Astronomi – fra rummet eller Jorden?

Verdens for tiden største teleskop med et 10,4 meter stort spejl på Gran Canaria. (Illustration: GTC)

Verdens for tiden største teleskop med et 10,4 meter stort spejl på Gran Canaria. (Illustration: GTC)

Efter 25 år med Hubble teleskopet kan man godt få det indtryk, at al astronomi nu foregår fra teleskoper langt ude i rummet. Men det er nu slet ikke tilfældet. Selv om der er enorme fordele ved at observere fra et teleskop højt oppe over Jordens atmosfære, så klarer den jordbaserede astronomi sig særdeles godt – ikke mindst på grund af ny teknik.

Et spørgsmål om beliggenhed

Det er næsten som ved hushandler – beliggenheden er afgørende. Hubble teleskopets 'beliggenhed' højt oppe over Jordens atmosfære en simpelthen umulig at konkurrere med her fra Jorden.

Herude i rummet forstyrres observationerne aldrig af skyet vejr og lufturo, og hvad der er endnu vigtigere: Ude i rummet er himlen helt sort, uden spredt lys. Et af den jordbaserede astronomis største problemer er lysforureningen fra byer. Lyset spredes ud på himlen og gør, at selv en mørk nattehimmel aldrig er helt mørk.

Svært at observere de fjerneste galakser

Det svage, spredte lys fra byer er nok til at gøre nattehimlen så lys, at det er svært at observere de fjerneste og mest lyssvage galakser.

Derfor bygges de store observatorier ude i øde ørkener eller på bjergtoppe. Det er et problem, der ikke eksisterer ude i rummet, og som gør at Hubble i dag er det eneste teleskop, der kan se helt tilbage til de første galakser, der blev dannet for omkring 13 milliarder år siden.

Men det betyder ikke, at astronomerne her på Jorden er ved at pakke sammen – for jordbaseret astronomi har bestemt også sine fordele. En af de største er, at vi her på Jorden kan bygge meget større teleskoper, end dem vi kan sende ud i rummet.

Hubbles spejl på 2,4 meter er jo ikke særlig stort. Moderne observatorier på Jorden har i dag spejle på 8-10 meter, og der planlægges spejle med en diameter på op til 30 meter.

Kæmpespejlene

Det er ikke mange år siden, man mente, at spejle på 10-30 meter var umulige at bygge, og at Jordens urolige atmosfære alligevel ville gøre billederne uskarpe. Men begge problemer er nu godt på vej til at blive løst.

Det er naturligvis vigtigt, at et spejl ikke ændrer form, når teleskopet på Jorden drejer sig for at følge stjernerne. I gamle dage klarede man problemet ved at bygge spejlet meget solidt ved at slibe det fra en stor og tung glasblok. Det skabte mange problemer, og i lang tid sagde man, at spejle på 5 meter nok var det største, der var muligt at bygge.

I dag gør man noget helt andet. Spejlene bygges meget tynde, og det betyder, at de ikke af sig selv kan holde formen, når teleskopet drejer. Men bag spejlet sidder nogle små nærmest donkrafte, der, styret af en computer, kan ændre spejlets form.

Det betød, at spejlene nu kunne komme op på 8 meter, og det er nok også det største, man kan transportere ud til et observatorium. Næste skridt var at opbygge et stort spejl af mange små spejle, der alle var styret af computere.

Ingen grænse for, hvor store spejle, der kan bygges

Med denne type spejle er der i virkeligheden ingen øvre grænse for, hvor store spejle, vi kan bygge. I dag ligger verdens største teleskop på Gran Canaria. Det har et 10,4 meter stort spejl, som er opbygget af 36 mindre spejle.

Flere steder i verden planlægges nu 30 meter teleskoper opbygget af omkring 500 mindre spejle – og de kan indsamle fotoner i et tempo, som intet rumteleskop kan hamle op med.

Man kan nemlig sammenligne et astronomisk spejl med en spand, der opsamler regnvand.  I astronomien svarer regnvand til de fotoner, som kommer fra galakserne. Det kræver en vis mængde fotoner at foretage målinger, og det opnår man meget hurtigere ved at bruge et stort spejl.

Størrelsen betyder noget

Der er også en anden grund til at bygge de meget store spejle. Store spejle gør det muligt at tage meget skarpe billeder. Man taler om et teleskops opløsningsevne, som er evnen til at skille to punkter tæt på hinanden. Et 30 meter teleskop har en teoretisk opløsningsevne som er 12,5 gange større end Hubble teleskopets.

Nøgleordet her er teoretisk, fordi Jordens urolige atmosfære indtil for nylig har gjort det umuligt for et stort spejl at opnå den teoretiske opløsningsevne.

Selv et stort spejl her på Jorden vil de fleste steder på Jorden ikke give en bedre opløsning end et 20 cm spejl, af den størrelse mange amatørastronomer bruger. Det er derfor ikke så mærkeligt, at Hubbles billeder virker meget skarpe, selv om spejlet i virkeligheden ikke er særlig stort.

Kunstige stjerner giver skarpe billeder

Der er nu udviklet en teknik, der gør det muligt at ophæve virkningen af lufturoen og dermed åbner vejen til billeder, der kan blive endnu skarpere end selv Hubbles. Teknikken hedder adaptiv optik, og er en udløber af den amerikanske stjernekrigsforskning.

Ideen er, at lyset fra hovedspejlet sendes til et lille spejl, der mange gange i sekundet kan ændre sin form på en måde, så virkningen af lufturoen ophæves.

Lufturoen måles ved at skabe en kunstig stjerne højt oppe i atmosfæren. Det sker i praksis ved at sende en laserstråle op fra observatoriet og lade den ramme natrium-atomer omkring 90 km oppe.

En kunstig stjerne dannes

Natrium-atomerne absorberer laserlyset, og genudsender det, så der dannes en kunstig stjerne. Ved at måle hvordan lyset fra denne kunstig stjerne påvirkes af atmosfæren, er det muligt at kortlægge lufturoen over observatoriet og derved ophæve virkningen af lufturoen ved at deformere det lille spejl op til 1000 gange i sekundet.

Metoden har været brugt flere år, og den virker bedst for infrarødt lys – men teknikken bliver hele tiden bedre. For et par år siden lykkedes det at tage billeder her fra Jorden, som var skarpere end Hubbles.

En win- win situation

Der er altså stadig godt liv i den jordbaserede astronomi, og fremtidens store observatorier vil i høj grad kunne give rumteleskoperne konkurrence. For det første er der kun få rumteleskoper.

De er meget dyre i drift, og normalt forudbestilt måneder og år ud i fremtiden. I en overskuelig fremtid vil langt de fleste observationer blive foretaget her fra Jorden.

Men Jordens atmosfære skaber også uløselige problemer, da den er uigennemsigtig over for mange bølgelængder: Her fra Jorden er det umuligt at observere universet i røntgenområdet og i ultraviolet lys, og desuden blokerer vanddamp i Jordens atmosfære for meget af det infrarøde lys.

Rumteleskoper kan ikke erstattes af observatorier på Jorden

Rumteleskoper, der observerer i disse bølgelængder kan simpelthen ikke erstattes af observatorier på Jorden. Manglen på en helt mørk nattehimmel her på Jorden er også et problem.

Teknikken med at bygge et stort spejl af mange små spejle rykker også ud i rummet. Hubbles efterfølger, James Webb teleskopet, får et 6,5 meter stort spejl opbygget af 18 mindre sekskantede spejle, hver med en diameter på 1,8 meter.

Det gør det muligt at folde spejlet sammen i næsen på den Ariane-raket, der om et par år skal opsende teleskopet – men der er stadig lang vej til de kommende 30 meter teleskoper på Jorden.

Dette tekniske kapløb mellem observatorier på Jorden og observatorier i rummet har skabt en win-win situation, der er med til at give astronomien nogle gyldne år.

Denne artikel er oprindeligt publiceret som et blogindlæg.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcasts herunder. Du kan også findes os i din podcast-app under navnet 'Videnskab.dk Podcast'.

Videnskabsbilleder

Se de flotteste forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om det betagende billede af nordlys taget over Limfjorden her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk