År 1838, Friedrich Wilhelm Bessel vann loppet för att mäta det första avståndet till en annan stjärna än vår sol via den trigonometriska parallaxen – som sätter universums första skala.

Nyligen, Mark Reid och Karl Menten, som är engagerade i parallaxmätningar vid radiovåglängder, återbesökte Bessels originalpublikationer om "hans" stjärna, 61 Cygni, publicerad i Astronomische Nachrichten (Astronomiska anteckningar). Även om de i allmänhet kunde återskapa resultaten från Bessel och två samtida astronomer från 1800-talet, de eminenta Friedrich Georg Wilhelm von Struve och Thomas Henderson, de upptäckte varför några av dessa tidiga resultat var statistiskt oförenliga med moderna mätningar.

Av vördnad för Bessel, Reid och Menten bestämde sig för att publicera sina resultat även i Astronomische Nachrichten. Grundades 1821, det var en av de första astronomiska tidskrifterna i världen och är den äldsta som fortfarande publiceras.

Att veta avståndet till astronomiska objekt är av grundläggande betydelse för all astronomi och för att bedöma vår plats i universum. De gamla grekerna placerade de orörliga "fasta" stjärnorna längre bort än de himmelska sfärerna som de trodde att planeterna rörde sig på. Dock, frågan "hur mycket längre?" undgick ett svar i århundraden efter att astronomer började försöka ta itu med det. Saker och ting kom till sin spets i slutet av 1830-talet, när tre astronomer nollställde olika stjärnor, tillbringar många nätter vid sitt teleskop, ofta under svåra förhållanden. Det var Friedrich Wilhelm Bessel som vann loppet 1838 genom att meddela att avståndet till dubbelstjärnesystemet 61 Cygni är 10,4 ljusår. Detta bevisade att stjärnor inte bara är lite längre bort från oss än planeter, men mer än en miljon gånger längre bort – ett verkligt omvandlingsresultat som totalt reviderade universums skala som det var känt på 1800-talet.

Bessels mätning baserades på den trigonometriska parallaxmetoden. Denna teknik är i huvudsak triangulering, som används av lantmätare för att bestämma avstånd på land. Astronomer mäter den skenbara positionen för en "nära" stjärna mot mycket mer avlägsna stjärnor, använda jordens bana runt solen för att ge olika utsiktspunkter över ett års tid.

Bessel var tvungen att göra sina smärtsamma mätningar under nästan 100 nätter vid sitt teleskop. Astronomer är nu mycket mer "effektiva". Gaia-rymduppdraget mäter exakta avstånd för hundratals miljoner stjärnor, med stor inverkan på astronomi. Dock, på grund av interstellärt damm som genomsyrar Vintergatans spiralarmar, Gaia har svårt att observera stjärnor inom det galaktiska planet som är längre bort från solen än cirka 10, 000 ljusår – detta är bara 20 % av Vintergatans storlek på mer än 50, 000 ljusår. Därför, inte ens ett så kraftfullt uppdrag som Gaia kommer att ge den grundläggande layouten för vår galax, många aspekter som fortfarande diskuteras – till och med antalet spiralarmar är osäkert.

För att bättre kunna ta itu med strukturen och storleken på Vintergatan, Mark Reid från Center for Astrophysics | Harvard-Smithsonian och Karl Menten från Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) initierade ett projekt för att bestämma avstånden till radiokällor som är begränsade till Vintergatans spiralarmar. Deras val av teleskop är Very Long Baseline Array, en samling av 10 radioteleskop som sträcker sig från Hawaii i väster till USA:s östra spetsar. Genom att kombinera signalerna från alla 10 teleskop tusentals kilometer från varandra kan man ta bilder av vad man kunde se var våra ögon var känsliga för radiovågor och separerade nästan lika stor som jorden.

Detta projekt genomförs av ett internationellt team, med forskare från MPIfR som gör stora insatser – MPIfR-chefen Karl Menten har haft ett fruktbart samarbete med Mark Reid i mer än 30 år. När, nära projektets start, en catchy akronym diskuterades, de valde att döpa den till Bar and Spiral Structure Legacy Survey, kort sagt BeSSeL-undersökningen. Självklart, de hade den store astronomen och matematikern och parallaxpionjären Friedrich Wilhelm Bessel i tankarna.

Som i all experimentell eller observationsvetenskap, Mätningar får mening endast om deras osäkerheter kan fastställas på ett tillförlitligt sätt. Detta är också brödet och smöret inom radioastrometri och uppmärksammas noga av BeSSeL-projektets astronomer. På Bessels tid, astronomer hade lärt sig att vara uppmärksamma på mätfel och att ta hänsyn till dem när de härledde resultat från deras data. Detta innebar ofta tråkiga beräkningar helt med penna och papper. Naturligtvis, en vetenskapsman av Bessels kaliber var väl medveten om att följa alla frågor som möjligen kunde påverka hans observationer. Han insåg att temperaturvariationer i hans teleskop kritiskt kunde påverka hans känsliga mätningar. Bessel hade ett fantastiskt instrument vid sitt observatorium i Königsberg i Preussen (det nuvarande ryska Kaliningrad), som kom från den geniale instrumentmakaren Joseph Fraunhofer och var den sista han byggde. Ändå, variabel temperatur hade en stor inverkan på de observationer som krävdes för en parallaxmätning, som måste fördelas över ett helt år; vissa görs under varma sommar och andra under kalla vinternätter.

Mark Reid blev intresserad av Bessels originalverk och studerade hans artiklar om 61 Cygni. Han märkte några små inkonsekvenser i mätningarna. För att ta itu med dessa började han och Karl Menten gräva djupare i originallitteraturen. Bessels tidningar publicerades först på tyska, i Astronomische Nachrichten, även om vissa utdrag översattes till engelska och dök upp i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society . Således, de tyska originalversionerna måste undersökas, där Mentens infödda tyska kom väl till pass.

Reid och Menten satte också resultaten av Bessels närmaste konkurrenter under lupp. Thomas Henderson, som arbetade i Kapstaden, Sydafrika, riktad α Centauri, stjärnsystemet som nu är känt för att vara närmast vår sol. Kort efter att Bessel tillkännagav sitt resultat, Henderson publicerade ett avstånd till denna stjärna.

Den framstående astronomen Friedrich Georg Wilhelm von Struve mätte α Lyrae (Vega). Litteratursökningen efter von Struves uppgifter innebar en del detektivarbete. En detaljerad redogörelse för den publicerades endast på latin som ett kapitel i en omfattande monografi. MPIfR-bibliotekarien spårade en kopia till det bayerska statsbiblioteket, som tillhandahållit den i elektronisk form. Det har länge varit ett mysterium varför von Struve meddelade ett trevande avstånd till Vega, ett år före Bessels resultat för 61 Cygni, bara för att ändra det för att dubbla det avståndet senare med fler mätningar. Det verkar som om von Struve först använde alla sina mått, men till slut tappade förtroendet för vissa och kasserade dem. Hade han inte gjort det, han skulle förmodligen ha fått mer kredit.

Reid och Menten kan generellt återskapa resultaten från alla tre astronomerna, men fann att von Struve och Henderson underskattade en del av sina mätosäkerheter, vilket fick deras parallaxer att framstå som något mer betydelsefulla än de faktiskt var. "Att se sig över Bessels axel var en enastående upplevelse och roligt, " säger Mark Reid. "Att se detta verk både i ett astronomiskt och historiskt sammanhang har verkligen varit fascinerande, avslutar Karl Menten.