Nyt superteleskop giver knivskarp udsigt til universet

Jordens største "eye on the sky". Sådan omtaler forskerne Extremely Large Telescope (ELT), der er under opførelse i Atacamaørkenen i Chile. Når det står færdigt, kan verdens største teleskop zoome ind på mystiske planeter og måske hjælpe astronomerne med at finde liv i universet?

"Det første, jeg ville gøre, var at zoome ind på atmosfæren og se, om den mindede om Jordens eller Venus’ – eller noget helt tredje”.

Ordene kommer fra astrofysiker Simona Ciceri fra Italien.

Hun har taget plads i La Silla-observatoriets kontrolrum foran en rad af monitorer med astronomens uundværlige følgesvende inden for rækkevidde: kaffe og cola.

I hånden har hun en liste, hvor en række koordinater skødesløst er kradset ned. Dem skal hendes “pilot”, teleskop-operatøren, låse fast på i løbet deres vagt.

Klokken er 21, og forude venter en hel nats jagt på exoplaneter: fremmede verdener, der kredser om en fjern sol.

Ciceri er en af mange hundrede internationale astronomer, der hvert år tager turen til Chile – hjemlandet for en række teleskoper, der ejes og drives af ESO, det europæiske sydobservatorium.

Listen over mulige planeter i andre solsystemer rummer over 5000 kandidater. I kontrolrummet ved La Silla-observatoriet begynder astrofysiker Simona Ciceri nattens jagt på exoplaneter.

© Sebastian Relster/Illustreret Videnskab

Halvdelen af alle verdens astronomiske data kommer i dag fra nye, avancerede instrumenter i Chile, og den procentdel vil stige drastisk, når ESO’s nye gigantteleskop kendt som ELT står færdigt om få år.

Når det sker, kan astronomerne ikke alene få besvaret nogle af deres mest brændende spørgsmål om sorte huller, mørk energi og stjernedannelse – de kan også observere fremmede kloder direkte.

Og hvis det stod til Simona Ciceri skulle ELT’s fintfølende instrumenter som det første rettes mod atmosfæren på nogle af klippekloderne uden for vores solsystem. Minder deres atmosfære om Jordens, er det sandsynligt, at den fremmede verden huser liv.

Chiles ørken er paradis for astronomer

Den kolde Humboldt-havstrøm langs kysten giver tør og kold luft i Atacamaørkenen. Det gør ørkenen perfekt til astronomiske observationer, og derfor opføres der nu tre kæmpe-teleskoper: ELT (1), GMT (2) og LSST (3).

1. Giant Magellan Telescope

Med syv enorme spejle bliver GMT kraftigere end noget teleskop, der eksisterer i dag. Formålet med teleskopet er at se tilbage på universets barndom. Det bliver indviet i 2022.

GMTO

2. Extremely Large Telescope

Det enorme superteleskop ELT vil gøre det muligt at nærstudere jordlignende planeter i andre solsystemer. Den bliver indviet i 2025.

Eso

3. The Large Synoptic Survey Telescope

Teleskopet, som er forkortet LSST, kommer til at have verdens kraftigste digitalkamera. Det skal kortlægge alle små objekter Solsystemet ved at tage fotos af himlen i ultra-høj opløsning. LSST-teleskopet bliver indviet i slutningen af 2019.

LSST

Europæiske astronomer drog sydpå

Chiles stjernestatus blandt astronomerne begyndte med opførelsen af La Silla-observatoriet. I begyndelsen af 1960’erne var alle klodens store spejlteleskoper placeret på den nordlige halvkugle, hvilket kun gav udsyn til den nordlige stjernehimmel.

For at kunne studere fx Mælkevejens centrum eller de såkaldte Magellanske Skyer måtte de europæiske astronomer til den sydlige halvkugle.

Luften i Chiles Atacamaørken er knitrende ren og klar, og her regner det gennemsnitligt kun seks dage om året – den perfekte udsigtspost til den sydlige stjernehimmel.

Seks europæiske nationer gik derfor sammen om at opføre et stort observatorium i 2400 meters højde, der fik navnet La Silla, saddel på spansk, efter den saddelformede bjergtop, det blev grundlagt på.

VIDEO – Følg opførslen af gigant-teleskopet ELT:

Universet vrimler med mystiske kloder

Da La Silla-observatoriet blev indviet i marts måned 1969, havde astronomerne endnu til gode at få øje på en exoplanet.

Først i 1995 blev den første sikre observation offentliggjort – en gasplanet, der drønede rundt om sin stjerne i et hektisk firedages kredsløb.

Siden da er familien af exoplaneter vokset nærmest eksponentielt og tæller i skrivende stund 3671. Og de mange nye kloder kommer i alle afskygninger.

Én er blevet døbt Super Saturn, fordi den er omringet af 37 ringe med en radius på 90 millioner km – 200 gange større end Saturns.

En anden, kaldet Kepler-16b, kan opleve to solopgange på et døgn, fordi den kredser om to stjerner.

Og en tredje planet, GJ 1214 b, er blevet døbt Waterworld, da den hovedsageligt består af vand i forskellige eksotiske former: som plasma, som varm is eller i superflydende tilstand.

Kun fantasien sætter tilsyneladende grænsen for, hvilke verdener der findes derude.

Den pludselige eksplosion i observationer kan vi takke Keplerteleskopet for. Det amerikanske rumteleskop blev i år 2009 sendt på en temmelig ensformig mission: at stirre ud på det samme lille udsnit af himmelrummet i fire år.

Kepler fokuserede ikke på planeter, men på udsving i lyset fra de 150.000 stjerner, der fandtes i udsnittet. Den indirekte målemetode skyldes, at planeter er små og undseelige skabninger i forhold til stjerner.

Vores egen Sol, der er ganske gennemsnitlig, indeholder fx 99 procent af alt stof i Solsystemet og kunne rumme Jorden 1.300.000 gange.

Hvis man befandt sig 40 lysår væk og betragtede vores solsystem, ville Solen fuldstændig stjæle billedet og overstråle Jorden.

Men hver gang Jorden passerer Solen, blokerer den for lidt af sollyset, og dét udsving ville kunne opfanges af fjerne teleskoper.

Med andre ord: Hvis lyset fra en stjerne aftager regelmæssigt, kan det betyde, at en eller flere planeter på sin vej rundt om stjernen skygger for lyset.

Teleskop opfanger svingninger i stjernelyset

Keplerteleskopet fandt tusindvis af planeter ved at måle lysets svingninger

Ved hjælp af transitmetoden kan man måle, når planeten skygger for sin sol. Hvis en planet kredser om en stjerne, vil stjernelyset blive en smule svagere, hver gang planeten befinder sig foran stjernen. Ved at måle disse svingninger i lyset har rumteleskopet Kepler fundet tusinder af planeter. Når James Webb-teleskopet opsendes i 2019, får forskerne et endnu skarpere blik.

Astronomer spejder efter dansende stjerner

Alene Keplers observationer baseret på denne såkaldte transitmetode har foreløbig afsløret 5000 mulige exo­planeter.

Og astronomerne er langtfra færdige med at kværne sig igennem den enorme mængde data fra Kep­ler.

Simona Ciceris opgave under nattevagten på La Silla-observatoriet er netop at udforske nogle af de exo­planet-kandidater grundigere, så de kan klassificeres korrekt. Det gør hun ved at kigge efter stjernedans.

Lyset fra en stjerne, der bevæger sig mod os, “sammenpresses” og ser derfor mere blåt ud, mens lyset fra en stjerne, der fjerner sig, synes mere rødt – et fænomen, der kaldes henholdsvis blå- og rødforskydning.

Tyngdekraften fra en planet i kredsløb trækker ganske lidt i sin stjerne og får den til hhv. at fjerne og nærme sig i forhold til synsretningen – den danser.

Hvis Ciceri via blå- og rødforskydning opdager en dansende stjerne, ved hun, at noget trækker i den, sandsynligvis planeter i kredsløb.

På Ciceris liste over mulige kandidater står koordinaterne og dét tidspunkt i løbet af natten, hvor exoplaneterne står i en position, der gør det muligt for hendes pilot at låse sig fast på sit bytte.

Lysbølger afslører skjulte planeter

HARPS er et instrument, der kan måle små farvevariationer i lyset fra fremmede planeter

Når en stjernes kurs slingrer, kan man måle radialhastigheden på planeter. En planet trækker en smule i sin stjerne, og det påvirker det lys, som vi ser. Når en exoplanets tyngde skubber stjernen mod Jorden, bliver lysbølgerne presset sammen og dermed mere blå. Instrumentet HARPS, som står på La Silla-observatoriet i Chile, kan måle disse meget små farvevariationer. Målingen sker ved, at en exoplanet (blå klode) cirkler om sin stjerne (gul klode), og får den til at slingre en smule pga. tyngdekrafttiltrækningen. Den stiplede linje fra teleskopet angiver de foranderlige lysbølger, der afslørede stjernens slingren – og dermed planeten.

Radialhastighedsmetoden, som den kaldes, er et af planetjægernes vigtigste redskaber.

Og det såkaldte HARPS-instrument på La Silla-observatoriet er det ypperste af slagsen. Instrumentet opdagede den første jordlignende planet uden for vores solsystem i den såkaldte beboelige zone – også kaldet guldlokzonen.

I det gamle folkeeventyr forgriber Guldlok sig på bjørneungens grød, der “ikke er for varm og heller ikke for kold”.

Det samme gælder planeterne: De, som kredser for langt fra deres stjerne, vil være mørke, golde og dybfrosne.

Og kredser de for tæt på, vil de være omdannet til kogende hede infernoer. Begge scenarier er meget lidt livsvenlige.

Og det ultimative trofæ for planetjægerne er at finde en planet, der har alle betingelser for at huse liv. I rækken af nyopdagede planeter finder astronomerne nu stadigt flere i guldlokzonen.

Planeter navngives efter øl

I 2016 kunne astronomerne fx meddele, at de havde fundet en planet kredsende om vores nærmeste stjerne efter Solen, Proxima Centauri. Og i 2017 publicerede et belgisk forskerteam opdagelsen af et solsystem med hele syv planeter, der kredsede om en dværgsol.

De ølentusiastiske astronomer døbte systemet TRAPPIST-1 som en hyldest til hjemlandets klosterbryg, og planeterne fik navn efter deres foretrukne ølmærker.

Hele tre af planeterne er jordlignende og byder på forhold, der potentielt kan huse liv.

Lysfilter sier stjernelys fra

SPHERE-instrumentet skærmer for stjernen, så exoplaneten ikke drukner i stjernens lys

Planeter i andre solsystemer er uhyre svære at se direkte, fordi de drukner i lyset fra deres stjerne. En såkaldt koronagraf lukker af for stjernens direkte lys, men lader det lys, som reflekteres af en exoplanet, slippe igennem. SPHERE-instrumentet på VLT-teleskopet tog i 2017 sit første direkte planetfoto.

I en galakse langt, langt væk

Trappist-systemet er 40 lysår væk, hvilket i astronomisk målestok er lige inde hos naboen. Og så alligevel næsten ubegribeligt langt væk. Lyset har universets hastighedsrekord og bevæger sig tæt på imponerende 300.000 km i sekundet.

Dvs. at en foton kan nå fra Månen til Jorden, før vi kan nå at sige exoplanet. Lyset fra vores stjerne, Solen, rammer os først otte minutter, efter at lyspartiklerne har forladt Solens overflade.

Og i løbet af et år tilbagelægger lyset svimlende 9.460.730.472.580,8 km – også kaldet et lysår, som er astronomernes foretrukne målestok.

De fleste systemer er mange hundrede lysår væk, så det kræver selvsagt fintfølende grej at registrere de fjerne objekter. Rumteleskoper har den fordel, at de er fri af Jordens partikelfyldte atmosfære og lysforurening fra oplyste storbyer.

Men de er i sandhed astronomisk dyre og i sagens natur besværlige at reparere.

En simpel mekanisk fejl kostede fx det 3,3 milliarder kroner dyre Keplerteleskop en stor del af førligheden i 2012.

På Jorden kan astronomerne omvendt bygge stort, tungt og avanceret, men må så finde på snedige måder at omgå vores jordbundne problemer på. Og det har de gjort i Paranal-observatoriet, der ligger 600 km nord for La Silla.

Komplekset huser VLT-teleskopet, der er verdens i øjeblikket mest avancerede optiske instrument.

Og som lige er blevet forsynet med en række nye, avancerede instrumenter, der gør området til kommandocentral for verdens førende planetjægere.

ELT er født som planetjæger

1 / 5

undefined

12345

Når ELT står klar i 2025, bliver det verdens suverænt kraftigste spejlteleskop. En af kæmpens faste opgaver bliver at søge efter planeter i andre solsystemer. For at indsamle lys fra fjerne kloder skal ELT bruge 802 ultrapræcise spejle. De 798 af dem er sekskantede elementer, som tilsammen udgør ELT’s hovedspejl. Hele teleskopet vejer 2800 tons og kan drejes 360 grader.

James Bond-skurk bor hos astronomerne

VLT-observatoriet er opført langt ude i Atacamaørkenens ødemark, fjernt fra alle lysforurenende bebyggelser. Og fjernt fra alt andet også. Frisk vand må hver dag bringes hertil med tankvogne, og indtil for ganske nylig måtte elektricitet skaffes med egen generator.

Selv små lysmængder kan ødelægge observationerne fra de fintfølende instrumenter, så her findes ingen gadelamper. Bilister må ikke bruge forlygterne, men må nøjes med at orientere sig med blinklys og de reflekser, der er nedfældet i vejen.

Gående må finde vej i det chilenske nattemørke ved hjælp af en lille, svag lommelygte, der altid skal rettes nedad.

Få et glimt af VLT-observatoriet i Atacamaørkenen:

VLT-teleskopet står på en bakke

Teleskoperne står på en bakketop i 2635 meters højde. Neden for bakken ligger beboelsesområdet, hvor astronomerne sover, spiser og holder fri.

Tommy Weir/Eso

VLT-astronomifabrikken set oppefra

VLT-teleskoperne kan tage helt unikke billeder af himmelobjekter, der er fire milliarder gange svagere, end det menneskelige øje kan opfange.

Derfor ansøger forskere fra hele verden om at få en nat med VLT-teleskoperne, og astronomer publicerer op til 500 artikler baseret på VLT-data – hvert år.

J.L. Dauvergne & G. Hüdepohl/ESO

350 tons teleskop

Hovedspejlet i hvert af de fire teleskoper måler 8,2 meter i diameter og vejer 23 tons. Hele teleskopet når op på 350 tons og fjernstyres fra observatoriets kontrolrum.

José Francisco Salgado/ESO

Et beboelsesområde

For at gøre månedlange ophold i den golde ørken behagelige er der opført et beboelsesesområde .

Tommy Weir/Eso

Lækre omgivelser

Inde i beboelsesområdet er der både bløde sofaer og indendørs pool.

Ebbe Rasch/Illustreret Videnskab

Alle vinduer er udstyret med tungemørklægningsgardiner, så dagslyset kan holdes ude, når astronomerne sover om dagen – og mindst lige så vigtigt: så indendørsbelysning kan holdes inde om natten og ikke forstyrrer målingerne.

Hele beboelsesområdet, hvor op mod 100 gæstende astronomer spiser og sover, er bygget ind i klippen og går næsten i ét med ørkenens røde okkerfarver. En indbygget atriumgård fuldender det futuristiske indtryk og får bygningen til at ligne noget, der er taget ud af en James Bond-film – hvilket den også er.

I Quantum of Solace spæner 007 rundt på taget af bygningen, der i filmen tjener som hjem for skurken Dominic Greene.

Selve VLT-teleskopet består af fire siloer, der troner majestætisk på en bakketop et par hundrede meter væk fra beboelsesområdet.

Hver silo indeholder et teleskop med et hovedspejl, der hver måler 8,2 meter i diameter. Bare ét af spejlene kan tage snapshots af himmelobjekter, der er fire milliarder gange svagere, end hvad det menneskelige øje kan registrere.

Når teleskoperne kombineres i kompleksets såkaldte interferometer, kan astronomerne se detaljer op til 16 gange mindre end med de individuelle teleskoper.

De indsamlede lysstråler fra teleskoperne bliver kombineret ved hjælp af spejle, der er installeret i et labyrintisk, underjordisk tunnelsystem, der næsten også er en James Bond-film værdigt. Her skal længden af lysstrålernes bane holdes inden for mindre end en tusindedel

millimeter over en afstand på mere end 100 meter. Ikke noget at sige til, at det underjordiske system er lukket land for besøgende med pilfingre.

I fællesskab kan de fire teleskopenheder udføre målinger, der svarer til, at astronomerne fra Jorden kan se kærven på et skruehoved i Den Internationale Rumstation, der kredser 400 km over os.

Hvert af teleskoperne har tilknyttet en række helt nye, avancerede instrumenter med uforståelige akronymer som ESPRESSO og SPHERE. Selv når forkortelserne foldes ud, giver de ikke meget mening for den uindviede – men for astronomerne rummer de uanede muligheder.

ESPRESSO tilhører fx den nyeste generation af spektrometre og er planetjægeren HARPS’ afløser.

HARPS-instrumentet er en af de mest succesfulde planetfindere på Jorden.

©  José Francisco Salgado/ESO

Hvor HARPS kunne registrere ændringer i “stjernedansen” på 3,5 km/t – altså en rolig svingom – så vil ESPRESSO, når alle fire VLT-teleskoper arbejder sammen, kunne aflæse svingninger på sølle 0,35 km/t – en meget langsom vals.

Eftersom små planeter udøver mindre kraft på deres stjerne end store, vil det fintfølende ESPRESSO med andre ord kunne spotte tilstedeværelsen af langt mindre jordlignende planeter.

SPHERE er mere direkte i sin angrebsvinkel. Instrumentet kan spotte en planet direkte, selv hvis lyset fra den er en million gange svagere end dens stjerne. Instrumentet fungerer som en slags solbriller med polariserede glas, der filtrerer det generende stjernelys fra.

SPHERE har også knust problemet med blinkende stjerner, som måske nok begejstrer poeter og forelskede – men ikke astronomerne. Blinkene skyldes nemlig støvpartikler i atmosfæren, der forvrænger lyset fra stjernerne.

Ved hjælp af såkaldt adaptiv optik korrigerer SPHERE stjernelyset 1200 gange i sekundet ved hjælp af deformerede spejle.

I juli 2017 kunne astronomerne præsentere et foto af SPHEREs første bytte: en jupiterlignende planet, der kredser om en stjerne 365 lysår væk.

Nyt teleskop slår alle rekorder

Intet instrument er dog bedre end det lys, som teleskopet henter ned. Og alle, som besøger Paranal, har udsigt til stedet kun 20 km væk, hvor klodens hidtil største øje mod himlen er ved at blive opført.

I juni 2014 blev hele toppen af det 3000 meter høje bjerg Cerro Armazones sprængt væk, så opførelsen af Extremely Large Telescope, som det meget rammende er døbt, kunne begynde.

ELT bliver større end alle klodens nuværende spejlteleskoper tilsammen og vil kunne indsamle femten gange så meget lys som det største optiske teleskop i dag. Teleskopets livsnerve er fire spejle, der alle skal slå rekord i præcision og funktionsduelighed.

Det ene med øgenavnet “gummispejlet” sørger for den adaptive optik. Spejlet kommer til at måle 2,6 meter i diameter, men bliver kun 2 mm tykt. Det skal styres af op mod 8000 styreenheder, der flere tusind gange i sekundet justerer for atmosfæriske forstyrrelser eller vindpåvirkninger.

De tre øvrige (primært, sekundært og tertiært) indsamler og fokuserer lyset. Sekundærspejlet alene er 4,2 meter i diameter og vejer 3,5 tons.

En kunstner har fortolket, hvordan ELT kommer til at se ud om natten.

© Eso

Spejlet er allerede blevet støbt i Tyskland, og nu venter et helt års afkøling, før franske specialister kan slibe spejlet til med en nøjagtighed, der kun tillader 15 nanometers margen. Det svarer til, at højdeforskellen intet sted på Atlanterhavets overflade måtte være mere end 3,5 cm.

Selve hovedspejlet bliver også en bedrift at få fremstillet – og ikke mindst koordineret – for det består af 798 perfekt slebne, sekskantede spejle, der hver måler 1,4 meter i diameter.

Når spejlene i år 2024 vendes op mod den chilenske nattehimmel, vil Simona Ciceri og de øvrige pla­net­jæ­gere for første gang kunne stille skarpt på de fjerne kloder.

Og listen med spændende kandidater, der kan zoomes ind på, vokser støt. På sin nattevagt i La Silla-observatoriets kommandorum kunne Ciceri tilføje endnu en: en saturnlignende planet, der kredser slingrende om sin kæmpestjerne, EPIC 228754001.

Mens disse linjer bliver skrevet, er antallet af konfirmerede exoplaneter 3671. Når du læser selvsamme linjer, er flere sikkert kommet til. Tjek selv på www.exoplanet.eu. God jagt.

Læs også:

Teleskoper

Underjordiske spejle skal finde fremmede planeter

1 minut
Teleskoper

Første del til nyt gigant-teleskop er klar

2 minutter
Teleskoper

Kæmpeteleskop skal jagte liv i nyt solsystem

1 minut

Log ind

Fejl: Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!