Nytt superteleskop ger knivskarp sikt mot universum

Hälften av världens alla astronomiska data kommer i dag från nya, avancerade instrument i Chile, och procentandelen kommer att stiga drastiskt om ett par år.

Då ska astronomerna inte bara få svar på några av sina mest angelägna frågor om svarta hål, mörk energi och stjärnbildning – de kan även direkt observera främmande klot.

Vore det upp till Simona Ciceri skulle ELT:s finkänsliga instrument allra först riktas mot atmosfären runt några av stenplaneterna utanför vårt solsystem. Påminner deras atmosfär om jordens är det sannolikt att dessa främmande världar hyser liv.

Europeiska astronomer reste söderut

Chiles stjärnstatus bland astronomerna började med uppförandet av La Silla-observatoriet.

I början av 1960-talet var världens alla stora spegelteleskop förlagda till norra halvklotet, vilket bara gav utsikt mot norra stjärnhimmeln.

För att kunna studera exempelvis Vintergatans centrum eller de så kallade Magellanska molnen fick europeiska astronomer ta sig till södra halvklotet.

Luften i Chiles Atacamaöknen är ren och klar och det regnar i genomsnitt bara sex dagar om året, vilket gör platsen till en perfekt utkikspost mot södra stjärnhimlen.

Därför gick sex europeiska nationer samman i projektet att uppföra ett stort observatorium på 2 400 meters höjd. Det fick namnet La Silla, sadel på spanska, efter den sadelformade bergstopp på vilken det grundlades.

VIDEO – Följ uppförandet av jätteteleskopet ELT:

Universum vimlar av mystiska klot

När La Silla-observatoriet invigdes i mars 1969 hade astronomerna ännu inte fått syn på någon exoplanet.

Först år 1995 offentliggjordes den första säkra observationen – en gasplanet som susade runt sin stjärna i ett hektiskt fyradagarsomlopp.

Sedan dess har exoplanetfamiljen vuxit nästan exponentiellt och uppgår i skrivande stund till 3 671. Och de många planeterna förekommer i många olika varianter.

En har döpts till Supersaturnus eftersom den omges av 37 ringar med en radie på 90 miljoner kilometer – 200 gånger större än Saturnus.

En annan, kallad Kepler-16b, har två soluppgångar på ett dygn, eftersom den kretsar runt två stjärnor.

Och en tredje planet, GJ 1214 b, har döpts till Waterworld eftersom den huvudsakligen består av vatten i olika exotiska former – som plasma, varm is eller i supraflytande tillstånd.

Vi kan tacka Keplerteleskopet för den plötsliga explosionen av observationer. Det amerikanska rymdteleskopet skickades år 2009 på ett ganska enahanda uppdrag: Att stirra ut på samma lilla utsnitt av himlarymden i fyra år.

Kepler fokuserade inte på planeter utan på svängningar i ljus från de 150 000 stjärnor som fanns i utsnittet. Den indirekta mätmetoden beror på att planeter är små och blygsamma skapelser jämfört med stjärnor.

Vår egen sol, som är relativt genomsnittlig, innehåller exempelvis 99 procent av all materia i solsystemet och skulle kunna rymma jorden 1 300 000 gånger.

Om man befann sig 40 ljusår bort och betraktade vårt solsystem skulle solen stjäla föreställningen och överstråla jorden.

Men varje gång jorden passerar solen blockerar den lite av solljuset och den lilla svängningen skulle kunna uppfångas av avlägsna teleskop.

Med andra ord: Om ljuset från en stjärna avtar regelbundet kan det betyda att en eller flera planeter skuggar ljuset på sin väg runt stjärnan.

Astronomer spejar efter dansande stjärnor

Enbart Keplers observationer baserade på den så kallade transitmetoden har hittills avslöjat 5 000 möjliga exoplaneter.

Och astronomerna är långtifrån färdiga med att arbeta sig igenom den enorma mängden data från Kepler.

Simona Ciceris uppgift under nattvakten på La Silla-observatoriet är att närmare utforska några av de exoplanetkandidaterna, så att de kan klassificeras korrekt.

Det gör hon genom att hålla utkik efter stjärndans.

Ljuset från en stjärna som rör sig mot oss ”pressas ihop” och ser därför mer blått ut, medan ljuset från en stjärna som avlägsnar sig ser mer rött ut – fenomen som kallas blå- respektive rödförskjutning.

Gravitationskraften från en planet i omlopp drar lite i sin stjärna och får den att närma sig respektive avlägsna sig i förhållande till synriktningen – den dansar.

Om Ciceri via blå- och rödförskjutning upptäcker en dansande stjärna vet hon att något drar i den, sannolikt planeter i omlopp.

På Ciceris lista över möjliga kandidater står koordinaterna och den tidpunkt på natten då exoplaneterna befinner sig i en position som gör det möjligt för hennes pilot att låsa sig fast vid sitt byte.

Radialhastighetsmetoden, som den kallas, är ett av planetjägarnas viktigaste redskap. Och det så kallade HARPS-instrumentet på La Silla-observatoriet är det främsta i sitt slag.

Instrumentet upptäckte den första jordliknande planeten utanför vårt solsystem i den "beboeliga zonen" – även kallad guldlockzonen.

I den gamla folksagan tar Guldlock för sig av björnungens gröt, som ”inte är för varm och inte för kall”.

Detsamma gäller planeterna: De som kretsar för långt från sin stjärna är mörka, karga och djupfrysta.

Kretsar de för nära stjärnan förvandlas de till kokheta infernon. Både scenarierna utesluter möjligheten till liv. Och den mest eftertraktade trofén för planetjägarna är att hitta en planet som fyller alla villkor för att hysa liv.

I raden av nyupptäckta planeter hittar astronomerna nu alltfler som ligger i guldlockzonen.

Planeter navnges efter öl

År 2016 kunde astronomerna konstatera att de hade hittat en planet som kretsade runt vår närmaste stjärna efter solen, Proxima Centauri.

I år publicerade belgiska astronomer upptäckten av ett solsystem med inte mindre än sju planeter som kretsade runt en dvärgsol.

De ölglada astronomerna döpte systemet till TRAPPIST-1 som en hyllning till hemlandets klosterbrygg, och planeterna namngavs efter deras favoritölsorter. Tre av planeterna är jordliknande och fyller de villkor som krävs för att de potentiellt kan hysa liv.

I en galax långt, långt borta...

Trappist-systemet ligger 40 ljusår bort, vilket med astronomiska mått mätt är nästgårds – och samtidigt så obegripligt avlägset.

Ljuset innehar universums hastighetsrekord och förflyttar sig nära nog i imponerande 300 000 kilometer i sekunden. Det innebär att en foton kan hinna från månen till jorden innan vi hinner säga exoplanet.

Ljuset från vår stjärna, solen, når oss först åtta minuter efter att ljuspartiklarna har lämnat solens yta.

Och på ett år tillryggalägger ljuset svindlande 9 460 730 472 580,8 kilometer – det vill säga ett ljusår, som är det mått astronomerna använder.

De flesta system befinner sig många hundratals ljusår bort, så det krävs självfallet finkänsliga instrument för att registrera de avlägsna objekten.

Rymdteleskop har den fördelen att de är fria från jordens partikelfyllda atmo­sfär och ljusföroreningar från upplysta storstäder. Men de är astronomiskt dyra och besvärliga att reparera.

På jorden kan astronomerna däremot bygga stort, tungt och avancerat, men måste sedan hitta listiga sätt att kringgå våra jordnära problem. Och det har de gjort i Paranal-observatoriet, som ligger 600 kilometer norr om La Silla.

I komplexet finns VLT-teleskopet, som är världens just nu mest avancerade optiska instrument.

Det har nyligen försetts med en rad nya, avancerade instrument som gör området till kommandocentral för världens ledande planetjägare.

James Bond-skurk bland astronomerna

VLT-observatoriet har uppförts långt ute i Atacamaöknens ödemark, långt ifrån all ljusförorenande bebyggelse. Och långt ifrån allt annat också. Varje dag måste färskt vatten transporteras dit med tankvagnar och fram till nyligen stod en egen generator för elektriciteten.

Även små ljusmängder kan förstöra observationerna från de finkänsliga instrumenten och därför finns där inga gatlyktor.

Bilister får inte använda strålkastarna utan får nöja sig med att orientera sig med blinkljus och de reflexer som är nedfällda i vägen.

Fotgängare får söka sig fram genom den chilenska natten med hjälp av en liten, svag ficklampa som alltid måste riktas nedåt.

Få en glimt av VLT-observatoriet i Atacamaöknen:

Alla fönster är utrustade med tunga mörkläggningsgardiner, så att dagsljuset kan stängas ute när astronomerna sover på dagen – och minst lika viktigt: Så att inomhusbelysning stängs inne på natten och inte stör mätningarna.

Hela bostadsområdet, där upp till 100 gästande astronomer äter och sover, är inbyggt i berget och smälter in bland öknens röda ockrafärg.

En inbyggd atriumgård fulländar det futuristiska intrycket och byggnaden att se ut att vara hämtad ur en James Bond-film – vilket den också är. I Quantum of Solace kilar agent 007 omkring på taket av byggnaden, som i filmen tjänar som hem för skurken Dominic Greene.

Själva VLT-teleskopet består av fyra silor som tronar majestätiskt på en backtopp ett par hundra meter bort från bostadsområdet.

Varje silo innehåller ett teleskop med en huvudspegel som mäter 8,2 meter i diameter. Bara en av speglarna kan ta ögonblicksbilder av himlaobjekt som är fyra miljarder gånger svagare än vad det mänskliga ögat kan registrera.

När teleskopen kombineras i komplexets interferometer kan astronomerna se detaljer som är upp till 16 gånger mindre.

De ljusstrålar som samlas in från teleskopen kombineras med hjälp av speglar som är installerade i ett labyrintiskt, under­jordiskt tunnelsystem – även det värdigt en Bondfilm.

Där ska längden av ljusstrålarnas bana hållas inom mindre än en tusendel millimeter över ett avstånd på mer än 100 meter. Det underjordiska systemet är föga oväntat stängt för klåfingriga besökare.

Tillsammans kan de fyra teleskopen utföra mätningar som motsvarar att astronomerna från jorden kan se fåran på ett skruvhuvud på Den internationella rymdstationen, som kretsar 400 kilometer ovanför oss.

Till varje teleskop har man kopplat flera helt nya, avancerade instrument med obegripliga akronymer som ESPRESSO och SPHERE. Förkortningarna blir inte mer begripliga för den oinvigda när de skrivs ut – men för astronomerna innebär de oanade möjligheter.

ESPRESSO hör exempelvis till den senaste genera­tionen av spektrometrar och är planetjägaren HARPS efterträdare.

HARPS kunde registrera förändringar i ”stjärndansen” på 3,5 kilometer i timmen – det vill säga en maklig vals.

När alla fyra VLT-teleskop samarbetar kan ESPRESSO avläsa svängningar på blott 0,35 kilometer i timmen – en ännu långsammare svängom.

Små planeter har mindre kraft att påverka sin stjärna än stora, vilket innebär att det finkänsliga ESPRESSO kan upptäcka betydligt mindre jordliknande planeters existens.

SPHERE har en mer direkt infallsvinkel. Instrumentet kan direktobservera en planet, trots att ljuset från den är en miljon gånger svagare än dess stjärna. Instrumentet fungerar som ett slags solglasögon med polariserade glas som filtrerar bort det störande stjärnljuset.

SPHERE har också löst problemet med blinkande stjärnor som kanske väcker entusiasm hos poeter och nyförälskade – men knappast astronomer.

Blinkningarna beror nämligen på att stoftpartiklar i atmosfären förvränger ljuset från stjärnorna. Med hjälp av så kallad adaptiv optik korrigerar SPHERE stjärnljuset 1 200 gånger i sekunden med hjälp av deformerade speglar.

I juli 2017 kunde astronomerna presentera ett foto av SPHERE:s första byte: En Jupiterliknande planet som kretsar runt en stjärna 365 ljusår bort.

Nytt teleskop slår alla rekord

Men inget instrument är bättre än det ljus som teleskopet hämtar ned. Och alla som besöker Paranal har utsikt över den plats 20 kilometer bort där världens hittills största öga mot himlen är på väg att uppföras.

I juni 2014 sprängdes hela toppen av det 3 000 meter höga berget Cerro Armazones bort, så att uppförandet av Extremely Large Telescope – som det träffsäkert döpts till – kunde påbörjas.

ELT blir större än alla befintliga spegelteleskop tillsammans och ska samla in 15 gånger så mycket ljus som det största optiska teleskopet i dag.

Teleskopets livsnerv är fyra speglar som samtliga ska slå rekord i precision och funktionalitet. En av dem, med öknamnet ”gummispegeln”, sköter den adaptiva optiken.

Spegeln ska mäta 2,6 meter i diameter men blir bara två millimeter tjockt. Det ska styras av upp till 8 000 styrenheter, som justerar för atmosfäriska störningar eller vindpåverkan flera tusentals gånger i sekunden.

De tre övriga (de primära, sekundära och tertiära) samlar in och fokuserar ljuset. Sekundärspegeln är exempelvis 4,2 meter i diameter och väger 3,5 ton.

Spegeln har gjutits i Tyskland och nu inleds ett års nedkylning. Sedan ska franska specialister slipa spegeln med en precision som bara tillåter 15 nanometers marginal.

Det motsvarar att höjdskillnaden på Atlantens yta på ingen plats skulle överstiga 3,5 centimeter. Framställningen och koordinationen av huvudspegeln blir också en bedrift eftersom den består av 798 perfekt slipade, sexkantiga speglar som är 1,4 meter i diameter.

När speglarna 2025 vänds upp mot den chilenska natthimlen kan Simona Ciceri och de andra planetjägarna för första gången fokusera på de avlägsna kloten. Och listan över spännande kandidater som de kan zooma in på växer stadigt.

Under sin nattvakt i La Silla-observatoriets kommandocentral kunde Ciceri lägga till ytterligare en: En Saturnusliknande planet som kretsar ringlande runt sin jättestjärna, EPIC 228754001. När dessa rader skrivs är antalet bekräftade exoplaneter 3 671.

När du läser samma rader har säkert fler tillkommit. Se själv på www.exoplanet.eu. God jaktlycka!