Teleskop – små och stora.

En vindstilla, mörk och stjärnklar kväll är det lätt att känna sig liten. Är man långt från den moderna människans ljuskällor kan man ana varifrån vår galax har fått sitt namn. Vintergatan, Milky Way, Linnunrata. I många namn anar man försök till att i ord beskriva det band av stjärnor och kosmiska molnbankar som sträcker sig från horisont till  horisont.

Med blotta ögat kan vi under goda förhållanden urskilja ett par tusen stjärnor. De utgör en hundramiljontedel av alla de stjärnor som finns i vår galax. De flesta är i och för sig nära, men en ljusstark stjärna långt borta syns bättre än en ljussvag stjärna blott ett par tio ljusår bort. Det är också möjligt att se Andromedagalaxen med blotta ögat, men det vi ser då är en suddig liten fläck som utgörs av det sammanlagda ljuset som strömmar ut från galaxen.

L_Stjaernekvaell02
En grupp deltagare i en astronomikurs bekantar sig med Katternö SkyWatchers’ teleskop – och givetvis med stjärnorna ovanför. En liten stund efter att denna bild tagits hörs nån säga ungefär: ”Jag tycker nästan det är mer intressant att se bredvid teleskopet.”

Det är värt att komma ihåg att teleskopet är ett rätt nytt redskap inom astronomin. Många av historiens stora astronomer har haft observatorier utan teknik att fösa samman en större mängd ljus mot observatörens öga. För det är i princip det som vi är ute efter med teleskopen – mer ljus. Blir vi riktigt noggranna pratar vi elektromagnetisk strålning. I denna artikel fokuserar vi på de våglängder av EMR (electromagnetic radiation) vi kan se med våra ögon, det vi kallar ”ljus” eller ”synligt ljus”. I nästa vidgar vi begreppet.

Plejaderna
Plejaderna, Seven Sisters, Subaru. Bild: Dylan O’Donnell, deography.com

”Hur ser en stjärna ut när du ser på den genom ett teleskop?” Den frågan hörs då och då. Ja, det är en prick. Något mindre än den prick man ser med blotta ögat. Orsaken till att man inte ser mer trots hyfsad förstoring finns i de enorma avstånd vi har att göra med när vi iakttar andra stjärnor. Att den prick som utgörs av stjärnan är mindre i teleskopets okular beror på att du helt enkelt ser en skarpare bild av stjärnan. Däremot ser man betydligt flera stjärnor när man brukar en kikare eller ett teleskop.

I stjärnbilden ”Plejaderna” utkristalliseras sju stjärnor om man ser på den med blotta ögat. Då inser man också varifrån bilmärket ”Subaru” fått sin logo. Ser man på stjärnbilden med en kikare ser man redan betydligt fler stjärnor. Med ett teleskop kan man också se att stjärnorna skimrar i blått. De ljusstarka stjärnorna i den öppna stjärnhopen är unga, mycket heta, stjärnor. Därav den blå färgen. För tillfället rör sig stjärnhopen genom en region som innehåller speciellt mycket interstellärt damm. Det är det dammet som lyses upp av stjärnorna i bilden ovan.

En kamera med öppen slutare samlar in ljus under en tid, betydligt längre än ”ett ögonblick”. Det gör också att sådant som inte kan uppfattas med blotta ögat blir synligt på bild. Kombineras kamera och teleskop kan resultatet vara sådant vi ser i bilden av Plejaderna och nedan i bilden av M81, M82, och NGC 3077.

23097044845_59907e66a9_k
M81, ”Bodes Galax”, nämnd efter Johann Elert Bode som upptäckte galaxen den 31 december 1774; M82, Cigargalaxen, och NGC 3077 fångade på bild av Pekka Ruohomäki Teleskopsystem: C9.25 Hyperstar, Kamera: Atik 460, Luminans: 15×180 sek, rött: 15×180 sek, grönt: 15×180 sek, blått: 15×180 sek.

Motsvarande utrustning användes också av Jonas Förste när han 27:e januari 2014 från bakgården hemma fotograferade en supernova i M82, Cigarrgalaxen. Supernovan syns, efter en exponering om 120 sekunder, som en vit fläck nere till höger i galaxen. Jämför gärna med bilden ovan där M82 också syns. Fotograferar man från ”rymdskeppet Jorden” från 63°N vaggar horisonten 54° från morgon till kväll. Varför gör den så? och kan man egentligen säga vad som är upp och vad som är ned på en bild tagen av avlägsna stjärnor och galaxer?

M82Suprnva
Supernova i M82, Cigarrgalaxen, fotograferad 27.01.20014. Supernovan gavs beteckningen SN2014J och var av typ 1a, vilka används som ”standarsljus” för att bland annat kunna mäta avstånd i rymden. Bild: Jonas Förste

Vi tänker oss att pupillen i ögat har en radie kring 4mm i svagt ljus. Då är storleken på den öppning genom vilken ljuset tar sig in till näthinnans sensorer π·(4mm)²≈ 50mm². En klassisk kikare, 7×50, ger 7ggr förstoring och har en öppning/linsdiameter med en diameter på 50mm, en radie på 25mm. π·(25mm)²≈ 2000mm². Med andra ord är öppningen på kikaren nära 40 ggr så stor som pupillen i ögat, och du kan med kikarens hjälp se ljussvaga eller avlägsna stjärnor du inte ser med blotta ögat. Hur mycket mer ljus tar då ett hobbyteleskop med en öppning med radien 100mm in?

Hubble_01
Rymdteleskopet, Hubble, fotograferad i februari 1997 av besättningen ombord på rymdfärjan Discovery.

Befinner man sig på Jordens yta och ser på till exempel Jupiter genom ett enkelt teleskop märker man rätt fort att det som ser ut som klart väder när vi vänder ögonen mot stjärnhimlen inte alltid är det när vi börjar fokusera på detaljer. Bilden är också ofta oskarp i små detaljer på grund av rörelser i atmosfärens luftlager. Det här fenomenet kan jämföras med mönstret i bottnen på en pool. Så länge vattnet ligger stilla är det inget problem att se detaljer på poolens botten men genast någon hoppar ställer vågrörelserna till det.

Befinner sig telelskopet i rymden finns ingen atmosfär som försämrar bildkvaliteten. Rymdteleskopet Hubble, som befinner sig knappt 600 km ut från jordytan, har alltså kristallklar sikt ut i universum.

Andromeda_Hubble
Den skarpaste bilden, hittills, av stjärnformationer i en annan galax än vår egen – tagen i synligt ljus av vår granngalax M31, Andromedagalaxen. Följ länken i bilden till Hubble’s webbsidor för att se en inzoomning av sällan skådat slag. Hubble Bild: NASA, ESA, and T. Lauer (National Optical Astronomy Observatory); WIYN/KPNO Bild: T. Rector and B. Wolpa (NOAO/AURA/NSF)

Hubbles stora fördel gentemot jordbaserade teleskop är att Hubble finns utanför Jordens attmosfär. Trots en spegeldiameter på 2,4 m är Hubble ett litet teleskop. Det är inte idag möjligt att bygga särdeles stora teleskop i rymden, även om James Webb Space Telescope,  som 2019 lyfts med en Ariane-5 från Europas rymdbas i Kourou, är betydligt större än Hubble. Det måste i detta skede vara möjligt att föra ut teleskopet från Jorden i en enda uppskjutning eftersom vi för tillfället saknar farkost för att föra ut servicepersonal till rymdteleskopen. På Månen kunde det däremot vara möjligt att bygga ett stort teleskop som inte störs av någon atmosfär.

Hur stort är då ett stort teleskop?

Världens, just nu, mest avancerade astronomiska observatorium för synligt ljus är ESO’s VLT, Very Large Telescope. Det är placerat 2 635 m.ö.h. på Cerro Paranal i Chile. Det står på Jorden, men på en sådan plats att det inte störs av ljus eller fukt. En stor del av atmosfären ligger därtill under den höjden. Det är med andra ord så bra en plats på jordytan kan bli. VLT är egentligen ett teleskop sammansatt av fyra 8,2-metersteleskop. När dessa synkroniseras fungerar de som ett 16-metersteleskop.

Det största ögat som någonsin spanat ut mot rymden har fått namnet ELT, Extremely Large Telescope, vilket bevisar att astronomer är fokuserade på jobb – inte namngivningar. I maj 2017 år sattes den första stenen för bygget i marken och 2024 är det tänkt att ögat skall öppnas. Huvudspegeln i detta bygge har en diameter på 39 m.

Räknade du ut ytan på en spegel med radien 100mm som vi nämnde innan? Ok. Vi kan också räkna ytan i kvadratmeter och då är 100mm = 0,1m. Ytan är då π·(100m0)²≈ 30000mm² eller  π·(0,1m)²≈ 0,03m².  Ytan på Hubble’s primärspegel är π·(1,2m)²≈ 4,5m², 144 gånger så stor som i 8-tummaren (8 tum är en vanlig diameter på ett hobbyteleskop och motsvarar ungefär 20cm, 200mm). Hur mycket ljus kommer då ELT att ta in, jämfört med exempelvis Hooker-teleskopet som Edwin Hubble använde för sina viktigaste iakttagelser?

RayleighsKriteriumDet är inte heller bara fråga om ljus. Det finns också en gräns för den minsta skillnad i vinkel det måste vara mellan två objekt för att de inte ska sammanfalla till ett objekt i teleskopets okular. En gräns för vinkelupplösningen. Detta beskrivs i Rayleighs kriterium, där θ är vinkelupplösningen i radianer, λ våglängden och D diametern på linsöppningen eller primärspegeln. Vill vi veta optisk upplösning på känt avstånd är det bara att multiplicera vinkelupplösningen med avståndet. Att vi inte behöver bruka sinusfunktionen i detta fall beror på att sinus θ är ungefär θ för väldigt små vinklar. Och det är små vinklar vi jobbar med när det gäller astronomi.

rayleighs_criterium
Här har Rayleighs kriterium använts för att räkna ut vilket avståndet måste vara mellan två punkter på månen för att de ska kunna skiljas från varandra. Våglängden är satt till 600 nm, gul-orange. Här är ”vårt” 8-tums hobbyteleskop jämfört med Hubble och ELT. Avståndet mellan Jorden och Månen är avrundat till 380000 km. Borde avståndet mellan rymdteleskopet Hubble och Månen vara ett annat?

I bilden ovan ser vi att ett 8-tumsteleskop (diameter på 8 tum/200mm) kräver att två punkter på Månen bör ha ett inbördes avstånd på 1,4 km för att man ska kunna se dem som två separata punkter. När ELT står klart kan två punkter blott 7,1m från varandra på Månen särskiljas.

Apollo15LunarRover
Apollo15 Lunar Rover Bild: NASA/Dave Scott

Hur är det då med den frågan som kastades ut från de som tvivlade på att människor besökt Månen;

”Varför kan ni då inte vända ett telskop mot landningsplatsen på Månen och visa till exempel den månbil som blev lämnad kvar?”

 

 


JanJan är lärare i matematik, fysik och vetenskapliga tillvalsämnen på Sursik skola i Pedersöre, Finland, samt resursperson på skolresurs.fi. Att ta in världsrymden i klassrummet ger ofta, åtminstone, ett delsvar på frågan ”Varför?”, en fråga som hörs rätt ofta i samband med matematikundervisningen. Att dryfta stora frågor ger nyfikenheten näring, vilket i sin tur är en av nyckelingredienserna till framgång.

2 Comments

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google+-foto

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

w

Ansluter till %s