Tour durch das Palomar-Observatorium, Heimat des Hale-Teleskops

Das legendäre Palomar-Observatorium in Südkalifornien hat Astronomen seit fast 80 Jahren auf seinem Gipfel in den Bergen willkommen geheißen.

Sein massives 200-Zoll-Hale-Teleskop verdoppelte die bekannte Größe des Universums, charakterisierte seine Ausdehnung und sondierte den Rand des Sonnensystems, wodurch ein zuvor unbekannter Cache von Zwergplaneten auftauchte, der Plutos Degradierung verursachte. Das allererste Instrument, das am Observatorium verwendet wurde, schuf eine breite Himmelskarte, die das Hubble Space Telescope heute verwendet.

An einem strahlenden Junitag reiste ich mit mehreren Astronomen und anderen Mitgliedern der Presse zum Observatorium, das vom California Institute of Technology (Caltech) geleitet wird. Andrew Boden, der stellvertretende Direktor der Caltech Optical Observatories, und Steven Flanders, Palomars Outreach und Eventkoordinator, waren beide vor Ort, um uns hinter die Kulissen der historischen Einrichtung zu führen. [Tour zum Palomar-Observatorium (Fotos)]

Der Weg nach Palomar

Unsere Reise begann mit einer ereignislosen Fahrt in die Vororte von San Diego County. Palomar liegt etwa zwei Autostunden nordöstlich von San Diego, wo wir gerade das Sommertreffen der American Astronomical Society, oder etwa zwei Stunden südöstlich von Los Angeles, abgeschlossen hatten. Die Landschaft war ziemlich flach und wüstenähnlich, bis wir die Berge erreichten und plötzlich aufstiegen.

Palomar Observatory befindet sich am Ende einer langen und kurvenreichen Bergstraße. Fast eine halbe Stunde lang schlängelten wir uns durch den dünnen Pinsel, während ich aus dem Fenster spähte und hoffte, einen Blick auf das Observatorium werfen zu können, bevor die Gruppe eintraf. Wir haben Warnzeichen im Zusammenhang mit Felsstürzen weitergegeben, zusammen mit einer besonders strengen Warnung: "Es ist ungesetzlich, Schneebälle auf Fahrzeuge oder ihre Insassen zu werfen." Meine Ohren begannen bei etwa 4.000 Fuß (etwa 1.200 Meter) Höhe zu knallen. Als wir fast da waren, kündigten andere Passagiere aufgeregt an, dass sie die Kuppel sehen könnten, aber sie blieb von dem Rücksitz, auf dem ich wohnte, ungeklärt.

Als wir vorfuhren, trennte sich die Straße. Die linke Seite bot den Besuchern Parkmöglichkeiten, für Leute, die das Gelände betreten möchten, zum Besucherzentrum oder einen Blick auf das Instrument von der Besuchergalerie, einem glasumhüllten Gang, der es der Öffentlichkeit erlaubt, das Innere des Observatoriums zu sehen laufende Forschung stören. Wie angewiesen, zogen wir stattdessen nach rechts, nur für autorisiertes Parken. Das Observatorium ist täglich außer am 24. und 25. Dezember und bei Wetterkatastrophen für die Öffentlichkeit zugänglich. Ein Höhenzeichen teilte uns mit, dass wir auf 5.550 Fuß (ca. 1.700 m) saßen.

Die prächtige weiße Kuppel leuchtete hell, als wir uns hochzogen und unsere Beine streckten. Flandern wartete vor dem Eingang und hieß uns alle willkommen. Der menschengroße Eingang war vom Umriss einer großen Ladetür umgeben. Ein Schild teilte uns mit, dass die historische Kuppel zwar nicht behindertengerecht war, das Besucherzentrum jedoch die Möglichkeit bot, in das Observatorium zu schauen.

Nachdem ich im grellen Sonnenlicht zusammengekniffen hatte, gab das dunkle Innere willkommene Erleichterung. Der Keller des Observatoriums hatte die orange Farbe, die jedem bekannt ist, der ein Observatorium besucht hat: Die orangefarbenen Lichter erlauben einer Person, seine oder ihre Umgebung zu sehen, aber sie sind dunkel genug, um Ihre Nachtsicht nicht zu brechen. Oranges Licht leuchtete sogar dort, wo wir im Keller standen, fern vom Teleskop. Gerahmte Zeichnungen des Observatoriums und seiner Instrumente hingen an den Wänden, als ich auf der Suche nach einer Toilette durch die Hallen wanderte.

Nachdem ich meine Selbsttournee beendet hatte, schloss ich mich wieder der Gruppe an, nachdem Boden gekommen war, um uns zu begrüßen, als wir uns an der massiven Eingangstür des Observatoriums versammelten. Die dicken Balken und kahlen Wände erinnerten mich an eine Fabrik oder eine Metallwerkstatt, deren muffiger Geruch an den Keller meiner Großmutter erinnerte.

Die massiven Balken über uns unterstützten das 200-Zoll-Hale-Teleskop, das 530 Tonnen wiegt, sagt Flanders. Die Stahlstützen sinken 22 Fuß (6,7 m) in das Felsgestein und stehen getrennt vom Gebäude selbst, um die Vibrationen zu minimieren, die das Instrument erfährt.

Der Astronom George Ellery Hale baute das größte Teleskop der Welt viermal, jedes neue Instrument übertrumpfte das letzte. Palomar war seine Krönung. Seine Herrschaft als weltweit größtes Teleskop dauerte über 40 Jahre, bis 1992 das Keck-Teleskop auf dem Mauna Kea in Hawaii den Titel erlangte.

Das Hale-Teleskop begann schnell nach seiner Einweihung 1948 den Himmel zu scannen, aber die Arbeit des Konstruierens des Instruments begann vor mehr als einem Jahrzehnt. Neben dem Halt, den der Zweite Weltkrieg geschaffen hatte, brachte das damals größte Teleskop der Welt besondere Herausforderungen mit sich.

Die ersten Schritte zum Bau des Instruments wurden 1935 unternommen, als die Kuppel gebaut wurde, während der massive Spiegel 1936 gebaut wurde. Die Teleskopkonstruktion wurde schnell fertiggestellt und zusätzliche Zahnräder wurden in der Sternwarte, die jetzt an der Kellerwand hängt, gelagert. wo sie für zukünftige Reparaturen verwendet werden könnten.

"Natürlich haben sie sie nie gebraucht", sagt Flanders. Das Teleskop stützt sich immer noch auf die Zahnräder, die vor 67 Jahren installiert wurden.

Auf der rechten Seite der Tür sitzt ein großer Metallzylinder, eine Vakuumkammer, um die kleineren Spiegel zu reinigen. Auf der Seite stehend wird der Spiegel in die Kammer geschoben, die die Luft schließt und verschließt. Aluminiumplasma zirkuliert in der Kammer und beschichtet den Spiegel, um ihn reflektierend zu halten.

"Natürlich können wir es nicht draußen lassen", sagt Flandern, "weil die Natur ein Vakuum verabscheut."

Er hält inne, um uns über den schlechten Witz stöhnen zu lassen.

Auf der linken Seite der Tür stand eine Reihe von Metalltreppen. Wir gehen die Treppe zum zweiten Stock hoch, wo uns das historische Hale-Teleskop erwartet.

Hale-Teleskop

Das Hale-Teleskop sitzt still, ein riesiges Arbeitspferd, das zum Himmel zeigt. Die Kuppel darüber ist geschlossen, aber das Instrument scheint ängstlich zu sein. Ein cooles metallisches Grau, der Riese zeigt in den Himmel, während eine Elektronik, die das Original-Okular ersetzt, von der Unterseite des Instruments hängt, um es effizienter zu machen.

Die Ingenieure haben den Aufbau des Teleskops ziemlich schnell abgeschlossen, obwohl sie eine Reihe von Innovationen mit dem Design gemacht haben, erzählt Flanders. Da das Gewicht des Teleskops schwer zu bewegen war, entwickelten sie ein System aus vier Öllagern mit Ölkissen an den Außenkanten. Wenn Astronomen beginnen zu beobachten, pumpt eine Folge von Ölpumpen auf dem Zwischengeschoss 750 Pfund. pro Quadratzentimeter Öl auf die Ölkissen und hob das Teleskop 8 / 1.000 Zoll, sagt Flanders.

"Das Teleskop schwimmt auf diesem Ölfilm praktisch reibungslos für die Beobachtung der Nacht", sagt Flanders.

Das Instrument hat auch eine seltsame Hufeisenform, die hilft, wenn sich das Teleskop über den Himmel bewegt. Dies hilft, das Gewicht des Instruments zu verteilen. Die Seiten des Binders wurden genau bestimmt, so dass sie sich zusammen mit dem Teleskop verformen, wenn sich sein Gewicht verschiebt, wobei sich beide Enden genau auf die gleiche Weise verformen.

Während das Instrument schnell gebaut wurde, erwies sich der Spiegel als herausfordernder. Um den Grad der Biegung zu minimieren, der durch Temperaturänderungen verursacht wird, sollte der Spiegel ursprünglich aus Quarz gebaut werden. Die Menge an erforderlichem Quarz erwies sich jedoch als zu schwierig zu erhalten. Hale wandte sich dann an Corning Glass Works in New York, um das Material aus Pyrex herzustellen.

Am 25. März 1934 wurden 20 Tonnen geschmolzenes Glas in die Form gegossen, was zu einem neuen Problem führte. Firebrick, ein Mauerziegel, war am Boden des Ofens angebracht worden, um leere Hohlräume zu schaffen. Diese Löcher würden Räume schaffen, in denen Luft durch den Pyrex fließen kann, wodurch die Temperatur des Spiegels schneller ausgeglichen werden kann als bei einer festen Scheibe. Die Hohlräume reduzierten das Gewicht des Spiegels von 40 Tonnen auf 20 Tonnen. Aber das geschmolzene Glas war so heiß, dass es die Bolzen schmelzen ließ, die die Schamottsteine ​​festhielten. Das geschmolzene Metall mischte sich mit dem Glas und ruinierte den ersten Versuch.

Eine zweite Scheibe wurde im Dezember dieses Jahres gegossen und allmählich über einen Zeitraum von 10 Monaten abgekühlt. Dann, im Jahr 1936, begann der Spiegelblank seine zweiwöchige Reise mit dem Zug von New York nach Kalifornien. Tausende von Menschen quer durch das Land säumten die Gleise, um den riesigen Spiegel vorbeigehen zu sehen.

Obwohl der Spiegel gegossen worden war, war er immer noch nicht bereit für das Teleskop. Es musste in die richtige Form geschliffen werden, ein Prozess, der am Caltech stattfand. Das Schleifen reduzierte den Spiegel weiter von 20 Tonnen auf 14,5 Tonnen. Bevor der Spiegel fertiggestellt werden konnte, begann der Zweite Weltkrieg und die Herausforderungen hielten ihn fast ein Dutzend Jahre lang im Laden. Während sie auf den Glasspiegel warteten, konstruierten die Ingenieure einen Beton- "Spiegel", der die Größe und das Gewicht des Glases auf dem Instrument abbildete, um sicherzustellen, dass die enorme Teleskopbasis funktionierte, als sie das manövrierte der größte Spiegel der Welt. Die Betonscheibe liegt draußen in der Nähe des Parkplatzes.

Aber als der Spiegel schließlich Palomar erreichte, war er immer noch nicht perfekt.

"Was sie damit gemacht haben, ist, unten in Lake Henshaw in ein Sportgeschäft zu gehen und vier Fischschuppen zu kaufen, um noch etwas mehr auf die Rückseite des Spiegels zu geben", sagt Flanders.

Das sind Fischschuppen wie in den Schuppen zum Wiegen der Fische, nicht die Schuppen auf den Fischen selbst.

Selbst mit Hilfe der Skalen haben die Ränder des Spiegels jedoch nicht wie erwartet nachgegeben. Um dieses Problem zu lösen, verwendeten die Astronomen einen riesigen Bildschirm, der wie ein kollabierbares Sieb aussieht, mit 400 präzise platzierten Löchern (plus eins, um nach Norden zu zeigen).

Das merkwürdige Objekt, das heute auf dem Observatorium liegt, wird als Hartmann-Bildschirm bezeichnet. Benannt nach dem deutschen Astronomen, der es erfand, war es so etwas wie ein grober Entwurf des Spiegels, weil er die genaue Form kennzeichnete, die der Spiegel (einschließlich des erwarteten Durchhangs) nehmen sollte, wenn er im Teleskop installiert wird. Astronomen platzierten den Spiegel, der noch nicht in seiner reflektierenden Oberfläche war, auf dem Teleskop, mit dem Hartmann-Schirm oben, dann fotografierten sie einen hellen Stern. Anfangs waren die Löcher auf dem Bildschirm nicht mit dem massiven Spiegel darunter ausgerichtet. Im Laufe von 18 Monaten machte das Observatory-Team ein Foto, arbeitete ein wenig an der Spiegelposition und wartete dann darauf, dass es wieder abkühlte, um den gesamten Prozess erneut zu starten.

"Jedes Mal, wenn sie den Spiegel berührten, mussten sie warten, bis sich der Spiegel abgekühlt hatte", sagt Flanders. Schätzungen zufolge haben die Ingenieure in diesen Monaten den Spiegel insgesamt nur etwa 19 Stunden lang berührt. Den Rest der Zeit warteten sie darauf, dass sich die Reibung abkühlte.

Der zweite Stock des Observatoriums enthält auch einen massiven zylindrischen Behälter, größer als die Vakuumkammer im Erdgeschoss, aber mit dem gleichen Zweck. Etwa alle zwei Jahre hebt eine Reihe von Zahnrädern den riesigen Spiegel an und bewegt ihn in die obere Vakuumkammer. Der Spiegel wird mit einem Säurebad gereinigt, um die vorherige Aluminiumschicht zu entfernen, und dann wird eine neue Schicht hinzugefügt.

Während wir unserer Tour zuhören, bewegen sich Menschen in der Besuchergalerie. Die Beobachtungsstelle selbst ist nicht öffentlich zugänglich. Stattdessen dringen Besucher durch eine Kabine ein, wo sie durch eine Glasscheibe auf das riesige Teleskop blicken können. Ich bin glücklich, einen viel tieferen Blick zu bekommen.

Wir steigen eine weitere Reihe von Metalltreppen zum Zwischengeschoss hoch, wo wir über der Elektronik stehen, um das Instrument zu beobachten.Hier können wir deutlicher sehen, wie sich das Teleskop bewegen würde (obwohl es ruhig ist, während wir dort sind).

Um das Teleskop über den gesamten Himmel zu bewegen, braucht es ein paar Minuten. Im Verfolgungsmodus wurde das 530-Tonnen-Teleskop ursprünglich von einem 1/12-PS-Motor bewegt, sagt Flanders, ein Motor, der so leistungsstark ist wie der einer Singer-Nähmaschine. Schließlich wurde der Motor ersetzt, aber nicht, weil er abgenutzt war; Die Wissenschaftler wollten einen Motor, der eine feinere Kontrolle als das Original erlaubt.

Im Zwischengeschoss können wir auch die langen Metallrohre entlang der Seite des Instruments beobachten. Jene, die einst die adaptive Optik beherbergten, benutzen einen Laser, um einen "falschen" Stern zu erzeugen, auf den sich Astronomen verlassen, um Verzerrungen in der Atmosphäre zu korrigieren. Der Laser wurde "vor einiger Zeit" stillgelegt, erzählt uns Flandern. Der erhöhte Verkehr vom nahe gelegenen Flughafen bedeutete, dass der Laser mit dem Laser gefährlich war.

Unser letzter Halt ist das hell erleuchtete Büro, in dem alte und neue Computerpanels sitzen. Diese erlauben es externen Astronomen, das Observatorium zu benutzen. Das Hale-Teleskop kann von Astronomen auf der ganzen Welt genutzt werden; Während sie von zu Hause aus beobachten können, können sie das Instrument nicht kontrollieren. Stattdessen kommunizieren sie mit Astronomen bei Palomar, die dann das Teleskop bewegen.

"Wir unterstützen keine Fernbedienung, aber wir unterstützen die Fernüberwachung", sagt Boden. "Wir lassen die Leute nicht fahren."

Ehrfurcht gebietend

Wieder betreten wir das helle Sonnenlicht und blinzeln, als sich unsere Augen von den schwachen Lichtern des Observatoriums einstellen. Wir gehen den kurzen Weg zum Besucherzentrum hinunter. Hier bietet ein Bildschirm einen Blick auf das Hale-Teleskop für Leute, die nicht auf das Gebäude selbst zugreifen können. Ein Zeitrafferfilm des Vakuumprozesses wird ebenfalls bereitgestellt. Ein Modell des Teleskops und des Pyrex-Spiegels sowie Zeitungsausschnitte über den Bau der Anlage und eine Karte der Querfeldeinreise des Spiegels sind zu sehen. (Es überrascht nicht, dass es die bergigeren Regionen des Westens mied, indem es eine südliche Route nahm.)

Ebenfalls zu sehen ist Palomars erstes großes Instrument, das 18-Zoll-Schmidt-Teleskop. Das Schmidt-Teleskop, das seit über einem Jahrzehnt das einzige Instrument am Observatorium ist, begann seine Karriere 1936. Mit dem Eintreffen des Hale-Teleskops begann der Schmidt, Ziele für das größere Instrument zu erwerben und nach kleineren Körpern im Sonnensystem zu suchen . Im Laufe seines Lebens entdeckte er eine Vielzahl von Kometen und Asteroiden.

Das Besucherzentrum ist bei unserer Ankunft geschlossen und wir werden von mehreren Wissenschaftlern begrüßt, die mit Caltech arbeiten. Sie diskutieren ihre Forschungen mit uns und beschreiben, wie sie mit den Teleskopen von Palomar die Tiefen des Weltraums erforschen.

Endlich ist es Zeit nach Hause zu fahren. Wir machen ein paar letzte Fotos und fahren in stiller Kontemplation den Berg hinab.

Palomar Observatory ist ein Ort von historischer Bedeutung für Astronomen. Laut der Website des Observatoriums verwendeten Astronomen wie Edwin Hubble und Allan Sandage Palomars Instrumente, um das Wissen der Welt über das Universum zu verbessern. Fritz Zwicky entdeckte 120 Supernovas mit dem Schmidt-Teleskop von Palomar und hielt den Rekord bis 2009 für die meisten von einer einzigen Person gefunden. Mit dem Hale-Teleskop stellte Sandage fest, dass das Universum in allen Richtungen im Wesentlichen gleich war, eine Grundvoraussetzung für die moderne Kosmologie (und eine, die kürzlich mit neuen Daten bestätigt wurde). Der Kometen Shoemaker-Levy 9, der 1994 zusammenbrach, als er mit Jupiter kollidierte, wurde zuerst in Palomar entdeckt, genau wie der Zwergplanet Eris, eine Entdeckung, die den Weg für die Degradierung von Pluto zu einem Zwergplaneten ebnete.

Als wir ankamen, erzählte uns Boden, dass er etwas überrascht gewesen sei, als er zum ersten Direktor von Caltechs optischen Observatorien ernannt worden war.

"Ich bin in der Grundschule aufgewachsen und habe über diesen Ort gelesen", sagte er. "In einer Position der Treuhandschaft zu sein, ist wirklich demütigend und ehrfurchtgebietend und wirklich, wirklich cool."

Nachdem ich diese historische Stätte besichtigt habe, kann ich nicht anders, als genauso zu fühlen.