211service.com
Een oog op de lucht
Veertig mijl ten noordwesten van MIT in de bossen van Westford, Massachusetts, leidt een nauwelijks gemarkeerde afslag een smalle onverharde weg af naar een klein wit gebouw. Van de buitenkant is het onopvallend, afgezien van de twee koepels die, als gedrongen silo's, bijna ter hoogte van de omringende eiken oprijzen. In elke koepel bevindt zich een telescoop. Wanneer de mechanische daken van de Wallace Astrophysical Observatory op heldere avonden worden afgepeld, beoefenen MIT-astronomen de wetenschap van het bestuderen van de nachtelijke hemel.
Op een koude, droge nacht begin februari hopen twee van zulke waarnemers op geluk. Het is ver na middernacht en een ijzige temperatuur van 3 °F, en Timothy Brothers, sitemanager van Wallace en Stephanie Sallum '12 willen de eerste astronomen zijn die Quaoar fotograferen, een duizend kilometer breed object op een miljard kilometer voorbij Pluto, terwijl het voorlangs passeert van een ster. Brothers en Sallum zijn er niet zeker van dat ze Quaoar zullen kunnen spotten, die is vernoemd naar een Indiaanse scheppingsgod. Volgens berekeningen van MIT-onderzoekers zou het de ster om 05.03 uur boven de Atlantische Oceaan moeten afsluiten. Deze twee wedden dat een telescoop in het oosten van Massachusetts dichtbij genoeg zal zijn om hem te vangen.
Het Wallace Observatorium opende dit najaar 40 jaar geleden zijn deuren, en een blik op zijn geschiedenis - en door zijn logboek, dat dateert uit 1971 - onthult hoe de wetenschap van observeren is geëvolueerd met technologie. In 1971 maakten de computerbesturingen van Wallace het hypermodern; tegenwoordig is de uitrusting van het observatorium relatief bescheiden in vergelijking met de enorme telescopen die in modernere faciliteiten in de lucht zijn getraind. Maar het observatorium van MIT is met de tijd meegegroeid en heeft vooruitgang geboekt in onderwijs en onderzoek. Als hij 40 wordt, lijkt Wallace klaar te staan om een speciale plek aan het MIT te behouden voor veel langer dan de makers hadden gedacht.
Lage nevel, dikke wolken aan de zuidelijke hemel. Ik heb solitaire leren spelen. Amanda is net wakker.
-Wallace logboek, 16 juli 1989, 01:00 uur
De faciliteit heeft het uiterlijk van een perfecte schuilplaats om planeten en sterren te observeren. De compacte enkele verdieping van het gebouw herbergt een computerdataruimte, een kitchenette, een verlaten donkere kamer en een werkplaats voor het bevestigen van telescopen. Een bordje op de deur van een piepklein kamertje met stapelbedden luidt: QUIET PLEASE, ASTRONOMER SLEEPING. Hemellichamen bewegen niet volgens menselijke schema's; wanneer er een belangrijke astronomische gebeurtenis te observeren is, dicteert de timing de werkuren. Als er een evenement gepland staat om drie of vijf uur 's ochtends, is het misschien beter om hier weg te gaan en een paar uur te slapen van tevoren, legt Brothers uit.
Op 11 februari om 2 uur 's nachts zijn hij en Sallum wakker en bereiden ze zich voor op hun Quaoar-observatie. Ze halen snacks tevoorschijn - kaneelrozijnenbrood en Nutella - en rollen het dak terug om de camera's te testen die op hun telescopen zijn aangesloten. Dergelijke camera's kunnen in één nacht duizenden beelden vastleggen om te volgen wat er in de kosmos gebeurt.
Brothers is neergestreken in de koepel waarin de 16-inch telescoop van de faciliteit is gehuisvest - een koud zilveren instrument dat de waarnemer in het niet doet staan. Een wenteltrap vanaf het hoofdkantoor en door een luikje zit de grotere 24-inch telescoop, voornamelijk gebruikt voor geavanceerd onderzoek; het is vanavond buiten gebruik voor een upgrade van het besturingssysteem. De inch-metingen verwijzen naar de diameter van de hoofdspiegel van elke telescoop. Hoe groter de spiegel, hoe meer licht een telescoop kan verzamelen, wat een duidelijker beeld van de lucht oplevert.
Occultaties, die optreden wanneer een hemellichaam zoals Quaoar voor een heldere ster passeert, zijn een frequente focus van Wallace-onderzoekers. (Ze zoeken ook vaak naar exoplaneten, of planeten buiten ons zonnestelsel, terwijl ze sterren passeren.) Je kunt deze objecten vanaf de aarde niet duidelijk in beeld brengen - ze zijn te klein en te ver weg, zegt Carlos Zuluaga, een onderzoeksmedewerker in de afdeling Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS), die nauw samenwerkt met het Wallace Observatory. Maar door te observeren hoe ze het licht van de ster blokkeren, kunnen onderzoekers informatie verzamelen over de objecten, waarvan vele verre overblijfselen zijn van de vorming van het zonnestelsel. Door in kaart te brengen hoe lang een passerend object als Quaoar een ster lijkt te doven, kan wetenschappers helpen de grootte van het object te berekenen.
Deze observatiemethode is een krachtig hulpmiddel in de astronomie, zegt Zuluaga: Dankzij occultaties kennen we de grootte van Pluto tot op enkele kilometers. Het is ook mogelijk om meer te weten te komen over de andere eigenschappen van een planetair object, bijvoorbeeld of het een atmosfeer heeft. Als het licht van een ster sterk daalt wanneer een object ervoor passeert, voorspellen astronomen dat het object geen atmosfeer heeft. Maar als de helderheid van de ster geleidelijker vervaagt, kan een atmosfeer het licht breken.
Het spul dat er is, is vrijwel onveranderd, bewaard gebleven vanaf het begin van het zonnestelsel, zegt Zuluaga. Dat betekent dat het aanwijzingen kan geven over de oorsprong van de aarde.
Vanuit zijn kantoor in het Groene Gebouw op de campus gebruikt Zuluaga nauwkeurige wiskunde om te voorspellen wanneer occultaties zullen plaatsvinden, waarbij hij zorgvuldig de positie van een ster verifieert ten opzichte van de baan van een object. Met software geschreven door MIT-astronomen, verfijnt en verfijnt hij de waarschijnlijke positie van een bepaalde ster, waarbij hij de coördinaten van anderen eromheen als referentie gebruikt. Je gebruikt sterren waarvan de positie beter bekend is dan degene die we volgen, legt hij uit.
Het andere deel van Zuluaga's taak is het uitzoeken van de ideale locatie voor een astronoom om een occultatie waar te nemen. Vaak is een evenement alleen zichtbaar vanuit bijvoorbeeld Nieuw-Zeeland of Mexico. In deze gevallen kan het MIT een klein kader van waarnemers sturen om de telescopen van een andere instelling te gebruiken. Dit jaar stuurde MIT voor het eerst een groep Wallace-astronomen naar Alaska: Varuna, een object in de Kuipergordel van bevroren planetaire lichamen aan de rand van het zonnestelsel, zou naar verwachting een ster afsluiten. Tijdens deze expedities culmineert al het werk dat is gedaan om de reis voor te bereiden, voorspellingen te verfijnen en uitrusting te kalibreren in een cruciaal venster van een half uur. Je moet wachten tot die nacht komt, zegt Brothers. Het grootste deel van de tijd van een astronoom wordt besteed aan de voorbereiding om een enkel moment vast te leggen.
De locatiemanager van Wallace, Tim Brothers, staat op het punt de 16-inch telescoop van het observatorium op Pluto te trainen terwijl Sarah Leu '14 zich voorbereidt om foto's te maken met de camera van een 14-inch telescoop. Ze werken in rood licht, zodat hun ogen zich gemakkelijk kunnen aanpassen aan het donker als ze naar buiten gaan om de luchtcondities in de gaten te houden of door het oculair van de telescoop te kijken.
Noodzaak om cloud mover te ontwikkelen.
— 23 september 1997, 2.30 uur.
Tijdens die korte periode is het cruciaal dat er niets misgaat. Maar vaak gebeurt het wel: een stroomstoring, een technologische storing, slecht weer. Astronomen moeten altijd voorbereid zijn op de mogelijkheid dat een waarneming helemaal geen gegevens oplevert.
Voor de reis naar Alaska besteedde EAPS-promovendus Amanda Zangari uren aan het testen van de apparatuur van MIT om er zeker van te zijn dat deze stand zou houden in weersomstandigheden waardoor draden bevriezen en doormidden breken. Ze kocht een paar extreem koude militaire laarzen van zes pond en maakte kaarten om te bestuderen hoe de lucht er vanuit het noorden uit zou zien.
Na een reis ontsierd door een geannuleerde vlucht en een ingecheckte tas met camera-apparatuur die te laat arriveerde, wilde de harde schijf van Zangari niet starten in de kou. Ze bracht hem naar binnen om op te warmen, zette de computer aan de gang en was eindelijk klaar om te observeren. Maar zware wolken die nacht maakten Varuna onzichtbaar. Zangari en haar collega's kwamen met lege handen thuis. Er is een schuldgevoel als dat gebeurt, zegt ze, maar ze is er inmiddels aan gewend. Het enige dat je kunt doen, zegt ze, is ervoor zorgen dat alles klaar staat - dat je in het juiste deel van de hemel was als de sterren beschikbaar waren geweest.
Terug in Wallace, in de uren voorafgaand aan de occultatie van Quaoar, merken Brothers en Sallum een probleem op met de 16-inch telescoop: het is zo koud dat de sluiter in de camera dichtgevroren is. Ze vegen condens af en pluggen verwarmde klittenbandsluitingen, ook wel dauwverwarmers genoemd, in om de camera te verwarmen. Niks werkt.
Sallum, een EAPS-majoor, heeft nog nooit een occultatie gezien. Ze is met twee vrienden van de campus weggereden (ingenieurswetenschappen die sindsdien in slaap zijn gevallen in de stapelbedkamer) en kruist haar vingers dat ze resultaten zal zien.
Maar apparatuur is schaars. Het is dezelfde week als de reis naar Alaska en Brothers heeft de meer geavanceerde camera's van het observatorium met het team naar het noorden gestuurd. De luiken van alle overige hogesnelheidscamera's zijn dichtgevroren. Met nog een uur te gaan voor de occultatie, moeten ze snel een andere optie vinden.
De enige andere camera's die voorhanden zijn, zijn modellen van lagere kwaliteit die doorgaans worden gebruikt voor inleidende astronomielessen. Omdat ze geen tijd hebben om een van deze naar de grotere telescoop over te brengen, moeten ze de occultatie vastleggen van een van de kleine 14-inch telescopen in de leerschuur van het observatorium. Het was een close call, zegt Brothers. We hebben gewoon een kans gegrepen.
Zeer dunne waas zichtbaar uit de wazige sterbeelden … Als de methode werkt zoals ik denk dat het zou moeten, dan zal er worden gezocht naar … amplitudevariabelen onder de BO [blauwe] superreuzen in de cluster.
— 1 september 1971, 2:00 uur.
Sinds de opening in 1971 heeft het Wallace Observatory zich geconcentreerd op zowel onderzoek als onderwijs. We zijn sterk afhankelijk van het werk en de tijd van studenten om onze resultaten te krijgen, en tegelijkertijd leren we ze hoe ze het onderzoek moeten doen, legt Michael Person '94, SM '01, PhD '06, de associate director van het observatorium, uit. Jim Elliot was lange tijd een voorstander van studenten die betrokken waren bij onderzoek, zegt Person over de gerespecteerde directeur van het observatorium James Elliot '65, SM '65, die het Wallace Observatorium meer dan 30 jaar leidde voordat hij in maart stierf. Het eerste wat hij wilde dat ik deed toen ik klaar was met mijn PhD-werk, was een groot zomerprogramma opzetten en elke heldere nacht een half dozijn studenten op Wallace laten werken.
Een van Elliots belangrijkste bijdragen was het opzetten van twee observatieklassen aan het MIT. De ene les richt zich op intensief onderzoek, terwijl de andere de basis leert van het opzetten van telescopen. Studenten beginnen met het uitlijnen van hun telescoop met de Poolster en stellen deze vervolgens in om in lijn met de rotatie van de aarde te bewegen. Ze gebruiken de camera die aan elke telescoop is bevestigd om opnamen te maken van de sterrenhopen die ze zien.
Met een computerscherm kunnen waarnemers de positie van Wallace's 16-inch telescoop controleren en volgen en beelden van hemellichamen bekijken terwijl ze worden vastgelegd door de camera van de telescoop. Een kaart van de nachtelijke hemel verschijnt in de linkerbovenhoek; klikken op een ster stelt de robottelescoop in die richting bij. Rechtsboven staat het besturingsprogramma voor de camera en de spectrograaf. De onderkant van het scherm toont een afbeelding gemaakt bij Wallace van M 27, ook bekend als de Halternevel (links), en de spectraallijnen van de Ringnevel (rechts), die onderzoekers helpen de chemische samenstelling ervan te bepalen. Dat is interessant voor astronomen omdat onze zon uiteindelijk zal evolueren naar een soortgelijk object, zegt Brothers.
Het idee om de volgende generatie astronomen op te leiden was de aanleiding voor het eerste voorstel voor een MIT-observatorium. In de jaren zestig, toen het Apollo-programma van de grond kwam, begonnen studenten een grotere belangstelling voor astronomie te ontwikkelen. Nadat Neil Armstrong en Buzz Aldrin, ScD '63, in de zomer van 1969 op de maan liepen, steeg het aantal inschrijvingen voor astronomiecursussen van het MIT tot 425 in het schooljaar 1969-'70, tegen slechts 22 twee jaar eerder. Studenten moesten tijd lenen op telescopen van andere instellingen, met lange wachtlijsten tot gevolg. MIT had een eigen faciliteit nodig.
Destijds stonden MIT-astronomen al bekend om hun onderzoek in de radioastronomie. Verschillende docenten hadden belangrijke ontdekkingen gedaan door onzichtbare straling te bestuderen. In 1955 maakte natuurkundeprofessor Bernard Burke '50, PhD '53, deel uit van een team dat radio-emissies van Jupiter vond; in 1962 ontdekte zijn collega Bruno Rossi mede de eerste bron van hemelse röntgenstraling. MIT-president Howard W. Johnson zag uitstekende mogelijkheden voor de school om soortgelijke stappen te zetten in optische astronomie.
Toen het idee van een astrofysisch observatorium eenmaal steun kreeg, had het observatorium zelf een locatie nodig. Maar niet zomaar een land zou het doen. Het moest in de buurt van een grote snelweg zijn voor gemakkelijke toegang, ver genoeg van stadslichten om een donkere nachtelijke hemel te bieden voor observatie, en bij voorkeur ver genoeg landinwaarts om de karakteristieke Boston-mist te vermijden. Na potentiële locaties in Boston Harbor, New Hampshire en Connecticut te hebben afgewezen, koos het planningscomité voor Westford, in de buurt van het radio-observatorium van MIT op Haystack Mountain.
George Rodney Wallace Jr. '13, een inwoner van het naburige Fitchburg, bood aan om een groot deel van de bijna $ 400.000 bouwkosten te betalen. Wallace, een president van een papierbedrijf die was opgeleid in chemische technologie, verzamelde antieke auto's - en hield van astronomie. Hij was 82 toen de George R. Wallace Jr. Astrophysical Observatory in de herfst van 1971 werd ingewijd.
Sinds de laatste keer dat iemand hier schreef, werd de atmosfeer van Pluto ontdekt door ... Jim Elliot '65, en de Sox hebben een andere wereldserie opgeblazen (dat was '86).
—15 juli 1989 (na een onderbreking van drie jaar in de inzendingen)
In de vier decennia dat Wallace actief is, hebben daar getrainde wetenschappers verschillende primeurs bereikt, waaronder de eerste nauwkeurig voorspelde en waargenomen occultatie van een Kuipergordel-object (anders dan Pluto).
Brothers en Sallum mikken op een nieuwe primeur met de Quaoar-waarneming. Een half uur voor de occultatie evalueren ze de hoek van hun telescoop en proberen ze het deel van de hemel dat het vastlegt te matchen met de coördinaten die Quaoar zal passeren. Het is, zoals Sallum het noemt, een hartverwarmende ervaring. Ze hebben moeite het veld te identificeren; Sallum is nog steeds op zoek naar patronen die ze om 4.45 uur herkent. Als de klok 4:50 aangeeft - nog 13 minuten te gaan - nemen ze een sprong in het diepe. Ze beseffen dat ze gewoon moeten beginnen.
Zodra waarnemers bij Wallace de telescoop positioneren en de camera programmeren, kunnen ze de stroom livebeelden van een computer binnenshuis zien. Met ijskoude vingers positioneren Brothers en Sallum de telescoop en verbinden deze met de camera, die ze al hebben geprogrammeerd om elke 10 seconden een belichting te maken. Dan haasten ze zich naar binnen om te kijken.
Binnen is de sfeer behoorlijk gespannen, aldus Sallum. Om 5:02 beginnen ze aandachtig te kijken. De occultatie zal naar verwachting plaatsvinden om 5:03, maar 60 seconden gaan voorbij zonder activiteit op het scherm. Misschien staat de telescoop toch niet goed uitgelijnd. Brothers en Sallum houden de ster in de gaten, drinken warme dranken en letten op tekenen dat hij aan het vervagen is.
Om 5:04 verdwijnt de ster. Tien seconden later is het terug, vaag en duister. Sallum houdt haar adem in. Tien seconden daarna is de ster weer helder.
Maar Brothers en Sallum zijn nog niet klaar om de overwinning uit te roepen. We waren allebei behoorlijk opgewonden, maar na zo'n vreselijke nacht met apparatuur, wilden we niet op het geweer springen en denken dat we het echt hadden gezien voordat we het wisten, zal Sallum later vertellen.
Als ze bij zonsopgang terugrijden naar Boston, is Sallum hoopvol. Het zal een paar dagen duren om de lichtkrommen van de ster te analyseren en te bepalen of zij en Brothers de occultatie echt hadden gezien. Het bleek dat hun instinct juist was: Quaoar had een ster verduisterd en Brothers en Sallum hadden hem op camera vastgelegd.
een st Quaoar occultatie ooit!
—11 februari 2011
Onderzoekers van Wallace zijn bijzonder trots dat ze zo'n belangrijke ontdekking hebben gedaan vanuit een relatief kleine onderwijsinstelling. Andere observatoria beschikken immers over veel indrukwekkendere instrumenten: de spiegels van de Very Large Telescope (VLT) van de European Southern Observatory in Chili zijn ongeveer 13 keer zo groot als die op de grootste telescoop van Wallace.
We hebben de eerste occultatiegegevens van dit object op eigen terrein gekregen, zegt Person, eraan toevoegend dat de onderzoekers hun bevindingen presenteerden tijdens de American Astronomical Society-bijeenkomst van dit jaar. Een van de eerbetonen aan Wallace is dat we serieuze wetenschap kunnen doen met bescheiden middelen en kleinere apparatuur.
De apparatuur in Wallace mag dan bescheiden zijn volgens de huidige normen, het is een opmerkelijke verbetering ten opzichte van waarmee de faciliteit begon. In 1971 werden geautomatiseerde controles als revolutionair beschouwd. Inderdaad, de computer die Wallace's 24-inch telescoop bestuurde, maakte het 10 keer zo efficiënt in nauwkeurige tracking als handmatig geleide telescopen. De planningscommissie schreef dat het observatorium dankzij deze technologie tot de modernste faciliteiten in zijn soort ter wereld zou behoren.
Sindsdien is de computerapparatuur veel kleiner en betrouwbaarder geworden. Afgelopen winter hebben wetenschappers van Wallace nieuwe robotbesturingen ontwikkeld voor de grote telescoop. Met het nieuwe systeem kan de telescoop zichzelf corrigeren en de beweging van een planetair object vrijwel onafhankelijk volgen. Dit brengt ons echt in de huidige eeuw, zegt Brothers. Het systeem maakt ook langere belichtingen mogelijk, waardoor er meer licht binnenkomt en duidelijkere gegevens worden verkregen.
Zag UFO
— 2 december 1997, 20:45 uur.
Mooi hoor t ry
— 2 december 1997, 23.30 uur
Sommige dingen zijn niet veranderd, zoals de humor en kameraadschap die gepaard gaan met werken midden in de nacht. En de praktijk van astronomie blijft onderhevig aan willekeurig geluk. In mei werden onderzoekers die probeerden een Pluto-verduistering van Wallace te spotten, gedwarsboomd door onweerswolken. Maar groepen in het heldere Vermont en Maryland kregen een goed overzicht.
De gebeurtenis vond plaats, ongeveer waar we hadden voorspeld, zegt Brothers. Dat is op zich al een overwinning, legt hij uit: het is heel belangrijk dat we weten dat onze voorspellingen kloppen.
Het is vooral belangrijk omdat Brothers, Person en andere MIT-astronomen naar Thailand en Australië reizen op basis van hun voorspellingen - en toegang tot grotere telescopen voor belangrijke gebeurtenissen hangt ook af van hun nauwkeurigheid. Verschillende groepen strijden meestal op dezelfde avonden om dezelfde telescopen in dezelfde gebieden; het is belangrijk om nauwkeurige voorstellen in te dienen om kans te maken. We proberen de gebeurtenissen bij te houden. Het is een zeer moordende business, zegt Zuluaga, half grappend. Hij kijkt een jaar van tevoren om te bepalen welke occultaties het nastreven waard zijn. Er is bijna een beetje gemeenschappelijke trots op het veiligstellen van een goede telescoop voor een groot evenement, zegt hij. Het hebben van een eigen observatorium in Westford is een groot voordeel voor evenementen die vanuit New England kunnen worden waargenomen.
Het Wallace Observatorium was oorspronkelijk bedoeld om 50 jaar mee te gaan, maar nu het 40 wordt, vertoont het geen tekenen dat zijn tijd bijna om is. We hebben nieuwe apparatuur, meer controlesystemen en we beginnen nog meer interesse te krijgen in lessen, zegt Brothers. Het plan, zegt Persoon, is om te blijven uitbreiden en groeien voorbij de oorspronkelijk ingebeelde levensduur. We beginnen niet af te tellen naar het einde van 10 jaar, zegt hij. Terwijl telescopen worden opgeknapt, camera's worden verbeterd en belangrijke bevindingen blijven komen, blijft Wallace een leider in astronomisch onderzoek door studenten. Zoals Brothers het zegt, denk ik dat we hier een verborgen juweeltje hebben.