For 100 år siden i dag så verdens mest legendariske teleskop sitt første lys.

Den 2. november 1917 ble Hooker-teleskopet rettet mot himmelen for første gang fra Mount Wilson-observatoriet i California. Teleskopet var verdens største frem til 1949 og var verktøyet som Edwin Hubble brukte for å gjøre observasjonene som skulle endre vårt syn på universet. Men teleskopet har også bidratt til andre viktige oppdagelser.

Dette innlegget er første del av Teleskoper-innleggsserien hvor jeg tar en nærmere titt på noen av de viktigste teleskopene vi har og den nye kunnskapen de har bidratt til.

Kort bakgrunnshistorie

Mount Wilson-observatoriet ble grunnlagt av den amerikanske astronomen George Ellery Hale i 1904. Det startet som et solobservatorium. Det første natteleskopet – et teleskop kalt «60-inch telescope» fordi det hadde et hovedspeil med en diameter på 60 tommer (1,5 meter) – stod ferdig i 1908 og var det største optiske teleskopet i verden på den tiden.

Men allerede før det 60-tommer store teleskopet var på plass og testet ut, hadde Hale allerede bestilt et teleskop på 2,5 meter (100 tommer), en størrelse som var uhørt på den tiden. Hale visste ikke en gang i hvilken grad et teleskop på 100-tommer ville gi den ekstra presisjonen han håpet på, sammenlignet med teleskopet på 60 tommer. Det var dessuten usikkert hvordan det ville gå å produsere et så stort speil.

Den lokale forretningsmannen John D. Hooker var en stor økonomisk bidragsyter til teleskopet, og teleskopet er blitt oppkalt etter han, selv om det oftest bare refereres til som «100-inch telescope». Teleskopet er et reflektorteleskop.

Gammelt postkortmotiv som viser Hooker-teleskopet.

Etter mange problemer med produksjonen av hovedspeilet og teleskopkonstruksjonen, så Hooker-teleskopet mot himmelen, nærmere bestemt Jupiter, for første gang i 1917. Etter litt justeringer, viste teleskopet seg å være så kraftfullt som Hale hadde håpet på.

Hale hadde invitert med den engelske poeten Alfred Noyes til å være tilstede da teleskopet ble prøvd for første gang, som senere skrev diktet «Watchers of the Sky» om begivenheten. Der står det blant annet:

«… The explorers of the sky, the pioneers
Of science, now made ready to attack
That darkness once again,
and win new worlds.»

Innsiden av Hooker-teleskopet. Bilde: Mount Wilson Observatory

Et univers utenfor Melkeveien

Den amerikanske astronomen Edwin Hubble ankom Mount Wilson og begynte å brukte Hooker-teleskopet kort tid etter at det kom i drift. Selv om dette bare var 100 år tilbake i tid, var det en svært annerledes tid astronomisk sett. Vi trodde for eksempel at galaksen vår, Melkeveien, var alt som eksisterte i universet og at alt vi så på himmelen var en del av galaksen vår.

Astronomer hadde observert det man kalte Andromedatåken – man visste ikke hva den egentlig var, men det så ut som et tåkeaktig objekt i teleskopet. Det var stor debatt om den var en del av galaksen vår eller om den befant seg lenger unna. Dette ville Hubble finne ut av. En bilde av Andromedatåken tatt av Hubble med Hooker-teleskopet i 1923 skulle gi svaret:

Fotografisk plate av «Andromedatåken», eller Andromedagalaksen som vi kjenner den i dag, tatt av Hubble med Hooker-teleskopet i 1923. Platen er utstilt hos Mount Wilson Observatory og regnes som det viktigste bildet som noen sinne er tatt med Hooker-teleskopet.

Hubble trodde først han så en nova i bildet av Andromedatåken (markert med «N» i bildet ovenfor), en type stjerne som brått øker i lysstyrke. Men etter at han sammenlignet den fotografiske platen med tidligere observasjoner, så han at det var en type variabelstjerne («VAR!»). Og ikke en hvilken som helst variabelstjerne. Det var en kefeide, en type variablestjerne som varierer i lysstyrke i en periodisk rytme. Perioden og luminositeten til denne stjernen kunne Hubble bruke til å måle avstanden til den.

Da gjorde Hubble et viktig funn: Andromedatåken viste seg å befinne seg så langt unna at den måtte være utenfor Melkeveigalaksen og være en helt egen galakse! Plutselig vokste universet i størrelse. Melkeveien var ikke lenger alt som fantes der ute.

Hubble tok flere bilder av Andromedagalaksen for å finne flere kefeider slik at han kunne bekrefte funnet sitt. Flere fant han og funnet ble et faktum.

En av Edwin Hubbles fotografiske plater av Andromedagalaksen tatt med Hooker-teleskopet i 1924. Han har markert fire kefeider i bildet.

Et ekspanderende univers

Snart skulle Hubble gjøre et annet funn. I 1929 brukte han, sammen med Milton Humason, Hooker-teleskopet til å måle hastigheten til galaksene rundt oss. De fant at galaksene beveger seg vekk fra oss, og at jo lenger unna de er, desto raskere beveger de seg vekk fra oss. Det skulle vise seg at universet utvider seg! Dette måtte tyde på at universet tidligere har vært mye mindre enn det er i dag. Kanskje hadde ikke universet eksistert for alltid, noe mange trodde på den tiden?

Med dataene han tok, kunne Hubble regne ut det vi kaller hubblekonstanten, som er et mål på hvor raskt universet utvider seg. Dette tallet kunne Hubble bruke for å anslå hvor gammelt universet er og hvor stort det observerbare universet er.

Hubbles opprinnelige graf som viser hastigheten (den vertikale aksen) til 46 galakser som funksjon av avstand fra oss (den horisontale aksen).

Hubbles oppdagelse av at universet utvider seg, har etter hvert ledet til big bang-teorien som sier at universet startet i en ekstremt varm og tett tilstand for mange milliarder år siden, for deretter å ha utvidet seg til å bli universet vi ser i dag.

Første hint av mørk materie

I forrige innlegg skrev jeg om ulike måter å «se» mørk materie på. En av måtene er å se på bevegelsen til galakser i galaksehoper. I 1933 var den sveitsiske astronomen Fritz Zwicky på Mount Wilson og brukte Hooker-teleskopet for å studere galaksehopen Comahopen.

Zwicky oppdaget at han så mindre masse i galaksehopen (i form av lysende stjerner) enn gravitasjonskreftene i systemet tilsa. Gravitasjonskreftene som dro i galaksene og ga dem deres hastigheter rundt i hopen, indikerte at det fantes mye mer masse der enn det som var mulig å se – en form for usynlig materie. Zwicky kalte det «dunkle Materie» på tysk – eller mørk materie. Det var andre som hadde snakket om den mulige eksistensen av mørk materie tidligere, men dette var det aller første tegnet på at mørk materie virkelig eksisterte!

En del av galaksene i Comahopen. Bilde: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona (Wikipedia Commons)

Ulike stjernepopulasjoner

I 1944 så den tyske astronomen Walter Baade på Andromedagalaksen. Ved hjelp av Hooker-teleskopet var det mulig å se enkeltstjerner i Andromedagalaksen for aller første gang, som Baade tok spektra av. Basert på spektrene, delte han stjernene inn i to grupper, som viste seg å gruppere stjernene utifra deres kjemiske sammensetning. Han kalte de to gruppene for populasjon I og populasjon II (populasjon III er en hypotetisk stjernepopulasjon som er blitt lagt til senere). Disse navnene brukes aktivt i dag.

Det viser seg at stjerner som består av en stor mengde tyngre grunnstoffer, kalt populasjon-I-stjerner, er blitt dannet i nyere tid. Mens stjerner med liten mengde av tyngre grunnstoffer, kalt populasjon-II-stjerner, ble dannet tidligere i universets historie.

Historien går som følger: I det store smellet ble det kun dannet hydrogen og helium, pluss bittelitt litium og beryllium. De første stjernene var derfor metallfattige. Gjennom stjernenes liv har tyngre grunnstoffer blitt produsert gjennom fusjon inni stjernenes kjerne, som deretter er blitt slynget ut i universet gjennom supernovaeksplosjoner. Med tiden har stjernene matet universet med stadig mer av de tyngre grunnstoffene. Disse har blandet seg inn med gassen rundt om i universet, som senere har klumpet seg sammen til å danne nye, mer metallrike stjerner.

Da jeg holdt presentasjon om sorte hull fra såkalt «direkte kollaps», snakket jeg litt om de ulike stjernepopulasjonene. Her er en av lysbildene som viser en tidslinje for universet:

Sentrum av Melkeveien

Walter Baade brukte også Hooker-teleskopet til å lokalisere sentrum av Melkeveien for aller første gang. Dette skjedde i 1946. Fordi det er så mye interstellart støv som blokkerer utsikten vår mot galaksesenteret, hadde man ikke klart å finne ut med sikkerhet hvor galaksesenteret befant seg. Dette klarte Baade å finne ut av ved å se gjennom et lite område av himmelen i nærheten av galaksesenteret hvor det viser seg å være svært lite støv. Dette området fungerer som et «observasjonsvindu» mot galaksesenteret og har i ettertid fått navnet Baades vindu.

«Baades vindu» i sentrum av Melkeveigalaksen. Bilde: NASA, ESA, Z. Levay (STScI) and A. Fujii

Stjernestørrelser og stjerneklasser

Den amerikanske fysikeren Albert A. Michelson brukte i 1919 Hooker-teleskopet til å måle størrelsen til stjernen Betelgeuse. Dette var første gang man målte størrelsen til en annen stjerne enn Solen.

Stjerneobservasjoner gjort med Hooker-teleskopet ble viktige i arbeidet til den amerikanske astronomen Henry Norris Russell med å klassifisere stjerner. Hans arbeid, sammen med det uavhengige arbeidet til den danske astronomen Ejnar Hertzsprung, ledet til Hertzsprung–Russell-diagrammet (kalt HR-diagrammet, vist nedenfor). HR-diagrammet viser sammenhengen mellom luminositeten og temperaturen til stjerner, og var et viktig bidrag for å forstå stjerners utvikling. Studerer man fysikk, er HR-diagrammet en viktig del av pensum allerede på videregående skole for å forstå de ulike typer stjerner vi har og utviklingen fra den ene typen til den andre.

Hertzsprung-Russell-diagrammet. Figur: ESO

Dagens Hooker-teleskop

På grunn av lysforurensning fra Los Angeles som ligger rett nedenfor Mount Wilson, kan ikke Hooker-teleskopet lenger brukes til forskning. I dag er Hooker-teleskopet verdens største teleskop som er dedikert til allmenn bruk. Teleskopet ble nylig bygd om slik at det er mulig å se gjennom teleskopet med øyet – tidligere har teleskopet kun vært brukt til å sende lys direkte til fotoutstyr og detektorer. Det er mulig å leie teleskopet for å ha observasjonsnetter med mindre grupper. I blant arrangeres åpne observasjonsnetter hvor folk kan komme og se. De har også guidede turer, kafé og et museum.

De siste ukene har hele Mount Wilson-observatoriet vært truet av skogbrann, og det er ikke første gang. Heldigvis ser det ut til å ha gått bra også denne gangen.

Jeg var så heldig å få besøke Hooker-teleskopet da jeg tilbragte to uker på Mount Wilson Observatory i 2014. Nedenfor er noen av bildene jeg tok da. Jeg blogget masse under oppholdet og alle innleggene er registrert under stikkordet Mt. Wilson Observatory.

Mount Wilson Observatory og Hooker-teleskopet var et spennende sted å besøke fordi det er så mye historikk forbundet med stedet. Det har vært gjort mange viktige funn der og mange store vitenskapsmenn har besøkt stedet. Jeg gjorde som Hubble og gjorde observasjoner av Andromedagalaksen – jeg har skrevet litt om det her (på engelsk).

Dette bildet av Andromedagalaksen tok jeg da jeg besøkte legendariske Mount Wilson Observatory.

Dessuten var det ganske magisk å vandre rundt på toppen av Mount Wilson blant teleskopene i sorteste natten, som er ganske så sort – det er ingen gatebelysning der fordi teleskopene skal observere himmelen om natten. Da jeg kom nærme nok kanten av fjellet, kunne jeg se hele Los Angeles lyse oppunder meg:

Utsikten fra Mount Wilson. Bilde: Dave Jurasevich

* * *

Hva syns du er den kuleste oppdagelsen Hooker-teleskopet har bidratt til?

Hovedbilde: Mount Wilson Observatory