Utforskning av verdensrommet

Very Large Telescope

Det menneskelige øye registrerer lys innenfor et meget lite bølgelengdeområde. Dette såkalte synlige lyset utgjør bare en ørliten del av all den elektromagnetiske stråling som verdensrommet er fylt av.

For å lære mer om de ulike objekter, fenomener og fysiske prosesser som finnes i universet, observerer astronomene på et vidt spekter av bølgelengder ved hjelp av forskjellige typer teleskoper og instrumenter. Ikke alle kan plasseres på jordoverflaten ettersom atmosfæren bare slipper gjennom synlig lys i tillegg til litt infrarød stråling og radiobølger. Å ta bilder f.eks. i ultrafiolett lys eller på røntgenbølgelengder krever at teleskopet sendes opp i rommet.

Så å si all vår kunnskap om universet stammer fra strålingen himmelobjektene sender ut. Unntakene er målinger gjort med romfartøyer på enkelte kloder i solsystemet vårt og analyser av meteoritter og månesteiner utført i laboratorier her på Jorda. Lys fra nære stjerner så vel som galakser flere milliarder lysår unna samles inn med store speil eller antenner og fokuseres mot følsomme kameraer og spektrografer. Spektrografen er et av astronomenes viktigste verktøy. Den splitter opp lyset i de ulike bølgelengdene/fargene det består av og gjør det mulig å bestemme en rekke egenskaper ved lyskilden, deriblant hastighet, temperatur og kjemisk sammensetning.

Keck-observatoriet

Keck-observatoriet på Hawaii. Teleskopene har hovedspeil på 10 meter i diameter. Foto: Wikipedia

Bakkebaserte observatorier

Astronomiske observatorier ligger som regel på øde fjelltopper i områder med lite nedbør, gode og stabile atmosfæriske forhold og lite lysforurensing fra bebyggelse. Dagens teleskoper er svært høyteknologiske maskiner. Speilene tar mange år å lage og er slipt med en nøyaktighet på noen få milliontedels millimeter. Kameraene og spektrografene som registrerer det innkommende lyset, kan være på størrelse med en varebil og veie flere tonn. De erstattes gjerne etter 10–20 år av instrumenter med ny og bedre teknologi og eventuelt andre bruksområder.

Teleskopene styres via datamaskiner av astronomer som sitter i et eget kontrollrom. Hvilke observasjoner som til enhver tid skal utføres, bestemmes måneder i forveien av en vitenskapelig komité, som grundig evaluerer søknader sendt inn av håpefulle forskerteam.

Monsterteleskopet E-ELT

Det kommende European Extremely Large Telescope (E-ELT) vil ha et 39-meters hovedspeil bestående av 798 segmenter. Illustrasjon: ESO/L. Calcada

Det bygges stadig større teleskoper for å avbilde enda svakere og fjernere himmellegemer og gjøre enda mer presise målinger av objektenes egenskaper. Problemet med store speil er at de blir tunge og endrer form på grunn av tyngdekraften. Løsningen er å sette mange mindre speil sammen til ett stort segmentert speil. Forstyrrelser i bildet forårsaket av uroligheter i atmosfæren blir på større teleskoper korrigert flere hundre ganger i sekundet med datastyrte, deformerbare speil – en teknikk kalt adaptiv optikk.

Dagens største teleskoper som observerer i synlig lys, har hovedspeil på rundt ti meter i diameter. Tre kjempeteleskoper som skal settes i drift rundt 2024–2027, vil ha speildiametre på mellom 25 og 40 meter.

ALMA

Radiointerferometeret ALMA består av totalt 66 antenner og holder til 5000 moh. i Chile. Foto: ESO/B. Tafreshi (twanight.org)

Radioteleskoper ligner på enorme parabolantenner og er mye større enn tradisjonelle optiske teleskoper. FAST-teleskopet i Kina og Arecibo-teleskopet i Puerto Rico er de to største, med diametre på henholdsvis 500 og 305 meter. Ved å koble sammen flere radioantenner til et såkalt interferometer, kan astronomer konstruere meget detaljerte radiobilder av himmelen. Når signalene fra alle antennene kombineres, oppnås nemlig en oppløsningsevne tilsvarende den man ville fått med et kjempeteleskop med samme diameter som den største avstanden mellom enkeltantennene.

Hubble og SDO

Romteleskopet Hubble til venstre, Solar Dynamics Observatory (SDO) til høyre. Foto: NASA

Romobservatorier

Jordas atmosfære stopper gammastråling, røntgenstråling, lange radiobølger (over ca. 11 meter), store deler av mikrobølgestrålingen, det meste av det infrarøde lyset og så å si alt ultrafiolett lys fra verdensrommet. Av den grunn må observasjoner på disse bølgelengdene foregå i rommet. Det finnes også romteleskoper som observerer i synlig lys, siden man slipper alt av forstyrrelser fra jordatmosfæren og dermed kan ta svært skarpe bilder.

Elektromagnetisk stråling og jordatmosfæren

Synlig lys og en stor del av radiostrålingen fra rommet slipper noenlunde fritt gjennom atmosfæren. Fra høytliggende observatorier på Jorda kan man dessuten observere på enkelte infrarøde og millimeterlange bølgelengder. Stråling med kortere bølgelengder (høyere energi) enn synlig lys kalles hhv. ultrafiolett lys, røntgenstråling og gammastråling. Stråling med lengre bølgelengder (lavere energi) kalles infrarødt lys, mikrobølger og radiobølger. Figur: ESA/Hubble og F. Granato

Noen romobservatorier er laget for systematisk å kartlegge hele himmelen, mens andre brukes til mange forskjellige typer observasjoner og forskningsprosjekter. Ulempene med observasjoner fra rommet er meget høye kostnader, betydelige begrensninger hva angår teleskopets størrelse og vekt, og det faktum at det ikke er mulig å foreta service på utstyret etter oppskytning – med unntak av Romteleskopet Hubble, som er reparert og oppgradert fem ganger av astronauter fraktet opp med den amerikanske romfergen.

Robotbilen Curiosity undersøker steiner og jordsmonn på Mars. Selvportrett fra april 2014. Foto: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Romvirksomhet

Startskuddet for romalderen gikk i 1957 da Sovjetunionen (nå Russland) skjøt opp satellitten Sputnik 1. Samme land sto blant annet for det første menneske i bane rundt Jorda (Jurij Gagarin i 1961) og første myklanding på henholdsvis Månen (Luna 9-sonden i 1966), Venus (Venera 7-sonden i 1970) og Mars (Mars 3-sonden i 1971).

USA vant derimot kappløpet om å få de første mennesker til Månen: 20. juli 1969 landet NASAs Apollo 11, med astronautene Neil Armstrong og Edwin «Buzz» Aldrin om bord, i Stillhetens hav på Jordas golde naboklode.

Romvirksomhet

Fra venstre: Sputnik 1 (foto: NSSDC/NASA), «Buzz» Aldrin på Månen (foto: NASA), og Kinas ubemannede månebil Yutu fotografert etter landing i desember 2013 (foto: CNSA/CCTV)

Etter at månekappløpet var over begynte USA å fokusere på romfergeprogrammet og å sende ubemannede romsonder til Mars og de fire gassplanetene. Russerne konsentrerte seg om Mars-sonder, Venus-sonder og romstasjonene Saljut og Mir. Med tiden begynte de to stormaktene å samarbeide med hverandre og med andre land vedrørende både bemannede og ubemannede romprosjekter. Eksempelvis er Den internasjonale romstasjonen (ISS) et samarbeidsprosjekt mellom USA, Russland, den europeiske romorganisasjonen ESA (European Space Agency), Japan og Canada. ESA, hvor også Norge er medlem, har i øyeblikket en rekke romsonder og romobservatorier i sving. Flere nasjoner, deriblant Kina og India, har kommet sterkt på banen de senere år med ambisiøse romprogrammer.

Fra 1960-tallet har en rekke kloder i solsystemet vårt blitt utforsket på nært hold av ubemannede romfartøy utstyrt med et arsenal av måleinstrumenter og kameraer. Romfartøy har landet på Månen, Venus, Mars, Saturn-månen Titan, asteroidene Eros og Ryugu, og kometen 67P/Churyumov–Gerasimenko. Merkur er så langt bare studert fra omløpsbane og ved forbiflyginger.

Komet 67P/Tsjurjumov–Gerasimenko

Kometen 67P/Tsjurjumov–Gerasimenko i januar 2015. Foto: ESA

Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun er alle undersøkt av romsonder, men ingen har landet der siden disse gasskjempene ikke har fast overflate. Dvergplaneten Pluto fikk i juli 2015 et kort besøk i form av sonden New Horizons’ forbiflyging.

Vår egen sol har i mer enn 50 år vært flittig studert fra rommet. De best kjente solsatellittene av nyere dato er SOHO, SDO, Hinode, STEREO og Parker Solar Probe.

Romvirksomheten står overfor økende privatisering med betydelig djervere mål enn dagens kommersielle romaktiviteter, som i hovedsak omfatter satellitter og frakt av disse og annet utstyr opp i bane rundt Jorda. Eksempler på mulige framtidige privatfinansierte prosjekter er energiutvinning i rommet, gruvedrift på asteroider, romstasjoner, romheiser, bemannede romreiser og romturisme. De to sistnevnte punkter vil med stor sikkerhet realiseres først. Blant annet har SpaceX planer om å sende romturister rundt Månen, for ikke å snakke om det langsiktige målet, som er intet mindre enn å kolonisere Mars.

SpaceX og kolonisering av Mars

SpaceX ønsker å innlede koloniseringen av Den røde planet. Den ambisiøse planen involverer blant annet gjenbrukbare raketter og romfartøyer samt produksjon av brensel på Mars. Ill.: SpaceX

Foruten utforskning av våre kosmiske omgivelser anvendes romfartsteknologi i høy grad også til jordobservasjoner, kommunikasjon, navigasjon og militære formål.

Se også

Teksten er hentet fra boka Himmelkalenderen.