Hvorfor astrofysikere har brug for en pære i kredsløb

Rumbaserede teleskoper har ændret vores syn på universet i de sidste 25 år, og fremtiden ser lovende ud. En række nye observatorier og observationsteknikker, både på jorden og i kredsløb, lover at udvide vores forståelse af kosmos yderligere.

Men der er et problem. En af de grundlæggende processer i observation er kalibrering af de involverede instrumenter. Astronomer kan nemt teste deres jordbaserede teleskoper med en anstændig pære. Men en ting, de ikke kan tage højde for, er mængden af ​​lys, der absorberes af atmosfæren, hvilket kan være betydeligt.

Det er let at forestille sig, at dette problem forsvinder med rumbaserede observatorier. Men også disse skal kalibreres. Hubble-rumteleskopet har for eksempel wolframpærer ombord til netop dette formål.

Men disse introducerer også forskellige usikkerheder på grund af ting som små ændringer i outputtet af en pære, når dens temperatur ændres, når observatoriet bevæger sig ind og ud af jordens skygge. Der er heller ingen måde at krydstjekke Hubbles målinger af wolframpærerne med observationer fra jorden.

Disse usikkerheder sætter nu vigtige grænser for nogle typer observation, siger Justin Albert ved University of Victoria i Canada. Det måske vigtigste eksempel er de målinger af universets udvidelse, som astronomer foretager ved at se på lysstyrken af ​​type 1a supernovaer i fjerne galakser. Bedre målinger kræver bedre kalibrering.

Albert siger, at der er en indlysende løsning: Placer en pære i kredsløb, som teleskoper på jorden kan bruge til at regne ud, præcis hvor meget lys atmosfæren absorberer ved enhver frekvens. Tilføjelsen af ​​menneskeskabte kalibrerede lyskilder i rummet til arsenalet af teknikker til fotometrisk kalibrering vil give et kraftfuldt nyt værktøj til at øge præcisionen inden for astrofysik, siger han. I dag skitserer han de forskellige faktorer, der er involveret i hans tænkning.

Den nødvendige lyskilde er overraskende lille. Han påpeger, at en standard 25 Watt-pære i en bane på 700 km ville være lige så lysstærk som en stjerne på 12,5. En afstembar laser er en anden mulighed, men denne skal peges nøjagtigt mod ethvert jordbaseret teleskop, og derved øge kompleksiteten af ​​designet.

Ingen anstændig pære er i øjeblikket synlig i rummet, men der er et rumfartøj deroppe med en laser rettet mod Jorden. CALIPSO er en fransk-amerikansk satellit designet til at måle den lodrette profil af skyer og aerosoler. Til dette formål udstråler den en grøn laser på overfladen og måler refleksionen.

Alberts idé er, at måling af denne stråle på jorden er en måde at bevise konceptet om teleskopkalibrering fra kredsløb. Og han har bestemt haft travlt med at jagte satellitten og fotografere lyset, som den producerer ved hjælp af en række af syv kameraer spredt ud over et par hundrede meter.

Hans største problem er, at CALIPSOs laser ikke er designet til det formål, han bruger den til. Bjælken har et fodaftryk på kun 100 meter eller deromkring på tværs. Og da usikkerheden i rumfartøjets kredsløb er større end dette, er det svært at sætte kameraerne i skudlinjen.

Laseren affyrer også med en hastighed på 20 Hz, hvilket betyder, at scintillation i atmosfæren bliver en faktor (hvorimod en længere puls eller kontinuerlig stråle kan være tidsgennemsnit). Ikke desto mindre har han gjort et fremragende stykke arbejde med at karakterisere problemerne forbundet med denne form for arbejde.

Men det fremhæver de vanskeligheder, observatorier ville have med denne teknik. Disse typer laserobservationer er kun mulige, når satellitten er direkte over hovedet og kun gyldig for det punkt på himlen, fra det sted på Jorden, på det tidspunkt.

Det er klart, at astronomer får brug for noget bedre. En pære, der kan ses fra en vid vinkel, er en god mulighed.

Det er reflekser dog ikke. Albert påpeger, at mens flere satellitter har reflektorer til laserafstandsmåling, kan disse ikke bruges til nøjagtigt at måle lysabsorptionen i atmosfæren. Det skyldes, at reflektiviteten ændrer sig med indfaldsvinklen, men præcis hvordan vides ikke. Desuden ændres reflektionsevnen af ​​disse enheder med tiden, efterhånden som spejlene bliver huller af mikrometeoroid-skader.

For at føre sin forskning videre har Albert planer om at sende mere avanceret lys op i balloner, så han bedre kan studere dette problem.

Men i sidste ende vil den eneste måde at virkelig hjælpe fremtidens astronomer være at sætte en pære i kredsløb. I betragtning af at universets ekspansionshistorie er et af de vigtigste problemer i kosmologi, er det måske på tide at begynde at tænke hårdere over, hvordan dette kan gøres.

Ref: arxiv.org/abs/1101.5214 : Satellitmonterede lyskilder som fotometriske kalibreringsstandarder for jordbaserede teleskoper

skjule