Hartmann y su microfotómetro

S. Paolantonio

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Entre fines del siglo XIX y principios del XX la fotografía se impuso como técnica predominante en la investigación astronómica. La ventaja de poder registrar en forma permanente un gran número de objetos, mucho más débiles que los que podían observarse directamente con el telescopio, fue determinante para su temprana y generalizada utilización.

Perfeccionado el procedimiento para el registro de los – en general – débiles objetos celestes, se comenzó a aplicar la fotografía a los más diversos campos de la astronomía. A modo de ejemplo, puede citarse lo realizado en el Observatorio Nacional Argentino con las Fotografías Cordobesas, cuyo propósito era determinar las posiciones de estrellas de los cúmulos australes, y en el Observatorio de París con el programa del Catálogo Astrográfico, que logró hacer lo propio con todas las estrellas observables hasta la magnitud 11. También se aplicó la fotografía al estudio morfológico de cometas y de objetos nebulosos, del espectro de la luz y la determinación del brillo de las estrellas, también se abrieron nuevas líneas de investigación gracias a las posibilidades que brindaba esta técnica.

Lograda la placa de la zona del cielo a analizar, quedaba por realizar su medición, consistente en la determinación de las distancias entre las imágenes registradas – relacionadas con las posiciones – o de su ennegrecimiento – vinculado al brillo –. Para cada fin perseguido debió diseñarse un dispositivo específico, ejemplo de éstos fueron los “micrómetros”, que permitían determinar con precisión pequeñas distancias sobre las placas, y los “microdensitómetros” que posibilitaban medir la densidad del ennegrecimiento de la emulsión en un punto dado.

Muchos astrónomos, técnicos y artesanos dedicaron ingentes esfuerzos para crear y perfeccionar estos aparatos, sin los cuales no habría sido posible concretar los importantísimos logros obtenidos con la fotografía astronómica a lo largo del siglo en que estuvo vigente.

El microfotómetro de Hartmann

Uno de los científicos que se dedicó al diseño de instrumentos astronómicos fue el alemán Johannes Franz Hartmann. Nacido el 11 de enero de 1865 en Erfurt, llevó adelante su formación inicial en las universidades de Tubinga, Berlín y Leipzig, doctorándose en esta última en 1891 – en la época era costumbre realizar los estudios en varias instituciones –. Luego de recibirse, trabajó durante cinco años como asistente en el Observatorio de Leipzig. En 1896 ingresó al reconocido Observatorio Astrofísico de Potsdam, donde permaneció por 13 años, desarrollando una importante actividad, que lo convirtieron en una figura notable entre los astrónomos (Nissen 1936, CDSB 2008).

Johannes Franz Hartmann (Nissen 1936)

En este período, Harmann realizó numerosas contribuciones al campo del instrumental astronómico,  por las que hoy es recordado. Entre éstas, pueden destacarse un método para examinar la calidad de las superficies de espejos y lentes, perfeccionamientos del espectrógrafo y diversos trabajos realizados sobre la medición y reducciones de espectros. También diseñó nuevos instrumentos, tal el caso del espectrocomparador, destinado a la comparación de placas fotográficas de espectros, y el microfotómetro, utilizado en la determinación del ennegrecimiento de las imágenes fotográficas, motivo de este documento (Nissen 1936, CDSB 2008).

El microfotómetro de Hartmann tuvo un alto impacto en la fotometría fotográfica y fue usado intensamente por largo tiempo en los más importantes observatorios del mundo, entre éstos, el Observatorio Nacional Argentino y el Observatorio Astronómico de La Plata.

El diseño y el método para su empleo fueron publicados por Hartmann en 1899 en Zeitschrift für Instrumentenkunde, artículo que también apareció en inglés en la revista Astrophysical Journal, bajo el título Apparatus and Method for the Photographic Measurement of the Brightness of Surfaces – Aparato y método para la medida fotográfica de brillo de superficies –.

El instrumento propuesto comparaba el ennegrecimiento de la zona de la placa que se deseaba medir – por ejemplo la imagen de una estrella – con una imagen artificial que podía regularse con una “cuña fotométrica”, con el propósito de determinar brillos superficiales.

 

Para la fotografía astronómica se empleó mayormente finas placas de vidrio, en una de cuyas caras se depositaba la emulsión fotosensible. En la figura, se muestra un ejemplo de una placa fotográfica – negativo – del campo estelar correspondiente al cúmulo abierto Pléyades, obtenida con el Astrográfico del Observatorio Nacional Argentino el 11/01/1928. En el recuadro se aprecia el detalle de la imagen de una estrella. El oscurecimiento de la imagen se relaciona con el brillo de la estrella, tanto mayor cuanto mayor es el brillo[1]  – en torno a las imágenes de las estrellas más brillantes puede verse un halo, efecto producido por la luz incidente reflejada en la superficie posterior de la placa –  (S. Paolantonio, imagen base Archivo OAC).

Dibujo y esquema del microfotómetro aparecidos en el trabajo original publicado por J. Hartmann en el Astrophysical Journal en 1899 (Harmann 1899; 324 y 326).

 

 Microfotómetro existente en el “The University of Tartu History Museum” empleado en el Observatorio de la Universidad de Tartu, Estonia, de 1914 (sic2014.ut.ee/about-us/).

 Microfotómetro utilizado en el Observatorio de Atenas, existente en el “Museum of Geoastrophysics National Observatory of Athens”, de 1950 (http://www.noa.gr/museum/english/organo_23_en.html).

 

Microfotómetro del Observatorio Nacional Argentino

Luego de asumir la dirección del observatorio el Dr. Charles D. Perrine a mediados de 1909, una de las primeras tareas a las que se avoca fue la actualización del instrumental de la institución. Vinculado al proyecto del gran reflector de 1,5 metros, con el que planea utilizar intensamente la fotografía, adquiere varios instrumentos, entre los que se encontraba un microfotómetro de Hartmann, encargado a la casa alemana Otto Toepfer & Sohn de Potsdam, el que llega al observatorio en 1912 (Perrine 1913).

Microfotómetros de Hartmann del Observatorio Nacional Argentino, comprado a la casa Otto Toepfer & Sohn de Potsdam, Alemania en 1912. Imagen tomada a mediados del siglo XX (Archivo OAC, dig. S. Paolantonio).

 

Perrine no solo conocía a Hartmann por sus logros científicos, lo había tratado personalmente al menos una vez, tal como lo atestigua la fotografía de grupo obtenida en 1905, en oportunidad de la expedición realizada para la observación del eclipse total de Sol en España. En la fotografía puede verse a Hartmann sentado a un lado del Dr. Perrine y W. W. Campbell – encargado de la expedición del Lick Observatory –, lo que destaca la importancia asignada a su persona (Campbell y Perrine 1906).

Posteriormente a la designación de Harmann en 1921 como director del Observatorio Astronómico de La Plata, se establecieron numerosos contactos y colaboraciones con el Observatorio Nacional, tal los casos de las observaciones para el catálogo de la Astronomische Gesellschaft y el préstamo del círculo meridiano Repsold platense.

De acuerdo a los registros existentes, puede asegurarse que fue utilizado hasta principios de la década de 1940 (Nissen 1939). En esta época se planteó la propuesta de modificarlo incluyéndole una fotocélula, iniciativa que finalmente no se concretó. Es posible que ésta fuera la causa por la que el instrumento actualmente se encuentre desarmado. Fue incluido en el inventario realizado en 1956, momento en que seguramente ya no era utilizado regularmente.

 Fotografía de grupo de la expedición del Lick Observatory-Crocker  para la observación del eclipse solar del 30 de agosto de 1905, instalada en Alhama, España. En el detalle, sentados, desde la izquierda: W. W. Campbell, encargado de la comisión, su esposa, Bell Smith de Perrine, el Dr. Charles D. Perrine y a su lado Johannes F. Hartmann, en ese momento astrónomo del Observatorio Astrofísico de Potsdam (Campbell y Perrine 1906; 17-18).

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 El microfotómetro de Hartmann del Observatorio Nacional Argentino hoy. Las medidas generales del instrumento son aproximadamente 50 cm x 30 cm x 39 cm (MOA; S. Paolantonio).

 Placa de la casa fabricante del microfotómetro del OAC y número de inventario (MOA; S. Paolantonio).

Microfotómetro de Hartmann del OAC (MOA; S. Paolantonio)

Microfotómetro del Observatorio Astronómico de La Plata

Luego de dirigir el Observatorio de Göttingen entre 1909 y 1921, Hartmann es contratado para administrar el Observatorio Astronómico de la Universidad de La Plata. Con la intención de iniciar trabajos astrofísicos en la institución, el nuevo director adquiere diversos instrumentos, entre los cuales se encontraba el micrómetro de su invención (Gershanik 1979, 36), comprado en 1921[2]. Fue fabricado por Askania Werke AG en los talleres de Carl Bamberg, empresa que había integrado a Otto Toepfer & Sohn[3]. A lo largo de la gestión de Hartmann, en diversas oportunidades, se encargaron otros trabajos a la misma casa.

El instrumento es casi idéntico al del observatorio cordobés. Las pocas diferencias son producto de los perfeccionamientos introducidos en la década que separa las compras de los aparatos. La más evidente tal vez sea el soporte trasero de la lámpara eléctrica, fuente de luz del micrómetro.

Hartmann ejerció la dirección hasta mayo de 1934, momento en que tuvo que retirarse por razones de salud. Regresó a su patria, falleciendo poco tiempo después en Göttingen, el 13 de septiembre de 1936. No solo se destacó en la gestión del observatorio platense y en general en su actuar profesional, Hartmann fue una persona muy apreciada por sus pares, en especial en Argentina, tal como puede deducirse de los conceptos vertidos en su biografía escrita por Juan J. Nissen:

 “Era ante todo, bueno. Demasiado bueno, podría decirse… Era, además, modesto y laborioso. Nunca se le ocurría exhibir sus méritos científicos,… A la amistad de los poderosos, que podría haberle reportado beneficios materiales, prefería la de los humildes… Su vida estaba consagrada al trabajo silencioso y perseverante… (Nissen 1936).

Microfotómetro de Hartmann del Observatorio Astronómico de La Plata, comprado en 1921. Fabricado en los talleres de Carl Bamberg de la casa Askania Werke AG de Alemania, es un modelo muy similar al de Córdoba (UNLP 1927; 136).

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 Microfotómetro de Hartmann del Observatorio Astronómico de La Plata hoy. Al igual que el de Córdoba se encuentra desarmado (Museo de Astronomía y Geofísica de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP).

Placa del fabricante del microfotómetro del  Observatorio Astronómico de La Plata, registrado con el número 57895 (Museo de Astronomía y Geofísica de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP).

Descripción y funcionamiento del microfotómetro de Hartmann[4]

Como se indicó con anterioridad, el microfotómetro permitía comparar el ennegrecimiento de la  zona  de  la  placa  que  se  deseaba  medir  – por ejemplo la imagen de una estrella – con una imagen artificial cuyo brillo superficial se regulaba empleando una “cuña fotométrica”. La cuña es un filtro neutro cuya absorción varía linealmente, desde 0 hasta un valor máximo, en el caso del microfotómetro de Hartmann estaba elaborada fotográficamente.

El dispositivo permitía observar simultáneamente la luz proveniente de la placa y de la cuña, en el mismo campo del ocular. Para realizar una medida, el operador regulaba la posición de la cuña hasta que la imagen se igualaba a la proveniente de la placa, momento en que se leía la posición de la cuña en una escala dispuesta para este fin.

Por ejemplo, si se deseaba determinar la magnitud de las estrellas en una placa fotográfica, primeramente debía medirse – determina la posición de la cuña – un conjunto de estrellas de las cuales se conocía su brillo – llamadas patrones o estándares –, y posteriormente se hacía lo propio con las estrellas estudiadas. Las magnitudes se determinaban por interpolación con las medidas obtenidas con las estrellas estándares.

En el siguiente esquema se proporcionan algunos detalles sobre el diseño óptico del microfotómetro:

  • La luz de la fuente (F) llega al ojo del operador siguiendo dos caminos diferentes: A y B, gracias a los espejos T y S.
  • Los rayos que transitan el camino “A” pasan por la placa fotográfica en el punto a medir – por ejemplo la imagen de una estrella –, mientras que la luz que sigue el camino B – rayos de comparación – pasa por la cuña fotométrica.
  • En el punto de encuentro de los haces de luz (1), se ubica un cubo “Lummer-Brodhun”, que permite que ambos puedan verse simultáneamente en el campo del ocular de medida (2). El cubo – detalle superior derecho – está constituido por dos prismas rectos cementados por sus bases, a uno de los cuales se le practica un pequeño rebaje o se le deposita una capa reflectante de plata (3). La luz pasa por el cubo sin desviarse, excepto la que incide en la zona 3 que se refleja a 45°.
  • Las imágenes que ve simultáneamente el operador, están formadas por los objetivos (4) y el ocular (2). Los enfoques son independientes y se obtienen moviendo los objetivos con las perillas H y E, como ocurre con un microscopio. Las imágenes se funden formando una única, similar a lo mostrado en el dibujo de la parte superior izquierda del esquema. En I, la zona central corresponde al haz A que pasó por la placa, mientras que el anillo externo al B, que transpuso la cuña. La cuña fotométrica se corre – mediante una perilla vinculada a P –  hasta igualar los brillos, momento en que la línea divisoria desaparece completamente y la imagen se observa como se muestra en el dibujo III. Cuando esto ocurre, se anota la posición de la cuña (ver figura siguiente), posición que se relaciona con el ennegrecimiento de la placa en el punto medido.

En la figura (microfotómetro del OAC) se aprecia el índice y la escala donde se mide la posición de la cuña fotométrica.  El valor indicado se puede leer gracias a la lupa. El movimiento de la cuña se realiza con la perilla P. (2) es el ocular  “de medida” (ver esquema anterior). El ocular 1, “buscador”, es uno complementario agregado para facilitar la ubicación con exactitud del punto de la placa a medir. Para su utilización se desplaza a un costado el cubo Lummer-Brodhun. El primer modelo propuesto no contaba con este ocular, en su lugar se desplazaba el cubo reemplazándolo por un prisma simple de 45° (MOA-Archivo OAC; S. Paolantonio).

Detalle (microfotómetro del OAC) en el que se  indican las posiciones de distintos componentes. En el receptáculo del cubo se identifican los topes que limitaban el movimiento cuando se lo corría para poder ubicar la zona de la placa a medir. (F) es un tubo que se desplaza hasta  apoyar con el frente del porta cuña fotométrica, cuyo objeto es evitar la entrada de luz lateral que podía modificar la medición. Un tubo similar se ubica alrededor del objetivo que enfoca de la placa fotográfica, marcado con (F) en la figura anterior (MOA; S. Paolantonio).

Porta placa del microfotómetro del OAC, para mayor detalle ver figura siguiente (Archivo OAC; S. Paolantonio).

El microfotómetro del observatorio nacional contaba con dos juegos de objetivos de 3,5 y 10 aumentos y dos cubos de Lummer-Brodhun, uno con un espejo circular de 0,96 mm de diámetro y otro con forma rectangular de 0,92 x 0,1 mm (Nissen 1939). El aparato de La Plata tenía cuatro prismas – seguramente con distintas formas y tamaños del rebaje/espejo – y tres juegos de objetivos, soportaba placas fotográficas de hasta 24 x 24 centímetros[2].

 

Microfotómetro del Observatorio Astronómico de La Plata. Se aprecia el soporte de la placa fotográfica, que permite posicionarla moviéndola en dos direcciones ortogonales por medio de las perillas A y B. También es posible girarla con C. La barra D se desplaza para el montaje de placas de distintas dimensiones (hasta 24 x 24 cm). (1) señala el piñón y la cremallera que permite realizar uno de los movimientos, cuyo detalle puede verse en la imagen de abajo (Museo de Astronomía y Geofísica de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP).

Agradecimientos: a Juan Francisco Canaparo por el envío de la documentación del microfotómetro de Hartamann existente en el Museo de Astronomía y Geofísica de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP, y en particular por la gentileza de haber realizando las fotografías del instrumento que se muestran en este artículo. Al Dr. Guillermo Bosch por el contacto realizado.

Notas

[1] → La relación entre el brillo y el ennegrecimiento no es lineal en todo el rango de brillos posibles, por lo que deben introducirse correcciones en los valores medidos que tomen en cuenta este hecho.

[2] → Inventario del Observatorio Astronómico de la Universidad de La Plata de 1942 (Museo de Astronomía y Geofísica de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP).

[3] → En 1919 Otto Toepfer & Sohn  pasó a Bamberg y en 1921 se integró a Askania Werke AG ( “Otto Toepfer & Sohn” en http://de.wikipedia.org/wiki/Otto_Toepfer_%26_Sohn y Askania AG, http://www.askania-berlin.de/index.php/de/askania/geschichte). Seguramente por la jerarquía y larga trayectoria de Otto Toepfer & Sohn, en publicaciones posteriores del Observatorio se señaló que el micrómetro había sido construido en esos talleres, tal el caso de UNLP 1927 y Gershanik 1979, lo que llevó a generar cierta confusión sobre este tema.

[4] → Esta sección se fundamenta en la descripción realizada en Hartmann 1899, en el esquema y explicaciones propuesta por Miczaika y Sinton 1967, en el análisis de las imágenes existentes en el Archivo OAC y el Museo de Astronomía y Geofísica de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP, así como en el estudio realizado por el autor sobre el microfotómetro del Museo Astronómico del OAC. Sobre el “cubo Lummer-Brodhun” se consultó Lummer y Brodhun 1889.

Referencias

  •  Campbell, W. W. y Perrine, C. D. (1906). The Lick Observatory-Crocker Eclipse Expedition to Spain. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 18, 106, 13-36.
  • CDSB (2008). Hartmann, Johannes Franz. EnComplete Dictionary of Scientific Biography. com. Consulta: 18/10/2014. Disponible en http://www.encyclopedia.com.
  • Gershanik, S. (1979). El Observatorio Astronómico de La Plata, en Evolución de las ciencias en la República Argentina 1923-1972, Tomo VII, Sociedad Científica Argentina.
  • Hartmann, J. (1899). Apparatus and Method for the Photographic Measurement of the Brightness of Surfaces. Astrophysical Journal, 10, 321-332.
  • Miczaika, G. R. y Sinton, W. M. (1967). Las herramientas del astrónomo. Buenos Aires: Eudeba.
  • Nissen, J. J. (1936). Juan Hartamnn, 1865-1936. Revista Astronómica, Tomo VIII, N° VI, 343-348.
  • Nissen, J. J. (1939). Carta a Félix Aguilar del 10 de junio de 1939. Museo del Observatorio Astronómico.
  • Lummer, O. y Brodhun, E. (1889). Photometrische Untersuchngen. Zeitschrift für Instrumentenkunde, 9, 41-50. Consulta: 18/10/2014. Disponible en disponible en : archive.org/stream/zeitschriftfrin00messgoog#page/n53/mode/2up.
  • Perrine, C. D. (1913). Informe al Ministro año 1912.
  • Universidad Nacional de La Plata (1927). La Universidad Nacional de La Plata en el año 1926. Presidencia del Dr. Benito Nazar Anchorena. La Plata: Publ. Oficial.

Este documento, texto e imágenes, está protegido por la propiedad intelectual del autor. Puede hacerse libre uso del mismo siempre que se cite adecuadamente la fuente:

Paolantonio, S. (2014). Registros históricos de los tránsitos de Mercurio observados desde los primeros observatorios astronómicos argentinos.

Disponible en https://historiadelaastronomia.wordpress.com/documentos/microhartmann/. Recuperado el … (indicar la fecha).

No se autoriza el uso de la presente obra para fines comerciales y/o publicitarios. Ante cualquier duda dirigirse a: paolantoniosantiago@gmail.com.

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