In de geschiedenis van de sterrenkunde staat de naam “George Ellery Hale” synoniem met de bouw van een nieuwe generatie telescopen aan het begin van de 20^ste eeuw. Deze Amerikaanse astronoom was ervan overtuigd dat de grote telescopen in combinatie met fotografie voor een revolutie kon zorgen, die de ontdekkingen van Copernicus en Galileo zou overtreffen!

Hale (1868-1938) was een gepassioneerd zonnewaarnemer, die tijdens z’n studies de   spectroheliograaf ontwikkelde, een instrument voor de studie van de chemische elementen in onze ster. Hale beschikte over een gedreven organisatie talent waarmee hij de rijke industriëlen van z’n tijd wist te overtuigen om in sterrenkundige observatoria te investeren en hij speelde tevens een belangrijke rol in de uitbouw van het California Institute of Technology (Caltech), één van de toonaangevende universiteiten in de VSA.

Twee van de industriëlen die hij wist te overtuigen om in observatoria te investeren waren Andrew Carnegie (staal industrie) en John Hooker (olie industrie). Dankzij hun inbreng werden op Mount Wilson, California - VSA twee grote telescopen gebouwd; de 1,50 m Hale telescoop en de 2,50 m Hooker telescoop. Tijdens de eerste jaren van het interbellum leidden deze telescopen tot belangrijke inzichten over de afmetingen van het Universum; in 1920 berekende Albert Michelson (1852-1932) voor het eerst de diameter van sterren en in 1925 kwam Edwin Hubble (1889-1953) tot inzicht dat onze melkweg slechts één van vele sterrenstelsels was in een uitdijend heelal. De waarnemingen van Hubble staafden de Big Bang theorie, voorgesteld door de Belgische priester & astronoom George Lemaître, en liggen aan de grondslag van de moderne kosmologie. Deze ontdekkingen overtuigden de wetenschappelijke gemeenschap van de behoefte aan grote telescopen en Hale had in 1928 weinig moeite om het Rockefeller-Carnegie-Caltech consortium te overtuigen om met financiële steun over de brug te komen voor een 5,00 m telescoop. Tijdens de jaren 1930 werd de urbanisatie, en de ermee gepaarde lichtvervuiling, van Los Angeles echter een probleem voor astronomen en Hale verkoos z’n volgende project op de 1710 m hoge site van Mount Palomar in het zuiden van California te bouwen.

Het gieten van een 5,00 m diameter spiegel uit één stuk was een uitdaging voor de Corning Glass Works in New York, die eerder de spiegels voor de telescopen op Mount Wilson produceerden. Hun ingenieurs kozen voor het gebruik van Pyrex, een boro-silicaat glassoort met lage uitzettingscoefficiënt en dus ideaal voor telescoop toepassingen waar het glas onderhevig is aan temperatuurschommelingen. Het gesmolten glas werd in een ronde vorm gegoten met honingraat structuur om het gewicht te beperken tot 20000 kilogram. De eerste poging in maart 1934 mislukte maar in december 1934 besliste de 66-jarige George Hale dat een tweede poging van start kon gaan en de Corning ingenieurs slagen erin een 5.00 m diameter spiegel te produceren. Het gevaarte leek op een reusachtige ronde wafel en het gecontroleerde afkoelen zou 10 maanden duren!


G McCauley en J. Hostetter inspecteren de achterkant van de 15 ton zware 5,0 m hoofdspiegel voor de Hale reflector. (Foto: Palomar Obs/Int news)
 

In de zomer van 1935 startte de aanleg van een weg naar de gekozen site op Mount Palomar in San Diego county zodat materialen voor de bouw van het observatorium naar boven konden worden gebracht. Het stalen frame en de roterende koepel waren afgewerkt in januari 1938, net op tijd voor de eerste sneeuwval van dat jaar. De afgewerkte koepel heeft ongeveer de afmetingen van het Pantheon in Rome (41 m hoog, 42 m in diameter) en weegt 1000 ton! Aanvankelijk was de imposante dubbelwandige stalen koepel in metaalkleur maar in 1948 werd het geheel wit geschilderd hetgeen de Art Deco look van het gebouw vervolledigde. Onderin het gebouw bevindt zich een technische workshop met de nodige infrastructuur voor het herbekleden (recoating) van de spiegels.

In oktober 1935 kon Corning Glass Works een perfecte monoliet spiegel aan de wereldpers voorstellen. De Hale spiegel werd per trein van New York naar San Diego getransporteerd, een reis die 14 dagen in beslag nam. In april 1936 kon een team van 21 personen met het slijpen van de glazen reus beginnen in de steriele ruimte van het Caltech optiek atelier in Pasadena California. Het monumentale werk, bestaande uit slijpen, foucault testen en het leggen van een Aluminium coating, zou echter 4 jaren in beslag nemen.

Intussen had de Westinghouse South Philadelphia Factory in Pennsylvania, het gigantische frame voor de telescoop afgewerkt en het geheel werd als een super mecano per schip van de oostkust, via het Panama-kanaal naar de westkust van de VS gebracht. In Juni 1937 kon de 530 ton zware montering in elkaar worden gezet. Hale overleed in februari 1938 en zou z’n levenswerk niet aanschouwen. Wanneer de Japanners, met hun aanval op Pearl Harbor in 1941, de VSA in het strijdperk betrekken, vrezen de Amerikanen voor een luchtaanval op hun westkust en de primaire Hale spiegel werd voor de gehele duur van de Tweede Wereldoorlog in de motteballen gelegd.

Eind 1947 arriveert de glazen reus uiteindelijk in de workshop op Mount Palomar om van de karakteristieke flinterdunne laag aluminium te worden voorzien. Gezien de dikte van de spiegel beschikt de Hale telescoop niet over actieve optiek maar de 14,5 ton zware spiegel rust op 36 mechanische steunpunten. Tijdens de officiële inhuldiging in Juni 1948 krijgt de “ 200 inch glass giant “ z’n officiële benaming als de 5,00 m Hale telescoop. De allereerste observatie (First light) gebeurde op 27 januari 1949 waarbij het sterrenstelsel NGC 2261 werd waargenomen. Palomar werd bekend als de tempel voor Deep Sky waarnemingen. Onder de bekendste waarnemers zijn; Edwin Hubble en Walter Baade (1893-1960) die de afstanden tot andere sterrenstelsels meer precies bepaalden, Allan Sandage (1926-2010)  voor de berekening van de Hubble constante en de ouderdom van het heelal, en Fritz Zwicky (1898-1974) voor de studie van neutron sterren en “donkere materie” in het universum.

De ingang van de 42m diameter koepel die de 5,0 m Hale reflector herbergt, blijft een impressionante aanblik. (Foto: Philip Corneille)

Sinds z’n eerste ingebruikname werd de Hale telescoop steeds verbeterd, gaande van extra afkoeling fans tot de installatie van elektronische detectoren midden de jaren 1970. Gedurende bijna dertig jaar bleef de Hale telescoop de grootste ter wereld, tot in 1976 de 6.00 m BTA werd gebouwd op de Sovjet-Russische Zelentchouk sterrenwacht.  In 1985 was de Hale telescoop de eerste ter wereld om de periodieke komeet van Halley op te sporen. Sinds 2001 gebruiken astronomen voor elk focuspunt een verschillende secundaire spiegel (M2); 1,02 m naar de cassegrain focus, 0,80 m en 0,93 m naar de coudé focus. Voor deze laatste wordt een elliptische vlakke tertiaire spiegel (M3) gebruikt om het licht vanuit M2 naar het instrument te kaatsen. Uiteraard beschikt de Hale telescoop over een moderne resem aan instrumenten. Op de prime focus gebruikt men breedveld camera’s; de Palomar Large Format Camera (LFC) in het optische en de Wide-field IR Camera (WIC) voor het Infra-rode deel van het elektromagnetisch spectrum. De cassegrain focus wordt voornamelijk gebruikt voor spectrografie en bevat tevens instrumenten die met adaptieve optiek werken. Adaptieve optiek is een computer-gestuurde techniek waarbij de snel veranderende storende invloeden van de atmosfeer worden gecompenseerd. Het systeem maakt gebruik van een golffrontsensor die aan de hand van een LASER-straal de atmosferische schommelingen meet, dewelke op hun beurt door computer gestuurde correctie elementen  worden gecompenseerd. Gezien het grote aantal real-time correcties (tot 2000 per seconde) gebeuren de aanpassingen bij grote telescopen op de secundaire (M2) spiegel. Voor de eerste tests werd de Hale telescoop uitgerust met een M2 spiegel met 241 actuatoren maar sinds februari 2011 beschikt de telescoop over een nieuwe vervormbare M2 spiegel met 3388 actuatoren om de atmosferische turbulentie volledig te compenseren. Eén van de instrumenten is de PHARO camera (Palomar High Angular Resolution Observer) die met een 1024 x 1024 detector is uitgerust, maar de grootste camera op de Hale beschikt over een  mosaic van zes 2048 x 4096 detectoren, oftewel 50 Megapixels.
Sinds 2009 wordt de Hale telescoop ingezet voor het speuren naar exo-planeten en dankzij de samenwerking met NASA blijft de “kathedraal van de wetenschap” een rol van betekenis spelen in de fascinerende wereld van de sterrenkunde!