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.
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 derspookbeelden 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 verslag31aan deAkademie. 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 detrapverzwakker 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 dietrapjes 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 doorgelatenintensiteiten: hij kreeg dan een ijkingskromme. Vervolgens moest hij steeds
de met de microfotometer automatisch geregistreerdedoorlatingsprofielen via deze ijkingskromme handmatig omrekenen inintensiteitsprofielen.
Deze omslachtige tekst komt overeen met het tijdrovende werk, dat nodig was voordat Minnaert en Van Cittertvoor 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 grootheidware intensiteit af met i. Hij kreeg meteen een briljante ingeving inzake de eenheid van deze grootheid, die hij in 1923 voorlegde aan hetNederlandse 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 hetHeliofysisch 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’.
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 detotaalabsorptie 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 inware intensiteiten i, die hij eind jaren twintig ging aanduiden alsequivalente 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-
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!