Til hovedsiden
    

   
    Bli medlem
    Siste nytt
    Artikler
    Bildeserier
    Temasider
    Bildearkiv
    Foredrag
    Effekter til salgs
    Lenker
    Spørsmål og svar
    Spør oss
    Prosjektoppgave
    Om oss
    NAF på Facebook
    Kontakt oss
    Nettstedskart
    Hovedsiden
Trykk for å lese mer om sitatet
 

Suksess for Hipparcos

Av Hans Trygve Jensen

 

Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 24. årgang, nummer 91, juli-september 1994, sidene 17-20 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.

Skriv ut

Tips bekjent

 

Den europeiske satellitten Hipparcos har i løpet av 3 år målt posisjonene til 120 000 stjerner med nøyaktigheter på rundt 0,001-0,002″. Posisjonene til ytterligere én million stjerner er målt med noe mindre nøyaktighet.

Astrometrien vil høste rike kunnskaper om stjerners posisjoner, parallakser og bevegelser gjennom rommet etter 4 år med målinger foretatt av Hipparcos (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite). Hipparcos var ferdig med målingene og datainnsamlingen i august 1993. Bortsett fra de nøyaktige avstandsanslagene har satellitten oppdaget flere nye dobbeltstjernesystemer, periodiske variable og formørkelsesvariable stjerner. Nettopp fordi kunnskap om stjerners nøyaktige avstander er nødvendige for å kunne anslå lysstyrke, masse og diameter, har dataene fra Hipparcos enormt å tilføre både astrofysikk og kosmologi. Nå gjenstår bortimot 3 år med dataanalyser før en ny astrometrisk katalog foreligger.

Hipparcos, som er den første satellitten som er viet området astrometri, ble godkjent av ESA tilbake i 1981 ut fra svært bestemte formål. Et oppdrag av denne typen ville sørge for et grunnleggende framskritt hvis satellitten kunne gjøre målinger av posisjonene, parallaksene og de årlige rombevegelsene til nær 100 000 stjerner og med en gjennomsnittlig nøyaktighet på 0,002″ for hver parameter.

De oppsamlede observasjonene i løpet av satellittens driftstid fra august 1989 fram til og med august 1993 vil maksimalt kunne levere langt mer enn de opprinnelige oppgavene: Opp mot 120 000 stjerner er blitt målt, og de endelige nøyaktighetene vil ligge i området 0,001-0,002″. Ytterligere én million stjerner er blitt målt som et ledd i det såkalte Tycho-forsøket, som kom som et tillegg under utviklingen av satellitten. Hipparcos vil sørge for gode posisjonsbestemmelser for alle disse stjernene, med enestående nøyaktighet, anslag av avstandene til dem og hastighetene de har gjennom rommet, indikasjoner på om de er dobbeltstjernesystemer eller ikke og en helt enorm samling av data om stjernenes fotometriske egenskaper - for eksempel farge eller hvorvidt de er variable stjerner eller ikke.

Målingene som er gjort av Hipparcos oppfyller derfor, og forbigår i flere tilfeller i betydelig grad, de opprinnelige intensjonene med satellitten. Men den eventuelle vitenskapelig betydningen vil ikke være avklart før den astrometriske katalogen er sluttbehandlet og publisert. Man regner med at noen svært interessante astrofysiske problemer vil bli belyst ved hjelp av dataene som foreligger, som kan utvide vår viten om Melkeveisystemet, dets dynamiske struktur og utvikling, stjernenes innhold og egenskaper (som for eksempel utbredelse, lysstyrke og masse), spesielt i vår del av Melkeveisystemet.

Astronomiske observasjoner har lenge spilt en sentral rolle i menneskets forståelse av naturen. Fra og med 1500 til og med midten av forrige århundre har faktisk astronomenes fremste oppgave vært å måle himmellegemenes posisjoner. I en utmerket studie av utviklingen innen kritisk, astronomisk vinkelmåling (Dividing the Circle av Allan Chapman) noterer forfatteren seg følgende:

«For de tidlige Kongelige Astronomer var stjerneparallaksen, lengdegrad og forklaringen av Newtons lover selve kjernen i astronomiske undersøkelser.»

Uten nøyaktige data var det nødvendigvis umulig å fastslå mange og varierte, teoretiske omstendigheter. Uten forbedrede teknikker for vinkelmålinger «ville celest mekanikk ha vært blottet for fundamentet med observerbar informasjon, som er nødvendig for at den skal kunne vokse videre som en induktiv vitenskap, mens kosmologi for sin del aldri kunne ha hevet seg høyere enn til spekulasjonsplanet.»

I løpet av 1800-tallet ble det gjort en hel del framskritt med hensyn til astrometriske teknikker. Målinger, som riktignok krevde sofistikerte instrumenter og reduksjonsteknikker for å minimalisere effektene fra jordatmosfæren og beslektede feilkilder, ble gjort for å bestemme stjernenes posisjoner. Typisk nok klarte ikke målingene å nå de teoretisk oppnåelige, instrumentelle grensene. Og en nøyaktig måling av stjernenes avstander har dermed forblitt en svært utfordrende, om ikke også unnslått, oppgave. Årsakene til det er mange.

Med en satellitt, som er istand til å foreta meget presise posisjonsmålinger fra rommet, kan problemene med jordatmosfæren, den begrensede tilgangen til stjernehimmelen for de individuelle bakkebaserte teleskopene og for eksempel lysavbøyninger som følge av gravitasjon og varmeanlegg, nå overvinnes. Nøyaktighetene som kan oppnås, begrenses fordi det optiske systemet svever i jordbane. Totalt sett har Hipparcos oppnådd stor framgang når det gjelder både kvalitet og kvantitet under de vanskelige vinkelmålingene, nøyaktige målinger som er så helt avgjørende for forståelsen av stjernenes egenskaper. Når Hipparcos- og Tycho-katalogene endelig blir tilgjengelige for vitenskapelig anvendelse, kan vi vente oss en renessanse i interessen for denne gamle og fundamentale vitenskapen, parallelt med brå framskritt innen områder av astronomien som har ligget forholdsvis urørt de siste tiårene.

Oppgaven Hipparcos-forskerne stod ovenfor, kan forsøkes illustrert slik: Ett tusendels buesekund (0,001″) er den vinkelstørrelsen en golfball i USA sett fra Europa, eller av en person på Månen sett fra Jorden. (Ett buesekund er lik 1/3600 av én buegrad.) Avstandene i Universet er så store og de tilhørende vinkelavstandene så små at de fortsatt blir vanskelige å fatte.

Et annet eksempel: Sett fra en avstand av 10 m vokser et hodehår på et menneske 0,001″ i løpet av bare 10 sekunder! For å kunne foreta slike målinger, måtte man i satellitten sette inn et teleskop med et speil som var så nøyaktig slipt at om speilet ble forstørret til en diameter tilsvarende bredden av Atlanterhavet, ville forskjellen mellom høyeste og laveste punkt på speilflaten aldri overstige 10 cm.

En slik usedvanlig høy vinkelnøyaktighet er absolutt nødvendig for å forstå mer av Universet vi lever i. For å ta et helt konkret eksempel: Det finnes om lag 3000 kjente stjerner innenfor en avstand av 80 lysår fra Solen. For å kunne måle lysstyrken, massen eller radien til en slik stjerne, må vi være istand til å finne avstanden så nøyaktig som mulig. Til tross for at 80 lysår fortsatt er forholdsvis nært astronomisk sett, er det faktisk snakk om en avstand på 1000 000 000 000 000 km, eller rundt 5 millioner ganger så langt borte som Solen. Og i en slik avstand vil en stjerne som beveger seg, la oss si 10 km/s og tilbakelegger over 300 millioner kilometer i løpet av ett år, bruke mer enn 20 000 år på å bevege seg i en vinkel tilsvarende diameteren av fullmånen.

Hipparcos vil derfor skaffe oss et svært detaljert tredimensjonalt bilde av vårt område av Melkeveisystemet - en form for stjernetelling som aldri før er blitt utført med slik omhu og presisjon.

Hipparcos-forskerne er nå midtveis i muligens det største enkeltproblemet med dataanalyser som noensinne er foretatt innen astronomi: Omtrent 1 Gbit (1000 000 000 biter data, bortimot 50 ganger hele Shakespears produksjon) med satellittdata ble samlet inn hver dag i over 3 år. Alle disse dataene må bearbeides sammen under arbeidet med den endelige stjernekatalogen. Analysens globale preg, som nærmets kan sammenliknes med en gigantisk løvsag, fører til at vi ikke kan undersøke de astronomiske resultatene før hele katalogen er ferdig. Da kan de astrofysiske fortolkningene starte.

Allerede nå kan vi likevel se overbevisende tegn på systematiske, sonale og posisjonelle feil som eksisterer i bakkebaserte kataloger, såvel som generelle og svært viktige forbedringer med posisjonsbestemmelser av enkeltstjerner. Framtidige observatører vil kunne ha utbytte av disse korrigerte posisjonene som referansestjerner for fotografiske flate- eller meridianreduksjoner. De første prøvene våre har demonstrert akkurat hvor gode disse reduksjonene høyst sannsynlig kommer til å bli. Gode optiske stjerneposisjoner er viktige av flere grunner: Som et referansesystem (for eksempel til interplanetarisk navigasjon; de første Hipparcos-posisjonene er allerede blitt benyttet i Galileo-prosjektet under forbiflyvningen av asteroiden Ida) og for registrering av stjernekart i andre spektralområder, spesielt i radioområdet hvor et utmerket referansesystem alt finnes.

Parallaksene, eller avstandsmålingene, som vi får fra denne globale løsningen, er svært oppmuntrende. De tusenvis av nøyaktige stjerneavstandene vi hittil har framskaffet, danner grunnlaget for en svært tett forbindelse mellom stjernens farge (og dermed temperatur) og dens absolutte størrelsesklasse, noe som jo danner grunnlaget for det velkjente Hertzsprung-Russell-diagrammet. Denne sammenhengen er den mest grunnleggende blant de egenskapene hos stjerner som vi hittil kjenner. De detaljerte kjennetegnene ved forbindelsen vil sørge for en helt klar ufrihet omkring teorier for stjerneutvikling og sette opp en streng ramme for den videre utforskningen av Melkeveisystemets utviklingshistorie.

Nå har Hipparcos oppdaget flere tusen dobbeltstjernesystemer, og vi er på vei til å bestemme de geometriske egenskapene og hva som skiller dem. Mange nye variable stjerner, inkludert periodiske variabler og formørkelsesvariabler, er oppdaget. Dataanalysene gir oss overbevisende holdepunkter for forutsigelsene om gravitasjonell avbøyning av lys fra den generelle relativitetsteorien, på et forbedret nivå i forhold til tidligere observasjoner gjort med radioteleskoper.

Hipparcos-programmet har vært et stort og risikabelt samarbeid mellom ESA (som finansierte, ledet produktutviklingen og hadde ansvaret for satellittoperasjonene) og fire europeiske forskergrupper, som til sammen består av over 200 mennesker fra universiteter og andre vitenskapelige institusjoner. En av disse gruppene hadde ansvaret for å utarbeide listen over stjerner som skulle observeres av Hipparcos, samt å publisere den 7 bind store Hipparcos Input Catalogue, som kom ut i 1992. Et vitenskapelig konsortium har videre ansvaret for å analysere dataene fra Tycho-prosjektet, mens to andre tar seg av dataanalysene etter hovedoppdraget til Hipparcos.

Analysene av dataene fra hovedeksperimentet er såpass omfattende og komplekse at det ble besluttet å dele oppgaven til to uavhengige forskergrupper. Slik fås en enestående grad av kryss-sjekking, og gruppene verifiserer hverandres analyser. Disse analysene (som inkluderer flere hundre tusen linjer med dataprogrammer) atskiller seg fra hverandre gjennom et vell av ulike detaljer. De vil også sikre at man får en stjernekatalog av meget høy kvalitet.

Etter oppskytingen i august 1989 ble data sendt til tre av disse analysegruppene. Logistiske og administrative rutiner er forskjellige fra gruppe til gruppe. Likevel var det vanlige å sende data fra ESOC (der dataene ble mottatt fra Hipparcos) nær Darmstadt i Tyskland via magnetbånd til de respektive gruppenes institutter.

Det første hver gruppe gjorde, var å foreta datareduksjon ved hjelp av datamaskiner. Deretter ble de bearbeidede dataene videresendt til andre institutter som gikk inn på neste fase av databehandlingen. Som et resultat av disse pågående analysene i hver gruppe flyr faktisk en stor mengde Hipparcos-data fram og tilbake gjennom Europa, mellom institutter og enkeltpersoner, via magnetbånd eller elektroniske datanett. Hele denne prosessen blir i sin tur overvåket av en overnasjonal gruppe: The Hipparcos Science Team.

De fleste av ESAs medlemsland spiller en betydelig rolle her. Alle de store astrometriske instituttene i og utenfor Europa er involvert. Storbritannia har et hovedansvar ved at en liten, men høyst effektiv gruppe ved Royal Greenwich Observatory i Cambridge er involvert i de forskjellige stadiene av databehandlingen.

Systemet har fungert meget bra. Dessuten hjelper det at man har et klart definert formål med eksperimentene. Analysene er imidlertid omstendelige og innviklede, og administrasjonen av denne enorme datamengden er utvilsomt en stor oppgave for seg. Likevel har samarbeidet fungert meget godt.

ESAs prosjektgruppe og den industrielle prosjektgruppen (bestående av 35 bedrifter) arbeidet i 8 år med design og konstruksjon av satellitten. Bare det å arbeide med disse gruppene og se hvordan problem etter problem ble løst gjennom en kombinasjon av kompetanse og beslutningsvilje fra hundrevis av personer, var i seg selv var det et høydepunkt. Man hadde mange tilbakeslag, men et felles ønske om å oppnå et spesielt ambisiøst formål, holdt over svært lang tid motivasjonen oppe på et høyt plan.

Oppskytingen var et bemerkelsesverdig øyeblikk. Satellitten ble skutt opp på natta, derfor også alt mer dramatisk. Det var et høydepunkt å se fruktene av vårt fine samarbeid pakket sammen på toppen av den digre Ariane-bæreraketten før alt sammen tordnet av gårde mot himmelen så bakken omkring formelig ristet. At resultatet av vårt arbeid i det hele tatt kunne overleve en slik tur, virket i seg selv ufattelig. Det var rart å tenke på at den gjenstanden vi hadde arbeidet med i årevis, nå var utenfor rekkevidde.

To døgn etter oppskytingen sendte ESOC opp kommandoene for å starte rakettmotorene som skulle bringe Hipparcos fra den midlertidige parkeringsbanen og opp i geostasjonær bane. En feil gjorde at satellitten ikke kom opp til den planlagte banen. De neste døgnene ble det gjort flere forsøk på å få startet motoren - uten hell. Hipparcos gikk dermed i en bane som passet dårlig for de planlagte observasjonene og framtidsutsiktene for prosjektet var mørke.

Etter så mange år med kontinuerlig arbeid av så mange mennesker, følte mange seg snytt for suksessen i siste øyeblikk. Ikke bare mente man at prosjektet ville mislykkes, men de involverte følte også at de nå ikke - kanskje aldri - ville få anledning til å vise at hele ideen bak prosjektet var god. Dette var en vanskelig periode, preget av de ekstraordinære forsøkene på å få mest mulig ut av satellitten i den banen den da gikk. Heldigvis greide alle forskergruppene, inklusive ESAs rådgivningskomite, å møte de nye utfordringene.

I løpet av de neste månedene og årene reagerte de fleste, og spesielt det operasjonelle teamet ved ESOC, på de svært vanskelige driftsoppgavene med en fortreffelig innstilling. Flere nye tilbakeslag og vanskeligheter dukket opp i denne perioden. Noen syntes uoverkommelige, men ble løst gjennom både oppfinnsomhet og oppofrende engasjement - og ikke så rent lite flaks.

Resultatene av observasjonene Hipparcos har gjort, vil gi det astronomiske miljøet en fullstendig og bredere forståelse så snart de endelige stjernekatalogene er ferdige og publiseres om en tre års tid.

Mange forskere vil komme til å bli temmelig overrasket over det vide spekteret av astrofysiske spørsmål som Hipparcos-dataene vil kunne gi svar på. Fra den påfølgende, nye interessen for problemer og usikkerheter rundt stjerner og galakser, vil enda flere, nye spørsmål dukke opp. Alt dette resulterer i at det vil bli lagt mer vekt på å komme fram til enda bedre astrometriske målinger.

Å få realisert nøyaktigheter på under ett tusendels buesekund, vil nok bare være mulig fra verdensrommet. Det vil føles godt om Europas pionerarbeid på dette feltet vil høste såpass sympati og støtte at det vil danne grunnlag for et oppfølgingsprogram med enda mer avanserte og nøyaktige målinger.

 
Forrige artikkel | Neste artikkel | Alle NOR 1994 | Alle Romfart/NOR
 
 
 

Alt stoff på romfart.no/.com/.org er opphavsrettslig beskyttet.
romfart.no/.com/.org eies og drives av Norsk Astronautisk Forening.