Integration of the NIST Spectroscopic Plate Archive into the Harvard Plate Stacks

على مدى أكثر من قرن، التقط العلماء ضوء النجوم وتوهج الغازات الساخنة على ألواح زجاجية مغلفة بمادة كيميائية حساسة للضوء. هذه الألواح الزجاجية، الداكنة والثقيلة، تعمل كسجل دائم لبصمة الكون. فعندما يتم تسخين عنصر ما، فإنه ينبعث منه ضوء بألوان محددة للغاية، مما يخلق نمطاً فريداً من الخطوط يخبر الباحثين بدقة ماهية هذا العنصر وكيفية سلوكه. ومن خلال دراسة هذه الأنماط، يستطيع علماء الفلك تحديد تكوين النجوم البعيدة، بينما يستخدم الفيزيائيون البيانات نفسها لفهم البنية الأساسية للمادة نفسها. ولعقود من الزمن، ظل مكتب ضخم من هذه السجلات الزجاجية يقبع بهدوء في مختبر حكومي، منتظراً من ينظر إليه مجدداً بعيون جديدة وأدوات حديثة.

في مارس 2025، أغلق المعهد الوطني للمعايات والتقنية (NIST) مجموعة الطيف الذري الخاصة به، مخلفاً وراءه مجموعة من آلاف هذه الألواح الزجاجية الفوتوغرافية التي لا يمكن استبدالها. وبدلاً من ترك هذا التاريخ يتلاشى، تدخل موظفون من "مجموعات ألواح هارفارد" (Harvard Plate Stacks) في مركز الفيزياء الفلكية لتولي عهدة الأرشيف. وتعد "مجموعات ألواح هارفارد" بالفعل أكبر مجموعة من نوعها في العالم، حيث تضم أكثر من نصف مليون لوح زجاجي يعود تاريخها من ثمانينيات القرن التاسع عشر إلى تسعينيات القرن العشرين. وعندما وصلت مجموعة معهد (NIST) إلى كامبريدج في ربيع عام 2025، انضمت إلى مستودع ضخم للتاريخ العلمي. وقد بدأ الباحثان جيكوب وارد وجيليان نيف العمل على فرز القادمات الجديدة، ليكتشفا أن العديد من الألواح كانت تحمل قيمة علمية تم التغاضي عنها أو لم تُستكشف إلا جزئياً.

تعد المجموعة مزيجاً من سجلات من مؤسسات مختلفة، بما في ذلك معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة كاليفورنيا، بيركلي، ولكن معظمها جاء من أجهزة تابعة لمعهد (NIST) وسلفه، المكتب الوطني للمعايات. تلتقط الألواح أطيافاً لمجموعة واسعة من العناصر، من الأبسط إلى الأكثر تعقيداً. بعضها أُخذ لدراسة الذرات المتعادلة، بينما التقطت أخرى ضوء ذرات جُردت من عدة إلكترونات. ومن بين أكثر الاكتشافات إثارة للاهتمام كانت ألواح عنصر السيريوم، وهو عنصر حيوي حالياً لفهم الاصطدامات الانفجارية للنجوم النيوترونية المعروفة باسم "الكيلونوفا". ورغم أن العلماء استخلصوا مستويات الطاقة من ألواح السيريوم هذه منذ سنوات، إلا أن القوائم التفصيلية لخطوط الطيف لم تُنشر قط. وبالمثل، يحتوي الأرشيف على ألواً لعنصر الزركونيوم وعناصر ثقيلة أخرى لم تُحلل إلا جزئياً، مما ترك ثروة من البيانات بانتظار استخراجها بالكامل.

إن الحفاظ على هذه الأشياء الهشة هو سباق ضد الزمن. فقد وجد الباحثون أن الطريقة التي خُزنت بها الألواح في الماضي تسببت أحياناً في ضرر أكثر مما حققت من نفع. فقد حُفظ الكثير منها في أكمام بلاستيكية بدأت، على مر العقود، في التحلل وإطلاق غاز تفوح منه رائحة تشبه الخل. وقد تفاعل هذا الغاز مع الطبقة الفوتوغرافية، مما أدى إلى تحول لونها إلى الأصفر وتسبب في تقشر المستحلب عن الزجاج. وفي المقابل، كانت بعض الألواح المخزنة في صناديق ورقية بسيطة، رغم أنها ليست مثالية، قد حالها أفضل لأنها لم تكن محاصرة في بيئة رطبة ومليئة بالمواد الكيميائية. ويواجه الفريق الآن مهمة نقل كل لوح إلى أكمام ورقية خالية من الأحماض وخزائن معدنية مصممة للحفاظ عليها آمنة لعقود قادمة. وقبل أن يبدأ هذا العمل، يجب على الفريق تصوير الألواح بعناية وهي لا تزال في أكمامها التالفة لالتقاط أي ملاحظات مكتوبة بخط اليد أو تفاصيل متقشرة قد تضيع بمجرد إزالة البلاستيك.

ولجعل هذه البيانات مفيدة للعلم الحديث، يقوم الفريق برقمنة الألواح باستخدام ماسحات ضوئية عالية الدقة. كما يقومون بمسح الدفاتر المختبرية التي رافقت الألواح، والتي تحتوي على القياسات والتواريخ الأصلية. وتعد هذه الدفاتر حاسمة لربط اللوح المادي بالبيانات التي يحملها. والهدف هو إنشاء أرشيف رقمي كامل وقابل للبحث يمكن للعلماء في جميع أنحاء العالم الوصول إليه. وبينما لا يملك الفريق الموارد الكافية لمسح كل لوح على الفور، فإنهم يعطون الأولوية لتلك التي من المرجح أن تحقق اكتشافات جديدة. كما يعملون على رقمنة الدفاتر المختبرية، مما سيساعدهم على تنظيم المجموعة وفهم ما يحتويه كل لوح بالضبط.

وقد تجلت قيمة هذا الجهد عند إعادة فحص لوح واحد لأطياف الزركونيوم تم أخذه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في ثلاثينيات القرن العشرين. فمن خلال إعادة مسح اللوح باستخدام معدات حديثة ومقارنة النتائج بالمعايير الحالية، تمكنوا من قياس أطوال موجات الضوء بدقة أكبر بكثير مما كان ممكناً عندما أُنشئ اللوح لأول مرة. وقد قللت القياسات الجديدة من نسبة عدم اليقين في البيانات بمقدار أربعة أضعاف، مما يثبت أن السجلات القديمة يمكن أن تقدم إجابات أفضل عند النظر إليها بتقنيات جديدة. ويشير هذا المثال الوحيد إلى أن آلاف الألواذ الأخرى في الأرشيف يمكن أن تقدم تحسينات مماثلة لفهمنا للفيزياء الذرية.

يعتمد مستقبل هذه المجموعة على التعاون والتمويل. فالفريق في هارفارد يمتلك الخبرة والمعدات اللازمة للتعامل مع الألواح، لكن مسح آلاف السلبيات الزجاجية هو مهمة ضخمة تتطلب طاقماً مخصصاً ودعماً مالياً. وهم منفتحون على العمل مع المجتمع العلمي الأوسع لتحديد الألواح الأكثر إلحاحاً لرقمنتها. وفي الوقت الحالي، تتمثل الأولوية في إنهاء الجرد الأولي، وإعادة إيواء الألواح لوقف المزيد من التحلل، وإتاحة السجلات الرقمية الموجودة. يمثل الأرشيف جسراً بين الماضي والمستقبل، حيث يحفظ عمل أجيال من العلماء بينما يوفر فرصة لصقل فهمنا للكون باستخدام أدوات اليوم.