Slik skal vi finne nye planeter

Å skimte planeter i det blendende lysskjæret fra fjerne soler er en nesten umulig oppgave. Et nytt instrument skal klare jobben.

Published
Den støvete ringen rundt den nærliggende stjernen HR 4796A, et av de første bildenesom ble tatt med SPHERE-instrumentet. Bildet illustrerer hvor godt SPHERE er i stand til å redusere lysskinnet fra den meget lyssterke stjernen i midten – en avgjørende egenskap for å oppdage og studere eksoplaneter i framtiden. (Foto: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium)
Den støvete ringen rundt den nærliggende stjernen HR 4796A, et av de første bildenesom ble tatt med SPHERE-instrumentet. Bildet illustrerer hvor godt SPHERE er i stand til å redusere lysskinnet fra den meget lyssterke stjernen i midten – en avgjørende egenskap for å oppdage og studere eksoplaneter i framtiden. (Foto: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium)

Nærmere to tusen planeter er funnet rundt andre stjerner. Vi blir nesten blaserte av resultatene fra blant annet romteleskopet Kepler.

Nå skal et teleskop på jorda ta opp konkurransen, med en bedre måte å se planetene på.

Kepler så nemlig ikke planetene direkte. Romteleskopet målte bare hvordan de gled foran stjernen, og dermed skygget for litt av lyset.

Det er vanskelig nok i seg selv. Å se selve planeten direkte, som en lysende prikk ved siden av den blendende stjernen, er enda vanskeligere. Men ikke helt umulig.

Flere fordeler

Et nytt instrument er koblet til ett av de store teleskopene til European Southern Observatory (ESO) på Paranalfjellet i Chile. Det skal klare jobben.

- Det er flere fordeler ved å se planeten direkte, skriver astronom Jan-Erik Ovaldsen i en epost til forskning.no. Han er tilknyttet ESO.

- Teleskoper som Kepler kan bare oppdage planeter når de passerer rett foran moderstjernen. Sphere har ikke denne begrensningen, fortsetter han.

Sphere kan derfor følge planeten i hele omløpet rundt stjernen . Slik kan banen beregnes nøyaktig.

Ved Kepler-metoden er det også mye vanskeligere å analysere lyset fra planeten. Det må trekkes fra eller renses fra det mye sterkere lyset fra moderstjernen for å se fargespekteret, som kan fortelle noe om atmosfæren rundt planeten.

- Med direkte avbildning kan astronomene også undersøke gryende planetsystemer, skiver av støv og gass som trekker seg sammen rundt unge stjerner, understreker Ovaldsen.

Saturnmånen Titans atmosfære, fotografert uten (til venstre) og med måling av polarisering av SPHERE-instrumentet. Polariseringen kommer av at lyset spres i disen, men også reflektert lys polariseres, for eksempel det reflekterte lyset fra eksoplaneter. (Foto: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium)
Saturnmånen Titans atmosfære, fotografert uten (til venstre) og med måling av polarisering av SPHERE-instrumentet. Polariseringen kommer av at lyset spres i disen, men også reflektert lys polariseres, for eksempel det reflekterte lyset fra eksoplaneter. (Foto: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium)

Nesten som fra rommet

Hvordan skal så et teleskop på jorda klare å observere planeter direkte? Ville det ikke vært bedre å forsøke dette ute i verdensrommet, med et romteleskop?

Svaret er foreløpig nei. Romteleskop er dyre. Observasjoner fra jorda kan bli nesten like gode.

- Resultatene fra Sphere-instrumentet er nesten like bra som om teleskopet hadde vært oppe i verdensrommet. Tapet i kvalitet er bare rundt en tiendedel, forteller Andreas Jaunsen til forskning.no.

Han er tilknyttet ESO, og har tidligere vært astronom på Paranalfjellet.

Men et slikt resultat krever planlegging og teknologi i mange trinn.

Høyt, tørt og stort

Trinn en: Finn det perfektet stedet på jorda for et teleskop! Atacamaørkenen i Chile er verdens tørreste sted. Jo tørrere luft, desto mindre forstyrrelser fra atmosfæren.

Her ligger Paranalfjellet, litt høyere enn Galdhøpiggen, med store deler av lufthavet rundt jorda under seg.

Trinn to: Bygg et kjempeteleskop! På Paranalfjellet i Atacamaørkenen har ESO bygget hele fire, kalt Very Large Telescope (VLT).

Hvert av dem har et speil på over åtte meter i diameter. Jo større speil, desto skarpere bilder.

Bøyelig optikk

Trinn tre: Pass på formene! Når teleskopet svinger og bikker over for å holde tritt med jordrotasjonen, vil vekten av det forholdsvis tynne glasspeilet deformere det.

Den perfekte optiske formen gjenopprettes ved at små armer under speilet dytter og skyver på speilet. Dette kalles aktiv optikk.

Trinn fire: Korrigér forstyrrelsene fra atmosfæren! Atmosfæren rundt jorda bøyer stjernelyset i litt forskjellige retninger, avhengig av temperatur og tetthet. Det er slike avvik som får stjernene til å blinke, sett fra jorda.

Når lyset går inn i Sphere-instrumentet, passerer det to speil. Det ene speilet kan vris for grovkorreksjoner. Det andre har mange små skyvearmer som kan deformere speilet rundt tusen ganger i sekundet.

Slik oppheves forstyrrelsene fra den urolige lufta, og stjernen framstår klart og skarpt.

Sphere-teleskopet sees nederst til høyre i bildet, som en stor svart boks, montert på ett av de fire store teleskopene på til ESO på Paranalfjellet i Chile. (Foto: ESO/J. Girard)
Sphere-teleskopet sees nederst til høyre i bildet, som en stor svart boks, montert på ett av de fire store teleskopene på til ESO på Paranalfjellet i Chile. (Foto: ESO/J. Girard)

Infrarødt lys

Trinn fem: Observer i infrarødt lys! Sphere observerer i de nære infrarøde strålene, rett bortenfor det røde i fargeregnbuen.

- Disse strålene gir den beste mulige skarpheten i det store ESO-teleskopet, forteller Andreas Jaunsen.

Kunstig stjerneformørkelse

Trinn seks: Skygg for det blendende lyset fra stjernen! Sphere inneholder en koronagraf. Den gjør i prinsippet det samme som når man holder tommelen foran sola for å se noe som er i nærheten av den.

Men tommelen er ikke særlig presis. Effekten er mye bedre når månen en sjelden gang glir foran sola og skygger for den, og lager en total solformørkelse. Da trer stjernene fram midt på dagen.

Koronagrafen i Sphere lager en slik kunstig solformørkelse, eller heller stjerneformørkelse.

SPHERE-instrumentet under siste del av reisen opp til VLT ved ESOs Paranal-observatorium i Chile. (Foto: ESO/J.-L. Lizon)
SPHERE-instrumentet under siste del av reisen opp til VLT ved ESOs Paranal-observatorium i Chile. (Foto: ESO/J.-L. Lizon)

Omvendte polaroidbriller

Trinn sju: Finn polariseringen av lyset! Polarisering vil si at lysbølgene svinger i en bestemt retning. Her er det en forskjell på lyset fra stjernen og planeten som går rundt

Stjernelyset er oftest ikke polarisert. Når stjernelyset reflekteres av atmosfæren til planeten, blir det derimot polarisert i en bestemt retning.

Det er den samme effekten som gjør at vi blir kvitt sjenerende solreflekser i snøen og på sjøen ved å bruke polaroid solbriller. De fjerner det reflekterte, polariserte lyset.

Denne forskjellen mellom stjernelyset og planetlyset kan Sphere-instrumentet utnytte, men på motsatt vis av solbrillene.

I stedet for å fjerne det polariserte lyset fra planeten, kan Sphere skille det ut, og finne ut hva atmosfæren til planeten består av.

Dette infrarøde bildet av Saturns største måne, Titan, er et av de første som ble tatt med SPHERE-instrumentet. Bildet viser hvor effektivt adaptiv optikk-systemet er til å avdekke detaljer på denne knøttlille måneskiven. (Foto: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium)
Dette infrarøde bildet av Saturns største måne, Titan, er et av de første som ble tatt med SPHERE-instrumentet. Bildet viser hvor effektivt adaptiv optikk-systemet er til å avdekke detaljer på denne knøttlille måneskiven. (Foto: ESO/J.-L. Beuzit et al./SPHERE Consortium)

Trinn åtte: Sammenlign flere bilder! Selv med alle disse finurlige teknologiene, kan feil oppstå i instrumentet. Hvis du kombinerer flere bilder, vil instrumentfeilene variere, mens de faktiske observasjonene vil være like. Slik kan instrumentfeilene skilles ut og fjernes.

Kjempeplaneter og unge solsystemer

Instrumentet Sphere skal blant annet finne store planeter rundt stjerner forholdsvis nær jorda, i følge nettsidene til ESO.

Disse planetene er større enn den største i vårt solsystem, gasskjempen Jupiter. Målet er å finne ut hvordan de utvikler seg, og hvor mange det er av dem i forhold til mindre kloder.

- Sphere skal også lete etter mindre planeter rundt yngre stjerner i stjernehoper forholdsvis nær jorda, forteller Jaunsen.

- I slike unge solsystemer er det ofte flere planeter. Noen av dem vil seinere kollidere, eller slynges ut av solsystemet. Forholdene ligner den kaotiske første tida i vårt eget solsystem, da månen ble slått løs fra jorda etter en planetkollisjon, fortsetter Jaunsen.

Foreløpig har Sphere tatt bilder av kjente objekter, for å prøve ut ytelsen. De virkelige observasjonene vil starte seinere i 2014.

Lenker:

Nyhetsmelding fra ESO

Nettside fra ESO med tekniske detaljer