En 1838, Friedrich Wilhelm Bessel a remporté la course pour mesurer la première distance à une étoile autre que notre Soleil via la parallaxe trigonométrique, définissant la première échelle de l'univers.

Récemment, Mark Reid et Karl Menten, qui effectuent des mesures de parallaxe aux longueurs d'onde radio, revisité les publications originales de Bessel sur "sa" star, 61 Cygni, publié dans les Astronomische Nachrichten (Notes astronomiques). S'ils pouvaient généralement reproduire les résultats obtenus par Bessel et deux astronomes contemporains du XIXe siècle, les éminents Friedrich Georg Wilhelm von Struve et Thomas Henderson, ils ont découvert pourquoi certains de ces premiers résultats étaient statistiquement incompatibles avec les mesures modernes.

Par respect pour Bessel, Reid et Menten ont décidé de publier leurs découvertes également dans l'Astronomische Nachrichten. Fondée en 1821, c'était l'une des premières revues astronomiques au monde et la plus ancienne encore en cours de publication.

Connaître la distance aux objets astronomiques est d'une importance fondamentale pour toute l'astronomie et pour évaluer notre place dans l'univers. Les anciens Grecs plaçaient les étoiles "fixes" immobiles plus loin que les sphères célestes sur lesquelles ils pensaient que les planètes se déplaçaient. Cependant, la question « combien de distance ? » a échappé à une réponse pendant des siècles après que les astronomes ont commencé à essayer d'y répondre. Les choses ont atteint leur paroxysme à la fin des années 1830, quand trois astronomes se sont concentrés sur différentes étoiles, passer de nombreuses nuits à leur télescope, souvent dans des conditions difficiles. C'est Friedrich Wilhelm Bessel qui a remporté la course en 1838 en annonçant que la distance au système à double étoile 61 Cygni est de 10,4 années-lumière. Cela prouve que les étoiles ne sont pas seulement un peu plus loin de nous que les planètes, mais plus d'un million de fois plus loin - un résultat véritablement transformationnel qui a totalement révisé l'échelle de l'univers telle qu'elle était connue au 19ème siècle.

La mesure de Bessel était basée sur la méthode de parallaxe trigonométrique. Cette technique est essentiellement la triangulation, qui est utilisé par les arpenteurs pour déterminer les distances sur terre. Les astronomes mesurent la position apparente d'une étoile « proche » par rapport à des étoiles beaucoup plus éloignées, en utilisant l'orbite de la Terre autour du Soleil pour fournir différents points de vue sur une année.

Bessel a dû faire ses mesures minutieuses pendant près de 100 nuits à son télescope. Les astronomes sont maintenant beaucoup plus "efficaces". La mission spatiale Gaia mesure des distances précises pour des centaines de millions d'étoiles, avec un grand impact sur l'astronomie. Cependant, à cause de la poussière interstellaire qui envahit les bras spiraux de la Voie lactée, Gaia a des difficultés à observer les étoiles dans le plan galactique qui sont plus éloignées du Soleil qu'environ 10, 000 années-lumière—ce n'est que 20 % de la taille de la Voie lactée de plus de 50, 000 années-lumière. Par conséquent, même une mission aussi puissante que Gaia ne donnera pas la configuration de base de notre galaxie, dont de nombreux aspects sont encore en débat - même le nombre de bras spiraux est incertain.

Afin de mieux prendre en compte la structure et la taille de la Voie lactée, Mark Reid du Centre d'astrophysique | Harvard-Smithsonian et Karl Menten de l'Institut Max Planck de radioastronomie (MPIfR) ont lancé un projet visant à déterminer les distances aux sources radio qui sont contraintes aux bras spiraux de la Voie lactée. Leur télescope de prédilection est le Very Long Baseline Array, une collection de 10 radiotélescopes s'étendant d'Hawaï à l'ouest jusqu'à la pointe est des États-Unis. En combinant les signaux des 10 télescopes distants de milliers de kilomètres, on peut faire des images de ce que l'on pourrait voir si nos yeux étaient sensibles aux ondes radio et séparés de presque la taille de la Terre.

Ce projet est réalisé par une équipe internationale, avec des scientifiques du MPIfR apportant des contributions majeures, le directeur du MPIfR, Karl Menten, entretient une collaboration fructueuse avec Mark Reid depuis plus de 30 ans. Lorsque, près du début du projet, un acronyme accrocheur a été discuté, ils ont choisi de l'appeler Bar and Spiral Structure Legacy Survey, en bref l'enquête BeSSeL. Bien sûr, ils avaient en tête le grand astronome et mathématicien et pionnier de la parallaxe Friedrich Wilhelm Bessel.

Comme dans toute science expérimentale ou observationnelle, les mesures n'ont de sens que si leurs incertitudes peuvent être déterminées de manière fiable. C'est aussi le pain et le beurre de la radioastrométrie et les astronomes du projet BeSSeL y accordent une attention particulière. Au temps de Bessel, les astronomes avaient appris à prêter attention aux erreurs de mesure et à en tenir compte lorsqu'ils dérivaient des résultats à partir de leurs données. Cela impliquait souvent des calculs fastidieux effectués entièrement avec un crayon et du papier. Naturellement, un scientifique du calibre de Bessel était bien conscient de suivre tous les problèmes qui pourraient éventuellement affecter ses observations. Il s'est rendu compte que les variations de température dans son télescope pouvaient affecter de manière critique ses mesures délicates. Bessel possédait un superbe instrument à son observatoire de Königsberg en Prusse (l'actuelle Kaliningrad russe), qui est venu du luthier de génie Joseph Fraunhofer et a été le dernier qu'il a construit. Néanmoins, la température variable a eu un impact majeur sur les observations nécessaires à une mesure de parallaxe, qui doit s'étaler sur une année entière; certains sont faits en été chaud et d'autres en nuits froides d'hiver.

Mark Reid s'est intéressé au travail original de Bessel et a étudié ses articles sur 61 Cygni. Il a remarqué quelques petites incohérences dans les mesures. Pour y remédier, lui et Karl Menten ont commencé à creuser plus profondément dans la littérature originale. Les papiers de Bessel ont d'abord été publiés en allemand, dans l'Astronomische Nachrichten, bien que certains extraits aient été traduits en anglais et paraissent dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society . Ainsi, les versions originales allemandes devaient être examinées, où l'allemand natif de Menten s'est avéré utile.

Reid et Menten ont également examiné les résultats des concurrents les plus proches de Bessel. Thomas Henderson, qui travaillait au Cap, Afrique du Sud, ciblé α Centauri, le système stellaire désormais connu pour être le plus proche de notre Soleil. Peu de temps après que Bessel eut annoncé son résultat, Henderson a publié une distance à cette étoile.

L'éminent astronome Friedrich Georg Wilhelm von Struve a mesuré α Lyrae (Vega). La recherche documentaire des données de von Struve impliquait un travail de détective. Un compte rendu détaillé de celui-ci n'a été publié en latin qu'en tant que chapitre d'une volumineuse monographie. Le bibliothécaire du MPIfR a retracé une copie à la bibliothèque d'État de Bavière, qui l'a fourni sous forme électronique. Il a longtemps été un mystère de savoir pourquoi von Struve a annoncé une tentative de distance à Vega, un an avant le résultat de Bessel pour 61 Cygni, seulement pour le réviser pour doubler cette distance plus tard avec plus de mesures. Il semble que von Struve ait d'abord utilisé toutes ses mesures, mais à la fin, ils ont perdu confiance en certains et les ont rejetés. Ne l'avait-il pas fait, il aurait probablement reçu plus de crédit.

Reid et Menten peuvent généralement reproduire les résultats obtenus par les trois astronomes, mais ont constaté que von Struve et Henderson ont sous-estimé certaines de leurs incertitudes de mesure, ce qui fait que leurs parallaxes semblent un peu plus importantes qu'elles ne l'étaient en réalité. "Regarder par-dessus l'épaule de Bessel a été une expérience remarquable et amusante, " dit Mark Reid. " Voir cette œuvre à la fois dans un contexte astronomique et historique a été vraiment fascinant, " conclut Karl Menten.