Marcel Minnaert astrofysicus 1893-1970

De rok van het universum

[p. 166]

Hoofdstuk 8
Een zonnefysicus op weg naar de wereldtop

‘Vertelt ook niet Plato van de gekluisterden, hoe zij verblind worden door het daglicht, wanneer zij eenmaal ertoe gebracht worden óm te kijken, hoe de ogen hun pijn doen en hoe zij veel liever terug zouden keren in de duistere grot?’

Minnaert op het Heliofysisch Instituut

In het Mekka van de fysica, Leiden, was Minnaert dus persona non grata geworden. Hij had zich bewust op Julius' Heliofysisch Instituut te Utrecht gemeld. Daarover doet een anekdote de ronde: hij zou zijn promotor Mac Leod gezegd hebben dat hij de sterkte van het zonlicht kwantitatief wilde bepalen. Die had hem toegevoegd: ‘Jongeman, zet die hersenschim uit uw hoofd; het meten van de sterkte van het licht is onmogelijk.’ Aan die opgave had Julius zich gewijd en daarom zou Minnaert met hem contact hebben opgenomen.¹ Het kan zijn dat de fysicus Arnold Sommerfeld, die hem op de Vlaamse Hogeschool had bezocht, hem had gewezen op het zonnewerk van Julius.² Hij meldde zijn vriend Burgers begin februari 1919 in ieder geval dat hij de colleges spectrometrie van de fysicus Leonard S. Ornstein bezocht en ook al volop aan het werk was voor Julius.³

Willem Henri Julius was directeur van het Fysisch Laboratorium en had in de jaren 1910 toestemming gekregen voor het inrichten van een experimenteel onderzoekscentrum: het Heliofysisch Instituut. Julius pionierde, zonder veel overleg met de Utrechtse sterrenkundigen, op het grensvlak van fysica en astronomie en had net iemand nodig die zowel theoretisch als technisch onderlegd was en bovendien twee rechterhanden had om zijn spectroheliograaf operationeel te maken.

1 De Jager, 1993, 40.

2 Sommerfeld, 1914; 1919.

3 Minnaert aan Burgers, 2 februari 1919.

[p. 167]

Minnaert zal zijn diensten onbetaald aangeboden hebben en zal Julius wel hebben voorgesteld mettertijd zijn loon te regelen.

Na de oorlog forceerden de overwinnaars van de Wereldoorlog een breuk in de samenwerking tussen de professionele organisaties van geleerden. Het was hun bedoeling Duitsland en zijn bondgenoten te isoleren en er de beoefening van de wetenschap, die zo cruciaal voor de oorlogsvoering was geweest, schade toe te brengen. Vooral veel Franse en Belgische wetenschapsmensen bleken onverzoenlijk vijandig te staan ten opzichte van ‘de centralen’. Dit streven resulteerde in de in 1919 in Brussel opgerichte International Research Council met onderafdelingen voor onder meer astronomie, de International Astronomical Union (iau), fysica en chemie.⁴ Onderzoekers uit zestien landen traden toe: de verliezers van Wereldoorlog i werden buiten de wetenschappelijke gemeenschap gesloten. Van de Koninklijke Akademie van Wetenschappen hadden zich 47 leden, onder wie de fysicus W.H. Julius en de astronoom J.C. Kapteyn, tevergeefs tot de wetenschappelijke wereld gericht met een pleidooi voor de toelating van hun Duitse en Oostenrijkse collega's. Minnaert zal die stap van zijn directeur zeer op prijs gesteld hebben.

Julius schreef op 30 juni 1919 in zijn jaarverslag:⁵ ‘In de astrofysische afdeling werd geregeld gewerkt door Dr. M. Minnaert, wiens kundige en nauwgezette hulp bij de uitvoerige voorbereidingen tot het zonneonderzoek van grote waarde is geweest.’ Op Julius' voorstel benoemden de curatoren hem op 31 december 1919 tot observator met een jaarwedde van 2.600 gulden. Julius noemde de instelling van dat ambt in zijn jaarverslag van 1920 ‘een belangrijke aanwinst’.

Minnaert had in 1919 op het Meteorologisch Instituut een tweede betrekking aanvaard van een middag.⁶ Hij vond dat werk boeiend: ‘De richting op De Bilt is zeer fysisch; terwijl andere meteorologen steeds door loutere beschrijving toevallige correlaties zoeken tussen het weer en bepaalde verschijnselen, tracht men hier het geheel van onderste en bovenste luchtlagen te leren kennen en op volkomen rationele wijze daaruit prognoses af te leiden.’ Dat ‘volkomen rationeel’ werken aan zoiets veranderlijks als het weer was echt iets voor hem.

Om Minnaerts latere doorbraak naar de wereldtop van zonnefysici te begrijpen is het nuttig enkele hoofdlijnen van de fysische optica, zoals die al tijdens Minnaerts jeugd werd onderwezen, te schetsen. Daarna volgt een summier overzicht van de relevante experimenten op dit

4 Deze problematiek is het onderwerp van het boek van Otterspeer, 1997, 61. Zie ook de recensie van L. Molenaar in Jaarboek Buitenlandse Zaken, Den Haag 1998, 148.

5 Julius aan Curatoren, december 1919. Archief-Sterrenkunde.

6 Minnaert aan Burgers, 30 december 1919.

[p. 168]

gebied tot het begin van de twintigste eeuw. Julius trachtte deze experimentele resultaten te verklaren en wel op een wijze die al spoedig achterhaald bleek. Minnaert was in het begin een vurig verdediger van Julius' opvattingen en dreigde daardoor aan de zijlijn te geraken. Hoe hij worstelde en waarom hij bovenkwam, moet dit wetenschapshistorische hoofdstuk duidelijk maken. Het is fascinerend dat Julius door zijn krachtige promotie van deugdelijk experimenteel onderzoek voor Minnaert toch een positieve rol kon spelen.

Het spectrum; frequentie en golflengte van het licht

De 19e eeuw had het inzicht bevestigd dat behalve geluid ook licht kan worden opgevat als een golfverschijnsel. Een golf is het gevolg van de voortplanting van een trilling. In het geval van geluid is er een medium nodig: de voortplantingssnelheid van geluidsgolven in lucht bedraagt bij kamertemperatuur ongeveer 340 meter per seconde. Als de geluidsbron een stemvork is, klinkt bij het aanslaan een toon. Die toon heeft een frequentie, het aantal trillingen per seconde, die wordt uitgedrukt in Hertz (Hz). Een hogere frequentie geeft een hogere toon. De ondergrens van het menselijk gehoor ligt bij een frequentie van 20 Hz; de bovengrens van een jeugdig oor bij 20.000 Hz. De ‘lengte’ van de geluidsgolf (λ) is gelijk aan het quotiënt van de voortplantingssnelheid (v) van de golven én de ‘frequentie’ (f). Een toon met een frequentie van 5000 Hertz heeft een golflengte van 340/5000 = 0,0680 meter. Bij een hoge frequentie hoort dus een kleine golflengte, en omgekeerd.

Lichtgolven zijn elektromagnetische golven met een zeer hoge frequentie, die geen medium nodig hebben om zich voort te bewegen. Zoals bij geluid de toonhoogte wordt bepaald door de frequentie, is dat bij zichtbaar licht het geval met de kleur. Violet licht heeft een hogere frequentie en dus een kleinere golflengte dan rood licht. De voortplantingssnelheid van het licht bedraagt in het luchtledige voor alle golflengtes ongeveer 300.000 kilometer per seconde. De golflengte is het quotiënt van deze snelheid én de frequentie. Rood licht heeft een golflengte van omstreeks 0,000.000.70 meter; voor violet is dat 0,000.000.40 meter. Voor deze kleine lengtematen was een aan-

[p. 169]

gepaste eenheid ingevoerd: de Ångström (Å). Een Ångström is 0,000.000.000.1 meter, dus één tienmiljardste meter of 10^-10 meter.⁷ Rood licht heeft derhalve een golflengte van omstreeks 7000 Å, voor violet is die 4000 Å. Lichtgolven met een golflengte groter dan 7000 Å zijn onzichtbaar: ze liggen in het infrarood. Golflengtes die kleiner zijn dan 4000 Å zijn eveneens onzichtbaar voor het menselijk oog en liggen in het ultraviolet. Voor het waarnemen van infrarood en ultraviolet licht bestaan detectoren.

De Oostenrijkse natuurkundige Doppler heeft zijn naam gegeven aan een belangrijke analogie tussen geluid en licht. Als het geluid van een claxon van een stilstaande auto een waarnemer bereikt, hoort die een bepaalde toon. Komt die auto op hem afrijden, dan bereiken meer trillingen per seconde het oor, waardoor de waarnemer een hogere toon hoort. Na het passeren wordt de ervaren toon lager. Dit Dopplereffect speelt een grote rol in de sterrenkunde. Als een ster zich verwijdert van de aarde zullen lichtgolven een wat lagere frequentie krijgen en treedt een roodverschuiving op ten opzichte van dezelfde aardse lichtbron.

De natuurkunde van de zon was in de 19e eeuw bevorderd door het onderzoek van haar spectrum. Het was sinds Noach en Newton bekend dat zonlicht kan worden gesplitst in de kleuren van de regenboog. Dat gebeurt bijvoorbeeld als het met een bepaalde invalshoek valt door een driehoekig stuk kristalglas: een prisma. Het rood krijgt in het glas de kleinste afwijking; het violet de grootste. De kleuren van

Dispersie en het ontstaan van een spectrum.

het spectrum zitten daartussen. Dit verschijnsel wordt dispersie genoemd. Met behulp van prisma's kon het zonnespectrum rond 1800

7 Tegenwoordig gebruikt men de eenheid nanometer (nm), dus 10^-9 meter, die tien keer zo groot is.

[p. 170]

Een stukje van het violette spectrum tussen 4380 en 4399 Å met fraunhoferlijnen.

worden afgebeeld als een smal stukje van een regenboog. De scheiding van de kleuren is duidelijker wanneer het licht in een zeer smalle bundel invalt. Dat gebeurt door het door een uiterst smalle spleet binnen te laten vallen. Als die spleet smal genoeg is blijkt bovendien dat het spectrum op duizenden plaatsen wordt onderbroken door een woud van verticale donkere lijnen, die naar de Duitse opticus Joseph von Fraunhofer zijn genoemd. Die had er in 1814 al meer dan 500 ontdekt. Hij markeerde de meest opvallende met een letter: van A in het rood tot I in het violet. De ene fraunhoferlijn is smal en donker, de andere breed en wazig: het is ‘een volle rijkdom van chiaroscuro’ om met Minnaert te spreken,⁸ een oneindige variëteit van schaduwen en halftonen. De Duitse fysicus Kirchhoff tekende dit spectrum bij gebrek aan fotografische middelen minutieus na.⁹ In 1860 gaf hij elke breedte van een lijn een letter, van a tot g, en elke donkerte een cijfer van 1 tot 6.

De combinatie van de drie onderdelen, intreespleet, prisma en afbeeldend systeem wordt een spectrograaf genoemd. De Amerikaan Rowland verving rond 1895 de prisma's door een reflectierooster of ‘tralie’.¹⁰ Zo'n tralie is een perfect vlakke glazen plaat met evenwijdige inkervingen, groeven genoemd, op identieke afstand. Rowland speelde het klaar er 600 op een millimeter te krijgen. De afstand tussen de kerven is dan één zeshonderdste millimeter of 16.000 Å, wat in de buurt komt van de golflengte van rood licht. Met behulp van deze tralie kon hij een lichtsterk spectrum fotograferen. Rowlands Atlas of the Solar Spectrum vermeldt 20.000 fraunhoferlijnen met golflengten tot op 0,01 Å, een biljoenste meter, nauwkeurig!¹¹ Door het spectrum fotografisch te vergroten kan het uiteraard langer gemaakt worden en zo publiceerde Rowland een spectrum van dertien meter lang. Op die 13.000 millimeter verantwoordde hij 3000 Å, zodat elke Å werd uitvergroot tot 4 mm. Rowland gaf elk van die lijnen een getal dat een maat was voor de zwartheid of ‘sterkte’ van de lijn: dat was een kwalitatieve

8 Minnaert, (1947). Zie Literatuur Deel III (1945-1970).

9 In het Kirchhoffjaar 1959 schreef Minnaert: 1859 - Kirchhoff verklaart de Fraunhoferlijnen.

10 Om de werking van een reflectietralie te zien hoeft men slechts een CD'tje onder een witte lamp te houden. Kijkt men boven op de CD dan ziet men dat het licht in alle kleuren van de regenboog ontleed is. De putjes in het CD-oppervlak werken als de groeven in een tralie.

11 Rowland, 1895.

[p. 171]

schatting. Deze Rowlandschaal werd de standaard voor de intensiteit van een fraunhoferlijn.¹²

12 Vervaet, E., De geboorte van de spectraalanalyse, Intermediair, 43, 1987, 43.

De sterkte van de Fraunhoferlijnen

Uiteraard probeerden de fysici de oorsprong van de lijnen te verklaren. In de tweede helft van de 19e eeuw maakten proeven van de Duitsers Kirchhoff en Bunsen een eerste interpretatie mogelijk. Als gekleurd licht van gloeiende dampen door een prisma valt, verschijnen gekleurde lijnen van het emissiespectrum op een donkere achtergrond. Zij verhitten natriumdamp¹³ en vonden rond 5890 Å een gele dubbellijn. Precies op die plek vertoont het zonnespectrum een donkere dubbellijn, die Fraunhofer doopte als de D-lijn. De fraunhoferlijnen wezen op de aanwezigheid van atomen van aardse elementen in de fotosfeer, de gasvormige oppervlaktelaag van de zon, die juist dit licht absorberen.

Elk scheikundig element, zij het waterstof, natrium, ijzer of uranium, dat zo hoog verhit is dat het gasvormig is, zendt zijn eigen karakteristieke stel lijnen uit. Hieraan herkent men het element: het is als het ware de streepjescode van het betreffende gas. Het zonnespectrum toont alle lijnen van alle elementen die in de buitenste, voor ons zichtbare, omhulling van de zon zweven. De lijnen stralen geen licht uit, maar zijn juist donker. Dat verschijnsel was al door Kirchhoff ontdekt: een koel gas, zwevend tussen de waarnemer en een hete lichtbron slorpt het licht van de lichtbron op, absorbeert, bij de golflengten van de streepjescode van het gas. Zo is sinds Kirchhoff duidelijk dat de fraunhoferlijnen samen een absorptiespectrum vormen, een vingerafdruk of streepjescode van de atomen van de scheikundige elementen in de fotosfeer van de zon en andere sterren.

In de tweede helft van de 19e eeuw was zo de scheikundige analyse van het zonnegas goed voortgeschreden. Een bijzondere ontdekking was die van een gas met een onbekende streepjescode dat de naam ‘helium’ kreeg: het gas van Helios, de zonnegod. Een probleem vormden de emissielijnen van de corona: de ijle, buitenste atmosfeer van de zon, die alleen zichtbaar is bij totale zonsverduistering. Die lijnen waren niet bekend van laboratoriumproeven: wees dit op een nieuw scheikundig element, Coronium? Ook de zichtbare uitsteeksels of

13 Heijmans, 1994, 73.

[p. 172]

protuberansen boven het zonneoppervlak gaven moeilijkheden: volgens Doppler suggereerde de gemeten roodverschuiving van de spectraallijnen dat die enorme massa's zich met de moeilijk voorstelbare snelheid van vele honderden kilometers per seconde zouden verplaatsen. De fundamentele vragen over zon en sterren maakten de zonnefysica tot een geliefd onderzoeksobject van fysici zoals Julius, die zich op het terrein van de astronomen waagden.

Rowland en anderen voor hem gebruikten als afbeeldend instrument van de spectrograaf een fotoapparaat: het spectrum werd op glasplaten gefotografeerd. Deze platen zijn dus negatieven: wat licht uitstraalt wordt zwart op de plaat: de fraunhoferlijnen, in werkelijkheid donker, verschijnen dus als lichte of minder zwarte strepen op een zwarte achtergrond. Met een foto-elektrische cel kon de Duitser Schwarzschild het donker en licht van een bewegende fotografische plaat aftasten.¹⁴ Schwarzschild overleed in 1914, wat een eind maakte aan zijn pionierswerk. Zijn techniek werd in de oorlog geperfectioneerd¹⁵ door Julius' medewerker W.J.H. Moll. Die verving de fotoelektrische cel door een gevoelig thermo-element, wat indertijd een grotere nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid opleverde.

14 Minnaert, (1947).

15 Moll, 1919.

De spectrograaf in het Heliofysisch Instituut

Julius zette Minnaert meteen aan het werk om zijn spectrograaf te installeren in zijn Heliofysisch Instituut. Het installeren van dit kostbare onderzoeksinstrument had een voorgeschiedenis van een kwart eeuw (zie de Appendix¹⁶ over de anomale dispersie en de zonnetheorie van Julius). Zij werd uitgerust met een Rowlandtralie van 600 groeven op een millimeter en moest in de jaren twintig slechts de observatoria van Mount Wilson (vs) en Arcetri (Italië) als meerdere erkennen. De rechtervleugel van het Fysisch Laboratorium werd voorzien van balken en vloeren van gewapend beton om de resonanties te dempen. Op het dak stond een apparaat dat coelostaat wordt genoemd en dat bestaat uit twee zware spiegels: de ene draait mee met de beweging van de zon en weerkaatst het licht naar een tweede spiegel, die het in de zonnekijker werpt.¹⁷ Dertien meter lager verscheen een zonsbeeld met een middellijn van 12 centimeter. Op dezelfde plaats lag ook de intreespleet van de spectrograaf.

16 Appendix aan het eind van het boek.

17 Hier en daar is de tegenwoordige tijd gebruikt omdat de coelostaat, ‘het toestel dat de hemel vasthoudt’, deel uitmaakt van de museale opstelling van de Utrechtse Sterrenwacht die in 2002 weer bedrijfsklaar is gemaakt.

[p. 173]

Schematische tekening van Julius' spectograaf in Utrecht (1919).

Minnaert moest het volgmechanisme van de coelostaat ontwerpen en schreef aan Burgers:¹⁸ ‘Het was een langdurig werk; alle halve minuten moest een stand opgetekend worden van een lichtlijntje, teruggekaatst door de draaiende coelostaatspiegel; daaruit werden dan de onregelmatigheden berekend; alleen voor 't wormwiel duurde 't onderzoek 48 uur en dat boven op het dak, terwijl het zo hard vroor dat de inkt in mijn inktpot gestold was! Toen kwam er een curve uit met dubbele periode, overeenstemmend met de omlooptijd van twee raderen uit het uurwerk; die hebben we nieuw laten maken om de golving te doen verdwijnen. Dan moest de regulator van Foucault geregeld en isochroon gemaakt; wat een leuk, eenvoudig-ingewikkeld toe-

18 Minnaert aan Burgers, 13 april 1919.

[p. 174]

stelletje is me dat! Daarna ging ik dan aan 't verzilveren der spiegels volgens de methode van Mount Wilson; dat lukte vrij goed.’ Minnaert hield van het oplossen van technische puzzels en bleek de juiste man op de juiste plaats.

Het belangrijkste onderdeel van de opstelling is de spectrograaf. De intreespleet zit in een plaat boven aan een vier meter lange metalen buis. Aan de onderkant ervan werd de tralie bevestigd. De buis is kantelbaar over een stalen kogel in de put van de kelder: met de hand kan een deel van het meterslange spectrum worden geselecteerd door de tralie iets te draaien. Ook kan het zonsbeeld via een tweede spleet op de werktafel bij een geselecteerde golflengte als ‘spectroheliogram’ gefotografeerd worden door de spectrograaf onder het zonsbeeld door te laten bewegen.

Minnaerts rol blijkt indirect uit een artikel van maart 1923 waarin Julius trots zijn Instituut beschreef.¹⁹ Het verhaal vermeldt geen enkele naam, maar op de slotpagina staan twee spectroheliogrammen ‘door Dr. Minnaert met het Utrechtse spectraaltoestel verkregen in twee lichtsoorten uit de nabijheid van de calciumlijn K, op 11 September 1919’. Dat moet een eerbetoon geweest zijn.

Minnaert schreef Burgers enthousiast²⁰ dat die wel gehoord zou hebben van Julius' zonnetheorie. Hij moest die theorie onderbouwen met behulp van de spectrograaf en de zelfregistrerende microfotometer van Julius' assistent W.J.H. Moll:²¹ ‘Het was een ingewikkeld mechaniek, waarbij schuifjes op en neer gingen, diafragma's zich openden en sloten, het prisma en de registreertrommel telkens enkele graden draaiden en een telwerk bij iedere nieuwe stand een plaats opschoof.’ In tweehonderd stappen, wat neerkwam op twee uur, werd volledig automatisch de intensiteit in een stuk van het spectrum opgenomen. Moll was een van de eerste natuurkundigen die een automatische registreertechniek wisten in te voeren. Minnaert was een van de eersten die er ervaringen mee opdeed.

Een lichtbundel tast dus de donkere en lichte strepen van het spectrogram op de bewegende fotografische plaat af: een thermo-element meet het warmte-effect van het doorgelaten licht, dat via de uitslag van een gevoelige stroommeter op een bewegende papierrol wordt omgezet in een profiel van de fraunhoferlijn. Minnaert schreef lyrisch:²² ‘Een stukje spectrogram van enkele millimeters wordt aldus omgezet in een prachtig registrogram van een tiental centimeter leng-

19 Julius, 1923.

20 Minnaert aan Burgers, 13 april 1919.

21 Heijmans, 1994, 33.

22 Minnaert, 1936, 66.

[p. 175]

De microfotometer van Moll.

Enkele Å van de profielen uit de microfotometer in de buurt van de oranjegele Na. D. lijn.

[p. 176]

te dat er uitziet als een bewogen berglandschap met pieken en glooiende dalen. Men onderscheidt duidelijk de enkelvoudige lijnen en de plaatsen waar twee of meer lijnen bijna samenvallen en half met elkaar versmolten zijn; flauwe inzinkingen, die het oog nooit zou opmerken bij het bestuderen van de plaat, worden feilloos door de microfotometer opgetekend; en al deze bijzonderheden worden zódanig weergegeven dat de doorlating van de plaat in elk punt kwantitatief en exact af te lezen is. Het gehele spectrum, op ietwat behoorlijke schaal in een registrogram omgezet, zou een ontzaglijke kromme worden van ongeveer 100 meter lengte.’ Hij vond het sensationeel:²³ ‘Ik herinner me dat onze eerste microfotometrische registratie van een klein deel van het zonnespectrum onmiddellijk het zeer ambitieuze plan genereerde van een complete fotometrische Atlas.’

De citaten zijn herinneringen. Er was in die beginjaren veel creatief werk nodig voordat de doormeting van de fotografische platen uitsluitsel zou geven over de intensiteit van de fraunhoferlijnen. Minnaert liep daarbij voorop. Zijn bewondering voor Julius leek in die eerste Nederlandse jaren grenzeloos te zijn.

23 Minnaert, (1947).

Minnaert zingt de lof van zijn leermeester

In de herfst van 1920 werd Julius ziek. Hij droeg de leiding van het laboratorium over aan zijn jongere collega Ornstein. Hij herstelde enigszins en kon in 1921 zijn 25-jarig hoogleraarschap vieren. De bijdrage van Minnaert²⁴ aan het Liber Amicorum kwam in Physica te staan, het blad van de net opgerichte Nederlandse Natuurkundige Vereniging. Zij verdient een ruime vermelding.

Volgens Minnaert had Julius denkbeelden geopperd die in de zonnefysica nieuwe wegen hadden geopend. Als gevolg van aanzienlijke verschillen in dichtheid en temperatuur van de zonneatmosfeer zou er ongetwijfeld onregelmatige straalkromming optreden. De luchtspiegelingen en de ‘afgeplatte’ ondergaande zon in de aardse atmosfeer worden toegeschreven aan dit verschijnsel. In de buurt van de golflengte van de fraunhoferlijnen treedt bovendien anomale dispersie op (zie de Appendix).

Deze anomale verschijnselen moesten volgens destijds bekende optische formules in breking, uitspreiding en verstrooiing van het des-

24 Minnaert, (1921a). Het blad Physica met als subtitel Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde markeert de professionalisering van de natuurkunde.

[p. 177]

betreffende zonlicht naar voren komen. Door anomale breking konden weggekromde bundels van een bepaalde golflengte en kleur zelfs elders onverwacht te voorschijn komen, waardoor tal van zonneverschijnselen in aanzet konden worden verklaard. Vandaar dat Julius zich daarop had geconcentreerd. Anders dan zijn nieuwe leermeester durfde Minnaert deze voorlopige ideeën met benijdenswaardige stelligheid naar voren te brengen.

Minnaert meende dat Julius' theorie tal van natuurkundige wetten had verbonden tot ‘een grote astrofysische theorie’, die zijn leermeester wel eens ‘een voorstudie’ had genoemd: ‘Men voelt zich echter wel zeer tot bescheidenheid genoopt, wanneer men bedenkt hoe eigenlijk alle, alle lichtstralen, die de zon ons toestraalt, duizenden kilometers hebben afgelegd door gloeiende gasmassa's heen en op die weg op de zonderlingste wijze gekromd of verstrooid kunnen zijn. Zodat een protuberans, die wij meenden te zien omhoog laaien als een reusachtige vlam met een snelheid van honderden kilometers per seconde, nu blijkt een geringe verdichting te zijn, die zich voortplant als de roering van het schuim langs een golf en die een weinig licht van de zonnekern naar ons oog breekt. Alles wordt dus schijnbeeld, ‘optische illusie’, en men zou haast geneigd zijn het zonneonderzoek als hopeloos te beschouwen, ware het niet dat Prof. Julius algemene wetten heeft kunnen aangeven, die de regelmatige gevolgen van deze onregelmatige breking en verstrooiing samenvatten en die de veilige weg wijzen bij het ontcijferen der zonneverschijnselen.’

De schrijver van deze beeldende zinnen toont de leerling die zijn leermeesters blijft bejubelen. Niemand was op deze gedachte gekomen: Julius was de enige die dit had doorzien! En nog steeds waren er kleingelovigen onder de fysici! Minnaert waste hen daarom de oren met de parabel uit de Politeia: ‘Een oude vergelijking komt mij voor de geest, de beroemde vergelijking, waarmee Plato het zevende boek aanvangt van zijn verhandeling over de Staat. - Mensen bevinden zich in een grot, van kindsbeen af vastgeketend, niets kunnende aanschouwen dan een rotswand vóór hen, verlicht door een vuur achter hen; wanneer hunne wachters heen en weer lopen achter een laag muurtje, voorwerpen dragend en die boven het muurtje uitstekend, dan zien de gekluisterden de schaduwen van die voorwerpen heen en weer bewegen op de rotswand. Deze schaduwen zijn het enige wat zij te merken krijgen van de uitwendige wereld; door de gewoonte zijn zij ertoe

[p. 178]

gekomen de vormen der schaduwen te herkennen, hun namen te geven, een bepaalde regelmaat te vinden in de bewegingen en de opeenvolging. En zij stellen zich voor, dat die schaduwen ook werkelijk uit zichzelf bewegen en het essentiële in de verschijnselen uitmaken.

Is het niet merkwaardig, hoe treffend Plato de betrekkelijkheid onzer zintuiglijke indrukken door dit beeld weergeeft? En is het niet eigenaardig dat hij zijn vergelijking juist ontleent aan de optica, waar de begoochelingen zo veelvuldig en bedrieglijk kunnen zijn? - De waarnemers die de duizenden zonnevlekken tellen en catalogiseren, die hardnekkig protuberansen tekenen en dagelijks spectroheliogrammen maken, zij zijn onvermijdelijk geneigd de door hen ‘zienderogen’ waargenomen vormen als stofbegrenzingen op de zon te beschouwen; en vanzelf vinden wij allen ook de opvattingen der dispersietheorie wel eens onaangenaam, daar het veel moeilijker is zijn weg te vinden in de nieuwe, nog ongewone gedachtegang dan de empirische regeltjes van vroeger te blijven bewaren. Vertelt ook niet Plato van de gekluisterden, hoe zij verblind worden door het daglicht, wanneer zij eenmaal er toe gebracht worden óm te kijken, hoe de ogen hun pijn doen en hoe zij veel liever terug zouden keren in de duistere grot?

Maar hij vertelt ook, hoe zij langzamerhand erin slagen eerst de weerspiegelingen, dan de zwak verlichte voorwerpen zelf waar te nemen, daarna bij daglicht rond te kijken, tenslotte de heldere zon te aanschouwen, ‘niet enige verschijning ervan, maar de zon zelve, op de plaats waar ze is, en zoals ze is.’ - Deze vrome wens kunnen de heliofysici wel letterlijk overnemen! De woorden vande wijsgeer bevatten echter ook een diepe troost voor al wie wanhopen mocht over de aarzelingen, de onzekerheid waarin de nog jonge zonnefysica zich bevindt: door alle twijfel heen, trots omwegen en hindernissen, toch gaan we stap voor stap vooruit. Aan alles geschiedt recht, langzamerhand vallen verouderde theorieën af, de juiste standpunten blijven bewaard. Geen deugdelijk werk gaat verloren. Ja, zo is het!

En dan kan de dispersietheorie zeker met vertrouwen de toekomst tegemoet zien.’

Het was bijna een politiek betoog, dat dan ook optimistisch eindigde. Minnaert opereerde nog niet zelfstandig. Hij was ook geen geschoold fysicus. Als partijganger boog hij Julius' omzichtige proza om in een onverzoenlijke polemiek met fysici zoals Lorentz, Ornstein,

[p. 179]

Zernike en Einstein die ernstige bedenkingen hadden. Van die optische illusie zou Minnaert nog zijn bekomst krijgen.

Het was een opvallende, onzekere en daarom op het eerste gezicht arrogante binnenkomst in de wereld van de Nederlandse fysica. Julius, 33 jaar ouder dan Minnaert, was kennelijk verguld met de bijdrage van zijn meesterleerling en heeft hem niet tot voorzichtigheid gemaand. Net zomin als Mac Leod, Bolland of Domela dat ooit hadden gedaan.

Ornsteins internationaal centrum van fotometrisch onderzoek

Met de thermodynamicus Leonard Ornstein ontwikkelde Minnaert een meer gelijkwaardige relatie. Ornstein was een imposante en energieke figuur, die zich net als Minnaert fanatiek wijdde aan politieke idealen. Als 26-jarige promovendus was hij in 1907 de secretaris-generaal geweest van het Achtste Congres van de Zionistische Wereldorganisatie in Den Haag en vier jaar later had hij het Zionistische Congres van Basel geleid. Hij had zich een bekwaam agitator getoond:²⁵ ‘Na afloop van een opzwepende rede van Ornstein in 1918 hief het publiek eens, tegen uitdrukkelijk gemaakte afspraken in, spontaan de zionistische hymne aan. Hij was strijdlustig, maar ook licht ontvlambaar.’

Deze Ornstein werd curator van de omstreden Hebrew University van Jeruzalem en daarmee een collega van Einstein. Die Universiteit moest de elite opleiden van een toekomstige joodse staat en stond daarmee in het hart van de wereldpolitiek. Engeland en Frankrijk hadden na de Eerste Wereldoorlog landen zoals Libanon, Irak, Iran, Syrië en Palestina aan het Turkse kalifaat ontnomen. De Britten hadden aan Joden, Arabieren en Indiërs beloften gedaan die onderling strijdig waren. De joodse kolonisten probeerden gewapenderhand voldongen feiten te scheppen. Ornsteins strijdbare keuze moet de twaalf jaar jongere Minnaert met eenzelfde liefde voor Vlaanderen en de Vlaamse Hogeschool hebben aangesproken.

Ornstein was bij Lorentz gepromoveerd op een theoretisch onderwerp. In 1915 werd hij in Utrecht benoemd als theoretisch fysicus. Hij had met bewondering kennisgenomen van de automatische microfotometer die Moll had ontworpen ten behoeve van de experimenten van Julius. Molls instrument kon kwantitatieve metingen aan de in-

25 Heijmans, 1994, 43. Minnaert kreeg begin jaren twintig nog een ansichtkaart van Ornstein uit Jeruzalem.

[p. 180]

tensiteit van spectrale lijnen realiseren. In Leiden had alles gedraaid om de cryogene apparatuur voor Kamerlingh Onnes' werk bij extreem lage temperaturen. Ornstein had op zijn beurt als directeur van het Fysisch Laboratorium een uniek instrument in handen gespeeld gekregen en begreep dat hij moest woekeren met dat godsgeschenk. Hij schreef in zijn jaarverslag van 1922 aan de curatoren:²⁶ ‘Het ligt in de bedoeling de microfotometrische afdeling uit te breiden, teneinde andere instituten te helpen bij dit werk waarvoor thans een grote ervaring en een buitengewoon fraai instrument aanwezig is en zo ons laboratorium tot een internationaal centrum voor fotometrisch onderzoek te maken.’

Met deze microfotometer kon ‘Utrecht’ zich in het hart van de moderne fysica plaatsen. De kwantumfysica had een theorie van de fraunhoferlijnen geleverd die overtuigender was dan Julius' dispersietheorie. Het atoommodel (1913) van de Deense fysicus Niels Bohr bleek de steen van Rosetta voor de oplossing van het fraunhoferschrift. Wanneer aan atomen energie wordt toegevoegd in de vorm van licht van een bepaalde frequentie, dan kunnen elektronen door de opname van ‘fotonen’, lichtkwanta van een bepaalde frequentie, in bepaalde banen van hogere energie terechtkomen; vallen ze terug naar een lagere energie, dan zenden ze weer licht uit met een frequentie die hoort bij dat energieverschil. Die frequentie komt overeen met de golflengte van de desbetreffende fraunhoferlijnen. Valt het licht van het inwendige van de zon op atomen van bepaalde elementen in de fotosfeer, dan zullen die fotonen worden geabsorbeerd die precies de energie hebben om elektronen in een hogere energiebaan te brengen. Atomen natrium in de fotosfeer zullen bijvoorbeeld de frequentie absorberen die hoort bij het geeloranje licht; de dubbele D-lijn duidt op een ‘doublet’, twee miniem afwijkende energieniveaus van de elektronen. De elektronen zenden dat oranjegele licht weer uit als ze in de oude energiebaan terugvallen, maar verstrooien dat in alle richtingen. De waarnemer zal in het spectrum van het zonlicht in het geeloranje gebied een absorptielijn zien.

De Brits-Indische fysicus Saha (1920) toonde aan dat de verscheidenheid in de emissiespectra in de periferie van de zon, van chromosfeer en corona, niet het gevolg was van buitenaardse elementen. Bij die fysische omstandigheden verliezen de atomen tal van elektronen, waardoor meervoudig geladen ionen ontstaan die eigen fraunhofer-

26 Heijmans, 1994, 51.

[p. 181]

lijnen vertonen. Aanvankelijk werd die meervoudige ionisatie toegeschreven aan de extreem lage druk.²⁷ Thans is bekend dat een verhoogde temperatuur, eerder dan een verlaagde druk, de ionisatie bevordert. De ‘onbekende elementen’ zoals het coronagas Coronium bleken toch aardse elementen te zijn.

De geregistreerde spectrale lijnen in de verschillende laboratoria waren echter afhankelijk van de omstandigheden. Bij de stralingsproeven konden vlammen, glazen ontladingsbuizen of elektrische bogen worden gebruikt met grote verschillen in temperatuur, druk en concentratie. De enige constante was de plaats van de emissielijn in het spectrum. De vorm van de lijnprofielen, die met behulp van verschillende fotometers waren verkregen, dus hun hoogte, breedte of symmetrie, verschilde daardoor van instituut tot instituut. Er kwamen net zoveel ‘sterkteklassen’ in omloop als er onderzoekscentra waren. Voor de samenstellers van Atlassen van spectraallijnen was dat een deprimerend gegeven.²⁸ Hier lag een grote kans voor een instituut dat een standaard zou kunnen scheppen.

De eerste opgave bestond dus uit het standaardiseren van de optische procedures, opdat de Utrechtse metingen elders verifieerbare en reproduceerbare resultaten zouden leveren. Ornstein besteedde allereerst aandacht aan de fotografische materialen: de ontwikkelaars en de fixeermiddelen. Zijn medewerkers onderzochten de lichtgevoelige laag van de glasplaten, de grootte van de zilverkorrels na het ontwikkelen en de invloed van verontreinigingen in de gelatinelaag. Die fotografische platen waarvan een grafiek van het verband tussen de zwarting en de intensiteit van het opvallende licht het best op een rechte lijn leek, kregen de voorkeur. De platen moesten vooraf aan elk experiment worden geijkt.²⁹

27 Bleeker, 1951. Het leek voor de hand te liggen dat gaslagen op grotere afstand van de kern koeler zouden zijn dan de zonnerand van 6000 K.

28 Heijmans, 1994, 81.

29 Heijmans, 1994, 64.

Minnaerts trapverzwakker en ware intensiteit i

De nieuwe directeur lijfde Minnaert bij zijn onderzoeksprogramma in. Dat leek haaks te staan op dat van Julius, waarbij Minnaert zich had aangesloten. In de praktijk kon de microfotometer echter ten behoeve van beide programma's gebruikt worden. Geen wonder dat Minnaerts eerste prestaties zich toespitsen op het werk met dit instrument.

[p. 182]

Minnaert kreeg twee omvangrijke karweien opgedragen: het ijken van de meetfouten van de tralie van de spectrograaf en de ijking van de profielen van de spectrale lijnen die uit de microfotometer kwamen. Over het eerste schreef Minnaert:³⁰ ‘Ik ben op een zijpaadje van 't zonneonderzoek gekomen en probeer iets te weten te komen over de vraag der spookbeelden bij een rooster. Het einddoel waartoe dit en ander reeds uitgevoerde of uit te voeren metingen dienen, is het onderzoek naar de intensiteitsverdeling binnen een Fraunhoferlijn.’ Het resultaat meldde hij in 1921 in een lijvig verslag³¹ aan de Akademie. De tralie gaf zelf zwakke spectraallijnen af als gevolg van kleine afwijkingen in de regelmaat van de groeven.

Deze ‘spookbeelden’ bleken echte plaaggeesten, maar Minnaert kon bewijzen dat hun geïntegreerde effect leidde tot een gelijkmatige sluier over het spectrum. Deze sluier is niet helderder dan enkele procenten van het continue licht en het effect ervan kan verdisconteerd worden door een vast percentage van de lichtintensiteit van het continue spectrum af te trekken. Hij gaf een elektromagnetische theorie van het verschijnsel, die hij met behulp van de klassieke formules voor verstrooiing en buiging van Rayleigh en Voigt voorzag van veel ontoegankelijk rekenwerk. Hij bevond zich hier in het optische paradigma van Julius, waarin hij een kwantitatief paadje probeerde te hakken.³²

Zijn tweede opdracht leidde meteen tot een ontdekking. Zowel hij als zijn collega Van Cittert zette met de trapverzwakker een stap voorwaarts. De microfotometer meet namelijk niet direct de intensiteit van het licht dat op de fotografische plaat is gevallen: als dat licht een tien keer zo grote intensiteit heeft, hoeft de emulsie van de glasplaat nog niet tien keer zo zwart te worden. Minnaert ontwierp een stukje glas, 2 cm lang, dat in zes gradaties met platina is bedekt, van zwart tot helder doorschijnend. Tevoren stelde hij experimenteel vast dat die trapjes platina bij een bepaalde golflengte 11, 16, 26, 43, 65 en 100% van de intensiteit van het licht doorlaten. Die trapverzwakker legde hij over de spleet van de spectrograaf en de rest van de spleet dekte hij af.

Op de fotografische plaat verschenen boven elkaar zes spectra van verschillende zwarting. In elk van die spectra bepaalde hij met de microfotometer de doorlating van een stukje continu spectrum tussen de fraunhoferlijnen. Hij vond dan zes doorlatingsgetallen die hij grafisch uitzette tegen de op voorhand vastgestelde doorgelaten intensiteiten: hij kreeg dan een ijkingskromme. Vervolgens moest hij steeds

30 Minnaert aan Burgers, 17 juni 1921.

31 Minnaert, (1921b).

32 Minnaert, (1921c) meldt dat hij aan verzwakkers werkt. De Jager, 1993, 99, noemt het jaar 1923.

[p. 183]

de met de microfotometer automatisch geregistreerde doorlatingsprofielen via deze ijkingskromme handmatig omrekenen in intensiteitsprofielen.

Deze omslachtige tekst komt overeen met het tijdrovende werk, dat nodig was voordat Minnaert en Van Cittert voor het eerst lijnprofielen kregen die de ware intensiteiten van fraunhoferlijnen toonden. Dezelfde methode kon uiteraard gebruikt worden voor het vinden van de ware intensiteiten van emissielijnen van stralende dampen en gassen in het laboratorium.

Minnaert was met zijn gloednieuwe apparatuur en methoden vanzelf een pionier, wereldwijd. Hij kortte zijn nieuwe grootheid ware intensiteit af met i. Hij kreeg meteen een briljante ingeving inzake de eenheid van deze grootheid, die hij in 1923 voorlegde aan het Nederlandse Natuur- en Geneeskundig Congres:³³ ‘Bij absorptie- en dispersielijnen is het wenselijk een andere bepaling voor de sterkte aan te nemen, namelijk de energie welke daar uit het spectrum verdwenen is, uitgedrukt met als eenheid de energie binnen 1 Å van het omringende continue spectrum. Op deze wijze wordt thans op het Heliofysisch Instituut te Utrecht de Rowlandschaal van de zonnelijnen geijkt. De sterkste lijn uit het zonnespectrum heeft een sterkte van 9,4 eenheden; de zwakste lijnen schijnen een waarde te hebben van enkele duizendsten van deze eenheid.’ Dat waren voor de astronomie baanbrekende zinnetjes, die aan niemand op het congres een vraag ontlokten.

Principe van Minnaerts equivalente breedte: het oppervlak onder een ‘lijnprofiel’ wordt omgezet in een ‘breedte’.

33 Minnaert, (1923a), 103.

[p. 184]

De fraunhoferlijnen geven na registratie een paraboolachtige curve te zien, waarvan de vorm afhankelijk is van het aantal groeven in de tralie en ook enigszins van de spleetbreedte van de microfotometer. Het oppervlak van de curve is echter een constante. Dat vertegenwoordigt de weggenomen energie; na ijking geeft het de ware intensiteit. Minnaert stelde voor de denkbeeldige breedte te bepalen van de basis van een rechthoekje met een opstaande zijde ter grootte van de continue straling ter plaatse en een oppervlak dat gelijk is aan die van het bewerkte lijnprofiel. Hij noemde het kwantitatieve resultaat in milli-Å de totaalabsorptie of ware intensiteit van een fraunhoferlijn. Minnaert haalde daarmee de intensiteit uit de intuïtieve sfeer, waarin ze sinds Fraunhofer, Kirchhoff en Rowland meer dan een eeuw had verkeerd.

Juist op dat moment bundelden in de Verenigde Staten astronomen de krachten om tot een herziening van Rowlands Tabel te komen. De nieuwe waarden bleven echter gebaseerd op schattingen. Minnaert begon zijn project te propageren, te weten de omzetting van meer dan 20.000 Rowlandwaarden in ware intensiteiten i, die hij eind jaren twintig ging aanduiden als equivalente breedten. Het zou een decennium duren eer het belang van zijn voorstel tot de astronomen zou doordringen. Er waren echter onderzoeksgroepen in Duitsland en Australië die hem snel bijvielen. Minnaerts ster begon danig te rijzen. Hij moest zijn idee nu omzetten in publicaties. Bij de bioloog De Bruyker klaagde hij eens:³⁴ ‘Al mijn tijd geef ik aan mijn ambt; voor eigen onderzoek blijft niets over. In de late avonduren, moe van het fysieke en geestelijke werk, beproef ik dan theoretisch verder te komen. Zoveel mooie plannen, bijna voleindigd, liggen daar te wachten. Nu en dan verneem ik eens dat een of ander ding, dat ik ondernemen wilde, elders uitgevoerd is. Ik beproef met de tijd te woekeren, 's morgens, 's middags, bij 't eten van de boterham, 's nachts; misschien win ik toch terrein. Het stuk dat ik je zond is nog mijn proefschrift niet; 't is een zijpad dat mij aantrok en langs waar ik een ogenblik een interessante streek ben gaan doorvorsen. De dissertatie zal, hoop ik, vijf maal zo dik worden. Maar wanneer?’

Bedacht moet worden dat Minnaert zal zijn ingezet bij het reguliere werk op het Fysisch Laboratorium. Het begeleiden van de practica van de studenten in de natuur-, sterren- en wiskunde en van de vele geneeskundigen was in Utrecht bepaald geen sinecure. Omdat Min-

34 Minnaert aan De Bruyker, 18 maart 1922. Waarschijnlijk had hij een overdruk van zijn artikel van 1921 over de Spookbeelden opgestuurd.

[p. 185]

naert zich snel een idee had gevormd van het levenswerk dat voor hem kon zijn weggelegd, zullen de verplichtingen wel eens zwaar op hem gewogen hebben. Hij stond indertijd op het standpunt dat het schrijven van een proefschrift vergelijkbaar was met het voorbereiden van een examen: het mocht dus niet in de tijd van de baas gebeuren!

Minnaert op de bres voor Julius

Julius betrok de wiskundig behendig opererende Minnaert bij zijn polemieken en stimuleerde Minnaert om te promoveren op de verdediging van zijn zonnetheorie. In 1920 hadden Julius' assistenten Van Cittert en Minnaert afzonderlijk gemeld, dat door hen uitgemeten lijnprofielen een door Julius' gepostuleerde asymmetrische roodverschuiving vertoonden, hoewel hun resultaten feitelijk binnen de meetfouten vielen. In 1923 trokken Julius en Minnaert gezamenlijk op in twee artikelen inzake een door Julius als ‘cruciaal’ aangeduid experiment.³⁵ Julius had op onnavolgbare wijze afgeleid dat twee belendende fraunhoferlijnen van een bepaald type elkaar moesten ‘afstoten’, zodat hun centra wat verder uiteen moesten liggen. Minnaert had gerekend aan zeventien door hen geselecteerde gevallen, die hij grafisch had uitgezet. Het resultaat kon kort worden samengevat: ‘De theoretische verwachting is dus met de resultaten van het tot nu toe bekende waarnemingsmateriaal niet in strijd; maar verder kan onze conclusie dan ook voor 't ogenblik niet reiken omdat de grootheden waarover het onderzoek loopt aan de grens liggen van de tegenwoordige meetprecisie.’ Dat was feitelijk een herhaling van 1920 en dodelijk voor een cruciaal experiment.

Opvallend in hun tekst zijn de dubbelzinnige, Juliaanse passages, die de boedel proberen te redden.³⁶ Julius besloot daarop zijn zonnefysica nog eens omvattend uiteen te zetten in een Leerboek der Zonnefysica. Toen hij in 1925 overleed was hij halverwege.³⁷ In de inleiding schreef hij dat ‘er van een stelselmatige groei der zonnefysica in die zin, dat onderzoekers steeds zouden hebben voortgebouwd op grondslagen, door hun voorgangers’ geen sprake kon zijn. Hij had dit uitgangspunt nodig om de breuk met zijn voorgangers te rechtvaardigen. Hij herhaalde de bestaansvoorwaarde voor zijn palet van straalkrommingen: ‘Wij gaan de hypothese invoeren dat in de ijle

35 Minnaert (1923b, 1923c).

36 Hentschel, 1994, 121.

37 Julius, 1928.

[p. 186]

massa een betrekkelijk grote plaatselijke verscheidenheid van optische dichtheden wordt aangetroffen.’ Hij had recent moed geput uit de dissertatie van Minnaert,³⁸ die ‘er reeds in is geslaagd, onder zekere beperkende maar zeer plausibele onderstellingen aangaande de verdeling der ongelijkmatigheden, te berekenen hoe een oorspronkelijk evenwijdige lichtbundel in zulk een middenstof zich uitspreidt naar richting en intensiteit’. De toegewijde leerling gaf de oude leermeester hier valse hoop!

Einstein noemde zijn vriend Julius in zijn grafrede ‘een van de meest originele exponenten van de zonnefysica’ en hoopte dat diens opvattingen over anomale dispersie niet over het hoofd zouden worden gezien.³⁹ Hij was het met Julius eens inzake de protuberansen, dus ‘dat het onjuist is om hoge snelheden te postuleren als het erom gaat zonneverschijnselen te verklaren’. Hij stelde echter vast dat Julius omgekeerd geen enkel geloof had gehecht aan een roodverschuiving als gevolg van zijn gravitatietheorie. Julius' promovendus H. Groot hoopte dat een van Julius' leerlingen zou proberen diens Leerboek der Zonnefysica als ‘daad van wetenschappelijke piëteit op een de Meester waardige wijze te volvoeren’. Minnaert voelde zich uiteraard geroepen.

38 Minnaert, 1925.

39 Einstein, 1925. Zie de Appendix.

Onregelmatige straalkromming

Begin jaren twintig was Minnaert met behulp van alle mogelijke vrijstellingen opnieuw afgestudeerd in de natuurkunde en had hij zich op zijn promotie gestort. Hij wilde met zijn tweede dissertatie⁴⁰ in de wis- en natuurkunde aantonen dat Julius' opvattingen wel degelijk harde fysica waren. In zijn Voorwoord beloofde hij de overledene ‘dat het mijn streven zal zijn in Uw geest verder te werken’. De invallende promotor Ornstein had zich bereid getoond het reeds door Julius toegekende cum laude over te nemen. Minnaert had een artikel van Ornstein en Zernike opgepakt, waarin zij de grondslagen hadden gelegd voor de wiskundige behandeling⁴¹ van enkele van Julius' opvattingen.

Eerst definieerde Minnaert nog eens de termen die hij gebruikte.⁴² Als een evenwijdige straal licht valt op een optisch glad planparallel stuk glas, dus met evenwijdige voor- en achterkant, dan kaatst het in

40 Minnaert, 1925, 6 juli 1926.

41 Ornstein en Zernike, 1916-1917.

42 De astronoom De Jager was behulpzaam bij het formuleren van een korte samenvatting.

[p. 187]

één richting terug (normale terugkaatsing) en de doorgelaten straal wordt in een bepaalde richting gebroken (normale breking). Als de glasplaat van bobbeltjes is voorzien zoals in matglas, dan kaatst het licht in verschillende richtingen terug al naar de wijze waarop de individuele lichtstralen (fotonen) tegen de bobbeltjes kaatsen (onregelmatige terugkaatsing) en hetzelfde geldt voor het doorgelaten licht (onregelmatige breking).

Neemt men het geval dat niet slechts het oppervlak, maar het hele medium onregelmatig is, dan zal de dichtheid van plaats tot plaats variëren. Minnaert nam als voorbeeld een niet homogene, geconcentreerde oplossing van keukenzout. Dan zullen individuele lichtstralen op iedere plaats weer een andere afbuiging krijgen. De aanvankelijk evenwijdige lichtbundel spreidt uit, wordt breder: dit noemt Minnaert onregelmatige straalkromming.⁴³ Als het licht door een medium loopt waar de storende deeltjes in omvang vergelijkbaar zijn met de golflengte van het licht zoals sigarettenrook in de huiskamer of stof in de dampkring, spreekt men van verstrooiing.⁴⁴ Minnaerts betoog moest het mathematische en kwantitatieve fundament leggen onder twee zonneverschijnselen die Julius kwalitatief had verklaard.

Het eerste, de lichtverdeling over de zonneschijf, kon hij ondanks veel indrukwekkend rekenwerk niet nader tot een oplossing brengen. Het tweede was het vraagstuk van de scherpe zonnerand. Als de zon een gasbol is met een geleidelijke variatie in dichtheid, hoe komt het dan dat ze een scherp begrensde schijf vertoont? Hierop liet hij een scherpzinnige berekening los: hij gebruikte daarbij een zelf afgeleide formule voor de ‘uitspreidingscoëfficiënt’, substitueerde zijn schattingen en concludeerde: ‘Nabij de schijnbare fotosfeergrens eist de theorie van Julius dat de uitspreidingscoëfficiënt over een hoogteverschil van 700 kilometer 125 maal kleiner worde; bij gelijkblijvende ‘roering’ in de dampkring, is daartoe voldoende dat de dichtheid in de verhouding 11 tot 1 dale. Dit is heel wat aannemelijker dan de verhouding 10.000 (over 200 km) van Schwarzschild en 100.000 (over 200 km) van Stewart en Russell. De grondgedachte van Julius is aldus volkomen bevestigd.’

De getallen die bij Julius' veronderstellingen hoorden leken dus realistischer te zijn dan die van zijn concurrenten. Voor zo'n grote inspanning lijkt dat een schamel resultaat. Het is opmerkelijk dat de

43 Een modern voorbeeld is dat van een op de maan gerichte laserstraal. Zonder aardse atmosfeer zou op de maan een vlek met een diameter van 400 meter belicht worden; doordat de bundel door de atmosfeer loopt waarin dichtheidsfluctuaties voorkomen is de diameter van de vlek enkele kilometers.

44 Of de elektronen van de corona om de zon.

[p. 188]

spectrograaf, het instrument dat de harde gegevens moest leveren voor Julius' theorie, geen enkele rol speelt in de verhandeling.

Minnaerts dissertatie leverde allerminst de argumenten om Julius' theorie weer tot leven te kunnen wekken. Het was voor Ornstein zelfs de vraag wat hij met het Heliofysisch Instituut moest beginnen. Hij had medio jaren twintig het hele laboratorium op de schop genomen: dat kon met een nieuwe uitrusting als centrum van fotometrie doorstarten. Het ministerie had twee brieven gestuurd na het overlijden van Julius: een bedankbrief naar de familie en een ophefbrief voor wat betreft de hoogleraarsfunctie naar de faculteit. Het bestuur wilde onder leiding van Ornstein van die opheffing niets weten, wilde er juist een hoogleraar bij. Het compromis tussen nul en twee werd gevonden in de bestendiging van de functie van Julius. Er ontspon zich een langdurige intrige die, tegen de zin van Ornstein, leidde tot de benoeming van de theoretisch fysicus H.A. Kramers.

Ook het Heliofysisch Instituut was op 19 november 1925 een aandachtspunt geweest in de zelfbewuste brief aan de minister.⁴⁵ Het faculteitsbestuur wilde het handhaven vanwege de grote kwaliteiten van Minnaert, die tot lector benoemd zou moeten worden. Wel werd het instituut formeel onderschikt aan het Fysisch Laboratorium en kon het lectoraat van Minnaert zijns inziens voorlopig onbetaald blijven. Curatoren waren in hun nopjes en stemden toe: ‘De toekenning van de persoonlijke titel van lector aan Dr Minnaert menen wij op de gronden, welke door de Faculteit worden aangevoerd, eveneens krachtig te mogen ondersteunen.’ Minnaert werd een jaar later, op 5 november 1926, toch benoemd tot lector en privaatdocent met een salaris van fl. 4.400 per jaar.

Minnaert rondde het jaar daarop de tweede helft van Julius' leerboek af, waarbij hij gebruik maakte van diens publicaties en ‘van alles wat hij mij in onze dagelijkse gesprekken meedeelde’. De passage waarin Minnaert de golflengten van de fraunhoferlijnen met die van de aardse emissielijnen vergelijkt, verdient de aandacht.⁴⁶ De centra van de zonnelijnen vertonen inderdaad een minieme verplaatsing naar het rood, verschillend van lijn tot lijn, meestal tussen de 0,0010 en 0,020 Å, toenemend met de golflengte. Dat was letterlijk in overeenstemming met Einsteins hypothese omtrent de roodverschuiving! Minnaert incasseerde die roodverschuiving echter botweg voor Julius⁴⁷ en schreef letterlijk: ‘Deze verklaring van de roodverschui-

45 Brief van H.J. Jordan (voorzitter) en L.S. Ornstein (secretaris). De laatste wilde dat zijn medewerker H.C. Burger als theoretisch fysicus werd benoemd; de faculteit kreeg H.A. Kramers uit het Mekka van de kwantummechanica, Kopenhagen: een bekende van Minnaert uit zijn tijd bij Christiaan Huygens. Zijn vrienden Dirk Coster en Jan Burgers waren al tot hoogleraar benoemd in Groningen en Delft.

46 Zie de Appendix.

47 Julius en Minnaert, 1928.

[p. 189]

ving laat geen plaats voor de door Einstein gepostuleerde relativiteitsverschuiving. Waar immers de metingen reeds veeleer kleinere verschuivingen opleverden dan door de relativiteitstheorie geëist, blijft er na aftrekking van de dispersieverschuiving zeker veel te weinig over.’ Zowel Julius als Einstein hengelde naar een roodverschuiving in de orde van grootte van 0,01 Å, zij het dat ze verschillend van karakter waren (zie de Appendix). Minnaert wees hier Einsteins claim af, omdat er eenvoudigweg geen plaats was voor twee effecten!

Minnaert eindigde het boek met een ode aan Julius' theorie die ‘uitkomt met een minimum van onderstellingen’. Hij leek op het oog nog steeds een partijganger van Julius, maar was het op dat moment niet meer! Hij had in zijn openbare les over de geschiedenis van de zonnefysica van de afgelopen eeuw⁴⁸ gesproken en zich de vrijheid van nieuwe inzichten veroorloofd. Hij had als inspiratiebronnen met name de Deen N. Bohr, de Brit A.S. Eddington en de Duitser K. Schwarzschild genoemd en had voor een lector een tamelijk ambitieus onderzoeksprogramma ontvouwd. Hij wilde ‘de gehele samenstelling van het Fraunhoferspectrum en de verhouding der sterkten van alle Fraunhoferlijnen berekenen uit eenvoudige veronderstellingen betreffende temperatuur, druk en samenstelling der lagen’. Dat was een levenswerk en meer dan dat. Hij had het vermogen zich een ambitieus doel te stellen, dus op een termijn van tientallen jaren te denken, en beschikte bovendien over het vereiste doorzettingsvermogen. Hij gordde zich reeds aan voor de aanval op de algemeen aanvaarde Rowlandschaal van intensiteiten.

48 Minnaert, 1926, 16 januari. In twee afleveringen dat jaar in Hemel en Dampkring.

Aan de slag met de equivalente breedtes

Het jaar 1927 bracht een nieuw succes. Het jaar ervoor had een eclipsreis van vier maanden naar Sumatra met onder anderen de Amsterdamse sterrenkundige Anton Pannekoek vanwege een bewolkte hemel niets opgeleverd; een expeditie met Pannekoek naar Lapland slaagde schitterend.⁴⁹ De Akademie bracht in 1928 het lijvige rapport van Pannekoek en Minnaert uit. Zij slaagden er voor het eerst in de ‘absolute’ intensiteiten te meten van emissielijnen in de chromosfeer door die te vergelijken met een door Ornstein ontwikkelde standaardlamp. Het was monnikenwerk: ze verwerkten in 30 pagina's minuscule

49 Pannekoek en Minnaert, 1928.

[p. 190]

letters duizend metingen aan emissielijnen tussen 4154 en 4768 Å. Veel lijnen konden ze met behulp van Saha's theorie identificeren als meerwaardige ionen zoals yttrium 10+ of ijzer 6+. Ze interpreteerden de emissielijnen van de meest markante elementen als kwantumsprongen van elektronen. Dat nam met 300 detailleringen twaalf pagina's in beslag.

De beide astrofysici redeneerden in termen van stralingsovergangen tussen elektronenniveaus, ‘somregels’, ‘multipletintensiteiten’ en ‘overgangswaarschijnlijkheden’: dat waren termen uit het kwantumfysische werk waarin het Fysisch Laboratorium van Ornstein, H.C. Burger en H.B. Dorgelo in samenwerking met theoretici zoals A. Sommerfeld, W. Pauli, H.A. Kramers en N. Bohr inmiddels was gespecialiseerd.⁵⁰ Hun boek verwijst inderdaad naar het werk van Ornstein en zijn medewerkers. Het bevat geen enkele toespeling op Julius. De publicatie vond plaats in 1928, het jaar van verschijnen van het Nederlandstalige Leerboek der Zonnefysica van Julius en Minnaert, en ze was wél in het Engels.

Pannekoek droeg in deze jaren behalve zijn kennis en ervaring ook een scrupuleuze instelling op zijn jonge vriend Minnaert over. Pannekoek schreef in zijn Dagboek over Minnaert:⁵¹ ‘Hier, in Lapland, zowel als te voren bij de Indische eclips, heb ik Minnaert leren bewonderen zowel wegens zijn praktische bekwaamheid en theoretisch inzicht als ook zijn algehele toewijding: hij is bij elke der beide expedities feitelijk de ziel van het werk geweest.’ In zijn brieven kon hij soms terechtwijzen:⁵² ‘Daar ik je oorspronkelijke tekeningen zag, waarop wel de afwijkingen onderling te zien waren, heb ik geen ogenblik vermoed, dat je die hier in de uiteenzetting weg zou laten.’

Pannekoek kende veel vooraanstaande astronomen persoonlijk zoals E.A. Milne, J.S. Plaskett en H. Shapley. Sommigen waren kameraden uit zijn tijd als marxistisch theoreticus. Toen Milne hem in Bussum kwam opzoeken, nodigde hij Minnaert uit voor de discussie met de grote man. Hij schreef Minnaert over de Amerikaan H.N. Russell:⁵³ ‘Hij heeft er slag van met groot materiaal handig om te springen en de hoofdtendensen eruit te halen; knap en dominerend; toch heb ik bij allerhande behandelingsmanieren een instinctief verzet. Hij beschikt ook over een ruimer materiaal van multipletten dan anderen omdat hij daarover veel mooi ongepubliceerd werk heeft.’ Hij leerde de jon-

50 Heijmans, 1994, Hoofdstuk 5, De som- en intensiteitsregels, 73, en Hoofdstuk 6, Verder onderzoek van intensiteiten in atomaire en moleculaire spectra, 97.

51 Pannekoek, Herinneringen, 1982.

52 Pannekoek aan Minnaert, 2 mei 1928. Archief-Sterrenkunde.

53 Pannekoek aan Minnaert, 10 september 1928.

[p. 191]

geman de reuzen van het vak ook kritisch te bezien. Dat moet voor de dweperige Minnaert van belang geweest zijn.⁵⁴

In 1927 publiceerde Minnaert samen met Ornstein⁵⁵ een artikel over de intensiteitsverdeling in opnamen van spectrale lijnen. Het artikel gaf een overzicht van de manier waarop zij werkten met de spectrograaf en de microfotometer. Ze behandelden de invloed van de spleetbreedtes op de profielen en die van de ontwikkelaar op de fotografische platen. Het illustreerde slechts hun intensieve samenwerking. Een pikante voetnoot verraadt Minnaerts schrijverschap: de platen voor het artikel werden ‘door mejuffrouw M.B. Coelingh en mejuffrouw J.G. Eymers in dankenswerter Weise opgenomen en doorgemeten’. Het ging hier om Miep Coelingh en haar boezemvriendin Truus Eymers; met Miep had Minnaert zich zojuist verloofd.

Hij werkte gestaag verder aan een publicatie over zijn eigen experimenten. Hij vergeleek zijn ware intensiteiten voor zwakke fraunhoferlijnen met de intensiteiten volgens de door de Amerikanen gereviseerde Tabel van Rowland⁵⁶ en leidde een empirische formule af die de Rowlandse intensiteiten R omzette in Minnaertse ware intensiteiten i. Hij kon voor het eerst door extrapolatie afleiden dat de fraunhoferlijnen naar schatting 15% van de energie van het zonnespectrum absorberen: ‘Alle theoretische beschouwingen over de vorm van de energiecurve van de zon waren gevaarlijk, zolang de depressie van die curve door de fraunhoferlijnen niet in rekening werd gebracht.’

Hij werd bij de eindredactie onaangenaam verrast door een artikel van de Duitser H. von Klüber over de profielen van emissielijnen uit de chromosfeer.⁵⁷ Dat bevatte metingen aan de intensiteiten van de lijnen K en H van het Ca⁺-ion, waaraan hij zelf had gewerkt met Pannekoek. Von Klüber werkte op de Einstein Turm te Potsdam, waar directeur Freundlich de fotometrische school van zijn in 1914 overleden voorganger Schwarzschild had voortgezet.⁵⁸ Minnaert haastte zich met het insturen van zijn artikel⁵⁹ en nam meteen een harde kritiek op de werkwijze van de Duitser mee. Diens intensiteiten verschilden te veel met zijn eigen waarden. Hij adviseerde de ‘spookbeelden’ van de tralie in rekening te brengen en vermaande hem beter te standaardiseren. Maar eigenlijk kwamen de waarden aardig overeen, terwijl Von Klüber een eigenzinnige ‘halfwaardebreedte’ hanteerde. Misschien had dat Minnaert geërgerd.

54 In zijn toespraak bij de begrafenis van Pannekoek in april 1960 sprak Minnaert over hem als zijn ‘grote leermeester’ en dierbare vriend. Voor het eerst leek hij een ontspannen relatie te hebben met iemand die hij als wetenschapsman zeer waardeerde en twintig jaar ouder was.

55 Minnaert, Ornstein, (1927c)

56 Saint John, 1928.

57 Von Klüber, 1927.

58 Zie de Appendix.

59 Minnaert, (1927b).

[p. 192]

De Duitser had geen kritiek op Minnaert geuit, had hem zelfs niet genoemd. Ook dat kan een punt geweest zijn. Minnaerts reactie maakt een hooghartige indruk. Dat was pijnlijk omdat hij een theoretische verklaring had proberen te vinden van de verhouding van de oppervlakken van de beide emissielijnen. Het lukte hem niet de theorie te laten aansluiten bij de gegevens. Zijn artikel had echter al veel te denken gegeven. Bij de correctie van de drukproef kreeg hij het eerste zetsel toegestuurd van een bijdrage van Albrecht Unsöld, een collega van Von Klüber: hij kon nog net in een voetnoot vermelden dat hij vermoedde dat die de kwestie bevredigend had opgelost.

Een aardbeving

Unsöld had de resultaten van zijn collega Von Klüber theoretisch geïnterpreteerd.⁶⁰ Zijn artikel moet Minnaert om twee redenen geschokt hebben. Hij had zich door de fixatie op Julius' theorie onvoldoende ingesteld op de realiteit van absorptie, emissie en verstrooiing als gevolg van atomaire processen. In zijn berekeningen speelde het aantal deeltjes in de chromosfeer dat emissie teweegbrengt geen enkele rol! Volgens Unsöld boden die juist de verklaring voor zowel de spectrale als de fraunhoferlijnen. Hoe meer actieve atomen of ionen per eenheid zonnevolume, hoe groter het effect. Unsöld werkte met kwantummechanische formules voor de ‘verstrooiingscoëfficiënt’ en de ‘stralingsdemping’ als gevolg van botsende en langsflitsende deeltjes. Een nuchtere beschouwing in termen van reëel bestaande deeltjes had Minnaert in zijn brochure van 1916 nog omschreven als kenmerk van de Nederlandse denkwijze in de fysica!

Minnaert zal ook om een tweede reden geschokt zijn geweest. Hij had zich al jaren zowel in het optische onderzoeksprogramma van Julius als in het kwantummechanische domein van Ornstein bewogen. Unsöld opende hem eindelijk de ogen: diens verhaal ontsproot aan een kwantummechanische gedachtewereld, maar kwam in het Juliaans neer op anomale verstrooiing in de optische fysica. Minnaert had zich in navolging van Julius geconcentreerd op de anomale breking omdat die weggebroken stralenbundels zoveel zonneverschijnselen ‘in principe’ konden verklaren!

60 Unsöld, 1927.

[p. 193]

Voor Minnaert kwam de zonnefysica weer van het hoofd op de voeten te staan. Protuberansen, zonnevlekken en chromosfeerlijnen werden weer reëel. De asymmetrie van de lijnprofielen was wellicht een eigenaardigheid van de spectrograaf, zonde van het vruchteloze werk binnen de marge van de meetfouten.⁶¹ Niet deze verschijnselen maar Julius' verklaringen waren een zinsbegoocheling geweest: voer voor psychologen! Hij had zélf de optische illusies gehuldigd op de wijze van de gekluisterden in de grot van Plato: zijn hoon was eenvoudigweg hybris geweest. Dat alles moet Minnaert zich die julimaand van 1927 hebben gerealiseerd.

Unsöld maakte duidelijk dat de verstrooiende activiteit afhankelijk is van het aantal absorberende deeltjes, ‘resonatoren’ of ‘oscillatoren’ N en dat geldt tevens voor de in het lijnprofiel verdwenen energie. De kwantumfysica levert de gegevens voor de waarschijnlijkheden van de elektronenovergangen: voor de lijnen K en H van het Ca⁺-ion blijkt dat die zich verhouden als 2 : 1. De gemakkelijkste overgang brengt de grootste verstrooiing mee. Uitgerekend het Fysisch Laboratorium van Ornstein was in de jaren twintig ingericht om het empirische bewijs te leveren voor deze kwantumregels.⁶² Het was het pionierswerk van Burger, Dorgelo en Ornstein zélf. Unsöld leidde een formule af waarin de intensiteiten van twee lijnen zich verhouden als de wortels van het aantal deeltjes N én de wortels van de verhouding van de overgangswaarschijnlijkheden. Het ene oppervlak moest zich verhouden tot het andere als v2 : 1, als 1,41 : 1,00, en dat klopte. Zijn berekeningen benaderden de lijnprofielen heel behoorlijk.

Minnaert had zijn artikel op 29 juli ingeleverd en het verscheen begin september. Hij had de werkwijze van zijn Duitse rivaal denigrerend behandeld. Unsöld had alle reden om in zijn gereviseerde artikel vinnig uit te halen. Minnaert had echter als zondagskind, geboren op klokslag van het middaguur, alle geluk van de wereld: zijn Duitse en Amerikaanse tegenstrevers zouden hem in een comfortabele positie manoeuvreren.

61 Dat bleek het uiteindelijk te zijn. Andere spectrografen zoals die van de Amerikaan Evershed vertoonden een asymmetrie naar het violet.

62 Fascinerend overzicht bij Heijmans, 1994, 85.

Een kans voor open doel

Unsöld⁶³ zette uiteen dat indien de intensiteit van de spectrale lijnen wordt bepaald door het aantal deeltjes, omgekeerd de Häufigkeit of

63 Unsöld, 1928a en b, feitelijk een doorlopend artikel.

[p. 194]

abondantie van die deeltjes kan worden afgeleid uit de lijnprofielen. Hij opende daarmee de weg voor de kwantitatieve chemische samenstelling van zon en sterren. Hij maakte voor het eerst schattingen bekend van de abondanties van metaalatomen in de chromosfeer: ‘Uit de breedte van een lijn kan men het totaal aantal over een vierkante centimeter van het zonneoppervlak rustende atomen berekenen.’ In een Nachtrag pakte hij Minnaert aan, die ‘de door Von Klüber en mij toegepaste procédés kritiseert’. Diens punten van kritiek veegde hij beargumenteerd van tafel: ‘Zonder op de theoretische beschouwingen van Minnaert in te gaan, wil ik graag melden dat voor zover ik het kan zien de straalkromming van Julius bij ons probleem geen merkbare rol speelt. In experimenteel opzicht schijnt mij de overeenstemming tussen de resultaten van Minnaert en de hier voorgelegde wezenlijker dan de resterende specifieke verschillen.’ Dat was aardig gezegd en ook werkelijk het geval!

Unsöld had ook de Amerikanen wakker geschud.⁶⁴ In juli 1928 verscheen van H.N. Russell, W.S. Adams en Charlotte E. Moore een artikel, waarin zij een verband legden tussen het door Unsöld geïntroduceerde aantal deeltjes N en de intensiteiten R van hun Rowlandschaal. Zij beschikten over twee troeven: hun gereviseerde Rowlandwaarden én veel kwantumstudies aan atoomspectra. Ook de Amerikanen erkenden echter dat het basisidee uit Utrecht kwam.

Na voorbereidend werk van Sommerfeld en Heisenberg waren in de jaren na 1924 door Ornstein, Burger, Dorgelo en De Laer Kronig⁶⁵ regels opgesteld voor de relatieve mate waarin verschillende kwantumovergangen in een atoom bijdragen tot de sterkten van de spectrale lijnen. In het vakjargon worden deze relatieve bijdragen de ‘aantallen actieve atomen’ genoemd. Deze ‘somregels’ hebben betrekking op lijnen die, atomair gezien, samenhangen doordat ze uitgaan van eenzelfde grondniveau in het atoom. Zo'n groep van lijnen wordt een ‘multiplet’ genoemd. Met behulp van de somregels bepaalden Russell en zijn medewerkers van 228 atomen en ionen die tot een aantal multipletten behoren de ‘aantallen actieve atomen N’. Ook hadden ze de Rowlandintensiteiten van deze lijnen geschat. Zo konden ze nagaan hoe de waargenomen sterkte van de lijnen afhing van deze ‘aantallen actieve atomen’. Zij hadden geprobeerd een grafisch verband te vinden door deze N horizontaal uit te zetten tegen verticaal een afgeleide functie van de Rowlandwaarden, die ze bovendien nog hadden laten

64 Russell, 1928.

65 Ornstein en Burger, 1926, 412.

[p. 195]

variëren met de golflengte. Ze hadden misschien een lineair verband verwacht: twee keer zoveel actieve atomen geven een twee keer zo sterke lijn. Dat bleek in ieder geval niet zo te zijn. Ze vonden een ingewikkeld grafisch verband, dat zich niet leende voor een zinvolle interpretatie.

De Amerikanen hadden er kennis van genomen dat Minnaert de duizenden oppervlakken van zijn geijkte lijnprofielen wilde uitmeten om de ware intensiteiten te vinden: ‘De waarde en het belang van zulk werk is duidelijk. Maar, zelfs als de laboratoriummetingen zouden zijn afgerond, zal de fysische interpretatie niet gemakkelijk zijn. Het is absoluut niet toegestaan aan te nemen dat wanneer een lijn tien keer zoveel zonne-energie blokkeert als een andere, deze tien keer zoveel atomen zal bevatten. Een bevredigende theorie van de breedten en diepten van fraunhoferlijnen is moeilijk op te stellen. Het is waarschijnlijk dat die eerder het eindproduct van een algemene theorie van de zonneatmosfeer zal zijn dan een stap in haar ontwikkeling.’

Hun eigen resultaat was niet bemoedigend geweest, maar toch waren ze a priori van mening dat er een koninklijke weg moest zijn. In dat geval zou bij een bepaalde golflengte door deductie een gegeven aantal deeltjes kunnen worden omgezet in de intensiteit van een fraunhoferlijn, en omgekeerd, zonder dat Minnaerts heidense pas- en meetwerk nodig zou zijn! Het was niet zo vreemd dat zij in die richting dachten, want vijf Amerikanen, onder wie twee van de drie genoemde auteurs, hadden immers zojuist de Revision of Rowland's Preliminary Table gepubliceerd: een standaardwerk met de geschatte Rowlandsterkten van 21.835 lijnen.⁶⁶ Zij waren niet de eerst aangewezenen om Minnaerts kritiek op hun Rowlandwaarden bij te vallen!

Minnaert werd door toedoen van de Amerikanen de onbetwiste tegenspeler. Hij werd via deze polemiek zowel door de Duitsers als door de Amerikanen naar zijn collega's van het Fysisch Laboratorium verwezen! Zijn Utrechtse collega's konden hem de kwantumgetallen leveren voor het aantal deeltjes N van dicht bijeen liggende lijnen. Hij beschikte als enige over uitgemeten oppervlakken, zijn equivalente breedtes, die nauwkeuriger waren dan de Rowlandwaarden. En hij kon zelf meten! Good old Julius, wiens voorzienigheid had geresulteerd in een spectrograaf die alsnog wereldwijd belangstelling kon oogsten.

66 Saint John, 1928.

[p. 196]

De ontdekking én de verklaring van de groeikromme

Minnaert was de enige die deze twee grootheden, de N én zijn i, met elkaar in een grafisch verband kon proberen te brengen. Dat gebeurde dan ook in een artikel, dat hij samen met zijn assistent Van Assenbergh schreef.⁶⁷ Minnaert had gekozen voor een blauwviolet stuk van het zonnespectrum van 150 Å lang, dus 5% van het zichtbare spectrum. Ze maten van 57 lijnen tussen 4400 en 4550 Å de equivalente breedte i. Ze ijkten opnieuw de Rowlandschaal bij deze golflengte. Doordat ze in een nauw golflengtegebied werkten verviel de noodzaak die golflengte als variabele te nemen. Ze zetten in navolging van de Amerikanen de logaritmische waarden van i verticaal uit tegen die van het aantal absorberende deeltjes N. Er verscheen een kromme, die erop wees dat de intensiteit van een fraunhoferlijn niet evenredig toeneemt met het aantal ‘oscillatoren’.

Eerste ‘groeikromme’ van de zon. Een halve eeuw later bleek het algemene verloop er wat anders uit te zien.

Er leken zelfs drie kwalitatief verschillende verbanden te voorschijn te komen: een voor kleine waarden van N, voor ‘zwakke’ lijnen, een voor ‘middelsterke’ lijnen met grotere waarden van N en een voor ‘sterke’ lijnen met zeer grote waarden van N. Bij de zwakke lijnen leek de i evenredig toe te nemen met N, maar ‘voor middelsterke lijnen treedt een systematische afwijking op, in de zin dat de absorptielijnen minder donker zijn dan volgens de theorie te verwachten was’. In het sterke deel waren er twee fraunhoferlijnen beschikbaar, die sterk afweken van het vlakke middendeel. Ze boekten een resultaat, dat - anders dan

67 Minnaert, (1929b).

[p. 197]

de Amerikanen gevreesd hadden - uitnodigde tot theoretische verklaring.

Omdat niemand dit verband had vermoed, kreeg Minnaert een voorsprong op zijn rivalen. Hij was ervan overtuigd dat de kromme wezenlijke informatie verborg. Ze was volgens hem het resultaat van theorieën die door Julius waren voorgesteld, ‘anomale verstrooiing’ als gevolg van anomale dispersie, en door Unsöld in kwantitatieve vorm waren uitgewerkt. Minnaert toonde zich hier een straatvechter die het zelfs waagde Julius op te voeren als kampioen van de anomale verstrooiing. Hij wist heel goed dat zijn leermeester de anomale breking had gepropageerd.

Minnaert stond naast de groten op het astrofysische toneel. Hij had de hagiografische publicaties over Julius slechts in het Nederlands gepubliceerd,⁶⁸ wat niet in zijn nadeel was. Naar zijn nieuwe resultaten werd reikhalzend uitgekeken. Kon de curve in andere golflengtegebieden gereproduceerd worden? Hoe kon ze verklaard worden? Zijn aangekondigde voornemen om met behulp van de microfotometer een Atlas te maken van alle ware intensiteiten kon overal op bijval rekenen.

In 1930 publiceerde Pannekoek een artikel over de precieze vormen van de curven die de microfotometer produceerde.⁶⁹ Veranderingen in druk en temperatuur veranderen die vormen evenals elektromagnetische effecten die tot het opsplitsen van lijnen leiden waardoor banden van lijnen ontstaan. Soms hadden die fysische processen gevolgen voor de vleugels van de profielen, dan weer lieten ze zich gelden in het centrum van het profiel. Minnaert beschouwde dit artikel indertijd als het beste theoretische werk dat ooit over de fraunhoferlijnen was geschreven. Een theoretisch artikel van hemzelf maakte echter minstens zoveel indruk.

Minnaert wilde zielsgraag de primeur hebben van de theoretische verklaring van ‘zijn’ curve. Voor hem ging het in de fysica uiteindelijk om de verklaring en niet om de verschijnselen. Na twee jaar onderzoek kwamen hij en zijn promovendus Mulders met een artikel over het golflengtegebied tussen 5150 en 5270 Å. Van 47 groene lijnen bepaalden ze de equivalente breedtes.⁷⁰ Weer ijkten ze de Rowlandschaal: de equivalente breedtes van de Rowlandwaarden bleken gemiddeld 1,29 × groter te zijn dan in het blauwe bereik! Die vaststelling schaadde het

68 Minnaert, (1921a), 1926, 1928.

69 Pannekoek, 1930.

70 Minnaert, (1931e).

[p. 198]

gezag van de Rowlandschaal. Ze vonden opnieuw de bewuste kromme.

Ze hadden eerst in alle kleurgebieden willen werken om pas daarna een gooi te wagen naar een theoretische verklaring. Dat voornemen hadden ze verlaten na een publicatie van de Duitse fysicus W. Schütz,⁷¹ die op basis van laboratoriumproeven met spectrale emissielijnen een soortgelijke kromme had ontdekt. Ze rekenden dagenlang ‘van de ochtend tot de avond en kregen de eerste theoretische groeikrommen voor de zon’.⁷² Minnaert doopte zijn curve als groeikromme, omdat de ontstaansgeschiedenis hem deed denken aan de hypothetische figuur die hij in zijn biologische dissertatie over de huidmondjes van de dennennaalden had opgeworpen. In 1934 schreef hij:⁷³ ‘Een curve die de functionele relatie toont tussen de equivalente breedte en de concentratie van de oscillatoren heet voortaan de curve of growth van de betreffende spectrale lijn.’ Zo heet ze voor zon en sterren tot vandaag de dag.

De fysische achtergrond van het hart van een fraunhoferlijn is de absorptie van een ‘individuele lichtstraal’, een foton, door een atoom en de erop volgende verstrooiing wanneer dat foton weer uitgestraald wordt. Maar de lijn wordt ook verbreed. Daar zijn twee oorzaken voor. Een daarvan, zelfs bij heel zwakke lijnen, ontstaat door de grote snelheid van de deeltjes die een Dopplereffect teweegbrengen dat voor een minieme variatie in de frequenties en daarmee in de golflengten zorgt. Een tweede hoofdeffect is de ‘demping’. Die is een gevolg van het feit dat een opgenomen foton slechts eindige tijd opgenomen blijft. Hoe korter die tijd des te breder de lijn wordt. De ‘natuurlijke’ verblijftijd van het foton wordt verkort door botsingen met andere deeltjes. Men spreekt van de ‘natuurlijke verbreding’ en de ‘botsingsverbreding’. Deze verbredingen tezamen noemt men ‘dempingsverbreding’.

Bij een klein aantal atomen speelt het Dopplereffect de hoofdrol en is de geabsorbeerde intensiteit evenredig aan het aantal deeltjes. Bij een groter aantal deeltjes vindt een geringe stijging van de absorptie plaats, hetgeen in hoofdzaak aan de demping wordt toegeschreven. Als die demping bij een zeer groot aantal deeltjes tenslotte de overwegende invloed wordt, stijgt de geabsorbeerde intensiteit in de vleugels van het profiel weer met de wortel van het aantal deeltjes. Van de drie delen van de curve, die men theoretisch mag verwachten, zo schreven Minnaert en Mulders, had Schütz in zijn experimenten slechts de twee

71 Schütz, 1930.

72 Minnaert in: De Jager, 1965.

73 Minnaert, (1934a).

[p. 199]

laatste gevonden: ‘Het zonnespectrum daarentegen toont ons het hele verloop van de theoretische curve in de schoonste volledigheid.’

Ze hadden evengoed Unsölds verstrooiingstheorie gebruikt als de theorie van Pannekoek. Hier begint Minnaerts eclectische inhaken op de resultaten van collega's en het zelf theoretiseren op basis van formules die hij creatief aanpast aan de te interpreteren materie. Het handmatige rekenwerk was moordend, maar daarbij voelde Minnaert zich thuis. Overigens schreven zij er eerlijk bij dat de groeicurve ook verscheen als zij in plaats van de equivalente breedte i de Rowlandintensiteit R verticaal zouden hebben uitgezet!

In 1931 schreven Minnaert en zijn medewerker C. Slob een triomfantelijk artikel voor de Akademie.⁷⁴ Zij voorspelden dat de equivalente breedte in de astrofysica furore zou maken. In de sterrenspectra kan het precieze profiel van een afzonderlijke lijn nauwelijks bepaald worden, maar wel het oppervlak! Minnaert en Slob illustreerden in een vermaarde grafiek met behulp van formules van Pannekoek dat de groeicurven universeel zouden blijken. In Minnaerts artikelen wemelde het inmiddels van de synoniemen ware intensiteit, totaalintensiteit, totaalabsorptie en equivalente breedte. Mettertijd kwam de laatste term bovendrijven.

De verandering van de vorm van de ‘groeicurve’ met de toename van de concentratie van het aantal absorberende deeltjes. Als de Dopplerverbreding overheerst gelden kleine ⍺-waarden. Dat is het geval in de zon: hoge temperatuur, grote snelheid van de deeltjes, ijl gas, geringe demping. De groeicurven schuiven dan naar rechts op.

74 Minnaert, (1931f).

[p. 200]

Minnaert veroorloofde zich voortaan vrijere artikelen. In het Zeitschrift für Astrophysik dacht hij na over de merkwaardige restintensiteit van licht in het hart van een fraunhoferlijn, zoals die door Unsöld was aangetroffen.⁷⁵ Zou het verstrooide licht soms een minieme afwijking kunnen krijgen van de frequentie van de invallende straling? Hij was niet langer de meesterknecht van zijn leermeesters, zij het Julius, Ornstein of Pannekoek. Hij werd iemand die hardop dacht over zijn vak, die open vragen durfde te stellen, de dialoog aanging en bijdragen van anderen op hun waarde wist te schatten.

75 Minnaert, (1932a).

Minnaert overvleugelt Rowland

Het pleit tussen de Minnaertschaal en de Rowlandschaal was nog niet beslecht. Minnaert hield zich in opdracht van Ornstein evengoed bezig met de Stichting voor Verlichtingskunde en met fysiologische vraagstukken. Hij kwam herhaaldelijk in aanraking met de verraderlijke aspecten van het waarnemen van kleuren met het oog. Hij trok aan de hand van een vergelijking van de resultaten van twee waarnemers aan de Orionster Betelgueuze de conclusie⁷⁶ ‘dat een waarnemer aan rode sterren zijn eigen ogen moet laten testen op het vermogen van kleuren zien’. Een andere keer wierp hij de vraag op:⁷⁷ ‘Als een beeld zo lichtzwak is, dat ik het met het oog nog juist kan waarnemen, hoe lang heb ik dan nodig om dat op de fotografische plaat waar te nemen?’ Minnaert stelde hier een ogenschijnlijk simpele vraag, die niettemin grote praktische implicaties heeft. Zo blijkt die belichtingsduur soms vele uren te bedragen, wat betekent dat zulke verschijnselen met een instrument over het hoofd worden gezien. Visuele waarneming is in zulke gevallen effectiever. Het oog blijkt weinig gevoelig voor violet en zeer gevoelig voor groen: ‘Het oog is ongeveer het gevoeligste in het gebied waar de fotografische plaat het meest ongevoelig is.’

Minnaert begreep aldoor dat zich verrassingen konden voordoen als de Rowlandschaal over het hele spectrum zou worden betrokken op zijn equivalente breedtes. Die vraagstelling behandelde zijn promovendus Mulders, die in 1934 alvast hun ontdekking wereldkundig maakte.⁷⁸ Bij de grafische verwerking van de resultaten zette Mulders verticaal de equivalente breedte i in mÅ uit tegen de golflengte in Å. In de grafiek werden nu de met de i vergeleken Rowlandintensiteiten,

76 Minnaert, (1931d).

77 Minnaert, (1932b).

78 Mulders, 1934.

[p. 201]

Tussen groen (5500) en geeloranje (5900) vindt de ‘catastrofe’ plaats.

van -3 tot en met +4, geplaatst. Als Minnaerts hele operatie nutteloos zou zijn geweest, zouden hier acht min of meer horizontale lijnen verschijnen. In dat geval zouden de intensiteiten volgens Minnaert en die volgens Rowland via een eenvoudige evenredigheidsfactor in elkaar omgezet kunnen worden. Tussen 4000 en 5400 Å en tussen 5900 en 8500 Å zag het er zo uit. De R-waarden vielen plotseling omlaag tussen 5400 en 5900 Å. Dat moest de hele wereld weten! Deze onverwachte val moet de scepsis over de omzetting van Rowlandse in Minnaertse eenheden een beslissende slag hebben toegebracht. Opeens bleek het gebrek aan kwantitatieve zin van Rowland en zijn navolgers een major mistake te zijn, een spel van misverstanden tussen oog en plaat. Niemand behalve Minnaert had een dergelijke groengeelcatastrofe voor mogelijk gehouden: het was tevens een triomf voor het ijkingsprogramma van Ornstein! Minnaerts ster steeg naar het zenit.

In 1936 kreeg Minnaert⁷⁹ zelfs een felicitatie van Unsöld, inmiddels de onbetwiste theoreticus van de zon, omdat hij langszij was gekomen:⁸⁰ ‘Dat het U gelukt is, de theorie van de lijnvleugels vanuit de differentiaalvergelijking af te leiden op een zó eenvoudige manier, heeft me zeer verheugd. Ik heb altijd gewenst dat men de in haar bouw zo eenvoudige en aanschouwelijke formules ook op eenvoudige wijze kon afleiden.’

79 Minnaert, (1936b).

80 Unsöld aan Minnaert, 27 augustus 1936.

[p. 202]

Een veelzijdig astrofysicus

Minnaert hield zich met diverse kanten van zijn vakgebied bezig. Jarenlang hadden de eclipsopnamen van zonnecorona en chromosfeer zijn aandacht. Hij publiceerde veel over de corona. In 1930 schreef hij een artikel over de polarisatie van haar licht.⁸¹ Een verstrooiing aan ‘vrije elektronen’ zou die polarisatie goed verklaren, maar was in strijd met andere aannames. Minnaert behandelde een notitie van Einstein over dat onderwerp en wierp een suggestie van Ornstein op omtrent een ‘recombinatiespectrum’. Hij dacht net als zijn discussiepartners dat de corona een lagere temperatuur moest hebben dan de zonnerand van 6.000 Kelvin: de consensus over de temperatuur van een miljoen graden kwam pas tien jaar later met het werk van de Zweed Bengt Edlén. Op een voordracht⁸² te Leiden zei hij: ‘De corona bestaat waarschijnlijk uit sterk geïoniseerd gas, dus uit een mengsel van atomen, ionen en vrije elektronen. Daarvan zouden de vrije elektronen verreweg het sterkst moeten verstrooien, daar hun massa het kleinst is; dit zou weer goed uitkomen met het waarnemingsfeit dat de fraunhoferlijnen in de binnencorona niet te zien zijn, blijkbaar omdat de warmtebeweging der vrije elektronen aan alle lijnen sterke Dopplerverschuivingen meedeelt en ze uitwist.’ Had hij op grond van deze feiten de redenering voortgezet, dan had hij de hoge temperatuur van de corona moeten voorspellen. Hij worstelde ook met de verklaring van het continue spectrum: ook die kwam pas tien jaar later met de vondst door Rupert Wild van het negatieve waterstof-ion in de zonneatmosfeer.

In 1932 behandelden Minnaert en zijn promovendus Wanders de theorie van de zonnevlekken.⁸³ De aanvaarde visie was dat zonnevlekken het resultaat waren van opstijgende gassen, die expanderen en daardoor afkoelen. Toen zij hun opnamen fotometreerden en interpreteerden, wat zelden was gedaan, besloten ze dat er stralingsevenwicht moest heersen waaruit een temperatuur volgde van 4.300 K. Zij verwezen naar werk van Julius, die in de umbra van de zonnevlekken niet de violetverschuiving had aangetroffen waarmee een opstijgende beweging gepaard had moeten gaan. Wanders kon zich met zijn dissertatie in het hart van een langdurige controverse plaatsen.

Minnaert loodste zijn promovendi, formeel die van Ornstein, steeds in het hart van debatten en zorgde ervoor dat hij door geza-

81 Minnaert, (1930a).

82 Minnaert, (1930b). Leiden, 24 mei 1930. Opmerking De Jager

83 Minnaert, Wanders, (1932c).

[p. 203]

menlijke publicaties mede het krediet kreeg. Hij vergat zichzelf niet. In eigen publicaties gaf hij de resultaten van zijn leerlingen prominent weer. Zij profiteerden van zijn vraagstellingen en hij kon hun resultaten gebruiken bij syntheses die boven hun macht lagen: ook hier was sprake van ‘wederkerig voordeel’.

Begin jaren dertig kwam de erkenning van Minnaerts kwaliteit in een stroomversnelling terecht. Hij correspondeerde met collega's, bezocht congressen en observatoria, schreef een internationaal aanvaarde grootheid op zijn naam en werd dat ook zelf. Van zijn correspondentie is een klein deel bewaard gebleven. In 1930 stuurde de Rus E. Perepelkin⁸⁴ hem uit Leningrad enkele spectra van protuberansen waarvan hij er duizend bezat. Hij schreef Minnaert: ‘Helaas kan ik thans mijn talrijk materiaal niet bewerken, omdat de Pulkowo-sterrenwacht nog geen zelfregistrerende fotometer heeft. Een Moll is reeds lang besteld, maar wanneer zullen we die krijgen?’ In een reactie op een artikel van Minnaert over protuberansen schreef hij: ‘Ik denk dat Uw resultaat veel nauwkeuriger is dan mijn vroegere metingen.’ In 1932 schreef Von Klüber⁸⁵ vanuit het Observatorium van de Einstein Stiftung in Potsdam. Hij had opnamen gemaakt van de rode atmosferische banden van het zonnespectrum: ‘Zoals ik hoor bent U met hetzelfde vraagstuk bezig en het zou misschien goed zijn als we daarover contact hielden?’ Von Klüber had van zijn directeur Freundlich gehoord dat Minnaert hun sterrenwacht kwam bezoeken: ‘Wij zouden dat allen graag zien.’ Willi Cohn van Harvard Observatory⁸⁶ vroeg Minnaert dat jaar om assistentie bij de eclipsexpeditie en om hulp bij de fotometrische standaardisering: ‘Zou ik een standaardlamp van Uw lab kunnen krijgen, zoals van het type dat U gaf aan de Potsdameclipsexpeditie van 1929?’ Hij nodigde Minnaert uit voor nadere discussie over de polarisatie van de corona.

In 1933 bezocht hij het congres van de International Astronomical Union in de Verenigde Staten. Hij reisde rond in Canada en Amerika en maakte vrienden voor het leven. Theodore Dunham jr van Mount Wilson Observatory⁸⁷ schreef hem later dat hij het artikel van Minnaert en Slob wilde hebben. Hij was bezig aan een apparaat dat de reductietijd van de microfotometer radicaal kon verminderen, hoopte overigens dat Minnaert spoedig naar Californië terug zou komen en verwees naar het gesprek tussen hen beiden en ‘miss Payne’.⁸⁸ Van dat jaar dateren ook de brieven van de Rus W. Barabascheff⁸⁹ uit Charkov

84 E. Perepelkin aan Minnaert, 1930. Archief-Sterrenkunde.

85 H. von Klüber aan Minnaert, 1932.

86 Willi Cohn aan Minnaert, voorjaar 1932.

87 Theodore Dunham jr aan Minnaert, 1933.

88 Over Cecilia Payne-Gaposochkin (1900-1979), ontdekster van de hegemonie van het element waterstof in het heelal, schreef M. Offereins een Vrouwenminiatuur in: NVOX 1997, 10, 516-517.

89 W. Barabascheff aan Minnaert, 1933.

[p. 204]

over het uitmeten van de zonnevlekken: ‘Ik interesseer me zeer voor de dissertatie van de heer Wanders en zou U dankbaar zijn als ik er een kan krijgen.’ Eind 1933 schreef prof. dr W. Grotrian,⁹⁰ redacteur van het Zeitschrift für Astrophysik: ‘Hier in Potsdam is er sinds U bent weggegaan heel wat veranderd. Het is stil geworden in de toren: een definitieve nieuwe regeling is er nog niet. Van de heer Freundlich uit Istanboel hebben we goede berichten.’ Twee artikelen van Minnaert zou hij afdrukken: ‘We verheugen ons erover dat de Hollandse collega's in ons tijdschrift blijven publiceren.’ De voor Hitler gevluchte joodse geleerde probeerde in Turkije het hoofd boven water te houden. Het idee van een boycot van wetenschappelijk werk zou bij Minnaert niet zijn opgekomen, al was hij gekant tegen het Duitse regime. Juist in tijden van politieke onenigheid moesten de wetenschapsmensen immers met elkaar blijven communiceren!

De faam van de 43-jarige Minnaert kan worden geïllustreerd met een passage uit de brief die Gerald P. Kuiper, zojuist benoemd tot Assistant Professor in Chicago, in 1936 richtte tot de Utrechtse sterrenkundige J. van der Bilt. De mensen die de revue passeren waren zonder uitzondering reuzen in de astronomische wereld:⁹¹ ‘Struve wilde nog een tweede theoreticus aan zijn staf verbinden. Ik heb daarop twee kandidaten voorgesteld, Minnaert en Chandrasekhar. Shapley was enthousiast over het idee van Minnaert en ondersteunde dit sterk. Ik schreef onder meer dat ik dacht dat M. 42-44 jaar was; dat Chandrasekhar hem als de beste zonnefysicus ter wereld beschouwt, etc. Toen bleek, dat Struve zeer veel voor Minnaert voelde, omdat hij al jaren naar een goed zonnefysicus heeft omgezien; maar de President voelde meer voor Chandrasekhar, die slechts 25 jaar is (een jong genie!). Van Biesbroeck vertelde daarop aan Struve dat hij dacht dat Minnaert veel ouder was dan ik had gezegd, close to 50. Dat kaatste de M. kandidatuur volkomen af, daar men alleen jonge mensen wil aanstellen. Ik voelde direct de mogelijkheid dat Van Biesbroeck franskiljon is en anti-Minnaert; vroeg daarom aan U, hoe oud M. was.’ Helaas waren toen de kaarten al geschud. Kuiper had het jammer gevonden: ‘Minnaert staat internationaal heel hoog aangeschreven! Ik hoop dat wij hem eens voor een jaar kunnen krijgen. (U wilt natuurlijk wel niet over deze Minnaert-kwestie spreken!)’

90 W. Grotrian aan Minnaert, december 1933.

91 G.P. Kuiper aan J. van der Bilt, 15 maart 1936. Archief-Sterrenkunde.

[p. 205]

Minnaert was dus bijna benoemd in Chicago, waar in die jaren een wereldtop van astronomen werd aangekocht. Zijn Vlaamse verleden had roet in het eten gegooid.

Voor de anomale dispersie valt het doek

In 1937 had de Britse astronoom R. Woolley vastgesteld dat er in de fotosfeer van de zon geen dichtheidsgradiënten van betekenis zijn. Hij concludeerde dat Julius' anomale dispersie daarom voorgoed van de baan was. Minnaert tekende daartegen bezwaar aan.⁹²

Julius had volgens hem drie effecten van anomale dispersie onderscheiden. Het eerste effect was de klassieke anomale dispersie: de regelmatige breking volgens Kundt. Dat kon niet van de baan zijn, omdat het harde fysica was die al een eeuw meeging. Het effect speelde echter geen enkele rol in de zonnefysica, al had Julius gehoopt daarmee protuberansen en chromosfeerlijnen te verklaren.

Het tweede effect was de anomale dispersie door de uitspreiding in een niet homogeen gas. Inderdaad was ook dat effect een illusie gebleken: ‘Ik heb zelf aangetoond dat in de zonneatmosfeer in dat geval zeer scherpe dichtheidsgradiënten zouden moeten optreden die zich slechts over millimeters uitstrekken; dat is inderdaad onwaarschijnlijk.’ Dat onderdeel van zijn dissertatie interpreteerde hij nu, anders dan destijds, als een wapenfeit tegen Julius.

Het derde effect was anomale dispersie in de vorm van verstrooiing. Volgens Minnaert waren zowel fysisch als mathematisch twee uitwerkingen van dit verschijnsel gelijkwaardig. Allereerst was een kwantummechanisch betoog mogelijk met behulp van de verstrooiingscoëfficiënt k, die bij de bewuste golflengten een abnormaal grote waarde krijgt, én de stralingsdemping. Daarnaast was ook een optische beschouwing mogelijk, die stelt dat de brekingsindex in de buurt van de fraunhoferlijnen abnormaal groot (of klein) is en daarmee de factor (n - 1)² waarna Rayleigh's verstrooiingswet wordt toegepast. Minnaert suggereerde dat het resultaat van die twee benaderingswijzen op identieke fysische betrekkingen uitliep. Het was volgens hem kinderlijk eenvoudig de termen die Julius ontleende aan de klassieke fysica om te zetten in die van de kwantumtheorie.

92 Minnaert, (1938a). Hij reageerde met zijn Anomalous Dispersion in the Sun op een lezing van de astronoom R. Woolley van december 1937 voor de Royal Astronomical Society, die begin 1938 was afgedrukt in The Observatory.

[p. 206]

Dát was de terugblik op Julius die Minnaert in omloop bracht. Hij zou geen medestanders winnen. Voor het laatste bastion van de anomale dispersie, zijn strohalm van de anomale verstrooiing, zou eind jaren dertig het doek vallen. Ook de verstrooiing speelt geen rol in de zonneatmosfeer; ze is daarvoor te ijl. Daarmee was de anomale verstrooiing bij de golflengten van fraunhoferlijnen van de baan. De basis voor het begrijpen van de fraunhoferlijnen is de absorptie die wordt berekend met behulp van de kwantumwet van Planck. Minnaert was van mening dat er een brug moest zijn tussen de klassieke optica en de kwantumtheorie. Die was er niet. Minnaert ging heel ver in het vasthouden aan zijn vooropgezette mening. Dat is in zekere zin wel karakteristiek voor een theoretisch ingesteld natuurwetenschapsman, maar zijn hardnekkigheid kwam dicht in de buurt van dogmatisme.

Dat Minnaert zich zou blijven opwerpen als beschermer van het gedachtegoed van Julius is niettemin begrijpelijk en berust niet slechts op psychologische gronden. Zonder Julius' zonnetheorie zou er geen spectrograaf geïnstalleerd zijn. Zonder de spectrograaf zou er geen eigen zonneonderzoek in Utrecht mogelijk geweest zijn. Zonder Molls microfotometer, die was gemaakt ten behoeve van Julius' experimenten, zouden de ware intensiteiten en de equivalente breedten niet in Utrecht gedefinieerd zijn. Zonder het gemicrometer aan vermeende roodverschuivingen en afstotingen van lijncentra zou Minnaert zich niet die uiterste meetprecisie hebben aangeleerd. Op al die punten dankte Minnaert zijn succes aan Julius.

De microfotometer was in de jaren twintig bovendien de basis geworden van Ornsteins fotometrisch project voor het Fysisch Laboratorium. Minnaerts doorbraak was ook het gevolg van zijn inschakeling bij het ijkingswerk binnen het onderzoeksprogramma van Ornstein. Minnaert trof in Utrecht twee ideaal voorbereide onderzoeksomgevingen aan die hem als balling de ruimte boden zijn ambitie, doorzettingsvermogen en tomeloze werkkracht voor Groot-Nederland bot te vieren. Hij zou de wereld tonen dat zijn benoeming aan de Vlaamse Hogeschool geen vergissing was geweest.