(Dette er en populærvitenskapelig artikkel som er skrevet for magasinet Astronomi.)
Forfattere har i hovedsak vært:
Terje Fredvik, hovedfaggstudent ved ITA. Jobber med analyse av data fra CDS og SUMER, med vekt på aktive områder og solflekker. (tfredvik@astro.uio.no)
Pål Brekke, Forsker ved ITA. Er involvert i operasjonen av CDS, softwareutvikling, samt analyse av data. Forskningsfelt er dynamikk i Solas atmosfære (paalb@astro.uio.no)


Alt liv på Jorda, ikke bare solfysikere, er fullstendig avhengig av vår nærmeste stjerne, Sola. Denne gasskula lever et voldsomt dynamisk liv som vi vet svært lite om, selv etter flere år med forskning.

For å få bedre forståelse av hvordan Sola er oppbygd og hvilke prosesser som finner sted der, satte ESA og NASA for over ti år siden i gang det såkalte ``Solar Terrestrial Science Programme'', der de viktigste elementene var SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) og Cluster. Solvindprosjektet Cluster fikk dessverre en sørgelig start da Ariane 5, raketten som hadde de fire satellittene ombord, totalhavarerte under oppskytinga 4. juni 1996, men det vil sannsynligvis bli skutt opp nye satellitter om ikke altfor mange år.

SOHO-satelitten kunne lett fått samme skjebne da det blei funnet en alvorlig feil med Atlas II-AS-bæreraketten rett før oppskytinga. Feilen blei retta, og etter noen dagers utsettelse blei SOHO til slutt skutt opp fra Cape Canveral 2. desember 1995.



Hva er SOHO?

SOHO-satellitten er historiens største og mest kompliserte romobservatorium for solstudier. Formålet med SOHO er å lære mer om Solas indre, mekanismene som danner og varmer opp koronaen (Solas ytre atmosfære), og årsakene til at solvinden blir til og akselereres.


Figur 1: SOHO-satellitten


Satellitten består av 12 ulike instrumenter som hver er spesialdesigna for å observere ulike deler av Sola, fra den innerste kjernen, gjennom overflaten, og videre ut mot Jorda der partikkelstrømmen måles.

De 12 instrumentene (se tabellen) kan kommanderes uavhengig av hverandre, noe som er viktig da observasjonsprogramma for enkelte instrumenter noen ganger må forandres på kort varsel. SOHO er nå i en fase der man prioriterer samkjøringer mellom to eller flere av instrumentene ombord, samt en rekke solobservatorier på bakken (deriblant det svenske solteleskopet på La Palma).

SOHO-prosjektet blir leda av ESA, som også stod ansvarlig for bygging av selve satellitten, mens NASA bidrar med oppskytinga og står for operasjon og styring. Av instrumentene om bord har ESA levert åtte og NASA tre. SOHO og de ulike instrumentene styres daglig fra NASAs Goddard Space Flight Center (GSFC) i Washington DC. Alle de ansvarlige institusjonene for de ulike instrumentene er tilstede med mannskap ved GSFC.



Hvor er SOHO?

Solobservatoriet er plassert en tilværma stabil bane rundt punktet mellom Jorda og Sola der gravitasjonskreftene fra de to er like sterke. Dette punktet kalles Lagrange-punkt nummer 1 (L1) og ligger 1.5 millioner kilometer fra Jorda (ca. 1% av avstanden til Sola). Fordelen med å plasserer SOHO her er at her opplever den konstant dag, i motsetning til alle andre solsatellitter som går i bane rundt Jorda og dermed kommer inn i jordskyggen under hvert omløp. L1 ligger også utenfor områdene som påvirkes av Jordas magnetfelt, og dermed kan solvinden observeres uforstyrra.

Satellitten nådde Lagrange-punktet 14. februar 1996, 6 uker tidligere enn opprinnelig planlagt. På grunn av en meget vellykka oppskyting kombinert med en effektiv banemanovrering til L1, har SOHO nok drivstoff til å holde seg i banen i ca 20 år i motsetning til 6 år som var planlagt. (Om instrumentene ombord fungerer så lenge, og om det blir bevilga penger til å holde hjula i gang i 19 år til, er et annet spørsmål.) Observasjonene blei starta ved minimum solaktivitet, og hvis alt fungerer i 5 år til vil solfysikerene kunne følge hele den økende fasen av syklusen.

De fire første månedene etter oppskytinga blei brukt til å teste instrumentenes ytelse. Enkelte instrumenter starta tidlig å ta testbilder, mens andre ikke åpna lukene før etter flere uker. Dette skyldes at en ville forhindre forurensing av den ømfintlige optikken i teleskopene. Ved utgangen av februar blei det klart at satellitten og instrumentene virka som de skulle, og stabiliteten (pekenøyaktigheten) til SOHO var mye bedre enn spesifikasjonene.





Geléklump

Hele Sola skjelver som en gigantisk geléklump, og man vil gjerne finne ut ved hvilke frekvenser denne vibrasjonen foregår, slik at man igjen kan finne ut hvordan Sola er bygd opp innvendig.

GOLF (Global Oscillations at Low Frequencies), VIRGO (Variability of Solar Irradiance and Gravity Oscillations) og MDI/SOI (Michelson Doppler Imager/Solar Oscillations Investigation) er instrumenter som skal måle disse bevegelsene; de er såkalte helioseismologiske instrumenter. Helioseismologi er nesten den eneste måten man kan få kunnskap om de innerste delene av Sola, siden elektromagnetisk stråling fra disse områdene ikke slipper ut.

Soloverflatens bevegelser skyldes hovedsakelig stående lydbølger i Solas indre. Disse bølgene har perioder fra 3 til 20 minutter, altså langt under det menneskets øre kan oppfatte. Siden tettheten i Sola øker med dybden vil bølgene blir brutt (slik som en lysstråle i overgangen luft/vann) etter som de beveger seg innover, og de vil gradvis endre retning helt til de snur og beveger seg mot fotosfæren igjen. Når de treffer soloverflaten blir de reflektert på nytt, og vi får danna stående bølger. De lengste bølgene går dypest inn i Sola, så for å kunne danne seg et så riktig som mulig bilde av hva som skjer der inne, er man også avhenging å se på bølger med perioder på flere timer. Dette er vanskelig å gjøre fra Jorda eller fra en jordsatellitt, men over SOHO går Sola aldri ned, så her kan man få nye og overraskende resultater.

Det helioseismologiske instrumentene MDI har allerede gitt oss det første detaljerte kartet over Solas konveksjonssone, og man har også greid å plassere den solare dynamoen. Dynamoeffekten i Sola er som kjent opphav til sterke magnetiske felt som igjen bestemmer storskalastrukturer på overflaten.

Helioseismologien kan også forhåpentligvis gi oss svar på hvordan solutsrålinga endrer seg. Variasjoner i utstrålinga fra Sola påvirker blant annet nordlys og radiokommunikasjon og kan også være en viktig faktor når det gjelder klimaforandringer og variasjoner i ozonlaget.



Varmere i koronaen enn i Solas sentrum?

Temperaturen i Sola faller fra ca. 15 millioner grader i sentrum til bare noen få tusen grader ved det menneskeøyet oppfatter som solranda ( fotosfæren). Så stiger temperaturen noe utover i kromosfæren, og i den tynne overgangssonen mellom kromosfæren og koronaen er det en brå temperaturøkning på nesten to millioner grader. Årsaken til at det blir varmere når man beveger seg bort fra Sola er ikke kjent, men det fins to hovedteorier. Den ene hevder at akustiske bølger som kommer fra atmosfærens nedre lag, eller bølger i magnetfeltet, kan overføre energien sin til koronaen i det de blir dempa eller absorbert. Den andre hovedteorien sier at magnetfeltlinjene blir ``trukket opp'' av gassen under soloverflata, nesten som fjæra i en klokke. Når opptrekkinga blir for stram utløses fjæra, og magnetfeltet pisker opp den tynne koronagassen slik at den blir varm og får stor hastighet.

Litt forenkla kan man si at jo høyere temperaturen er, jo mer kortbølga er strålinga som blir danna, og fra overgangssona og koronaen er det hovedsaklig ultrafiolett stråling ( UV-stråling) som sendes ut. Rundt Jorda ligger ozonlaget og stopper det aller meste av UV-strålinga. Dette fører til at man må plassere teleskopet sitt på utsida av jordatmosfæren hvis man vil observere i UV, og det vil man, så derfor har SOHO med seg flere instrumenter som har dette som oppgave.

EIT (Extreme ultraviolet Imaging Telescope) tar fullskivebilder i fire forskjellige bølgelengder, og brukes til å se på tidsutviklinga av atmosfæren. Figur 2 viser et eksempel på en kort tidsserie. Siden instrumentet tar fullskivebilder blir det også brukt til å planlegge hvor de andre instrumentene på SOHO skal rette sin oppmerksomhet.


Figur 2: Tidsserie observert met EIT 11. februar 1996. Bildeserien
viser hvordan en protuberans plutselig slynges ut fra overflaten
nede til venstre ved solranda). Første bildet i serien er til høyre,
å tiden løper mot venstre..Gassen som slynges ut har en temperatur
på ca. 60,000 C, er ca. 130,000 km i utstrekning, og beveger seg
med en hastighet av ca 22,000 km/t !! En slik eksplosjon sender en enorm
skur av partikler mot jorda, noe som forårsaker nordlys,problemer med
navigasjonssystemer og radiosamband og enkelte ganger alvorlige strombrudd
i større kraftledningsnett. En uvanlig stor eksplosjon på Sola i 1991
førte faktisk til at store deler av Canada mista strommen.



LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronograph)er en koronagraf som dekker til selve Solskiva for å se på det svake lyset i koronaen. Med dette instrumentet kan man se Solas atmosfære helt ut til 30 solradier, og siden man ikke har kunnet se så langt ut med noe instrument før, vil man få helt ny kunnskap. En morsom bieffekt av dette store synsfeltet var at Hyakutake blei observert i det den passerte nær Sola i mai i år, se figur 4. Koronagrafen har også sett globale forstyrrelser i koronaen og kontinuerlige utblåsninger som kan være en bidragsyter til den langsomme solvinden.


FIGUR 3: Til høyre ser vi materiale som kastes ut fra den nedre atmosfæren
og som vikles rundt magnetfeltlinjene på vei bort fra Sola. Bildet er tatt med LASCO.


Med UVSC (Ultraviolet Coronograph Spectrometer) har man nylig fått indikasjoner på at det kan være ekstremt høye temperaturer i koronaen: det er observert atomer som beveger seg med en fart som tilsvarer en termisk temperatur på 200 millioner grader! Foreløpig er resultatene svært usikre, men hvis det viser seg at målinge faktisk er riktige, er dette virkelig en sensasjonell oppdagelse.

Både CDS (Coronal Diagnostics Spectrometer)og SUMER (Solar Ultraviolet Measurements of Emitted Radiation) er spektrometre som splitter lyset opp i de forskjellige frekvensene det består av. SUMER har best spektral oppløsning (splitter lyset ``tydeligst'') og er derfor egna til å bestemme hastigheter ved hjelp av dopplereffekten (Lyset fra et legeme som beveger seg bort fra oss eller mot oss vil forskyves henholdsvis mot rødt og blått). CDS kan kan derimot se langt flere bølgelengder på en gang, og er best egna til å bestemme tettheter og temperaturer. CDS og SUMER er de to første teleskopa som kan gi oss bilder (og ikke bare linjeprofiler) fra flere diskrete temperaturer samtidig. Dette gjør det lettere å bygge opp et 3D-bilde av hvordan atmosfæren er bygd opp. Et annet viktig spørsmål som man håper de to spektrometerne kan være med å gi svar på, er hvorfor koronaen varmes opp.



Solvinden

Sola sender hele tida ut en strøm av ladde partikler (elektroner, protoner og tyngre atomkjerner) som for en stor del stoppes av Jordas atmosfære. Derfor har SOHO med seg tre instrumenter som kan ta prøver av en uforstyrra solvind, som sammen sammen med Cluster (som altså er forsinka) skal gi forskerne svar på hvordan denne partikkelstrømmen dannes og akselereres.

CELIAS (Charge, Element, and Isotope Analysis System) har allerede fått ett overraskende resultat: den har detektert dobbelt så mange isotoper i solvinden som det man har observert før, og det er også blitt funnet flere nye elementer.

Spørsmål som hvorfor atomkjerner beveger seg like fort som elektronene, hvorfor vinden fra polområdene har større fart enn vinden fra ekvator, og hvorfor det blir sendt ut flere partikler fra ekvator enn polene, står fortsatt ubesvart.



En suksess

Selv om SOHO har vært i bruk i knapt et år, har den gitt oss masse verdifull informasjon, og forskerne har fått resultater som har overgått forventningene. Et problem er at det tar lang tid å analysere data, mens SOHO gir stadig nytt materiale som kan behandles. Derfor er alle resultater som er oppnådd hittil basert på data som egentilg ikke er ferdig analysert. Det mest oppsikstvekkende resultatet SOHO har gitt oss til nå er at Sola ikke er så statisk og rolig som tidligere antatt når den nå er i sin ``rolige'' periode. Både EIT og CDS har observert tidsvariasjoner av store strukturer på bare noen få sekunder.

Man er overbevist om at satellitten vil bringe flere spennende og overraskende resultater nå som Sola går inn i en mer aktiv periode. Hvis du har lyst å følge med på hva som skjer videre med SOHO, kan du besøke satellittens egen hjemmeside: http://sohowww.nascom.nasa.gov/ .









Norges bidrag til SOHO-prosjektet (egen boks i Astronomi-artikkelen?)

Norge har lange tradisjoner innen solforskning. Mye av grunnlaget blei lagt av professor Svein Rosseland (1894-1985) som ved hjelp av penger fra Rockefeller Foundation fikk reist Institutt for Teoretisk Astrofysikk (ITA) ved Universitetet i Oslo. Seinere tok han også initiativet til solobservatoriet på Harestua.

Forskere ved ITA deltar aktivt i arbeidet med SOHO. Med midler fra Norges forskningsråd har instituttet stått for bygging av bakkesegmentet (styringsdelen) for et av av hovedinstrumentene på SOHO, CDS. Store deler av dette utstyret er utviklet i samarbeid mellom engelske og norske forskere og Spacetec A/S i Tromsø, nå en del av Kongsberg Aerospace. Forskere ved ITA har i tillegg stått for utbygginga av store deler av programvaren for reduksjon av data fra CDS. Instituttet har også til enhver tid minst en forsker stasjonert ved kontrollsenteret Goddard Space Flight Center som skal operere CDS-instrumtet og ha ansvaret for at planlagte observasjoner blir kjørt som de skal. Denne personen kontrollerer i tillegg at observasjonsprogrammer for andre instrumenter (særlig SUMER) utarbeida ved instituttet blir utført riktig. Norske forskere er også blant de ansvarlige for VIRGO, som er et annet av SOHOs instrumenter.

Dataprogrammene for datareduksjon av CDS-data er satt opp ved institutett og alle andre internasjonale samarbeidspartnere. I Oslo står kraftige datamaskiner som hver dag mottar store mengder data fra GSFC og som benyttes i analyse av disse observasjonene fra SOHO.

Totalt bidrar Norge med omtrent 100 millioner kroner til SOHO. Deltagelsen i CDS koster omtrent 15 millioner kroner, mens det øvrige er Norges andel til ESAs vitenskapsprogram tilegna SOHO. Disse midlene får imidlertid Norge tilbake i form av industrikontrakter, siden norsk industri har levert utstyr og tjenester til SOHO for omtrent 80 millioner kroner. Foruten Spacetec, har slike leveranser kommet fra Kongsberg Aerospace, AME Space i Horten, og Det norske Veritas. Dette illustrerer hvordan romforskning knytter grunnforskning og industri, som igjen fører til kompetanseoppbygging over et bredt felt av virksomhet.







Hyakutake sett med LASCO (egen boks i Astronomi-artikkelen(?):


FIGUR 4: Gass fra koronaen slynges ut som følge av en stor eksplosjon på overflaten. Massen til gasskyen er flere ganger større enn Jordas! Kometen Hyakutake er på bildet på vei ned bak Sola og dette er muligens det siste vi ser til kometen for den igjen vil være synlig om ca 14 000 år. (En fin film av passasjen finner du på http://www.uio.no/paalb/movies.html) Kometen er som kjent den sterkeste som har vært synlig fra jorden siden kometen West i 1976. Bildet er tatt med LASCO.


FIGUR 5: Hyakutakes hale deler seg da kometen nærma seg Sola. Bildene er tatt med LASCO.


















Next: About this document



Terje Fredvik
Thu Dec 19 16:03:31 MET 1996

(Les artikkelen på nettet: http://www.uio.no/~tfredvik/artikkel/artikkel.html)