211service.com
Teleskoper Se Længere
Astronomer har set den fjerneste, ældste galakse, de nogensinde har set, ved at bruge optiske tricks både himmelske og menneskeskabte. Mens observationen af galaksen, som den eksisterede kun to milliarder år efter Big Bang, er videnskabeligt betydningsfuld i sig selv, tjener den også som et tidligt kig på, hvad der skal komme, når astronomer anvender en sofistikeret teknik kaldet adaptiv optik for at se meget dybere ind i nattehimlen.
Spejl spejl: Inde i Keck II-teleskopet samler et 10 meter bredt spejl (nederst) stjernelys og reflekterer det til et mindre sekundært spejl (øverst), som igen leder det til andre instrumenter, inklusive det adaptive-optiksystem.
Holdet af astronomer fra Caltech og Durham University i England annoncerede deres resultater i tidsskriftet Nature i sidste uge. Ved hjælp af Keck-teleskopet på Hawaii undersøgte de en galakse 11 milliarder lysår fra Jorden. Tidligere havde astronomer ikke været i stand til at se længere end syv eller otte milliarder lysår. Fordi at se på tværs af astronomiske afstande svarer til at se tilbage i tiden, bringer observationen astronomer meget tættere på universets fødsel for cirka 13 milliarder år siden.
For at få øje på en galakse på så stor afstand brugte astronomerne to optiske tricks. Den ene er et naturligt forekommende fænomen kaldet en kosmisk linse, som udnytter tyngdekraftens evne til at bøje lys. En galakse, der er præcist justeret mellem astronomerne og det objekt, de ønsker at se på, vil bøje lyset fra objektet rundt om sig selv og genfokusere det mod astronomerne. Det giver dem et billede omkring otte gange skarpere, end hvis de havde forsøgt at se på det fjerne objekt alene.
Men når objektet er en galakse, der kun er et par tusinde lysår på tværs (i modsætning til Mælkevejens 100.000 lysårs diameter) og 11 milliarder lysår væk, giver otte gange skarpheden stadig lidt mere end en lyspunkt. Astronomer bruger adaptiv optik til at gøre billedet klart nok til at få nogle nyttige oplysninger.
Multimedier
Se en video om adaptiv optik og se en animation af Thirty Meter Observatory.
Lys kan opfattes som en bølge, med en række bølgefronter, der bevæger sig gennem rummet, ligesom fronterne af havbølger, der ruller i land. Normalt er fronten af en lysbølge flad. Men når den passerer gennem Jordens turbulente atmosfære, bliver den forvrænget - mere som ujævnt bølgepap. Denne turbulens er det, der får stjerner til at blinke, og det reducerer et teleskops opløsning. Så Keck bruger et adaptivt optiksystem, der måler den turbulens og korrigerer for den.
For at foretage målingen affyrer en jordbaseret laser en lysstråle op i luften, hvor den rammer et tyndt lag natrium aflejret af meteorer, der brænder op i atmosfæren, cirka 90 kilometer oppe. Natriumet reflekterer laserlyset mod teleskopets hovedspejl, som dirigerer det til en række bølgefrontsensorer, der måler, hvor meget atmosfæren har forvrænget lysbølgen. Baseret på disse målinger får en computer en række aktuatorarme til at skubbe og trække i et sæt små, deformerbare spejle. Aktuatorerne bøjer spejlene omkring en mikrometer (ca. en hundrededel af tykkelsen af et menneskehår) mange gange hvert sekund, og udligner atmosfærens turbulens. Den korrigerede bølgefront registreres derefter af et kamera. Caltech-astronomen Richard Ellis siger, at resultatet er et billede af højere kvalitet, end astronomer får med Hubble-rumteleskopet, som ikke har nogen atmosfærisk forvrængning at kæmpe med.
Storøjede: En kunstners gengivelse viser det foreslåede Tredive-Meter Telescope-spejl inde i observatoriets kuppel.
Forskerne opdagede, at den fjerne galakse snurrede, ligesom galakserne snurrer i dag, men at den endnu ikke havde dannet de spiralarme, som vores egen Mælkevejsgalakse viser. For Ellis, som forsøger at forstå, hvordan universet udviklede sig og er en af avisens forfattere, er observationen væsentlig. Det fortæller os, at universet virkelig var ret organiseret, da det kun var 10 til 15 procent af sin nuværende alder, siger han.
Selvom begrebet adaptiv optik har eksisteret i årtier, er det først i de sidste par år, at det er blevet sofistikeret nok og nemt nok at bruge til at blive en rutinemæssig del af astronomi. Systemet blev installeret på Keck II-teleskopet i 2004, og det var det første til et så stort teleskop. Det er siden blevet brugt til at give klarere visninger af astronomiske objekter, men intet så fjernt som galaksen set i sidste uge. Keck II's adaptive-optik-system blegner imidlertid i forhold til, hvad der er planlagt for det nye Thirty-Meter Telescope (TMT), som er et amerikansk-canadisk hold, der inkluderer Caltech, University of California og Association of Canadian Universities for Research i astronomi vil bygge i løbet af det næste årti. En beslutning om, hvorvidt den skal placeres på Mauna Kea, på Hawaii, hvor Keck er, eller i Chile forventes næste år.
TMT vil have ni gange det lysopsamlende område af Keck II, hvis primære spejl er 10 meter på tværs. Og ifølge Brent Ellerbroek, den adaptive optikgruppeleder for TMT, vil det nye teleskops optiksystem være langt mere sofistikeret. Den vil bruge omkring seks lasere til at måle atmosfærisk turbulens. Mens en enkelt laser kun måler turbulens på ét lille sted i teleskopets sigtelinje, kan en række lasere give et tredimensionelt billede af forvrængninger over et større område og i forskellige højder i atmosfæren. Bølgefrontsensorerne vil også have mindre åbninger for at foretage mere præcise målinger, og der vil være tusindvis af aktuatorer, op fra hundreder i Keck, til at styre det større antal spejle. Al den måling og bevægelse udgør en computerudfordring. Vi er nødt til at bruge mere komplekse algoritmer, siger Ellerbroek.
Det er en stor ingeniørudfordring, siger Scott Uebelhart, en postdoc-medarbejder, der studerer rumpolitik i MITs program i videnskab, teknologi og samfund. Men han synes, at indsatsen er umagen værd. TMT gør stort set alt andet til skamme, siger Uebelhart.
Med det avancerede system i TMT, siger Ellis, behøver astronomer ikke at være heldige og finde en kosmisk linse for at se langt væk. Præcis hvor tæt på universets fødsel, de kommer, er et spørgsmål, der endnu ikke er besvaret, siger han. Vi er næsten helt i starten.