Nøjagtige målinger af stjerners indre.
MONS projektet sigter mod at give danske forskere en unik mulighed for at være de første til at benytte nøjagtige seismologiske metoder på stjernerne. Hovedideen er at opbygge et detaljeret billede af stjernerne fra de fødes til de dør. MONS vil på en gang se stjernerne som fysiklaboratorier for studiet af processer, vi ikke kan undersøge på Jorden, og på samme tid virke som et instrument til måling af stjerners aldre og kemiske sammensætning.
MONS projektet (på Rømer satellitten) er et meget ambitiøst satellitprojekt, som vil ændre afgørende på vores opfattelse af forholdene i stjernernes indre. MONS er en forkortelse for Measuring Oscillations in Nearby Stars (Måling af svingninger i nære stjerner), og den videnskabelige del af projektet ledes af forskere fra Aarhus Universitet.
Det er målet med MONS projektet at give et detaljeret billede af stjernernes opbygning og bidrage til forståelsen af stjernernes levnedsløb fra kort efter de fødes i det indre af store gasskyer til kort før de går til grunde, når brændstoffet til produktion af stjernelyset er brugt op.
For at nå dette mål er det nødvendigt kraftigt at forbedre præcisionen af de målinger, vi foretager af stjernerne. MONS projektet bygger derfor på observationer, hvor målenøjagtigheden er uhyre stor, og dette vil sætte danske såvel som udenlandske forskere i stand til at forbedre de teoretiske beskrivelser af de processer, som styrer stjernerne. Det forventes, at MONS vil skabe mulighed for en mindre revolution i vores forståelse af almindelige stjerner.
Forskerne i MONS projektet vil benytte seismologiske metoder for at opnå den nødvendige forbedring af kvaliteten af de indsamlede data. I realiteten vil præcisionen af målingerne give data, som er omkring 100 gange bedre end de data, vi har i dag - data som hovedsagelig er hentet via målinger fra Jordens overflade.
MONS projektets hovedideer:
Seismiske undersøgelser
Den seismologiske teknik, som forskerne på MONS projektet vil benytte, bygger på det samme grundlag som i dag anvendes af geologerne til undersøgelse af Jordens indre og af astronomerne til undersøgelse af Solens indre.
Når et jordskælv udløses, sendes der jordskælvsbølger rundt i Jordens indre. Ved at benytte de seismografer, der er opstillet overalt på Jorden, kan geologerne registrere bølgerne fra et givet jordskælv, og gennem detaljerede analyser af bølgernes løbetider er det muligt at bestemme de fysiske forhold i Jordens indre. Skønt vi ikke er i stand til at foretage direkte målinger af Jordens indre, kan seismologiske undersøgelser altså give endog meget detaljerede oplysninger af forholdene under Jordens overflade.
For stjernerne og Solens vedkommende gør noget tilsvarende sig gældende. Ved direkte målinger har man kun mulighed for at studere deres overflade, mens man ikke kan foretage målinger af forholdene i stjernernes indre. Imidlertid har man siden 1960'erne ved brug af computere været i stand til at fremstille gode modeller af stjerner. Disse modeller har i de fleste henseender stemt overens med de forhold, man kan observere på stjernernes overflade. Men det store problem er, at man ikke har været i stand til detaljeret at efterprøve disse computer-simulerede modeller af stjernernes indre. Derfor er seismologiske undersøgelser på det astronomiske felt et yderst vigtigt redskab til at udvide vor forståelse af stjernernes opbygning og udvikling.
For mere end 25 år siden blev det opdaget, at Solen til stadighed udfører svingninger - de såkaldte solsvingninger eller solskælv - der på Solens overflade ses som et kompliceret system af bølger. Det kræver meget fintfølende måleudstyr overhovedet at se disse bølger. Men ved at måle på tusindvis af sådanne solskælv lykkedes det - takket være seismologiske metoder - at undersøge Solens indre. Som geologerne har undersøgt Jorden, har astronomerne i løbet af de sidste 20 år opbygget et meget detaljeret billede af forholdene under Solens overflade, forhold som ikke lader sig observere direkte.
Skælv på Solens overflade er blevet studeret meget detaljeret fra såvel Jordens overflade som fra rummet - senest ved brug af SOHO satellitten. Dette arbejde har bl.a. været udført af danske forskere fra Teoretisk Astrofysik Center i Århus.
Resultaterne fra disse seismologiske undersøgelser har ført til en revision af forståelsen af Solens indre, hvilket naturligt nok førte til spekulationer om, hvorvidt mon vor indsigt i forholdene i stjernernes indre var dækkende.
Stjerneskælv?
Derfor har astronomerne i de sidste 15 år forsøgt at finde bølger og svingninger (stjerneskælv) på andre stjerner end Solen for herigennem at få mulighed for at foretage detaljerede undersøgelser af stjernernes indre - noget der aldrig tidligere er blevet gjort. Men det er ikke så ligetil. De periodiske bølgebevægelser, der stammer fra stjerneskælv og solskælv, er næsten umulige at måle. Og selv på Solen, der lyser over 10 milliarder gange kraftigere end den klareste stjerne, kræver det helt specielt udstyr at måle de relativt små bølgebevægelser. Forsøg på at observere stjerneskælv ved direkte måling af stjerneoverfladernes bevægelser er derfor indtil videre mislykkedes.
Et eksempel på et stjerneskælv: periodiske bølgebevægelser på såvel ovefladen som i det indre af stjernen.
De små bølger på overfladen får imidlertid stjernernes lysstyrke og temperatur til at variere. Der er tale om meget små variationer, men ikke desto mindre kan selv et lille teleskop i princippet foretage målinger, som er præcise nok til at se variationerne i lysstyrken forårsaget af stjerneskælvene. Fra Jordens overflade er forsøgene mislykkedes, idet målingerne af lysstyrkevariationerne påvirkes kraftigt af forstyrrende luftbevægelser i Jordens atmosfære, den såkaldte atmosfæriske scintillation. Den kan i princippet undertrykkes ved brug af ekstremt store teleskoper, hvilket dog ikke er realistisk i praksis.
Simulering af det seismiske signal fra en skælvende stjerne. Lysstyrke-variationerne er angivet i enheder af milliontedele af stjernens lysstyrke. Der er således tale om meget små variationer som det kræver meget nøjagtigt måleudstyr at se.
En analyse af et simuleret seismisk signal vises her i et diagram hvor lysvariationerne bestemmes for forskellige svingningsperioder. Toppene i diagrammet viser ved hvilke perioder der findes stjerneskælv. De nøjagtige perioder for skælvene indeholder information om forholdene dybt inde i stjernen. Lysvariationerne er angivet i enheder milliontedele af stjernens lysstyrke. MONS vil bestemme sådanne diagrammer for et betragteligt antal stjerner.
En lille satellit
Kommer vi derimod op i rummet - over Jordens atmosfære - er det ikke nødvendigt med et stort teleskop, hvis vi ønsker at måle stjerneskælvene. Derfor er ideen at selv en lille satellit, som har et lille teleskop ombord, kan foretage målinger, der giver forskerne de data, de længe har ønsket at få fat i. I MONS teleskopet er diameteren af det spejl, som samler lyset, 34 cm. Der er tale om et kompakt teleskop med en længde på kun er ca. 55 cm. Foruden dette hoved-teleskop er MONS udstyret med to mindre teleskoper, hver med en diameter på kun 24 mm. De små kompakte teleskoper gør det muligt at "se" en stor del af himlen samtidigt. Herved kan MONS foretage målinger på flere hundrede stjerner med lidt mindre nøjagtighed end det er tilfældet for hoved-teleskopet.
MONS projektet og Rømer satellitten
Det er tanken, at MONS som en del af Rømer satellitten, over en periode på to år skal foretage målinger af stjerneskælv på omkring 25 nære stjerner, samt flere tusinde fjernere stjerner. Hovedvægten lægges på stjerner af samme type som Solen. MONS teleskopet vil pege på hver stjerne uafbrudt i ca. en måned, og i denne periode vil MONS se lysvariationer, som stammer fra 40-100 forskellige typer skælv på hver stjerne. Når analysen af data fra MONS er afsluttet, vil de involverede forskere forhåbentligt sidde med svar på en lang række vigtige spørgsmål.
MONS vil således på en gang se stjernerne som fysiklaboratorier for studiet af processer, vi ikke kan undersøge på Jorden, fordi forholdene i stjernerne er for ekstreme, og på samme tid virke som et instrument til måling af stjerners aldre og kemiske sammensætning.
Det er derfor ikke overraskende, at ikke kun danske forskere står i kø for at deltage i MONS projektet. Fra international side har der været stor interesse for at deltage i såvel udviklingen af satellitten som analysen af de forventede præcise data. 150 forskere fra mere end 50 universiteter, forskningsinstitutioner og observatorier i 19 lande er allerede samlet i et stort forsker-team - MONS Science Consortium - og en del af disse mange forskere mødtes i dagene 24. til 26. januar til en konference i Århus med det ene formål at planlægge videnskaben på MONS.
De tekniske dele af MONS er udviklet i et nært samarbejde mellem Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet, Dansk Rumforskningsinstitut i København og virksomhederne TERMA Elektronik A/S og Auspace Limited i Australien.
Det videnskabelige center for MONS placeres på Aarhus Universitet, hvor den indledende analyse af alle data også vil finde sted.
Projektet ledes af professor Jørgen Christensen-Dalsgaard og teknisk leder (Project Scientist) er Hans Kjeldsen, begge Aarhus Universitet.