Swedish 1-meter Solar Telescope (SST) har, på tross av navnet, en varm plass i norske solfysikeres hjerter. Da det sto ferdig, var SST det ledende solteleskopet i verden. I en alder av 20 år ligger det fortsatt høyt på listen over de største og beste bakketeleskopene man kan rette mot Sola.
Fra Harestua til La Palma til verdensrommet
For at vi skal lære mer om Sola, har det vært avgjørende med stadig bedre teleskoper og instrumenter for å samle og analysere lyset.
I perioden 1954 –1986 brukte norske astrofysikere Solobservatoriet på Harestua utenfor Oslo til å gjøre nye oppdagelser om Sola. Observasjonsforholdene var greie for utstyret de hadde den gang, men behovet for bedre teleskopoppløsning, og dermed tilsvarende bedre observasjonsforhold, ledet norske solfysikere utenfor landegrensen.
På toppen av kanariøya La Palma – 2360 meter over havet, omtrent på høyde med toppen av Galdhøpiggen – finner vi et av de beste stedene i verden for å studere Sola.
Kombinasjonen av høyden, som gjør at teleskopet ligger over det meste av skylag, og det tørre klimaet, gjør dette til en beliggenhet med mange skyfrie dager.
I 1986 begynte norske astrofysikere å observere med Swedish Vacuum Solar Telescope (SVST) på La Palma. Året før var Norge dessuten blitt med i Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) for å kunne delta på det rombaserte solteleskopet Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), som ble skutt opp i 1995. Sola var i fullt fokus.
I 2002 ble SVST oppgradert med en dobbelt så stor linse på 98 cm og endret i prosessen navnet til Swedish 1-meter Solar Telescope (SST). Teleskopet var da det største linseteleskopet i Europa og nest størst i verden.
Norske solfysikere var videre involvert i romteleskopet Hinode, som ble skutt opp i 2006. I 2013 fulgte romteleskopet Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS). Den nyeste solsatellitten som norske solfysikere er involvert i, er Solar Orbiter, som ble skutt opp i 2020 (omtalt i Astronomi 2021/2 – spesialnummer om Sola).
Kombinasjonen av bakke- og romteleskoper er essensiell, fordi de kan observere i ulike bølgelengder. En del bølgelengder absorberes av Jordas atmosfære og er derfor ikke synlig fra bakken. Den varme øverste delen av Solas atmosfære, overgangssonen og koronaen, kan bare studeres fra rommet. Mens lavere deler av Solas atmosfære, fotosfæren (Solas «overflate») og kromosfæren, studeres best fra bakken, for eksempel med SST. I nyere tid er også radioteleskopet ALMA i Chile blitt tatt i bruk.
Fantastiske nærbilder
SST ble først og fremst bygd for å studere aktive regioner på Sola, nærmere bestemt magnetfelt på små størrelsesskalaer i Solas atmosfære, samt solflekkene på overflaten.
SST kan se detaljer så små som 70 kilometer på Solas 1 392 700 kilometer brede overflate – det er som å se en klinkekule på 20 kilometers avstand.
For å få til dette, må teleskopet bruke adaptiv optikk, et system som korrigerer for turbulens i Jordas atmosfære ved å deformere speilet i teleskopet rundt tusen ganger i sekundet. SST er det første solteleskopet som ble designet for å bruke et slikt speil.
I tillegg har solfysikerne ved RoCS - Rosseland senter for solfysikk, Institutt for teoretisk astrofysikk (ITA), Universitetet i Oslo (UiO) bidratt til utviklingen av metoder og prosedyrer for å oppnå høyest mulig oppløsning med SST via bildebehandlingsteknikker.
Kombinasjonen av smart teleskopdesign, instrumentering og bildebehandlingsmetoder, har gjort det mulig å fotografere Sola i større detalj enn det som tidligere har vært mulig. SST har dermed stått for noen av de skarpeste bildene som noen gang er tatt av Sola.
SST er også kjent for å produsere høykvalitetsfilmer av småskala-dynamikk i fotosfæren og kromosfæren.
Nye oppdagelser
Da SST så sitt første lys, hadde det bedre oppløsning enn noe annet solteleskop. Det resulterte i en rekke oppdagelser av små strukturer i Solas atmosfære, som ikke tidligere hadde vært observert.
Flere av forskerne ved RoCS har brukt SST fra starten av. De har brukt det til å studere mange ulike fenomener på Sola: Småskala-magnetfelt, finstrukturer i solflekker (i penumbraen, lysbroer og umbraen), forskjellige typer jetstrålefenomener i kromosfæren (spikuler og dynamiske fibriler), filamenter, små utbrudd og koronaregn, for å nevne noe. SST har også bidratt til oppdagelsen av magnetiske tornadoer, som strekker seg mellom mange av Solas lag og som bidrar med å varme opp Solas ytre atmosfære.
Den vitenskapelige utviklingen kommer gjennom samarbeid og sammenligninger. Data fra SST kombineres med data fra andre teleskoper, spesielt romteleskopene Hinode og IRIS. For å få en mest mulig fullstendig forståelse av Sola trengs observasjoner over mange bølgelengder, fra synlig lys til ekstremt ultrafiolett lys.
De viktigste resultatene har imidlertid kommet ved å kombinere numeriske simuleringer med observasjoner. Ved RoCS jobber solfysikerne med begge deler.
Mange av de komplekse, dynamiske prosessene i Solas atmosfære kan bare forklares gjennom tredimensjonale simuleringer av Sola.
Slike simuleringer kan gi forutsigelser for fysiske størrelser som temperatur, hastigheter og magnetfelt, som deretter kan sammenlignes med observasjonsdata. Slik kan observasjoner brukes til å validere simuleringene, som igjen blir brukt til bedre å forstå og forklare observasjonene.
På observasjonstur
Gjennom å delfinansiere teleskopet har solfysikerne ved RoCS en avtale om 42 observasjonsdager med teleskopet per år. Disse dagene har de avtale om synkroniserte observasjoner med IRIS klokken 7–12 om formiddagen.
For å observere med SST, reiser solfysikerne ned til La Palma. Luc Rouppe van der Voort, professor i solfysikk ved ITA, er en av dem som har reist mest til La Palma. Han har observert med SST hvert år siden oppstarten, med unntak av 2020 på grunn av covid-19-pandemien. Da undertegnede besøkte SST i juni, var Luc der med tre yngre kollegaer.
– Jeg liker veldig godt å komme hit. Det er et vakkert sted, smiler Luc.
Det er virkelig noe helt spesielt ved å være «på toppen av verden», der man befinner seg over skylaget og omgitt av eksotisk natur og teleskoper på alle kanter. Astronomene sitter imidlertid i kontrollrommet i kjelleren av teleskopet, omgitt av dataskjermer. I rommet ved siden av ligger det optiske rommet, hvor lyset fra Sola kommer inn og sendes til de forskjellige instrumentene.
– I SSTs første leveår måtte vi sette opp optikken selv på begynnelsen av hver observasjonskampanje, mimrer Luc.
– Nå er instrumentene mye mer avanserte og de ansatte ved SST sørger for at alt er riktig innstilt og rent i begynnelsen av observasjonssesongen. Det var gøy å bygge sine egne instrumenter, men da mistet vi alltid de første observasjonsdagene på det. Nå kan vi observere med en gang vi kommer ned, noe som er mye mer effektivt.
En observasjonskampanje varer gjerne i to uker. Solfysikerne ved UiO er blant de mest aktive brukerne av teleskopet og venter i dagevis på de beste observasjonsforholdene.
På denne måten har de klart å samle unike datasett av ulike fenomener på Sola.
Vel hjemme igjen har solfysikerne månedsvis med databehandling foran seg. Deretter er det måneder med vitenskapelige analyser. Som regel tar det minst ett år før en vitenskapelig artikkel er klar for publisering.
Observasjonsdataene kan brukes av mange i solfysikkgruppen i Norge, ikke bare astronomene som er til stede for å gjøre observasjonene. Har de mye godt vær, kan de dessuten begynne å gjøre observasjoner for dem som ikke har mulighet til å reise dit selv.
Fremtidens megateleskoper
Med en diameter på 98 cm, er SST fortsatt et av de største solteleskopene i verden. Men europeiske solfysikere har noe større i vente. European Solar Telescope (EST), et solteleskop med en diameter på 4,2 meter, skal etter planen se sitt første lys i 2029 og bygges rett ved siden av SST på La Palma. Men først må all finansieringen sikres. Norge har foreløpig ikke valgt å delfinansiere prosjektet. Finansiering til SST er imidlertid sikret ut dette tiåret.
Trengs egentlig et større solteleskop? Med et større teleskop kan flere fotoner (lyspartikler) samles. Man skulle tro at dette kun var et problem for nattastronomer som skal studere fjerne, lyssvake objekter. Men for å studere spektrallinjer og magnetfelter på Sola i detalj, trenger solfysikerne mange fotoner. Dette er en viktig drivkraft for å øke teleskopstørrelsen til fire meter.
Det finnes allerede ett slikt stort solteleskop, amerikanske DKIST (Daniel K. Inouye Solar Telescope). Men EST skal ha et annet vitenskapelig fokus. Ifølge modelleringer av Solas overflate finnes det nemlig små magnetiske strukturer som ikke er synlige med dagens solteleskop. Simuleringer viser detaljer ned i størrelser på fem kilometer på Solas overflate, mens SST kan kun se detaljer ned til 70 kilometer. Slike små detaljer kan derimot være mulig å se med et fire-meters teleskop, og dette vil EST være bedre egnet for å se enn DKIST på grunn av forskjeller i hvordan de to teleskopene er planlagt konstruert.
– Det vil være et gjennombrudd hvis man kan måle disse strukturene, og på samme tid måle styrken på magnetfeltet. Hvis du klarer å gjøre det på så små størrelsesskalaer, kan du lære mye mer om forholdene i Solas atmosfære, forklarer Luc.
Dersom EST blir bygd, betyr ikke det nødvendigvis at SSTs dager er talte. EST vil kun være i stand til å observere små områder av aktive områder på Sola, mens SST har et større synsfelt og kan dermed se ESTs observasjoner i et større perspektiv. SST kan også gi lengre tidssekvenser med skarpe observasjoner enn det EST kan.
– Slik som SST er nå, er det et veldig godt teleskop. Det vil være synd å stenge det. Men samtidig vet jeg at når man bygger nye instrumenter, må man være i stand til å stenge de gamle,
forteller Luc.
EST ligger fortsatt et stykke inn i fremtiden. I mellomtiden utvikles det en ny type instrument til SST som skal gi bedre spektra enn dagens instrumenter. Dette vil holde SST konkurransedyktig i en del år til. Dagens instrumenter skal også få nye og raskere kameraer med større synsfelt.
SST har med andre ord flere strålende år foran seg, og det blir spennende å se hvilke av Solas gåter SST kan bidra med å løse framover.