Annons
Ett nytt fönster mot rymden

Start från Esrange. Heliumballongen blir dubbelt så stor som Globen.

Bild: 
SSC

Ett nytt fönster mot rymden

Här lyfter en gigantisk heliumballong med teleskopet Pogolite från rymdbasen Esrange. Målet är att göra unika mätningar av Krabbpulsaren – men då måste ekipaget först nå atmosfärens allra yttersta gräns. Astrofysikern Mark Pearce berättar om en dramatisk sommardag förra året. 

Författare: 

Publicerad:

2012-01-31

En tidig sommarmorgon stod vi där, förväntansfullt väntande. Vi höll oss på säkert avstånd från den enorma heliumballongen som snart skulle lyfta teleskopet. Ballongen skulle bäras av de höga stratosfäriska vindarna ända bort till västra Kanada. Förväntningarna blev ännu högre sedan beslutet att gå vidare med uppskjutningen hade tagits några timmar tidigare och den mycket ömtåliga ballongen flyttats till startplattan för att försiktigt packas upp.

Beslutet att starta hade inte tagits lättvindigt. Ballongen är tunn som en fryspåse och så skör att om den väl har packats upp måste den antingen användas eller kastas. Väderförhållandena under starten måste vara perfekta.

Ballongen är nästan 300 meter lång, och den kräver att vinden är mycket svag för att inte förvandlas till ett jättesegel. När den stiger genom luftlagren kommer den på grund av det avtagande lufttrycket att långsamt blåsas upp. Till slut blir den dubbelt så stor som Globen i Stockholm.

En ballong av den storleken orkar lyfta det tunga teleskopet till 40 kilometers höjd, ovanför 99,8 procent av jordens atmosfär. Att komma så högt upp är viktigt, eftersom teleskopet ska studera rymdens röntgenstrålning, som till skillnad från synligt ljus absorberas av jordens atmosfär. Röntgenljus är – liksom synligt ljus och radiovågor – en form av elektromagnetisk strålning, men mycket energirikare.

Nästan exakt klockan två i den ljusa sommargryningen släpptes ballongen fri och teleskopet började sin långsamma klättring genom den kalla morgonhimlen. Några timmar senare skulle ballongen nå önskad höjd och teleskopet riktas mot Krabbpulsaren för att fånga röntgenstrålar som hade påbörjat sin färd mot jorden för 6 500 år sedan. Vi hade kommit på ett fiffigt sätt att utforska röntgenstrålarna – och om allt gick enligt planerna skulle ett nytt fönster öppnas mot universum.

Vår galax är full av spännande objekt där förhållandena är mycket olika dem på jorden. Genom att följa dem kan vi undersöka extrema miljöer som vi inte kan skapa här hos oss. En pulsar är ett sådant objekt. Den kan bildas när en stor och tung stjärna exploderar vid sitt livs ände.

Då har stjärnan slutat lysa.

Stjärnorna lyser, eftersom energi frigörs när gravitationen i stjärnans inre pressar samman lätta element till tyngre. Först smälter väteatomer ihop och bildar det tyngre deuterium, som i sin tur bildar helium. Sedan fortsätter processen mot allt tyngre grundämnen ända fram tills järnatomerna bildas. Den utåtriktade strålningsenergin motverkar gravitationen som pressar ihop stjärnan. På så sätt upprätthålls balansen.

Vid järn upphör reaktionerna; inga tyngre ämnen kan skapas inuti stjärnan. Och när strålningstrycket stannar av, kollapsar stjärnan under sin egen tyngd med en supernovaexplosion till följd.

Om stjärnan är tillräckligt tung bildas en neutronstjärna. Det är en sorts gigantisk atomkärna som endast består av neutroner. De har skapats av den kraftfulla kollapsen, då protoner och elektroner pressats ihop inuti stjärnan till elektriskt neutrala neutroner.

En neutronstjärna är liten med astronomiska mått räknat, men väldigt tung. Med en diameter på cirka 20 kilometer är den 1,5 gånger tyngre än solen. En tesked neutronstjärnematerial väger 1 miljard ton. Tyngdkraften är 100 miljarder högre än jordens, vilket innebär att en person som väger 70 kilo på jorden, om hon vågade sätta sin fot på en neutronstjärna, skulle väga motsvarande 10 biljoner kilo.

Ett mycket starkt magnetfält omger stjärnan, 1 miljon gånger starkare än jordens. Längs de magnetiska fältlinjerna sänder stjärnan ut sina strålar som sveper genom rymden som ljus från en kosmisk jättefyr. Det beror på att stjärnan roterar. Dessutom snurrar den oerhört snabbt, för Krabbpulsaren blir det 30 varv per sekund. Men precis som på jorden, ligger stjärnans rotationsaxel inte exakt där den magnetiska axeln ligger. Så från jorden ser vi pulser av strålning som regelbundet far förbi oss. Därför kallas de snabbt roterande neutronstjärnorna för pulsarer.

Krabbpulsaren ligger i stjärnbilden Oxen, cirka 6 500 ljusår från jorden. Den bildades av en supernova-explosion som både kinesiska och arabiska astronomer noterade år 1054. För att få insyn i högenergiprocesser inne i ”Krabban” räcker det inte att titta på synligt ljus med vanliga teleskop på jorden. I stället används högenergetisk röntgenstrålning.

De första observationerna av kosmisk röntgenstrålning gjordes från en rymdraket 1962. Sedan dess har många andra röntgenstudier gjorts, och 2002 belönades astronomen Riccardo Giaconni med Nobelpriset i fysik för sina banbrytande insatser inom röntgenastrofysik.

Det vanliga är att man mäter röntgenstrålarnas energimängd, varifrån på himlen de kommer och när de anländer till teleskopet. Däremot har en speciell egenskap hos strålningen förbisetts i nästan alla röntgenstudier hittills – nämligen strålningens polarisering, hur dess vågor svänger i förhållande till rörelseriktningen.

Även pulsarens röntgenstrålar kan bli polariserade. Vårt teleskop är utformat just för att mäta polarisationen hos Krabbpulsarens röntgenstrålning. På så sätt kan vi till exempel få fram vad röntgenstrålarna har varit med om när de blev polariserade i växelverkan med det magnetiska fältet.

För att få fram rätt mätdata måste teleskopet stadigt riktas mot sitt studieobjekt, Krabbpulsaren. Detta är ingen lätt uppgift, eftersom teleskopet hänger som en gigantisk pendel på en stålvajer några hundra meter under ballongen. Därför mäter vi siktriktningen flera gånger per sekund med en rad sensorer, inklusive GPS, gyroskop och känsliga magnetometrar som kan relatera teleskopets position i förhållande till jordens magnetfält. Dessutom kan känsliga kamerasystem identifiera stjärnkonstellationerna som teleskopet pekar mot. Signaler från alla dessa källor vägs samman, och vi kan med motorer styra teleskopets position.

När teleskopet hade försvunnit bakom de tunna molnen över Esrange, och vi inte längre kunde ta några foton, vändes blickarna mot datorskärmarna för att följa det snabbt stigande teleskopet.

Vi blev glada när detta utan problem passerade atmosfärens kallaste skikt, tropopausen, på 15 kilometers höjd. Där kan temperaturen sjunka till minus 90 grader och ställa till problem för elektroniken och de tryckkärl som ska skydda känsliga komponenter mot tryckfallet på 40 kilometers höjd.

Nu följde några ängsliga minuter innan teleskopet, nu fullt påslaget, sände sina första signaler. Allting fungerade som väntat – mer firande!

Än kunde vi inte se röntgenbilder från astronomiska källor i rymden. Vi fick dock ett tillfälle att skilja den röntgenstrålning som alstras på plats i atmosfären från bakgrunden av laddade partiklar i den kosmiska strålningen som bombarderar atmosfären från yttre rymden.

Även siktsystemet kunde testas. Vi var redo att ta emot de första signalerna från Krabbpulsaren. Den skulle dyka upp över horisonten inom ett par timmar, då ballongen nått sin maximala höjd. Så här långt hade allt gått perfekt.

Nu är det dags att berätta vilka av Krabbpulsarens hemligheter som vi lyckades avslöja under den fem dagar långa färden. Men, tyvärr, just när vi skulle ta emot de första rymdsignalerna kom haveriet.

Ballongen steg inte längre som väntat, och en stund senare var vårt bräckliga teleskop på väg ner mot marken. Heliumgasen läckte ut.

Det vände 35 kilometer upp i luften, när teleskopet bara hade 5 kilometer kvar till målet. Under 40 kilometer kunde vi inte fånga några signaler av vetenskaplig betydelse. I stället fick vi nu satsa allt på att säkerställa teleskopets framtid: stänga av det och se till att det landade i säkerhet.

Slutet på en ballongfärd är lika äventyrlig som dess början. En ventil högst upp öppnas så att heliumgas pyser ut och vi kan ta kontroll över ballongens nedstigning. På önskad höjd sprängs stålvajern. Då tar teleskopets fallskärm över, med en diameter på 30 meter. Kraschkuddar på teleskopets undersida ska ta den värsta smällen. Men landningshastigheten får inte överstiga 25 kilometer i timmen.

När läckan upptäcktes, drev ballongen långsamt över Kiruna och närmade sig den bergiga regionen vid gränsen mellan Sverige och Norge. Nu krävdes beslut för att få ner teleskopet i säkerhet innan det nådde detta riskabla område. Stålvajern skars av i närheten av Kebnekaise. Teleskopet landade inte långt från Nikkaluokta och ballongen nära Kebnekaise fjällstation. Efter en helikopterfärd och en vidare biltransport var bägge föremålen ett par dagar senare tillbaka på Esrange.

Nu gäller det att förbereda teleskopet för en ny flygtur i sommar. Krabbpulsarens hemligheter får förbli hemliga till dess.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

1

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
11 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Kommentarer

Om krabbpulsarens rotation är mycket exakt, kan man kanske använda sig av denna exakthet att kunna
mäta gravitationsvågornas "om de existerar" innverkan på vår tidmätning här på jorden.

Lägg till kommentar