Laser mot asteroider

Skarpe bilder av fjerne asteroider kan lages mye billigere fra jorda enn fra romskip.  Amerikansk forsker foreslår å blinke med laserkanoner fra store teleskop.

Publisert

De kraftigste laserkanonene i dag har en effekt som 35 kokeplater på fullt: 70 000 watt. Den amerikanske astrofysikeren Jane Luu foreslår å stråle all denne energien mot solsystemets dvergkloder - asteroidene.

Laserlyset som reflekteres tilbake fra asteroidene, kan gi kart av overflaten som er nøyaktige til nærmeste ti meter. Dette er omtrent like skarpt som bilder fra romsonder, til brøkdelen av prisen.

- Dette er en idé jeg fikk for noen uker siden, forteller en smilende Jane Luu fra Massachusetts Institute of Technology, under et besøk på Universitetet i Oslo forrige uke.

Oppdaget mange nye dvergplaneter

Idéen er ikke løst tankespinn. Den kommer fra en forsker som har fått to prestisjetunge priser i  2012 - Kavliprisen for astrofysikk og Shaw Astronomy Prize.

Jane Luu har tidligere vært med å oppdage Kuiperbeltet - en sone av små kloder utenfor banen til Neptun.  Hun har også oppdaget mange nye asteroider.

Under den tradisjonsrike Rosselandforelesningen på Institutt for teoretisk astrofysikk forklarte hun hvordan de nyeste og kraftigste laserkanonene nå kan brukes til å utforske asteroidene.

Maksimal lysenergi

Laserslys er ikke som annet lys. Det har bare en farge. Det vil si at alle lysbølgene svinger i akkurat samme takt.

Når lysbølgene svinger i takt, får de samme kraften som soldatstøvler. De kan som kjent få en bru til å briste hvis de tramper i taktfast marsj.

Laserstrålen fra de beste laserkanonene holder takten veldig presist. Det har bare en bestemt bølgelengde, eller farge. Altså får laseren maksimalt med energi.

Teleskop i revers

Laserlys svinger i takt, fordi det har en bestemt bølgelengde, det vil si farge. Det gjør laserlyset spesielt energirikt. Her illustreres hvordan laserlyset treffer overflaten av en asteroide. Refleksen av laserlyset kan fanges opp av store teleskoper på jorda, ifølge forslaget til Jane Luu, astronom ved MIT. (Foto: (Figur: forskning.no/NASA))
Laserlys svinger i takt, fordi det har en bestemt bølgelengde, det vil si farge. Det gjør laserlyset spesielt energirikt. Her illustreres hvordan laserlyset treffer overflaten av en asteroide. Refleksen av laserlyset kan fanges opp av store teleskoper på jorda, ifølge forslaget til Jane Luu, astronom ved MIT. (Foto: (Figur: forskning.no/NASA))

Når laserstrålen skal sendes av gårde, trengs et stort teleskop. Da kjøres teleskopet i revers.

Istedenfor å samle svakt lys fra stjernene, vil det store hulspeilet i teleskopet virke som en enorm reflektor i en lommelykt. Den digre lommelykten sender laserstrålen ut mot asteroiden.

Dermed blir laserstrålen veldig sterk og veldig smal. Det trengs når den skal gjøre den lange reisen ut mot asteroiden, flere hundre millioner kilometer ute i rommet.

Fargefilter

Framme ved asteroiden er strålen fortsatt ganske smal, noen titalls kilometer. Likevel drukner det kraftige laserlyset i lysflommen fra sola. Hvordan skal astronomene klare å skille mellom sollys og laserlys på overflaten til asteroiden?

Svaret ligger i den ene fargen til laserlyset. Astronomene kan montere et fargefilter på teleskopet som fanger opp lyset fra asteroiden, forteller Luu.

Sollyset har alle fargene, og de fleste stenges ute av filteret. Bare laserlyset slipper gjennom.

Ekko av laserlys

Laseren virker omtrent som en radar. Et kraftig signal sendes ut, og et svakt ekko kommer tilbake. Selv om lyset går veldig fort, bruker det mange minutter på veien.

Astronomene kan måle tidsforsinkelsen, og regne ut avstanden til asteroiden. Det virker på samme måte som du kan telle sekunder fra lynblink til torden, og regne ut avstanden til lynet.

Men denne avstandsmålingen gjelder jo bare hele asteroiden. Hvordan kan avstandsmålingen brukes til å tegne et kart av den lille kloden?

Settes sammen til kart

Svaret ligger i hvordan laserlyset treffer asteroiden. Lysbølgen treffer ikke hele asteroiden på likt. Asteroiden er jo noenlunde rund. Noen deler ligger lengre vekk enn andre. Laserlyset kommer ørlite seinere fram hit.

Det betyr også at forskjellige steder på asteroiden sender tilbake ekkoet til litt forskjellig tid. Disse tidsforskjellene kan astronomene bruke, ifølge Luu.

Ett ekko med tidsforskjeller er heller ikke nok. Heldigvis for astronomene roterer alle asteroider. Astronomene kan sende ut flere laserpulser, og få flere ekko mens asteroiden snur på seg.

Alle disse ekkoene fra forskjellige vinkler kan settes sammen til et tredimensjonalt kart av asteroiden.

Asteroiden 25143 Itokawa er en typisk porøs asteroide som består av steiner og grus. Den er fotografert fra den japanske romsonden Hayabusa. (Foto: Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA))
Asteroiden 25143 Itokawa er en typisk porøs asteroide som består av steiner og grus. Den er fotografert fra den japanske romsonden Hayabusa. (Foto: Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA))

Kollisjoner lager måner

Asteroidene er vel verd å utforske. Luu tegner et spennende bilde av dem. De er ikke bare steinklumper som tumler gjennom verdensrommet.

Faktisk ligner asteroidene mer på svære grushauger enn på steinklumper. Ganske ofte kolliderer disse grushaugene med andre og mindre steiner i rommet, som kalles meteorider.

Da slynges lett deler av den løse asteroide-grushaugen ut. Disse delene blir måner i baner rundt asteroiden. Mange asteroider har en eller flere slike ørsmå måner.

Snurrer som kruttkjerringer

Månene kan også slynges ut på en annen måte. Mange asteroider roterer nemlig så fort at de løse grushaugene dras ut til et magebelte. Deler av dette magebeltet kan løsne helt, og havne ut i månebaner.

Asteroiden 243 Ida med månen Dactyl fotografert av romsonden Galileo 28. august, 1993. (Foto: NASA)
Asteroiden 243 Ida med månen Dactyl fotografert av romsonden Galileo 28. august, 1993. (Foto: NASA)

Hvorfor snurrer asteroidene så fort rundt? De har fått fart på samme måte som små kruttkjerringer, slikt fyrverkeri som snurrer fort rundt.

Kruttkjerringene får fart av krutt og flammer. Asteroidene får derimot fart av lyspartikler, fotoner.

Disse fotonene er varmestråler fra asteroiden. De sendes ut fordi asteroiden varmes opp av sola.

Mange asteroider er ikke runde. De har en ujevn form. Da kan noen deler av asteroiden sende ut mer varmestråler enn andre.

Disse fotonene fra varmestråler virker som flammene fra en kruttkjerring - de gir asteroiden en liten sideveis dytt. Over mange år blir det til en stor snurrefart.

Asteroider som ligner kometer

Noen asteroider er også dekket av is. Hvis de kommer nær sola, fordamper isen og lager lysende haler, som på kometer.

De kalles aktive asteroider. De ble dannet i større avstand fra sola, der det dannes is. Derfor lyser de svakere og ble først oppdaget ganske nylig, for noen år siden, forteller Luu.

Det viser seg at asteroider og kometer ligner mer på hverandre enn hva forskerne trodde tidligere. Overgangen er mer glidende.

Skyter fra store teleskoper

Jane Luu ønsker nå å ta i bruk de nyeste, kraftigste laserkanonene, og skyte stråler mot asteroider fra teleskoper på høye fjell.

- Denne teknologien er kjent fra før. Den har vært brukt til å sende laserstråler mot satellitter, men først nå er laserkanonene blitt så kraftige at forskerne kan skyte mot de fjerne asteroidene, sier Luu.

Hun er likevel helt avhengig av å bruke de riktig store teleskopene, som for eksempel 10-meters-speilene på Keck-observatoriet på Hawaii eller tilsvarende teleskop på Paranal-fjellet i Chile. Jo større speilet på teleskopet er, desto smalere og bedre fokusert blir laserstrålen.

Mer for pengene

Selv om det er dyrt å bruke disse teleskopene, mener Luu at lasermetoden vil gi mye mer kunnskap for pengene enn å sende romsonder til asteroidene for å fotografere dem.

Luu er også usikker på planene som president Obama har bevilget penger til: Å taue en asteroide inn i bane nær månen og sende astronauter dit.

- Dette vil jo bare gi kunnskap om én av mange asteroider, og det er et mye dyrere prosjekt, sier Jane Luu til forskning.no.