Universitetet i universet

Satellitter og romskip gir forskere ved universitetet enestående muligheter til å trenge inn i «rom-materien». Prosjekter som realiseres mot slutten av 1995, kan være avgjørende for forståelsen av det nære verdensrom.

Jordens «romdrakt»: Magnetfeltet og atmosfæren rundt jorden beskytter oss mot farlig stråling og partikler fra verdensrommet. Partikkelstrømmen fra solen (sol-vinden) presser jordens magnetfelt sammen på dagsiden og trekker det ut i en lang hale på nattsiden. Kollisjoner mellom partiklene og atmosfæregasser kan bli sett i form av nordlys. (Foto utlånt av professor A. Egeland)

Solen og verdensrommet har fascinert og opptatt menigmann og vitenskapsfolk i årtusener. Den egyptiske astronomen Ptolemaios forfektet omkring 100 år etter Kristus et geosentrisk verdenssystem: Jorden var verdensaltets midtpunkt som sol, måne og stjerner beveget seg rundt. Copernicus' skrifter om at solen er midtpunktet for planetsystemet, var for kontroversielle og ble ikke publisert før etter hans død i 1543. Galileo Galilei, som var tilhenger av denne læren om at jorden beveger seg rundt solen, måtte avsverge sin mening ved en inkvisisjonsdomstol i Roma.

Romforskere i dag står ikke overfor problemer av denne art, men undringen og fascinasjonen omkring temaet har ikke blitt mindre. På mange måter er romforskningen fremdeles i sin spede barndom, og ny teknologi har gitt forskerne enestående muligheter i sitt arbeid. Professor Alv Egeland fra gruppen for plasma- og romfysikk ved Fysisk institutt sier at forskningen fullstendig har forandret våre kunnskaper om interplanetære prosesser, og om hvordan solen og kosmos påvirker liv på jorden. Det er også andre grunner til at forskningsfeltet er viktig:

Mange fundamentale problemer kan bare løses ved å forske i det unike laboratorium verdensrommet er. Et hovedproblem på jorden i framtiden vil være nye energikilder. Forskning kan bidra til å løse dette ved utvikling av ny teknikk, apparatur og kunnskap. Hva har ikke romforskningens krav til pålitelighet betydd for utviklingen innen elektronikk, materialvitenskap, data og kommunikasjon? I framtiden vil all kommunikasjon baseres på satellitter, sier Egeland. Professoren er en mann med vyer, men fastholder at romforskningen også i dag kan vise til viktige anvendelser.

Satellitter kan holde et våkent øye med ozonlaget og luftforurensninger på en enestående måte. Romforskningen representerer det eneste reelle alternativet for kartlegging og kontroll av globale miljøødeleggelser, sier han og mener at vitelyst og nysgjerrighet i seg selv er grunner gode nok til å forske videre.

Det er kun et tidsspørsmål før vi forflytter oss fra jorden til andre planeter i universet. Forståelse av det nære verdensrommet er en viktig forutsetning.

Jordens «romdrakt»

Tidlige romferder viste at partikler fra solen virker inn på jorden. Solen, vår livgivende stjerne, sender kontinuerlig ut partikler som strømmer av varme gasser. Disse gasstrømmene kalles plasma og blåser med en utrolig hastighet i verdensrommet. Senere har forskere funnet ut at nesten 99 % av materien i universet er laget av plasma, som ikke bare sprer seg i rommet mellom planetene, men også mellom stjernene.

Jordens eget magnetfelt ligger som et beskyttende skall mot plasmaet. Sammen med atmosfæren utgjør feltet jordens egen «romdrakt» som beskytter mot farlig stråling og partikler. Når partiklene kommer inn mot jorden, kolliderer de med atmosfæregassene og når ikke ned til jordoverflaten. Under denne prosessen blir de energirike partiklene kraftig bremset opp, og energi blir frigjort til omgivelsene. Dette kan blant annet observeres i form av nordlys.

Forskere har nå, bokstavelig talt, nye muligheter til å trenge inn i materien, og bildet av det nære verdensrom er blitt totalt endret de siste 20 til 30 årene. Raketter kan sendes rett gjennom nordlyset, og satellitter kan sendes opp i de ønskede banene. Sett med forskerøyne har verdensrommet gått fra å være et enkelt «optisk» univers, observert fra jorden med teleskop, til et «plasmaunivers», som krever bruk av satellitter.

Nå eller aldri

På grunn av det beskyttende skallet omkring jorden, må studier av plasmaet foretas utenfor atmosfæren. Satellittbårne instrumenter er nødvendige, og forskningsprosjektene kan bli kostbare. I 1987 ble Norge medlem av den europeiske romfartsorganisasjonen ESA (European Space Agency). Dette innebar nye muligheter og utfordringer for norske forskningsmiljøer. Ett av ESAs hjørnesteinsprosjekter gjennom en tiårsperiode realiseres i løpet av høsten 1995. Både Fysisk institutt og Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo er viktige støttespillere. Prosjektet skal gi ny viten om forholdet mellom solen og jorden, og kombinerer de to satellitteksperimentene Cluster og Soho. Cluster skal studere elektromagnetiske felter og prosesser i magnetosfæren, det vil si de delene av rommet hvor jordens magnetfelt fremdeles «virker». Soho skal benyttes til detaljerte studier av solens indre struktur og dynamikk. Når disse eksperimentene blir gjort parallelt, gir det en helhetlig tilnærming til forholdet mellom jord- og solfysikk. Prosjektet representerer den største satsingen på området noensinne, og både forventningene og kostnadene er enorme:

Det vi ikke nå får vite om forholdene mellom solen og jorden, får vi aldri vite. Kostnadene er for store for tilsvarende prosjekter i framtiden, sier professor Hans L. Pècseli fra gruppen for plasma- og romfysikk.

Nordlys

Nordlys dannes når elektrisk ladede partikler fra solen trenger ned i jordens atmosfære, og jordens magnetfelt leder partiklene inn mot soner i polarområdene. (Foto utlånt av professor A. Egeland)

Tradisjoner ved universitetet

Hvilken bakgrunn og kompetanse sitter forskere ved universitetet inne med når de nå gir seg i kast med internasjonale prosjekter i milliardklassen? Forskningsgruppene har de senere tiår blitt invitert til å delta i en rekke vitenskapelige rakett- og satellittprogrammer. Dette avspeiler den anerkjennelsen som fagmiljøene har opparbeidet, til tross for snevre økonomiske rammer for norsk romforskning. Institutt for teoretisk astrofysikk har siden midten av 80-tallet bidratt med fortolkninger av datamateriale fra en rekke satellitter, og har opparbeidet stor kompetanse på området. Fysisk institutt har på sin side bygd en rekke instrumenter til bruk i ulike romforskningsprosjekt. Daglig flyr et instrument fra instituttet 1500 km over Oslo i satellitten Freja.

Den første norske romforskningsraketten ble skutt opp fra Andøya i 1962. Hovedformålet var studier av den øvre atmosfæren og nordlysfenomener. Gruppen for plasma- og romfysikk ved Fysisk institutt har siden deltatt med egne, avanserte instrumenter i omtrent 30 rakettoppskytninger og i en rekke større eller mindre satellittprosjekter. Prosjektene har dels vært knyttet til optiske studier av nordlyset, dels til studier av elektriske felter og bølger. Den siste oppskytningen er nok den mest kjente: I januar 1995 ble forskningsraketten Cifer feilaktig rapportert skutt ned over Russland. Raketten fulgte sin planlagte bane fra Andøya over Svalbard og samlet inn lovende datamateriale om ioner fra atmosfæren.

Langsiktighet

De utfordringene man står overfor i forbindelse med romforskning, innebærer nitid planlegging og utvikling av teknologi. Store internasjonale prosjekter er preget av langstidstenkning, med 1015 år fra start av planlegging til iverksetting. En mannsterk delegasjon fra ESA, med direktør for vitenskapsprogrammet, Roger M. Bonnet, i spissen, presenterte nylig sitt langtidsprogram fram mot år 2016 for forskere ved universitetet. Den «klassiske» romfysikken er nedprioritert i dette programmet, som dermed dreier noe vekk fra viktige forskningsområder i Norge.

I langtidsprogrammet inngår blant annet tokt til planeten nærmest solen, Merkur. Denne planeten er den minst undersøkte i det indre solsystem og har en magnetosfære som sannsynligvis er noe lik jordens. For å sikre kontinuitet og utvikling i internasjonal romforskning, må forskere tilpasse seg de nye trendene. Dette krever langsiktig tenkning også ved universitetene. Det blir den neste generasjon med forskere som skal arbeide med de instrumenter og forskningssatellitter som nå planlegges. Om noen tiår kan dagens studenter stå overfor enda mer spennende og utfordrende oppgaver i utforskningen av universets mysterier. Men nå er det først forholdene i det nære verdensrom det gjelder.

Illustrasjon

Enestående eksperiment: Satellittene SOHO (nærmest solen) og Cluster (fire identiske satellitter i jordens magnetosfære) representerer den største satsingen noensinne for å oppnå en helhetlig forståelse av forholdet mellom solen og jorden.

Fakta

Jordens «romdrakt»:

Magnetfeltet og atmosfæren rundt jorden beskytter oss mot farlig stråling og partikler fra verdensrommet. Partikkelstrømmen fra solen (sol-vinden) presser jordens magnetfelt sammen på dagsiden og trekker det ut i en lang hale på nattsiden. Kollisjoner mellom partiklene og atmosfæregasser kan bli sett i form av nordlys. (Foto utlånt av professor A. Egeland)

Cluster

Dette eksperimentet består av fire identiske satellitter som blant annet skal måle elektromagnetiske felter og plasmavariasjoner med høy tidsoppløsning og stor følsomhet. Hovedhensikten er å få samtidige målinger i fire punkter i den delen av verdensrommet som er magnetisk forbundet med jordens ytterste atmosfærelag. For første gang kan man skille mellom tids- og romvariasjoner og få et grunnlag for detaljerte studier av vekselvirkninger mellom plasma og det nære verdensrom. Gruppen for plasma- og romfysikk ved Fysisk institutt har hovedansvaret for konstruksjon av et testsystem for Cluster og delansvar innen dataprosessering.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Fysikk, Astrofysikk, romfysikk, astronomi Av Morten Bremer Mærli
Publisert 1. feb. 2012 12:22
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere