Mount Wilsoni observatoorium

Mount Wilsoni observatoorium on observatoorium Ameerika Ühendriikides Californias Los Angelese maakonnas.
Observatoorium asub umbes 25 km Los Angelesest kirdes San Gabrieli mägedes 1742 meetri kõrguse Mount Wilsoni tipus. Observatooriumi geograafilised koordinaadid on 34° 13′ 30″ N, 118° 3′ 26″ W.
Mount Wilsoni observatooriumi asutas 1904. aastal George Ellery Hale. Tema eesmärk oli eelkõige tõestada, et Päikesel on magnetväli. Esialgset päikeseobservatooriumi rahastas Carnegie Institution for Science. Maa renditi Mount Wilsoni hotelli omanikelt tingimusel, et ala jääks avalikkusele avatuks.
Kuni 1919. aastani kandis observatoorium nime Mount Wilsoni päikeseobservatoorium.
Observatooriumi asukoht on üks Põhja-Ameerika paremaid kohti astronoomiliste vaatluste läbiviimiseks. Mägede kohal on pilvitu taevas ja ühtlaselt läbipaistev atmosfäär. Inversioonikiht, mis hoiab sudu mägede vahel Los Angelese kohal, takistab mägedes õhu turbulentsi, mis põhjustaks vaatlusi häirivaid moonutusi. Samas on suurlinnade lähedus ja eriti Los Angelese linnastu kasvust tingitud valgusreostuse suurenemine süvakosmose vaatlusi oluliselt häirima hakanud ning seetõttu on observatoorium spetsialiseerunud eelkõige helioseismoloogiale ja interferomeetriale.
Mount Wilsoni observatooriumis tehti mitu 20. sajandi olulisemat avastust. Observatooriumis on kaks Hale'i konstrueeritud ajaloolist teleskoopi, 1908. aastal valminud 1,5-meetrise peapeegliga teleskoop ja 1917. aastal valminud 2,5-meetrise peapeegliga Hookeri teleskoop.
Observatooriumi haldab alates 1989. aastast Mount Wilsoni instituut.
Mount Wilsoni observatoorium annab koos Rahvusvahelise Astronoomiauniooniga välja Michelsoni auhinda panuse eest optilise interferomeetria arengusse.

Ajalugu

Aastal 1889 katsetasid Harvardi ülikooli professor William Pickering ja teleskoobimeister Alvan Clark Mount Wilsoni tipus 10 cm peegliga teleskoopi ja avastasid, et mägi on astronoomilisteks vaatlusteks suurepärane koht. Seejärel veeti kuue mehe ja kahe hobusega mäetippu 33 cm peegliga Harvardi ülikooli teleskoop, mis kaalus üle pooleteise tonni. Teleskoop eemaldati 1891. aastal.
25. juunil 1903 käis mäe otsas George Ellery Hale, kes sattus vaatlustingimustest vaimustusse ja otsustas mäe tippu observatooriumi rajada. Aastal 1904 paigaldas Hale Mount Wilsonile Wisconsinist Yerkesi observatooriumist toodud Snow' päikeseteleskoobi. Sama aasta 13. juunil sõlmis Hale Mount Wilson Toll Road Companyga 99-aastase rendilepingu 40 aakri suuruse maatüki kasutamiseks.
Aastal 1908 võeti kasutusele 1,5-meetrise peapeegliga teleskoop ja 1917. aastal 2,5-meetrise peapeegliga Hookeri teleskoop, mis oli järgneva 30 aasta jooksul maailma suurim teleskoop.
Aastal 1919 asus Mount Wilsoni observatooriumis tööle Edwin Hubble, kes töötas seal kogu ülejäänud elu.
Juunist detsembrini 1926 määras Albert Michelson Mount Wilsonil Mount San Antonio tipust peegeldunud valguskiire mõõtmise abil valguse kiiruseks 299 796 km/s.
Mount Wilsoni observatooriumis töötanud Horace Babcock oli oma 1953. aastal avaldatud tööga üks adaptiivse optika teerajajaid.
Aastal 1984 otsustas Carnegie Institution Mount Wilsoni observatooriumi tegevuse lõpetada ja keskenduda vaatlustele Tšiilis. Aasta hiljem lõpetati vaatlused Hookeri teleskoobiga. Aastal 1986 asutasid observatooriumi jätkamisest huvitatud astronoomid Mount Wilsoni instituudi. Instituut võttis observatooriumi üle 1989. aastal.
Aastal 1988 alustas tegevust Berkeley ülikooli kahest 165 cm teleskoobist koosnev infrapunainterferomeeter. Aasta hiljem alustati kuuest ühemeetrise peegliga teleskoobist koosneva Georgia osariigi ülikooli interferomeetri rajamist. See alustas tööd 2002. aastal.
Kui 99 aastat varem sõlmitud maa rendileping 2003. aastal lõppes, sõlmiti praeguse maaomaniku USA metsateenistusega uus leping järgmiseks 99 aastaks.
Mount Wilsoni observatooriumile aastatel 1915–1935 saadetud kirjad on esil Los Angelese juuramuuseumis. Need ilmusid ka raamatus "No One May Ever Have the Same Knowledge Again: Letters to Mt. Wilson Observatory 1915–1935" (ISBN 0-9647215-0-3).
Observatooriumi ohustas 2009. aasta augusti metsapõleng.
Luuletaja Alfred Noyes, kes viibis 1917. aastal Hookeri teleskoobi avamisel, sai sellest sündmusest inspiratsiooni oma teadusajaloost jutustava poeemi sissejuhatuseks. Tema sõnul oli esimene vaadeldud objekt Jupiter, ja luuletaja ise oli esimene, kes nägi üht planeedi kuudest.

1,5-meetrine teleskoop

George Ellery Hale sai 1,5-meetrise läbimõõduga peegli tooriku 1896. aastal kingitusena oma isalt. See oli valmistatud Prantsusmaal Saint-Gobaini tehases. Toorik oli 191 mm paksune ja kaalus 860 kg. Hale andis tooriku esialgu Chicago ülikoolile, kes tollal asus Yerkesi observatooriumi rajama. Isa oli lubanud ka tooriku lihvimise kinni maksta, kuid suri enne, kui peegli töötlemiseni jõuti. Peeglit hakati lihvima alles pärast Mount Wilsoni observatooriumi rajamist ja rahastaja leidmist 1905. aastal. Lihvimisele kulus kaks aastat. Teleskoobi ülejäänud konstruktsioonielemendid valmistati San Franciscos. Esimene vaatlus tehti 8. detsembril 1908. See oli kuni Hookeri teleskoobi valmimiseni maailma suurim kasutusel teleskoop.
Sellest sai üks teenekamaid teleskoope astronoomia ajaloos. Tema konstruktsioon võimaldas teha vaatluste põhjal spektroskoopilist analüüsi, parallaksi abil kaugusi määrata, pildistada udukogusid ja tegeleda fotomeetriaga. Ta kuulus veel aastakümneid maailma suuremate teleskoopide hulka.
1,5-meetrise teleskoobi vaatlusandmete põhjal leidis Harlow Shapley, et Linnutee on seniarvatust tunduvalt suurem ning et Päike ei paikne Linnutee keskmes. Teleskoobiga töötasid teiste seas Edwin Hubble, Walter Baade ja Allan Sandage.
Aastal 1992 paigaldati teleskoobile adaptiivne optiline süsteem (Atmospheric Compensation Experiment), mis parandas potentsiaalse lahutusvõime 0,5–1,0 kaaresekundilt 0,07 kaaresekundile.
Teleskoop on alates selle paigaldamisest olnud kasutusel peaaegu igal selgel ööl.
Praegu on teleskoop antud avalikkuse käsutusse. See on maailma suurim külastajatele ligipääsetav teleskoop.

2,5-meetrine Hookeri teleskoop

Hale hakkas kohe ka suuremat teleskoopi valmistama. Seda rahastasid John D. Hooker ja Andrew Carnegie. Esimene neist annetas 45 000 dollarit. Aastal 1911 andis Andrew Carnegie kümme miljonit dollarit Carnegie Institutionile palvega aidata kaasa Mount Wilsoni observatooriumi valmimisele veel tema eluajal. Tal õnnestuski see ära näha.
Tooriku tegemist alustati rohkem kui kahest tonnist klaasist, mis ahjus üheks tükiks sulatati. Et pragunemist vältida, jahutati toorikut kauem kui aasta. Saint-Gobain sai pärast mitut ebaõnnestunud katset toorikuga valmis 1908. aastal. Teleskoobiga tehti esimene vaatlus 2. novembril 1917.
Teleskoobi optiline mehhanism liugleb elavhõbedavannil. See tagab sujuva liikumise. Sama mehhanism on kasutusel ka 1,5-meetrisel teleskoobil. Aastal 1919 paigaldati teleskoobi külge Albert Michelsoni loodud kuuemeetrine interferomeeter. See oli esimene interferomeeter, mida kasutati astronoomilisteks vaatlusteks. Selle abil mõõtis Michelson esimest korda tähe läbimõõdu. 13. detsembril 1920 sai Betelgeuse esimeseks täheks väljaspool Päikesesüsteemi, mille läbimõõt mõõdeti. Kokku mõõdeti sellega seitsme punase hiidtähe (Betelgeuse, Arcturuse, Antarese, Aldebarani, Alpha Herculise, Beta Pegasi ja Mira) läbimõõt. Henry Norris Russell lõi vaatluste põhjal oma tähtede klassifikatsioonisüsteemi.
Alguses oli peegel kaetud hõbedaga, 1935. aastal asendati hõbedakiht alumiiniumikihiga, mis peegeldas 50 protsenti rohkem valgust. Alumiiniumiga katmisel kasutatud uut meetodit katsetati enne väiksema teleskoobi peal.
Edwin Hubble tegi oma suured avastused Hookeri teleskoobiga tehtud vaatluste põhjal. Ta järeldas vaatlustulemuste põhjal, et Linnutee ei ole ainus galaktika universumis. Koos Milton L. Humasoniga avastas ta, et kosmiliste objektide punanihe on seda suurem, mida kaugemal nad meist asuvad. Selle asjaolu, mis annab tunnistust universumi paisumisest, sõnastas ta Hubble'i seadusena.
Hooker oli suurim teleskoop kuni 1948. aastani, mil 150 km lõuna pool Palomari observatooriumis võeti kasutusele 5,1-meetrine Hale'i teleskoop.
1980. aastatel hakati üha rohkem tegelema süvakosmose vaatlustega, mille jaoks osutus Los Angelese valgusreostus liiga suureks. Aastal 1986 otsustas Carnegie Institution observatooriumi sulgeda. Asjast huvitatud teadlased asutasid Mount Wilsoni instituudi ning Carnegie Institution nõustus observatooriumi instituudile üle andma. Vaatlused Hookeri teleskoobiga katkestati. Neid alustati uuesti 1992. aastal, mil teleskoopi täiendati adaptiivse optikaga.
Teleskoobi lahutusvõime on 0,05 kaaresekundit.

Päikeseteleskoobid

Observatooriumis on kolm päikeseteleskoopi. Kaht neist kasutatakse vaatlusteks. Snow' päikeseteleskoop oli observatooriumi esimene teleskoop, mille George Ellery Hale tõi kaasa Yerkesi observatooriumist. See oli maailma esimene statsionaarne päikeseteleskoop. 61 cm läbimõõduga peegliga Snow' teleskoop paigaldati 1904. aastal maapinnale. Peagi selgus, et maapinna soojuskiirgus takistab vaatlusi. Soojuskiirguse varjestamiseks kasutati esialgu kangaid, kuid et see tekitas liiga suure tuleohu, asendati need 1911. aastal alumiiniumist kestaga.
Kuigi Snow' teleskoop hiljem maapinnast kõrgemale paigutati, otsustati siiski kohe pärast selle paigaldamist käiku võtta uued teleskoobid. Et maapinnalt kiirguvast soojusest tingitud turbulents vaatlusi ei häiriks, otsustati püstitada nende paigaldamiseks tornid. Aastal 1908 paigaldati 18 meetri kõrguse torni otsa maailma esimene tornteleskoop, 1912. aastal valmis 46-meetrise torniga teleskoop. Esimest neist kasutatakse praegu helioseismoloogilisteks vaatlusteks, teist rakendatakse UCLA päikesetsüklite uurimise programmis. Snow' teleskoopi kasutatakse õppeeesmärgil esitluste korraldamiseks.
Päikeseplekkide kiirgusspektrit uurides täheldas Hale 1908. aastal Zeemani efekti, mis andis kinnituse tema veendumusele, et Päikesel on magnetväli.
Mount Wilsoni observatoorium on algusest peale olnud üks juhtivaid päikeseobservatooriume. Tänapäeval on see üks väheseid helioseismoloogiaga tegelevaid observatooriume.
Iga tööpäeva alustatakse sajandivanuse rituaaliga – arhiivi lisatakse värske foto Päikesest.

Interferomeetria

Pärast observatooriumi ülevõtmist 1989. aastal on Mount Wilsoni instituut püüdnud leida teleskoopidele uusi rakendusviise. Erakordselt stabiilne atmosfäär Mount Wilsoni kohal sobib hästi interferomeetrilisteks vaatlusteks. Lahutusvõime paraneb mitme vaatluspunkti kasutamisel sedavõrd, et võimaldab otse mõõta muu hulgas tähtede läbimõõte. Albert Michelson mõõtis just Mount Wilsonil 1919. aastal esmakordselt tähe läbimõõdu.
Observatooriumis on kaks interferomeetrit. Suurem on CHARA hallatav kuuest teleskoobist koosnev kompleks.
Infrapuna-kosmoseinterferomeeter (ISI) koosneb kolmest 1,65-meetrise peegliga teleskoobist, mille vaatluspiirkond on infrapunaspektri keskmistel sagedustel. Teleskoobid on mobiilsed, neid saab paigutada kuni 70 m kaugusele üksteisest. Signaal teisendatakse raadiolaine sagedusele ja seda töödeldakse edasi raadioastronoomia meetoditega. Teleskoopi haldab Berkeley ülikooli allharu. 70 meetri kaugusel asetsevatest teleskoopidest moodustuva interferomeetri lahutusvõime on 0,003 kaaresekundit 11-mikromeetrise lainepikkusega kiirguse korral.
CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) interferomeeter koosneb kuuest ühemeetrise peegliga teleskoobist, mille maksimaalne kaugus on 330 meetrit. Interferomeetrit haldab  Georgia osariigi ülikool; see töötab alates 2002. aastast. Integreeritud pildi lahutusvõime on 0,0005 kaaresekundit.

Varem kasutusel olnud teleskoobid

Eric Becklin kasutas 1966. aastal infrapunadetektoriga 610 mm teleskoopi Linnutee tsentri leidmiseks.
Aastal 1968 teostasid Gerry Neugebauer ja Robert B. Leighton 1,6-meetrise reflektori abil esimese suure sagedusega infrapunakiirgusega (lainepikkusega 2,2 µm) taevauuringu. See instrument kuulub nüüd Smithsoni instituudile.