.
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Il existe dans le monde beaucoup plus de plaques de télescope qu'il n'en existe de versions numériques, et le soutien financier pour la numérisation et le catalogage détaillé est limité. Un groupe d'astronomes tchèques dirigés par Hudec a visité Carnegie, PARI, Yerkes, Lick, Mount Palomar et neuf autres sites américains importants de 2008 à 2012 pour découvrir les offres de plaques historiques. Ils ont constaté que certaines archives n'avaient pas été correctement stockées ou avaient même des plaques endommagées. Ils ont testé un dispositif de numérisation transportable et ont recommandé aux institutions de numériser et de cataloguer leurs trésors. Jusqu'à présent, le groupe Hudec a créé environ 50 000 numérisations de plaques à travers le monde.
Une collection de plaques de verre de 1909 à 1922 capture la lune à différentes étapes. (Institut Niels Bohr, Université de Copenhague) DASCH a été en mesure de numériser environ 350 000 plaques de Harvard, toutes consultables en ligne, et prévoit d'atteindre un total de 450 000 photographies d'ici octobre 2020. Les 100 000 dernières plaques sont des spectres stellaires qui, tout aussi intéressants, ne sont pas numérisés car seules les images directes peuvent montrer des changements visuels de luminosité dans le temps. Tout le processus de nettoyage et de numérisation est «comme un ballet chorégraphié», dit Grindlay. En Europe, APPLAUSE numérise également ses plaques en s’inspirant de DASCH pour certaines de ses méthodes, mais en utilisant des scanners commerciaux au lieu d’appareils sur mesure.
L’entreprise de numérisation a suscité la controverse lorsque des historiens ont hésité à penser que les marques originales sur les plaques seraient nettoyées au cours du processus de numérisation, explique Grindlay. D'un certain point de vue, si un astronome du passé dessinait un cercle autour d'un objet d'intérêt, le nettoyage de la plaque pourrait révéler davantage d'étoiles se cachant derrière la courbe. Mais les marquages sont aussi un enregistrement du processus scientifique. Une étude de 2016 conduite par DASCH a révélé que de nombreux astronomes et historiens accordent de la valeur aux annotations sur les plaques et à leurs couvertures, mais pensent également que photographier ou numériser ces marques avant de les nettoyer est suffisant pour la conservation, à moins que la plaque ne soit particulièrement importante dans l'histoire de l'astronomie. . DASCH suit ce protocole en photographiant tous les marquages originaux, y compris sur le couvercle de la «jaquette» de la plaque, avant le nettoyage. Les annotations originales sont sauvegardées sur les planches les plus précieuses, telles que celles d'Henettaetta Swan Leavitt, «par déférence pour les historiens», explique Grindlay.
Même des archivistes passionnés comme Grindlay s'accordent à dire qu'une fois la plaque numérisée et cataloguée correctement, il n'y a plus rien à apprendre d'un objet physique qui ne peut être obtenu à partir d'une copie numérique haute résolution et d'une photo des annotations. Néanmoins, dit Grindlay, "les plaques originales sont le disque ultime et doivent être entièrement préservées, comme elles l'ont été à l'observatoire du Harvard College".
Le dôme du télescope est installé sur le laboratoire solaire de Hale sur cette photo datée du 18 novembre 1924. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de la collection Science de l'Observatoire Carnegie à la bibliothèque Huntington, à San Marino, en Californie) Pour Kohne, les assiettes ressemblent à des œuvres d'art. Une grande partie des archives du bureau des observatoires Carnegie de Pasadena, y compris le butin du sous-sol du couple d'architectes, représentent les «studios de Hale», de la même manière qu'une peinture réalisée dans l'atelier de Raphaël par un autre artiste serait créditée du studio du célèbre peintre. En plus d’être des scientifiques, les 20èmes opérateurs de télescopes étaient des artisans qualifiés.
«Ils capturent les rayons lumineux qui voyagent depuis des milliers et des millions d’années lumière et les exposent parfaitement sur le négatif, explique Kohne. "Dans l'histoire de la photographie, cela devrait être en quelque sorte."
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Le télescope emblématique du laboratoire solaire de Hale à Pasadena ne dormira pas. Une équipe de volontaires de Mount Wilson travaille à l’aluminisation des miroirs afin que le télescope puisse clairement projeter le soleil sur une zone de visualisation située au sous-sol. Ils prévoient également que les étudiants locaux apprennent à utiliser le télescope pour l'observation solaire. Finalement, Moule espère que l’équipe pourra utiliser à nouveau le réseau de diffraction situé au fond de la fosse ou en installer une nouvelle, permettant ainsi à une nouvelle génération d’examiner la composition du soleil comme l’a fait Hale.
Lors d'une journée de mars parfaitement ensoleillée dans le sud de la Californie, Ken Evans, volontaire de Mount Wilson, a ouvert le dôme pour travailler à sa restauration. Evans, Kohne et Moule ont parlé avec enthousiasme de regarder les couchers de soleil à travers le télescope et peut-être d’organiser une fête au solstice d’été, si les miroirs sont prêts à temps. Quand Evans, un ingénieur à la retraite, fit pivoter la fente du dôme pour faire face au mont Wilson, le groupe déplora qu'un arbre obstrue la vue des autres temples de l'astronomie de Hale au loin.
La bibliothèque du laboratoire solaire de Hale. (Liz Moule / Stefanos Polyzoides) Moule et Polyzoides ont fait don à Caltech des journaux de Hale, également découverts au sous-sol. La machine à écrire et le bureau de Hale restent au premier étage de la bibliothèque ensoleillée et élégante, le rêve d'un amoureux des livres, avec un bas-relief égyptien représentant un personnage tenant un arc sur un char. Les anciens Égyptiens ont probablement intéressé Hale parce qu'ils adoraient le soleil, dit Moule. Il y a même une caisse dans le sous-sol qui lui est adressée avec un autre bas-relief à l'intérieur - le prochain mystère de Hale que Moule envisage de résoudre. Elle décrit son rôle au «laboratoire solaire» de Hale en tant que «gardienne de phare».
«Malheureusement, l'astronomie solaire a dépassé la technologie de ce bâtiment. Elle n'est donc pas d'utilisation courante, car de nombreux phares ne sont pas utilisés pour ce à quoi ils étaient initialement destinés», explique Moule. "Mais c'est un monument important, et je suis un gardien."
Ce phare garde un télescope qui utilisait autrefois un instrument plongé dans les ténèbres de près de 20 mètres pour scinder la lumière du soleil à 93 millions de kilomètres. Et grâce aux volontaires du mont Wilson, le soleil pourrait bientôt traverser à nouveau le phare cosmique.
Liz Moule et Dan Kohne dans le dôme du télescope du laboratoire solaire de Hale le 27 mars 2019. (Elizabeth Landau)
