Stjörnustöðvar

Fyrir rúmlega 400 árum beindi Galíleó Galílei sjónauka til himins, fyrstur manna. Galíleó vissi það sennilega ekki þá en þessa afdrifaríku nótt hratt hann af stað vísindabyltingu!

Í þúsundir ára voru augun einu tólin sem menn bjuggu yfir til að rannsaka himingeiminn. Þegar sjónaukinn kom til sögunnar gerbreyttist það. 

Í dag byggja stjörnufræðingar risasjónauka á afskekktum fjallstindum, á heiðskírustu stöðum heims, til að fanga dauft ljós frá fjarlægustu, elstu og tilkomumestu fyrirbærum alheimsins. Sjónaukar hafa meira að segja verið sendir á braut um Jörðina, langt fyrir utan truflandi áhrif andrúmsloftsins.

Og útsýnið hefur verið stórkostlegt!

Sjónaukinn er mikilvægasta tæki stjarnvísinda. Án hans teldist stjörnufræði vart til vísinda. Með honum höfum við gert ótrúlega uppgötvanir — en það stórkostlegasta á án efa enn eftir að líta dagsins ljós.

Sjónaukar safna ljósi

Sjónaukar safna ljósi. Hér er vísindamaður að prófa spegill sem komið verður fyrir í stórum sjónauka. Mynd: ESO

Á næturnar aðlagast augun myrkrinu. Sjáöldrin breikka og hleypa meira ljósi inn í augun. Smám saman sérðu fleiri og daufari stjörnur.

Ímyndaðu þér að sjáöldin væru einn metri á breidd. Þú litir eflaust skringilega út en þú hefðir líka ótrúlega góða sjón. Þú sæir stjörnur sem eru mörg þúsund sinnum daufari en þær sem þú sérð núna með berum augum.

Sjónauki virkar á sama hátt. Sjónauki er eins og tekt sem safnar ljósi og beinir því að auganu (eða myndavél).

Stærðin skiptir stjörnufræðinga miklu máli. Því stærri sem sjónaukinn er, þeim mun daufari fyrirbæri er hægt að sjá. Stórir sjónauka greina líka fínni smáatriði.

Linsusjónaukar og spegilsjónaukar

Linsusjónaukar eru oftast langir og mjóir. Spegilsjónaukar geta verið miklu breiðari og mun styttri. Þetta er stærsti linsusjónauki heims.

Hversu stóra sjónauka er hægt að smíða?

Ekkert sérstaklega stóran ef það er linsusjónauki. Ljósið þarf að ferðast í gegnum linsuna og aðeins er hægt að styðja við brún linsunnar. Ef linsan er of stór verður hún of þung. Þá aflagast hún og myndin verður bjöguð — líkt og maður væri að horfa í gegnum óskýr gleraugu.

Stærsti linsusjónauki heims var smíðaður í Bandaríkjunum árið 1897. Sá er rúmur metri að þvermáli en 18 metra langur (aðeins lengri en strætó)! 

Viltu enn stærri sjónauka? Þá eru speglar málið!

Í spegilsjónauka endurvarpar spegill ljósinu í stað þess að það ferðist í gegnum linsu.

Miklu auðveldara er að smíða stóra spegla en stórar linsur. Speglarnir geta líka verið mun þynnri en linsan. Auk þess er hægt að styðja speglana aftan frá.

Stærstu sjónaukar nútímans eru allir spegilsjónaukar. Sumir eru meira að segja settir saman úr mörgum speglum, eins og púsluspil.

Ljósmyndun kemur til sögunnar

Teikningar Galíleós af Satúrnusi, Venusi, Mars og Júpíter.

Um aldir þurftu stjörnufræðingar einnig að vera listamenn. Um leið og þeir gægðust í gegnum sjónaukana sína, teiknuðu þeir nákvæmar myndir af því sem fyrir augum bar.

Fyrir 400 árum birti Galíleó teikningar sínar af gígóttu yfirborði tunglsins, dansi tungla Júpíters, flekkóttri sól, breytilegri ásýnd Venusar og fleira í lítilli bók sem hann nefndi Sendiboði stjarnanna. Teikningar voru eina leiðin sem Galíleó hafði til að láta fólk vita af uppgötvunum sínum.

En mannsaugað er ófullkomið og getur blekkt. Stjörnufræðinga vantaði aðferð til að geyma ljósið sem sjónaukarnir söfnuðu.

Þá kom ljósmyndatæknin til sögunnar!

Ljósmyndun leyfir stjörnufræðingum líka að greina hluti sem eru of daufir til að augað sjái þá. Á ljósmyndum sáust smáatriði sem ekkert auga hafði nokkurn tímann greint.

Ljósmyndunin er ómissandi verkfæri stjörnufræðinga.

Dauf fylgitungl reikistjarnanna, tignarlegir armar þyrilvetrarbrauta og dvergreikistjarnan Plútó — allt þetta og meira til uppgötvaðist með stjörnuljósmyndun.

Sjónaukar í hæstu hæðum

Tunglið rís yfir Very Large Telescope, risasjónaukum í 2.500 metra hæð yfir sjávarmáli í Atacamaeyðimörkinni í Chile, einum þurrasta stað Jarðar. Mynd: ESO

Ef þú horfir til himins úr hverfinu þínu, sérðu örugglega ekkert sérstaklega margar stjörnur. En ef þú ferð út fyrir bæinn virðast stjörnurnar nánast óteljandi.

Stjörnufræðingar velja sér staði undir sjónaukana sína af mikilli kostgæfni. Staðirnir þurfa að vera þurrir og heiðskírir, helst eins langt yfir sjávarmáli og hægt er (skýjum ofar) og ljósmengun engin.

Sjónaukum er þess vegna komið fyrir á afskekktum stöðum. 

Í Atacamaeyðimörkinni í Chile, þurrustu og heiðskírustu eyðimörk heims, eru margir af stærstu sjónaukum Jarðar.

Sjónaukar hafa einnig verið byggðir á tindi kulnaða eldfjallsins Mauna Kea á Hawaii.

Á Kanaríeyjunni La Palma eru nokkrir stórir sjónaukar, þar á meðal Norræni stjörnusjónaukinn sem Íslendingar eiga hlut í.

Leysigeislar gera myndir skarpari

Leysigeisla er skotið upp í næturhiminninn til að útbúa gervistjörnu. Gervistjarnan hjálpar stjörnufræðingum að leiðrétta ókyrrðina í lofthjúpnum sem gerir allar athuganir óskýrar. Mynd: ESO/Y. Beletsky

Allir sem hafa einhvern tímann horft upp í stjörnubjartan himinn sjá að stjörnurnar tindra.

Stjörnurnar tindra vegna þess að ljósgeislarnir frá þeim skoppa til og frá vegna þess að andrúmsloftið er á sífelldri hreyfingu. Ókyrrðin í andrúmsloftinu veldur því að alheimurinn er óskýr frá Jörðu séð.

En stjörnufræðingar eiga ás í erminni.

Á 2.500 metra háu fjalli í Andesfjöllunum í Chile — í eyðimörk sem minnir einna helst á Mars — er Very Large Telescope, fjórir evrópskir risasjónaukar. 

Stundum er leysigeisla skotið frá sjónaukunum upp í næturhiminninn. Þar býr geislinn til gervistjörnu hátt í lofthjúpnum.

Hægt er að mæla hve mikið gervistjarnan hreyfist vegna ókyrrðarinnar í andrúmsloftinu. Undir speglum sjónaukanna eru pumpur sem breyta lögun spegilsins í samræmi við ókyrrðina.

Þá er eins og engin ókyrrð sé í loftinu. Útsýnið út í alheiminn er kristaltært, eins og við værum úti í geimnum!

Þessi tækni kallast aðlögunarsjóntækni og er eitt helsta töfrabragð stjarnvísinda nútímans.

Margir sjónaukar mynda einn risasjónauka

Hér sést ALMA sjónaukinn, stærsti sjónaukinn á Jörðinni, í Atacamaeyðimörkinni í Chile. Mynd: ESO

Hægt er að tengja saman marga sjónauka og búa þannig til einn risasjónauka, jafn stóran bilinu milli sjónaukanna.

Árið 2013 var einn slíkur sjónauki tekinn í notkun á einum þurrasta stað veraldar, í 5.000 metra hæð yfir sjávarmáli í Andesfjöllunum í Atacamaeyðimörkinni í Chile.

Sjónaukinn samanstendur af 66 stórum loftnetum sem hvert og eitt vegur næstum 100 tonn. Loftnetin eru sjónaukar og þegar þau eru tengd saman mynda þau öflugasta stjörnusjónauka sem til er á Jörðinni! 

Sjónaukinn heitir ALMA sem er skammstöfum fyrir Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. ALMA er stærsti risasjónauki í heiminum, þökk sé þeirri tækni að geta tengt marga sjónauka saman.

Risaflutningabílar sjá um að færa loftnetin til og verkar þá sjónaukinn eins og súmlinsa á myndavél.

Geimsjónaukar

Geimfarar lagfæra Hubble geimsjónaukann á braut um Jörðina. Mynd: NASA

Andrúmsloftið er dýrmætt en um leið helsti óvinur stjörnufræðinga. Loftið er nefnilega sífellt á hreyfingu og það gerir alheiminn óskýran frá Jörðu séð.

Hubble geimsjónauki NASA og ESA er frægasti sjónauki sögunnar. Hann er frekar lítill, aðeins 2,4 metrar í þvermál, en staðsetning hans er einstök.

Hubble er fyrir ofan andrúmsloftið og hefur þess vegna óvenju skarpa sýn á alheiminn. Auk þess getur Hubble séð útfjólublátt og innrautt ljós sem sjónaukar á Jörðu niðri sjá ekki.

Hubble er ekki eini geimsjónaukinn. Margir aðrir sjónaukar hafa verið sendir út í geiminn.

Chandra er geimsjónauki sem sér ljós sem mannsaugað greinir ekki og er miklu orkuríkara en sýnilegt ljós. Chandra nemur röntgengeisla — sama ljós og er notað til að skoða bein og tennur — sem heitustu stjörnurnar í alheiminum gefa frá sér.

Sjónaukinn Kepler var sendur út í geiminn sérstaklega til að leita að fjarreikistjörnum — reikistjörnum fyrir utan sólkerfið okkar. Og hann hefur fundið nokkur þúsund slíkar!

Í náinni framtíð verður arftaki Hubbles sendur út í geiminn: James Webb geimsjónaukinn.

Sjónaukar framtíðar

Teikning af European Extremely Large Telescope, sannkölluðum risasjónauka sem verður tekinn í notkun fljótlega eftir árið 2020. Mynd: ESO

Í framtíðinni hyggjast stjörnufræðingar byggja sannkallaða risasjónauka.

Í Evrópu eru menn að undirbúa European Extremely Large Telescope. Spegill hans verður 39,3 metra breiður, jafn langur og handboltavöllur!

Ómögulegt er að smíða svo stóran spegil í heilu lagi. Þess í stað verður næstum 800 rúmlega eins metra breiðum speglum raðað saman í einn risaspegil.

European Extremely Large Telescope mun hefur störf fljótlega eftir árið 2020. Hann verður reistur á einum þurrasta stað Jarðar, skammt frá öðrum risasjónauka, Very Large Telescope í Atacamaeyðimörkinni í Chile.

Lærðu meira um stjörnustöðvar

• Norræni stjörnusjónaukinn

• Very Large Telescope

• ALMA

• European Extremely Large Telescope

• Hubble geimsjónaukinn

• James Webb geimsjónaukinn
  

SpaceScoop fréttir um stjörnustöðvar og sjónauka

• 13. mars 2013 – Leitin að uppruna okkar í alheiminum hefst

Höfundur: Sævar Helgi Bragason