Saat Anda mendengar tentang proyek observatorium sains besar seperti teleskop baru yang sangat besar atau akselerator partikel sepanjang satu mil, biasanya hal tersebut berkaitan dengan penemuan sains besar yang telah mereka buat. Namun sebelum seseorang dapat membuat terobosan ilmu pengetahuan yang besar, seseorang perlu merancang dan membangun fasilitas yang sangat besar ini. Hal ini berarti memperkuat kolaborasi internasional, menjalankan jaringan listrik, dan menghadapi kondisi cuaca ekstrem hanya untuk menuangkan beton.
Mulai dari tikus yang mengunyah kabel serat optik hingga tenda tiup untuk menahan panas 100 derajat, sains bisa menjadi berantakan ketika bertemu dengan dunia nyata. Kami berbicara dengan perwakilan dari tiga proyek sains besar saat ini dan yang akan datang untuk mempelajari apa yang diperlukan untuk mengubah sepetak batu dan tanah tandus menjadi observatorium kelas dunia.
Mendeteksi sesuatu yang baru
Banyak fasilitas besar yang merupakan perbaikan bertahap pada proyek yang sudah ada, namun terkadang ilmu pengetahuan mengambil langkah maju ke arah yang benar-benar baru. Hal itulah yang terjadi ketika pertama kalinya mendeteksi gelombang gravitasi, yang dicapai oleh fasilitas LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) pada tahun 2015, dan para peneliti dianugerahi Hadiah Nobel dalam bidang fisika.
Fasilitas yang melakukan pendeteksiannya dimulai sebagai versi sederhana yang disebut Initial LIGO. Ini dirancang untuk menguji apakah mungkin untuk mencapai sensitivitas detektor yang diperlukan untuk mendeteksi gelombang gravitasi, dan bahkan versi “dasar” ini memerlukan perencanaan dan pengerjaan selama puluhan tahun.
Stefan Ballmer, pakar gelombang gravitasi di Universitas Syracuse yang mengerjakan versi awal dan lanjutan dari fasilitas tersebut, menjelaskan dorongan untuk fasilitas asli: “Kami pikir kami dapat mencapai sensitivitas yang luar biasa ini, jadi mari kita keluarkan uang sesedikit mungkin untuk itu. buktikan bahwa itu layak.”
Segera setelah kami benar-benar menghidupkan mesin, kami mulai melihat berbagai peristiwa
LIGO awal beroperasi dari tahun 2002 hingga 2010; selama waktu itu, ia tidak mendeteksi adanya gelombang gravitasi. Namun, hal ini belum tentu gagal, karena observatorium memang mencapai sensitivitas yang diperlukan untuk melakukan deteksi – sesuatu yang banyak orang tidak yakin akan hal itu.
Mereka skeptis tentang kinerja yang diperlukan untuk melihat mereka. Dan dalam hal ini, Initial LIGO berhasil diwujudkan,” jelas Ballmer.
Jadi, para peneliti dapat memperoleh dana untuk meningkatkan fasilitas tersebut menjadi LIGO Tingkat Lanjut, yang pengerjaannya dimulai pada tahun 2008. Dengan detektor yang ditingkatkan, observatorium segera melakukan deteksi. “Dengan Advanced LIGO, kami beruntung. Dan segera setelah kami benar-benar menyalakan mesinnya, kami mulai melihat berbagai peristiwa.”
Memilih lokasi yang tepat untuk obsevatorium
Salah satu permasalahan terbesar dalam proyek skala besar saat ini adalah lokasi proyek tersebut. Proyek-proyek obsevatorium seperti ini biasanya merupakan proyek kerjasama internasional yang besar, sehingga para perencana perlu mencari lokasi yang ramah lingkungan dan mempunyai pemerintah daerah yang bersedia mendukung proyek tersebut.
“Itulah tantangan besarnya saat ini – satu negara tidak dapat melakukan hal-hal yang diperlukan untuk mencapai batas-batas berikutnya,” kata Joseph McMullin, Wakil Direktur Jenderal dan Direktur Program di Square Kilometer Array Organisation. “Jadi hal ini membutuhkan kolaborasi internasional.”
Square Kilometer Array adalah observatorium astronomi radio yang akan datang yang mencakup antena yang dibangun di dua lokasi, satu di Afrika Selatan dan satu lagi di Australia Barat. Lokasi-lokasi ini dipilih terutama karena kekhawatiran terbesar dalam pengamatan radio – gangguan frekuensi radio. Di mana pun manusia menghasilkan gelombang radio, misalnya dari ponsel dan laptop, radiasi ini dapat mengganggu sinyal lemah yang coba dideteksi oleh para astronom.
“Tantangan dari apa yang kami lakukan adalah melihat sumber yang sangat redup, melalui berbagai layar atmosfer kita, dan bahkan melalui medium antarbintang atau medium antargalaksi dalam beberapa kasus, dan kemudian seluruh sistematika instrumen kami – kemudian mencoba mengkalibrasi sumber-sumber tersebut. keluar sehingga kami dapat mempertahankan sinyal spesifik tersebut,” jelas McMullin. “Transmisi tambahan memperumit efek semacam itu.”
Masalahnya adalah lokasi dengan tingkat gangguan radio yang rendah juga cenderung berpenduduk jarang, sehingga sulit untuk dibangun. Secara teori, tempat seperti Antartika akan menjadi tempat yang tepat untuk memasang teleskop radio — namun kesulitan dalam membangun dan menyediakan staf di lokasi seperti itu membuatnya tidak praktis.
Kedua lokasi yang dipilih untuk SKA memiliki keuntungan karena memiliki infrastruktur yang ada karena keduanya telah menampung teleskop yang dikelola oleh lembaga mitra. Mengelompokkan teleskop di lokasi yang tepat membantu membagi beban dalam hal kebutuhan seperti membangun jalan atau menjalankan listrik dan saluran air.
Dan itu semua diperlukan bahkan sebelum Anda dapat mulai membangun struktur seperti akomodasi dan kantin untuk pekerja yang dibutuhkan untuk konstruksi. “Kita sering berpikir kita sedang membangun sebuah observatorium, padahal sebenarnya kita sedang membangun kota,” kata McMullin.
Berbagi beban
Ketika para peneliti merencanakan pembangunan Observatorium Vera Rubin yang akan datang, yang sedang dibangun di sebuah gunung bernama Cerro Pachón di Chili, mereka memiliki kekhawatiran serupa. Mereka membutuhkan lokasi dengan tutupan awan rendah dan banyak malam cerah untuk observasi, namun mereka juga menginginkan lokasi dengan infrastruktur yang layak.
Gunung yang mereka pilih telah menampung dua teleskop besar lainnya, Gemini dan SOAR, serta instrumen lain yang lebih kecil dan lebih banyak lagi yang terletak di gunung berikutnya.
“Kami sangat terpencil, tetapi tidak terisolasi,” jelas Jeff Barr, Manajer Proyek Teleskop & Situs untuk Observatorium Rubin. “Kami mempunyai tetangga, dan para tetangga memerlukan infrastruktur yang telah mereka bangun.”
Ini berarti listrik dan air sudah tersedia di dekatnya, begitu pula jalan-jalan penting yang memungkinkan kru konstruksi dan peralatan untuk mendaki gunung. Infrastruktur komunikasi juga sudah ada, yaitu sistem penyiaran berbasis antena, namun hal itu tidak akan cukup untuk sejumlah besar data yang akan dihasilkan oleh Rubin setiap malam.
Jadi Rubin setuju untuk memasang jalur serat optik untuk komunikasi, yang tidak hanya melayani observatoriumnya sendiri tetapi juga observatorium lain di gunung. Observatorium tersebut merupakan bagian dari konsorsium yang sama, yang disebut AURA (Asosiasi Universitas untuk Penelitian Astronomi), sehingga mereka berbagi infrastruktur yang sama.
“Ada semacam dukungan yang dilakukan setiap observatorium baru,” kata Barr. “Ini memberikan sesuatu yang belum ada, jadi Anda berbagi biaya dan investasi yang diperlukan untuk bekerja di gunung tersebut.”
Meletakkan dasar
Anda mungkin membayangkan memasang jalur serat optik adalah hal yang mudah — tidak jauh berbeda dengan perusahaan yang semakin banyak menawarkan sambungan serat optik ke rumah tangga di banyak wilayah perkotaan. Namun, ada beberapa tantangan dalam membangun di lokasi terpencil.
Terdapat kabel listrik yang digantung pada tiang di seberang lembah, sehingga tim dapat menggunakan tiang yang sama untuk menggantung kabel fiber. Namun setelah dipisahkan untuk Rubin dan observatorium lainnya, jalur tersebut sebagian besar harus berada di bawah tanah.
“Salah satu tantangan dalam mengerjakan gunung itu adalah begitu Anda mulai menggali, sedalam enam inci, gunung tersebut merupakan batuan padat. Sangat solid,” kata Barr. “Anda harus meledakkannya untuk membuat lubang dengan ukuran berapa pun.”
Hal ini membuat pembuatan jackhammering menjadi sulit, sehingga seringkali garis dipasang sedalam mungkin, dan kemudian batu ditimbun di atasnya. Batuan tersebut memberikan perlindungan, namun jalur tersebut masih rentan terhadap populasi hewan pengerat setempat, yang sering mengunyah kabel. “Kami memiliki layanan pengendalian hama sepanjang waktu, namun meskipun demikian kami masih harus kembali lagi dan melakukan perbaikan jika ada antrean yang rusak.”
Barr mengatakan bahwa hewan pengerat yang kelaparan adalah bagian tak terpisahkan dari bekerja di lingkungan liar: “Ini sangat alami. Kecuali area di sekitar observatorium, yang ada hanyalah pegunungan.”
Observatorium ini bekerja sesuai pedoman untuk meminimalkan dampak terhadap lingkungan, termasuk habitat beberapa spesies kaktus dan viscacha yang terancam punah, hewan pengerat mirip kelinci langka (dan sangat lucu) yang hidup di wilayah tersebut.
Dampak warisan
Namun kepedulian terhadap pelestarian tidak hanya berlaku pada isu lingkungan saja. Beberapa situs yang digunakan sebagai observatorium merupakan warisan budaya yang penting bagi manusia. Site SKA di Australia Barat misalnya terletak di Negeri Wajarri. Wajarri Yamaji adalah pemilik tradisional tanah tempat teleskop dibangun, sehingga organisasi tersebut bekerja sama dengan Wajarri untuk memastikan warisan budaya dilindungi, seperti melakukan penelusuran di lokasi dengan pemantau warisan budaya Wajarri sebelum peletakan batu pertama dan pemantauan berkelanjutan selama konstruksi.
“Mereka adalah kolega dan tetangga kita, dan mereka adalah bagian dari tim pada tingkat yang mendasar. Banyak dari mereka yang mengambil posisi bersama kami untuk membangun observatorium,” kata McMullin. “Mereka juga memiliki sejarah dan warisan pengamatan astronomi yang kuat. Jadi ini menghubungkan hal-hal ini dengan berbagai teknik berbeda yang digunakan.”
Ada juga pertimbangan mengenai dampak jangka panjang dari situs-situs di Australia dan Afrika Selatan, yang pada akhirnya dirancang untuk dinonaktifkan sehingga lahan tersebut dapat dikembalikan ke keadaan semula.
“Kami merencanakan ini menjadi observatorium 50 tahun,” kata McMullin. Anda mengembalikan area itu ke kondisi yang sama seperti sebelumnya.”
Membangun di lingkungan yang sulit
Baik suhu di Australia Barat lebih dari 100 derajat Fahrenheit atau angin kencang dan risiko gempa bumi di Cerro Pachón, lokasi di mana Anda ingin membangun observatorium sering kali tidak dapat dibangun.
Akses ke gunung di Chili dapat terputus selama berminggu-minggu selama musim dingin ketika salju turun, dan bahkan ketika gunung tersebut dapat diakses, kondisi tersebut menyebabkan pekerjaan memakan waktu lebih lama dibandingkan di tempat lain.
“Anda harus memahami bahwa segala sesuatunya tidak akan secepat yang Anda harapkan,” kata Barr. “Ini adalah lingkungan yang tidak bersahabat dan tidak ramah untuk mencoba melakukan pekerjaan teknis. Anda harus mempertimbangkan hal itu dalam segala hal yang Anda desain.”
Di Australia, tim SKA perlu memasang lebih dari 100.000 antena di banyak lokasi berbeda, sehingga mereka mengelola suhu tinggi dan UV tinggi dengan mempersiapkan sebanyak mungkin pemasangan di luar lokasi. Ketika mereka tiba di lokasi, mereka akan menggunakan tenda tiup ber-AC yang dirancang khusus untuk melindungi mereka dari cuaca buruk saat mereka bekerja.
Namun bahkan lokasi yang tidak terlalu keras pun memiliki tantangan tersendiri. Untuk detektor gelombang gravitasi generasi berikutnya, para perancang harus menjalankan tabung yang sangat lurus dan sangat datar sepanjang 25 mil.
“Sungguh ironis bahwa bagian terbesar dari detektor ini sama sekali tidak ada apa-apanya,” kata Ballmer.
Untuk detektor yang sedang direncanakan di A.S., idenya adalah untuk menjalankannya sebagian besar di atas tanah karena harus ada ruang yang cukup untuk melakukannya. Namun di Eropa, di mana detektor gelombang gravitasi lain juga sedang direncanakan, tidak terdapat cukup lahan di permukaan untuk menjalankan detektor di atas tanah, sehingga kemungkinan besar harus dilakukan di bawah tanah. Hal ini menambah biaya konstruksi, tetapi juga membuat pemeliharaan menjadi lebih rumit.
“Kesederhanaanlah yang kami kejar,” kata Ballmer. “Cukup rumit membuat detektor ini! Segala sesuatu yang bisa kita buat sederhana akan lebih baik.”
Faktor manusia
Mengirimkan mesin dan peralatan ke lokasi adalah satu hal, namun bahkan dengan semua peralatan yang ada di dunia, konstruksi masih perlu dilakukan oleh manusia. Di Rubin, tim yang terdiri lebih dari 100 pekerja dapat berada di lokasi setiap hari selama konstruksi. “Saya pikir dampak buruk terhadap angkatan kerja – faktor manusia – sama menantangnya dengan hal lainnya,” kata Barr. “Ini adalah lingkungan yang sulit.”
Para pekerja tidak hanya harus menghadapi kondisi dingin, berangin, berdebu, dan kondisi ketinggian yang terjadi di puncak gunung, namun dibutuhkan beberapa jam untuk mencapai lokasi, sehingga banyak pekerja yang menghabiskan waktu dua belas jam per hari jauh dari lokasi. pulang, berangkat jam 6 pagi. “Bagi saya, sungguh orang-orang yang paling menakjubkan,” kata Barr.
Proyek-proyek semacam ini membutuhkan waktu puluhan tahun mulai dari konsepsi, desain, konstruksi, hingga commissioning hingga observatorium yang berfungsi, sehingga sangat mungkin bahwa orang-orang yang awalnya mendorong pembangunannya akan pensiun pada saat mereka mulai melakukan sains. Namun hal tersebut belum tentu menjadi masalah, karena generasi sebelumnya membangun dan mewariskan peralatan untuk ilmuwan generasi baru yang baru memulai karir mereka.
Rasa kewajiban terhadap masa depan adalah bagian dari motivasi untuk membangun detektor gelombang gravitasi baru, kata Ballmer, tetapi ada juga kegembiraan dalam memikirkan bagaimana hal tersebut dapat dicapai.
“Pada tingkat tertentu, ini merupakan layanan bagi fisikawan generasi berikutnya,” kata Ballmer. Anda dapat mengamati fenomena dari objek-objek berukuran bintang yang ada di galaksi-galaksi ini bahkan teleskop Webb mengalami kesulitan dalam menyelesaikannya — tidak mencoba melakukan hal tersebut hampir merupakan sebuah kejahatan.”
