Żywe dziedzictwo kopernikańskie

Żywe dziedzictwo kopernikańskie

Projekt zrealizowany na Wydziale Sztuk Pięknych UMK w Toruniu w związku z 550. rocznicą urodzin Wielkiego Astronoma. 

Żywe dziedzictwo kopernikańskie

Portret Mikołaja Kopernika z Sali Mieszczańskiej Ratusza Staromiejskiego w Toruniu w świetle nowoczesnych badań nieinwazyjnych

Autor koncepcji i główny organizator:

• dr Marek Rubnikowicz, dyrektor Kujawsko-Pomorskiego Centrum Dziedzictwa w Toruniu

Kurator naukowy:

• prof. dr hab. Elżbieta Basiul, Wydział Sztuk Pięknych UMK

Autorzy badań i opracowania:

• prof. dr hab. Elżbieta Basiul,
• dr hab. Jarosław Rogóż, prof. UMK,
• mgr Adam Cupa, Laboratorium Badań Fizyko-Chemicznych i Nieniszczących, Centrum Badań i Konserwacji Dziedzictwa Kulturowego, Wydział Sztuk Pięknych UMK

Badania RTG: 

• mgr Jakub Kowalczys (firma PCB Service)

o projekcie

W ramach projektu analizowano warsztat malarski i stan zachowania dzieła przy zastosowaniu wyłącznie metod nieniszczących. Portret astronoma zbadano przy użyciu nowoczesnych technik obrazowania cyfrowego w różnych zakresach promieniowania elektromagnetycznego i z zastosowaniem zaawansowanych metod cyfrowej analizy obrazów. Wykorzystano następujące techniki: analizę obrazu w świetle widzialnym, fluorescencję wzbudzaną światłem ultrafioletowym,  fotografię w ultrafiolecie, obrazowanie fałszywym kolorem ze składową w bliskiej podczerwieni, obrazowanie fałszywym kolorem ze składową w ultrafiolecie, fotografię w bliskiej podczerwieni, obrazowanie promieniowaniem rentgenowskim oraz fluorescencję rentgenowską. W celu określenia rozkładu pigmentów na powierzchni obrazu zastosowano kamerę hiperspektralną.

 

Uzyskany materiał badawczy pozwolił dopełnić  dotychczasową wiedzę na temat budowy technologicznej portretu Kopernika i warsztatu malarskiego jego autora, szczególnie w zakresie rysunku kompozycji i pigmentów obecnych w poszczególnych partiach dzieła. Po raz pierwszy analizowano tylną stronę obrazu w świetle widzialnym, ultrafioletowym oraz w bliskiej podczerwieni. Technika bliskiej podczerwieni przyczyniła się do odkrycia w tym miejscu inskrypcji wykonanej grafitowym ołówkiem. 

FOTOGRAFIA W ŚWIETLE WIDZIALNYM

Fotografia w świetle widzialnym* to technika rejestracji cyfrowej obrazu w zakresie długości fal w przybliżeniu od 380 nm. do 750 nm. Dzięki zastosowanej technice określono zasadnicze cechy obrazu, w tym ogólny charakter techniki malarskiej oraz stan zachowania zabytku. Wstępnie wskazano miejsca, w których występują dawne retusze i rekonstrukcje warstwy malarskiej. 

*Światło widzialne, promieniowanie widzialne to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, na które reaguje ludzkie oko w procesie widzenia.

Informacje uzyskane w świetle widzialnym służyły jako odnośnik w analizach porównawczych obrazów, zarejestrowanych w innych technikach. Badanie portretu Mikołaja Kopernika w zakresie światła widzialnego wykazywało jednolicie błyszczącą powierzchnię polichromii. Stosując powiększenie obrazu komputerowego w jasnych partiach opracowania malarskiego widoczna była delikatna siatka spękań. Opracowanie malarskie było na ogół gładkie. Tylko w miejscu najwyższych świateł na karnacji twarzy, na włosach, na podszyciu czerwonej szaty uwidoczniły się niewielkie impasty. Zauważalne było nieznaczne ściemnienie warstwy malarskiej w miejscu retuszy i rekonstrukcji malarskich. Retusze pokrywały się z miejscami sklejenia desek i dodatkowo występowały na powierzchni obrazu w formie drobnych uzupełnień wykruszonej warstwy malarskiej. Na tylnej stronie obiektu czytelne były uzupełnienia podobrazia nowymi wstawkami oraz miejsca łączenia desek, a także sposób opracowania ich powierzchni przy pomocy półokrągłego, płaskiego dłuta. Na zapleckach obrazu widoczne były dwa numery inwentarzowe obiektu wykonane białą i czarną farbą oraz karteczka z inskrypcją P. gimnazjum im. […] w Toru[…]. 

FOTOGRAFIA W ULTRAFIOLECIE

W badaniach wykorzystano technikę fotograficzną, która polega na rejestracji promieniowania ultrafioletowego w zakresie 300-400 nm., odbitego od warstwy malarskiej. Obszary polichromii o odmiennym składzie chemicznym wykazują zróżnicowaną absorpcję promieniowania z tego zakresu i są rejestrowane w  odcieniach szarości. 

 

Technika pozwoliła zarejestrować przemalowania i retusze trudne do uwidocznienia w innych pasmach promieniowania elektromagnetycznego. Na powierzchni obrazu uczytelniły się partie szarości, które odzwierciedlały nierównomierność warstwy werniksu. Jaśniejsze plamy wskazywały na grubsze, bardziej refleksyjne partie tej warstwy opracowania. W partii szaty pod postacią ciemnych plam zaznaczyły się punktowania oraz rekonstrukcje warstwy malarskiej. 

FOTOGRAFIA FLUORESCENCJI W ULTRAFIOLECIE

Technika rejestracji fluorescencji wzbudzanej światłem ultrafioletowym polega na zapisywaniu cyfrowych obrazów obiektu oświetlonego lampą Wood’a. Promienie emitowane przez źródło tego światła wywołują w wielu materiałach silną luminescencję, a jej natężenie i charakterystyczna barwa umożliwia identyfikację niektórych pigmentów, barwników oraz spoiw malarskich. Badanie jest pomocne w ocenie stanu zachowania warstw malarskich (obecność retuszy i przemalowań) oraz werniksu.

W badaniu portretu Mikołaja Kopernika za pomocą światła emitowanego przez lampy Wood’a otrzymano wyniki wskazujące na intensywną luminescencję powierzchni obrazu. Kolor fluorescencji był pomocny w fazie wstępnej identyfikacji warstwy werniksu i niektórych pigmentów. Różnica kontrastów między warstwą malarską a retuszami pozwoliła na ich dokładną lokalizację. 

Na powierzchni obrazu uwidoczniła się zielonobłękitna fluorescencja warstwy werniksu żywicznego, częściowo maskująca zarysy kompozycji przedstawienia. Powierzchnie zrekonstruowane, w tym retusze, dość silnie wygaszały luminescencję. W partii karnacji, w miejscach występowania bieli ołowianej, zaobserwowano intensywną fluorescencję o zabarwieniu jasnokremowym. Różowe zabarwienie fluorescencji świadczyło o obecności cynobru oraz czerwieni krapowej w wierzchniej warstwie opracowania czerwonej szaty.

W technice fotografii fluorescencji w ultrafiolecie, zastosowanej po raz pierwszy do zaplecków obrazu, uzyskano silne jasne świecenie kleju użytego w trakcie reperacji    i uzupełniania drewnianego podłoża. 

. 

TECHNIKA OBRAZOWANIA FAŁSZYWYM KOLOREM ZE SKŁADOWĄ ULTRAFIOLETU

Technika fałszywych kolorów ze składową ultrafioletu uzupełnia i rozszerza informacje uzyskane w pasmach ultrafioletu oraz światła widzialnego. Różne pigmenty mające tę samą barwę w świetle widzialnym zmieniają swoją chromatykę i w ten sposób pozwalają na wstępną identyfikację materiałów obecnych w warstwie malarskiej. Technika ta pozwala na precyzyjne zlokalizowanie retuszy malarskich wykonanych farbami o innym składzie chemicznym niż warstwa oryginalna. 

 

Technika obrazowania fałszywym kolorem w ultrafiolecie w przypadku portretu Mikołaja Kopernika pozwoliła zarejestrować różne barwy wskazujące na określone pigmenty obecne w warstwach malarskich. Powstała barwa fioletowa była charakterystyczna dla cynobru z dodatkiem kraplaku alizarynowego i bieli ołowiowej. Kolor fioletowobrązowy o ciepłej tonacji wskazywał na obecność kraplaku alizarynowego z dodatkiem czerni węglowej i umbry naturalnej. Zabarwienie fioletowe o chłodnej tonacji świadczyło o obecności cynobru. Odcienie ciepłego koloru brunatnozielonego z odcieniem fioletu były charakterystyczne dla umbry naturalnej z dodatkiem czerni winogronowej. Chłodna barwa szarofioletowa wskazywała na obecność czerwieni żelazowej zmodyfikowanej dodatkiem cynobru i czerni węglowej. Kolor szarozielony o ciepłej tonacji potwierdzał obecność czerni winogronowej. Jasne zabarwienie z odcieniem żółcieni było charakterystyczne dla bieli ołowianej.

FOTOGRAFIA OBRAZU W ZAKRESIE BLISKIEJ PODCZERWIENI

Fotografia w bliskiej podczerwieni to technika rejestracji cyfrowej obrazu z zastosowaniem odpowiednich filtrów. Badania portretu Mikołaja Kopernika przeprowadzono w zakresie promieniowania elektromagnetycznego wynoszącym 840 – 1000 nm. Wykorzystana  technika pozwoliła określić miejsca, w których występują uzupełnienia ubytków zaprawy (kity) oraz stare retusze warstwy malarskiej. Metoda okazała się bardzo skuteczna w rejestracji rysunku znajdującego się pod cienkimi warstwami malarskimi, a także, po raz pierwszy w historii portretu, pozwoliła zlokalizować napis na tylnej stronie obrazu. 

Poprzez wykonanie komputerowej obróbki otrzymanych materiałów fotograficznych  możliwe było ukazanie charakteru i techniki rysunku oraz wcześniejsze wersje kompozycyjne dzieła. Uwidocznił się rysunek przygotowawczy wykonany na białej zaprawie.  Linia rysunku była bardzo cienka o delikatnie zróżnicowanej grubości. Modelunek formy uzyskano za pomocą szrafowania. Charakter linii wskazywał na rysunek odręczny wykonany w dwóch etapach: w pierwszym etapie zapewne rysunek wykonano przy pomocy grafitowego rysika. Linia w tych miejscach była bardzo cienka, chwiejna, przerywana, parokrotnie poprawiana. Być może pierwsze opracowanie  było lekko przetarte, aby zmniejszyć jego czytelność. W drugim etapie rysunek był intensywniejszy, ale także bardzo cienki, wykonany prawdopodobnie tym samym narzędziem, przede wszystkim w partii ust, nosa i oczu postaci. Widoczne były niewielkie autorskie zmiany w pierwszym etapie wykonywania rysunku, głównie dolnego obrysu twarzy i lewej bruzdy twarzowej. Uwidoczniły się grube linie zarysu pukli włosów wykonane czarną farbą za pomocą pędzla. Najbardziej kontrastowo zaznaczyły się podrysowania włosów wykonane być może w czasie pierwszej interwencji i rewaloryzacji obrazu w wieku XVII. Zastosowany zakres podczerwieni umożliwił lepsze uczytelnienie rekonstrukcji malarskich wykonanych na uzupełnionym podłożu drewnianym. Pola te uwidoczniły się jako jaśniejsze obszary. Również stały się dobrze widoczne miejsca występowania retuszy warstwy malarskiej.

W technice fotografii w bliskiej podczerwieni zbadano również odwrocie obrazu. Uczytelnił się napis wykonany grafitowym ołówkiem nawiązujący do portretowanej postaci: Nicolaus Copernic Puld (?.)

 

TECHNIKA OBRAZOWANIA FAŁSZYWYM KOLOREM ZE SKŁADOWĄ PODCZERWIENI

Technika fałszywych kolorów ze składową podczerwieni uzupełnia informacje uzyskane w pasmach podczerwieni oraz światła widzialnego. Pigmenty zmieniają swoją barwę i w ten sposób pozwalają wstępnie zidentyfikować pigmenty obecne w warstwie malarskiej. Technika ta umożliwia lokalizację retuszy malarskich wykonanych farbami o innym składzie chemicznym niż warstwa oryginalna. 

Za pomocą obrazowania w technice kolorowej podczerwieni określono sposób opracowania polichromii w obrazie oraz miejsca występowania konserwatorskich retuszy. Rejestrowany odcień koloru żółtego był charakterystyczny dla cynobru z dodatkiem kraplaku alizarynowego i bieli ołowianej. Barwa żółtopomarańczowa z odcieniem zieleni wskazywała na obecność kraplaku alizarynowego zmodyfikowanego dodatkiem czerni węglowej i umbry naturalnej. Zabarwienie żółte z tonami szarości świadczyło o obecności cynobru. Odcienie koloru brunatnozielonego były charakterystyczne dla umbry naturalnej. Ciepła barwa brunatnozielona potwierdzała obecność czerwieni żelazowej z dodatkiem cynobru i czerni węglowej.

RENTGENOGRAFIA

Rentgenografia to zapis promieni rentgenowskich przechodzących przez struktury wewnętrzne badanego obiektu. Obraz rentgenowski zarejestrowany na luminoforowych panelach zawiera informacje o zakresie występowania ciężkich pierwiastków, jak np. ołów      i rtęć, silnie pochłaniających promienie X. W ten sposób można określić rodzaj i charakter warstw malarskich i zaprawy oraz dokonać oceny ich stanu zachowania. Rejestrowana jest również budowa oryginalnego podobrazia oraz uzupełnienia ubytków drewna. W niektórych przypadkach uwidaczniają się autorskie poprawki kompozycji (pentimenti) oraz przemalowania zmieniające układ form w obrazie.

W trakcie badań rentgenowskich portretu Mikołaja Kopernika zarejestrowano anomalie strukturalne obiektu. Związane są one z obecnością uzupełnień drewnianego podłoża, na których powierzchni zrekonstruowano warstwę malarską. Uwidoczniły się miejsca uzupełnień ubytków zaprawy i warstwy malarskiej materiałami nie zawierającymi bieli ołowiowej. Uczytelniły się oryginalne partie, w obrębie których występuje warstwa zaprawy i podmalowanie w typie en grisaille zawierające dodatek bieli ołowiowej. Jasne partie odzwierciedlały  zakres występowania w opracowaniu malarskim bieli ołowiowej, a także cynobru. Pigmenty te zawierają metale ciężkie Pb i Hg, które pochłaniają promienie X. Woal bieli występował na całej powierzchni obrazu, co wskazywało na obecność bieli ołowianej w zaprawie i w pierwszej warstwie farby w kolorze szarym. Obecność tej warstwy, niezwiązanej z modelunkiem form w obrazie, widoczna była w dolnej części opracowania. Poprzeczny, wyraźny dukt pędzla wskazywał na warstwę zakładaną jednolicie na całości lica obrazu. Charakter smug nasuwał skojarzenie ze śladami, które zostawiają farby temperowe. Jednocześnie w tle portretowanej postaci również widoczne były wyraźne ślady pędzla. Występowanie tych smug w warstwie malarskiej mogło świadczyć o użyciu przez artystę gęstej farby temperowej.

Badanie rentgenowskie uwidoczniło również modelunek czerwonej szaty w formie fałd. Szczególnie uczytelniły się miejsca występowania grubszej warstwy kontrastowego modelunku opracowane farbą na bazie bieli ołowiowej. Ukazała się również struktura drewna o wyraźnych, dość regularnych przyrostach letnich i zimowych. W kilku miejscach zauważalne są ślady wstępnej obróbki powierzchni desek w typie specjalnego narzędzia z ząbkami (dłuto, toporek?).

KAMERA HIPERSPEKTRALNA

Przy pomocy kamery hiperspektralnej można było ustalić obszary występowania poszczególnych pigmentów. Kamera rejestrowała dane spektralne w zakresie od 400 do 1000 nm. Widmo zapisane w poszczególnych pikselach cyfrowego obrazu było wykorzystane do określania właściwości fizycznych i chemicznych materiałów, czyli w tym przypadku identyfikacji i rozmieszczenia na powierzchni obrazu niektórych pigmentów i barwników.

Informacje zarejestrowane przy pomocy kamery hiperspektralnej wskazywały na rozkład pierwiastków na całej powierzchni badanego obrazu. Na podstawie otrzymanych danych określono zakres występowania pigmentów użytych do namalowania poszczególnych partii portretu. Potwierdzono występowanie pięciu różnych materiałów barwiących, których obecność wynikała z wcześniejszych analiz nieniszczących. Ustalono ich udział w procesie malarskim, tj. w poszczególnych etapach malarskiego postępowania. Czerwony pigment – cynober został użyty do namalowania karnacji oraz czerwonej szaty portretowanej postaci. Czerwień żelazową wykorzystano głównie do opracowania partii włosów, a także niektórych fragmentów cieni w karnacjach i w czerwonej szacie. Umbra naturalna występowała przede wszystkim w tle obrazu w miejscach oryginalnych. Dodatek kraplaku w warstwach malarskich  kamera zarejestrowała w czerwonej szacie i w na ustach postaci. Czerń winogronowa została zidentyfikowana w partii tła, w wyłogu czerwonej szaty, w oczach i pokrywała się w całości z miejscem występowania umbry naturalnej. 

Otrzymane wyniki uzupełniały analizy obrazu w technice fałszywych kolorów ze składową ultrafioletu i podczerwieni.

Podziękowania

Gorące podziękowania dla Pani Aleksandry Mierzejewskiej, Dyrektor Muzeum Okręgowego w Toruniu za przychylność i wszelkie zgody oraz Pani mgr Aliny Targowskiej, głównemu konserwatorowi Muzeum i Pani mgr Anny Kroplewskiej-Gajewskiej, kustosz w Muzeum Okręgowym za ogromną pomoc w trakcie badań realizowanych przy Portrecie  gimnazjalnym Mikołaja Kopernika.