Institutet för
solfysik vid Kungl. Vetenskapsakademien öppnar lördagen den 2 mars
2002 sitt nya solteleskop på La Palma, Kanarieöarna. Teleskopet är
utrustat med en teknik som motverkar den oskärpa som orsakas av
jordatmosfären. Detta gör det möjligt för forskarna att observera och
fotografera mycket mindre detaljer på solens yta än vad som tidigare
varit möjligt.
Det nya teleskopet kommer att användas för att undersöka solens magnetfält och dynamiken i den övre solatmosfären. Det kommer också att öka kunskapen om hur stjärnornas spektra bildas.
Teleskopets lins har en diameter på nästan en meter, vilket gör det till det största solteleskopet i Europa och det näst största i världen efter McMath-Pierce-teleskopet i Arizona, USA. Det nya teleskopet är placerat på det bästa stället för solteleskop man känner till i världen och förväntas kunna registrera detaljer av bara 70 km storlek på solens yta. För att kunna se så små detaljer har teleskopet utrustats med en s k adaptiv spegel, som 1 000 gånger per sekund korrigerar för den oskärpa som orsakas av jordatmosfären. Det nya solteleskopet är det första som designats med sådan teknik i åtanke. Den adaptiva optiken installeras under april månad efter testning. Teleskopet förväntas fungera fullt ut i slutet av april.
Kungl. Vetenskapsakademien är kanske mest känd för utdelandet av Nobelprisen, men driver också sju forskningsinstitut (i Sverige och på La Palma). Akademiens preses, professor Janne Carlsson, dess ständige sekreterare, professor Erling Norrby, samt akademirådet Kai-Inge Hillerud kommer jämte institutets chef, professor Göran Scharmer att närvara vid den informella öppningsceremonin. Verksamheten vid teleskopet drivs av Akademien, men det är placerat vid Observatorio del Roque de los Muchachos, Instituto de Astrofiscia de Canarias på ön La Palma, Kanarieöarna. Teleskopet ersätter ett tidigare teleskop med 50 cm lins, som har varit ett världsledande solforskningsinstrument i över tio år.
Här finns det solbilder tagna med det nya teleskopet. Här finns ett par teleskopskisser.
Utöver atmosfärseffekterna lider solteleskop av att solen hettar upp både optiken och luften i teleskopet. Detta gör att bilden blir skakig och suddig. Moderna solteleskop är därför antingen vakuumteleskop, fyllda med helium eller reglerar noga de optiska delarnas temperatur, så de inte överför värme till luften i teleskopet.
Vakuumteleskop kan inte byggas hur stora som helst, eftersom vakuumfönstret måste vara lika stort som den största optiska komponenten och av lika god optisk kvalitet. Det är svårt att åstadkomma eftersom fönstret måste vara så tjockt att det motstår de stora tryckskillnaderna mellan atmosfären utanför teleskopet och vakuumet inuti. I praktiken går förmodligen gränsen vid strax över en meters diameter, något större än det nya solteleskopet.
Om man fyller teleskopet med helium i stället för luft minskas värmeeffekterna märkbart även om det inte tar bort dem helt. Man slipper de stora tryckskillnaderna men det optiska fönstret måste fortfarande vara av god kvalitet. Man har föreslagit sådana teleskop på upp till 2,4 m (t ex LEST, Large Earth-based Solar Telescope). Ett heliumfyllt teleskop under konstruktion är SOLIS, men det är relativt litet. För framtida mycket stora solteleskop verkar den enda användbara tekniken vara att bygga dem öppna, med temperaturreglerad optik. Exempel på sådana teleskop i användning eller på planeringsstadiet är the Dutch Open Telescope, också på La Palma, GREGOR, som kommer att byggas på Teneriffa och the Advanced Technology Solar Telescope, vars placering ännu inte blivit bestämd.
Det svenska solteleskopet är ett vakuumteleskop. I stället för ett plant vakuumfönster med 1 meters diameter används linsen för att utestänga luften. Med en enkel lins kan man få mycket god bildkvalitet genom smala filter, som isolerar ljuset till en enda våglängd eller färg. Detta är viktigt för solforskaren, eftersom solspektrat innehåller många smala spektrallinjer, vissa smalare än 1/2000 av det synliga våglängdsområdet. Utan filter ser dock bilden från ett sådant teleskop förskräcklig ut, eftersom olika våglängder fokuseras på olika avstånd från linsen.
För observationer i bredare våglängdsband kan det svenska teleskopet därför leda ljuset från en liten del av solytan till en korrektor, som ser till att alla färger har ett gemensamt fokus. Teleskop med en sådan korrektor kallas Schupmannteleskop efter Ludwig Schupmann som uppfann den designen för omkring hundra år sedan. Det kan låta lite gammaldags men alla moderna natteleskop är konstruerade efter Cassegrains och Gregorys idéer från sextonhundratalet.
Eftersom det svenska teleskopet medger både observationer genom Schupmannkorrektorn och direkt från singlettlinsen, kan det inte beskrivas helt som ett Schupmannteleskop. Konstruktionen tillåter astronomen att välja optiskt system efter vad som är bäst för hans projekt.
Framtiden för stora teleskop ligger i adaptiv optik. Det är en ny och spännande teknik som fortfarande utvecklas med rasande fart och som redan visat dramatiska förbättringar av bildkvaliteten vid flera stora teleskop världen över, t ex Canada French Hawaii Telescope (CFHT), Gemini North, Keck och ESO VLT.
Principen bakom adaptiv optik är enkel men att åstadkomma ett fungerande system är inte så lätt. I adaptiv optik ingår en vågfrontsmätare och en spegel som kan fås att ändra form. Det finns olika typer av vågfrontsmätare. En vanlig typ går under namnet Schack-Hartmann. I sin enklaste form avbildar den en ensam stjärna genom många olika små delar av teleskopöppningen och mäter stjärnans position sedd genom varje del. När atmosfären stör bilden flyttas småbilderna olika mycket beroende på vilken del av öppningen man tittar genom. Dessa positioner mäts och översätts till instruktioner till spegeln, som får den att inta den form som kan kompensera för atmosfärens inverkan. Problemet är att atmosfären ändras så snabbt så detta måste göras både noggrannt och snabbt. Systemet måste korrigera spegelns form åtminstone flera hundra gånger i sekunden, helst mer är tusen gånger.
Det är inte svårt att mäta en stjärnas position, bara den är tillräckligt ljusstark. På natten kan det vara ett problem att det inte finns någon tillräckligt ljusstark stjärna tillräckligt nära det objekt astronomerna vill titta på. Därför använder man ibland en laser för att tillverka en konstgjord stjärna högt uppe i jordatmosfären.
Tyvärr finns det inga stjärnor eller stjärnliknande objekt att använda för ett solteleskop, som referens vid vågfrontsmätningarna. Däremot finns det gott om finstruktur över hela solytan. Man kan mäta positionerna för sådana strukturer också, men det kräver betydligt mer komplicerade beräkningar än på natten. Det finns därför väldigt få adaptiva optiksystem i bruk för solteleskop. Det första verkligen fungerande systemet finns vid the Sacramento Peak Solar Observatory i the R. B. Dunn telescope. Ett par månader senare togs den adaptiva optiken vid det svenska 50-cm teleskopet på La Palma i bruk. Utan adaptiv optik vore det inte meningsfullt att bygga ett nytt 1-meters solteleskop.
Många personer har varit inblandade i detta projekt. Konceptdesignen för optiken och mekaniken gjordes av Göran Scharmer. Mekaniken designades sedan ner till detaljerade ritningar huvudsakligen av Bertil Pettersson på Stockholms Digitalmekanik AB och Klas Bjelksjö på Tolema AB, med hjälp av Robert Hammerschlag, Henrik Sönnerlind, Hans Boesgaard och Torben Andersen.
Många av de stora teleskopdelarna tillverkades av Svenska Bearing utanför Göteborg. Deras snabba och noggranna arbete har varit mycket uppskattat, liksom deras entusiasm för projektet.
Den slutliga optiska designen och toleransanalysen gjordes av Bo Lindberg, som utgick från Mette Owner-Petersens arbete. Darrel Torgerson bidrog också till toleransanalysen.
Styrsystemet baseras på förslag från Torben Andersen. Hårdvaran för att läsa av olika givare utvecklades av Mark Shand, Martin Renard, Jérôme Martin och Rolf Kever. Mjukvaran för att styra teleskopet utvecklades av Göran Hosinsky, John Rehn, David Kennedahl och Pete Dettori.
Den adaptiva optiken utvecklades ursprungligen av Wang Wei och Göran Scharmer. Mjukvaran har sedan dess helt kodats om av Pete Dettori och dess prestanda har utvärderats av Mats Löfdahl.
Optiken polerades minutiöst av Tapio Korhonen och hans kolleger vid Opteon Oy i Finland.
Elektroniken och fiberlänken för CCD-systemen i de två sökarteleskopen designades och byggdes som ... XXX ... av elektronikavdelningen till solgruppen vid Utrechts universitet.
Kungl. Vetenskapsakademien anslog snabbt SEK 5 miljoner för projektet och gjorde det därmed möjligt att söka mer pengar. De ytterligare SEK 12 miljoner som behövdes kom från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Marcus och Amalia Wallenbergs minnesfond, Marianne and Marcus Wallenbergs stiftelse, the LEST foundation och institutet för teoretisk astrofysik i Oslo.