De nevels ontsluierd
Het gelijk van Messier en Herschel

Zelfs nu nog begint menig amateur-astronoom zijn of haar carrière als telescoopwaarnemer met het opzoeken van objecten van de lijst die Messier in de loop van zijn leven samenstelde – een bonte verzameling van supernovaresten, planetaire nevels, sterrenhopen en melkwegstelsels. Het is nog niet zo heel lang geleden dat al deze objecten onder de verzamelnaam ‘nevels’ op één hoop werden gegooid. De ontdekking van hun ware aard heeft nog heel wat voeten in de aarde gehad. Pas de grootschalige toepassing van de fotografie schiep, honderd jaar geleden, licht in de zaak.

Fraaie opname van het eerste Messier-object (M1), de Krabnevel, gefotografeerd met de 3,5-m WIYN-telescoop (Arizona). Inzet: de ‘Krabnevel in den Stier, volgens Rosse’; hetzelfde object op een 150 jaar oude tekening. (Foto: Jay Gallagher (U. Wisconsin)/WIYN/NOAO/NSF; tekening uit H. Blink, Populaire Sterrenkunde, 1894)

Nooit zal ik vergeten hoe ik in de zomer van 1976 – wat voor een zomer! – mijn zojuist verworven 6-cm lenzenkijker de vuurdoop gaf. Natuurlijk waren maan en planeten al snel menigmaal door het beeldveld geschoven, en dus was ik aan nieuwe uitdagingen toe. Sterrenhopen waren een gemakkelijke prooi, maar alras kwam ik terecht bij de wat zwakkere objecten op de ‘lijst der lijsten’: die van Messier. Na enkele vergeefse pogingen, en een spoedcursus starhopping lukte het uiteindelijk ook om M1 op te sporen.
Mij was gelukt wat, zonder behulpzame sterrenkaart, 218 jaar eerder ook Messier zelf was gelukt. We schrijven het jaar 1758. Op verscheidene plaatsen in Europa zijn sterrenkundigen in afwachting van de terugkeer van de ‘komeet van Halley’, die voor het voorjaar van 1759 op het programma staat. Allen hopen zij de beroemde komeet als eerste in het vizier te krijgen. Eén van hen is de jonge Fransman Charles Messier (1730-1817), die de hemel afspeurde vanaf de kleine sterrenwacht van de Franse marine op de toren van het oude Hôtel de Cluny in Parijs.

Portret van Charles Messier, geschilderd omstreeks 1771. (Foto: Owen Gingerich)

Messier was op dat moment nog geen ‘echte’ sterrenkundige: hij was onder Nicolas Delisle klerk bij de Parijse marinesterrenwacht en het turen naar de sterrenhemel behoorde niet tot zijn officiële taken. De belangrijkste kwaliteiten die tot Messiers aanstelling bij de sterrenwacht hebben geleid waren naar het schijnt zijn nette, leesbare handschrift en zijn nauwgezette tekenvaardigheid. Dat hij aanvankelijk slechts aan het overtekenen van een kaart van de Grote Chinese Muur werd gezet, kon Messier niet deren. Hij was waar hij wilde zijn: in een sterrenwacht.
De jonge Charles was op 14-jarige leeftijd in de ban geraakt van de sterrenhemel. Directe aanleiding was het verschijnen van de komeet van 1744, de komeet van Chéseaux, een mooi, helder object dat een breed uitwaaierende staart vertoonde. Het astronomische tij was Messier gunstig gezind, want ruim vier jaar later kon hij getuige zijn van een ringvormige zonsverduistering, die zijn interesse in de sterrenkunde verder aanwakkerde.
Die belangstelling voor de sterrenhemel is de medewerkers van de sterrenwacht blijkbaar niet ontgaan. Want stukje bij beetje werd Messier bij steeds meer waarneemactiviteiten betrokken. Officieel was hij dan wel bezig met het uitwerken van allerlei geografische kaarten, in de kleine uurtjes kon hij doen wat hij eigenlijk wilde: naar kometen speuren. De Cluny-sterrenwacht beschikte weliswaar niet over een geweldig instrumentarium, maar enkele van de aanwezige kijkers hadden een voor die tijd redelijk groot beeldveld en konden wel degelijk worden gebruikt om naar vage vlekjes tussen de sterren uit te kijken.
Zoals zovele van zijn tijdgenoten beschouwde Messier de kometenjacht niet alleen als een interessant tijdverdrijf. Er was zeker ook sprake van een jacht op roem: de ontdekker van een nieuwe komeet kon op de nodige publiciteit rekenen. Zijn prestaties als ontdekker van kometen zouden Messier de bijnaam ‘kometenvreter’ opleveren.

Halley

De eerste sterrenkundige die beroemd werd door een komeet was natuurlijk de Engelse sterrenkundige Edmund Halley, die in 1701 vaststelde dat de komeet die hij in 1682 had gezien dezelfde was als die in 1607, 1531 en 1456 aan de hemel was verschenen. Halley was de eerste die inzag dat kometen een gesloten baan om de zon volgen, en dus na verloop van (soms zeer lange) tijd weer kunnen terugkeren. Volgens Halley zou ‘zijn’ komeet eind 1758 weer aan het firmament verschijnen.
Op instigatie van Delisle begon Messier al in 1757 naar de komeet van Halley uit te kijken. Daarbij maakte hij gebruik van een 1,35 meter lange Newtonkijker die qua beeldkwaliteit beslist minder was dan een moderne 9-cm lenzenkijker. Op 15 augustus 1758 stuitte Messier inderdaad op een komeet, die hij tot 2 november van dat jaar zou volgen. Het was echter niet de beroemde komeet van Halley, maar een kleiner exemplaar dat enkele maanden eerder was ontdekt door een Franse waarnemer op het eiland Bourbon, het huidige Réunion.
In de Mémoires van de Franse Academie van Wetenschappen maakt Delisle gewag van een feit dat van belang is voor de rest van ons verhaal. In een lange beschrijving van de waarnemingen aan de komeet van 1758, waarin hij Messier alle lof toezwaait voor zijn nauwgezette waarnemingen, merkt hij op dat Messier bij het waarnemen van de komeet op een ander nevelachtig object is gestuit. Dat object zou het eerste van een honderdtal zijn die later de zogeheten Messierlijst zouden vormen.
Toen te Parijs de lange winternachten van 1758 hun intrede deden, was de komeet van Halley nog niet tevoorschijn gekomen. En het weer werd met de dag ongunstiger. In de maanden november en december kwam Messier dan ook nauwelijks aan waarnemen toe. Pas op 21 januari 1759 was de hemel weer eens geheel wolkeloos. En die avond zag Messier inderdaad de komeet waar hij naar zocht.
Maar Messier had pech, of eigenlijk dubbele pech. Hoewel het bericht hem nog niet had bereikt, was de Duitse herenboer en amateur-astronoom Johann Georg Palitzsch (1732-88) er als eerste in geslaagd de komeet van Halley te herontdekken. En tot overmaat van ramp had Delisle – om onduidelijke redenen – zijn jonge, enthousiaste assistent opgedragen zijn eerste waarneming van de komeet voorlopig maar even ‘onder de pet’ te houden. Pas op 1 april 1759 besloot Delisle de herontdekking bekend te maken, nota bene op dezelfde dag dat in Parijs bekend werd dat Palitzsch iedereen bijna een maand vóór was geweest (zie Zenit, april 1987, blz. 140 e.v.).
Een jaar later ging Delisle met pensioen, overigens niet nadat hij nóg een komeetontdekking van Messier probeerde te verzwijgen. Daardoor kreeg Messier wat meer vrijheid van handelen; de jonge Fransman sloeg enthousiast aan het waarnemen en zou in de loop van zijn leven dertien kometen op zijn naam schrijven. De teleurstelling omtrent de gang van zaken rond ‘Halley’ zou al spoedig naar de achtergrond verdwijnen, al speelde deze kwestie nog wel een rol bij de lijdensweg die pas in 1770 tot zijn benoeming als lid van de Franse Académie Royale des Sciences leidde.

Gedetailleerde opname van de Orionnevel. Inzet: tekening van de Orionnevel die Messier in 1771 publiceerde in de Mémoires van de Franse koninklijke academie van wetenschappen. (Foto: ©Anglo-Australian Observatory/David Malin)

Komeet-imitators

Messiers waarneemwoede beperkte zich niet tot de nachtelijke hemel. Overdag hield hij zich bezig met het bijhouden van weerkundige logboeken en tekende hij de bewegingen van een honderdtal zonnevlekgroepen op. En als ’s nachts de maan het speuren naar zwakke kometen belemmerde, gebruikte Messier zijn telescoop om sterbedekkingen te observeren. Maar tijdens heldere, maanloze nachten werd alle waarneemtijd gebruikt voor het waarnemen van kometen en hun ‘imitators’, de zwakke nevelvlekjes.
Toen Messier in 1758 de komeet van Chéseaux had waargenomen, was hij voor het eerst op zo’n hinderlijk nevelvlekje in het sterrenbeeld Stier gestuit. Het object, dat wij nu kennen als M1 oftewel de Krabnevel, had door zijn kijker qua vorm en helderheid zo veel op een komeet geleken, dat hij een aantekening maakte van de positie van het object, om verdere verwarring te voorkomen. In 1760, toen hij natuurlijk weer op kometenjacht was, ontdekte hij opnieuw zo’n komeetachtig nevelvlekje tussen de sterren, ditmaal in het sterrenbeeld Waterman.
Enkele jaren later, in 1764, bedacht Messier dat het wellicht een goed idee was om eens een zo volledig mogelijk overzicht van alle nevelvlekjes te maken, zoals die door hem en door andere waarnemers waren gerapporteerd. Niet dat deze objecten hem bijzonder interesseerden: ze waren eerder een last dan een lust bij zijn activiteiten als kometenwaarnemer. Maar dat nam niet weg dat hij zich van zijn taak als ‘catalogiseerder’ net zo grondig kweet als van al zijn andere taken. Als eerste bekeek hij de zestien ‘nebulosae’ die in 1660 waren gepubliceerd door Johann Hevelius. Dat was enigszins teleurstellend, omdat de lijst behalve de reeds bekende Andromedanevel, alleen objecten bleek te bevatten die zich ofwel gemakkelijk in afzonderlijke sterren lieten oplossen ofwel onvindbaar bleken.
De waarneemarchieven van andere kometenjagers bleken een vruchtbaarder terrein te zijn. In oktober 1764 telde Messiers lijst reeds veertig objecten, waarvan er slechts achttien door hemzelf waren ontdekt. Het object in de Stier kreeg uiteraard nummer 1, en dat in Waterman nummer 2. Object 40 was een beetje een buitenbeentje: eigenlijk niet meer dan een nauw sterrenpaar in de Grote Beer, dat zijn toevoeging waarschijnlijk vooral te danken had aan het feit dat Messier op een mooi rond getal wilde uitkomen.
In de loop der jaren werden er, tijdens het speuren naar kometen, steeds meer objecten aan de Messier-lijst toegevoegd. De eerste gepubliceerde versie, die in 1771 in de Mémoires van de Academie van Wetenschappen verscheen, telde evenwel pas 45 objecten. Naast M41, een kleine sterrenhoop in de Grote Hond, waren er eigenlijk geen nieuwe objecten aan de lijst toegevoegd. De nummers 42-45 waren eigenlijk allemaal ‘zwaargewichten’ waarvan het bestaan soms al sinds de oudheid bekend was en die je nooit voor een komeet zou aanzien. De eerste gepubliceerde versie van de Messier-lijst was echter wel degelijk van waarde, omdat het voor het eerst was dat er een overzicht werd gegeven van die merkwaardige nevelvlekjes tussen de sterren. In het voorwoord bij de lijst in de Mémoires schrijft de befaamde Franse sterrenkundige Joseph-Jérôme de Lalande:
‘Nevels zijn min of meer lichtgevende vlekjes, op een vaste positie, die zekere afmetingen hebben. Door de telescoop gezien blijken enkele niets anders te zijn dan verzamelingen van zeer kleine en dicht bij elkaar staande sterren; andere blijken in de instrumenten waarmee ze worden waargenomen hun uiterlijk te bewaren. Maar uit analoge overwegingen mogen we aannemen dat deze, mits men maar over volmaaktere instrumenten zou beschikken, net als de andere uit verzamelingen sterren-in-wording bestaan.’
In de jaren die volgden zou Messier de lijst verder aanvullen tot honderd objecten, daarbij geassisteerd door zijn vriend en rivaal op kometengebied Pierre Méchain. Laatstgenoemde heeft bijvoorbeeld de rijke nevelgebieden in de sterrenbeelden Maagd en Haar van Berenice in kaart gebracht. Alle objecten van de lijst zijn echter wel door Messier gezien en van menigeen heeft hij ook een gedetailleerde tekening gemaakt, al zijn er hiervan slechts twee gepubliceerd (een van M31, de Andromedanevel, en een van M42, de Orionnevel).
Messiers tekening van de Orionnevel was een eeuw lang – tot de intrede van de astrofotografie – misschien wel de meest betrouwbare afbeelding van het object (de eerste foto van M42 werd in 1882 gemaakt, zie Zenit, januari 1992, blz. 5 e.v.). In de begeleidende tekst schrijft Messier:
‘De tekening van de Orionnevel, die ik hierbij aan de Academie voorleg, is met uiterste zorg gemaakt. De nevel is hier afgebeeld zoals ik hem menigmaal met een uitstekende achromatische telescoop met 105 cm brandpuntsafstand en een drievoudig objectief met een opening van 9 cm bij een vergroting van 68 maal heb gezien. (...) Ik heb de nevel met de grootst mogelijk aandacht, bij een volledig rustige hemel, als volgt bestudeerd:

De 25ste en 26ste februari 1773. Orion in de meridiaan.
De 19de maart tussen 8 en 9 ’s avonds.
De 23ste maart tussen 7 en 8.
De 25ste en 26ste van dezelfde maand op hetzelfde tijdstip.

Deze tekening zal later kunnen worden gebruikt om aan te tonen of deze nevel aan enigerlei verandering onderhevig is. Er is wellicht zelfs nu al aanleiding om dit aan te nemen, omdat deze tekening in vergelijking met die van de heren Huygens, Picard, Mairan en Le Gentil al zodanig verschillend is, dat men nauwelijks herkent dat het om hetzelfde object gaat. Ik zal deze waarnemingen later nog eens met dezelfde telescoop en vergroting overdoen.’
Uit de woorden van Messier blijkt duidelijk dat men in zijn tijd nog geen idee had van de aard van gasnevels als M42. Dat de tekeningen van zijn illustere voorgangers er heel anders uitzien, had voornamelijk te maken met de geringere kwaliteit van hun instrumenten en hun beperktere of afwijkende tekenmethoden. Beweringen als zou de Orionnevel sinds de tijd van Galileo – die in 1610 een afbeelding van het gebied maakte zonder de nevelachtige structuur te tekenen – waarneembare veranderingen hebben vertoond, zijn nauwelijks gefundeerd.

Waarom M51 ook de Draaikolknevel wordt genoemd, moge duidelijk zijn! Inzet: ‘Spiraalnevel in den Jachthond’; hetzelfde object op een 150 jaar oude tekening. (Foto: Todd Boroson/AURA/NOAO/NSF; tekening uit H. Blink, Populaire Sterrenkunde, 1894)

Herschels ‘surveys’

Inmiddels was aan de andere kant van het Kanaal de Duits-Britse sterrenkundige William Herschel (1738-1822) begonnen met het samenstellen van zijn eigen catalogus van nevels en sterrenhopen. Herschel werd in 1781 op slag wereldberoemd door zijn ontdekking van de planeet Uranus en had zich ontwikkeld tot een zeer actief waarnemer van de sterrenhemel. Hij liet geen heldere nacht onbenut voorbijgaan en schreef artikelen over zo’n beetje elk deelterrein van de sterrenkunde.
Door zijn goede relatie met het Britse koningshuis – hij had de ontdekking van Uranus aan koning George III opgedragen – werd Herschel rijkelijk van fondsen voorzien. En zo kon hij voor het destijds enorme bedrag van £4.000 een grote 1,22-m reflector met een brandpuntsafstand van twaalf meter laten bouwen. De op dat moment grootste telescoop ter wereld bleek overigens dermate onhandelbaar dat Herschel hem maar weinig heeft gebruikt.
Voor zijn systematische speurtochten langs de sterrenhemel – die wij tegenwoordig surveys zouden noemen – maakte Herschel gebruik van kleinere telescopen. Maar deze waren nog altijd vele malen groter dan het schamele instrumentarium van Messier. In dienst van koning George maakte Herschel een eerste catalogus van duizend nieuwe nevels en sterrenhopen, die in 1786 aan de Royal Society werd gepresenteerd. Het staat vast dat de Messier-catalogus de grote inspiratiebron voor dit werk is geweest. In zijn toespraak tot de Royal Society op 17 juni 1784 zegt Herschel: ‘Zodra ik de eerste van deze boeken [Connaissance des Temps van 1784] in handen kreeg, heb ik mijn oude 20-voets reflector met een opening van 12 duim op hen gericht. En ik zag, tot mijn grote genoegen, dat veel van de nevels, die ik onder geschikte omstandigheden heb kunnen bestuderen, zich aan de kracht van mijn telescoop onderwierpen, en in sterren oplosten.’ Herschel was overigens zo netjes om geen van de objecten op de officiële Messier-lijst in zijn eigen catalogi op te nemen.
Alles bij elkaar ontdekte Herschel ruim 2500 nieuwe nevels en sterrenhopen, waaraan later nog eens zo’n zelfde aantal werd toegevoegd door zijn zoon John, die vanuit Kaap de Goede Hoop de zuidelijke sterrenhemel voor zijn rekening nam. Hierdoor was het totale aantal bekende nevelachtige objecten en sterrenhopen tegen het eind van de negentiende eeuw opgelopen tot ruim zesduizend. Maar wat wáren die nevelvlekjes nu eigenlijk? Had Herschel gelijk, toen hij de conclusie trok dat alle nevels in feite sterrenhopen waren?
Het was Herschel al opgevallen dat de nevels nogal uiteenlopende vormen en helderheden aannamen. Hij deelde ze daarom in acht verschillende klassen in:
I. ‘Heldere nevels’ (288 in totaal).
II. ‘Zwakke nevels’ (909 in totaal).
III. ‘Zeer zwakke nevels’ (984 in totaal).
IV. ‘Planetaire nevels, sterren met uitsteeksels, met melkachtige franjes, met korte stralen, opmerkelijke vormen, etc.’ (79 in totaal).
V. ‘Zeer grote nevels’ (52 in totaal).
VI. ‘Zeer compacte en rijke sterrenhopen’ (42 in totaal).
VII. ‘Tamelijk compacte sterrenhopen’ (67 in totaal).
VIII. ‘Wijde sterrenhopen’ (88 in totaal).
De door hem ontdekte nevels en sterrenhopen werden door Herschel keurig in sterrenkaarten ingetekend, en naarmate hun aantallen toenamen, werd duidelijk dat de objecten niet gelijkmatig over de hemel verspreid waren. Uiteindelijk kwam Herschel tot de conclusie dat nevels het talrijkst zijn naarmate je verder van de melkweg komt.
Herschels inschatting dat alle nevels in feite compacte sterrenhopen zijn, veranderde drastisch toen hij op 13 november 1790 in het sterrenbeeld Stier een van zijn nevelachtige sterren van klasse IV ontdekte. In het centrum van dit object stond een heldere ster, die omgeven leek door een volmaakt ronde halo die naar buiten toe geleidelijk in helderheid afnam. Het was duidelijk dat nevel en ster verband met elkaar hielden en zich dus op dezelfde afstand moesten bevinden. Waarom loste de ‘nevel’ in de telescoop dan toch niet in sterren op?
Er waren maar twee mogelijkheden. Oftewel het object bestond toch geheel uit sterren, in welk geval de centrale ster vele malen helderder moest zijn dan de overige, oftewel de heldere kern was een gewone ster, die omgeven was door een ‘helder fluïdum van volkomen onbekende aard’. Het laatste leek Herschel waarschijnlijker, omdat hij zulk ‘helder fluïdum’ ook elders aan de hemel had waargenomen, onder meer tussen de sterren in de melkweg, en bovendien leek het hem onwaarschijnlijk dat krachtige telescopen als de zijne niet goed genoeg zouden zijn om alle sterrenhopen in afzonderlijke sterren op te lossen. ‘Misschien zijn we te snel tot de conclusie gekomen dat alle melkachtige nevels, waarvan er zovele zijn waargenomen, uitsluitend uit sterlicht bestaan,’ schreef Herschel in 1791.
Herschel kwam op het idee dat het ‘heldere fluïdum’ wellicht iets te maken had met het ontstaan van sterren. Was de Orionnevel wellicht ‘het wanordelijke materiaal van toekomstige zonnen’? Naar we nu weten had Herschel gelijk. Maar het scenario dat hij voor ogen had, klopte slechts ten dele. In zijn memoires van 1811 en 1814 zette hij een theorie voor de sterevolutie uiteen, waarbij de nevels van ‘helder fluïdum’ onder invloed van de zwaartekracht samentrekken. Hoe ronder, of beter gezegd: bolvormiger, zo’n nevel is, des te verder zou de evolutie van gasnevel tot ster gevorderd zijn. En volgens deze redenering zouden planetaire nevels, zoals die in de Stier, het laatste stadium van stergeboorte zijn. In zijn boeken geeft Herschel honderden voorbeelden van nevels in verschillende stadia van stervorming, en komt daarbij zelfs tot de conclusie dat band van de melkweg uiteindelijk geheel in afzonderlijke sterren zal oplossen.

Hubble-opname van de Ringnevel, alias Messier 57. Inzet: ‘Ringnevel in de Lier, volgens Holden’. (Foto: AURA/STScI/NASA; tekening uit H. Blink, Populaire Sterrenkunde, 1894)

Afstanden

Ten tijde van Herschel had men nog geen notie van de werkelijke omvang van het heelal, en het zou nog meer dan een eeuw duren voor hierin verandering kwam. Wel had Herschel al een redelijke voorstelling van de vorm van het Melkwegstelsel en besefte hij dat de afstanden tussen de sterren enorm moesten zijn. Rond 1817 kwam hij tot de conclusie dat zelfs zijn reusachtige telescopen waarschijnlijk niet in staat waren om de verste sterren van het Melkwegstelsel te zien; hij schatte het bereik van zijn instrumenten op 900 maal de afstand tot de ster Arcturus, die hij op drie lichtjaar had bepaald.
Herschel kon niet weten dat sterren niet allemaal dezelfde helderheid hebben, en dat hij de afstanden tot sterren als Arcturus dus onderschatte. Wat hij wel vermoedde, was dat sommige nevelvlekjes – zoals de Andromedanevel – ver buiten de grenzen van het Melkwegstelsel gezocht moeten worden. Herschel nam terecht aan dat de Andromedanevel uit miljoenen afzonderlijke sterren bestaat en als een aparte entiteit moet worden beschouwd. En zo kunnen we in de Cosmographische lessen (1831) van de Leidse hoogleraar Jacob de Gelder al lezen: ‘Men kan zich dan, met zijne gedachten, buiten onzen Sterrenhemel, al meer en meer van denzelven verwijderen; zoo verre, dat de sterren van de eerste grootte, met het bloote oog niet meer zijn te onderscheiden. Uit zulk een standpunt zal dan onze geheele Sterren-hemel zich als eene lichtwolk vertoonen, welker schijnbare omtrek en grootte kleiner zal worden, naarmate wij ons verder van dezelve verwijderen. Zelfs zal eindelijk het licht van die lichtwolk zoo zwak worden, dat er een sterk vergrootend telescoop zal nodig zijn, om het te onderscheiden. Zóó zou zich dan onze Sterren-hemel vertoonen uit eenig punt van ééne der lichtwolken, die Herschel ontdekt heeft. Wat zouden dan die lichtwolken anders kunnen zijn, dan Sterren-hemelen, in welke, even zoo als in den onzen, millioenen vaste sterren, op onbegrijpelijk verre afstanden van elkander geplaatst zijn?’
Het was mede de verdienste van Herschel dat men bijna twee eeuwen geleden al begon te vermoeden dat het heelal veel groter moest zijn dan op het eerste gezicht had geleken, en dat sommige van de nevelvlekjes in werkelijkheid extreem verre, grote verzamelingen van sterren waren. Maar helemaal nieuw was die gedachte niet. Reeds halverwege de achttiende eeuw had de Duitse geleerde Immanuel Kant (1724-1804) het idee van de ‘heelaleilanden’ geïntroduceerd: het idee dat onze zon één van vele sterren in een sterrenstelsels is, en dat er vele van zulke sterrenstelsels zijn. Bovendien bedacht Kant dat sterren zoals onze zon onder invloed van de zwaartekracht uit ronddraaiende wolken van materie kunnen ontstaan.

Spectroscopie

Het begon er steeds meer op te lijken dat er twee soorten nevelvlekjes waren: zij die uit talloze afzonderlijke sterren zijn opgebouwd en zij die uit een ‘helder fluïdum’ bestaan. Slechts de allergrootste telescopen konden helpen uitmaken tot welke categorie een nevelvlekje behoort, en zelfs dat lukte niet altijd. Zoals iedere telescoopbezitter kan beamen, heeft elke telescoop zijn beperkingen: de verste sterrenstelsels laten zich gewoon niet meer in sterren oplossen. Hoe kun je dan weten of zo’n vaag nevelvlekje een ver sterrenstelsel of een nabije gasnevel is?
Het laatste probleem kon slechts worden opgelost dankzij de ontdekking van de spectroscopie, een techniek waarvoor Isaac Newton al in 1666 de fundamenten had gelegd. Zodra je zonlicht door een prisma laat vallen, blijkt dat het witte licht in feite is opgebouwd uit een regenboog van kleuren. In 1802 ontdekte de Britse natuurkundige William Wollaston dat, als je een smalle spleet voor het prisma plaatst, er in het spectrum hele reeksen van donkere lijntjes verschijnen. Jammer genoeg zag Wollaston de onschatbare waarde van zijn ontdekking niet in – hij dacht dat de zwarte lijntjes eenvoudig de afscheidingen tussen de verschillende kleuren licht waren – en zou het nog tot 1814 duren voordat de Duitse opticus Joseph von Fraunhofer (1787-1826) de donkere lijnen in het zonnespectrum, die ook naar hem zijn genoemd, herontdekte. Fraunhofer bracht 600 lijnen in het zonnespectrum in kaart en duidde de meest opvallende met hoofdletters aan. Vervolgens richtte hij zijn spectroscoop op de maan, Venus en Mars en stelde vast dat hun spectra min of meer gelijk waren aan die van de zon. Hieruit trok Fraunhofer de terechte conclusie dat deze hemellichamen zelf geen licht uitstralen, maar eenvoudig het zonlicht reflecteren. Maar andere sterren, zoals Sirius, bleken sterk afwijkende spectra te vertonen. Kennelijk was er iets dat de ene ster van de andere onderscheidde.
Helaas zou Fraunhofer nooit meer het fijne van zijn eigen ontdekking weten; hij stierf al op jonge leeftijd aan de gevolgen van tuberculose. Pas in de loop van de volgende decennia ontdekten onderzoekers als Foucault, Miller, Kirchhoff en Bunsen stapje voor stapje dat de donkere lijnen in het spectrum van een lichtbron bij bepaalde chemische elementen horen. Anders gezegd: de donkere lijnen in het spectrum van een ster zijn een streepjescode waaraan je de samenstelling van de lichtgevende materie kunt aflezen.
Het zou de rijke Britse amateur-astronoom William Huggins zijn, die de nieuwe techniek van de spectroscopie gebruikte om onderscheid te maken tussen de verschillende soorten nevelvlekjes. Huggins installeerde een spectroscoop aan de Clark-telescoop van zijn privé-sterrenwacht in Londen en bekeek daarmee tal van sterren en nevelvlekjes. Daarbij stelde hij vast dat sterren als Aldebaran en Betelgeuze uit dezelfde materie zijn opgebouwd als onze zon.
Zijn grootste ontdekking deed Huggins in 1864, toen hij zijn telescoop op een van de nevels richtte: ‘Ik keek in de spectroscoop. Het spectrum was heel anders dan ik verwachtte! Er was slechts één heldere lijn te zien!,’ schrijft Huggins in zijn logboek. ‘Het raadsel van de nevels was opgelost. Het antwoord, dat in de vorm van licht tot ons was gekomen, luidde: Geen verzameling sterren, (...) het licht van deze nevel werd duidelijk uitgezonden door een lichtgevend gas.’
Doordat de eerste nevel die Huggins met zijn spectroscoop bekeek een gasnevel bleek te zijn, trok hij de onjuiste conclusie dat alle nevels, inclusief de onopgeloste spiraalnevels en elliptische nevels, uit lichtgevend gas bestaan en niet uit sterren. Het heelal was weer eventjes ‘klein’ geworden....ook de Andromedanevel was een gasnevel binnen de grenzen van het Melkwegstelsel. Er waren zelfs onderzoekers die beweerden de parallax van de Andromedanevel te hebben gemeten, hetgeen op een afstand van hooguit enkele honderden lichtjaren duidde! En anderen meenden veranderingen in de spiraalstructuur van de nevel te hebben gezien.
Zelfs de intrede van de astrofotografie, omstreeks 1880, deed de opnieuw opgelaaide onduidelijkheid niet onmiddellijk verstommen. Pas tegen het einde van de negentiende eeuw kwam onomstotelijk vast te staan dat het spectrum van de Andromedanevel op dat van sterren lijkt en niet op dat van een lichtgevend gas. Blijkbaar waren in elk geval sommige van de nevelvlekken wel degelijk verre sterrenstelsels. In Populaire sterrenkunde (1894) van H. Blink kunnen we dan ook lezen: ‘Omtrent de natuur en het wezen der nevelvlekken heerscht nog veel onzekerheid. (...) Toch valt uit de onderzoekingen af te leiden, dat de echte nevelvlekken werkelijk gasnevels zijn. (...) De meeste schijnbare nevelvlekken vertoonen echter een continueel spectrum, zooals wij zeiden, zoodat zij vermoedelijk uit buitengewoon ver verwijderde, dicht bij elkander staande groepen van sterren of sterrenhoopen bestaan.’

Afstanden

Bij de overgang van de negentiende naar de twintigste eeuw was het raadsel van de nevelvlekjes bijna ontsluierd. Met de 91-cm Crossley-telescoop van de Lick-sterrenwacht was de Amerikaanse sterrenkundige James Keeler in 1898 begonnen met een fotografische survey van de sterrenhemel. Daarbij bleek niet alleen dat sommige nevelvlekjes veel groter zijn dan ze bij visuele telescoopwaarnemingen hadden geleken, maar ook dat hun aantallen veel groter waren dan de 6000 die door met name de beide Herschels waren opgespoord. Honderd jaar geleden kwam Keeler tot de schatting dat er met de Crossley-telescoop een slordige 120.000 opgespoord moesten kunnen worden. En veel van deze nevels waren van het spiraaltype, net als de Andromedanevel.
Dankzij de fotografie kwam ook onomstotelijk vast te staan, dat al deze objecten geen spoor van veranderingen vertoonden...althans niet op grote schaal. Wel werden kleine veranderingen geconstateerd: sterren die eenmalig of periodiek van helderheid veranderden. Het zouden deze veranderlijke sterren (novae, supernovae en cepheïden) zijn die omstreeks 1924 de ware aard van de sterrenstelsels zouden onthullen.
Achteraf kregen Messier en Herschel dus toch nog gelijk: verreweg de meeste nevelvlekjes blijken uit ontelbare aantallen afzonderlijke sterren te bestaan. Maar de beide pioniers zullen er geen idee van hebben gehad hoe ver deze nevelvlekjes in werkelijkheid van ons verwijderd zijn.

Literatuur
Ferris, Timothy, Coming of age in the Milky Way, New York 1988. (In het Nederlands vertaald als Ruimte en tijd, Houten 1990)
Gingerich, The great Copernicus chase, Cambridge 1992
Glyn Jones, Kenneth, Messier’s nebulae & star clusters, Cambridge 1991.

Over Messier is ook op het Internet veel te vinden. Een mogelijk beginpunt is de site:
http://www.obspm.fr/messier/xtra/history/biograph.html
Een mooie site met afbeeldingen van alle Messier-objecten is:
http://www.seds.org/messier/