Rannsóknir

1. Inngangur

Sjónauki Galíleós á mynd listamannsins Martin Kornmesser

Í þúsundir ára voru augun einu tækin sem menn bjuggu yfir til að kanna alheiminn. Þegar sjónaukinn kom til sögunnar gerbreyttist það. Í dag byggja stjörnufræðingar risasjónauka á fjarlægum fjallstindum á heiðskírustu stöðum heims til þess að grípa daufar ljóseindir frá fjarlægustu, tilkomumestu og elstu fyrirbærum sem vitað er um. Útvarpssjónaukar safna ógreinilegu tísti og hvískri utan úr geimnum. Vísindamenn hafa meira að segja sent sjónauka á braut um jörðina, langt út fyrir truflandi áhrif lofthjúpsins. Og útsýnið hefur verið stórkostlegt!

Galíleó fann ekki upp sjónaukann og raunar er uppruni hans enn umdeildur. Ýmislegt bendir til þess að tiltölulega lítt þekktur hollensk-þýskur sjóntækjafræðingur, Hans Lipperhey, hafi hugsanlega fundið hann upp snemma á 17. öld. Lipperhey uppgötvaði að þegar horft er á fjarlægan hlut í gegnum kúpta og íhvolfa linsu stækkar hluturinn ef linsurnar eru í réttri fjarlægð hvor frá annarri. Sjónaukinn var fæddur!

Eftir því sem við best vitum horfði Lipperhey aldrei sjálfur á stjörnurnar í gegnum sjónaukann sinn - hann taldi að þessi uppfinning ætti aðallega eftir að nýtast sæfarendum og hermönnum. 

Við erum komin vel á veg síðan Galíleó hóf að kortleggja himinninn með sjónaukanum sínum fyrir fjórum öldum. Enn þann dag í dag horfum við full undrunar út í alheiminn með sjónaukum, ekki aðeins á jörðu niðri, heldur einnig frá víðáttum geimsins. Alheimurinn er uppfullur af heillandi ráðgátum.

Sjónaukinn er mikilvægasta tæki stjarnvísindanna. Án hans teldist stjörnufræðin vart til vísinda. Með honum höfum við gert ótrúlegar uppgötvanir sem hafa gjörbreytt heimsmynd okkar, en það stórbrotnasta á án nokkurs vafa enn eftir að líta dagsins ljós.

Sjá nánar: Fyrstu tvær aldirnar í sögu stjörnusjónaukans (pdf) eftir Einar H. Guðmundsson, prófessor í stjarneðlisfræði við Háskóla Íslands

2. Sjónaukar safna ljósi

Ljósmynd frá árinu 1897 af Yerkes sjónaukanum í Chicago sem er stærsti linsusjónauki sögunnar.

Á næturnar aðlagast augun myrkrinu. Sjáöldrin breikka og hleypa meira ljósi inn í augun. Það þýðir að þú getur séð daufari fyrirbæri og daufari stjörnur. Ímyndaðu þér að sjáöldrin væru einn metri í þvermál. Þú litir eflaust skringilega út en þú hefðir líka yfirnáttúrulega sjón og sæir 25.000 sinnum daufari stjörnur en þær sem þú sérð núna með berum augum.

Sjónaukinn virkar á sama hátt. Sjónauki er eins og trekt. Safnlinsan eða –spegillinn safnar ljósi frá fjarlægum stjörnum og beinir því að auga þínu. Því stærri sem spegillinn er, þeim mun daufari fyrirbæri er unnt að sjá. Stórir sjónaukar hafa líka meiri greinigæði. Með stórri linsu eða spegli getur þú séð hárfín smáatriði á yfirborði reikistjörnu eða þyrilarma fjarlægrar vetrarbrautar.

Stærðin skiptir því stjörnufræðinga öllu máli og hafa þeir alltaf leitast eftir að smíða stærri sjónauka. En hversu stóra sjónauka er hægt að smíða? Ekkert alltof stóran ef það er linsusjónauki. Ljósið þarf að ferðast í gegnum safnlinsuna en aðeins er hægt að styðja við brún linsunnar. Ef linsan er of stór verður hún líka of þung og fer að aflagast undan eigin þunga. Þá bjagast myndin.

Stærsti linsusjónauki sögunnar var smíðaður árið 1897 við Yerkes-stjörnustöðina skammt frá Chicago. Safnlinsan var rúmur metri að þvermáli en sjónaukapípan var hvorki meira né minna en 18 metra löng. Þegar smíði Yerkessjónaukans lauk höfðu hönnuðir linsusjónauka komist á endastöð. Tæknin leyfir einfaldlega ekki stærri linsusjónauka.

Viltu enn stærri sjónauka? Þá eru speglar málið.

Í spegilsjónauka endurvarpar spegill ljósinu í stað þess að það ferðist í gegnum linsu. Spegillinn þarf aðeins að vera íhvolfur og endurvarpa ljósinu á meðan linsan þarf að vera laus við loftbólur og öll óhreinindi í glerinu. Spegillinn getur líka verið miklu þynnri en linsan og hægt er að styðja þá aftan frá. Þannig er hægt að smíða miklu stærri spegla en linsur.

Hooker sjónaukinn á Wilsonfjalli í Kaliforníu var stærsti sjónauki heims milli 1917 og 1948. Með þessum sjónauka uppgötvaði Edwin Hubble að þyrilþokur voru fjarlægar vetrarbrautir og að alheimurin þenst út.

Stórir speglar hófu innreið sína í Suður-Kaliforníu fyrir einni öld. Í þá daga var Wilsonfjall fjarri mannabyggðum í víðerni San Gabriel fjallgarðsins. Himinninn var heiður og næturnar dimmar á þessu 1740 metra háa fjalli. Á þessum stað reisti George Ellery Hale fyrstur manna eins og hálfs metra breiðan sjónauka.

Síðar sannfærði Hale viðskiptajöfurinn John Hooker um að fjármagna tveggja og hálfs metra breiðan sjónauka. Mörg tonn af gleri og stáli voru ferjuð upp á Wilsonfjall. Smíði Hooker-sjónaukans lauk í nóvember árið 1917 og var hann stærsti sjónauki í heimi um þrjátíu ára skeið.

Fyrir stjörnufræðinga þessa tíma hlýtur það að hafa verið dásamleg lífsreynsla að sitja við augngler þessa undraverða vísindatækis, sigla til annarra reikistjarna, svífa um stjörnuþyrpingar og sveima hjá slæðum stjörnuþoka. En mannsaugað var ekki lengur eina verkfærið sem menn höfðu til að grípa ljósið frá fjarlægum sólstjörnum. Nú var ljósinu safnað á ljósmyndaplötur í nokkrar klukkustundir í senn. Á ljósmyndunum sáust smáatriði sem ekkert auga hafði nokkurn tímann greint.

Aldrei áður hafði nokkur gægst svo langt út í alheiminn. Þyrilþokur reyndist uppfullar af ótal stjörnum. Í Andrómeduvetrarbrautinni fann Edwin Hubble sérstaka tegund stjörnu, svonefnda sefíta, sem breytir birtu sinni lotubundið. Athuganir Hubbles gerðu honum kleyft að áætla fjarlægðina til Andrómedu. Þyrilþokur eins og Andrómeda voru greinilega stakar vetrarbrautir – eyjur í víðáttumiklu alheimshafi. En fleiri ótrúlega staðreyndir áttu eftir að koma í ljós. Flestar vetrarbrautirnar reyndust vera að fjarlægast Vetrarbrautina okkar.

Á Wilsonfjalli uppgötvaði Hubble að nálægar vetrarbrautir fjarlægðust rólega á meðan fjarlægari vetrarbrautir þeyttust burt með miklu meiri hraða. Alheimurinn var að þenjast út.

Hooker sjónauki Hales gaf vísindamönnum færi á merkustu uppgötvunum stjörnufræðinnar á 20. öld.

Hinsti draumur Hale var að reisa tvöfalt stærri sjónauka en fyrirrennarann. Hann tryggði sex milljón dollara styrk frá Rockefeller stofnuninni og valdi sjónaukanum stað á Palomarfjalli, mun lengra frá ljósmenguninni í Los Angeles sem færðist sífellt í aukana. Þannig kom hinn fimm metra breiði Hale sjónaukinn til sögunnar. Sjónaukinn var fimm hundruð tonna ferlíki, jafnvægisstilt af ítrustu nákvæmni sem hreyfðist mjúklega líkt og ballettdansmær. 40 tonna spegillinn sýnir okkur stjörnur sem eru 40 milljón sinnum daufari en augað fær greint.

Lokið var við smíði Hale sjónaukans árið 1948 (tíu árum eftir andlát Hales) sem veitti okkur áður óþekkta sýn til reikistjarnanna, stjörnuþyrpinga, geimþoka og vetrarbrauta.

Í dag höfum við 10 metra sjónauka að störfum og enn stærri sjónaukar eru á teikniborðinu. Það besta er handan við hornið.

3. Ljósmyndun kemur til sögunnar

Í rúmar tvær aldir þurftu stjörnufræðingar skýra frá uppgötvunum sínum með teikningum. Hér sjást teikningar Galíleós af kvartilaskiptum Venusar, en einnig hvernig hann sá Satúrnus með sjónaukanum sínum, sem og Júpíter og Mars.

Þegar Galíleó vildi sýna öðrum það sem hann sá í gegnum sjónaukann sinn fyrir 400 árum, varð hann að teikna það upp. Galíleó birti teikningar sínar af gígóttu yfirborði tunglsins, dansi tungla Júpíters, sólblettum, kvartilaskiptum Venusar og fleira í lítilli bók sem hann nefndi Sendiboði stjarnanna. Þetta var eina leiðin sem hann hafði til að deila uppgötvunum sínum með öðrum.

Í meira en tvær aldir þurftu stjörnufræðingar einnig að vera listamenn. Um leið og þeir gægðust í gegnum sjónaukana sína, teiknuðu þeir nákvæmar myndir af því sem fyrir augum bar. Þótt þeir hefðu undir höndum ýmis hjálpartæki til að tímasetja og mæla stærðir á himninum, var lokaniðurstaða þess sem í sjónaukanum sást persónuleg, listræn túlkun stjörnufræðingsins.

Stundum oftúlkuðu þeir það sem fyrir augu bar. Dökkar rákir á yfirborði Mars voru taldar vera áveituskurðir sem bentu til menningarsamfélags á yfirborði rauðu reikistjörnunnar.

Menningarsamfélag í dauðateygjunum reyndist óskhyggja. Það var ekkert menningarsamfélag á Mars. Við vitum í dag að áveituskurðirnir voru skynvillur sem til urðu þegar augað fyllir í eyðurnar.

Mannsaugað getur blekkt. Það sem stjörnufræðinga vantaði var hlutlæg aðferð til að geyma ljósið sem sást í gegnum sjónaukana. Ljósmyndatæknin kom þeim til bjargar. Árið 1840 tók John William Draper fyrstu dagúerreómyndina af tunglinu. Ljósmyndatæknin var innan við 15 ára gömul þegar stjörnufræðingar áttuðu sig á byltingarkenndum möguleikum hennar. Tíu árum síðar tóku stjörnufræðingar við Harvard háskóla fyrstu dagúerreóljósmyndina af stjörnu, Vegu í Hörpunni. Og árið 1880 tók Henry, sonur Drapers, fyrstu ljósmyndina af Sverðþokunni í Óríon. Ekki lítið afrek þegar litið er til þess hversu dauft þokan lýsir.

Stjörnuljósmyndun er ekki aðeins hlutlæg leið til að fylgjast með himninum. Hana má líka nota til þess að greina hluti sem eru of daufir til að augað greini þá. En hvernig virkaði ljósmyndunin? Hinn ljósnæmi hluti ljósmyndaplötunnar innihélt lítil silfurhalíðkorn. Lendi ljós á þeim verða þau dökk. Niðurstaðan var því negatíf ljósmynd af himninum með dökkum stjörnum á ljósum bakgrunni. Aðalávinningurinn var sá að hægt er að lýsa ljósmyndaplötu í margar klukkustundir í einu.

Þegar þú horfir upp í næturhiminninn með berum augum, sem náð hafa að aðlagast myrkrinu sjást ekki sífellt fleiri stjörnur þótt horft sé lengur. Það er aftur á móti hægt með ljósmyndaplötu. Hægt er að safna ljósi samfleytt í margar klukkustundir. Lengri lýsingartími leiðir í ljós fleiri og fleiri stjörnur.

Skoski stjörnufræðingurinn David Gill áttaði sig fyrstur á möguleika stjörnuljósmyndunar til kortlagningar himinhvelfingarinnar. Stjörnufræðingar fyrri alda höfðu dregið upp ítarleg stjörnukort með berum augum. Milli 1895 og 1900 ljósmyndaði Gill himininn á kerfisbundinn hátt og fann í leiðinni milljónir áður óséðra stjarna. Hollenski stjörnufræðingurinn Jacobus Kapteyn mældi síðan plöturnar og saman birtu þeir þriggja binda skrá með staðsetningum og birtustigum 454.877 stjarna.

Ljósmyndunin varð ómissandi verkfæri stjörnufræðinga snemma á tuttugustu öld. Dauf fylgitungl reikistjarnanna, raunverulegt eðli þyrilþoka og dvergreikistjarnan Plútó – allt uppgötvaðist þetta með stjörnuljósmyndun.

4. CCD-myndflögur og kortlagning himins

Ljósmyndunin breytti stjörnuathugunum í sanna vísindagrein. Hlutlausa, mælanlega og endurtakanlega. Silfurhalíðið tók þó sinn tíma og stjörnufræðingar þurftu að vera óhemju þolinmóðir. Stafræna byltingin breytti því öllu saman. Kísill leysti silfrið af hólmi. Pixlar komu í stað korna. Í dag eru ljósmyndir teknar á ljósnæmar flögur sem voru fundnar upp árið 1969: svonefnda CCD myndflögu.

CCD-flaga er net ljósnæmra pixla úr kísli. Við lýsingu safnar hver pixill rafhleðslu í hlutfalli við magn þess ljóss sem á hann lendir. Eftir lýsinguna er hleðslan lesin rafrænt og breytt í ljósmynd. Fyrstu tvívíðu CCD flögurnar voru aðeins 100 x 100 pixlar en í dag hafa jafnvel símamyndavélar nokkrar milljónir pixla eða megapixla.

CCD flögur sem stjörnufræðingar nota eru sérstaklega ljósnæmar. Svo þær verði enn ljósnæmari eru þær kældar langt niður undir frostmark með fljótandi nitri. Næstum hver einasta ljóseind er gripin. Það þýðir að lýsingartíminn getur orðið umtalsvert skemmri. Það sem áður tók ljósmyndaplötu að fanga á klukkustund nær CCD myndflaga á fáeinum mínútum, jafnvel með smærri sjónauka. Stjörnufræðingar hafa smíðað risastórar CCD myndavélar með hundruð milljóna pixla upplausn, en kísilbyltingunni er fjarri því lokið.

Helsti kostur stafrænna mynda er sá að þær eru jú stafrænar og tilbúnar til þess að vera unnar í tölvum. Stjörnufræðingar nota sérhannaðan hugbúnað til að vinna úr athugunum sínum. Með því að teygja og skerpa myndir geta stjörnufræðingar dregið fram daufustu einkenni stjörnuþoka og vetrarbrauta. Litastilling eykur og dregur fram smáatriði sem ella væri nánast útilokað að sjá.

Enn fremur má fella saman nokkrar myndir af sama fyrirbærinu sem teknar eru í gegnum mismunandi litsíur og útbúa þannig stórkostlegar ljósmyndir, sem má út mörkin milli vísinda og lista. Með tilkomu internetsins hefur aldrei áður verið eins auðvelt að grafa upp og njóta stórfenglegra ljósmynda af alheiminum sem þú býrð í.

Large Synoptic Sky Survey sjónaukinn mun skanna himinninn með risaspegli árið 2015. Gögnin verða öllum aðgengileg með hjálp Google.

Á hverri nóttu fylgjast fjarstýrðir sjónaukar útbúnir næmum ljósmyndaflögum með himninum. Hinn tveggja og hálfs metra Sloan sjónaukinn í Nýju-Mexíkó hefur ljósmyndað og skrásett meira en hundrað milljón fyrirbæri á næturhimninum, mælt fjarlægðir til milljón vetrarbrauta og uppgötvað hundrað þúsund ný dulstirni.

En ein kortlagning dugir ekki. Alheimurinn tekur sífelldum breytingum. Til að fylgjast með komu halastjarna og smástirna, sprengistjörnum og gammablossum vilja stjörnufræðingar yfirfara himinhvolfið með reglulegum hætti. Helst einu sinni á ári, jafnvel mánaðarlega eða tvisvar í viku. Það er að minnsta kosti metnaðarfullt markmið Large Synoptic Survey sjónaukans (LSST), sem reistur verður á Cerro Pachón í Chile. Þessi öflugi sjónauki hefur 8,4 metra breiðan spegil, sjónsvið á við fimmtíu full tungl og þriggja gígapixla myndavél sem tekur 15 sekúndna ljósmyndir samfleytt af himninum. Þegar smíð hans er lokið árið 2015 opnast nýr gluggi út í alheiminn.

LSST fullnægir sannarlega draumum stjörnufræðinga þar sem hann ljósmyndar næstum allt himinhvolfið á þriggja nátta fresti. Vænst er til þess að LSST safni þrjátíu þúsund gígabætum (30 terabæt) af gögnum á einni nóttu – hrikalegt gagnamagn sem verður unnið, greint og flokkað í rauntíma þökk sé samstarfi við tölvurisann Google. Niðurstöðurnar verða öllum aðgengilegar svo eftir örfá ár mun hver sem er geta siglt til stjarnanna og kannað alheiminn í tölvunni heima.

Við lifum svo sannarlega á gullöld stjörnufræðinnar.

5. Sjónaukinn og lofthjúpurinn

Um aldir stunduðu stjörnufræðingar rannsóknir sínar þar sem þeir bjuggu. Á seinni hluta 17. aldar benti Ísak Newton á að háir fjallstindar gætu verið hentugri staðir til stjörnuathugana þar sem loftið þar væri kyrrara og tærara. Andrúmsloftið dregur verulega úr gæðum stjörnuathugana enda er það á sífelldri hreyfingu. Þar að auki gleypir það í sig ljós af ýmsu tagi og dreifir öðru. Andrúmsloftið er versti óvinur stjörnufræðinga.

Stjörnufræðingar geta að hluta til dregið úr áhrifum veðurs, ljósmengunar og ókyrrðar í lofthjúpnum með því að vanda valið á heppilegum stöðum undir rannsóknastöðvar sínar. Staðirnir verða að vera þurrir og heiðskírir, helst eins hátt yfir sjávarmáli og kostur er, myrkrið framúrskarandi og ljósmengun engin. Þetta staðfesti ítalsk-skoski stjörnufræðingurinn Charles Piazzi Smyth fyrstur manna þegar hann heimsótti Tenerife á Kanaríeyjum í brúðkaupsferð sinni og gerði stjörnuathuganir þar árið 1856.

5.1. Ljósmengun

Sjá nánar: Góð útilýsing

Með ljósmengun (e. light pollution) er átt við þau áhrif á umhverfið sem hlýst af mikilli og óhóflegri lýsingu í næturmyrkri. Þessi áhrif felast öðru fremur í því að menn sjá stjörnuhimininn illa þegar þeir eru staddir inni í stórborgum nútímans eða annars staðar þar sem ljósmengunar gætir. Þetta truflar bæði stjörnufræðinga við störf sín og einnig almenna borgara sem vilja njóta þeirrar náttúrufegurðar sem næturhiminninn hefur að bjóða. Auk þess er þetta sóun á orku og peningum.

Ljósmengun fækkar bæði verulega þeim stjörnum sem sjást með berum augum og eins verða hinar til muna daufari en ella. Allir sem búa í borgum en hafa jafnframt virt himininn fyrir sér úti á víðavangi, fjarri þéttbýli eða öðrum uppsprettum ljósmengunar, munu kannast við að slíkt er eins og opinberun miðað við þá daufu mynd sem borgarbúinn verður að láta sér nægja heima hjá sér.

Víða í heiminum er ljósmengun orðið mikið vandamál, sbr. myndina hér að ofan, enda virðast menn víðast hvar enn ekki sjá neina ástæðu til þess að draga úr lýsingu og spara sér þannig háar fjárhæðir.

Gleymum því ekki að næturhimininn er eitt af mestu undrum náttúrunnar. Næturhiminninn hefur verið uppspretta fegurðar og fróðleiks allt frá því að menn urðu til. Því miður njóta hans færri en skyldi, en allir heillast af honum þegar hann sést ómengaður í öllu sínu veldi.

Jörðin að nóttu til. Ljósin eru vissulega falleg en þau eru um leið einn helsti óvinur stjörnufræðinga.

5.2. Aðlögunarsjóntækni

Sjá nánar: Aðlögunarsjóntækni

Allir sem einhvern tímann hafa horft upp í stjörnubjartan himin sjá að stjörnurnar tindra. Þær tindra vegna þess að ljósið frá þeim bjagast af völdum sömu ókyrrðar og flugfarþegar kannast alltof vel við þegar það berst í gegnum andrúmsloftið. Bjögunin takmarkar greinigæði sjónauka verulega, jafnvel á bestu stjörnuathugunarstöðum heims. Alheimurinn er óskýr frá jörðu séð.

En stjörnufræðingar eiga ás upp í erminni.

Á Cerro Paranal, í 2500 metra hæð í Andesfjöllunum í Chile — í eyðimörk sem minnir einna helst á Mars — eru fjórir evrópskir risasjónaukar staðsettir. Sjónaukarnir eru á draumastað stjörnufræðinga í Atacamaeyðimörkinni, þurrasta stað jarðar þar sem ský eru sjaldséð fyrirbæri.

Þegar sólin sest hellist myrkrið yfir Cerro Paranal og vetrarbrautarslæðan birtist í öllu sínu veldi. Alheimurinn er í seilingarfjarlægð. Risasjónaukarnir opnast og ljós frá fjarlægum sólum fellur á spegla VLT sjónaukana. Nýjar uppgötvanir eiga sér stað.

Stundum er leysigeisla skotið upp í næturhiminninn. Þar býr hann til gervistjörnu hátt í lofthjúpnum. Nákvæmir nemar mæla hversu mikið leysigeislinn eða gervistjarnan aflagast vegna ókyrrðar andrúmsloftsins. Öflugar tölvur reikna út hve mikil ókyrrðin er og hreyfiliðir undir 8,2 metra breiðum speglum leiðrétta ókyrrðina. Þessi tækni kallast aðlögunarsjóntækni og er helsta töfrabragð stjarnvísinda nútímans.

Aðlögunarsjóntækni er ein mikilvægasta tækniþróunin í stjarnvísindum á síðustu árum og er raunar ómissandi fyrir stærstu sjónauka jarðar. Án aðlögunarsjóntækninnar væri lítið vit í að reisa risasjónauka. Án hennar sæjum við alheiminn í móðu. Með henni er mynd okkar af alheiminum kristaltær.

Vegna áhrifa andrúmsloftsins er ekki hægt að hugsa sér betri stað fyrir stjörnuathuganir en himingeiminn sjálfan. Hátt yfir lofthjúpi jarðar er engin ókyrrð sem truflað getur athuganirnar svo ljósmyndir geimsjónauka af fjarlægum stjörnum og vetrarbrautum eru hnífskarpar. Þar fyrir utan geta geimsjónauka starfað allan sólarhringinn og eru óbundnir af staðsetningu sinni. Athuganir í geimnum gera okkur kleift að rannsaka allar tegundir rafsegulgeislunar sem lofthjúpur jarðar drægi annars í sig. Það skyldi engan undra að geimsjónaukar á borð við Hubble, Spitzer, Chandra og WMAP hafa bylt sýn okkar á alheiminn.

Stórfenglegur næturhiminn yfir Paranal þann 21. júní 2007. Tveir af fjórum 8,2 metra breiðum VLT sjónaukum Stjörnustöðvar Evrópu á Suðurhveli fyrir framan stjörnur og rykský Vetrarbrautarinnar. Rétt fyrir ofan Yepun, sjónaukann þaðan sem leysigeislinn berst, er Stóra Magellanskýið, lítil fylgivetrarbraut sem Vetrarbrautin okkar er um það bil að gleypa í sig. Mynd: Yuri Beletsky/ESO

6. Staðsetning sjónauka

1,5 metra breiður sjónauki undir hvolfþaki á Cerro Tololo í 2200 metra hæð í Chile, um 80 km austan við strandbæinn La Serena. Eins og sjá má stíga fjöllin upp úr skýjahafinu. Hér er heiðskírt í yfir 300 daga á ári. Mynd: Sævar Helgi Bragason

Á jörðu niðri geta sjónaukar rannsakað útvarpsbylgjur og sýnilegt ljós sem berst óhindrað í gegnum lofthjúp jarðar. Flestir sjónaukar eru innandyra, undir stórum rafstýrðum hvolfþökum sem ver viðkvæma spegla og hárnákvæm mælitæki fyrir náttúruöflunum. Hvolfþökin opnast yfirleitt aðeins að litlu leyti á næturnar, þegar stjörnuathuganir eru gerðar, og eru lokaðar á daginn þegar sjónaukinn er ekki í notkun.

Aðstæður til rannsókna í stjarnvísindum eru æði mismunandi út um allan heim. Þess vegna er mjög vandað til valsins á staðsetningu sjónaukans. Sjónaukinn þarf að vera á hálendum og þurrum stað, langt frá allri ljósmengun og öðrum hugsanlegum truflunum Ýmsir þættir hafa áhrif á staðarákvörðunina:

1. Aðstæður í lofthjúpi: Fjöldi heiðskírra nótta, aðstæður til rannsókna í innrauðu ljósi (hæð, hitastig, rakastig o.þ.h.), stjörnuskyggni, ókyrrð í lofti og þess háttar.

2. Hagnýtir þættir: Stjörnustöðvar mun þurfa oft mikla raforku - er næga raforku að fá skammt frá? Hvaðan mun vatnið koma? Hvar mun starfsfólkið búa og starfa?

Á hálendum svæðum er lofthjúpurinn þynnri og þannig er unnt að draga eins mikið og kostur er úr áhrifum ókyrrðar í lofthjúpnum. Því minni sem ókyrrðin í lofthjúpnum er, því betra er stjörnuskyggnið. Þeir staðir sem mæta þessum skilyrðum eru víða um heim, t.d. Mauna Kea á Hawaii, La Palma á Kanaríeyjum, Atacamaeyðimörkin í Chile, Kitt Peak í Bandaríkjunum og Siding Spring í Ástralíu, svo nokkrir þekktir staðir séu nefndir.

Það er ekki ofsögum sagt að Chile sé fyrirheitna land stjarnvísindamanna. Háþrýstisvæði situr sem fastast nánast allt árið yfir hálendinu sem veldur því að rakt loft frá Kyrrahafslægðum festist við strandlengjuna og nær aldrei upp í fjöllin. Við strandbæi eins og La Serena og Antofagasta – sem eru skammt frá stjörnustöðvunum Cerro Tololo og Cerro Paranal – er loftið rakt og þykk skýjaslæða liggur yfir bæjunum stóran hluta ársins. Á sama tíma skín sólin skært á heiðum himni örfáum kílómetrum innar í landinu. Það búa því veðurfars- og landfræðilegar ástæður á bak við einn heiðskírasta himinn í heimi.

Þegar þessir þættir eru hafðir í huga skal engan undra þegar stjörnufræðingar renna hýru auga til Chile í von um að reisa þar stjörnustöðvar. Landið er mjög hálent og ná hæstu tindar ríflega 7000 metra hæð. Flestar stjörnustöðvarnar eru því yfir mesta loftmassanum og raka lofthjúpsins. Í Chile eru stjörnustöðvar á sex stöðum mum landið: Á Cerro Tololo, Cerro Pachón, La Silla, Las Campanas, Cerro Paranal og Llano de Chajnantor, talið frá norðri til suðurs. ESO sér um rekstur nánast allra stöðvana, að Las Campanas undanskildri er heyrir undir Carnegie-stofnunina í Washington D.C.

Very Large Telescope ESO á Cerro Paranal í Chile. Sjónaukarnir eru í 2600 metra hæð yfir sjávarmáli í Atacamaeyðimörkinni í Chile, á einum besta stað jarðar til stjörnuathugana. Sjónaukarnir fjórir eru hver um sig 8,2 metrar í þvermál.

7. Hubblessjónaukinn

Sjá nánar: Hubblessjónaukinn

Geimfarar þjónusta Hubble. Í desember 1999 fóru geimfarar í þjónustuferð til Hubble þar sem skipt var um snúða, tölvu og nokkur önnur tæki. Þessi dramatíska mynd sýnir jörðina okkar bakvið Hubblessjónaukann og geimfarana Steven Smith og John Grunsfeld.

Hubble geimsjónauki NASA og ESA er langþekktasti sjónauki sögunnar. Og skal engan undra. Hubblessjónaukinn hefur bylt nánast öllum sviðum stjarnvísinda. Spegill Hubblessjónaukans er heldur lítill á nútímamælikvarða, aðeins um 2,4 metrar í þvermál, en staðsetning hans er einstök.

Handan við þokukenndan lofthjúpinn hefur Hubble óvenju skarpa sýn á alheiminn. Auk þess getur Hubblessjónaukinn séð útfjólublátt og innrautt ljós. Sjónaukar á jörðu niðri geta ekki séð þessa geislun þar sem andrúmsloftið gleypir hana í sig og skyggir á hana. Myndavélar og litrófsmælar, sumir á stærð við símaklefa, rannsaka í þaula og skrásetja ljós frá fjarlægum lendum alheimsins.

Líkt og sjónaukar á jörðu niðri er Hubblessjónaukinn uppfærður. Frá því hann var sendur á braut um jörðina í apríl árið 1990 hafa geimfarar af og til þjónustað hann í geimgöngum. Laskaðir hlutar eru endurnýjaðir og eldri tæki eru leyst af hólmi með nýrri og nútímalegri tækni. Fljótlega eftir geimskot sáu stjörnufræðingar skelfingu lostnir að spegill sjónaukans var gallaður. Myndir Hubbles voru ekki næstum eins skýrar og skarpar og vonir stóðu til. Í fyrstu þjónustuferðinni í desember 1993 komu geimfarar fyrir leiðréttingarbúnaði í sjónaukanum sem leysti vandamálið. Upp frá því hefur Hubblessjónaukinn orðið aflstöð stjörnuathugana og gjörbreytt skilningi okkar á alheiminum.

Með haukfránni sjón hefur Hubblessjónaukinn fylgst með árstíðaskiptum á Mars, árekstri halastjörnu við Júpíter, hringum Satúrnusar á rönd og jafnvel kortlagt yfirborð dvergreikistjörnunnar Plútó. Hann hefur afhjúpað æviferil stjarna, frá fæðingu þeirra og bernsku í fóstri rykmettaðra gasskýja, allt til endaloka þeirra, sem fíngerðra þoka, sem þenjast hægt út í geiminn frá deyjandi stjörnum eða sem ógurlegra sprengistjarna sem skína jafnvel skærar en vetrarbrautir. Djúpt í Sverðþoku Óríons sá Hubblessjónaukinn meira að segja fæðingarstað nýrra sólkerfa: rykskífur umhverfis nýfæddar sólstjörnur sem gætu brátt safnast saman í reikistjörnur. Hubble hefur rannsakað þúsundir sólstjarna í gríðarstórum kúluþyrpingum, elstu stjörnueiningum alheims. 

Að ógleymdum vetrarbrautunum. Aldei áður hafa stjörnufræðingar séð svo mörg smáatriði í vetrarbrautum. Mikilfenglegir þyrilarmar, rykský, ofsafengnir árekstrar. Með löngum lýsingartíma á auðum svæðum himinhvelfingarinnar komu í ljós þúsundir daufra vetrarbrauta milljarða ljósára í burtu. Ljóseindir sem lögðu af stað þegar alheimurinn var enn mjög ungur.

Hubblessjónaukinn er gluggi inn í fjarlæga fortíð, sem varpar nýju ljósi á alheim í sífelldri þróun.

8. Víxlmælingar

Í kringum 1950 þróuðu útvarpsstjörnufræðingar snjalla tækni til að auka greinigæði sjónaukanna: Svokallaðar víxlmælingar (interferometry). Víxlmælingar eru annað töfrabragð stjarnvísindamanna. Hugmyndin er sú að beina ljósi frá að minnsta kosti tveimur aðskildum sjónaukum - sem rannsaka sama fyrirbæri á sama tíma - og safna því saman í einn punkt þar sem ljósið blandast saman eða víxlast. Ef þetta er gert með nógu mikilli nákvæmni verður útkoman sú að sjónaukarnir tveir virka eins og þeir væri hlutar af einum risastórum sjónauka sem væri jafn breiður og fjarlægðin á milli þeirra. Í raun og veru gefur víxlmæling sjónaukanum arnarsjón. Hún veldur því að litlir sjónaukar geta greint smáatriði sem mundu einungis sjást í miklu stærri sjónauka.

Í mörg ár hafa víxlmælingar verið aðalsmerki útvarpsstjörnufræðinga enda auðveldari á lengri bylgjulengdum en stuttum. Einn frægasti víxlmælirinn er VLA útvarpssjónaukaröðin (Very Large Array) í Nýju-Mexíkó. Margir kannast við þessa sjónauka enda margoft komið fram í kvikmyndum. Þessi risaröð samanstendur af 27 færanlegum útvarpssjónaukum sem saman geta myndað einn 130 metra breiðan sjónauka. Greinigetan er líka ótrúleg: Þegar bilið milli sjónaukanna er mest hafa þeir sömu greinigetu og 40 km breiður sjónauki!

Mun stærri víxlmælar eru þegar í smíðum.

Við verklok árið 2014 verður ALMA sjónaukaröðin stærsta og hæsta stjörnuathugunarstöð sem reist hefur verið. Sjónaukarnir verða notaðir sem víxlmælar.

Á Llano de Chajnantor í Atacamaeyðimörkinni í Chile er verið að reisa sannkallaða risaröð útvarpssjónauka, ALMA: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Sjónaukarnir eru á einum þurrasta stað veraldar, í fimm kílómetra hæð yfir sjávarmáli. Svo hátt uppi er nánast ekkert sem truflað getur rannsóknir stjörnufræðinga. Á þessum stað verða reistir 64 útvarpssjónaukar, sem hver um sig vegur 100 tonn, og munu virka sem einn. Risaflutningabílar munu dreifa þeim um svæði á stærð við Lundúni til þess að auka greinigæðin sem mest. Við verklok 2014 verður ALMA stærsta og hæsta stjörnuathugunarstöð sem reist hefur verið.

Keck tvíburasjónaukarnir á Mauna Kea eru reglulega samtengdir með þessum hætti. Bilið milli speglanna í Keck I og II er 85 metrar svo þegar sjónaukunum er breytt í víxlmæla fæst upplausn sem jafngildir einum 85 metra breiðum sjónauka. Svo stór sjónauki ætti fræðilega séð að hafa 0,005 bogasekúndna greinigæði. Hefðir þú svona góð augu gætir þú lesið neðstu línuna í augnprófi úr 36 km fjarlægð!

Í evrópsku VLT sjónaukunum í Chile er hægt að tengja alla fjóra sjónaukana saman, auk nokkurra smærri í kring sem geta slegist í hópinn og skerpt myndina enn frekar. Saman mynda þeir einn 200 metra breiðan sjónauka með 0,002 bogasekúndna greinigæði!

Fleiri stóra sjónauka er að finna um heim allan. Subaru og Gemini-norður á Mauna Kea. Gemini-suður og Magellan sjónaukarnir í Chile. Stóri tvíspeglasjónaukinn í Arizona. Allir eru þeir byggðir á bestu stöðum sem hægt er að finna. Augu þeirra eru á stærð við sundlaugar. Allir eru þeir útbúnir aðlögunarsjóntækni til þess að vinna gegn truflandi áhrifum lofthjúpsins. Stundum ná þeir upplausn á við risavaxinn sjónauka þökk sé víxlmælingum.

9. Næmni sjónauka

9.1. Útvarpssjónaukar

Square Kilometer Array verður sannkallaður risaútvarpssjónauki. Í heild verður hann á stærð við Ísland.

Á fjórða áratug tuttugustu aldar uppgötvaði bandaríski eðlisfræðingurinn Karl Jansky fyrir slysni að útvarpsbylgjur berast utan úr himingeimnum. Hluti útvarpsbylgnanna hefur sömu tíðni og uppáhalds útvarpsstöðin þín, en þær eru daufar og að sjálfsögðu er þar ekkert að heyra annað en snark og suð. Til þess að geta stillt sig inn á útvarpsbylgjur utan úr geimnum þarftu einhvers konar móttakara: Útvarpssjónauka.

Fyrir flestar bylgjulengdir er útvarpssjónaukinn disklaga, svipað og spegillinn í venjulegum spegilsjónauka. En vegna þess að útvarpsbylgjur eru miklu lengri en bylgjur sýnilegs ljóss þarf yfirborð disksins ekki að vera jafnslétt og yfirborð spegils. Þetta er ástæðan fyrir því að það er miklu auðveldara að smíða stóran útvarpssjónauka en stóran sjónauka fyrir venjulegt ljós. Með hjálp útvarpsbylgna höfum við lært fjölmargt um sprengistjörnur, dulstirni, tifstjörnur og gasský milli stjarna svo fátt eitt sé nefnt.  

En hvers vegna þurfa útvarpssjónaukar að vera svona stórir? Greinigæði sjónauka eru háð stærð hans og bylgjulengd þeirrar geislunar sem hann safnar. Því fleiri bylgjulengdir ljóss sem falla á linsu eða spegil sjónaukans, því betri er upplausnin. Útvarpsbylgjur eru venjulega 100.000 sinnum lengri en sýnilegar ljósbylgjur. Ætti útvarpssjónauki að ná sömu greinigæðum og Hubblessjónaukinn, sem er aðeins 2,4 metrar í þvermál, þyrfti hann að vera um 240 km í þvermál.

Verið er að smíða risaútvarpssjónauka og fleiri eru á teikniborðinu. Í Hollandi er Low Frequency Array, eða LOFAR, í smíðum. Ljósleiðarar munu tengja 30.000 loftnet við miðlæga ofurtölvu. Þessi frumlega hönnun verður án nokkurra hreyfanlegra hluta en mun geta horft í átta mismunandi stefnur samtímis.

LOFAR tæknin er fyrirmyndin að Square Kilometer Array, sem er efst á óskalista útvarpsstjörnufræðinga. Þessi alþjóðlega sjónaukastæða verður reist í Ástralíu eða Suður-Afríku. Stórir loftnetsdiskar og smágerð móttökutæki verða tengd saman til að kalla fram mynd af útvarpshimninum með ótrúlegri nákvæmni. Og með safnsvæði stærri en einn ferkílómetri verður Square Kilometer Array langnæmasta útvarpstæki sem hefur nokkurn tímann verið smíðað. Vetrarbrautir í þróun, kröftug dulstirni, tifandi tifstjörnur. Engin uppspretta útvarpsbylgna verður óhult fyrir vökulum augum Square Kilometer Array. Sjónaukinn mun jafnvel leita að mögulegum útvarpsmerkjum frá siðmenningu utan jarðar.

9.2. Innrauðir sjónaukar

Spitzer geimsjónaukinn var stærsti innrauði geimsjónaukinn þar til Herschel geimsjónaukanum var skotið út á loft árið 2009. Spegill Spitzers er aðeins 85 cm breiður og inniheldur þrjú mælitæki sem er haldið köldum með 360 lítrum af fljótandi helíum. Þetta gerir Spitzer kleyft að rannsaka alheiminn á 3 til 180 míkrómetra bylgjulengdum. Mynd: NASA/JPL-Caltech

Lofthjúpur jarðar bjagar ekki aðeins ljós frá fyrirbærum alheims, heldur dregur hann ljós í sig og kemur í veg fyrir að það berist til jarðar. Vatnsgufa í lofthjúpum gleypir að mestu leyti í sig innrauða geislun. Ef rannsaka á innrautt ljós er nauðsynlegt að reisa stjörnusjónaukana á stöðum þar sem loftið er sérstaklega þurrt. Staðurinn verður líka að vera mjög hálendur svo unnt sé að komast upp fyrir stærstan hluta vatnsgufunnar í lofthjúpnum. Staðir á borð við Mauna Kea á Hawaii og Atacamaeyðimörkin í Chile eru kjörnir fyrir slíkar rannsóknir.

En þótt þessir staðir séu allt að 5000 metra yfir sjávarmál truflar lofthjúpurinn þrátt fyrir allt athuganir á innrauðu ljósi. Eina lausnin er að senda sjónaukana upp fyrir loftmassann og út í geiminn. 

Hubblessjónaukinn er ekki eini geimsjónaukinn eins og margir halda. Í ágúst 2003 skaut NASA á loft Spitzer geimsjónaukanum. Á vissan hátt er hann jafngildur Hubblessjónaukanum á innrauða sviðinu. Spegill Spitzer er aðeins 85 sentímetrar í þvermál. Sjónaukinn er í vari bak við hitaskjöld sem hlífir honum fyrir heitum geislum sólar. Skynjarar hans eru faldir í loftþéttu hólfi fylltu af helíumvökva. Þar eru þeir kældir niður í örfáar gráður yfir alkuli. Það gerir þá ofurnæma.

Spitzer hefur svipt hulunni af rykugum heimi. Dökk, ógegnsæ rykský glóa í innrauðu ljósi þegar þau hitna innan frá. Á öðrum bylgjulengdum innrauðs ljóss getur Spitzer séð í gegnum rykský og afhjúpað stjörnurnar inni í þeim, faldar í myrkum kjörnum skýjanna. Loks hafa litrófsmælar geimsjónaukans rannsakað andrúmsloft fjarreikistjarna – gasrisa eins og Júpíters sem geysast umhverfis móðurstjörnur sínar á örfáum dögum.

Í maí árið 2009 skaut Geimstofnun Evrópu (ESA) á loft nýjan innrauðan geimsjónauka, Herschel sjónaukann. Herschel geimsjónaukinn er sá stærsti sem sendur hefur verið út í geiminn hingað til og verður það þar til James Webb geimsjónaukanum verður skotið á loft árið 2015. Safnspegillinn er hvorki meira né minna en 3,5 metrar í þvermál, talsvert stærri en Hubblessjónaukinn. 

Hvaða innrauðu undur alheimsins skyldi Herschel leiða í ljós á næstu árum?

9.3. Útfjólubláir sjónaukar

GALEX geimsjónaukinn safnar útfjólubláu ljósi frá fjarlægum vetrarbrautum. Upplýsingarnar hjálpa stjörnufræðingum að skila hvernig þær þróast og breytast.

Stjörnufræðingar hafa mikinn áhuga á útfjólubláu ljósi. Útfjólublátt ljós er nefnilega miklu orkuríkara en sýnilegt ljós. Það berst aðeins frá mjög heitum sólstjörnum, jónuðum gasskýjum milli stjarnanna og kórónu sólar, svo nokkur dæmi séu nefnd. Litróf útfjólublás sólarljóss sem endurvarpast af reikistjörnu geymir líka upplýsingar um efnainnihald lofthjúps reikistjörnunnar.

Útfjólubláir sjónaukar byggja á sömu tækni og hefðbundnir stjörnusjónaukar. Speglar endurvarpa útjólubláa ljósinu í mælitækin. Speglarnir verða aftur á móti að vera enn betur slípaðir en í venjulegum sjónaukum því bylgjulengd útfjólublás ljóss er miklu styttri. Óhreinindi á speglum og linsum eru sjóntækjunum mjög skaðleg. Því er lagt kapp á að þau séu alltaf tandurhrein.

Lofthjúpur jarðar dregur í sig yfir 98% þess útfjólubláa ljóss sem berst til jarðar utan úr geimnum. Það er því mjög erfitt að rannsaka alheiminn í þessum hluta rafsegulrófsins og reiða stjörnufræðingar sig á loftbelgi, gervitungl og geimsjónauka. Um borð í Hubblessjónaukanum eru mælitæki fyrir útfjólubláar rannsóknir - bæði myndavélar og litrófsmælar.

Mælinemar sem hugsaðir eru til rannsókna á sýnilegu ljósi glata að miklu leyti næmninni á styttri bylgjulengdir útfjólublás ljóss. Næmustu útfjólubláu sjónaukarnir eru því sérhannaðir til að rannsaka þessa tegund geislunar. Útfjólublái neminn um borð í Galaxy Evolution Explorer geimsjónaukanum, eða GALEX, skrásetur staðsetningu og komutíma hverrar einustu útfjólubláu ljóseindar sem berst. Síðar er hugbúnaður notaður til að setja ljósmyndir saman út frá þessum gögnum. Myndirnar eru þannig ekki útbúnar um leið eins og algengast er. 

GALEX hefur einstaklega næm mælitæki enda ætlað að rannsaka fjarlæg og dauf fyrirbæri. Aðrir sjónaukar eins og Solar and Heliospheric Observatory, eða SOHO, er ekki eins næmur, enda hugsaður til rannsókna á björtustu uppsprettu útfjólublás ljóss á himninum: sólinni.

9.4. Röntgen- og gammageislasjónaukar

Röntgengeimsjónaukinn Chandra rannsakar heitustu og orkuríkustu staði alheims.

Geimsjónaukar sem skoða röntgengeisla afhjúpa hinn heita, orkuríka og hamslausa heim vetrarbrautaþyrpinga, svarthola, sprengistjarna og vetrarbrautaárekstra. Það er þó erfitt að smíða þá. Orkurík geislun smígur beint í gegnum venjulega spegla. Röntgengeislum er aðeins hægt að safna með uppröðuðum spegilskeljum úr skíragulli.

Röntgenstjörnufræði tók stórt stökk fram á við árið 1999 þegar NASA sendi Chandra sjónaukann út í geiminn. Sjónaukinn er nefndur eftir indversk-bandaríska stjarneðlisfræðingnum Subrahmanyan Chandrasekhar.

Sama ár sendi ESA XMM-Newton sjónaukann út í geiminn. XMM-Newton (stendur fyrir X-ray Multi-mirror Mission) er í raun þrír röntgensjónaukar sem stara allir í sömu átt. Samanlögð ljóssöfnunargeta þeirra er fimm sinnum meiri en Chandra sem gerir XMM-Newton kleyft að sjá daufari fyrirbæri. XMM-Newton hefur aftur á móti minni greinigetu en Chandra þar sem speglarnir eru viljandi ekki slípaðir jafn nákvæmlega.

Gammageislar eru svo rannsakaðir með nýtísku opmyndavélum eða stöflum af sindurnemum sem gefa frá sér örstutta ljósblossa þegar gammageisli fellur á þá.

Á tíunda áratugnum starfrækti NASA Compton gammageislagervitunglið. Á þeim tíma var það stærsta og umfangsmesta vísindagervitungl sem hafði nokkurn tíma verið skotið út í geiminn. Fullbúin rannsóknarstofa í eðlisfræði úti í geimnum. Árið 2008 var Compton skipt út fyrir GLAST: Stóra gammageislasjónaukann sem í dag nefnist Fermi sjónaukinn. Hann rannsakar allt á háorkusviði heimsins, frá hulduefni til tifstjarna.

10. Sjónaukar framtíðarinnar

Við erum komin vel á veg frá fyrstu sjónaukum Hans Lipperhey fyrir fjögur hundruð árum. En það besta er handan við hornið.

Í Arizona hefur fyrsti spegillinn verið smíðaður fyrir Stóra Magellan sjónaukann. Þetta gríðarstóra tæki verður reist í Las Campanas stjörnustöðinni í Chile þar sem tveir 6,5 metra Magellan sjónaukarnir eru þegar til staðar. GMT hefur hvorki fleiri né færri en sjö spegla sem hver um sig er vel yfir átta metrar í þvermál. Speglunum verður raðað upp eins og krónublöðum á blómi. Saman munu þeir safna jafnmiklu ljósi og 21,5 metra sjónauki með sömu greinigæði og 24,5 metra sjónauki. Áætlað er að smíði hans ljúki árið 2016.

Þrjátíu metra Kaliforníusjónaukinn, sem ráðgert er að smíða árið 2015 er líkari tröllvaxinni útgáfu af Kecksjónaukunum. Næstum fimm hundruð stakra parta mynda gríðarstóran spegil jafnháan og sex hæða íbúðahús. Þetta mun gera honum kleyft að safna tífalt meira ljósi en Keck og sjá þrisvar sinnum fínni smáatriði. Aukaspegillinn er 3,5 metrar í þvermál – stærri en Hooker sjónaukinn á Wilson fjalli – útbúinn aðlögunarsjóntækni til að vega upp á móti ókyrrð lofthjúpsins. 

Tölvuteikning af hinum 39,3 metra breiða European Extremely Large Telescope sem ESO hyggst taka í notkun í kringum árið 2017. Mynd: Swinburne Astronomy Productions/ESO

Í Evrópu eru teikningar tillbúnar fyrir hinn evrópska Extremely Large Telescope sem verður 39,3 metra breiður, álíka stór og ólympíusundlag. Ógjörningur er að útbúa svo stóran spegil í heilu lagi. Þess í stað mynda hundruð lítilla spegilskelja saman einn risaspegil. Sjónaukinn hefur tvöfalt stærra yfirborðsflatarmál en Þrjátíu metras sjónaukinn. Byltingarkennd hönnun hans byggir á fimm speglum og næstu kynslóð aðlögunarsjóntækni. E-ELT ætti að hefja störf upp úr 2010, á Cerro Armazones, skammt frá Paranal-stjörnustöðinni í norður Chile.

Þessi ferlíki framtíðarinnar verða fyrst og fremst hugsaðir til rannsókna á innrauða sviðinu, útbúin næmum myndavélum, litrófsmælum og aðlögunarsjóntækni. Þau munu afhjúpa allra fyrstu kynslóðir vetrarbrauta og stjarna í alheiminum. Ef til vill munu þau ná fyrstu myndunum af jarðlíkri reikistjörnu í fjarlægu sólkerfi.

Einn daginn gæti sjónaukinn svarað einni mikilvægustu spurningu mannsandans: Erum við ein í alheiminum? Við vitum um önnur sólkerfi þarna úti og okkur leikur grunur á að til séu fjarreikistjörnur eins og jörðin sem hafa fljótandi vatn. En er líf þarna út? Það er erfitt að ímynda sér að reikistjarnan okkar sé eini staðurinn í öllum alheiminum þar sem víxlverkun vatns og lífrænna sameinda - sem til eru í miklu magni í geimnum - hafi leitt til þróunar lífs. Við vitum það ekki fyrir víst.

Víxlmælar framtíðarinnar gætu veitt okkur svör við þessum spurningum. Á teikniborði NASA er verkefni sem kallast Terrestrial Planet Finder og í Evrópu leggja vísindamenn gjörva hönd á plóginn með Darwin sjónaukastæðunni. Fjórir risageimsjónaukar á braut um sólina í uppstillingu. Leysigeislar stjórna fjarlægðinni á milli þeirra með nanómetra nákvæmni. Saman hafa þeir næga greinigetu til að sjá jarðlíka reikistjörnu í kringum aðrar sólstjörnur. Því næst munu stjörnufræðingar rannsaka ljósið sem endurkastast af reikistjörnunni og ber fingraför lofthjúps reikistjörnunnar. Hver veit, eftir aðeins 15 ár gætum við þefað af lofthjúpi annarar jarðar! Fundið vegvísa lífsins, súrefni, metan og óson á fjarlægri reikistjörnu. Uppgötvun á örverum annars staðar í geimnum myndi að lokum sýna og sanna að við erum ekki ein í alheiminum. Það yrði eflaust stærsta og áhrifaríkasta uppgötvun allra tíma.

11. Stjörnuáhugafólk

Alheimurinn er uppfullur af heillandi ráðgátum. Himinninn hættir aldrei að hrífa okkur. Engin furða þótt þúsundir stjörnuáhugamanna um heim allan fari út á hverri heiðskírri nóttu til að dást að alheiminum. Þeir horfa til tunglsins og reikistjarnanna, fylgjast með breytistjörnum, uppgötva halastjörnur, smástirni og sprengistjörnur og líta á fjarlægar þokur og vetrarbrautir. Kannski er einhver að horfa á okkur? Sjónaukar þeirra eru miklu betri en tækin sem Galíleó notaði fyrir fjögur hundruð árum. Stafrænar ljósmyndir þeirra jafnast fyllilega á við það besta sem atvinnumenn tóku fyrir aðeins örfáum árum.

Oft er sagt að stjörnufræði sé aðgengilegasta vísindagreinin. Stjörnuáhugamenn geta lagt heilmikið af mörkum til vísindagreinarinnar með sáralitlum tilkostnaði. Það er ekki vegna þess að þeir eigi svo stóra sjónauka, heldur vegna þess að þeir hafa miklu meiri tíma. Stórar stjörnustöðvar eru fáar og eru bókaðar langt fram í tímann og geta aðeins skoðað eitt fyrirbæri í einu. En meðalstórir stjörnusjónaukar eru fjölmargir og þökk sé tölvubúnaði og sífellt ódýrari myndavélum geta stjörnuáhugamenn lagt til dýrmæt gögn um smástirni, þvergöngur fjarreikistjarna og jafnvel gammablossa sem eru fjarlægustu og orkuríkustu sprengingar alheims. Stundum hafa stjörnuáhugamenn meira að segja lagt nógu mikið af mörkum til þess að vera meðhöfundar að fræðigreinum.

Þú getur líka slegist í hópinn. Horfðu til himins.

12. Listi yfir nokkra sjónauka á jörðu niðri

Nafn	Ljósop	Tegund	Stofnanir	Staðsetning	Tekinn í notkun
Yerkes	1,0 metri	Linsusjónauki	Chicagoháskóli	Yerkes-stjörnustöðin í Wisonsin í Bandaríkjunum	1897
Hooker	2,54 metrar	Spegilsjónauki	Stjörnustöðin á Wilsonfjalli	Stjörnustöðin á Wilsonfjalli	1917
Norræni stjörnusjónaukinn	2,66 metrar	Spegilsjónauki (Ritchey-Chrétien)	Danmörk, Svíþjóð, Ísland, Noregur og Finnland	La Palma á Kanaríeyjum	1988
Sloan Digital Sky Survey	2,5 metrar	Spegilsjónauki		Nýja-Mexíkó	2000
Very Large Telescope	8,2 metrar	Spegilsjónauki (4 x 8,2 metra speglar)	ESO	Paranal-stjörnustöðin	1998-2001
VISTA	4,1 metrar	Spegilsjónauki	ESO	Paranal-stjörnustöðin	2009
APEX	12 metrar	Útvarpssjónauki	ESO	Llano de Chajnantor
ALMA	-	Útvarpssjónaukaröð	ESO / NRAO / NAOJ	Llano de Chajnantor	2012
Large Synoptic Survey Telescope	8,4 metrar	Spegilsjónauki	Ýmsar	El Peñón í Chile	2015
European Extremely Large Telescope	39,3 metrar	Spegilsjónauki	ESO	Cerro Armazones	2017
Thirty Meter Telescope	30 metrar	Spegilsjónauki (Ritchey-Chrétien)	Ýmsir	Óákveðið	2017
Giant Magellan Telescope	25,4 metrar	Spegilsjónauki (7 x 8,4 metra speglar)	Carnegie	Las Campanas í Chile	2018

13. Listi yfir nokkra geimsjónauka

Nafn	Ljósop	Tegund	Bylgjulengdir	Stofnanir	Geimskot
Hubble	2,4 metrar	Ritchey-Chrétien	Sýnilegt, útfjólublátt og nær-innrautt	NASA / ESA	1990
James Webb	6,5 metrar		Innrautt	NASA / ESA / CSA	2015
Fermi			Gammageislar	NASA	2008
Chandra	1,2 metrar		Röntgen (0,1 - 10 keV)	NASA	1999
GALEX	0,5 metrar	Ritchey-Chrétien	Útfjólublátt	NASA / JPL-Caltech	2003
Swift	0,3 metrar	Ritchey-Chrétien (útfjólublátt)	Gammageislar, röntgengeislar, útfjólublátt og sýnilegt	NASA	2004
COROT	0,27 metrar		Sýnilegt	CNES / ESA	2006
Kepler	0,95 metrar		Sýnilegt	NASA	2009
Herschel	3,5 metrar	Ritchey-Chrétien	Fjar-innrautt	ESA / NASA	2009
Spitzer	0,85 metrar	Ritchey-Chrétien	Innrautt	NASA	2003
COBE		Örbylgjunemar	Örbylgjur	NASA	1989
WMAP		Örbylgjunemar	Örbylgjur	NASA	2001
Planck		Örbylgjunemar	Örbylgjur	ESA	2009
Gaia			Sýnilegt ljós	ESA	2013

Námsefni

1. Ný sýn á himininn

2. Stærðin skiptir máli
   

3. Tæknin kemur til bjargar

4. Frá silfri til kísils

5. Að sjá hið ósýnilega

6. Handan jarðar

7. Hvað kemur næst?
   

Tengt efni

• European Southern Observatory (ESO)

Heimildir

1. Bennet, Jeffrey; Donahue, Megan; Schneider, Nicholas og Voit, Mark. 2007. The Cosmic Perspective, 4th edition. Addison Wesley, San Francisco.
2. Christensen, Lars Lindberg; Fosbury, Robert; Hurt, Robert. 2009. Hidden Universe. Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Þýskalandi.
3. Christensen, Lars Lindberg og Schilling, Govert. 2009. Eyes on the Skies: 400 Years of Telescopic Discovery. Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Þýskalandi.
4. Freedman, Roger og Kaufmann, William. 2004. Universe, 8th Edition. W. H. Freeman, New York.

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2010). Sjónaukar og rannsóknir í stjarnvísindum. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/alheimurinn/rannsoknir (sótt: DAGSETNING).