Et uvanlig teleskop avslører solens hemmeligheter

VI HADDE tatt oss en dag fri for å dra på landtur i de svale skogene i Lincoln National Forest i den sørlige delen av New Mexico i USA for å komme unna varmen i ørkenen for en stund. Da så vi et skilt som viste vei til Sacramento Peak-observatoriet ved Sunspot i nærheten av Cloudcroft i New Mexico. Dette gjorde oss nysgjerrige, så vi kjørte til Sunspot.

Ingen i den lille gruppen vår var vant til den store høyden, hele 2800 meter over havet, og vi var andpustne alle sammen da vi gikk oppover stien for å se på teleskopene, som befant seg i noen merkelig utseende bygninger oppe på toppen. Som vi hadde ventet, fant vi en kuppelformet bygning — Hilltop Dome het den — men det viste seg at besøkende ikke hadde adgang der. Så fikk vi øye på en merkelig bygning.

Det var en høy, smal, trekantet bygning som stakk rett opp fra bakken, og den var åpen for besøkende. (Se bildet på neste side.) Snart var vi inne i et laboratorium som inneholdt et langt teleskop som var opphengt i et lager øverst oppe i tårnet høyt over oss. Det var satt opp skilt om at vi ikke måtte gå opp på plattformen og forstyrre balansen i instrumentet.

Solen «står stille»

I et lite forværelse hang det fargeplansjer som forklarte hva man studerer ved dette observatoriet, og det var interessant å se at hele dette bygningskomplekset utelukkende brukes til studier av solen. Vi spurte en av de vitenskapsmennene som arbeider der, om dette var et prosjekt for å finne ut hvordan man kan utnytte solenergien. Han forklarte at det ikke dreide seg om den slags undersøkelser, men at det var et grunnforskningsprosjekt der hensikten er å samle data om solen og dens virkning på jordens atmosfære og på rommet i solsystemet. Vitenskapsmennene studerer også solens indre ved kontinuerlig å observere dens overflate.

Guiden vår forklarte at observatoriet var plassert her fordi den tørre fjelluften og mangelen på forurensning gjør dette til et velegnet sted. Det ble opprettet i 1951 og var et av de første i sitt slag som ble bygd i USA for å bli brukt utelukkende til studier av solen. En plansje i nærheten viste oss at dette store tårnet ikke bare strekker seg 41 meter over bakken, men også at 59 meter til av teleskopet ligger under bakkenivå. Teleskopet har altså en samlet lengde på 100 meter! Inni selve teleskopet er det nesten fullstendig vakuum, slik at sollyset som kommer inn, ikke skal bli forvrengt av varm luft. Dette gir uvanlig klare bilder, og forskerne får på den måten en enestående utsikt til solens overflate.

Hele teleskopet (som veier over 250 tonn) er opphengt i et kvikksølvlager som gjør at teleskopet kan rotere fritt for å kompensere for jordrotasjonen. På den måten kan teleskopet holdes rettet mot solen i lange perioder, slik at solen faktisk «står stille» i forhold til teleskopet. Det er laget med tanke på å kunne observere og fotografere svært små detaljer på solens overflate, fotosfæren, og i solens nedre atmosfære, kromosfæren.

«Kornsilokuppelen»

Da vi gikk tilbake til bilen, kom vi forbi en merkelig bygning. Vi syntes den så ut som en kornsilo — og det var nettopp det den var. Den kalles Grain Bin Dome («kornsilokuppelen») og ble kjøpt inn i observatoriets første tid. Så ble den bygd om for å huse det første teleskopet ved Sunspot. På den tiden var romfarten på planleggingsstadiet, og man trengte opplysninger om hvordan solen påvirker jordens atmosfære, og særlig om hvordan uvanlig solaktivitet kan skape forstyrrelser.

Senere, i 1957, ble det opprettet en organisasjon av universiteter som driver med astronomisk forskning, AURA (Association of Universities for Research in Astronomy, Inc.). Dette ble gjort i samarbeid med Kitt Peak nasjonale observatorium i Tucson i Arizona, Cerro Tololo interamerikanske observatorium i La Serena i Chile og Space Telescope Science Institute i Baltimore i Maryland. I AURA mente man at alle kunne få en bedre forståelse av solen hvis de utvekslet vitenskapsmenn og data. Vi begynte å forstå at dette ene observatoriet hadde forbindelser mange steder i verden.

Solen skjelver

Dr. Bernard Durney, som er forskningsleder, var så vennlig å besvare noen spørsmål om solen. Han forklarte at han arbeider med solseismologi. Vi trengte en forklaring på hva det betyr. Det ser ut til at dette først ble studert her ved Sacramento Peak. Han forklarte: «Solen ikke bare roterer rundt sin egen akse, men beveger seg også på mange andre måter, som kan studeres ved å betrakte overflaten kontinuerlig og observere de forandringene som finner sted. Ut fra disse forandringene kan vi utforme teorier om hva som skjer inne i solen, og så planlegge undersøkelser som kan bekrefte eller avkrefte våre teorier.»

Han fortsatte: «Omkring 1970 ble det framsatt en teori om at solen skjelver. Denne skjelvingen minner om de rystelsene eller vibrasjonene som oppstår når man ringer med en stor klokke. Det kan også illustreres med det som skjer når man kaster en stein ut i en dam — overflaten av hele dammen blir berørt etter hvert som ringene i vannet brer seg utover fra det stedet hvor steinen traff vannet. Forskjellen er at disse bølgene går gjennom solen i alle retninger.»

Det viste seg at disse vibrasjonene har sitt opphav på forskjellige nivåer, noen like under overflaten og andre lenger inne i solen. På grunn av disse undersøkelsene vet man at solen utvider seg litt og så trekker seg sammen igjen omkring en gang hver time, nesten som om den puster. Disse bevegelsene på solen ble sett første gang i 1975. I 1976 kunne også sovjetiske vitenskapsmenn melde om at soloverflaten hever seg og senker seg igjen.a Det var ikke før 1979—1980 at disse vibrasjonene ble bekreftet, og det skjedde delvis ved Sacramento Peak-observatoriet.

Dr. Durney fortsatte: «Solen har i virkeligheten mange uvanlige bevegelser. Ettersom alt på solen består av gasser, roterer enkelte deler av soloverflaten hurtigere enn andre. . . . Ved å observere solen konstant, slik vi gjør her ved Sunspot-observatoriet, kan vi finne ut hvordan solen roterer innvendig. . . . Ettersom solen roterer hurtigere ved sin ekvator, skjer det mye blanding på overflaten, og det forårsaker mange merkelige fenomener. Disse uvanlige bevegelsene skaper magnetfelter langt inne i solen som så kommer opp til overflaten. Solflekker er et utslag av disse magnetfeltene.»

Solen observeres dag og natt

Dr. Durney forklarte: «Vi trenger egentlig å observere solen kontinuerlig, slik at vi kan se alt som foregår på soloverflaten, og alle de forandringene som skjer der. Ettersom jorden roterer hele tiden, er det ikke mulig å gjøre dette på ett sted på jordens overflate. Det betyr at man trenger solobservatorier over hele jorden.»

For tiden er ikke dette mulig, men dr. Durney fortalte oss at noen av vitenskapsmennene fra Sacramento Peak i 1980 og 1981 reiste til Antarktis for å observere solen i tre tremånedersperioder. Der går ikke solen ned på opptil tre måneder, og derfor kan den observeres kontinuerlig dag og natt med bare ett teleskop. Det var interessant å få vite at så mange forskjellige steder på jorden er involvert i innsamlingen av disse dataene. Vitenskapsmennene håper at de en dag vil kunne klassifisere alle vibrasjonene i solen og tolke dem slik at de kan forstå hva som skjer inne i solen. Forskerne har nå håp om å kunne opprette et verdensomspennende nettverk av observatorier med tanke på dette.

Solflares og koronaen

«Hva annet studerer man her ved Sacramento Peak?» var vårt neste spørsmål til dr. Durney. Han fortalte oss da om solflares. «Disse kolossale utbruddene farer millioner av kilometer ut i rommet fra soloverflaten og sender ut partikler som forstyrrer radiokommunikasjonen når de når jorden. Det finnes også en stadig strøm av partikler fra solen som kalles solvind. Den sinker soloverflatens rotasjon, noe som i sin tur påvirker rotasjonen langt inne i solen. Følgen er at solen roterer langsommere jo eldre den blir. Hvordan solens indre reagerer på nedbremsingen av overflaten, er en av de tingene vi studerer her.»

En annen undersøkelse som pågår ved observatoriet, består i å ta bilder av solens korona hver dag. Disse bildene viser hvordan temperaturen omkring solen forandrer seg fra dag til dag. Det blir laget diagrammer som viser hvor langt ut fra solen områdene med høy temperatur strekker seg. Disse diagrammene forandrer seg daglig og gir data som er nyttige for romfarten.

Den viktige rolle solen spiller

Livet på jorden er avhengig av energi fra solen. Solen har betydning for oss, for vår synsevne og for jordens planter og dyr. En undersøkelse som ble offentliggjort i 1979, viser at det er ting som tyder på at det finnes en 22 år lang syklus med tørke i den vestlige delen av USA som på en eller annen måte ser ut til å ha sammenheng med den fullstendige solflekksyklusen på omkring 22 år. Dette er en av grunnene til at man er interessert i solens aktivitet og dens mulige innflytelse på været.

I 1950-årene var Sacramento Peak-observatoriet et av de første som var med på å fastslå solkonstanten, som er den totale energimengde som når en gjenstand i rommet som befinner seg i samme avstand fra solen som jorden gjør. Noe som kan vise seg å være mer viktig, er hvor mye solkonstanten kan forandre seg.

Solflekker er et av de mer interessante trekkene ved solen og noe som berører oss her på jorden. Solflekkene ble først observert av Galilei. Senere ble det fastslått at en solflekksyklus varer i 11 år, og at en fullstendig solflekksyklus har to 11 år lange perioder med solflekkaktivitet. Som dr. Durney forklarte: «Solflekker er magnetiske felter. De er mørke fordi de stenger for de bevegelsene som overfører energi. Man tror at flares oppstår når disse magnetfeltene på solens overflate forsvinner, noe som utløser enorme energimengder som berører oss ved at de forstyrrer radiobølger, og ved at de elektrifiserer deler av vår atmosfære. Denne energien forårsaker også det som kalles nordlys og sørlys, et fenomen menneskene alltid har forundret seg over.»

Solforskningen kan være med på å forutsi de geomagnetiske stormer som kan forekomme i vår atmosfære når det er stor solflekkaktivitet. De berører kommunikasjonen verden over og dermed også virksomhet som er avhengig av god radiokommunikasjon, for eksempel flytrafikken. Fordi satellittoverføring er dyrt, foregår det meste av kommunikasjonen fortsatt ved hjelp av radiosendere på bakken. Den energien som solflekkene sender ut, skaper forstyrrelser i det laget med ioniserte partikler som omgir jorden, og som reflekterer radiobølgene tilbake til jorden. Når dette laget ikke virker som det pleier, forsvinner radiosignalene.

Vi trenger å vite mer om sollyset. De plantene vi får mat fra, er avhengig av sollyset for å kunne fremstille de sukkerartene og andre kjemikalier som maten vår består av. Fotokjemiske reaksjoner som sollyset muliggjør, gjør at vi kan ta fotografier både i svart-hvitt og i farger. Derfor synes mange det er viktig å lære så mye som mulig om vår nærmeste stjerne.

Etter vårt korte besøk på Sunspot og etter å ha snakket med eksperter forstod vi at vår viten om solen er ganske begrenset. De fleste av oss setter pris på solen en kald vinterdag og skulle ønske at den ikke var fullt så varm i de varmeste sommermånedene, men det er stort sett det hele. Vi satte pris på å få et glimt av den mer tekniske side ved solen. Vi kom alle til at menneskene i virkeligheten bare så vidt har begynt å forstå det under vår stjerne, solen, representerer. — Innsendt.

[Fotnote]

[Ramme på side 24]

Hva innebærer soltemperaturene?

Boken Life and Death of the Sun av John Rublowsky forklarer på sidene 59 og 60: «Det er noe vi bør være klar over når det gjelder temperaturer. Det finnes to forskjellige former for temperatur. Den ene kalles ’kinetisk temperatur’; den andre kalles ’strålingstemperatur’. Kinetisk temperatur er et mål for den gjennomsnittlige molekylbevegelsen i en partikkel. Jo hurtigere denne bevegelsen er, jo høyere er temperaturen. Når vi snakker om temperaturene i solens atmosfære, snakker vi om denne kinetiske temperaturen. Det vi sier, er da at den gjennomsnittlige hastigheten partiklene i solatmosfæren beveger seg med, øker fra fotosfæren og oppover. Selv om disse partiklene har temperaturer på millioner av grader, ville du ikke engang få vabler på huden av dem.

Strålingstemperatur er derimot et mål på mengden av og formen for stråling som materie avgir. Når vi snakker om temperaturene langt inne i solen, bruker vi ordet i denne betydningen. Temperaturen i en flamme er også en strålingstemperatur.

Men vi kan ikke bruke begrepet temperatur i denne betydningen, strålingstemperatur, når vi snakker om solatmosfæren. Hvis temperaturen i koronaen var på en million grader celsius i betydningen strålingstemperatur, ville solatmosfæren skinne så kraftig at vi ikke kunne se fotosfæren. Hvis dette var tilfellet, ville solens atmosfære avgi så mye stråling at Pluto, den planeten som er lengst borte fra solen, ville fordampe på grunn av den intense heten. Det er bra for oss at temperaturen i solatmosfæren er kinetisk temperatur og ikke strålingstemperatur.

Dette betyr ikke at solatmosfæren ikke avgir stråling i det hele tatt. Den ikke bare avgir store mengder stråling, men den avgir også svært spesiell stråling. De øverste lagene av koronaen avgir røntgenstråler i tillegg til noe synlig lys, og de lavere lagene avgir ultrafiolett lys. Denne strålingen er svært viktig for jorden, ettersom den er opphav til de forskjellige lagene i jordens atmosfære.»

[Ramme/illustrasjon på side 25]

Solen — jordens stjerne

Solen er en stor ovn som gir jorden livsnødvendig varme og lys. Denne enorme kulen, som vesentlig består av hydrogengass, er så stor at den kunne romme over en million jordkloder! Men som stjerne betraktet er den slett ikke blant de største. Vitenskapsmennene finner nå ut at denne energikilden er full av intrikate detaljer. For eksempel er det slik at «mesteparten av det synlige lyset kommer fra et område i fotosfæren som bare er omkring 100 kilometer tykt». Men solens radius er beregnet til 696 265 kilometer. — The Sun av Iain Nicolson.

Solens oppbygning

KJERNEN — Det kjernefysiske «forbrenningskammeret» midt inne i solen, hvor de høyeste temperaturene er.

STRÅLINGSSONEN — Energi fra kjernen passerer gjennom denne sonen i form av gammastråler og røntgenstråler.

KONVEKSJONSSONEN — Et kjøligere lag som energien fra strålingssonen passerer gjennom ved hjelp av konveksjon.

FOTOSFÆREN — Så å si alt lys fra solen kommer fra dette laget, som tilsynelatende utgjør soloverflaten. Den er til en viss grad gjennomsiktig, og «den kan observeres i en dybde av noen hundre kilometer». (The Sun) Temperaturen er omkring 6000 grader celsius.

KROMOSFÆREN — Den kan bare ses under en total solformørkelse. Den består av et tynt lag med gass, som bare er noen tusen kilometer tykt, men som er varmere enn fotosfæren, omkring 10 000 grader celsius.

KORONAEN — Den er bare synlig under en total solformørkelse, da den kan ses i form av skylignende formasjoner og lysstriper som strekker seg over store avstander og har svært høye temperaturer.

[Ilustrasjon] (Se den trykte publikasjonen)

Kromosfæren

Fotosfæren

Konveksjonssonen

Strålingssonen

Kjernen

[Rettigheter]

Etter en skisse fra National Optical Astronomy Observatories

[Illustrasjon/bilde på side 23]

(Se den trykte publikasjonen)

Speil (41 meter over bakken)

Bakkenivå

Roterende vakuumrør (250 tonn)

59 meter

67 meter under bakken

[Rettigheter]

Etter en skisse fra National Optical Astronomy Observatories

[Bilde på side 26]

Protuberans

[Rettigheter]

Holiday Films

[Bilde på side 26]

Solflekker

[Rettigheter]

National Optical Astronomy Observatories