De Zon, cruciaal voor alle leven op Aarde, is ongetwijfeld het belangrijkste hemellichaam in ons zonnestelsel. De Zon werd millennia lang aanbeden als een godheid, totdat 17de eeuwse astronomen zoals Christiaan Huygens (1629-1695) en Johannes Hevelius (1611-1687) serieus filosoferen over de idee dat de Zon een ster is.
Op het einde van de 19de eeuw is de Italiaanse priester & astronoom Angelo Secchi (1818-1878), een pionier in astronomische spectroscopie (licht analyse), de eerste om de sterren op te delen in vijf klassen naargelang hun kleur en spectroscopische vingerafdruk. Hij was de eerste wetenschapper om de Zon daadwerkelijk als een ster te bestempelen en zijn werk lag aan de basis van de Harvard spectraal klassen (O B A F G K M – L T) waarbij de sterren worden gecatalogiseerd volgens het spectrum van hun uitgestraalde licht. Omstreeks 1910, stelden de Deense astrofysicus Ejnar Hertzsprung (1873-1967) en de Amerikaanse astronoom Henry Russell (1877-1957) de relatie tussen lichtkracht en spectraal klasse vast en hun classificatie geeft inzicht in de evolutie van sterren. Onze Zon is momenteel een gele ster van spectraal klasse G2 en bevindt zich halverwege haar 10 miljard jaar lange levenscyclus in de hoofdreeks van het Hertzsprung-Russell diagram.
De 1,63 m DST is de voornaamste zonnetelescoop van de USAF
en speelt een cruciale rol bij het voorspellen van “space weather”.
De nabijheid van onze Zon is een buitenkans voor astronomen om een ster in detail te bestuderen. De allereerste waarnemingen van de Zon, waarbij de donkere zonnevlekken werden ondekt, werden wellicht uitgevoerd door de Chinezen, zo’n tweeduizend jaar geleden. In de 17de eeuw werden dankzij de uitvinding van de telescoop (1609) deze “koele” zonnevlekken in detail bestudeerd door de Duitse Jezuïet Christopher Scheiner (1575-1650), waarbij de Zon door een lenzenkijker op papier werd geprojecteerd. Sindsdien is het observeren van de Zon en haar 11-jarige cyclus een gespecialiseerde tak binnen de sterrenkunde geworden.
In de Verenigde Staten van Amerika begonnen zonnewaarnemingen op het einde van de 19de eeuw onder de drijvende kracht van George Ellery Hale (1868-1938), een gepassioneerd zonnewaarnemer en uitvinder van de spectro-heliograaf in 1890. Dit apparaat laat toe de Zon in een bepaald gebied van haar spectrum te bekijken. 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. Andrew Carnegie en het naar hem genoemde research instituut investeerde in de uitbouw van een zonne observatorium op de 1740 m hoge Mount Wilson in California. Sinds 1904 werden er drie zonnetelescopen gebouwd: de 0,76 m coelostaat in de 23 m horizontale Helen Snow telescoop, de 0,43 m coelostaat in de 18m zonnetoren (1908 - waarmee het Zeeman effect ten gevolge magnetisme in Zonnevlekken werd vastgesteld) en de 0,47 m coelostaat met 0,30 m triplet lens in de 46m zonnetoren (1912 – waarmee de 22 jaar lange Hale cyclus werd vastgesteld). Eind de jaren 1930 werd het McMath-Hulbert zonne-observatorium in Michigan actief maar de echte boost voor zonne astronomen kwam er pas onder impuls van de National Science Foundation (NSF).
DST-schema: de 41,5 meter hoge betonnen toren met 0,76 m kwartsglas lichtingang en
de 67 meter ondergrondse lichtschacht met de 1,63 m spiegel die het
zonlicht terug kaatst naar de instrumenten op grondniveau.
Eind de jaren 1940, zagen universiteiten en astronomen hun kans schoon om fondsen voor sterrenkunde te verkrijgen en verenigden zich in AURA (Association of Universities for Research in Astronomy). Dit resulteerde onder meer in de creatie van een National Solar Observatory (NSO - 1984) dat de werking van diverse zonne observatoria coördineerde. Ook de Amerikaanse luchtmacht (USAF) was geïnteresseerd in zonneonderzoek want tijdens de Tweede Wereldoorlog ondervonden diverse missies radio communicatie problemen te wijten aan verhoogde zonneactiviteit.
De Amerikaanse astrofysicus Donald Howard Menzel (1901-1976), gespecialiseerd in waarnemingen van de corona, de hete atmosfeer van de Zon, deed de USAF een voorstel om een zonne-observatorium te bouwen teneinde zonneactiviteit te kunnen voorspellen. Hij selecteerde de 2800 m hoge Sacramento Peak, te midden het Lincoln National Forest nabij Cloudcroft in New Mexico.
In 1949, werd het Sacramento Peak observatorium (SPO) door de USAF en de Cambridge Research Laboratories opgericht als thuisbasis voor de USAF Geophysics laboratoria. Medio de jaren 1950 werd de hilltop dome facility, een heli strip en de nodige infrastructuur uitgebouwd. In 1958 werden de plannen voor een grote zonne-telescoop voorgesteld, die vanaf 1966 werd geconstrueerd. Op 15 oktober 1969 werd de Vacuum Tower Telescope (VTT) officieel ingehuldigd. Deze werd in 1998 omgedoopt tot de Richard Dunn Solar Telescoop (DST), genoemd naar de Amerikaanse astronoom en pionier in Space weather voorspellingen.
De DST op grondniveau: uiterst rechts de centrale luchtledige buis met links de 20 m lange en
1,6 m diameter spectrographs tube boven de draaitafel met instrumenten.
De DST bestaat uit een twee delen; de 41,5 meter hoge betonnen toren met 0,76 m kwartsglas lichtingang en de 67 meter ondergrondse lichtschacht met de 1,63 m spiegel die het zonlicht terug kaatst naar de instrumenten op grondniveau. Bovenin de toren wordt het Zonlicht door twee alt-azimutaal geplaatste 1,1 m spiegels afgebogen in een 100 m lange luchtledige stalen buis. Dankzij het vacuüm wordt het Zonlicht niet verstoord en de enige thermische turbulentie treedt op nabij het ingangsvenster. De diameter/dikte ratio voor een vacuüm kwartsglas is > 10 waardoor de praktische diameter maximum 1 m bedraagt. Een grotere diameter kan worden verkregen door de buis met Helium gas te vullen (dit wordt getest voor de 4,0 m European Solar Telescope). De DST werkt met een heliostaat (Grieks: Helios = Zon, Staat = stationair), een apparaat dat de beweging van de Zon volgt. Een heliostaat heeft een eenvoudiger design dan de coelostaat maar men verkrijgt een draaiend beeld van de Zon. Om dit te compenseren, roteert het gehele 250 ton zware DST binnenwerk, d.w.z. de centrale vacuüm buis en alle optiek die eraan verbonden is, rond een as met kwikbad bovenin de toren. De controle kamer ligt naast de 12 m diameter roterende vloer met turntable waarop de instrumenten en data collectors zijn samengebracht. De brandpuntsafstand bedraagt 55 m en op de primaire focus verkrijgt men een 51 cm diameter beeld van de Zon. De vergroting hangt af van de gebruikte lenzen maar meestal werkt men met 300X vergroting. De DST is beschikbaar voor observaties in het zichtbare licht en het infrarode gedeelte van het elektromagnetische spectrum.
Aan de DST kunnen astronomen naast een ingenieus prisma projectiesysteem tevens een resem aan instrumenten gebruiken. De Universal Birefringent Filter (UBF) wordt gebruikt om één golflengte in het visuele spectrum te isoleren om van één bepaald chemisch element het lijnen spectrum te bestuderen. De straling afkomstig van de Zon is een mengsel van diverse polarisaties (elektrische en magnetische velden) en dit rechtstreeks licht wordt ongepolariseerd genoemd. Weerkaatst Zonlicht is gepolariseerd (golven trillen in één vlak). Een polarimeter meet de hoek tussen de trillingsvlakken van uittredend licht dat doorheen optisch actieve stoffen werd gestuurd via een monochromatische lichtbron (exact één golflengte). De Advanced Stokes Polarimeter (ASP) maakt gebruik van een horizontaal geplaatste spectrograaf om de complexe magnetische velden nabij zonnevlekken te bestuderen.
De auteur aan de ingang van de VTT op Sacramento Peak.
In 1998 werd de VTT omgedoopt to Richard Dunn Solar Telescope.
De camera’s van de DST zijn uitgerust met een 4 Megapixel CCD teneinde gedetailleerde mosaic foto’s te verkrijgen. De zonnetelescoop werd sporadisch gebruikt om ‘s nacht waarnemingen te verrichten en in 1997 werd een Sodium Laser Guide Star op de zonne telescoop uitgetest. De LGS activeert Sodium atomen op 90 km hoogte en creëert een artificiële referentie ster waarmee het adaptieve optiek systeem de atmosferische storingen in real-time kan corrigeren.
Momenteel dient de DST als testbank voor de Spectro Polarimeter for Infrared & Optical Regions (SPINOR) een instrument voor de 4,0 m ATST (Advanced Technology Solar Telescope gepland op Haleakala - Maui).
Het voorspellen van space weather blijft een belangrijke bezigheid voor Amerikaanse zonnewaarnemers aangezien Coronal Mass Ejections (CME) in de richting van de Aarde heel wat schade aan elektronische infrastructuur kunnen berokkenen.
Zonnefysica als redder van de mensheid…
Foto's: Philip Corneille & NSO-DST
