ALMA ser mot Solen

På svimlande 5000 meters høgd i Atacama-ørkenen i Chile er ei gruppe på 66 kraftige parabolantenner plassert. Dette er Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Antennene kan registrera ekstremt høgfrekvente radiobølgjer, stråling som har bølgjelengd på rundt ein millimeter. Denne strålinga kan ikkje menneske sjå.

Ein høg og tørr observasjonsplass er viktig for astronomar, og Atacama-ørkenen er ein av dei tørraste stadene på heile jordkloden. I området er det også svært lite forstyrrande lys og stråling frå byar, for det er ein øyden stad.

ALMA-observatoriet er mest kjent for studiar av dei første stjernene og galaksar i universets historie, og for å ta direkte bilete av planetar som blir danna i gasskyer rundt unge stjerner. At ALMA også kan brukast til å studera vår næraste stjerne Solen, er ukjent for mange, sjølv for mange astronomar.

Ikkje lyd

Elektromagnetisk stråling blir gjerne delt inn i grupper etter kor lang bølgelengda er.

Bølgelengda fortel også kvar energirik strålinga er. Gammastråling og røntgenstråling har korte bølgelengder og mykje energi, medan mikrobølgjer og stråling i radioområdet har lang bølgjelengd og er mindre energirik.

Dei ulike bølgelengdene i det vesle bølgjelengdeområdet som blir kalla synleg lys, kan me sjå som alle fargane til regnbogen.

ALMA-antennene registrerer stråling som har ei bølgjelengd på mellom 0,3 og 9 millimeter. Sjølv om strålinga blir kalla «radio» er det ikkje snakk om lyd.

Lyd er trykkbølgjer gjennom lufta rundt oss. I verdsrommet er det ikkje luft og ingen måte å senda lyd på. Radiostrålinga som astronmene fangar opp, er stråling frå det elektromagnetiske spektrumet som har lengre bølgjelengd enn synleg lys. Me kan altså ikkje sjå denne strålinga med auga.

Dei nære tinga

Viss ein følgjer med på nyheter fra ALMA-teleskopet, er det ofte snakket om eksotiske objekt langt ute i verdsrommet, magnetfelt rundt svarte hol eller enorme molekylskyer i det interstellare rommet og stråling frå dei fjernaste galaksane i universet.

Fleire og fleire astronomar som forskar på vår næraste stjerne Solen, har likevel fått auga opp for moglegheitene som ALMA byr på for dei. Ein av dei er solforskar Sven Wedemeyer ved Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo.

– ALMA er faktisk bygd for også å kunna sjå på Solen, fortel Wedemeyer.

Paraboldiskane er spesialbehandla på mikronivå, noko som må til for at dei ikkje skal bli øydelagde når dei blir retta mot den brennande heten frå Solen. Sjølv om Solen er 150 millionar kilometer unna oss, er dette i astronomisk samanheng for ein av våre næraste naboar å rekna. Antennene har ei spesiell overflate som gjer at dei spreier bort all anna stråling frå fokuspunktet.

– Så langt har det vore få som har tenkt på å bruka ALMA til solobservasjonar, og det er mange tekniske utfordringar å løysa. Prosjektet er for tida i ein testfase, fortel solforskaren.

Når sekundene teller

Ein av forskjellane mellom solforskarar og mange andre astronomar, er at solforskarar må ta omsyn til raske forandringar. Sidan Solen er så nærme, kan bileta dei får ha så bra oppløysing at me kan sjå forholda på soloverflata forandra seg i løpet av minutt og sekund.

Dette gjer at solforskarar må bruka svært ulike analyseteknikkar frå ein astronom som til dømes studerer ei planetarisk tåke eller ein fjern galakse. Mange fjerne objekt i universet vil ikkje forandra seg frå dag til dag eller frå år til år, sett frå Jorden.

Solforskarane ved Universitetet i Oslo er interesserte i å studera eit tynt atmosfærelag i Solen som blir kalla kromosfæren. Her skjer raske forandringar frå det eine sekundet til det neste, og forskarane ønskjer mange bilete med svært kort tid mellom kvart bilete. Dette kan ALMA gi dei.

Meir enn berre eitt punkt

I tillegg til at Solen forandrar seg raskt, er han i motsetning til andre stjerner ei utstrekt lyskjelde. Andre stjerner er så langt unna at me berre kan sjå dei som punktkjelder på himmelen, sjølv gjennom kraftige teleskop.

ALMA kan gi veldig god romleg oppløysing på bileta, som vil seia at ein vil ha høve til å sjå små detaljar. Dette er også vesentleg for moderne solforsking. Likevel trengst det ein del bearbeiding av observasjonane for å få det til når ein studerer noko som ikkje er ei punktkjelde.

– Ei ALMA-antenne får stråling frå eit bestemt område på himmelen om gongen, fortel Wedemeyer.

Tenk deg ei lyskjegle som startar hos antenna og strekkjer seg ut til himmelen. Kjegla dannar ein sirkel på himmelflata. Dette er det området som astronomane kallar primary beam. Innanfor denne sirkelen på himmelen samlar Almas instrument stråling.

Viss ein i motsetning til punktkjelder studerer eit utstrekt objekt, som Solen, som har ein viss struktur innanfor dette området, så trengst det ein del arbeid for å få til eit resultat utan å skada instrumenta.

– På ein eller annan måte må den sterke innkommande strålinga reduserast, seier solforskaren.

Dette kan til dømes gjerast med ein speisell type solfilter.

Kunstige observasjonar

Det internasjonale nettverket SSALMONjobbar med å utvikla teknikkar for å simulera ALMA-observasjonar av Solen. Når forskarane simulerer observasjonar vil det seia at dei programmerer ei datamaskin til å laga kunstige bilete av korleis dei trur ekte ALMA-bilete av Solen vil sjå ut.

– Det fine med simulerte observasjonar er at me veit svaret på førehand, forklarer Wedemeyer, som er leiar for nettverket.

Først lagar forskarane eit kunstig bilete av soloverflata. Oppå dette biletet kan dei så leggja støy frå dei instrumenta dei har tenkt å observera med. Dermed kan dei sjå korleis eit gitt scenario vil sjå ut med dei ekte ALMA-antennene.

Slik bruker forskarane datamaskiner til å laga og undersøkja korleis ein kan finna ut mest mogleg frå dei ekte observasjonane.

– Dette hjelper oss til å få eit realistisk bilete av kva som er verd å bruka ekte observasjonstid på, og kva som kanskje ikkje er så viktig å sjå etter, fortel Wedemeyer.

– Me leitar etter svar på spørsmål som: Kva slags romleg oppløysing kan me forventa frå ein bestemd observasjon? Må me laga eit mosaikkbilete eller held det å peika antennene i éi retning? Kva bølgelengder er det lurt å konsentrera seg om?

I 2016 håpar Ssalmon-forskarane å senda inn ein søknad om observasjonstid med ALMA. Wedemeyer jobbar med å føreseia kva ALMA kan sjå i område på Solen med lite magnetisk aktivitet. Andre forskarar i nettverket jobbar med soleksplosjonar og aktive område på Solen.

Wedemeyer trudde først at nettverket kom til å halda fram med å vere ei lita gruppe spesielt interesserte solforskarar.

– Men me har vakse! Me har no 60 medlemmer med svært ulikt vitskapleg bakgrunn. Medlemmene kjem frå 16 ulike land. Det er folk som har jobba med teori, radioastronomi, romteleskop, bakkebaserte teleskop... me er visst mange som er interesserte i å gjera solforsking med ALMA, fortel han.

Observasjonar frå bakken og frå rommet jobbar saman

Det er mange store vitskaplege spørsmål om Solen forskarane håpar ALMA kan hjelpa dei å finna svar på. Til dømes kan ALMA måla magnetfeltet i kromosfæren. Målingar i millimeterområdet av temperatur og magnetfelt i samband med små soleksplosjonar vil også vera svært interessant å studera. Forskarane håpar å etter kvart kunna samkøyra ALMA-observasjonar av Solen med solobservasjonar frå solsatellitten IRIS.

– ALMA og IRIS utfyller kvarandre, og vil til saman gi observasjonar som har eit enormt potensiale til å kartleggja ulike lag av den ioniserte gassen i kromosfæren, avsluttar Wedemeyer.

Denne artikkelen er også publisert i forskning.no.