Stjerner i sikte

De jobber med en av ESAs utfordringer: Å få lyset fra seks teleskoper inn på en optisk fiber på bare 1/50 mm. Målet er å finne liv i verdensrommet.

Det fiberoptiske puslespillet er en liten, men svært viktig brikke i ESA-prosjektet Darwin, som kort og godt handler om å lete etter forutsetninger for liv utenfor vårt eget solsystem. I dette prosjektet ser forskerne enda lenger enn til Mars: Den delen av rommet som undersøkes, ligger flere lysår unna planeten vi mennesker nylig inntok med beltebil og kamera. Planen er å sende opp et avansert fjernstyrt observatorium innen 2015.

Spektralanalyse

Planetene som studeres, er så langt unna at det ville tatt omtrent

1 million år å dra dit med dagens romferger. Derfor bruker forskere såkalt spektralanalyse i jakten på mulig liv. I dette tilfellet vil det si å analysere infrarødt lys fra planetene. – Lys er elektromagnetiske bølger. Lysets infrarøde spektrum kan fortelle hvilke stoffer og gasser som finnes på planeten. Spektralanalyse kan altså fortelle om de tre forutsetningene for liv som vi kjenner det – vann, karbondioksyd og oksygen – finnes et sted der ute, forklarer forsker Steinar Neegård ved SINTEF.

LANGT UNNA

Avstanden til de nærmeste stjernene som ESA nå vil undersøke, ligger mer enn fire lysår unna jorden. Ett lysår er den distansen lyset tilbakelegger på et år; dvs. lysets hastighet (300 000 km/s) multiplisert med 31 536 000 (antall sekunder i et år) som gir ca. 10 000 000 000 000 km. Eksempelvis vil da romferger med en hastighet på 28000 km/t bruke nærmere 1 million år på å nå fram til Vega, som ligger 25,3 lysår unna jorden.

Utfordringer

En av de store utfordringene i DARWIN er å fange lyset fra planetene. Dette er vanskelig, blant annet fordi stjernene er lyssterke og på grunn av den enorme avstanden.

– Svært forenklet kan vi sammenlikne problemet med det å se etter stjerner når sola skinner. Vi vil ikke se stjernene, fordi sollyset overdøver lyset fra stjernehimmelen, forklarer Neegård.

De enorme avstandene gjør også at objekter som i virkeligheten ligger langt fra hverandre, ser ut som ett og samme punkt for det blotte øye:

– Dersom vårt øye skulle klare å skille mellom en stjerne og en tilhørende planet i verdensrommet, måtte det ha en linse på minst 40 meter i diameter! Svært store teleskop kan favne så vidt at dette blir mulig, men størrelse og vekt gjør at de ikke lar seg sende ut i rommet, sier Neegård.

Teleskopet må nemlig stå utenfor vår atmosfære, fordi jordas varmestråler fungerer som «støy» for disse lysstrålene. Samtidig skygger skyer for strålene teleskopet skal fange opp. Problemet skal derfor løses med å sende ut seks satellitter med hvert sitt én meter store teleskop.

ESA-teleskopene vil sveve i formasjon med 50 – 200 meter mellom seg, og videresender lyssignalene til en felles satellitt kalt HUB. Her analyseres lyset ved hjelp av en metode som kalles nulling inteferometri. Metoden gjør det mulig å «se» eventuelle planeter, til tross for den mye større og mer lyssterke stjerna.

Nåløyet

For at selve spektralanalysen skal bli mulig, må lyssignalene fra de seks store teleskopene inn i en ørliten fiberoptisk kabel inne i HUB’en.

Lyskoblingen til fiberen må skje med minimalt tap av lys – i denne sammenhengen er det å miste lysstråler det samme som å miste et viktig spor. På grunn av satellittvibrasjoner, store temperaturforskjeller (på sol- og skyggesiden) og kosmisk stråling, er lyskoblingen en stor utfordring. Fiberens evne til å filtrere vekk støy fra lyssignalene, såkalt romlig filtrering, er avgjørende for resultatet av spektralanalysen. Det er denne komplekse signaloverføringa Neegård og hans samarbeidspartnere ved Kongsberg Defence and Aerospace (KDA) har foreslått en helt ny løsning på:

Sammen har de utviklet et konsept som «får kamelen gjennom nåløyet», en kombinert strålesamler og stråleformer: I praksis ommøblerer denne innretningen lysstrålene på en lur måte ved hjelp av et avansert speilsystem. Dette skaper en lysfordeling som gjør at mesteparten av lyset fra teleskopene kan kobles inn i en optisk kabel langt tynnere enn et hårstrå.

Lovende patent

Så langt viser resultatene en forbedring av lyskoblinga mellom de to

enhetene på 60 prosent. Det er så lovende at de norske utviklerne har søkt patent på oppfinnelsen, og ESA er mer enn nysgjerrig på hvordan den vil fungere i praksis:

– 60 prosent er i denne sammenhengen betydelig. Mer lys betyr blant annet at letingen kan skje raskere; dvs. at flere stjerner og planeter kan undersøkes, sier Steinar Neegård.

Når signalene er ferdig analysert i HUB’en, skal informasjonen sendes til jorda med radiostråler.

Det langsiktige målet til KDA og SINTEF er leveranse av såkalt flight-hardware til Darwin. Før den norske teknologien kommer så langt, må en rekke analyser og tester, samt en teknologidemonstrator, leveres til den europeiske romfartsorganisasjonen.

Tekst: Christina B. Winge