Ta del av allt innehåll på Aktuell Hållbarhet
Starta din prenumeration

Prenumerera

Torsdag04.06.2020

Kontakt

Annonsera

Meny

Starta din prenumeration

Prenumerera

Sök

Klimat

Herschel och Planck – två rymdkompisar

Publicerad: 20 Maj 2009, 02:27

Två killar med bra syn är på väg mot sin utsiktsplats, andra lagrangepunkten.


Ämnen i artikeln:

Ariane

William Herschel och Max Planck for till himlen här om dagen. De tog en av världens kraftigaste raketer, en Ariane 5 från franska Korou och for iväg mot en av jämviktspunkterna kring Jorden den 14 maj. Arianes huvudmotor och motorn i andra steget brann i 25 minuter, separationen från bärraketen gick bra och de båda såta vännerna är på väg mot parallella omloppsbanor i lagrangepunkt två, alltså den punkt som ligger 1,5 miljoner kilometer bortom Jorden i rät linje från Solen. Telemetrin är normal. Det är ESA, European Space Agency, som spänner musklerna och smilar åt NASA.

Det har blivit ett tydligt skift i astronomin från det där snygga, synliga till det infraröda, osynliga och nu till mikrovåg. Samtidigt har man gjort ett skift bakåt i tiden och intresserar sig allt mer för hur universum såg ut för 13 miljarder år sedan och ännu längre bak, alldeles efter att det skapades genom Big Bang. Vi har tidigare inte haft möjligheter att se detta direkt utan fått anta en massa saker på bristfälliga mätningar. Nu finns möjligheterna framför oss. Mikrovågstelskopen bli allt bättre, upplösningen allt skarpare. Satelliten COBE var kul men ganska närsynt, WMAP var mycket bättre och nu kommer Planck som får sägas ha den bästa kikaren hittills. Mörk materia och mörk energi har hittills också bara varit teorier, men nu börjar astronomerna få grepp om den och börjar skapa metoder att detektera den och kunna verifiera om den faktiskt utgör större delen av massan i universum.

Planck

Planck stirrar mot den kosmiska bakgrundsstrålningen. Den grå ”Huven” upptill döljer huvudspegeln, som för tillfället tittar bort från betraktaren. Solen är nedåt till höger.

Observatoriet Planck kommer att undersöka den kosmiska bakgrundsstrålningen (CMB). Bakgrundsstrålningen var det första som syntes av universum efter Big Bang, för sådär 13,7 miljarder år sedan, nämligen den första gång ljuset kunde röra sig fritt i den kosmiska ur-soppan. Det som engång varit en kosmisk eldboll hade kallnat och blivit ett hav av mikrovågor. Planck ska mäta mikrovågsbakgrundens temperaturskillnader med betydligt bättre känslighet, högre upplösning och bredare frekvensområde än tidigare satelliter. Det ska ge astronomerna en ännu klarare bild av det unga universum, när det bara var 380.000 år gammalt.

Målsättning
> Kartering av ojämnheterna i den kosmiska bakgrundsstrålningen med ökad känslighet och upplösning
> Bestämning av hubblekonstanten
> Undersöka olika expansionsmodeller för det tidiga universum
> Mäta den kosmiska bakgrundsstrålningens struktur och amplitud

En titt ned i Planck visar huvudspegeln, den runda överst, inuti ”huven”. Sekundärspegeln ser man bara en liten kant av, längst ned vid ”huvens” nedre kant. Det gulbruna området emellan dem är mikrovågshuvudet, alltså ingången till detektorerna (pilen). Huvudspegeln visar också en oskarp reflektion av systerskeppet Herschel.

Instrumenten

Planck har en rund off-axis-primärspegel som skickar ned strålningen i en sekundärspegel, som fokuserar strålningen vidare mot instrumenten. Instrumenten som sitter i sekundärspegelns fokus kallas LFI (Low Frequency Instrument) och HFI (High Frequency Instrument) och innehåller totalt 74 detektorer i nio olika frekvensband. De är kylda till en temperatur på 0,1 kelvin av en trestegs kylmaskin som arbetar med flytande väte, flytande helium och en bladning av flytande helium 3 och helium 4, för att kunna detektera de fantastiskt små energimängder det rör sig om.

Low Frequency Instrument
LFI ska producera mätningar av mikrovågshimlen i frekvensområdet 27 – 77 GHz.. Den arbetar med tre detektorer i tre frekvensband eller kanaler, nämligen:

Centerfrekvens 30 GHz (bandbredd 6 GHz)
Centerfrekvens 44 GHz (bandbredd 8,8 GHz)
Centerfrekvens 70 GHz (bandbredd 14 GHz)

Detektorns temperatur ~ 20 K

High Frequency Instrument
HFI ska producera mätningar av mikrovågshimlen i frekvensområdet 84 – 1000 GHz, eller en terahertz. Terahertzvågor eller millimetervågor, är ett fenomen som ligger mitt emellan radio och infrarött. HFI arbetar med sex detektorer i sex frekvensband eller kanaler, nämligen:

Centerfrekvens 100 GHz (bandbredd 33 GHz)
Centerfrekvens 143 GHz (bandbredd 47 GHz)
Centerfrekvens 217 GHz (bandbredd 72 GHz)
Centerfrekvens 353 GHz (bandbredd 116 GHz)
Centerfrekvens 545 GHz (bandbredd 180 GHz)
Centerfrekvens 857 GHz (bandbredd 283 GHz)

Detektorns temperatur ~ 0,1 K

Dessutom finns ett optiskt teleskop som utnyttjar sekundärspegeln som reflektor, om än en smula off-axis.

Eftersom Planck mäter mikrovågsstrålning ser mottagaren, som sitter i fokus på sekundärspegeln, ut som en galen orgelbyggarens kaffebryggare. De runda trattarna är vågledartrattar och resonatorer för olika frekvenser, som leder den mottagna strålningen ned till bolometrar, energimätare, som mäter inkommen strålning genom att absorbera denna och bli varmare. Inte mycket, men lite.

Herschel

Observatoriet Herschel har den största spegel som någonsin tillverkats för ett rymdteleskop som faktiskt skjutits upp. Spegeln är 3,5 meter i diameter och ska samla in strålning med lång våglängd, infrarött, terahertz och mikrovåg, från universums mest avlägsna och kallaste ställen. Dessutom är Herschel det enda rymdteleskop som för närvarande täcker hela spektrum från infrarött ned till submillimetervåglängder.

Våglängderna från 50 till 672 mikrometer är i stort sett okända eftersom de inte kan observeras från Jorden. Tidigare infraröda teleskop har inte heller täckt detta område. ESAs ISO som sändes upp 1995 täckte området 2,5 – 240 mikrometer, medan NASAs Spitzer som sändes upp 2003 täckte 3 – 180 mikrometer. Herschel ger sig alltså in på helt outforskat territorium.

Målsätting:
> Studier av hur galaxer formades i det tidiga universum och hur de sedan utvecklades.
> Undersökning av hur stjärnor skapas och hur de samverkar med det interstellära mediet.
> Observation av den kemiska sammansättningen av atmosfären kring kometer, planeter och små kroppar.
> Undersökning av universum molekylära sammansättning.

Instrumenten

Huvudinstrumentet heter Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) och är en spektrumanalysator för verkligt höga frekvenser. Till skillnad från Planck, ovan, som bara mäter den inkomna energin i sina våglängdsband har Herschel en elektronisk spektrumanalysator som ska kunna mäta energin vid olika frekvenser i 7 band mellan 480 och 1910 GHz, det vill säga 0,625 mm till 0,16 mm våglängd. Som namnet ”heterodyn” antyder rör det sig om en radiomottagare som med hjälp av en lokaloscillator och en blandare, blandar ned den inkomna mikrovågssignalen till en lägre, hanterbar mellanfrekvens, för analys. Mellanfrekvensen håller en bandbredd på 4 gigahertz och upplösningen ligger på fantastiska 1 megahertz. Dessa spektrogram används till att avgöra sammansättningen av de fjärran ljuskällor som uppstod efter att universum blivit ”fritt” efter Big Bang.

Nästa instrument kallas för Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) som kan skapa bilder av strålning i våglängder mellan 60 och 210 mikrometer. Den överlappar alltså HIFI en aning.

Det tredje instrumentet kallas Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) och är också en fotodetektor för energimätningar i ett spektrum mellan 200 och 670 mikrometer.

Herschel är lite mera rakt på sak än Planck. Den stora huvudspegeln reflekterar strålning mot en sekundärspegel, som skickar ned strålningen genom ett hål i huvudspegeln och ned i en kryotank där instrumenten sitter monterade på en gemensam optisk ”bänk”. Kryosystemet innehåller cirka 2000 liter flytande helium och utgör huvudkylsystemet. Utöver detta har de olika instrument ytterligare kylare som tar ned dem ännu längre temperatur. PACS och SPIRE kommer ned till 0,3 kelvin.

Den gula skärmen nedåt är solcellerna som samtidigt fungerar som skärm mot solstrålningen. Kryokärlet utgör huvudelen av satellitens runda form bakom huvudspegeln.

NASA inte ensamt längre

Trots att NASA filar för fullt på James Webb Space Telescope, är de inte länge ensamma om att kunna skicka upp stora teleskop i rymden. Deras maktposition är bruten. Nu är vi i Europa precis lika duktiga, kan skicka upp precis lika tunga laster och positionera dem precis lika bara som NASA på önskade platser. Precis som NASA har sitt Deep Space Network för rymdkommunikation, har ESA sitt, även om de två utbyter tjänster då och då.

Om herrarna Herschel och Planck på riktigt

Både Max Planck och William Herschel for till himlen för länge sedan. Sir Frederick William Herschel (1938 – 1822) var en tidig astronom. Han står för upptäckten av den infraröda strålningen, och fast det skedde mest av en slump, så drog han ändå rätt slutsats av sin upptäckt. Hans viktigaste astronomiska upptäckt var planeten Uranus och två av dess månar, samt två nya månar kring Saturnus. Han klassificerade också omkring 2500 nebulosor. Han byggde det för sin tid största astronomiska teleskopet, en 12 meter lång bjässe av stålrör, med en metallspegel på 1,2 meter.

Max Planck (1858 – 1947) var en tysk fysiker som låg bakom kvantteorin. Han fick nobelpriset i fysik för detta 1918. Han kom fram till att energi bara kunde utsändas i multiplar av en fundamental enhet (fotonen) E=hv, där h är Plancks konstant och v är strålningsfrekvensen. Plack trodde först inte på fotonen, men övertygades senare av Einstein. Under andra världskriget blev det sämre med vetenskapen i Tyskland och många judiska forskare försvann från landet, däribland Einstein. Plank arbetade för att de kvarvarande judarna skulle få rätt att fortsätta forska, men lyckades inte särskilt bra. Efter kriget var han 87 år gammal, men fortsatte att föreläsa. Han dog 89 år gammal, måhända med tavelkritan fortfarande i handen.

Läs mer

Herschel på djupet: http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=16
Planck på djupet: http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=17
Alla muffiga bilder hittar du på: http://www.esa.int/esa-mmg/mmg.pl?b=b&keyword=planck&start=1

Jörgen Städje

Ämnen i artikeln:

Ariane

Dela artikeln:


Håll dig uppdaterad med vårt nyhetsbrev

Genom att skicka in mina uppgifter godkänner jag Bonnier Business Media AB:s (BBM) allmänna villkor. Jag har även tagit del av BBM:s personuppgiftspolicy.