מצפה הר וילסון

מצפה הר וילסון () הוא מצפה כוכבים אסטרונומי במחוז לוס אנג'לס בקליפורניה שבארצות הברית. המצפה נמצא על הר וילסון, בפסגה בגובה 1,740 מטר בהרי סן גבריאל ליד פסדינה, צפונית מזרחית ללוס אנג'לס.

המצפה מכיל שני טלסקופים חשובים מבחינה היסטורית: טלסקופ הוקר במפתח של , שהיה טלסקופ הצמצם הגדול ביותר בעולם מהשלמתו ב-1917 עד 1949, וטלסקופ 60 אינץ' שהיה הטלסקופ הגדול ביותר בעולם כאשר הושלם ב-1908. במצפה נמצא גם טלסקופ שנבנה בשנת 1905, מגדל שמש בגובה 18 מטר שבנייתו הסתיימה בשנת 1908, מגדל שמש בגובה 46 מטר שהושלם בשנת 1912, ומערך CHARA, שנבנה על ידי אוניברסיטת המדינה של ג'ורג'יה, שהחל לפעול באופן מלא ב-2004 והיה האינטרפרומטר האופטי הגדול ביותר בעולם עם השלמתו.

בשל שכבת אינוורסיה שלוכדת ערפיח מעל לוס אנג'לס, בהר וילסון יש אוויר טבעי קבוע, מה שהופך אותו אידיאלי עבור אסטרונומיה בפרט עבור אינטרפרומטריה. זיהום האור ההולך וגדל בשל הצמיחה של לוס אנג'לס מגביל היכולת של מצפה הכוכבים לעסוק באסטרונומיה של החלל העמוק, אבל הוא עדיין מרכז פרודוקטיבי, עם מערך CHARA שממשיך לתרום למחקר כוכבים.

המצפה הוקם על ידי ג'ורג' אלרי הייל (George Ellery Hale), שבנה בעבר טלסקופ במפתח מטר אחד במצפה ירקס ושהיה הטלסקופ הגדול בעולם באותה העת. מצפה השמש בהר וילסון מומן תחילה על ידי מכון קרנגי של וושינגטון בשנת 1904, שהחכיר הקרקע מבעלי מלון הר וילסון. בין תנאי החכירה היה לאפשר גישה לציבור.

טלסקופי שמש 

ישנם שלושה טלסקופי שמש במצפה הר וילסון. היום, רק אחד הטלסקופים האלה, מגדל שמש בגובה 60 רגל, משמש עדיין למחקר השמש.

טלסקופ סנו 
טלסקופ השמש על שם סנו (Snow Solar Telescope) היה הטלסקופ הראשון שהותקן במצפה השמש בהר וילסון. זה היה טלסקופ השמש הראשון הקבוע במקומו בהר, להבדיל מטלסקופי שמש שקדמו לו שהיו ניידים כדי לאפשר שימוש בהם בתצפיות על ליקויי חמה ברחבי העולם. הטלסקופ נתרם למצפה יירקס על ידי הלן סנו משיקגו. ג'ורג' אלרי הייל, מנהל מצפה הכוכבים יירקס, הביא את הטלסקופ אל הר וילסון כדי להכניסו לשימוש ככלי מדעי במצפה. לטלסקופ זה מראה ראשית בגודל  ואורך מוקד של , ויחד עם ספקטרוגרף נעשו איתו עבודות פורצות דרך כדוגמת למידה של הספקטרום של כתמי השמש ותמונות יומיות של השמש באורכי גל שונים. לאחר מכן נעשה באמצעותו מחקר של כוכבים בהירים, שבו הספקטרום שלהם נמדד עם חשיפות ארוכות מאוד על לוחות זכוכית. כיום טלסקופ סנו משמש בעיקר סטודנטים לתואר ראשון שמתנסים בפיזיקה של השמש ובספקטרוסקופיה. הטלסקופ היה גם בשימוש הציבור עבור המעבר של כוכב חמה על פני השמש ב-9 מאי 2016.

מגדל שמש של 60 רגל 
זמן קצר אחרי התחלת העבודה עם טלסקופ סנו, החלה בנייתו של מגדל שמש בגובה . בהשלמתו בשנת 1908 הודות לתכנון המגדל האנכי של טלסקופ השמש, שלו אורך מוקד של 18 מטר, התאפשר להשיג ספקטרום ותמונה של השמש ברזולוציה גבוהה יותר מאשר זו שיכול היה להשיג טלסקופ סנו. ב-25 ביוני 1908 תיעד הייל את אפקט זימן בספקטרום של כתם שמש, והראה לראשונה ששדות מגנטיים קיימים במקום כלשהו מלבד כדור הארץ. גילוי מאוחר יותר היה של הקוטביות הפוכה בכתמי השמש של מחזור השמש החדש של 1912. הצלחתו של מגדל ה-60 רגל הניעה את הייל לקדם מגדל טלסקופ נוסף. בשנות ה-60 של המאה ה-20 גילה רוברט לייטון שלשמש יש תנודה של 5 דקות, ונולד תחום ההליוסייסמולוגיה. מגדל 60 הרגל מופעל על ידי המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת דרום קליפורניה.

מגדל שמש של 150 רגל 
המגדל שלו אורך מוקד של  תוכנן כמגדל בתוך מגדל, כשגובה המגדל הוא למעשה . המגדל הפנימי תומך באופטיקה של הטלסקופ, ואילו המגדל החיצוני, אשר מקיף לחלוטין את המגדל הפנימי, תומך בכיפה וברצפות סביב האופטיקה. תכנון זה אפשר בידוד מוחלט של האופטיקה מהשפעת הרוח. שתי מראות מזינות את אור השמש לעדשות בגודל  שממקדות את האור בקומת הקרקע. המגדל הושלם בשנת 1910, אבל בעיות בציוד האופטי גרמו לעיכוב של שנתיים עד להתקנתה של עדשה כפולה מתאימה. המחקר במגדל כלל בין היתר סיבוב השמש, קוטביות של כתמי שמש, רישום יומי של כתמי שמש ומחקרים רבים של השדה המגנטי. טלסקופ השמש היה לגדול מסוגו בעולם במשך 50 שנים עד להשלמתו של טלסקופ השמש McMath-Pierce בפסגת קיט באריזונה בשנת 1962. בשנת 1985 החלה אוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס להפעיל את מגדל השמש במסגרת מצפי קרנג'י לאחר שהוחלט להפסיק את מימון המצפה.

טלסקופ 60 אינץ' 

עבור טלסקופ 60 אינץ', עשה ג'ורג' אלרי הייל שימוש במראה תוצרת סן גובן הצרפתית, שקיבל מאביו ויליאם הייל ב-1896. זו מראת זכוכית בעובי 19 ס"מ ובמשקל 860 ק"ג. עם זאת, רק ב-1904 קיבל הייל מימון ממכון קרנג'י לבניית מצפה כוכבים. ליטוש המראה החל ב-1905 ונמשך שנתיים. הרכבה והמבנה של הטלסקופ נבנו בסן פרנסיסקו ובקושי שרדו את רעידת האדמה של 1906. העברת החלקים לראש הר וילסון הייתה משימה מורכבת. התמונה הראשונה שנלקחה באמצעות הטלסקופ נעשתה ב-8 בדצמבר 1908. באותה העת היה זה הטלסקופ המבצעי הגדול בעולם. הטלסקופ היה קטן במקצת מטלסקופ 72 אינץ' (1.8 מטר) "הלווייתן של פרסונטאון" שנבנה ב-1845, אך בשנות התשעים של המאה ה-19 כבר היה מחוץ לשימוש.

אף על פי שהיה קטן במקצת מהלווייתן, היה לטלסקופ ה-60 אינץ' יתרונות רבים, בהם אתר טוב בהרבה, מראת זכוכית במקום סגסוגת speculum metal ואפשרות לעקוב אחרי כל כיווני השמיים.

טלסקופ 60 אינץ' הוא טלסקופ מחזיר אור שנבנה עבור תצורות טלסקופ ניוטוני, קסגרייני ו-coudé. כיום מופעל בתצורת טלסקופ קסגרייני. הוא הפך לאחד הטלסקופים הפוריים והמצליחים ביותר בהיסטוריה האסטרונומית. הודות לתכנונו התאפשרה עבודת ניתוח ספקטרוסקופית חלוצית, מדידות פרלקסה, צילומי ערפיליות וצילום פוטומטרי . אף על פי שגודלו קטן משל טלסקופ הוקר שהוקם תשע שנים לאחר מכן, הטלסקופ 60 האינץ' נשאר אחד הגדולים בשימוש במשך עשורים.

כיום, הטלסקופ משמש את הקהל הרחב. זהו הטלסקופ השני בגודלו בעולם המיועד לציבור הרחב. קבוצות יכולות להזמין את הטלסקופ לערב של תצפית.

טלסקופ הוקר 
במצפה הר וילסון נמצא גם טלסקופ הוקר שהוא טלסקופ 2.5 מטר (100 אינץ'), שהושלם בשנת 1917, והוא היה הטלסקופ הגדול ביותר בעולם בין השנים 1917–1949. זהו אחד הטלסקופים המפורסמים ביותר באסטרונומיה תצפיתית במאה ה-20. אדווין האבל השתמש בו כדי לערוך תצפיות שהובילו לתוצאות ששינו את ההשקפה המדעית על היקום. באמצעות תצפיות שעשה ב־1922–1923, הצליח האבל להוכיח כי היקום נמצא גם מעבר לגלקסיה של שביל החלב, ולהצביע על ערפיליות שנמצאות מיליוני שנות אור מכדור הארץ. לאחר מכן הוא הראה כי היקום היה מתרחב.

בנייה 

בעיצומו של הפרויקט לבניית טלסקופ של שישים אינץ', חשב הייל על הקמת טלסקופ גדול יותר. ג'ון ד' הוקר סיפק סכום של $45,000 לרכישה ושחיקה של מראה לטלסקופ, בעוד אנדרו קרנגי מימן את השלמת הטלסקופ והכיפה. בית-החרושת של סן-גובין נבחר שוב לקחת חלק בפרויקט ב-1906, והוא הושלם ב-1908. לאחר בעיות רבות בציוד, הושלם הטלסקופ של הוקר וראה "אור ראשון" ב -2 בנובמבר 1917.

בשנת 1919 צויד טלסקופ הוקר בתוספת מיוחדת, אינטרפרומטר אסטרונומי אופטי של 6 מטרים שפותח על ידי אלברט מייקלסון. מייקלסון השתמש בציוד כדי לקבוע את הקוטר המדויק של כוכבים, כגון ביטלג'וז, וכך התאפשר לראשונה למדוד גודל של כוכב. על בסיס תצפיותיו, פיתח הנרי נוריס ראסל מערכת סיווג כוכבים.

בשנת 1935 ציפוי הכסף ששימש מאז 1917 על המראה של הוקר הוחלף בציפוי אלומיניום מודרני יותר ששיקף 50% יותר אור מאשר ציפוי הכסף הישן יותר. השיטה החדשה יותר של ציפוי עבור מראות טלסקופ נבדקה לראשונה על מראה 1.5 מטר ישנה יותר.

רבים מהחישובים החשובים של אדווין האבל התבססו על עבודה עם טלסקופ הוקר. בשנת 1923, גילה האבל את המשתנה הקפאידי הראשון בערפילית הספירלית של אנדרומדה תוך שימוש בטלסקופ 2.5 מטר. תגלית זו אפשרה לו לחשב את המרחק לערפילית הספירלית של אנדרומדה ולהראות כי למעשה הייתה זו גלקסיה מחוץ לגלקסיית שביל החלב. האבל, בסיועו של מילטון ל. הומסון, הבחין בעוצמת ההיסט לאדום בגלקסיות רבות ופרסם מאמר ב-1929 שהראה כי היקום מתרחב.

במשך שלושה עשורים היה הוקר הטלסקופ הגדול ביותר, עד שב-1948 השלים קונסורציום קאלטק-קרנגי את טלסקופ הייל שגודלו  במצפה פלומר, 144 ק"מ דרומה, במחוז סן דייגו, קליפורניה.

בשנות השמונים של המאה ה-20, ההתמקדות המחקר האסטרונומי עבר לתצפיות בחלל העמוק, שדרשה שמים חשוכים יותר ממה שניתן היה למצוא באזור לוס אנג'לס, בשל הבעיה ההולכת ומתגברת של זיהום אור. בשנת 1989, מכון קרנגי, אשר ניהל את מצפה הכוכבים, מסר אותו למכון הר וילסון. הפעילות בטלסקופ של 2.5 מטר הופסקה, אך הוא הופעל מחדש ב-1992 וב-1995 הוא צויד במערכת אופטית חדשה, ומאוחר יותר ב-1997, הוא שימש UnISIS, מערכת אופטית מכוונת לייזר.

עם הירידה בשימוש בטלסקופ לעבודה מדעית הוחלט להמיר אותו לשימוש לתצפיות חזותיות. בגלל המיקום הגבוה של המוקד הקסגרייני מעל רצפת התצפית, פותחה מערכת של מראות ועדשות כדי לאפשר צפייה מעמדה בתחתית צינור הטלסקופ. עם השלמתה בשנת 2014, החל טלסקופ ה-2.5 מטר לשמש כטלסקופ הציבורי הגדול בעולם. החל מ-2015 נעשות בו תצפיות מתוכננות.

אינטרפרומטריה 
בהר וילסון נעשתה לאורך השנים עבודה רבה בתחום האינטרפרומטריה האסטרונומית. לא פחות מ-7 אינטרפרומטרים הופעלו בהר. הסיבה לכך היא האוויר היציב על הר וילסון שמתאים מאוד לאינטרפרומטריה. השימוש במספר נקודות צפייה מאפשר להגדיל את הרזולוציה מספיק כדי לאפשר מדידה ישירה של פרטים כגון קוטר של כוכבים.

האינטרפרומטר הכוכבי של 20 רגל 
האינטרפרומטר הראשון בהר אינטרפרומטר של 20 רגל. בשנת 1919 היה טלסקופ הוקר של 100 אינץ' צויד באינטרפרומטר אסטרונומי אופטי של 20 רגל שפותח על ידי אלברט א' מייקלסון ופרנסיס ג' פיז. הוא חובר לקצה הטלסקופ של 100 אינץ' והשתמש בטלסקופ כפלטפורמה מנחה כדי לשמור על כיוון עם הכוכבים הנחקרים. בדצמבר 1920 הצליחו מייקלסון ופיז להשתמש בציוד כדי לקבוע את קוטרו המדויק של כוכב, הענק האדום ביטלג'וז, והייתה זו הפעם הראשונה שבה נמדד הגודל הזוויתי של כוכב. בשנה הבאה, מייקלסון ופיז מדדו את הקוטר של 6 ענקים אדומים נוספים לפני שהגיעו לגבול הרזולוציה.

אינטרפרומטר כוכבי של 50 רגל 
כדי להרחיב על העבודה של אינטרפרומטר 20 רגל, פיז, מייקלסון וג'ורג' א' הייל תכננו אינטרפרומטר 50 רגל אשר הותקן במצפה הר וילסון בשנת 1929. בעזרתו נמדדה בהצלחה קוטרו של ביטלג'וז, אבל, מלבד בטא אנדרומדה, האינטרפרומטר לא יכול היה למדוד כוכבים שלא נמדדו כבר על ידי זה של ה-20 רגל.

אינטרפרומטריה אופטית הגיעה לקצה גבול יכולתה הטכנולוגית, ורק לאחר כשלושים שנה עם מחשוב מהיר, גלאים אלקטרוניים ולייזרים איפשרו להרחיב את יכולותיהם אינטרפרומטרים גדולים.

אינטרפרומטר תת-אדום 
האינטרפרומטר התת-אדום (Infrared Spatial Interferometer; ISI), מופעל על ידי זרוע של אוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. האינטרפרומטר הוא מערך של שלושה טלסקופים של 1.65 מטר. הטלסקופים הם ניידים לחלוטין והמיקום הנוכחי שלהם על הר וילסון מאפשר מיקומם עד 70 מטרים זה מזה, וכך להנות מטלסקופ של קוטר זה. האותות מומרים לתדרי רדיו באמצעות מעגלי הטרודין (heterodyne) ולאחר מכן ממוזגים אלקטרונית באמצעות שיטות שהועתקו רדיו אסטרונומיה.

מערך CHARA 
מערך CHARA (ובשם המערך Center for High Angular Resolution Astronomy), שנבנה ומופעל על ידי אוניברסיטת המדינה של ג'ורג'יה, הוא אינטרפרומטר שנוצר משישה טלסקופים של מטר אחד, המסודרים לאורך שלושה צירים עם הפרדה מרבית של 330 מטר. אלומות האור עוברות בצינורות ואקום, מתעכבות ומשולבות אופטית, ולכך נדרש מתקן של 100 מטר עם מראות ניידות על עגלות כדי לשמור על האור. השימוש המדעי ב-CHARA החל בשנת 2002. שישה טלסקופים נמצאים בשימוש קבוע עבור תצפיות מדעיות.
 
בשנת 2007 לראשונה בוצע מדידה ישירה של כוכב לכת חוץ-שמשי. בשנת 2013 בעזרת CHARA לראשונה הובחנו כתמים על כוכב (בדומה לכתמי שמש). בשנת 2017 פורסמו תוצאות מחקר מעמיק של צוות בינלאומי שהוקדש ל-3 כוכבי תת-ענק (HD 197989, HD 189276, HD 161976)

טלסקופים אחרים 
טלסקופ של 61 ס"מ עם גלאי תת-אדום שימש את אריק בקלין ב-1966 כדי לקבוע את מרכז שביל החלב בפעם הראשונה.

בשנת 1968 נערך סקר שמיים ראשון מסוגו על ידי ג'רי ניוגבאור ורוברט ב לייטון.

היסטוריה 

 מכתבים למצפה הר וילסון מוצגים בתערוכה קבועה ב-Museum of Jurassic Technology בלוס אנג'לס, קליפורניה. חלק ממכתבים אלה קובצו גם בספר No One May Ever Have the Same Knowledge Again: Letters to Mt. Wilson Observatory 1915–1935 ( 
 המשורר האנגלי אלפרד נויס היה נוכח ב"אור הראשון" של טלסקופ הוקר ב-2 בנובמבר 1917. נויס השתמש בלילה זה כפתיח ליצירתו Watchers of the Sky. על פי דיווחו על הלילה, האובייקט הראשון שנצפה בטלסקופ היה צדק, ונויס עצמו היה הראשון שראה את אחד הירחים של הפלנטה דרך הטלסקופ.

קישורים חיצוניים 

 
 The 100-inch Hooker Telescope
 150-Foot Solar Tower Webcam Image
 CHARA
 The ISI Array
 Mount Wilson Observatory Clear Sky Clock
 Letters to the MWO, 1915-1935
 "Telescope's Five Ton Eye Is Restored With Silver", January 1931, Popular Mechanics

הערות שוליים 

אדווין האבל
ארצות הברית: מצפי כוכבים
קליפורניה: מבנים