Programmerer robotteleskop

Elever skanner himmelen som forberedelse til søk etter eksoplaneter.

Debugging i observatoriet: Andreas Klavenes Berg (t.v.), Eivind H. Furdal og Peder Færestrand Ellefsen. Foto: Jan Kåre Trandem Qvam

Tre elever ved forskerlinja på Horten videregående skole har programmering som årsprosjekt i faget teknologi og forskningslære-2. Målet er å muliggjøre fotoelektriske målinger av stjerner som befinner seg i mange ulike områder på himmelen automatisk.

Dette gjøres ved å sette sammen teleskop, detektor og programvare til en «robot» som skanner himmelen. I hvert fotografisk felt utføres det en rekke ulike eksponeringer tilpasset stjernenes lysstyrker, før teleskopet beveger seg til neste felt. Syklusen kan pågå kontinuerlig hele natten.

Bakgrunnen for prosjektet er et samarbeid med Institutt for teoretisk fysikk og astronomi ved Universitetet i Vilnius, og deres avtale med ESA om bakkebaserte observasjoner av områder på nordhimmelen. Prosjektet en del av forberedelsene til oppskytingen av romobservatoriet Planetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO) i 2024.

PLATO skal skanne store deler av himmelen på leting etter eksoplaneter, og de bakkebaserte observasjonene som nå pågår vil gi nyttig bakgrunnsinformasjon om stjerner i områdene PLATO på sikt skal undersøke. Elevenes programmering bidrar til at det fra Horten kan observeres mer effektivt med et robotteleskop sammenliknet med eksisterende semi-automatiske løsninger.

Fra Litauen dekkes store områder av himmelen fra observatoriene i Moletai ca. 75 km nord for Vilnius, som bidrag her leveres også observasjoner fra Horten. Felles for både Horten og Moletai er de fotoelektriske målingene med fotometriske filter, i Moletai foretas det i tillegg observasjoner med spektrograf på et 1.65 meters teleskop.

Gruppen samlet ved observatoriet: Eivind H. Furdal (t.v.), Andreas Klavenes Berg og Peder Færestrand Ellefsen.
Foto: Jan Kåre Trandem Qvam

Krevende praksis

I tillegg til programmering får elevene innføring i astronomi, halvlederteknologi, fotometri og problematikk rundt hyppighet av observasjoner. Praktisk arbeid i kulde har nødvendigvis også blitt en del av programmet.

Etter første del med programmering på skolen og utprøving på hardware, ble utstyret testet på teleskop i første halvdel av januar. En del «bugs» og nye problemstillinger stod da i kø, både med programvare og instrumentering. Elevene hånderte problemene etter hvert som de dukket opp, tidvis i bitende kuldegrader.

Den 16 januar ble roboten ferdig, og den leverer som bestilt. Et av målene var å kunne nå igjennom alle feltene med et stort antall eksponeringer på under 20 minutter (krav i prosjektet mht. sampling). I testen kom man godt under kravet med 18 minutter pr. syklus.

Hvert bildefelt fra Horten er på 2 kvadratgrader. Utsnittet på nordhimmelen som observeres i disse dager består av 6 slike felt, som avbildes med ca. 60 eksponeringer i hver syklus. Det planlegges å dekke 10 slike utsnitt i løpet av en 3 års periode.

PLATO og eksoplaneter

PLATO kan mer kalles en «fotorigg» enn romteleskop, da optikken består av 34 kameralinser med totalt 136 detektorer, totalt dekker de et svært stort område på himmelen (2232 kvadratgrader).

PLATO skal kontinuerlig registrere lys fra relativt lyssterke stjerner (mag 4-11) i minst 6 år. Hovedmålet for PLATO-prosjektet er å finne et stort antall eksoplaneter av jordliknende typer som befinner seg i den beboelige sonen i sine respektive solsystem.

PLATO skal oppdage planeter ved hjelp av transittmetoden, der man registrerer planetformørkelser når stjernenes lysstyrke svekkes ørlite idet en planet passerer foran. Med bakkebaserte observasjoner er det gjort mange oppdagelser med denne metoden men disse er typisk av store planeter med svært kort omløpstid omkring stjernen. Det er vanskelig å oppdage planeter med samme størrelse og omløpstid som jorden.

Det er her PLATO har en fordel. Med kontinuerlig overvåking over samme områder på himmelen, er sjansen for slike observasjoner mye større. Man håper med dette at PLATO kan fylle tomrommet av eksoplaneter som har en baneradius rundt 1 astronomisk enhet (AU), inkludert mindre planeter av samme størrelse som jorden, Se figur 1:


Plottet fra PLATO/ESA viser fordeling av eksoplaneter funnet til nå. Røde punkter er ved transittmetoden, førsteaksen viser planetenes avstand til stjernen og andreaksen viser et utrykk for massefunksjonen. Påtegnet loddrett sort linje ved radius ~0.1 AU angir maksimal-grensen for planeter funnet ved transittmetoden fra bakkebaserte teleskop. Den loddrette oransje linjen i plottet ved ca. 1 AU angir antatt grense for tilsvarende observasjoner fra PLATO sonden.
Illustrasjon:  PLATO ASSESSEMENT STUDY REPORT (ESA)

Siden PLATO benytter store felt på himmelen vil observasjonene også bidra til økt viten om andre typer himmelobjekter. PLATO kommer til å levere lange observasjonsserier av ulike typer variable stjerner og dobbeltstjerner. Denne type måleobjekter bør observeres i lange serier uten opphold i måleseriene.

Elevene skal levere en rapport i mars som avslutning på prosjektet. Denne rapporten skal utformes som en vitenskapelig rapport, utfra resultatene allerede første natten finnes det tegn på funn av på nye variable stjerner i områdene som ble undersøkt.

Av Jan Kåre Trandem Qvam, Erika Pakštienė og Tore Oldeide Elgvin
Publisert 31. jan. 2017 16:40 - Sist endret 31. jan. 2017 20:25