Nytt superteleskop gir knivskarp utsikt til universet

Halvparten av alle verdens astronomiske data kommer i dag fra nye, avanserte instrumenter i Chile, og den prosentdelen vil stige drastisk når ESOs nye gigantteleskop, kjent som ELT, står ferdig om noen få år.

Når det skjer, kan astronomene ikke bare få besvart noen av sine mest brennende spørsmål om sorte hull, mørk energi og stjernedannelse – de kan også observere fremmede kloder direkte.

Og hvis det var opp til Simona Ciceri, burde ELTs fintfølende instrumenter aller først rettes mot atmosfæren på noen av steinplanetene vi kjenner til utenfor vårt eget solsystem. Hvis atmosfæren der minner om det vi har på jorda, er det sannsynlig at det er liv der.

Europeiske astronomer dro sørover

Chiles stjernestatus blant astronomene begynte med oppføringen av La Silla-observatoriet. I begynnelsen av 1960-tallet var alle de store speilteleskopene i verden plassert på den nordlige halvkule, noe som bare ga utsyn til den nordlige stjernehimmelen.

For å kunne studere for eksempel Melkeveiens sentrum eller de såkalte Magellanske skyer måtte de europeiske astronomene til den sørlige halvkula.

Lufta i Chiles Atacamaørken er både ren og klar, og her regner det bare seks dager i året i gjennomsnitt – den perfekte utsiktsposten for den sørlige stjernehimmelen.

Seks europeiske nasjoner gikk derfor sammen om å oppføre et stort observatorium 2400 meter oppe, og det fikk navnet La Silla, «salen» på spansk, etter den salformede fjelltoppen det ble plassert på.

VIDEO – Følg byggingen av gigant-teleskopet ELT:

Universet vrimler av mystiske kloder

Da La Silla-observatoriet ble innviet i mars 1969, kjente ikke astronomene til en eneste eksoplanet.

Først i 1995 ble den første sikre observasjonen offentliggjort – av en gassplanet som suste rundt stjernen sin i enorm hastighet. Den brukte bare fire dager på en rundtur.

Siden den gang har familien av eksoplaneter vokst eksplosivt og teller i skrivende stund 3671. Og alle disse nye klodene kommer i alle avskygninger.

Én har blitt døpt Super-Saturn fordi den er omringet av 37 ringer med en radius på 90 millioner kilometer – 200 ganger større enn ringene til Saturn.

En annen har fått navnet Kepler-16b. Den kan oppleve to soloppganger på et døgn fordi den går i bane rundt to stjerner.

Og en tredje planet, GJ 1214b, har blitt døpt Waterworld fordi den hovedsakelig består av vann i ulike eksotiske former: som plasma, som varm is eller i superflytende tilstand.

Den plutselige eksplosjonen i observasjoner kan vi takke Kepler-teleskopet for. Det amerikanske romteleskopet ble i år 2009 sendt ut på et nokså ensformig oppdrag: å stirre ut på det samme lille utsnittet av himmelrommet i fire år.

Kepler fokuserte ikke på planeter, men på svingninger i lyset fra de 150 000 stjernene som fantes i utsnittet. Den indirekte målemetoden skyldes at planeter er små og uanselige skapninger sammenlignet med stjerner.

Vår egen sol, som er ganske gjennomsnittlig, inneholder for eksempel 99 prosent av all materie i solsystemet og kunne romme jorda 1 300 000 ganger.

Hvis vi befant oss 40 lysår unna og betraktet solsystemet vårt, ville sola sørge for at jorda var nærmest usynlig.

Men hver gang jorda passerer sola, blokkerer den for litt av sollyset, og den variasjonen ville det være mulig å fange opp for fjerne teleskoper.

Med andre ord: Hvis lyset fra en stjerne avtar regelmessig, kan det innebære at en eller flere planeter på sin vei rundt stjernen skygger for lyset.

Astronomer speider etter dansende stjerner

Bare Keplers observasjoner basert på denne såkalte transittmetoden har foreløpig avslørt 5000 mulige eksoplaneter.

Og astronomene er slett ikke ferdige med å kverne seg gjennom den enorme mengden data fra Kepler.

Simona Ciceris oppgave under nattevakten ved La Silla-observatoriet er nettopp å utforske noen av de eksoplanetkandidatene mer grundig, slik at de kan klassifiseres korrekt. Det gjør hun ved å se etter stjernedans.

Lyset fra en stjerne som beveger seg mot oss, «presses sammen» og ser derfor mer blått ut, mens lyset fra en stjerne som fjerner seg, virker mer rødt – et fenomen som kalles henholdsvis blå- og rødforskyvning.

Tyngdekraften fra en planet i bane trekker litt i stjernen og får den til å fjerne og nærme seg i forhold til synsretningen – den danser.

Ciceri kan bruke blå- og rødforskyvning til å oppdage en dansende stjerne, og da vet hun at noe trekker i den, sannsynligvis planeter som går i bane rundt den.

På Ciceris liste over mulige kandidater står koordinatene og det tidspunktet i løpet av natten da eksoplanetene står i en posisjon som gjør det mulig for piloten å låse seg fast på byttet.

Radialhastighetsmetoden, som den kalles, er et av de viktigste redskapene for planetjegerne.

Og det såkalte HARPS-instrumentet ved La Silla-observatoriet er det aller beste til oppgaven. Instrumentet oppdaget den første jordlignende planeten i den såkalte beboelige sonen – også kalt Gullhår-sonen – utenfor solsystemet vårt.

I det gamle folkeeventyret tar Gullhår for seg av bjørnungens grøt som «ikke er for varm og heller ikke for kald».

Det samme gjelder planetene: De som går i bane for langt fra stjernen, vil være mørke, golde og dypfrosne. De som går i bane for tett på, vil være kokende varme infernoer.

Ingen av delene er gunstige for utviklingen av levende organismer. Og det ultimate trofeet for planetjegerne er å finne en planet som har alle betingelser for liv. I rekken av nyoppdagede planeter finner astronomene nå stadig flere i Gullhår-sonen.

Planeter får navn etter øl

I 2016 kunne astronomene for eksempel meddele at de hadde funnet en planet som går i bane rundt solas nærmeste nabo, Proxima Centauri. Og så sent som i fjor publiserte et belgisk team oppdagelsen av et solsystem med hele sju planeter som går i bane rundt en dvergsol.

De entusiastiske astronomene døpte systemet TRAPPIST-1 som en hyllest til et klosterbrygget øl fra hjemlandet, og planetene fikk navn etter foretrukne ølmerker.

Hele tre av planetene er jordlignende og byr på forhold som gjør at det kan være liv der.

I en galakse langt, langt borte ...

Trappist-systemet er 40 lysår unna, noe som i astronomisk målestokk er rett i nabolaget. Og så likevel nesten ubegripelig langt unna. Lyset har universets fartsrekord og beveger seg med imponerende 300 000 kilometer i sekundet.

Dermed kan et foton nå fra månen til jorda før vi rekker å si eksoplanet. Lyset fra stjernen vår, sola, treffer oss først åtte minutter etter at lyspartiklene har forlatt solas overflate.

Og i løpet av et år tilbakelegger lyset svimlende 9 460 730 472 580,8 kilometer – også kalt et lysår, som er astronomenes foretrukne målestokk.

De fleste systemene er mange hundre lysår unna, så det krever selvsagt fintfølende utstyr å registrere de fjerne objektene. Romteleskoper har den fordelen at de ikke blir forstyrret av partiklene i jordas atmosfære eller lysforurensning fra storbyene.

Men de er også utrolig dyre og naturlig nok vanskelige å reparere.

På bakken kan astronomene derimot bygge stort, tung og avansert, men de må finne snedige måter å omgå problemene fra atmosfæren og det uønskede lyset. Og det har de gjort i Paranal-observatoriet, som ligger 600 kilometer nord for La Silla.

Komplekset rommer VLT-teleskopet, som i dag er verdens mest avanserte optiske instrument.

Og det har nettopp blitt utstyrt med en rekke avanserte instrumenter som gjør området til kommandosentral for verdens ledende planetjegere.

James Bond-skurk bor hos astronomene

VLT-observatoriet er oppført langt ute i Atacamaørkenen, fjernt fra alle kilder til lysforurensning. Og langt unna alt annet også. Ferskvann må hver dag fraktes med tankbiler, og inntil nylig måtte elektrisitet komme fra en egen generator.

Selv små lysmengder kan ødelegge observasjonene til de fintfølende instrumentene, det kan ikke være gatelykter i området. Bilister kan ikke bruke frontlyktene, men må nøye seg med å orientere seg med blinklys og de refleksene som er nedfelt på veien.

Gående må finne veien i nattemørket ved hjelp av en liten, svak lommelykt som alltid skal rettes nedover.

Få et glimt av VLT-observatoriet i Atacamaørkenen:

Alle vinduer er utstyrt med tunge blendingsgardiner, slik at dagslyset kan holdes ute når astronomene sover om dagen – og minst like viktig: slik at innendørsbelysning kan holdes inne om natten og ikke forstyrre målingene.

Hele boligområde, der opp mot hundre astronomer spiser og sover, er bygd inn i fjellet og går nesten i ett med ørkenens røde okerfarger. En innebygd atriumgård fullfører det futuristiske inntrykket og får bygningen til å ligne noe som er tatt ut av en James Bond-film – noe den også er.

I Quantum of Solace løper agent 007 rundt på taket av bygningen som i filmen tjener som hjem for skurken Dominic Greene.

Selve VLT-teleskopet består av fire siloer som troner majestetisk på en bakketopp et par hundre meter unna boligområdet.

Hver silo inneholder et teleskop med et hovedspeil som hver måler 8,2 meter i diameter. Bare ett av speilene kan ta bilder av himmellegemer som er fire milliarder ganger svakere enn det det menneskelige øyet kan registrere.

Når teleskopene kombineres i kompleksets såkalte interferometer, kan astronomene se detaljer opptil 16 ganger så små som med de individuelle teleskopene.

De lysstrålene som samles inn i teleskopene, blir kombinert ved hjelp av speil som er installert i et labyrintisk, underjordisk tunnelsystem som også er en James Bond-film verdig.

Her skal lengden av lysstrålenes bane holdes innen mindre enn en tusendel millimeter over en avstand på mer enn 100 meter. Det er derfor ikke noe å si på at det underjordiske systemet er forbudt område for nysgjerrige gjester.

I fellesskap kan de fire teleskopenheter utføre målinger som svarer til at astronomene på jorda kan se krysset på et skruehode på Den internasjonale romstasjonen, som går i bane 400 kilometer over oss.

Hvert av teleskopene er tilknyttet en rekke helt nye, avanserte instrumenter med uforståelige akronymer som ESPRESSO og SPHERE. Selv når forkortelsene blir forklart, gir de ikke særlig mye mening for oss andre – men for astronomene rommer de enorme muligheter.

ESPRESSO tilhører for eksempel den nyeste generasjonen av spektrometre og er avløseren til planetjegeren HARPS.

Mens HARPS kunne registrere endringer i «stjernedansen» på 3,5 km/t – altså en skikkelig svingom – vil ESPRESSO, når alle de fire VLT-teleskopene arbeider sammen, kunne lese av svingninger på bare 0,35 km/t – en veldig langsom vals.

Ettersom små planeter utøver mindre kraft på stjernen enn de store, vil det fintfølende ESPRESSO-systemet med andre ord kunne finne jordlignende planeter som er mye mindre.

SPHERE er mer direkte i sin vinkling. Instrumentet kan ta bilder av en planet selv om lyset fra den er en million ganger svakere enn stjernen. Instrumentet fungerer som en slags solbriller med polariserte glass som filtrerer ut det plagsomme stjernelyset.

SPHERE har også løst problemet med blinkende stjerner, som kanskje nok begeistrer poeter og forelskede – men ikke astronomene. Blinkene skyldes nemlig støvpartikler i atmosfæren som forvrenger lyset fra stjernene.

Ved hjelp av såkalt adaptiv optikk korrigerer SPHERE stjernelyset 1200 ganger i sekundet ved hjelp av deformerte speil.

I juli i fjor kunne astronomene presentere et fotografi av det første byttet til SHPERE: en Jupiter-lignende planet som går i bane rundt en stjerne 365 lysår unna.

Nytt teleskop slår alle rekorder

Men instrumentene er alltid begrenset av det lyset de samler inn. Og alle som besøker Paranal, har utsikt til stedet bare 20 kilometer unna, der klodens hittil største øye mot himmelen er under bygging.

I juni 2014 ble hele toppen av det 3000 meter høye fjellet Cerro Armazones sprengt vekk, slik at oppføringen av Extremely Large Telescope, som det svært treffende er døpt, kunne begynne.

ELT blir større enn alle verdens nåværende speilteleskoper til sammen og vil kunne samle inn femten ganger så mye lys som det største optiske teleskopet i dag.

Teleskopets livsnerve er fire speil, og alle sammen skal sette rekord når det gjelder presisjon. Det ene, med tilnavnet «gummispeilet», sørger for den adaptive optikken.

Speilet kommer til å måle 2,6 meter i diameter, men blir bare 2 millimeter tykt. Det skal styres av opp mot 8000 styreenheter som flere tusen ganger i sekundet justerer for atmosfæriske forstyrrelser eller vindpåvirkning.

De tre andre (primært, sekundært og tertiært) samler inn og fokuserer lyset. Bare sekundærspeilet er 4,2 meter i diameter og veier 3,5 tonn.

Speilet har allerede blitt støpt i Tyskland, og nå venter et helt års avkjøling, før franske spesialister kan slipe speilet med en nøyaktighet som bare tillater en margin på 15 nanometer.

Det svarer til at høydeforskjellen på hele Atlanterhavet ikke varierte mer enn 3,5 centimeter noe sted. Selve hovedspeilet blir også en bedrift å få produsert – og ikke minst koordinert – for det består av 798 perfekt slipte sekskantede speil, og hvert av dem måler 1,4 meter i diameter.

Når speilene i år 2025 vendes opp mot nattehimmelen over Chile, vil Simona Ciceri og de andre planetjegerne for første gang kunne fokusere på de fjerne klodene. Og listen med spennende kandidater som de vil se nærmere på, vokser jevnt og trutt.

På nattevakten i La Silla-observatoriets kommandorom kunne Ciceri legge til enda en: en Saturn-lignende planet som går i bane rundt en kjempestjerne ved navn EPIC 228754001. Mens disse linjene blir skrevet, er antallet bekreftede eksoplaneter 3671.

Når du leser dem, har flere sikkert kommet til. Sjekk selv på www.exoplanet.eu. God jakt.