211service.com
Waarom astrofysici een gloeilamp in een baan om de aarde nodig hebben
Ruimtetelescopen hebben onze kijk op het heelal de afgelopen 25 jaar veranderd en de toekomst ziet er veelbelovend uit. Een aantal nieuwe observatoria en observatietechnieken, zowel op de grond als in een baan om de aarde, beloven ons begrip van de kosmos nog verder te verbreden.
Maar er is een probleem. Een van de fundamentele processen bij observatie is het kalibreren van de betrokken instrumenten. Astronomen kunnen hun telescopen op de grond eenvoudig testen met een degelijke gloeilamp. Maar een ding dat ze niet kunnen verklaren, is de hoeveelheid licht die door de atmosfeer wordt geabsorbeerd, wat aanzienlijk kan zijn.
Het is gemakkelijk voor te stellen dat dit probleem verdwijnt met op de ruimte gebaseerde observatoria. Maar ook deze moeten gekalibreerd worden. De Hubble-ruimtetelescoop heeft voor dit doel bijvoorbeeld ingebouwde wolfraamlampen.
Maar deze introduceren ook verschillende onzekerheden vanwege zaken als kleine veranderingen in de output van een lamp als de temperatuur verandert terwijl het observatorium in en uit de schaduw van de aarde beweegt. Er is ook geen manier om Hubble's metingen van de wolfraambollen te vergelijken met waarnemingen vanaf de grond.
Deze onzekerheden stellen nu belangrijke beperkingen aan sommige soorten observatie, zegt Justin Albert van de Universiteit van Victoria in Canada. Misschien wel het belangrijkste voorbeeld zijn de metingen van de uitdijing van het heelal die astronomen doen door te kijken naar de helderheid van type 1a supernova's in verre sterrenstelsels. Betere metingen vereisen een betere kalibratie.
Albert zegt dat er een voor de hand liggende oplossing is: plaats een gloeilamp in een baan om de aarde die telescopen op de grond kunnen gebruiken om precies te bepalen hoeveel licht de atmosfeer op elke frequentie absorbeert. De toevoeging van door de mens gemaakte gekalibreerde lichtbronnen in de ruimte aan het arsenaal aan technieken voor fotometrische kalibratie zal een krachtig nieuw hulpmiddel opleveren voor het vergroten van de precisie in de astrofysica, zegt hij. Vandaag schetst hij de verschillende factoren die bij zijn denken betrokken zijn.
De benodigde lichtbron is verrassend klein. Hij wijst erop dat een standaardlamp van 25 watt in een baan van 700 km zo helder zou zijn als een ster van magnitude 12,5. Een afstembare laser is een andere optie, maar deze zou nauwkeurig op elke telescoop op de grond moeten worden gericht, waardoor de complexiteit van het ontwerp toeneemt.
Er is momenteel geen fatsoenlijke gloeilamp zichtbaar in de ruimte, maar er is daarboven een ruimtevaartuig met een laser op de aarde gericht. CALIPSO is een Frans-Amerikaanse satelliet die is ontworpen om het verticale profiel van wolken en aerosolen te meten. Daartoe straalt hij een groene laser naar het oppervlak en meet de reflectie.
Het idee van Albert is dat het meten van deze straal op de grond een manier is om het concept van telescoopkalibratie vanuit een baan om de aarde te bewijzen. En hij is zeker bezig geweest met het achtervolgen van de satelliet en het fotograferen van het licht dat het produceert met behulp van een reeks van zeven camera's verspreid over een paar honderd meter..
Zijn grootste probleem is dat de laser van CALIPSO niet is ontworpen voor het doel waarvoor hij hem gebruikt. De straal heeft een voetafdruk van slechts 100 meter breed. En aangezien de onzekerheden in de baan van het ruimtevaartuig groter zijn dan dit, is het moeilijk om de camera's in de vuurlinie te plaatsen.
Ook vuurt de laser met een snelheid van 20 Hz, wat betekent dat scintillatie in de atmosfeer een factor wordt (terwijl een langere puls of continue straal tijdgemiddeld kan zijn). Desalniettemin heeft hij uitstekend werk verricht door de problemen te karakteriseren die met dit soort werk gepaard gaan.
Maar het benadrukt de moeilijkheid die observatoria zouden hebben met deze technieken. Dit soort laserwaarnemingen zijn alleen mogelijk als de satelliet recht boven je hoofd staat en alleen geldig voor dat punt aan de hemel, vanaf die plek op aarde, op dat moment.
Het is duidelijk dat astronomen iets beters nodig hebben. Een gloeilamp die vanuit een brede hoek te zien is, is een goede optie.
Reflectoren zijn dat echter niet. Albert wijst erop dat, hoewel verschillende satellieten reflectoren hebben voor laserafstandsbepaling, deze niet kunnen worden gebruikt om de lichtabsorptie in de atmosfeer nauwkeurig te meten. Dat komt omdat de reflectiviteit verandert met de invalshoek, maar hoe precies is niet bekend. Bovendien verandert de reflectiviteit van deze apparaten in de tijd als de spiegels worden aangetast door micrometeoroïde schade.
Om zijn onderzoek voort te zetten, heeft Albert plannen om meer geavanceerde lichten in ballonnen te sturen, zodat hij dit probleem beter kan bestuderen.
Maar uiteindelijk is de enige manier om astronomen van de toekomst echt te helpen, een gloeilamp in een baan om de aarde te brengen. Gezien het feit dat de expansiegeschiedenis van het heelal een van de belangrijkste problemen in de kosmologie is, is het misschien tijd om beter na te denken over hoe dit kan worden gedaan.
Referentie: arxiv.org/abs/1101.5214 : Op satellieten gemonteerde lichtbronnen als fotometrische kalibratiestandaarden voor telescopen op de grond