Á fjallstoppinum er næturhimininn kristaltær og heimsins stærsti optíski sjónauki, Gran Telescopio Canarias (GTC) sem er einungis 10,4 metrar bætir nýjum myndum við í stjarnfræðilegt myndaalbúm mannkyns. Í þessum myndum geta vísindamenn séð hvernig alheimur umhverfis okkur er uppbyggður og þessi stóri sjónauki tekur stöðugt myndir af stjörnuþokum, sprengistjörnum og fjarlægum fjarplánetum.
Vilji vísindamenn sjá fjarlægar plánetur eða stjörnuþokur í náttúrulegu ljósi verða þeir að nota optíska sjónauka. Og því stærra sem þvermál spegilsins er, þess lengra út í alheim geta vísindamenn séð. En þessu fylgja takmarkanir því optískir sjónaukar eru dýrir. GTC kostaði næstum 20 milljarða króna og það tók meira en sjö ár að smíða hann. Næst stærsti optíski sjónaukinn af sömu gerð sem er 9,2 metrar, Southern African Large Telescope, kostaði einungis fjórðung af þeirri upphæð.
Nú hefur stjarnfræðingurinn David Kipping við Columbia University kannski fundið lausn á þessum vanda. Hann hefur komið fram með hugmynd um gjörbreyttan sjónauka, jarðarkíki, með optískri linsu sem fær jafnvel allra dýrustu og stærstu hugmyndir til að blikna: Með því að nýta hvernig ljósið sveigist í lofthjúp jarðar vill hann breyta allri jörðinni í eina stóra linsu.
Stærð sjónauka tútnar út
Frá árinu 1980 hefur kostnaðurinn við að smíða sjónauka með spegli sem er gerður úr einu stykki verið reiknaður út sem þvermálið í veldisfallinu 2,5. Fjórfaldi maður þvermál spegilsins verður kostnaðurinn 32 sinnum meiri. Það þýðir að sjónauki sem er 100 metrar í þvermál mun kosta einhverja 35 milljarða dala.
Lofthjúpurinn virkar eins og linsa
Jarðarkíkir nýtir ljósbrot í lofthjúpi jarðar til að stækka fjarlæg fyrirbæri mun betur en hefðbundnir optískir sjónaukar geta gert. Það þarf einungis skynjara sem er einn metri til að taka fram úr optískum sjónaukum á jörðu.
Fjarlægir hlutir senda frá sér ljós
Ljós frá t.d. fjarlægri stjörnu, stjörnuþoku eða fjarplánetu ferðast til jarðar á hámarkshraða sem nemur um 300.000 km/s í gegnum tómarúm geimsins. Ljósið ferðast hér nánast sem samsíða bylgjur.
Ljósbrotið virkar eins og linsa
Ljósbylgjur frá fyrirbærinu sveigjast í lofthjúpnum þar sem hraði ljóssins bremsast niður. Ljósið brotnar mörgum sinnum í lögum lofthjúpsins því að þrýstingur og hitastig er breytilegt í honum.
Skífa hindrar ljósmengun
Jarðarkíkir verður á braut um jörðu og nemar hans fanga ljósið með sama hætti og í venjulegri myndavél. Fyrir framan skynjarann er sett svokölluð kórónusjá sem hindrar ljósmengun frá jörðu þannig að það er einvörðungu ljós frá fyrirbærinu sem er myndað.
Á þessum áratug mun ný kynslóð optískra risasjónauka verða tekin í notkun, m.a. svonefndur Extremely Large Telescope (ELT) en spegill hans er 39,3 m – næstum fjórum sinnum stærri en núverandi methafi. Og því stærri sem spegillinn er á optískum sjónauka þess meira ljós má fanga. Sem dæmi mun ELT geta séð alheim með 16 sinnum meiri skerpu en Hubble-sjónaukinn.
En gjaldið fyrir þetta góða útsýni kemur í formi ótrúlegs kostnaðar og afar flókinnar tækni. Þegar ELT verður tekinn í notkun árið 2025 eftir 11 ára smíðavinnu, mun hann kosta um 1,5 milljarð dala. Og það er hér sem David Kipping og jarðarkíkir hans koma til sögunnar.
Jörðin verður að linsu
Ef þú ert með vatnsglas og setur t.d. skeið ofan í það virðist sem skeiðin stækki. Þetta er sú undirstaða sem Kipping grundvallar jarðarkíkinn sinn á, því þegar ljós fer í gegnum einn miðil, í þessu tilviki tómarúm geimsins og yfir í annan, hér er það lofthjúpur jarðar, brotnar það. Og það veitir þessa stækkun sem mun í reynd gera jörðina að linsu álíka þeim sem nýttar eru í hefðbundna optíska sjónauka.
LESTU EINNIG
Kenning Kippings er að reikni maður punkt þar sem ljós frá fjarlægu himintungli safnast saman eftir að hafa ferðast í gegnum lofthjúp jarðar, er dágóður möguleiki að fá stækkaða mynd af uppsprettu ljóssins. Allt sem þarf að gera síðan er að koma skynjara fyrir á gervitungli sem getur fangað það ljós sem berst hingað – en þetta samsvarar skynjara í venjulegri myndavél.
Sé allt þetta gott og gilt mun það gjörbreyta viðtekinni venju um að sífellt smíða stærri og flóknari sjónauka til að stækka stjarnfræðilegt sjónarsvið okkar. Í stað þess að stækka sífellt speglana mun þessi lausn veita stjarnfræðingum linsu sem er 12.742 kílómetrar í þvermál – samsvarandi öllum hnettinum.
Ókyrrð rýrir útsýnið
Það að NASA, ESA eða Roscosmos hendi ekki öllu frá sér sem þeir hafa nú í smíðum og hefjist handa að þessu verki stafar m.a. af því að kenningin hefur einn veikleika: Til að einfalda hlutina gefur Kipping sér að ljósið fari í gegnum lofthjúpinn ótruflað.
Í raun verður það fyrir ókyrrð í lofti og því mun ljósið sem skynjarinn nemur, vera bjagað. Þess vegna þarf frekari útreikninga til að finna líkan sem gerir ráð fyrir slíkri ókyrrð.
Þetta er samt ekkert meiriháttar vandamál því samkvæmt Kipping eru skýrar myndir ekki nauðsynlegar til þess að ná fram byltingarkenndum uppgötvunum:
„Það er langtum auðveldara í fyrstu að hafa ekki áhyggjur af skýrum myndum heldur bara sækja þessa lýsandi ljóspunkta. Jafnvel þó að þeir séu ekki skýrir er þarna margvíslega þekkingu að sækja. Hugsið um þetta sem 200 metra stóra útgáfu af Keppler sjónaukanum sem gæti numið hluti allt niður á 1/100 af radíus jarðar,“ útskýrir Kipping.
Samkvæmt David Kipping getur könnunarfarið Júnó notað Júpíter sem risastórt internetloftnet.
Júpíter verður eitt stórt loftnet
Frá árinu 2016 hefur geimfarið Júnó verið á braut um stærstu plánetu sólkerfisins, Júpíter. Samkvæmt stjarnfræðingnum David Kipping má reyna jarðarkíkis-hugmyndina nú þegar með Júnó í aðalhlutverki. Kipping hyggst nota lofthjúp Júpíters sem öflugt loftnet sem Júnó getur nýtt til að senda gögn heim til jarðar með 53 MB/s í staðinn fyrir 200 kB/s. lofthjúpurinn getur magnað veik merki frá fjarskiptaloftneti Júnós allt að 70.000 sinnum.
Aflagði geimsjónaukinn Keppler var með meginspegil sem var einungis 1,4 metrar. Engu að síður uppgötvaði sjónaukinn meira en 2.600 fjarplánetur einvörðungu með því að mæla ljósið frá fjarlægum stjörnum.
Gömul hugmynd í nýjum búningi
Hugmyndina um að nýta lofthjúp jarðar sem linsu má rekja allt aftur til upphafs sögu sjónaukanna. Í þann tíma notuðu frumkvöðlarnir linsu úr gleri til að brjóta ljósið. Með tímanum tóku stjarnfræðingar að nota sjónauka sem grundvallast á speglum en þeir eru nú viðteknir fyrir stóra optíska sjónauka.
Gömlu sjónaukarnir sem nýttu glerlinsur, reyndust nefnilega of þungir og jafnframt tæknilega örðugt að smíða þá. Þetta er sami vandi sem stjarnfræðingar nútímans glíma við varðandi optíska sjónauka og á þessu sviði gæti jarðarkíkir Kippings verið góð lausn.
Stærsti optíski sjónaukinn til þessa, Gran Telescopio Canarias, er með þvermál sem er einungis 10,4 metrar.
Hinn möguleikinn, að senda sjónaukann á sporbraut, eins og í tilviki Hubble-sjónaukans, er einnig afar kostnaðarsamt. Smíði James Webb-sjónaukans sem leysti Hubble af hólmi seinkaði um mörg ár og kostaði meira en tíu milljarða dala.
Sólkerfið fer á netið
Enn er langt í land áður en hugmynd Kippings verður að veruleika og sem meira eða minna „brjálaður“ vísindamaður hefur hann náttúrulega komið fram með róttæka hugmynd til þess að prófa hugmynd sína – nefnilega að koma 4G-interneti til alls sólkerfisins.
LESTU EINNIG
Frá sporbraut sinni um Júpíter hefur geimfarið Júnó frá árinu 2016 sent myndir og gögn heim til jarðar með sínu 2,5 breiða fjarskiptaloftneti en það gengur hægt fyrir sig. Reyndar sendir geimfarið gögn af stað með einungis 200 kB/s sem samsvarar internet tengingum frá því upp úr 1990.
Kipping leggur til að nýta lofthjúp Júpíters til þess að magna upp sendingarnar frá loftneti Júnós og þar með hraða gagnasendingum til jarðar. Hann hefur reiknað út að hægt sé að láta sendingarnar fara í gegnum lofthjúp Júpíters. Og rétt eins og er tilvikið með ljósið munu boðin frá Júnó einnig brotna þegar þau fara í gegnum lofttæmi geimsins til lofthjúpsins.
Hið mikla þvermál getur magnað boðin og sent þau til baka með hraða nærri 53 MB/s. Það samsvarar gagnatengingum á venjulegum 4G-síma.
Lestu vísindagreinarnar sem útskýra kenninguna um Jarðkíkinn
Smelltu á hlekkinn og lestu vísindaskýrsluna um Jarðkíkinn.
Ekki er nóg með að jarðarkíkir færi stjarnfræðina burt frá stórum dýrum sjónaukum, hugmyndina má einnig nýta til að skapa háhraða internet þvert yfir sólkerfið. Haldi þessi hugmynd vatni bíða miklar framfarir stjarnfræðinnar.
Kipping útskýrir Jarðkíkinn
David Kipping er mjög svo iðinn á Youtube þar sem hann kafar í alls kyns geimfyrirbæri. Sjáðu hér hvernig hann útskýrir hugmyndina að baki Jarðkíkinum:
