McDonald-observatoriets store teleskopkuppler. Øverst til venstre sidder Hobby-Eberly-teleskopskupplen ovenpå Mount Fowlkes. I forgrunden sidder kupplen på Otto Struve-teleskopet til venstre og Harlan J. Smith-teleskopet til højre på toppen af Mount Locke.
(Billede: © McDonald Observatory)
McDonald Observatory er et Texas-baseret astronomisk sted, der har bidraget væsentligt til forskning og uddannelse i mere end 80 år.
Administreret af University of Texas i Austin har McDonald-observatoriet adskillige teleskoper, der ligger på en højde på 2070 meter over havets overflade på Mount Locke og Mount Fowlkes, en del af Davis-bjergene i det vestlige Texas, ca. kilometer) vest for Austin. McDonald "nyder de mørkeste nattehimmel fra ethvert professionelt observatorium i det kontinentale Forenede Stater," ifølge en nyhedsmeddelelse udstedt til observatoriets 80-års jubilæum.
McDonald er hjemsted for Hobby-Eberly-teleskopet, et af verdens største optiske teleskoper, med et 36 fod bredt (11 meter) spejl.
Et besøgscenter tilbyder dagture på grundene og store teleskoper, solvisning på dagen, et skumringsprogram i et udendørs amfiteater og nattestjernefester med teleskopvisning.
Observatoriet er også kendt for sit daglige StarDate-program, der kører på mere end 300 radiostationer over hele landet.
Observatoriets gave
Regenterne fra University of Texas blev overrasket, da de åbnede viljen til William Johnson McDonald, en bankmand fra Paris, Texas, som døde i 1926. Han havde overladt hovedparten af sin formue til universitetet med det formål at bygge et astronomisk observatorium . Efter en retssag var afsluttet, var omkring $ 850.000 (svarende til $ 11 millioner i dag) ifølge Texas State Historical Association.
"McDonald siges at have troet, at et observatorium ville forbedre vejrudsigten og derfor hjælpe landmændene med at planlægge deres arbejde," sagde foreningen.
Men der var to store udfordringer at overvinde, før McDonalds ønske kunne blive virkelighed. Først var pengene nok til at bygge et observatorium, men ikke nok til at drive dem, så universitetet skulle tilegne sig flere midler. For det andet havde University of Texas på det tidspunkt ingen astronomer på sit fakultet, så det var nødvendigt at rekruttere et team af rumeksperter.
Heldigvis havde University of Chicago astronomer, der ledte efter et andet teleskop til brug ud over deres universitets refraktionsteleskop ved Yerkes Observatory. Så præsidenterne for de to universiteter indgik en aftale: University of Texas skulle bygge det nye observatorium, og University of Chicago ville give eksperter til at drive det.
Teleskoper ved McDonald Observatory
McDonalds første store teleskop - senere opkaldt Otto Struve-teleskopet efter observatoriets første direktør - var færdig i 1939 og er stadig i brug i dag. Dets vigtigste spejl er på 2,08 meter (tværs). Et af hovedformålene med Struve-teleskopet var at analysere de nøjagtige farver på lys, der stammer fra stjerner og andre himmellegemer, for at bestemme deres kemiske sammensætning, temperatur og andre egenskaber. For at gøre dette blev teleskopet designet til at sende lys gennem en række spejle ind i en spektrograf - et instrument, der adskiller lys i dets komponentfarver - i et andet rum. Dette krævede, at teleskopet blev monteret på et underligt udseende arrangement af akser og modvægte, designet og bygget af firmaet Warner & Swasey. "Med sin tunge stålmontering og sorte, halvåbne rammer er Struve ikke kun et videnskabeligt instrument, men det er et kunstværk," Observatoriets websted siger.
Struve-teleskopet hjalp astronomer med at indsamle det første bevis på en atmosfære på Saturns måne Titan. Gerard Kuiper, assisteret af Struve selv, fandt ledetrådene, mens han undersøgte vores solsystemets største måner i 1944. Kuiper offentliggjorde sin spektroskopiske undersøgelse i Astrofysisk tidsskrift.
I 1956 blev et reflekterende teleskop med et 36-tommer (0,9 m) spejl føjet til McDonald-stedet efter anmodning fra University of Chicago. Dette instrument, der ligger i en kuppel lavet af lokalt stenbrudt sten og resterende metal fra Struve-teleskopskupplen, var primært designet til at måle ændringer i stjernernes lysstyrke. Det er nu forældet til professionel forskning, men bruges regelmæssigt til særlige aftener, der skal ses offentligt.
Harlan J. Smith-teleskopet, med et hovedspejl på 107 tommer (2,7 m) på tværs, blev bygget af NASA for at undersøge andre planeter som forberedelse til rumfartøjsopgaver. Det var verdens tredje største teleskop, da det så første lys i 1968.
Fra 1969 til 1985 blev Smith-teleskopet også brugt til at sigte laserlys mod specielle reflekterende spejle, der blev efterladt på månen af Apollo-astronauter. Måling af den tid, der kræves for at det reflekterede lys vender tilbage til Jorden, gør det muligt for astronomer at måle månens afstand til en nøjagtighed på 3 centimeter. Disse målinger bidrager til gengæld for vores forståelse af Jordens rotationshastighed, månens sammensætning, langtidsændringer i månens bane og selve opførslen af tyngdekraften, herunder små effekter forudsagt af Albert Einsteins generelle relativitetsteori.
Da Smith-teleskopet blev bygget, blev et cirkulært hul skåret i midten af dets vigtigste kvartsspejl for at lade lys passere til instrumenter bag på teleskopet. Den udskårne kvartsskive blev lavet til et nyt spejl 0,8 tommer (tværs) til et andet teleskop. Dette instrument, der blev bygget i nærheden i 1970 og blot kendt som 0,8 meter teleskopet, har fordelen med et usædvanligt bredt synsfelt.
McDonalds største teleskop
I dag er giganten ved McDonald Hobby-Eberly-teleskopet (HET) på nærliggende Mount Fowlkes, næsten en kilometer (1,3 km) fra klyngen af originale kupler på Mount Locke. HET er et fælles projekt fra University of Texas ved Austin, Pennsylvania State University og to tyske universiteter: Ludwig-Maximilians-Universität München og Georg-August-Universität Göttingen.
Dedikeret i 1997, HET skaber en slående teknologisk kontrast med det klassiske Struve-instrument. HETs hovedspejl er ikke et stykke glas eller kvarts, men en række 91 individuelt kontrollerede hexagonale segmenter, der gør et bikagelignende reflekterende område, der er 36 fod (11 m) bredt. Et svampeformet tårn ved siden af hovedkupplen indeholder lasere, der er rettet mod spejlsegmenterne for at teste og justere deres justering.
Et andet bemærkelsesværdigt træk ved HET er, at teleskopet kan dreje for at pege mod en hvilken som helst kompasretning, men det kan ikke vippe op eller ned for at pege i forskellige højder på himlen. I stedet understøttes hovedspejlet i en fast vinkel, der peger 55 grader over horisonten. En nøjagtigt kontrolleret sporingsstøtte flytter lysindsamlingsinstrumenter til forskellige placeringer over hovedspejlet, hvilket har effekten af at sigte mod lidt forskellige dele af himlen. Dette unikke, forenklede design gjorde det muligt for HET at blive bygget til en brøkdel af prisen for et konventionelt teleskop af dets størrelse, mens det stadig giver adgang til 70% af himlen synlig fra dens placering.
HET blev primært designet til spektroskopi, som er en nøglemetode inden for aktuelle forskningsområder, såsom måling af bevægelser af rumobjekter, bestemmelse af afstand til galakser og opdagelse af universets historie siden Big Bang.
Brugbare planeter og mørk energi
I 2017 var HET genindviet efter en opgradering af 40 millioner dollars. Sporingssystemet blev erstattet med en ny enhed, der bruger mere af hovedspejlet og har et bredere synsfelt. Og nye sensorinstrumenter blev oprettet.
Et af de nye instrumenter er Habitable Zone Planet Finder (HPF), bygget i samarbejde med National Institute of Standards and Technology. HPF er optimeret til at studere infrarødt lys fra nærliggende, kølige røde dværgstjerner ifølge en bekendtgørelse fra observatoriet. Disse stjerner har lang levetid og kunne give stabil energi til planeter, der kredser tæt på dem. HPF tillader nøjagtige målinger af en stjernes radiale hastighed, målt ved den subtile ændring i farven på stjernens spektre, når den trækkes af en kredsende planet, hvilket er kritisk information i opdagelsen og bekræftelsen af nye planeter.
Fremme af en anden grænse er Hobby-Eberly-teleskopet Dark Energy Experiment (HETDEX). Udviklet som det første store eksperiment, der søger efter den mystiske kraft, der skubber universets udvidelse, vil HETDEX "fortælle os, hvad der udgør næsten tre fjerdedele af hele sagen og energi i universet. Det vil fortælle os, om tyngdekraften er korrekt, og afsløre nye detaljer om Big Bang, hvor universet blev født, ” HETDEX projektwebsted siger.
Et vigtigt stykke teknologi til søgning med mørk energi er Synlige integrerede felt replikerbare enhedsspektrografer, eller VIRUS, et sæt på 156 spektrografer monteret ved siden af teleskopet og modtager lys via 35.000 optiske fibre, der kommer fra teleskopet. Med denne pakke med identiske instrumenter, der deler teleskopet, kan HET observere flere hundrede galakser på én gang, måle, hvordan deres lys påvirkes af deres egne bevægelser og universets udvidelse.
HETDEX bruger cirka tre år på at observere mindst 1 million galakser for at fremstille et stort kort, der viser universets ekspansionshastighed i forskellige tidsperioder. Eventuelle ændringer i hvor hurtigt universet vokser kunne give forskelle i mørk energi.
At holde himlen mørk
I 2019 modtog McDonald-observatoriet et tilskud fra Apache Corp., et olie- og gasudforsknings- og produktionsfirma, for at fremme opmærksomheden om værdien af mørke himmel som en naturressource og som en hjælp til astronomisk forskning. Gaven vil finansiere uddannelsesprogrammer, opsøgende begivenheder og en ny udstilling i observatoriets besøgende. I følge observatoriets bekendtgørelse, Apache har fungeret som en model for andre virksomheder i det vestlige Texas ved at justere og afskærme lysene på dens boreområder og relaterede faciliteter.
Yderligere ressourcer:
- Se dette video introduktion til McDonald-observatoriet.
- Følg alle de seneste nyheder og fotos fra McDonald Observatory på organisationens Facebook-side.
- Lær mere om observatoriet StarDate Radio-program.
Denne artikel blev opdateret 15. november 2019 af Space.com-bidragyder Steve Fentress.
