KVANT

Kigger man på Månen lige efter Nymåne kan man se den mørke side - den der er oplyst af 'Jordskin'. Måler man intensiteten af jordskinnet kan man lære noget om Jordens reflektionsevne, eller albedo. Viden om albedo kan udnyttes i klimaforskning. Teknikken bag observation af jordskin beskrives i et nyt projekt som forskere ved DMI og Lunds Observatorium er i gang med.

Kosmiske partikler med meget høj energi rammer Jorden hele tiden. De højeste energier, der er målt, er over 10²⁰ eV, og det har i mange år været et mysterium, hvad kilden til disse partikler er. Under 10¹⁸ eV kommer partiklerne formentlig fra supernovarester i vores egen galakse, mens partikler med højere energi kommer fra ekstragalaktiske kilder. Nye resultater fra Pierre Auger eksperimentet viser, at partikler med meget høj energi med stor sandsynlighed kommer fra aktive galakser.

Er du nogensinde blevet ramt af en partikel fra oven? Selvfølgelig er du det! Kosmiske partikler regner ned over Jorden hvert sekund, og fysikere har i årevis kæmpet med at forklare hvor de kom fra og hvorfor nogle af dem synes at have energier der overstiger hvad der er teoretisk muligt. Mange modeller har været foreslået, og nu lader det endelig til at nogle af svarene er inde for rækkevidde.

Den kosmiske forbindelse til engagerende undervisning: Bring forskningen ind i klasseværelset! Dette er netop idéen bag DUKS projektet, der har som vision at knytte de danske gymnasier sammen i et netværk, som kan bringe forskningen ind i gymnasiet. Selve DUKS projektet søger at opbygge og operere forskellige målestationer til måling af ``extended airshowers'', dvs. byger af partikler stammende fra meget højenergetiske partikler fra det ydre rum, med henblik på senere at kunne skabe et dansk ``ground array'' gennem udvidelse til hvert eneste interesserede gymnasium.

Jagten på mørkt stof drejer sig om et af de mest fundamentale spørgsmål i astrofysikken. De mørke partikler er stadig ikke observeret eksperimentelt, men i mere end 10 år har man ledt efter dem i 1100 meters dybde i en mine i Boulby i det nordøstlige England.

1. januar 2009 blændes der op for Det Internationale Astronomiår, som indvarslet af astrofysikeren Kristian Pedersen i KVANT marts 2008. Året er blevet udnævnt af FN, fordi det netop i 2009 er 400 år siden, at Galilei rettede sit teleskop mod nattehimlen. KVANT tyvstarter her Det Internationale Astronomiår 2009 ved at rette blikket mod Galilei.

I år 1609 anvendte Galileo Galilei for første gang det nyligt opfundne teleskop til astronomiske observationer. I løbet af nogle få år opdagede han bl.a. eksistensen af måner omkring Jupiter, kratere på Månen, pletter på Solen og faser på Venus. I anledning af 400-året for Galileos banebrydende arbejde søger vi igennem projekt "Børn af Galileo" at give børn i folkeskolen en lignende oplevelse: at bygge sit eget teleskop og se verdensrummet for første gang.

Vi står på tærsklen til at finde svaret på nogle af astronomiens største spørgsmål: er Jorden unik, og findes der liv andre stedet i Universet? Kepler, en NASA rummission som netop er blevet opsendt, vil tage et stort skridt i retning af at besvare et af disse spørgsmål. Keplers hovedformål er at finde formørkende exoplaneter, dvs. planeter omkring andre stjerner end Solen, hvis baneplan ligger således, at de formørker lyset fra deres værtsstjerne ved at passere ind foran denne. Når dette sker, kan man bestemme planetens masse, radius og dermed dens gennemsnitstæthed, og det er muligt at udføre et væld af spændende opfølgende observationer, bl.a. at observere planetens atmosfære. Karakteristiske træk i atmosfæren på formørkende planeter kan måske inden for en overskuelig fremtid give os indikationer på, om der eksisterer liv andre steder i universet.

Noget af det som gør astrofysikken speciel er, at man på grund af de studerede objekters fjernhed næsten udelukkende får målinger via anvendelse af teleskoper. Idet såvel følsomheden som opløsningen forbedres, når teleskopets størrelse forøges, har forskernes videnskabelige krav om forbedret følsomhed og opløsning, ført til en kolossal udbygning af astronomiske teleskoper. I denne artikel vil jeg beskrive nogle af de teleskoper som danske astronomer deltager i opbygningen og brugen af og beskrive enkelte af de videnskabelige resultater, som er knyttet til disse faciliteter.

Med ESA's Planck satellit vil vi få kort over mikrobølge-baggrundstrålingen med hidtil uset følsomhed og detaljerigdom. Disse data vil give nye unikke informationer om de allertidligste faser i Universets udvikling. DTU Space har været ansvarlig for levering af spejlsystemet til Planck og dermed sikret danske forskere's direkte adgang til denne eneståended database. Planck satellitten skal sendes op i maj år og vil nå sin bane omkring Solen ca. 1,5 millioner km fra Jorden efter ca. 2,5 måneder. I artiklen vil de videnskabelige forventninger til Planck og det danske engagement blive nærmere beskrevet.

Observationer af stjernesvingninger (stjerneskælv) gør det muligt at foretage seismiske undersøgelser af stjernernes indre. Dette gælder i høj grad for Solen, hvis skælv igennem årtier er blevet observeret med både jord-baserede instrumenter og fra satellitter. Disse observationer gør, at vi i dag har et meget detaljeret billede af forholdene i Solens indre. Seismiske undersøgelser er i dag udvidet til også at omfatte andre stjerner, hvilket sætter os i stand til at undersøge stjernernes indre struktur og deres tidslige udvikling mere generelt. Dette er et forskningsfelt i kraftig udvikling, og med opsendelsen af NASA's Kepler-satellit i marts 2009, og med den påbegyndte opbygning af et dansk-ledet netværk af teleskoper SONG (Stellar Observations Network Group) vil denne udvikling for alvor tage fart.

X-shooter er en ny spektrograf til VLT, der dækker hele det spektrale område fra 300nm til 2,4 µm i én optagelse. Instrumentet er bygget af et konsortium bestående af institutter fra Danmark, Frankrig, Holland, Italien samt ESO selv. Instrumentet er blevet testet på VLT teleskopet i løbet af 2008 og 2009 og har vist sig til fulde at leve op til forventningerne om at være den mest følsomme spektrograf af sin art i verden. X-shooter tages nu officielt i brug per 1. oktober 2009. Til gengæld for sit bidrag får Niels Bohr Institutet 45,5 nats observationstid på instrumentet.

I denne artikel demonstreres det hvordan man kan bestemme væsentlige parametre for en planet i kredsløb om en anden stjerne, hvis den passerer ind foran stjernen sådan at planeten absorberer en del af lyset fra stjernen.

NASAs rummission Kepler, hvis hovedformål er at finde formørkende exoplaneter (planeter omkring andre stjerner end Solen), er i færd med at revolutionere exoplanet-feltet med sine opdagelser. Senest er over 1200 formørkende planetkandidater blevet offentliggjort, hvilket har mere end tredoblet antallet af kendte planeter og næsten trettendoblet antallet af kendte formørkende planeter. Vi kan hermed begynde at få et indblik i hyppigheden af forskellige planettyper omkring andre stjerner, og i den nære fremtid måske besvare spørgsmålet om, hvorvidt Jorden er unik eller almindelig i Mælkevejen. Blandt dette væld af planetkandidater er blandt andet det tætpakkede Kepler-11- system, som består af ikke mindre end seks formørkende planeter.

Der er hidtil kun opsendt en eneste astrometrisk satellit, Hipparcos, og dens observationer fra 1989-93 betød et kvantespring med hensyn til nøjagtighed og antal af stjerner med nøjagtigt målte afstande, egenbevægelser og positioner. I 2013 vil ESA opsende en endnu større astrometrisk satellit, Gaia, som ventes at betyde et nyt kvantespring for astrometrien. Jeg vil i det følgende skildre astrometriens udvikling og dens betydning for astronomien.

Rømers videnskabelige arbejde er præget af en utrolig spændvidde mellem opdagelser af stor teoretisk betydning og håndgribelige tekniske løsninger på praktiske problemer. Forholdet mellem videnskab og praktik portrætteres til tider som modsætningsfyldt hos Rømer, men skal her i stedet ses som en produktiv dynamik, hvor sansbarheden, håndgribeligheden og mekanikken er en kreativ drivkraft for Rømer og udgør den astronomiske videns fundament.

Nobelprisen i fysik 2011 gik til Saul Perlmutter, Brian Schmidt og Adam Riess. De fik prisen for at påvise, at Universets ekspansion er accelererende, således at fjerne galakser bevæger sig hurtigere og hurtigere væk fra hinanden. Effekten blev fundet ud fra studiet af supernovaer detekteret på kosmologiske afstande, dvs. supernova-begivenheder, som fandt sted for milliarder af år siden. Danske forskere var imidlertid først til at påvise supernovaer på kosmologiske afstande og dermed bevise, at supernovaer kunne bruges til at studere Universets ekspansion over tidsrum, der udgør en væsentlig brøkdel af Universets alder.

Den tidsalder hvor de første stjerner og galakser blev dannet, omkring et par hundrede millioner år efter big bang, er én af de dårligst forståede tidsaldre i Universets historie. Det næste store gennembrud i vores forståelse af disse tidlige galakser vil komme fra ALMA - en stor park af radioteleskoper i den chilenske ørken - som er designet til, at observere gas og støv i galakser. ALMA er netop begyndt at indsamle de første data og det vil, i de kommende år, føre til en sand revolution i vores forståelse af én af Universets mørkeste tidsaldre.

Sirius Observatoriet blev grundlagt af N. A. Møller Nicolaisen i 1924 og bliver i dag drevet af Vejle kommune. Der er åbent for offentligheden, fx gymnasieklasser, hver uge i det sene efterår og det tidlige forår.

European Southern Observatory - ESO - blev officielt grundlagt 5. oktober 1962 og fylder således 50 år i disse dage. ESOs vej fra drøm via blindgyder til succes og positionen som klodens førende observatorium er en lang og dramatisk historie. Dansk astronomis udvikling i samme periode kan med god ret anskues som en parallel hertil: Med medlemskabet af ESO tog dansk astronomi springet ud af et lille lands isolerede formåen og meldte sig fuldt på den internationale forskningsfront, hvor Danmark nu gør sig gældende i en grad, som ikke er set siden Tycho Brahes velmagtsdage. Artiklen er en selvoplevet beretning om denne parallelle udvikling.

Wieth-Knudsen Observatoriet er et af Danmarks mange observatorier med offentlig adgang. Det ligger i Tisvilde tæt på Tisvilde hegn, så himlen er forholdsvis mørk. Den mørke himmel og den store kikkert med en diameter på 40cm giver en god gengivelse, selv af lyssvage objekter. På en god aften kan også uerfarne kikkertbrugere få øje på fx spiralarmene i Messier 51 galaksen.

I 2012 blev nobelprisen i fysik givet for eksperimenter på enkelte atomer og fotoner. Eksperimenterne har bekræftet kvantemekanikkens helt basale forudsigelser om, hvad der sker, når man f.eks. måler på et kvantesystem. I denne artikel beskriver vi nogle af disse eksperimenter, som Niels Bohr og kredsen af fysikere bag den kvantemekaniske revolution i perioden 1900-1930 kun kunne have drømt om.

Taurus Observatoriet er en del af Horsens Statsskole på Studentervænget i Horsens. Observatoriet er kendt langt ud over lokalområdet for dets mange Åbent Observatorium-arrangementer med årlige besøgstal på 500 til 700 personer.

Dansk rumforskning startede med et raketskud fra Nordnorge i sommeren 1962. Den første opsendelse blev hurtigt fulgt af andre, og i 1968 kom så Danmarks første danske satellitinstrument i bane om Jorden. Samtidigt udvidedes forskningsfeltet fra Jordens atmosfære til at omfatte hele Universet. I dag indgår også geofysik, jordobservation og rumteknologi med betydelig vægt i forskningsprogrammet for DTU Space.

De første kosmologiske resultater fra den europæiske Planck-satellit (omtalt i KVANT nr. 2, 2009 og KVANT nr. 3, 2012) blev offentliggjort den 21. marts.

Ved Kulturnatten i København fredag den 11. oktober 2013 kan man se stjerner i universitetets store linsekikkert fra 1895. Her fortælles lidt om stedets historie.

I december 2013 opsendes en ny stor astrometrisk satellit: Gaia. Den skal ligesom den første astrometriske satellit Hipparcos, opsendt i 1989, måle stjerners positioner, bevægelser og afstande men den bliver én million gange så effektiv. Allerede mens Hipparcos observerede, fødtes idéen til en forbedret satellit. Her fortælles hvordan en række idéer til astrometri i rummet under skiftende projektnavne som 'Roemer' og 'GAIA', og gennem et indviklet forløb med mange fejltagelser, endte med at blive til virkelighed med Gaia-satellitten.

Sorte huller har normalt været anset som statiske, mens alle andre legemer i Universet roterer. Dette stemmer imidlertid ikke overens med den nylige opdagelse af et roterende sort hul i midten af galaksen NGC 1365. Hvilken effekt har rotationen af et sort hul på legemer i dets nærhed, og hvordan kan astronomer i det hele taget måle, at sorte huller roterer?

Ét af de steder som er oplagt at besøge, når man rejser på studietur med fysik, er det europæiske partikelfysikcenter CERN, der ligger ved Geneve i Schweiz. Her berettes om to dages besøg i april 2014.

Med Large Hadron Collider har CERN et banebrydende fysik-program, der strækker sig omkring to årtier frem i tiden. Sideløbende arbejdes der med planlægning og udvikling af næste generation af acceleratorer. Opdagelsen af Higgs-bosonen har givet et nyt vigtigt pejlemærke for valg af næste acceleratorprojekt. Præcise studier af den nye partikel vil kunne afgøre dens natur og dermed muligvis afdække 'ny fysik', altså fysik hinsides partikelfysikkens Standardmodel. Meget peger på, at den næste store accelerator bliver en elektron-positron-collider. Hvor man i lang tid er gået ud fra, at dette ville blive en lineær collider, har den forholdsvis lave masse af Higgs-bosonen åbnet overvejelser om, hvorvidt en cirkulær collider ville være at foretrække.

NuSTAR - en NASA satellit med et afgørende dansk bidrag - har observeret en supernovarest og fundet radioaktivt materiale, der er asymmetrisk fordelt. Det bekræfter for første gang detaljer i teorierne om supernovaers eksplosion.

61 Cygni er umiddelbart en uanselig stjerne i bagkanten af stjernebilledet Svanens ene vinge. I en astronomisk kikkert er det tydeligt at det er en dobbeltstjerne. De to komponenter er 30 buesekunder eller 1/120 grad fra hinanden. I 1804 opdagede den italienske astronom Guiseppe Piazzi at 61 Cygni flytter sig så hurtigt, at retningen til den ændres en vinkel på 5'' om året. Det er den bevægelse, der kaldes stjernens egenbevægelse. Det er så langsomt at vi normalt ikke lægger mærke til at 61 Cygni flytter sig på himlen. Alligevel var det dengang den hurtigste egenbevægelse af en stjerne, der nogensinde var målt og Piazzi kaldte den for 'den flyvende stjerne'.

Den danske videnskabsmand og kongelige administrator Ole Rømer (1644-1710) levede i en tid med store brydninger i Europa. 1600-tallet er århundredet for religiøse stridigheder mellem katolikker og reformerte, enevældens indførelse og konsolidering, og ikke mindst den naturvidenskabelige revolution. Var Ole Rømer en del af den naturvidenskabelige revolution? Og kan vi komme tættere på videnskabsmanden Ole Rømer, ved at se ham i lyset af denne store omvæltning i menneskelig tænkning og videnskabelig praksis?

Med udgangspunkt i Danmark blev Peter Andreas Hansen (1795-1874) en af 1800-tallets vigtigste astronomer. Gennem næsten 50 år arbejdede han i Gotha og hans bidrag indenfor instrumentudvikling, gradmåling og landmåling var dengang legendariske. Det var dog hans matematiske snilde og ikke mindst teoretiske beregninger af Månens bevægelse, der særligt overleverer mindet om ham til vores tid. Vi skal her se nærmere på Hansens liv og arbejdsvilkår, og i detaljen dykke ned i, hvorfor Hansen og Månen sammen blev så skelsættende.

På toppen af de sjællandske alper og med udsigt over Lammefjorden troner Brorfelde Observatorium. I 60 år spillede Danmarks største observatorium en væsentlig rolle i den danske og internationale forståelse af astronomi, frem til forskningsenheden flyttede tilbage til København i 1996. I dag er bygningerne, som er tegnet af den anerkendte arkitekt Kaj Gottlob, og landskabet i Brorfelde fredet, ligesom det enestående mørke også er mørkefredet. En totalfredning, der ikke er set andre steder i Danmark. I disse fantastiske rammer er der fuld gang i udviklingen af et oplevelsescenter, der skal sætte fokus på alt mellem himmel og jord: Eller nærmere bestemt geologi, natur og astronomi til glæde for skoleklasser, familier og andre med lyst til at opleve og lære.

På den flade højslette Llano de Chajnantor ca. 40 km øst for den lille chilenske ørkenby San Pedro de Atacama har et internationalt konsortium opbygget verdens mest ambitiøse submillimeter-observatorium i en højde af 5000 m. Her ligger ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, som er opbygget af ikke mindre end 66 store parabolteleskoper, der kan anbringes med op til 16 km indbyrdes afstand. Ved hjælp af interferometri og en supercomputer er det blevet muligt at skaffe information om og konstruere billeder af astronomiske objekter, der er meget koldere, end de stjerner, som vi forbinder med nattehimlen. De første resultater er nu begyndt at indløbe.

Kun fire grundlæggende naturkræfter styrer alle fænomener og hændelser i Universet ifølge den gængse opfattelse af naturen. Men kan vi nu være sikre på det? Svaret er måske.

For to år siden, den 22. november 2013, sendte Det europæiske Rumfartsagentur, ESA, tre satellitter i kredsløb i forskellige baner omkring Jorden. Målet med missionen er at opnå de hidtil bedste målinger af Jordens magnetfelt med henblik på at opnå ny viden om de fysiske processer i Jordens indre og i Jordens omgivelser til gavn for videnskaben og de mange anvendelser, som er knyttet til præcis viden om Jordens magnetfelt. Missionen, der har navnet ''Swarm'', er foreslået og udviklet af et internationalt konsortium med dansk videnskabelig ledelse.

Begejstringen var stor blandt fysikere verden over, da det blev annonceret den 11. februar 2016 [1,2], at tyngdebølger for første gang var observeret direkte. Forskere ved det amerikanske LIGO-eksperiment (LIGO = Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) havde observeret tyngdebølger fra sammensmeltningen af to sorte huller i en fjern galakse. Nyhedsmedierne kogte over og eksperter vurderede det som en historisk opdagelse, der fortjener en nobelpris. Selvom der ikke var megen tvivl om, at tyngdebølgerne eksisterede, blev det sammenlignet med et nyt vindue til Universet, som blev åbnet. Vi vil her gennemgå lidt af historien bag tyngdebølgerne, som er forudsagt af Einsteins almene relativitetsteori, og beskrive hvordan målingen af det svage signal kunne lade sig gøre.

En af de største gåder indenfor kosmologien er bestemmelsen af det mørke stofs fordeling og natur, da det spiller en central rolle i forbindelse med strukturdannelsen i Universet, i galakser hvor det påvirker hastighedsfordelingen samt i galaksehobe, hvor alt tyder på, at galaksehobe ganske enkelt burde blive splittet ad uden mørkt stof. I denne artikel vil jeg give en kort introduktion til, hvordan gravitationelle linser kan bruges til at modellere fordelingen af stof i galaksehobe, herunder mørkt stof.

Tycho Brahe var kendt som sin tids største astronom og hans observationer fik afgørende betydning for videnskabens udvikling. Men han må dele æren for astronomiens fornyelse med Landgreve Wilhelm IV i Kassel, hvad der først for nylig er blevet fuldt erkendt. Omkring 1566 opnåede Wilhelm meget bedre nøjagtighed for stjerners positioner end alle tidligere astronomer, og tyve år senere målte man i Kassel med en nøjagtighed på ét bueminut, hvad Tycho Brahe nåede næsten samtidig. Vi skal følge denne udvikling og den gensidige læreproces mellem Kassel og Hven - som ikke var uden dramatik.