Jordens atmosfär – Teleskopens förbannelse

Alexander Biebricher påminner oss i en artikel på ”Space for Science” om att vi kan uppfatta mer än det våra egna sinnen kan berätta för oss. Vi har mikrofoner som är känsligare än våra öron, och vi kan ha apparatur som sniffar kring och varnar oss för gaser som för vårt luktsinne är luktfria. På samma sätt har vi utvecklat kameror som dels kan samla ihop ljus som är för svagt för att vi ska se det och dels kan se våglängder av elektromagnetisk strålning som vi inte alls kan uppfatta med våra ögon.

atmosphere_sv
Elektromagnetisk strålning och atmosfärens ogenomtränglighet, opacitet. Originalbild: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg

Som framgår av bilden ovan får vi från jordytan bäst information om vår kosmiska omgivning ifall vi brukar mikrovågor och radiovågor. Det å andra sidan förutsätter att information om det vi är intresserade av sänds ut just i de våglängderna. Vill vi se ting som vi är vana att se dem må det vara bäst att vi håller oss till det vi kallar synligt ljus. Däremot är det ett ”begränsat synfält” vi då skulle vara låsta till. Det ger en hel del att låta sensorer för både korta och långa våglängder visa vad de kan tillföra.

WL

En av fysikens stora, Walter Lewin, berättar i sin bok ”For the love of physics” hur han blev kallad ”ballongmannen” när han i början av sin karriär tillbringade ”ferierna” i Australien jobbandes med röntgenastronomi. Jordens atmosfär blockerar förtjänstfullt röntgenstrålningen utifrån, till fromma för vår hälsa. Därför var de då i röntgenastronomins barndom tvungna att på något sätt få upp teleskop tillräckligt högt för att ha det mesta av atmosfärens gaser under teleskopet. Det löstes då med att använda ballong för att lyfta teleskopen vid gynsamma vindar. Hur gynsamma förhållandena ändå var blev det rätt tuffa bilturer genom landskapet för att följa med och sedan hitta teleskop och analog(!) kamera och se vad som fastnat på filmen. I oktober 2012 berättade Walter Lewin i en föreläsning på MIT om pionjärandan som präglade röntgenastronomin på 1960-talet.

SOLA_20180109vf
Skulle man 9:e januari 2018 försett ett teleskop med ett vanligt solfilter och sett på vår egen stjärna skulle man ha sett något i stil med bilden längst till höger i serien. I solfläckars frånvaro en rätt ointressant bild. Ett solteleskop utrustat med rätt typ av filter kunde man ha sett protuberanserna på solen i stil med det som visas i näst sista bilden. Bilderna är hämtade från NASA’s Solar Dynamics Observatory, SDO

Färgerna på Solen i bildserien ovan är valda enligt överenskommelse. Presenterar man en bild tagen i en våglängd om 171 Ångström (17,1nm) presenterar man vanligtvis bilden i guld. 304 Ångström presenteras i Rött. Man bör dock komma ihåg att de våglängder vi kallar rött när vi ser ljuset med våra egna ögon är över 700 nm.

Bilden illustrerar väl hur man ser olika egenskaper och processer på Solen när man ser på de olika våglängder av elektromagnetisk strålning, EMR, som strålar ut från den.

KrabbNebulosan_RadioInfraroed_otpiskt_UV_Roentgen
Krabbnebulosa Galleri: Stora bilden är en kompositbild bestående av flera bilder från flera teleskop, tagna i olika våglängder. Bilden, baserad på information förmedlad i radiovågor är tagen av NASA’s VLA i New Mexico, bilden i infrarött är tagen av NASA’s Spitzer, bilden i synligt ljus är från NASA’s/ESA’s Hubble ST, bilden i UV är tagen av ESA’s XMM-Newton och röntgenbilden är tagen av NASA’s Chandra X-Ray Observatory.

Repair-hubble-3-shuttle-closeupDet är lättare att konstatera att teleskop, placerade i rymden, har sina fördelar än att se till att teleskopen hålls vid god vigör. Minns att rymdteleskopet Hubble var ”närsynt” när det inledde sitt uppdrag. Tack vare NASA’s rymdfärjor kunde man vidta en räddningsoperation och rätta till misstaget. Sedan dess har flera turer med rymdfärjor gjorts till ”Hubble” och gett teleskopet bland annat nya gyroskop och nya batterier. 2009 gjordes det sista besöket till rymdtelekopet. I dagens läge finns det inga rymdfärjor att ta till vilket gör att ”Hubble” får klara sig till slutet av sitt uppdrag på egen hand.

Under våren 2019 kommer nästa stora rymdteleskop att lyftas ut från Jorden. Det är då James Webb Space Telescope, ett samarbetsprojekt mellan NASA, ESA och CSA, som med en Ariane-5-raket ska transporteras från Kourou till sin arbetsplats i Lagrangepunkt 2.

16678787010_288ccc3701_c
James Webb Spate Telescope ska studera de första ljusa objekten som bildades i universum cirka 400 miljoner år efter big bang. Därtill ska teleskopet undersöka hur galaxer bildas och utvecklas, studera stjärnornas och planeternas födelse och undersöka solsystemet och extrasolära planeter. Bild: NASA/JWST

Rymdteleskopet Hubble har samlat information i och kring det synliga spektret, alltså nära ultraviolett, synligt ljus och nära infrarött. James Webb Space Telescope, JWST, kommer att koncentrera sig på våglängder från orange till infrarött. Orsaken till att man valt att bruka längre våglängder är att ljuset från fjärran objekt på grund av universums utvidgning förskjuts mot längre våglängder. På motsvarande sätt som ljudet från en bil som passerat oss sjunker i tonhöjd sträcks vågorna i den elektromagnetiska strålningen ut om objekt och betraktare rör sig bort från varandra. Mer om detta i Alexanders artikel. Eftersom man med JWST vill se så långt tillbaka i tiden som möjligt, vilket betyder så långt bort som möjligt, är risken stor att en betydande del av strålningen från stjärnor ”försvunnit” i och med att våglängderna sträckts ut så pass att de är utanför det synliga ljuset, till infrarött.

Om nu JWST kommer säkert till sin observationspunkt 1,5 miljoner kilometer bort från Jorden och allt fungerar som det ska kommer vi att få bilder 13,4 miljader ljusår bort – från vilken riktning som helst, helt fria från atmosfäriska störningar. Om någon denna gång, liksom med Hubble, missat nån detalj i konstruktionen, eller något går fel och vi får oskarpa bilder från JWST; Hur är då utsikterna att vi ska kunna sända astronauter dit för att utföra nödvändig service?

Och en sak till; Vad betyder det för upplösningen om vi kan använda våglängder kring 30nm istället för 600nm (=synligt ljus, orange)? Svaret finns i matematiken i artikeln om storlekens betydelse för teleskopen.

 


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.

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 )

Twitter-bild

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

Facebook-foto

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

Google+-foto

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

Ansluter till %s