wydają się takie same w każdym aspekcie”. Ponieważ wiadomo było, że Księżyc nie posiada atmosfery, odpowiedź dla Campbella była jasna. Jakiekolwiek linie absorpcyjne w widmie Księżyca musiały pochodzić jedynie z ziemskiej atmosfery. Co więcej, ponieważ księżycowe i marsjańskie widmo wyglądało tak samo, analogiczna konkluzja mogła być zastosowana do Marsa. Według jego słów „Pasma atmosferyczne pary wodnej, które były zaobserwowane w obu widmach, wydają się w całości wyprodukowane przez elementy atmosfery ziemskiej. W związku z tym obserwacje nie dostarczają żadnych dowodów na obecność pary wodnej w atmosferze marsjańskiej”64. Campbell wykazał, całkiem przekonująco, że Huggins i Janssen wykryli parę wodną w ziemskiej atmosferze, a nie w atmosferze Marsa.
W listopadzie 1894 r., po tym, jak Campbell zakwestionował twierdzenia Hugginsa o odkryciu pary wodnej w atmosferze Marsa, Huggins powrócił do swojej pracy sprzed trzech dekad i ponownie podjął wyzwanie. Najpierw otrzymał fotografie widma zarówno Księżyca, jak i Marsa, ale nie był w stanie dostrzec na nich żadnych różnic między spektralnymi cechami tych dwóch obiektów. Jednakże przez trzy noce w grudniu oboje Huggins ze swoją żoną porównali na oko, uzyskane w czasie kilku minut po sobie, słabe pasma widmowe Księżyca i Marsa. Huggins napisał później w artykule, który zdecydował się opublikować w pierwszym numerze nowego czasopisma „Astrophysical Journal”, zapowiadanego jako „międzynarodowy przegląd spektroskopii i astronomii fizycznej” – „W czasie tych trzech nocy linie atmosferyczne […], na które nasza uwaga niemal wyłącznie była ukierunkowana, różniły się zauważalnie w intensywności w widmie Księżyca, ale były zawsze oceniane przez nas na zasadniczo silniejsze w widmie Marsa”. W powtórzonych wersjach tego doświadczenia „niezależne obserwacje pani Huggins zgadzały się z moimi”. Wnioskiem z ich pracy było „porzucenie silnego przekonania w naszych umysłach, mówiącego, że spektroskop pokazuje absorpcję, która rzeczywiście pochodzi z atmosfery Marsa”. Niewypowiedziane, ale zrozumiałe dla wszystkich było to, że to pasma absorpcyjne65 były oznaką istnienia pary wodnej w marsjańskiej atmosferze66. Również niewyrażony był fakt, że Huggins wprawdzie opublikował swoje wnioski w „Astrophysical Journal”, ale oparł je na starych technikach oceniania marsjańskich kolorów przy użyciu ludzkiego oka, podczas gdy Campbell na współczesnej astrofizyce.
W 1908 r. Vesto Melvin Slipher, pracujący wśród personelu Percivala Lowella oraz w imieniu Lowella w jego obserwatorium we Flagstaff w Arizonie, obserwował Marsa z dużej wysokości – 2210 metrów. Przez kolejne kilka dekad Slipher stał się jednym z najlepszych astronomów obserwatorów w XX w., jeżeli nie najlepszych kiedykolwiek. Przede wszystkim przez dekadę od 1913 r. zmierzył prędkości radialne (w stronę lub od Ziemi) kilkudziesięciu galaktyk i odkrył, że prawie wszystkie były przesunięte ku czerwieni. Oznacza to, że galaktyki te oddalały się od Drogi Mlecznej z prędkościami od setek do tysięcy kilometrów na sekundę. Edwin Hubble stwierdził w 1929 r., że prędkości oddalania się galaktyk zmierzone przez Sliphera oraz jego własne nowsze pomiary były proporcjonalnie powiązane z odległościami do tych galaktyk. Oznaczało to, że galaktyki bardziej odległe od Drogi Mlecznej, czyli od nas, oddalały się z większą prędkością niż galaktyki bliższe. Zatem pomiary prędkości galaktyk przesuniętych ku czerwieni wykonane przez Sliphera doprowadziły bezpośrednio do odkrycia Hubble’a, że wszechświat się rozszerza, i do zrozumienia przez nas, że wszechświat rozpoczął się od Wielkiego Wybuchu.
Slipher spędził całą swoją karierę w obserwatorium Lowella we Flagstaff w Arizonie. Rozpoczął tam pracę jako asystent w 1901 r. i po śmierci Percivala Lowella pełnił funkcję dyrektora obserwatorium od 1916 do 1954 r. W czasie jego przewodnictwa obserwatorium Lowella zatrudniło w 1929 r. Clyde’a Tombaugha. Wkrótce po tym Tombaugh odkrył Plutona. Slipher ugruntował swoją reputację dzięki temu, że ogłaszał swoje odkrycia jedynie po bardzo dokładnym i ostrożnym ich potwierdzeniu. Ostatecznie według jego biografa Williama Gravesa Hoyta „Slipher prawdopodobnie dokonał więcej fundamentalnych odkryć niż jakikolwiek inny astronom obserwacyjny w XX w.”67 Slipher został nagrodzony Nagrodą Lalande’a przez Francuską Akademię Nauk w 1919 r., Medalem Henryego Drapera przez amerykańską National Academy of Sciences w 1932 r. oraz Złotym Medalem przez Royal Astronomical Society w 1933 r.
Na Wzgórzu Marsowym w obserwatorium Lowella w 1908 r. Slipher obserwował Marsa na wysokości prawie dwa razy większej niż jego konkurenci w obserwatorium Licka, a ilość pary wodnej zawartej w atmosferze Ziemi była tam o połowę mniejsza. Jego metoda badawcza była w istocie identyczna z tą stosowaną wcześniej przez Hugginsa, Janssena i Campbella. Porównywał widmo Marsa z widmem suchego, pozbawionego powietrza Księżyca. Slipher twierdził, że wykrył w swoim widmie „delikatny marsjański komponent” wody. Uznał, iż „rozsądnym wnioskiem jest to, że spektrograf ujawnił obecność wody w atmosferze Marsa”. Następnie zasugerował, że „potrzeba więcej obserwacji, zanim zostanie przyjęte jakiekolwiek ostateczne stanowisko na temat ilości pary wodnej w marsjańskiej atmosferze”68. Ten szczególny rezultat badań, będący podstawą nagrodzonej w 1909 r. dysertacji doktorskiej na Uniwersytecie Indiana, był zapewne najmniej imponującym wynikiem, uzyskanym przez Sliphera w czasie jego długiej i wybitnej kariery, był też najtrudniejszy do obrony. Slipher nigdy więcej nie powrócił do tych badań ani o ich nie wspomniał.
Rok później W.W. Campbell, oponent Sliphera w kwestii wody na Marsie, wtedy dyrektor obserwatorium Licka, poprowadził ekspedycję na szczyt najwyższej wówczas góry w Stanach Zjednoczonych Mount Whitney69 w południowej Kalifornii. Tam jego spektroskopowe obserwacje Marsa zostały wykonane na wysokości 4450 metrów nad poziomem morza w miejscu znajdującym się powyżej 80 proc. pary wodnej obecnej w ziemskiej atmosferze. Campbell odkrył tak jak dekadę wcześniej, że tak zwane pasma pary wodnej w widmie Księżyca i Marsa wyglądały identycznie. Wywnioskował ostrożnie i bardzo odpowiedzialnie: „Nie oznacza to, że Mars nie ma pary wodnej, ale jedynie to, że jej ilość, jeśli jakakolwiek, jest bardzo niewielka”70. Powtórzył później ten eksperyment w styczniu i lutym 1910 r. z obserwatorium Licka na Mount Hamilton w czasie, kiedy względna prędkość Marsa i Ziemi była wystarczająco duża, by usunąć z widma Marsa, dzięki efektowi Dopplera, wszystkie linie wody na tle linii ziemskich.
Przesunięcie dopplerowskie jest zmianą długości fal zarejestrowaną przez obserwatora z powodu względnego ruchu źródła światła oraz obserwatora. Jeżeli źródło światła (w tym przypadku Mars) oddala się od Ziemi, fale światła pochodzące z Marsa zostają przesunięte w stronę dłuższych długości fali (to przesunięcie fal światła od żółci w stronę czerwieni nazywamy przesunięciem ku czerwieni). Jeżeli źródło światła i obserwator zbliżają się do siebie, zarejestrowane światło jest przesunięte w stronę krótszych długości fali, co nazywamy przesunięciem ku niebieskiemu. Używając tego schematu obserwacji, Campbell odkrył, że „ilość pary wodnej istniejącej […] w równikowej atmosferze Marsa była z pewnością mniejsza niż jedna piąta, która istnieje powyżej Mount Hamilton”71.
Rys. 5.1 | Porównanie widm Marsa i Księżyca uzyskanych przez Sliphera w 1908 r. Widma na dolnym schemacie uzyskano w bardzo suchych warunkach obserwacyjnych w powietrzu nad teleskopem, natomiast widma na górnym schemacie uzyskano, gdy ziemska wilgotność była wysoka. Slipher argumentował, że „pasmo pary wodnej” (poniżej litery a) było silniejsze (tj. ciemniejsze) w widmach Marsa niż w widmach księżycowych, i było to dowodem na obecność wody w marsjańskiej atmosferze. Obraz ze Slipher, „Astrophysical Journal”, 1908.
Pół wieku później zespół z National Geographic Society i National Bureau of Standards stwierdził, iż techniki obserwacyjne i sprzęt udoskonalił się do tego