Hvorfor skyter teleskop med lasere?

Du har sikkert sett bilder som dette før: Et eller annet imponerende, flott teleskop sender en tydelig laserstråle rett til himmels. Hva skal det være godt for?

Jeg får litt assosiasjoner til Dødsstjernen fra Star Wars når jeg ser teleskoper skyte lasere mot himmelen. Holder vi på å angripe fjerne planeter? Eller sender vi kanskje et S.O.S.-signal til potensielle utenomjordiske sivilisasjoner? Virkeligheten er heldigvis ikke fullt så dramatisk.

Å tilpasse seg nattehimmelen

Når vi først skal ta høyoppløste bilder av nattehimmelen med de gigantiske, dyre teleskopene vi har bygd, er det viktig at vi får tatt så klare bilder som mulig – eller så er jo poenget borte. Når man bruker bakketeleskoper, er det én ting man aldri kommer utenom: Det er en hel jordatmosfære mellom nattehimmelen og teleskopets speiler.

Et astronomisk objekt sender ut lys i alle retninger. Man kan se for seg en lysbølgefront som brer seg utover universet i sirkler (se illustrasjon under). Denne fronten blir forvrengt når den går gjennom den turbulente og stadig skiftende jordatmosfæren, som fører til uskarpe bilder. Heldigvis finnes det en løsning: adaptiv optikk.

Illustrasjon: ESO

Et adaptivt optikksystem består av en sensor som måler lyset fra et astronomisk objekt, et teleskopspeil som lar seg deformere, og en datamaskin som mottar målinger fra sensoren. Sensoren måler hvordan atmosfæren påvirker lyssignalet over så små tidsrom som bare noen få millisekunder. Deretter beregner datamaskinen seg frem til hvordan teleskopspeilet må deformeres i sanntid for å kansellere atmosfærens effekt på det innkommende lyset! Det er her laserne kan hjelpe oss.

En guide til stjernene

De fjerne himmelobjektene som vi ofte ønsker å observere, er for lyssvake til at vi kan bruke disse til å måle hvordan lys blir påvirket av atmosfæren. Ofte brukes derfor en lyssterk stjerne i stedet, en såkalt guide star eller «ledestjerne». Denne stjernen vil jo også befinne seg utenfor atmosfæren vår, så lyset fra det astronomiske objektet vi faktisk er interessert i å observere vil få mer eller mindre den samme behandling på vei gjennom atmosfæren som lyset fra stjernen. Dette innebærer riktignok at et teleskop med adaptiv optikk bare kan gjøre observasjoner der det er en lyssterk stjerne i nærheten av det astronomiske objektet vi ønsker å observere. Dette setter en stor begrensning på hvilke objekter vi faktisk kan studere.

Alternativet er å bruke lasere! Da skyter vi en laser opp mot himmelen i nærheten av et hvilket som helst astronomisk objekt vi ønsker å observere, for å skape en kunstig referansestjerne. Laserlyset sendes ofte ut i pulser, og så kan sensoren måle atmosfæren i de neste mikrosekundene etter at laserpulsen er blitt sendt ut. Resultatet er at vi får svært skarpe bilder av fjerne astronomiske objekter 😍

Det finnes to ulike metoder for å lage kunstige ledestjerner med lasere:

  • Rayleigh-ledestjerne: Laserlys i nær ultrafiolette bølgelengder sendes ut og sensoren måler hvordan lyset blir spredt utover lavt i atmosfæren, i en høyde på 15–25 km.
  • Natriumledestjerne: Laserlys med bølgelengden 589 nm får natriumatomer i den øvre atmosfæren til å gløde slik at de fremstår som ekte stjerner sett gjennom teleskopet. Dette lyset kan brukes som en erstatning for en naturlig ledestjerne for å måle forstyrrelsene i lyset, men det trengs fortsatt en naturlig ledestjerne for å få informasjon om hvordan det astronomiske bildet må vris og vendes for å bli perfekt. Men i denne situasjonen kan ledestjernen være mye mer lyssvak, så observasjonene er derfor ikke begrenset på samme måte som når vi bruker en ekte ledestjerne (det finnes utrolig mange stjerner der ute).

Av de to metodene er det natriumledestjernen som gir best resultat, ettersom den vil være høyere i atmosfæren, og dermed få med seg mer av de turbulente endringene. Men denne metoden er også dyrere og mer kompleks å gjennomføre.

Kvantitet gir kvalitet

Fremtiden vil være enda mer laserfylt. Nå er det nemlig fire laserstråler som gjelder, i alle fall for ESOs Very Large Telescope (VLT). Fordelen med å bruke flere lasere er at adaptivt optikksystemet vil være i stand til å kartlegge turbulensen i atmosfæren mye mer nøyaktig. Dette gjør at bildekvaliteten blir betydelig bedre. Også ser det råtøft ut (nå begynner det virkelig å minne om Dødsstjernen)!

Verdens kraftigste laserguidestjerner på ESOs Very Large Telescope. Bilde: ESO
De fire laserstrålene møtes i et punkt. Bilde: ESO

Ha en strålende uke! 😎

Hovedbilde: Very Large Telescope (VLT), ESO

Relaterte innlegg

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *