Image
European Solar Telescope slik det vil bli seende ut som en del av Roque de los Muchachos Observatory på øyen La Palma sitt høyeste punkt - 2400 meter over havet. Illustrasjon: Gabriel Pérez (Instituto de Astrofísica de Canarias)

European Solar Telescope slik det vil bli seende ut. Illustrasjon: Gabriel Pérez (Instituto de Astrofísica de Canarias)

Teleskopet som skal hjelpe oss å løse solens mysterier

Solfysikerne ved UiO er med på å planlegge verdens største solteleskop som skal bygges på La Palma. Målet er mer kunnskap om solens gåter.

Solen har noen uløste mysterier som forskerne har grublet på i lang tid. Verdens største solteleskop som er under planlegging og skal bygges på La Palma, Kanariøyene, skal hjelpe forskerne å komme til bunns i flere av spørsmålene. Solfysikerene hos RoCS - Rosseland senter for Solfysikk ved Universitetet i Oslo er med på utformingen av teleskopet, og dermed også forskningsbonanzaen det fører med seg.

Fakta

Hvorfor er det viktig å forske på solen?

Tilnærmet alt vi har av mat, varme, lys og energi på jorden er takket være solen.
Moderne vitenskap viser at solen ikke bare er en statisk hvit lysende himmelsfære, men en stjerne som yrer med aktivitet.
Solen kan være en trussel for mye vi tar for gitt, som internett og strøm.
På solen oppstår kraftige eksplosjoner som kalles flares.
De kraftigste kan sende enorme skyer av plasma ut i solsystemet. Hvis en stor sky skulle treffe jorden kan det føre til katastrofale problemer, ved å slå ut strømnettet i store deler av verden.
Vi er ikke blitt truffet av et veldig stort utbrudd siden midten av 1800-tallet, men skulle det skje så kan det få langvarige globale konsekvenser på linje med en pandemi.
Å forstå solen er viktig for å vite mer om verden rundt oss, og for å forutsi romvær og ruste oss mot fremtidige solstormer.

Solfysikk-nasjonen Norge

I Norge har vi en lang tradisjon i å bidra i jakten på å forstå solen og interaksjonen den har med planeten vår. I 1896 oppdaget forskeren Kristian Birkeland at nordlyset er forårsaket av elektrisk ladde partikler fra solen som kolliderer med atmosfæren vår ved polene. En strøm med partikler vi i dag kaller for solvinden. Vi har også mange bidrag til mer grunnleggende forståelse av solen og de interessante fenomenene en kan observere på den med moderne instrumenter.

– Siden Svein Rosseland, som var en pioner innen astrofysikk, stiftet Institutt for teoretisk astrofysikk på 1930-tallet har Norge hatt et forskningsmiljø i verdenstoppen på å forstå stjerner og solen vår, forteller Mats Carlsson, direktør for RoCS - Rosseland senter for solfysikk.

Senteret er en del av Institutt for teoretisk astrofysikk, og er i dag verdenseksperter på å observere og lage modeller som beskriver de øverste lagene av solen.

Solens mysterier

Vi har kommet langt i teoriene og forklaringene om stjernen vår, men det er fremdeles tre store uløste mysterier solforskerne grubler på.

  • Nøyaktig hvordan magnetfeltet til solen oppstår og hva som gjør at det varierer med en syklus på cirka elleve år.
  • Hva som gjør at temperaturen til solatmosfæren øker fra noen tusen grader ved overflaten til mange millioner grader ytterst i atmosfæren.
  • Og hva det er som gjør at partikler akselererer vekk fra solen og driver solvinden.

Det er først og fremst mysteriet rundt temperaturen til solatmosfæren forskerne ved RoCS ønsker å finne ut av. 

Bilde tatt av en kraftig soleksplosjon i 2012 som heldigvis bommet på jorden. Størrelsen til jorden er satt inn for å vise hvor store disse eksplosjonene kan være. Bilde: NASA/SDO/AIA

– En skulle tro at temperaturen går ned jo lenger vi går utover i atmosfæren og jo tynnere den blir, men det er det motsatte vi ser. Vi vet en god del mer siden vi ble klar over at det var slike ekstreme tilstander i den øvre atmosfæren til solen, men nøyaktig hvorfor og hvilke fenomener som forårsaker det er fremdeles et mysterium, forklarer Carlsson.

– Hvordan er det solfysikerene ved RoCS forsker, og skal finne ut av dette? 

– Vi er verdensledende i å lage datamodeller av hva som foregår i atmosfæren til solen. Disse modellene baserer seg på grunnleggende fysiske prinsipper og lover, og klarer å gjenskape mye av det vi ser. Men for å drive den grunnleggende fysiske forståelsen videre trenger man direkte observasjoner i samspill med modellene for å se hva man har klart å gjenskape i modellene og ikke. Det er også godt mulig at vi med bedre observasjoner vil kunne oppdage helt nye fenomener vi ikke visste om, forklarer Carlsson.

RoCS kjører noen av datamodellene sine på landets kraftigste datamaskin Betzy som har over 170 000 prosessorkjerner. Bilde: Uninett/Sigma2

Neste generasjons solteleskop - EST

For å drive forskningen videre og komme til bunns i solens mysterier trenger forskerne nå et solteleskop som kan gi dem høyere oppløsning enn hva man klarer med dagens teleskop. EST er teleskopet som skal virkeliggjøre nettopp dette.

– EST - European Solar Telescope er prosjektet hvor 18 europeiske land har gått sammen om å få bygget det som skal bli verdens største solteleskop på Kanariøyene. Hovedmålet er å få samlet inn mer lys enn noen gang og med det få nøyaktige målinger av det svake magnetfeltet i det mellomste laget av atmosfæren til solen, kromosfæren, sier Carlsson.

Det er viktig å måle magnetfeltet i denne delen siden det er det som bestemmer hva som skjer i den øvre atmosfæren til solen.

Vi kan ikke måle det svake magnetfeltet i den øvre atmosfæren til solen direkte. Det vi måler er en egenskap ved lyset vi ser som kalles polarisering. Noe av lyset vi mottar fra solen beveger seg på en ordnet måte, det vi kaller polarisert lys. Hvordan denne polariseringen ser ut er direkte påvirket av magnetfeltet, så når vi måler polarisasjonen til lyset vi observerer her på jorda, lar det oss si noe om magnetfeltet der lyset ble sendt ut fra i solatmosfæren.

– Men det er en utfordring å måle de svake magnetfelt som vi har med å gjøre i kromosfæren nøyaktig, forklarer Carlsson.

Med dagens solteleskop og teknologi kan vi måle polarisasjonen av lyset til en tusendels nøyaktighet, men for å få god nok oppløsning i kromosfæren må vi måle det 10 ganger bedre, altså til en titusendels nøyaktighet. For å gjøre dette trenger vi å samle inn over 10 ganger så mye lys med EST.

Panoramabilde av hvordan hele bygget til European Solar Telescope vil bli seende ut. Illustrasjon: Gabriel Pérez (Instituto de Astrofísica de Canarias)

For å få til dette kommer EST til å ha det mest avanserte speilet i noe solteleskop på hele 4,2 meter i diameter. I tillegg til dette vil det også være et adaptivt speil. Det vil si at det kan korrigere for forstyrrelser i jordatmosfæren som gir uskarpe bilder. Disse forstyrrelsene kan minne om hvordan luften over en asfaltert vei på en varm sommerdag, ser ut til å bølge seg. En annen utfordring i reflekterende teleskop som solteleskop, er at for hver gang lyset reflekteres mister en noe lys, og da spesielt i den blå delen av spekteret. Det er uunngåelig at lyset reflekteres flere ganger før det når måleinstrumentene i bunnen av tårnet til teleskopet, men EST har et unikt design som bare gir seks refleksjoner slik at en beholder mer av det blå lyset.

At vi eliminerer så mye lystap i den blå delen av spekteret kombinert med et adaptivt speil vil la EST ha samme oppløsningsevne som et solteleskop med et speil på hele syv meter i diameter for blått lys.

En oversiktsfigur over strukturen til solen. Ved RoCS er det de tre lagene av atmosfæren til solen og fenomener som tar plass her fra solflekker til flares (kraftige eksplosjoner) det forskes på. Illustrasjon: Wikipedia Commons

Man kan jo lure på hvorfor vi ikke plasserer et stort solteleskop i verdensrommet som ser på tilsvarende bølgelengder. Da kunne man unngått problemet med jordatmosfæren og vi kan observere solen 24/7. Carlsson svarer raskt at grunnen til dette, er at det ville blitt for dyrt.

– EST vil koste rundt 200 millioner euro, men skulle vi sende opp et solteleskop i bane rundt jorda med en diameter på bare 30 cm ville det kostet 150 millioner euro. Altså tilsvarende pris for et teleskop som ville kunne samle inn under tusen ganger så lite lys. For et teleskop på størrelse med EST ville prislappen blitt på flere milliarder euro. Så for neste generasjons solteleskop, er det store bakkebaserte som er veien å gå, konkluderer Carlsson.

Når EST står ferdigbygget mot slutten av 2020-tallet, står RoCS og solforskere i hele Europa klare til å gå løs på solens uløste mysterier for fullt.

EST-EAST sin Reaching for the sun video: 

Konkurranse: Er du naturfaglærer og vil lære elevene dine mer om sola?

Her er konkurransen forklart på engelsk. Oppgaven er å lage en plakat om noe klassen synes er et spennende fenomen ved sola.
Konkurransen arrangeres av EST - European Solar Telescope - hvor også Norge er medlem.

EST - European Solar Telescope arrangerer i høst en konkurranse for skoleelever i hele Europa i aldersgruppen 14-16 år. Konkurransen går ut på å undersøke et tema relatert til solen og lage en infografikk som forklarer temaet. Infografikken vil kunne bli en del av et leksikon om sola på nettet og dermed tilgjengelig for undervisning verden over.
Vi kan tilby tilrettelagt foredrag / spørretime + støtte til medvirkning i konkurransen hvor vinnerklassen får et solteleskop eller en reise med klassen til solobservatoriet i La Palma våren 2022. Frist for innlevering av bidrag er før jul 2021.
Norge er blant de beste i verden på solforskning og vi på RoCS - Rosseland senter for solfysikk, UiO vil gjerne komme i kontakt med naturfaglærere på 10.trinn + 1 trinn vgs. skole som vil være med her. Ta kontakt med eyrun.thune@astro.uio.no ved RoCS om du vil vite mer.