McDonalds observatoriums stora teleskopkupoler. I den övre vänstra delen sitter Hobby-Eberly teleskopskupolen ovanpå Mount Fowlkes. I förgrunden sitter kupolen på Otto Struve-teleskopet till vänster och Harlan J. Smith-teleskopet till höger, ovanpå Mount Locke.
(Bild: © McDonald Observatory)
McDonald Observatory är en Texas-baserad astronomisk webbplats som har gett betydande bidrag inom forskning och utbildning i mer än 80 år.
McDonald Observatory, som administreras av University of Texas i Austin, har flera teleskop som ligger på en höjd av 2070 meter över havet på Mount Locke och Mount Fowlkes, en del av Davisbergen i västra Texas, cirka 450 miles (724 miles) kilometer) väster om Austin. McDonald "njuter av de mörkaste natthimlen från alla professionella observatorier i det kontinentala Förenta staterna", enligt en nyhetssläpp utfärdas för observations 80-årsjubileum.
McDonald är hem till Hobby-Eberly-teleskopet, ett av världens största optiska teleskoper, med en 36 fot bred (11 meter) spegel.
Ett besökscentrum erbjuder dagsturer på marken och stora teleskop, solvisning på dagen, ett skymningsprogram i en utomhus amfiteater, och nattstjärnor med teleskopvisning.
Observatoriet är också känt för sitt dagliga StarDate-program, som körs på mer än 300 radiostationer över hela landet.
Ett observations gåva
Regenterna för University of Texas blev förvånade när de öppnade William Johnson McDonalds, bankir från Paris, Texas, som dog 1926. Han hade lämnat större delen av sin förmögenhet till universitetet i syfte att bygga ett astronomiskt observatorium . Efter att domstolsförfaranden gjordes fanns cirka 850 000 dollar (motsvarande 11 miljoner dollar idag) enligt Texas State Historical Association.
"McDonald sägs ha tänkt att ett observatorium skulle förbättra väderprognoserna och därför hjälper bönderna att planera sitt arbete", säger föreningen.
Men det fanns två stora utmaningar att övervinna innan McDonalds önskan kunde bli verklighet. Först räckte pengarna för att bygga ett observatorium men inte tillräckligt för att driva dem, så universitetet skulle behöva skaffa fler medel. För det andra hade University of Texas inga astronomer på sin fakultet, så det behövde rekrytera ett team av rymdsexperter.
Lyckligtvis hade University of Chicago astronomer som letade efter ett annat teleskop att använda utöver deras universitets brytande teleskop vid Yerkes Observatory. Så, presidenterna för de två universiteten gjorde en överenskommelse: University of Texas skulle bygga det nya observatoriet, och University of Chicago skulle tillhandahålla experter för att driva det.
Teleskop på McDonald Observatory
McDonalds första stora teleskop - senare benämnt Otto Struve-teleskopet efter observatoriets första direktör - var färdig 1939 och används fortfarande idag. Huvudspegeln är över 2,08 meter (82 tum). Ett huvudsyfte med Struve Telescope var att analysera de exakta färgerna på ljus som kommer från stjärnor och andra himmelkroppar, för att bestämma deras kemiska sammansättning, temperatur och andra egenskaper. För att göra detta designades teleskopet för att skicka ljus genom en serie speglar in i en spektrograf - ett instrument som separerar ljus i sina komponentfärger - i ett annat rum. Detta krävde att teleskopet skulle monteras på ett underligt snyggt arrangemang av axlar och motvikter, designade och byggda av företaget Warner & Swasey. "Med sin tunga stålmontering och svarta, halvöppna ramverk är Struve inte bara ett vetenskapligt instrument, utan det är ett konstverk," Observatoriets webbplats säger.
Struve-teleskopet hjälpte astronomer att samla de första bevisen på en atmosfär på Saturnus måne Titan. Gerard Kuiper, med hjälp av Struve själv, hittade ledtrådarna när han undersökte vårt solsystem största månar 1944. Kuiper publicerade sin spektroskopiska studie i Astrophysical Journal.
1956 lades ett reflekterande teleskop med en 36-tums (0,9 m) spegel till McDonald-platsen på begäran av University of Chicago. Detta instrument är inrymt i en kupol tillverkad av lokalt stenbrott och kvarvarande metall från Struve Telescope-kupolen, och var utformad främst för att mäta förändringar i stjärnornas ljusstyrka. Det är nu föråldrat för professionell forskning, men används regelbundet för speciella publikvisningar.
Harlan J. Smith-teleskopet, med en huvudspegel 107 tum (2,7 m) tvärs över, byggdes av NASA för att undersöka andra planeter som förberedelse för rymdskeppsuppdrag. Det var världens tredje största teleskop när det såg första ljuset 1968.
Från 1969 till 1985 användes Smith-teleskopet också för att rikta laserljus mot speciella reflekterande speglar som lämnats på månen av Apollo-astronauterna. Att mäta den tid som krävs för att det reflekterade ljuset ska återgå till jorden gör det möjligt för astronomer att mäta månens avstånd till en precision på 1,2 centimeter. Dessa mätningar bidrar i sin tur till vår förståelse av jordens rotationsfrekvens, månens sammansättning, långsiktiga förändringar i månens omloppsbana och tyngdkraftsbeteendet, inklusive små effekter som förutspås av Albert Einsteins allmänna relativitetsteori.
När Smith-teleskopet byggdes klipptes ett cirkulärt hål i mitten av dess huvudkvartsspegel för att låta ljus passera till instrument på baksidan av teleskopet. Utskärning av kvartsskivan gjordes till en ny spegel 30 tum (0,8 m) tvärs över för ett annat teleskop. Detta instrument, som byggdes i närheten 1970 och känd helt enkelt som 0,8 meter teleskopet, har fördelen med ett ovanligt brett synfält.
McDonalds största teleskop
Idag är jätten på McDonald Hobby-Eberly-teleskopet (HET), på angränsande Mount Fowlkes, nästan en mil (1,3 km) från klustret av ursprungliga kupoler på Mount Locke. HET är ett gemensamt projekt från University of Texas vid Austin, Pennsylvania State University och två tyska universitet: Ludwig-Maximilians-Universität München och Georg-August-Universität Göttingen.
HET tillägnad 1997 och gör en slående teknisk kontrast med det klassiska Struve-instrumentet. HETs huvudspegel är inte en bit glas eller kvarts, utan en uppsättning av 91 individuellt kontrollerade sexkantiga segment som gör ett bikakliknande reflekterande område som är 11 fot bredt. Ett svampformat torn bredvid huvudkupolen innehåller lasrar som är riktade mot spegelsegmenten för att testa och justera deras inriktning.
En annan anmärkningsvärd egenskap hos HET är att teleskopet kan rotera för att peka mot vilken kompassriktning som helst, men det kan inte luta upp eller ner för att peka på olika höjder på himlen. Istället stöds huvudspegeln i en fast vinkel som pekar 55 grader över horisonten. Ett exakt kontrollerat spårningsstöd flyttar ljusinsamlingsinstrument till olika platser ovanför huvudspegeln, vilket har effekten att rikta sig mot olika delar av himlen. Denna unika, förenklade design gjorde det möjligt för HET att byggas för en bråkdel av kostnaden för ett konventionellt teleskop av dess storlek, samtidigt som det tillåter åtkomst till 70% av himlen synlig från dess plats.
HET utformades främst för spektroskopi, som är en nyckelmetod inom aktuella forskningsområden som att mäta rörelser av rymdobjekt, bestämma avstånd till galaxer och upptäcka universums historia sedan Big Bang.
Vanliga planeter och mörk energi
2017 var HET Återinvigdes efter en uppgradering av 40 miljoner dollar. Spårningssystemet ersattes av en ny enhet som använder mer av huvudspegeln och har ett bredare synfält. Och nya avkänningsinstrument skapades.
Ett av de nya instrumenten är Habitable Zone Planet Finder (HPF), byggd i samarbete med National Institute of Standards and Technology. HPF är optimerad för att studera infrarött ljus från närliggande, kalla röda dvärgstjärnor, enligt en meddelande från observatoriet. Dessa stjärnor har lång livslängd och kan ge stabil energi för planeter som går i närheten nära dem. HPF tillåter exakta mätningar av en stjärns radiella hastighet, mätt med den subtila förändringen i färgen på stjärnans spektra när den dras av en kretsande planet, vilket är kritisk information i upptäckten och bekräftelsen av nya planeter.
Att främja en annan gräns är Hobby-Eberly-teleskopet Dark Energy Experiment (HETDEX). Utmärkt som det första stora experimentet som letar efter den mystiska kraften som driver universumets expansion, kommer HETDEX "att berätta vad som utgör nästan tre fjärdedelar av hela saken och energi i universum. Det kommer att berätta om gravitationens lagar är korrekta och avslöja nya detaljer om Big Bang där universum föddes, " HETDEX projektwebbplats säger.
En viktig teknik för sökningen med mörk energi är Visible Integral Field Replicable Unit Spectrographs, eller VIRUS, en uppsättning av 156 spektrografer monterade längs teleskopet och tar emot ljus via 35 000 optiska fibrer som kommer från teleskopet. Med detta paket med identiska instrument som delar teleskopet kan HET observera flera hundra galaxer på en gång och mäta hur deras ljus påverkas av deras egna rörelser och universums expansion.
HETDEX kommer att spendera cirka tre år på att observera minst 1 miljon galaxer för att producera en stor karta som visar universums expansionshastighet under olika tidsperioder. Alla förändringar i hur snabbt universum växer kan ge skillnader i mörk energi.
Att hålla himlen mörk
År 2019 fick McDonald-observatoriet ett bidrag från Apache Corp., ett olje- och gasutforsknings- och produktionsföretag, för att främja medvetenheten om värdet av mörka himlar som en naturresurs och som ett stöd till astronomisk forskning. Gåvan kommer att finansiera utbildningsprogram, uppsökande evenemang och en ny utställning på observatoriets besökare. Enligt observatoriet meddelande, Apache har fungerat som en modell för andra företag i västra Texas genom att justera och skydda lamporna på dess borrplatser och relaterade anläggningar.
Ytterligare resurser:
- Kolla på detta video introduktion till McDonald Observatory.
- Följ alla de senaste nyheterna och fotona från McDonald Observatory på organisationens Facebook sida.
- Läs mer om observatoriet StarDate Radio-program.
Denna artikel uppdaterades 15 november 2019 av Space.com-bidragsgivaren Steve Fentress.
