Et usædvanligt teleskop afslører Solens hemmeligheder

VI HAVDE taget en fridag. Og i et forsøg på at slippe bort fra ørkenheden var vi på vej mod den kølige Lincoln-statsskov i det sydlige New Mexico. Pludselig fik vi øje på et skilt der viste mod Sacramento Peak-observatoriet, der ligger i Sunspot nær Cloudcroft i New Mexico. Det vakte vores nysgerrighed, så vi satte kurs mod Sunspot.

Ingen i vores lille selskab var vant til at bevæge sig i en højde af 2800 meter, så vi var alle sammen nær ved at miste vejret da vi gik op ad stien for at se de teleskoper der formentlig befandt sig på toppen. Vi regnede med at finde nogle runde bygninger med kuppeltag. Og ganske rigtigt — der var en bygning med kuppeltag, men den var lukket for gæster. Så fik vi øje på en anden bygning, med et ejendommeligt udseende.

Det var en høj, slank, trekantet bygning der nærmest stak op af jorden — og den var åben for besøgende. (Se billedet på næste side.) Snart befandt vi os i et lokale der rummede et langt teleskop som var ophængt i et leje i tårnet højt over os. Skilte bad os om ikke at træde ud på platformen da det ville forstyrre instrumentets fine balance.

Får Solen til at ’stå stille’

Nogle farveplancher i et lille modtagelsesværelse forklarede hvad det var man beskæftigede sig med. Heraf fremgik det at disse bygninger udelukkende var beregnede til udforskning af Solen. Vi spurgte en af forskerne om projektet havde at gøre med udnyttelse af solenergi. Men han forklarede at det var forskning af en anden art man drev her, nemlig såkaldt grundforskning med henblik på at samle oplysninger om Solen og dens indflydelse på Jordens atmosfære og rummet inden for solsystemet. Desuden søger man at udforske Solens indre ved hele tiden at iagttage hvad der sker på overfladen.

Vores guide fortalte at observatoriet var placeret på netop dette sted fordi den tørre og uforurenede bjergluft gav gode betingelser for den slags undersøgelser. Det var blevet oprettet i 1951 og var således et af de første observatorier i De Forenede Stater der udelukkende var beregnet til solforskning. På et diagram kunne vi se at tårnet rejser sig 41 meter over jorden, mens selve teleskopet, der har en samlet længde på 100 meter, stikker yderligere 59 meter ned i jorden. Teleskoprøret er næsten lufttomt, for at opvarmet luft ikke skal forårsage brydninger af sollyset på dets vej gennem teleskopet. Dette giver reflektionsbilleder af usædvanlig skarphed, hvilket giver forskere enestående muligheder for at iagttage Solens overflade.

Hele teleskopet vejer over 250 tons, men da det er ophængt i et kviksølv-flydeleje er det så let bevægeligt at det kan drejes fuldstændig synkront med Jordens rotation. Instrumentet kan derfor i lange perioder være rettet lige mod Solen, så den faktisk synes at ’stå stille’ i forhold til det. Desuden er teleskopet konstrueret sådan at man kan observere og fotografere meget små udsnit både af Solens overflade, fotosfæren, og af dens nedre atmosfære, kromosfæren.

Kornsiloen

På vej tilbage til bilen passerede vi en anden usædvanlig bygning, der mest af alt lignede en kornsilo. Og det er faktisk hvad den oprindelig var! Man købte den i observatoriets første tid, af firmaet Sears Roebuck & Co., og ombyggede den til at kunne rumme det første teleskop på Sunspot. På det tidspunkt var man i færd med at planlægge rejser i rummet og havde behov for oplysninger om hvordan Solen påvirkede Jordens atmosfære, navnlig hvordan ekstraordinær solaktivitet kunne afstedkomme forstyrrelser.

Senere, i 1957, dannede man en ikkekommerciel sammenslutning kaldet AURA (Association of Universities for Research in Astronomy, Inc.), i fællesskab med Kitt Peak-observatoriet i Tucson i Arizona, det fællesamerikanske Cerro Tololo-observatorium i La Serena i Chile og Space Telescope Science-instituttet i Baltimore i Maryland. I denne sammenslutning var man overbevist om at man ved at udveksle både forskere og data kunne opnå endnu større viden om Solen. Det begyndte at gå op for os at dette ensomt beliggende observatorium faktisk havde forbindelse til mange forskellige steder på jorden.

Den vibrerende sol

Dr. Bernard Durney, der er forskningsleder, tilbød velvilligt at besvare nogle spørgsmål om Solen. Han fortalte at han var beskæftiget med at undersøge Solens seismiske aktivitet. Vi ville gerne vide hvad det gik ud på. Det var åbenbart ved Sacramento Peak man havde påbegyndt denne forskning. Dr. Durney forklarede: „Solen roterer ikke blot om sin egen akse, men er i bevægelse på mange andre måder, hvilket man kan iagttage ved at holde overfladen under konstant observation og registrere de forandringer der viser sig. Ud fra disse forandringer kan vi danne teorier om hvad der sker inde i Solen, og derefter tilrettelægge undersøgelser som enten kan bekræfte eller afkræfte teorierne.“

„Omkring 1970,“ fortsatte han, „begyndte nogle at tale om at Solen ryster eller vibrerer, omtrent som en stor klokke der er blevet anslået. Man kan også sammenligne det med den måde hvorpå vandoverfladen i et bassin bliver påvirket når man kaster en sten i vandet og bølgerne breder sig som ringe fra nedslagspunktet. Forskellen er blot at bølgebevægelserne eller rystelserne på Solen forplanter sig gennem den i alle retninger.“

Det viste sig at disse vibrationer opstod i forskellige dybder, nogle lige under overfladen, andre længere inde i Solen. På baggrund af disse undersøgelser ved man at Solen cirka en gang i timen udvider sig en smule og trækker sig sammen igen, næsten som om den trækker vejret. I 1975 blev disse bevægelser for første gang observeret af en forsker. Og i 1976 rapporterede russiske forskere ligeledes at Solens overflade hævede og sænkede sig.a Men først i 1979-80 blev disse vibrationer endeligt bekræftet, blandt andet af Sacramento Peak-observatoriet.

„Faktisk forekommer der mange usædvanlige bevægelser på Solen,“ fortsatte dr. Durney. „Solen er helt igennem gasformig. Derfor kan visse dele af overfladen rotere hurtigere end andre. . . . Ved at holde Solen under konstant observation, som vi gør det her på Sunspot-observatoriet, kan vi finde ud af på hvilken måde Solens indre roterer. . . . Fordi Solen roterer hurtigst ved ækvator sker der en voldsom blanding [af gasarterne] på overfladen, hvilket giver sig udslag i mange ejendommelige fænomener. Disse usædvanlige strømninger bevirker at der opstår magnetfelter dybt inde i Solen som trænger ud til overfladen, hvor de manifesterer sig som solpletter.“

Sol-observationer døgnet rundt

Dr. Durney forklarede videre: „For at kunne følge al aktivitet og alle ændringer på Solens overflade må vi holde den under konstant observation. Eftersom Jorden drejer om sin akse en gang i døgnet, kan dette ikke lade sig gøre fra et enkelt sted på kloden. Derfor er der behov for sol-observatorier jorden rundt.“

Dette er dog ikke muligt i øjeblikket, men dr. Durney fortalte at forskere fra Sacramento Peak i 1980-81 rejste til Antarktis i tre perioder a tre måneder, for at udføre sol-observationer. På Antarktis skinner Solen nemlig uafbrudt tre måneder om året og kan derfor holdes under konstant observation døgnet rundt fra samme sted. Det er interessant at solforskningen foregår så mange steder på jorden. Forskerne håber at de en dag vil kunne få overblik over alle bevægelser på Solen og tolke dem sådan at de kan finde ud af hvad der sker inde i den. Med dette for øje planlægger de at oprette en global kæde af observatorier.

Solens flares og korona

„Hvad studerer man ellers på Sacramento Peak?“ spurgte vi så. Som svar begyndte dr. Durney at fortælle om solflares. „Disse vældige strålingsudbrud når flere millioner kilometer ud i rummet, og udsender byger af partikler som forstyrrer radiokommunikationen på Jorden, når de rammer atmosfæren. Solen udsender desuden en uafbrudt strøm af partikler, den såkaldte solvind. Udsendelsen af denne partikelstrøm virker som en bremse på soloverfladens rotation, hvilket igen påvirker rotationen dybt inde i Solen. Dette bevirker at Solens rotationshastighed bliver lavere med tiden. Et af de spørgsmål vi undersøger er hvordan denne nedbremsning af overfladen påvirker Solens indre.“

Et andet projekt består i hver dag at tage billeder af Solens korona. Disse billeder afslører hvordan temperaturen omkring Solen varierer fra dag til dag. På den baggrund udfærdiger man dagligt nye diagrammer som viser hvor langt områderne med høje temperaturer strækker sig ud fra Solen. Disse oplysninger har især betydning for rumfarten.

Solens betydning for livet på Jorden

Solens energirige stråler har afgørende betydning for livet på Jorden. De har betydning både for os mennesker, ikke mindst for vort syn, og for Jordens dyre- og planteliv i det hele taget. Ifølge en forskningsrapport fra 1979 har man fundet en sammenhæng mellem den tørke som indtræffer cirka hvert 22. år i den vestlige del af De Forenede Stater og den fuldstændige solpletcyklus der ligeledes varer omkring 22 år. Dette er en af grundene til den store interesse for aktiviteten på Solen og dens mulige indvirkning på Jordens klimatiske forhold.

I 1950’erne medvirkede Sacramento Peak-observatoriet, som et af de første, til at udregne den såkaldte solarkonstant — et mål for den totale energimængde fra Solen som rammer et objekt i rummet i en jordbanes middelafstand fra Solen. Men endnu vigtigere er det måske at fastslå hvor meget denne solarkonstant varierer.

Et af de mere interessante fænomener på Solen som har betydning for os her på Jorden er forekomsten af solpletter. Galilei var den første der observerede solpletter. Senere har man fundet ud af at en solpletcyklus varer 11 år og at en fuldstændig solpletcyklus består af to 11-årsperioder. Og som dr. Durney forklarede: „Solpletter er magnetfelter. De er mørke fordi de blokerer for de strømninger der fører energi ud til overfladen. Man formoder at flares opstår når disse magnetfelter på overfladen ophæver hinanden. Derved frigøres enorme energimængder som bevirker at visse dele af Jordens atmosfære bliver elektrisk ladet og radiokommunikationen forstyrres. Det er også disse energiudladninger der forårsager de såkaldte nordlys og sydlys, som lige fra gammel tid har vakt forundring hos mennesker.“

Ved at studere Solen vil man bedre kunne forudsige de magnetiske storme der kan opstå i jordatmosfæren ved forøget solpletaktivitet. Disse storme forstyrrer radiokommunikationen og alle de aktiviteter som er afhængige deraf, som for eksempel luftfarten. På grund af de høje omkostninger ved satellittransmission foregår hovedparten af al radiokommunikation stadig via sendestationer på Jorden. De energibyger der udløses ved solpletaktiviteten slår hul i det lag af ioniserede partikler der omgiver Jorden og som virker som et spejl der kaster radiobølgerne tilbage til Jorden. Når dette skjold bliver gennemhullet går de radiotransmitterede budskaber tabt i verdensrummet.

Der er et stadigt behov for større viden om lyset fra Solen. De planter der indgår i vores føde er afhængige af sollyset for at kunne danne sukker og andre nødvendige stoffer. Det er også sollysets evne til at iværksætte fotokemiske reaktioner der gør det muligt for os at tage fotografier i både sort/hvid og farve.

Under dette korte besøg på Sunspot-observatoriet og ved at tale med fagfolk, gik det op for os at den viden man har om Solen stadig er temmelig begrænset og at solforskningen endnu er på begynderstadiet. De fleste af os er tilfredse når blot Solen viser sig en kold vinterdag og ikke opvarmer vore omgivelser for kraftigt om sommeren — ellers tænker vi som regel ikke nærmere over dens eksistens. Ikke desto mindre syntes vi det var interessant at få indblik i de mere tekniske sider af den fantastiske stjerne som Solen er. — Indsendt.

[Fodnote]

[Ramme på side 24]

Hvordan angiver man Solens temperatur?

Bogen Life and Death of the Sun af John Rublowsky forklarer på side 59 og 60: „Der er et forhold vi skal være opmærksomme på i forbindelse med temperaturangivelser, nemlig at der findes to forskellige mål for temperaturer — den ’kinetiske temperatur’ og den ’effektive temperatur’. Den kinetiske temperatur er et mål for molekylære partiklers gennemsnitshastighed. Jo hurtigere partiklerne bevæger sig, jo højere er temperaturen. Når vi taler om temperaturen i solatmosfæren mener vi den kinetiske temperatur. I Solens atmosfære stiger partiklernes gennemsnitshastighed med højden over fotosfæren. Men selv om de enkelte partikler har en temperatur på millioner af grader, ville de ikke kunne forårsage så meget som en brandvabel på huden.

Den effektive temperatur er derimod et mål for arten og intensiteten af den stråling som stoffet udsender. Når vi taler om temperaturerne dybt inde i Solen, er det den effektive temperatur vi tænker på. Temperaturen i en flamme angives ligeledes som den effektive temperatur.

Vi kan imidlertid ikke tale om effektiv temperatur når det gælder solatmosfæren. Hvis koronaen havde en effektiv temperatur på 1.000.000 grader celsius, ville Solens atmosfære udsende så meget lys at vi slet ikke kunne se fotosfæren. Solens atmosfære ville i givet fald afgive en så intens stråling at selv Pluto, den yderste planet i solsystemet, ville fordampe på grund af varmen. Vi kan være glade for at den høje temperatur i solatmosfæren er den kinetiske og ikke den effektive temperatur.

Dette betyder dog ikke at solatmosfæren ikke udsender stråling. Tværtimod, den udsender endda store mængder stråling af en særlig karakter. De yderste dele af koronaen udsender både røntgenstråler og synligt lys, mens de indre dele udsender ultraviolette stråler. Disse stråler har stor betydning for Jorden, for de medvirker til dannelsen af de forskellige lag i Jordens atmosfære.“

[Ramme/diagram på side 25]

Solen Jordens stjerne

Solen er en kæmpemæssig reaktor der forsyner Jorden med livsopretholdende varme og lys. Denne enorme glødende kugle, der hovedsagelig består af luftarten brint, er så stor at den kan rumme over én million jordkloder! Alligevel hører den ikke til blandt de største stjerner. Efterhånden som forskerne lærer den bedre at kende, finder de ud af at den er fyldt med interessante detaljer. For eksempel „bliver hovedparten af det synlige lys udsendt fra et lag i fotosfæren der kun er omkring 100 kilometer tykt“. Ikke desto mindre har man beregnet Solens radius til 696.265 kilometer. — The Sun af Iain Nicolson.

Solens anatomi

KERNEN — Det centrale område hvor de energiproducerende atomkerneprocesser finder sted og hvor de højeste temperaturer findes.

STRÅLINGSZONEN — Energien fra kernen transporteres udad gennem denne zone i form af røntgen- og gammastråler.

KONVEKTIONSZONEN — En zone med lavere temperaturer hvor energien transporteres udad fra strålingszonen ved konvektion.

FOTOSFÆREN — Stort set alt lys fra Solen udsendes fra dette lag, der udgør Solens synlige overflade. Fotosfæren er forholdsvis transparent, derfor „kan man se nogle hundrede kilometer ind i den“. (The Sun) Temperaturen er cirka 6000 grader celsius.

KROMOSFÆREN — Et lag af tynde gasser, få tusind kilometer tykt men varmere end fotosfæren, cirka 10.000 grader celsius; kan kun iagttages under total solformørkelse.

KORONAEN — Er kun synlig under total solformørkelse, hvor den viser sig som fjeragtige striber der strækker sig langt ud i rummet og har en meget høj temperatur.

[Diagram]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Kromosfæren

Fotosfæren

Konvektions-zonen

Strålingszonen

Kernen

[Kildeangivelse]

Fra diagram efter National Optical Astronomy Observatories

[Diagram/illustration på side 23]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Spejle (41 meter over jorden)

Terrænhøjde

Bevægelige vakuumrør (Vægt: 250 tons)

59 meter

67 meter under jorden

[Kildeangivelse]

Fra diagram efter National Optical Astronomy Observatories

[Illustration på side 26]

Protuberans

[Kildeangivelse]

Holiday Films

[Illustration på side 26]

Solpletter

[Kildeangivelse]

National Optical Astronomy Observatories