Ett ovanligt teleskop avslöjar solens hemligheter

VI HADE tagit ledigt en dag för en picknick i den svala skogen i Lincoln National Forest i södra New Mexico i ett försök att undfly ökenhettan för en stund. Då fick vi syn på en skylt som visade vägen mot observatoriet på Sacramento Peak vid Sunspot, nära Cloudcroft i New Mexico. Vår nyfikenhet väcktes, och vi körde i väg mot Sunspot.

Ingen av oss var van vid den höga höjden, 2.800 meter över havet, och allesammans flämtade när vi vandrade uppför stigen för att se teleskopen som fanns i byggnader med underligt utseende på bergets topp. Vi väntade oss att få se en kupolformad byggnad, och sådan var också Hilltop Dome som vi kom fram till. Men man tog inte emot besökare där. Så fick vi syn på en egendomligt formad byggnad.

Det var en hög, smal, triangulär byggnad, och den var öppen för besökare. (Se fotot på nästa sida.) Vi kom in i ett laboratorium med ett långt teleskop som var upphängt i en anordning i tornet högt ovanför oss. Anslag förbjöd oss att stiga upp på plattformen för att inte rubba instrumentets jämvikt.

Låt solen ”stå stilla”

I receptionen fanns färgplanscher som förklarade vad man studerade, och det var intressant att konstatera att i dessa byggnader ägnade man sig åt studium av solen. Vi frågade en av forskarna om avsikten var att vi skall lära oss utvinna solenergi. Han förklarade att det inte alls rörde sig om sådana undersökningar. Det gällde i stället ett grundforskningsprojekt för att samla information om solen och dess inverkan på jordatmosfären och på rymden inom solsystemet. Forskarna studerar också solens inre genom att kontinuerligt observera dess yta.

Vår guide förklarade att observatoriet hade förlagts till denna plats på grund av att bergsluften här var torr och så gott som utan föroreningar. Anläggningen påbörjades 1951 och var då en av de första i sitt slag i Förenta staterna som uppfördes för studium av solen. En ritning på väggen visade att tornet är 41 meter högt, men teleskopet är 100 meter långt, varav 59 meter befinner sig under marknivån. Inuti teleskoptuben råder nästan totalt vakuum, vilket gör att solljuset inte påverkas av uppvärmd luft. Bilderna blir mycket tydliga, så att forskare får ett förstklassigt material om solens yta.

Hela teleskopet, som väger över 250 ton, hänger i en kvicksilvervagga, varigenom teleskopet kan vridas fritt för att kompensera jordens rotation. Instrumentet kan således hållas riktat mot solen under långa perioder så att solen så att säga ”står stilla” i förhållande till teleskopet. Det är konstruerat för att observera och fotografera mycket små detaljer på solens yta, den så kallade fotosfären, och i solens lägre atmosfär, kromosfären.

Silokupolen

När vi återvände till bilen passerade vi en annan märklig byggnad som vi tyckte mest liknade en rund sädessilo. Och det var precis vad det var! Den kallades Silokupolen (Grain Bin Dome) och man hade köpt den under observatoriets första tid och byggt om den så att den kunde hysa det första teleskopet i Sunspot. På den tiden planerade man rymdfärder, och man behövde information om hur solen påverkar jordatmosfären, speciellt störningar förorsakade av ovanliga solaktiviteter.

År 1957 bildades AURA (Association of Universities for Research in Astronomy, Inc.) tillsammans med Kitt Peak National Observatory i Tucson i Arizona, Cerro Tololo Inter-American Observatory i La Serena i Chile och Space Telescope Science Institute i Baltimore i Maryland. AURA anser att alla genom att samarbeta vinner större kunskap om solen. Vi började förstå att detta avlägset liggande observatorium hade förbindelser med olika delar av världen.

Den pulserande solen

Forskningschefen dr Bernard Durney tog sig tid att besvara några frågor om solen. Han förklarade att han arbetar inom området solarseismologi. Vi behövde en förklaring på vad detta innebär. Det förefaller som om detta forskningsfält började studeras i Sacramento Peak. Han förklarade: ”Det är inte bara så att solen roterar kring sin axel. Den rör sig också på många andra sätt, vilket kan studeras när man iakttar ytan kontinuerligt och ser de förändringar som sker. Förändringarna kan ge oss en föreställning om vad som händer inne i solen, och dessa hypoteser kan vi bekräfta eller förkasta efter ytterligare studium.”

Han fortsatte: ”Omkring 1970 förutsågs en skakning av solen — ett solskalv. Det liknar mest den vibration som uppträder om man slår på en stor klocka. Man kan också likna det vid vad som sker då en sten kastas i vatten och hela vattenytan blir påverkad när ringarna sprider sig. Skillnaden är att vågorna i solen går i alla riktningar genom hela solen.”

Det förefaller som om vibrationer eller pulser uppstår på olika nivåer, en del alldeles under ytan, andra på större djup. Studierna visar att solen utvidgar sig en aning och sedan drar sig samman ungefär en gång i timmen som om den andades. Dessa rörelser hos solen observerades för första gången 1975. År 1976 rapporterade även ryska forskare att solens yta höjde och sänkte sig.a Men först 1979—1980 bekräftades pulserna, bland annat vid Sacramento Peak-observatoriet.

Doktor Durney fortsatte: ”I själva verket uppvisar solen många märkliga rörelser. Eftersom hela solen är i gasform, kan delar av solytan rotera snabbare än andra. ... När vi ständigt, som här vid Sunspot-observatoriet, håller solen under observation, kan vi avgöra hur solens inre roterar. ... Solen roterar fortast kring sin ekvator, och då blandas skikten på ytan, vilket ger upphov till märkliga fenomen. Rörelsen resulterar i magnetfält i solens inre som sedan rör sig upp till ytan. Solfläckarna är yttringar av sådana magnetfält.”

Solobservationer dag och natt

Doktor Durney förklarade: ”Vi måste observera solen kontinuerligt så att vi kan se alla aktiviteter och förändringar på solytan. Eftersom jorden roterar, kan man inte göra det från en enda plats på jorden. Det behövs alltså solobservatorier runt hela jorden.”

För närvarande är detta inte möjligt, men doktor Durney berättade att några astronomer från Sacramento Peak reste till Antarktis 1980—1981 för att studera solen under tre tremånadersperioder. Där går solen inte ner under tre månader, och den kan därför studeras kontinuerligt dygnet runt med ett enda teleskop. Vi tyckte det var intressant att arbetet med att samla informationer berörde så många platser på jorden. Vetenskapsmännen hoppas att de en dag skall kunna klassificera alla solens rörelser och tolka dem så att vi förstår vad som sker i solens inre. Forskarna har planer på att skapa ett världsomfattande nätverk av observatorier för att göra detta.

Soleruptioner och korona

”Vad studerar man mera här i Sacramento Peak?” frågade vi. Doktor Durney berättade om soleruptioner. ”Dessa ofantliga eruptioner slungas från solens yta miljontals mil ut i rymden och avger partiklar som stör radioförbindelserna här på jorden. Det strömmar också ut ett kontinuerligt flöde av partiklar från solen, kallat solvinden. Den bromsar upp rotationen på solytan och påverkar därigenom även rotationen i solens inre. Följden blir att solens rotationshastighet långsamt avtar. Hur solens inre påverkas av bromsningen på ytan är en av de frågor vi studerar här.”

Ett annat studieprojekt rör solkoronan. Den fotograferas dagligen. Bilderna avslöjar hur temperaturen omkring solen varierar dygn för dygn. I diagram visas hur långt de höga temperaturerna når ut från solen. Diagrammen varierar dagligen och ger väsentlig information för rymdfarare.

Solens vitala roll

Det krävs energi från solen för att uppehålla livet på jorden. Den påverkar oss och vår syn och jordens växter och djur. En studie som publicerades 1979 visar att det finns belägg för att en 22-årig cykel av torka i västra Förenta staterna på något sätt har samband med den fullständiga cykeln av solfläckar på omkring 22 år. Detta är en av orsakerna till intresset för solens aktivitet och dess förmodade inverkan på väderleken.

På 1950-talet var Sacramento Peak-observatoriet ett av de första som bidrog till att bestämma solkonstanten, det vill säga den totala mängden energi som når ett föremål i rymden på jordens avstånd från solen. Kanske en viktigare fråga är hur mycket solkonstanten varierar.

Solfläckarna är en av de intressantaste företeelserna på solen som påverkar oss på jorden. Solfläckarna observerades först av Galilei. Senare fastslog man att cykeln för solfläckar har en längd av 11 år och att en fullständig solfläckscykel omfattar två 11-årsperioder av solfläcksaktivitet. Doktor Durney förklarade: ”Solfläckarna utgörs av magnetfält. De är mörka, eftersom de hejdar rörelser som transporterar energi. Soleruptioner förorsakas av att dessa magnetfält på solytan förintas, varigenom ofantliga energimängder frigörs. De påverkar oss i form av störningar i radiovågor och genom elektriska fenomen i delar av jordatmosfären. De förorsakar också norrsken och sydsken, vilka fascinerat människor i alla tider.”

Solstudier kan hjälpa oss att förutsäga de jordmagnetiska stormar som uppträder i atmosfären samtidigt med solfläcksaktiviteter. De påverkar radiokommunikationer och därigenom också sådan verksamhet som är beroende av goda radiomottagningsförhållanden, till exempel flygtrafik. På grund av att kommunikation via satellit är dyr sker kommunikationen i huvudsak via sändare på marken. Den energi som frigörs av solfläckarna rubbar det skal av joniserade partiklar som finns runt omkring jordklotet och som reflekterar radiovågorna tillbaka mot jordytan. När detta skal inte är effektivt, försvinner radiobudskapen ut i rymden.

Vi behöver också lära oss mer om solljuset. Växterna som utgör vår föda är beroende av solljus för att producera sockerarter och andra kemiska ämnen. Fotokemiska processer som solljuset ger upphov till utgör grunden för fotografering, både i svart-vitt och i färg. Det anses därför vara synnerligen betydelsefullt att vi lär oss allt vi kan om vår närmaste stjärna.

Efter vårt korta besök på Sunspot och då vi samtalat med experter har vi insett att vår kunskap om solen är ytterst begränsad. De flesta människor uppskattar solen en kall vinterdag och önskar att den inte var så varm under sommarmånaderna, men sedan reflekterar man inte djupare. Vi gladde oss över den inblick vi hade fått i den mera tekniska kunskapen om solen. Alla erkände vi att människan bara befinner sig i början av förståelsen av vår välsignelsebringande stjärna, solen. — Från en av våra läsare.

[Fotnot]

[Ruta på sidan 24]

Vad innebär soltemperaturerna?

Boken Life and Death of the Sun (Solens liv och död) av John Rublowsky förklarar på sidorna 59 och 60: ”Vi måste ha klart för oss innebörden av begreppet temperatur. Det finns två slags temperaturer. Den ena kallas ’kinetisk temperatur’ och den andra ’strålningstemperatur’. Kinetisk temperatur är ett mått på medelvärdet av molekylrörelsen hos en partikel. Ju snabbare rörelsen är, desto högre är temperaturen. När vi talar om temperaturerna i solatmosfären, avser vi dess kinetiska temperatur. Vad vi säger är att medelhastigheterna för partiklar i solatmosfären ökar när vi rör oss uppåt i fotosfären. Fastän dessa partiklar har temperaturer på miljoner grader, skulle de inte ge brännsår på en människas hud.

Strålningstemperatur, däremot, är ett mått på mängden och arten hos strålningen som avges från ett ämne. Då vi talar om temperaturer i solens inre, använder vi ordet i denna bemärkelse. Temperaturen hos en låga är också strålningstemperatur.

Men vi kan inte använda begreppet strålningstemperatur när vi talar om solatmosfären. Om temperaturen hos solkoronan hade en strålningstemperatur av 1.000.000 °C, skulle solens atmosfär vara så ljus att vi inte kunde se fotosfären. Om det förhöll sig på det viset, skulle solatmosfären avge så mycket strålning att planeten Pluto, som ligger längst bort från solen, skulle förgasas i den intensiva hettan. Vi kan vara tacksamma att solatmosfärens temperatur är kinetisk och inte strålningstemperatur.

Detta innebär inte att solatmosfären inte avger någon strålning alls. Strålningen är mycket intensiv och av ett speciellt slag. De översta lagren av koronan avger röntgenstrålning och något synligt ljus, medan de undre lagren sänder ut ultraviolett ljus. Denna strålning har den största betydelsen för jorden därför att den ger upphov till de olika skikten i jordens atmosfär.”

[Ruta/Diagram på sidan 25]

Solen — jordens stjärna

Solen är en stor brinnande ugn som förser vår jord med livgivande värme och ljus. Det stora klotet, som till största delen består av vätgas, är så enormt att mer än en miljon jordklot skulle rymmas inuti det. Men vår sol hör ändå inte till de största stjärnorna. Forskarna har funnit att denna energikälla är mycket komplicerad. Så kommer exempelvis det mesta av det synliga ljuset från ett område inom fotosfären som bara är 100 kilometer tjockt. Men solradien har beräknats till 696.265 kilometer. — Iain Nicolson: The Sun (Solen).

Solens uppbyggnad

KÄRNAN — Kärnbränslezonen kring solens centrum där de högsta temperaturerna finns.

STRÅLNINGSZONEN — Energi från kärnan strålar genom denna zon i form av gammastrålar och röntgenstrålar.

KONVEKTIONSZONEN — En zon med lägre temperatur genom vilken energin leds via kontaktöverföring.

FOTOSFÄREN — Praktiskt taget allt ljus från solen avges från detta synliga ytskikt hos solen. Fotosfären är i viss mån genomskinlig och kan ”studeras ner till ett djup av några hundra kilometer”. (The Sun) Temperaturen är omkring 6.000 °C.

KROMOSFÄREN — Denna kan endast iakttas under en total solförmörkelse. Ett några tusen kilometer tjockt skikt av tunn gas som är hetare än fotosfären, omkring 10.000 °C.

KORONAN — Synlig endast under en total solförmörkelse. Den ter sig som flammor och band som sträcker sig långt ut från solen. De har mycket höga temperaturer.

[Diagram]

(För formaterad text, se publikationen)

Kromosfären

Fotosfären

Konvektionszonen

Strålningszonen

Kärnan

[Bildkälla]

Efter en skiss av National Optical Astronomy Observatories

[Diagram/Bild på sidan 23]

(För formaterad text, se publikationen)

Speglar 41 meter över markytan

Marknivå

Roterande vakuumtuber (250 ton)

59 meter

67 meter under markytan

[Bildkälla]

Efter en skiss av National Optical Astronomy Observatories

[Bild på sidan 26]

Solprotuberans

[Bildkälla]

Holiday Films

[Bild på sidan 26]

Solfläckar

[Bildkälla]

National Optical Astronomy Observatories