#69: Gustaf Strömberg, Bertil Lindblad och den asymmetriska driften

Av Per Olof Lindblad

Gustaf Strömberg (1882-1962) var amanuens vid Stockholms Observatorium 1906-1913. Efter disputation 1916 for han till USA på stipendium och fick året därpå tjänst vid Mount Wilson-observatoriet där han stannade fram till sin pensionering 1956.

Gustaf Strömberg. Foto: Mount Wilson.

Strömberg studerade stjärnornas rörelser i rymden, baserat på ett digert material av egenrörelser, radialhastigheter och avstånd för stjärnor i solens omgivning. Han indelade stjärnorna i naturliga grupper och studerade gruppernas medelhastigheter samt spridningen inom gruppen. Resultaten, som haft stor betydelse för vår kunskap om Vintergatan och dess rotation, publicerades 1924 i Astrophysical Journal, där de sammanfattades i nedanstående figur. Hastigheterna ges här i km/s, projicerade på Vintergatans plan.  Notera att figuren inte är ett positionsdiagram utan anger hastigheternas storlek och riktning relativt solen. Nollpunkten (uppe till höger) är solens hastighet. Grupperna är angivna med romerska siffror, deras medelhastigheter markerade och spridningen kring medelvärdet angivet med mer eller mindre avlånga ellipser.

Rörelsemönster för olika klasser av stjärnor: III: stjärnor av spektralklass B; IV: stjärnor av spektralklass A; VI: stjärnor av spektralklass F, G, K, M; VIII: långperiodiska variabla stjärnor av spektralklass Me; IX: kortperiodiska variabla stjärnor; X: höghastighetsstjärnor; XI: klotformiga stjärnhopar.
Figuren från Gustaf Strömberg, “The Asymmetry in Stellar Motions and the Existence of a Velocity-Restriction in Space”, Astrophysical Journal, vol. 59, 1924, s. 228.

Man ser en drift av medelhastigheterna på upp till flera hundra km/s i en viss riktning i Vintergatan och samtidigt en ökande hastighetsspridning. I motsatt riktning, från solen räknat, uppnås strax en gräns bortom vilken antalet stjärnor är försvinnande litet.

Innebörden av detta diagram sökte Uppsaladocenten Bertil Lindblad tolka. Som Strömberg påpekat tydde de höga hastigheterna på att stjärnorna ingår i ett Vintergatssystem betydligt större än det den holländske astronomen Jacobus Kapteyn framkastat. Strömberg anmärker också att riktningen för den asymmetriska driften är vinkelrät mot riktningen till centrum av de klotformiga stjärnhoparnas fördelning i rummet sådan den bestämts av Harvard-astronomen Harlow Shapley.

Bertil Lindblad. Foto: ESA.

Lindblad utgår nu från att stjärnorna i solens närhet går i banor runt ett avlägset massivt centrum. En del av dessa banor kan då vara nära cirkulära och andra mer eller mindre elliptiska. Om stjärnorna i elliptiska banor befinner sig på sitt största avstånd från centrum (apocentrum), är hastigheten i banan mindre än den cirkulära hastigheten och stjärnorna härrör från de inre delarna av systemet. Om de å andra sidan befinner sig på sitt minsta av stånd från centrum (pericentrum) är hastigheten större än den cirkulära och stjärnorna hör hemma i de yttre delarna av systemet. Om hastigheten är tillräckligt stor (över flykthastigheten), lämnar stjärnan systemet helt, och sådana banor blir försvinnande fåtaliga.

Lindblad antar nu att solen tillsammans med A- och B-stjärnorna rör sig i nära cirkulära banor. När vi flyttar oss längre ned i diagrammet, blir banorna mer och mer excentriska med apocentrumhastigheter mindre än de cirkulära ända tills vi når de klotformiga stjärnhoparna och höghastighetsstjärnorna, där Lindblad antar att medelhastigheten i apocentrum är nära noll och nästan lika många hopar går motsols runt centrum som medsols. Riktningen till centrum måste då vara vinkelrät mot riktningen för den asymmetriska driften, vilket visar sig stämma väl överens med Shapleys resultat. Av Strömbergs diagram ser vi då att den cirkulära hastigheten blir av storleksordningen 300 km/s. Med Shapleys värde på avståndet till centrum för systemet, härleder Lindblad Vintergatssystemets totala massa till 180 miljarder solmassor.

#67: Den Svenska Almanackan

Av Aage Sandqvist

År 1875 var ett mycket bra år för astronomi och almanackor i Sverige. Från ursprunget på 1500-talet och fram till dess, hade svenska almanackor visserligen innehållit mycket bra information om solens och månens upp- och nedgång vid olika horisonter, samt även en del information om planeterna, men huvudinnehållet handlade om samhället i stort och smått. Men 1875 började Kung. Vetenskapsakademien ge ut Den svenska almanackan med utförliga astronomiska uppgifter. Vetenskapsakademien hade sedan år 1749 haft ”uteslutande privilegium”, det vill säga monopol, för att ge ut almanackor i Sverige vilket var en viktig inkomstkälla som finansierade stora delar av akademins verksamhet.

Foto: Leif Friberg.

År 1906 då Almqvist & Wiksell började trycka Vetenskapsakademiens almanackor fick Den svenska almanackan sitt nuvarande utseende. Den mer samhällsinriktade almanackan, Vanliga almanackan, som utgavs för flera horisonter, hade vid den tiden också sina välkända lingonris på framsidan och i allmänt tal benämndes den ofta som ”lingonalmanackan”.

Det var Stockholms observatorium under ledning av Vetenskapsakademiens astronom, som hade ansvar för att ta fram astronomiska data för almanackorna och garantera att de färdiga produkterna var korrekta. Detta innebar inte bara manuella beräkningar utan också korrekturläsning, så största delen av observatoriets personal blev involverade i någon del av produktionen. Till exempel var det inte ovanligt på femtiotalet att se prefekten, professor Bertil Lindblad sitta tillsammans med amanuensen Per Olof Lindblad i full gång med att läsa mot varandra tusentals siffror från almanackorna.

Foto: Leif Friberg.

De beräkningar av astronomiska fenomen som Stockholms observatorium gjorde, utgick från efemeriderdata (tabellerade positioner för himlakroppar som funktion av tid) inhämtade från Nautical Almanac Office vid Royal Greenwich observatory i England. Dessa data användes för att beräkna himlakropparnas upp- och nedgång vid olika svenska horisonter. Fram till 1957 gjordes dessa beräkningar manuellt, ett ganska omfattande arbete. Men här gjorde Per Olof Lindblad en stor insats för en automatisering. Han utvecklade ett Algol-kodat datorprogram som kunde utföra beräkningarna på de första svenska datormaskinerna BESK och FACIT EDB. Detta program användes vid beräkningar för 1959-1965 års almanackor. Därefter utvecklade systemerare Nils Carlborg programvara för att köras på modernare datorer.

Almanacksprivilegiet utställdes i tjugoårsperioder. Då perioden gick ut 1972 ansågs det inte längre förenligt med modern marknadsekonomi och det förnyades därför inte. Vem som helst kunde därefter ge ut almanackor och det gjorde man också. Det ledde till en ekonomisk katastrof för Vetenskapsakademien som inte längre kunde försörja vetenskapliga institutioner såsom Stockholms observatorium varför detta fick avhändas till Stockholms universitet. Samtidigt introducerade Nautical Almanac Office en tjänst där de för en relativ billig peng utförde alla beräkningar för himlakropparnas upp- och nedgång vid de olika svenska almanackshorisonterna. Dessa data sammanställdes på ett magnetband som skickades till Stockholms observatorium där de användes för produktionen av almanackorna.

Efter några år av osäker utgivning av de ”officiella” almanackorna utarbetades ett avtal mellan Stockholms observatorium och Almqvist & Wiksell Almanacksförlaget AB som innebar en halvtids forskartjänst med ansvar för almanackornas tillkomst och därutöver egen forskning. Jag sökte tjänsten 1976 och blev därmed redaktör för Den svenska almanackan och Vanliga almanackan. År 1990 ville Nautical Almanac Office kraftigt öka kostnaden för almanacksberäkningarna varför vi avslutade avtalet med dem och började utföra alla beräkningarna själva på Stockholms observatorium.

Almanacksjobbet innebar inte endast framtagande av himlakropparnas rörelser och skrivande av artiklar i båda almanackorna utan även intressanta interaktioner med samhället. Ett exempel var ansvaret att fastställa datum för bönedagarna som jag skickade till ärkebiskopen för godkännande. Detta gjorde han helt automatiskt utan några större koll och skickade därefter listan vidare till regeringen för fastställandet. Jag hade vissa regler att gå efter som jag fann i Psalmboken under kapitlet ”Kyrkoåret”. Ett år gick det inte så bra. Jag hade lagt ”Missionsdagen” på den 14 juli – det var där reglerna som jag följde bestämde att den skulle ligga – men man skulle helst inte lägga den på samma dag inom en två- eller tre-års period. Ärkebiskop Olof Sundby ringde upprört till mig: ”Vi har båda gjort ett jättemisstag – lagt Missionsdagen mitt i juli. Då är ju folk på semester! Då kommer ingen till kyrkan och vi får inte in någon kollekt!” Det var bara att tänja lite på reglerna i framtiden.

Foto: Aage Sandqvist.

Almanackorna för 2007 var mina sista almanackor eftersom jag gick i pension är 2006 då dessa almanackor producerades. Jag hade då varit redaktör för Den svenska almanackan och Vanliga almanackan i trettio år. På grund av sviktande försäljning av pappersalmanackor, förorsakad bland annat av introduktionen av smartphones, beslöt Almanacksförlaget att dra tillbaka den tjänst för framtagandet av almanackorna som de finansierade. Efter min pension tog Cecilia Kozma över för de resterande två åren av avtalet och därefter var det slut med dessa almanackor. Trodde man. Men som en annan fågel Phoenix reste de sig igen, tack vara att David Kennedal tog över och upprättade ett nytt mycket billigare avtal med Almanacksförlaget. Almanackorna finns därför kvar även idag.

#65: Lundmark och Johnson mot solförmörkelsen

Av Jesper Sollerman

Knut Lundmark förtjänar naturligtvis en egen blogg i detta jubileum, bland annat för sina bidrag till förståelsen av galaxerna och universums expansion, men även för sin stora populärvetenskapliga gärning. Här vill vi uppmärksamma den fantastiska bilden ovan där man kan se Knut Lundmark, till vänster, förbereda sig för en flygning i samband med solförmörkelsen 1954. Till höger står Lundmarks assistent och privatsekreterare Martin Johnson, som även var flygentusiast. Förmörkelser var viktiga saker för astronomerna på den tiden, och detta har vi tidigare diskuterat.

Vad som är mindre känt i astronomiska sammanhang är kanske att Martin Johnson (1930-2011) senare bytte bana och blev psykolog, och så småningom Europas förste professor i parapsykologi – i holländska Utrecht. Johnsons inställning till parapsykologi var för övrigt kritiskt ifrågasättande, och han menade att parapsykologiska fenomen måste tåla vetenskapliga experiment.

Jag minns hur jag själv som yngre tonåring lyckades få fatt i parapsykologiprofessorns postadress i Holland och skickade ett brev till honom (detta var långt före internet). Svaret kom så småningom med många handskrivna sidor på tunt flygpostpapper, där Johnson bland annat tipsade om olika utbildningar.  Han var – liksom Lundmark – från Norrland (Lundmark från Älvsbyn, Johnson från Malå) och hade tagit till sig naturvetenskapen via korrespondenskurser, vilket han generöst berättade om för en okänd ungdom. I efterhand har jag förstått att Johnson själv på liknande sätt kontaktade Nobelpristagaren i fysik Manne Siegbahn i sina tidiga tonår, och just på det sättet inspirerades att studera vidare. Kanske var det därför han tog sig tid att skriva ett så långt svar på mina frågor.

I början av 1950-talet grundade Johnson, tillsammans med Lundmark, den tvärvetenskapliga och populärvetenskapliga tidskiften Värld och Vetande. Det var kanske den första tvärvetenskapliga och populärvetenskapliga tidskiften i Sverige och illustrerar  ytterligare Knut Lundmarks närmast ohejdat breda intresse. Lundmark var själv huvudredaktör fram till sin död 1958, medan Johnson senare tog på sig den rollen under 15 år. Värld och Vetande lades ner 1998.

Solförmörkelsen 1954 lyckades de båda följa från en av försvarets  B3:or som lyfte från Halmstad och prickade totaliteten strax öster om Öland.

#62: Ny multispektrograf kan skriva om Vintergatans historia

Av Sofia Feltzing

Vintergatan är en av miljardtals galaxer i universum. Fram till mitten av 1990-talet trodde vi att vår galax var en lugn plats. Men ett antal studier kom att ändra på det antagandet. De främsta av dessa är  Hipparcos-satellitens data som visar att i solens närhet hänger stjärnors banparametrar samman med deras ålder och innehåll av tyngre grundämnen. Den andra viktiga upptäckten är att man hittade Sagittariusdvärgen, en liten galax som håller på att slitas sönder av Vintergatan. Resterna efter den sträcker sig över hela himlavalvet. Vintergatan blev plötsligt en plats där oväntade saker kunde hända. Samtidigt blev en stor stjärnstudie, ledd av Uppsala-astronomer, klar. Tillsammans med kollegor i Austin, Texas, hade de tagit högupplösta spektra av nästan tvåhundra stjärnor. Analysen visade för första gången att man kan göra mycket precisa mätningar av grundämneshalterna för stora mängder stjärnor.

Resterna av Sagittariusdvärgen kretsar fortfarande kring Vintergatan. Figur: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, SSC & Caltech.

De yttre lagren av stjärnors atmosfärer innehåller information om var de bildades. Alla grundämnen förutom de allra lättaste bildas genom kärnprocesser i stjärnors inre eller i de explosiva slutstadierna av en stjärnas liv. Grundämnena slängs ut i rymden och nästa generations stjärnor kommer att få högre halter av grundämnena än den föregående generationen. Olika grundämnen ökar olika snabbt i gasen över tid. Kanske strömmar det in alldeles färsk gas i galaxen. Då minskar grundämneshalterna istället i nästa generation. Det visar sig alltså att studiet av grundämneshalter i stjärnor har stor potential att berätta hur en galax har bildats och utvecklats över tid. För att komma åt denna information behöver vi registrera absorptionslinjer i stjärnors spektrum. Dessa linjer uppstår på grund av att atomer i stjärnans atmosfär absorberar ljus vid mycket specifika våglängder. Varje grundämne sätter sitt eget speciella avtryck. Därför behöver vi spektra av så många stjärnor som möjligt för att kunna lägga det stora pusslet om hur Vintergatan bildades.

ESA:s Gaia-satellit visar hur stjärnor rör sig på himlen, men för de mer ljussvaga stjärnorna behöver vi jordbaserade spektra för att bestämma mängden av olika grundämnen och för att mäta stjärnornas rörelse längs synlinjen, en rörelsekomponent som Gaia inte kan fånga. Flera projekt har bidragit med sådana data och fler är på gång. Ett av de allra största är 4-metre Multi-Object Spectroscopic Telescope, förkortat 4MOST. Finessen med instrumentet är att det vi varje exponering, och med hjälp av optiska fibrer, kan ta spektrum på många stjärnor åt gången. Själva instrumentet består av tre spektrografer – två med mellanstor upplösning med vardera 800 optiska fibrer samt en högupplöst spektrograf också den med 800 fibrer. Det betyder att på en enda gång kan 4MOST registrera spektra för 2400 objekt. 4MOST kommer att monteras i Europeiska Sydobservatoriets VISTA-teleskop i Atacama-öknen i Chile och börjar observera i slutet av 2022. Synfältet är imponerande stort, hela 4 kvadratgrader. Totalt planerar vi att ta spektra för 15-20 miljoner stjärnor under en femårskampanj.

4MOST är ett mycket avancerat spektroskop som konstrueras för att monteras i det redan befintliga VISTA-teleskopet vid Paranal i Chile. Foto: ESO/H.H.Heyer.

För att bygga 4MOST och genomföra den stora genommönstringen har ett konsortium bildats (mer om instrumentet och vilka som är med på www.4most.eu). I ett så stort samarbete, mer än 300 forskare, måste arbetet delas upp. Flera institut bygger tillsammans de tre spektrograferna. Andra fokuserar på analysen av spektra. Alla deltar i att utforma observationsprogrammet. I Sverige jobbar forskare i Stockholm och Lund med att utveckla automatiserade analysprogram för stjärnspektra, medan forskare i Uppsala arbetar med att förbättra den fysikaliska analysen av dessa spektra. Själv är jag så kallad Project scientist och hjälper därmed till att leda mycket av forskningsorganisationen.

En ritning som visar 4MOST monterat i VISTA-teleskopet. Figur: 4MOST Consortium.

4MOST kommer att spotta ur sig omkring 10 000 stjärnspektra per natt. Detta ger stora utmaningar jämfört med tidigare projekt. Det går inte längre att lägga spektra på hög och analysera senare utan vi måste få till en process som kör kontinuerligt. Vi tittar därför på möjligheter att använda olika typer av maskininlärning för analysen. Detta är en ganska ny tillämpning inom astronomin. Metoderna har visat sig vara mycket effektiva. Det tar mindre än en sekund att analysera ett spektrum jämfört med den timslånga analysen som krävs om man använder en realistisk fysikalisk modell. Vi studerar hur bra analyserna kan bli och hur de två metodikerna bäst kan kombineras.

Vad tror vi då att vi skall hitta när vi väl får alla dessa data? Det kommer att bli en kombination av svar på specifika frågeställningar och nya, oväntade upptäckter. Till exempel kommer vi att kunna bättre beskriva utsträckningen och strukturen hos Vintergatans mörka materiehalo, i detalj kunna karakterisera Vintergatans stjärndisk och därmed också förstå hur den bildats och studera hur stjärnhalon har pusslats ihop. Vi kommer också lära oss nya saker. Så är det ofta inom astronomin – med nya observationer besvarar vi inte bara redan kända frågeställningar utan vi hittar helt nya fakta som hjälper oss att nyansera bilden av universum och dess beståndsdelar och får oss att ställa nya frågor.

I detta videoklipp berättar Sofia Feltzing mer om 4MOST och vad man hoppas lära sig av det. Film: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

#61: Värmlandsboliderna och det svenska meteornätverket

Av Eric Stempels

Den 12 december 2012 blev jag uppringt av Värmlands radio, och en journalist frågade mig vad det starka ljusfenomenet som observerats kvällen innan kunde ha varit. Nåväl, inte hade jag varit i Värmland, eller ens sett fenomenet, så det blev genast spekulation. Det kunde ha varit allt möjligt, kanske en ljusstark planet vid horisonten, eller ett flygplan eller kanske en bolid. Vissa påstod sig ha hört ’nedslaget’. Utifrån vittnesuppgifterna var det sannolikt att det var en större bolid med ljudboom, dock utan nedslag, men det var ändå inget tillfredsställande samtal. Det var inte första gången jag varit med om att fina visuella observationer blev utan förklaring. Och ändå satt jag där som astronomen i telefonen, som ju självklart vet vad som händer på himlen. Astronomer tittar ju hela tiden på himlen, det är i alla fall vad många tror.

Boliden över Värmland en 13 augusti 2015, 01.51 CEST (se nedan). Foto: Thingvalla Photography/ Ove Rasmussen.

När jag började luska lite mer i bolidfenomenet hittade jag många liknande nyhetsinslag – någon hade sett något, och astronomen tillskrev det en bolid, och så var det inte mer med det. Däremot återgavs nyheterna ofta alldeles för spekulativt, överdrivet och orealistiskt, mer i stil med en hollywoodfilm där eldklot slår ner i hög fart i byggnader och startar bränder. Vissa nätsajter hade dock en mer balanserad information, till exempel rapporterar många amatörastronomer sina iakttagelser på Astronet. Och där hittade jag även länkar till det danska meteornätverket Stierneskud, där man med flera himmelskameror övervakar himlen efter meteorer och bolider, mäter infallsvinklar och hastigheter och lämnar information om det inträffade till medierna. Det fanns dock inte några bra bilder på boliden från den 11 december 2012.

Meteorkamera. Foto: Sweden Allsky Meteor Network/Uppsala amatörastronomer.

Nästa vår, tidigt på morgonen den 3 april 2013, syntes och hördes en ny bolid över Värmland, men denna gång fanns bilder och videoinspelningar från meteorkameror i Danmark (Aalborg) och Norge (Oslo), samt ett stort antal ögonvittnesuppgifter. Observationerna visade att meteoroiden hade kommit in i atmosfären i en låg, gynnsam vinkel och med en relativ låg fart, vilket pekade på att ett eventuellt meteoritfall kunde ha ägt rum mellan Lesjöfors och Kopparberg. Tyvärr kunde nedfallsområdet inte bestämmas tillräckligt bra, eftersom meteorkamerastationerna låg för långt bort. Dessutom kändes det otillfredsställande att behöva förlita sig på observationer från grannländerna för att kunna säga något kvalificerat.

Frustrerad av händelserna i Värmland bestämde jag mig för att även Sverige borde ha ett nätverk av meteorkameror. För bara genom tydliga lokala mätningar går det att komplettera ögonvittnesuppgifterna och lämna rimliga och kvalificerade förklaringar på vad som inträffat. Inspirationen hämtades från Danmark, och den första svenska stationen byggdes under 2014, baserat på en enkel övervakningskamera med vidvinkellins. Samtidigt utvecklades tillsammans med kollegorna i Danmark och Norge en helautomatisk mjukvara, samt ett sätt att direkt utbyta observationer så att vi kunde dra nytta av varandra.

Den 16 mars 2014 lyckades meteorkamera i Uppsala fånga sin första bolid. Foto: Uppsala universitet.

Intresset för ljusstarka himlafenomen är stort, och många amatörastronomer var villiga att sätta upp egna himmelskameror. Nätverket — som kan nås här — har blivit ett fantastiskt sätt att etablera ett direkt samarbete mellan amatörer och professionella astronomer. Under kort tid anslöt sig Uppsala amatörastronomer, Institutet för Rymdfysik samt amatörastronomerna Daniel Sundström (Arvika), Jan Persson (Mölndal) och Jan Andersson (Borlänge). Under de senaste åren har det tillkommit stationer i Mörkret och Hoberg i Dalarna, Umeå och Västerås. Nya stationer byggs just nu i Örebro, Norrköping, Skåne och Halland.

Skallgång i Norge efter möjlig meteorit från boliden 13 augusti 2015. Foto: Morten Bilet.

Sedan nätverket startades har det inträffat ett antal ljusstarka bolider över Sverige. Och slumpen ville att den första stora boliden som nätverket registrerade, den 13 augusti 2015, gick, just det, i sydvästlig riktning över Värmland. Med anledning av denna gjordes en sökning på den norska sidan av gränsen, tyvärr utan resultat. Kameranätverket har sedan dess registrerat hundratals meteorer och bolider, och även kunnat ge värdefull information om mystiska explosioner och oförklarade himlafenomen. Så nästa gång journalisten ringer kommer jag att kunna ge ett riktigt svar.

#59: Rymdbaserad astrometri: Gaia

Av Lennart Lindegren

För nästan exakt 30 år sedan bevittnade jag den epokgörande uppskjutningen av Hipparcos, astrometrisatelliten som jag skrev om i föregående inlägg. Tidigt på morgonen den 19 december 2013 stod jag ännu en gång på rymdbasen i Franska Guyana och spanade österut mot uppskjutningsrampen. Nu var det Gaia som skulle upp: uppföljaren till Hipparcos som ska kartlägga närmare två miljarder stjärnor i Vintergatan. Den här gången gick allt perfekt. En månad senare var Gaia framme vid sin destination i L2, den andra Lagrangepunkten 1,5 miljoner km från jorden, och rutinmässiga observationer påbörjades i juli 2014. Det första femårsjubileet gick tämligen obemärkt förbi i somras.

Ett fotomontage med Gaia framför Vintergatan. Bild: ESA/D. Ducros.

Hittills har Gaia registrerat över en biljon (en miljon miljoner) astrometriska mätningar! Aktuell statistik finns här. Den 25 april 2018 släpptes den andra katalogen med provisoriska Gaia data för 1,7 miljarder objekt baserade på de första två årens observationer. Katalogen ger noggranna avstånd för miljontals stjärnor, och HR-diagrammet nedan visar nu en mängd intressanta detaljer. Exempelvis att de vita dvärgarna nere till vänster följer flera olika serier beroende på grundämnessammansättningen i deras ytlager, eller att huvudserien har ett litet “jack” vid absolut magnitud 10, eftersom den inre strukturen är olika för lättare och tyngre stjärnor. Och detta är förstås bara en liten glimt av vad Gaia förmår — jag har inte alls gått in på hur mätningarna av stjärnornas rörelser håller på att revolutionera vår bild av Vintergatan, eller vad asteroidobservationerna som vi får på köpet betyder för utforskningen av vårt solsystem. Förhoppningen är att Gaia ska fortsätta leverera data till 2024, innan gasen som styr satellitens rotation tar slut.

HR-diagram för drygt 2 miljoner stjärnor i Gaia Data Release 2 med en osäkerhet i avstånden på högst 1 %. Figur: Lennart Lindegren och ESA/Gaia/DPAC.

Hur är det möjligt för Gaia att prestera så mycket bättre än Hipparcos — 10 000 gånger så många objekt och upp till 100 gånger högre noggrannhet? En del av förklaringen är att Gaias teleskop är fem gånger större, med en öppning på 1,45 m jämfört med Hipparcos 29 cm, så att betydligt svagare stjärnor nås, samtidigt som den diffraktionsbegränsade upplösningen blir fem gånger bättre. Resten förklaras av utvecklingen på detektorfronten: medan Hipparcos bara kunde observera en stjärna i taget med en typ av fotomultiplikator, mäter Gaia i genomsnitt 30 000 stjärnor samtidigt med hjälp av alla sina CCD-detektorer, som dessutom har mycket högre ljuskänslighet än fotomultiplikatorn.

Gaias digitala kamera består av 106 tätt packade CCD-detektorer med totalt 938 megapixlar. Här under hopsättningen vid Astrium i Toulouse, Frankrike. Foto: Astrium.

Liksom var fallet i Hipparcos-projektet är hundratals astronomer, dataingenjörer och andra experter runt om i Europa engagerade i bearbetningen av Gaia-satellitens observationer. Men i motsats till Hipparcos finns bara ett konsortium som tar hand om Gaia-reduktionerna från början till slut. Sverige har en liten men nog så betydelsefull del i detta genom astronomer i Lund och Uppsala. En intressant detalj i sammanhanget: Sveriges medverkan i Hipparcos- och Gaia-projekten har alltsedan slutet på 1970-talet konsekvent stötts av den svenska Rymdstyrelsen, eller Statens delegation för rymdverksamhet, som den hette fram till 1991. Ett mer än 40-årigt engagemang av en statlig myndighet som förtjänar uppmärksammas!

#58: Rymdbaserad astrometri: Hipparcos

Av Lennart Lindegren

Klockan är strax efter åtta på kvällen. Det är redan natt — skymningen är kort vid fem graders latitud. Åskådarna på den lilla observationsplattformen blickar oroligt mot horisonten västerut, där molnen emellanåt lyses upp av ett avlägset tropiskt åskväder. Uppskjutningsrampen syns bara som en obetydlig ljusfläck 12 km bort. Så börjar nedräkningen, och spänningen blir olidlig när minuterna övergår till sekunder: tio, nio, åtta, sju… En suck av lättnad och förundran hörs när den lilla ljuspricken förvandlas till ett intensivt sken som sakta höjer sig mot himlen. Det verkar gå osannolikt långsamt i början. Men accelerationen är våldsam och de tunna molnlagren passeras snabbt. Raketen viker av österut och passerar efter någon minut rakt över våra huvuden. Nästan 100 km upp avtecknar sig utblåsningsflamman otroligt vackert mot den mörka himlen, som en parabelformad komet. Efter mer än ett decennium av planering och förberedelser är Hipparcos äntligen uppe! Tillbaka i Kourou firas med champagne och kinamat.

Vad jag och mina kollegor bevittnade för 30 år sedan, vid den europeiska rymdbasen i Franska Guyana på Sydamerikas nordkust, var inledningen till en ny era inom den observationella astronomin. Uppskjutningen av Hipparcos den 8 augusti 1989 gick till en början perfekt, men senare misslyckades alla försök att få in satelliten i den avsedda geostationära banan. Till en början såg det ut som projektet var förlorat, men efter månader av snillrika och mödosamma räddningsaktioner kunde Hipparcos användas någorlunda normalt i den del av banan som låg ovanför jordens strålningsbälten. När Hipparcos-katalogen offentliggjordes nio år senare var triumfen ett faktum.

Hipparcos integreras med Ariane-4 innan uppskjutningen. Foto: ESA/CSG/Service Optique CSG

Tidigare har jag berättat om meridiancirklar och andra metoder för noggranna vinkelmätningar på himlen, astrometri. Att göra astrometriska observationer från rymden har stora fördelar: förutom att man slipper atmosfärens inverkan kan teleskopet i tyngdlösheten riktas mot olika delar av himlen utan att deformeras under sin egen tyngd. En som tidigt insåg dessa fördelar var den franske astronomen Pierre Lacroûte (1906-1993), mångårig chef för observatoriet i Strasbourg. Vid en astronomkonferens i Prag 1967 presenterade han ett första utkast till en astrometrisk satellit. Men det skulle dröja till 1980 innan idéerna hade mognat till ett tekniskt genomförbart projekt, godkänt och finansierat av den europeiska rymdstyrelsen (ESA), och ytterligare nio år innan satelliten sändes upp. Under tiden hade hundratals astronomer — mest från Frankrike, Italien, Tyskland, Storbritannien och Nederländerna, och några från Danmark och Sverige — gjort en enorm kraftsamling för att förbereda observationsprogrammet och bearbetningen av observationerna. Datareduktionerna ansågs så pass besvärliga, att man för säkerhets skull hade två “konsortier” som oberoende av varandra genomförde hela kedjan av reduktioner från rådata till de färdiga resultaten.

I Sverige — närmare bestämt i Lund — hade jag och kollegan Staffan Söderhjelm ansvaret för den sista länken i den ena reduktionskedjan, ledd av Erik Høg. Efter att rådata kondenserats till exakta vinkelmätningar vid Greenwich-observatoriet i England, och satts samman till storcirkelkoordinater vid Köpenhamns observatorium, var det vår uppgift att pussla ihop storcirklarna till ett enhetligt gradnät över hela himlen och räkna ut de enskilda stjärnornas positioner, parallaxer och egenrörelser.

Det var alltså i Lund som de första stjärnavstånden baserade på Hipparcos-parallaxer kunde inspekteras. En första, ytterst preliminär beräkning blev klar i november 1990. Den baserades på enbart tre månaders observationer, utförda under satellitens första år i rymden, och omfattade bara 6000 stjärnor. För att undersöka om resultaten verkade rimliga tog vi till ett av astronomernas favoritknep: att plotta stjärnornas absoluta ljusstyrkor mot deras färgindex i ett så kallat Hertzsprung-Russell-diagram. Beroende på en stjärnas massa och utvecklingsfas hamnar den på olika ställen i ett HR-diagram, men oftast längs ett par någorlunda väldefinierade kurvor: huvudserien och jätteserien. För att räkna ut den absoluta ljusstyrkan behöver man veta stjärnans avstånd, och om Hipparcos gav felaktiga parallaxer skulle stjärnorna hamna tokigt i diagrammet.

Det allra första HR-diagrammet baserat på Hipparcos-mätningarna. från november 1990. Det innehåller ca 3000 stjärnor med ytterst provisoriska parallaxer baserade på endast tre månaders observationer. Färgindex (B-V) kommer från fotometriska observationer gjorda från marken. Figur: Lennart Lindegren.

Det allra första HR-diagrammet baserat på Hipparcos (bilden ovan) är inte särskilt imponerande. Men stjärnorna ligger ungefär där de ska, och för oss var detta en viktig bekräftelse att Hipparcos verkligen fungerade. När den färdiga Hipparcos-katalogen presenterades 1997 var HR-diagrammet en av höjdpunkterna (bilden nedan). För första gången hade astronomerna tillgång till pålitliga avstånd och egenrörelser för tiotusentals stjärnor inom några hundra ljusår från Solen!

HR-diagram för 16 631 stjärnor i Hipparcos-katalogen (1997) med högst 10 % osäkerhet i avstånden. Figur: ESA.

#57: Guldår inom kosmologin: Ett personligt perspektiv

Av Ariel Goobar

I början på 1990 talet rådde stor optimism bland teoretiska partikelfysiker och kosmologer: Man var äntligen på väg att förstå universums begynnelse och innehåll. De banbrytande observationer av den kosmiska mikrovågsbakgrunden som gjordes med COBE-satelliten hade resulterat i detektionen av små skillnader i strålningsintensitet i olika riktningar. Dessa gav en unik bild av de förhållanden som rådde i universum några hundra tusen år efter Big Bang. Själv hade jag precis kommit till Lawrence Berkeley Laboratory (LBL) när George Smoot höll det historiska seminariet där COBE-mätningarna presenterades. Upphetsningen visste inga gränser. Vid LBL ingick jag i supernovagruppen som då leddes av Richard Muller och George Smoot. Kosmologiprojektet som jag kom att arbeta med leddes av Carl Pennypacker och Saul Perlmutter.

Små temperaturvariationer i den kosmiska bakgrundsstrålningen uppmätta av COBE-satelliten. Bild: NASA/COBE.

Vid tiden fanns det vissa astronomer som hävdade att Typ Ia-supernovor (SNIa), som både lyser väldigt starkt och alltid förefaller ha en bestämd intensitet, kunde användas för att bestämma kosmologiska avstånd. LBL-projektet gick ut på att göra en precisionsmätning av universums expansionshistoria för att på så sätt ”väga” universums innehåll. Den enkla principen är att ju större kosmisk masstäthet desto större inbromsning av expansionen. Det rådde dock stor skepsis bland många astronomer. Dels hade ingen lyckats hitta en supernovaexplosion som var tillräckligt långt bort för att uppnå målet, dels rådde det olika meningar om supernovorna verkligen var tillförlitliga standardljuskällor. Supernovagruppen på LBL var under stor press att visa att man gjorde framsteg: en internutredning där man bjudit in områdets auktoriteter hade inte ställt sig särskilt positiv till den forskningen som bedrevs. Under tumultet som följde gjorde LBL-ledningen en omorganisation av gruppen och Saul Perlmutter blev den nya gruppledaren.

En bild från Berkeley 1992 med de då unga forskarna Ariel Goobar, Carl Pennypacker och Saul Perlmutter. Foto: Ariel Goobar.

Mot alla odds hittade vårt team under våren 1992 SNIa-kandidater med Isaac Newton-teleskopet på La Palma. För flera av dessa fanns det en rimlig chans att de hade tillräckligt stor rödförskjutning för att kunna användas för att mäta universums masstäthet. Det blev till slut Saul och jag som med stor vånda valde kandidaten på vilken vi skulle komma att satsa hela vår (och andras!) teleskoptid. Supernovan, som kom att benämnas SN1992bi, gjorde oss inte besvikna: efter ett tiotal misslyckade försök (dåligt väder, jordbävningar, trasiga instrument med mera) fick vi ett förlösande fax från Cambridgeastronomen Richard Ellis som lyckats få ett spektrum av supernovans värdgalax som visade att rödförskjutningen var z=0,458. Världsrekord!

Kritiken blev nu något mildare och vi fick utökad teleskoptid. Detta möjliggjorde upptäckten av avlägsna supernovor i en allt snabbare takt. Hela 42 stycken blev det fram till och med 1998. Under tiden blev vi uppmärksammade på en publikation som hävdade att Einsteins ökända kosmologiska konstant, inte kunde försummas. Einstein hade infört konstanten på fel grunder 1917 i ett försök att förklara att vi kunde leva i ett statiskt universum. Einstein sägs ha kallat  ”hans livs största blunder”, och bland teoretiska fysiker var den extremt impopulär, då den svarade mot ett orimligt värde om man gjorde en kvantmekanisk tolkning, den så kallade vakuumenergin.  

Under flera månader klurade Saul och jag på vad det skulle betyda för våra mätningar om nu den kosmologiska konstanten inte var noll. Vid första anblicken betydde det att vi hade ett stort problem: massan hos galaxerna skulle få universum att sakta ner expansionen, emedan konstanten skulle få motsatta effekt. Hur skulle vi då kunna tolka mätningarna när det fanns två tänkbara ”drivkrafter” som dessutom hade motsatt inverkan på expansionen?

Kosmologiska avstånd har mätts med hjälp av Typ Ia-supernovor (datapunkterna) visar att endast modeller där universums expansion accelererar ger en bra beskrivning av observationerna. Den bästa modellen, där energitätheten nu domineras av en kosmologisk konstant pekar på att Big Bang inträffade för 13,8 miljarder år sedan. Bild: Ariel Goobar.

Efter en del klurande kom vi fram till att vi faktiskt borde både kunna väga universum och mäta värdet på Einsteins kosmologiska konstant om vi valde rätt strategi med våra supernovaobservationer. Nyckeln var att utnyttja vetskapen om hur de olika energidensiteterna ändras med kosmisk tid, vilket vi publicerade i en artikel 1995.

Vi fick faktiskt rätt. Mätningarna som publicerades mellan 1998 och 1999 kom att förändra den rådande uppfattningen om universums innehåll: den repulsiva komponenten dominerar den kosmiska sammansättningen och universums expansion accelererar!

Saul Perlmutter under sin Nobelprisföreläsning i Aula Magna 2011. Foto: Wikimedia commons/ Holger Motzkau.

Genombrottet ledde till att Saul Perlmutter belönades med Nobelpriset i fysik 2011, tillsammans med Brian Schmidt och Adam Riess. Schmidt och Riess hade gjort oberoende avståndsmätningar av supernovor och kom fram till samma överraskande resultat. Einstein hade inte haft helt fel trots allt!? Det råder idag viss tvekan om det verkligen handlar om vakuumenergin som svarar mot den kosmologiska konstanten eller om det är ett ännu mer mystiskt fenomen som har kommit att kallas ”mörk energi”. Jakten på förklaringen till vad det är som orsakar universums acceleration fortsätter!

#56: IAU:s kongress i Stockholm 1938

Av Eric Stempels

Det är inte enbart Svenska astronomiska sällskapet som firar hundra år i år, även Internationella astronomiska unionen (IAU) firar sitt hundraårsjubileum 2019, närmare bestämt den 28 juli. Detta uppmärksammar vi idag genom att dela en film med IAU-anknytning.

En av de största händelser för svenska astronomer under det senaste seklet måste ha varit IAU:s kongress i Stockholm år 1938. Det var sjätte gången IAU organiserade en kongress, och valet av Stockholm hade emottagits mycket positivt vid föregående kongress i Paris 1935. För svensk del innebar det möjligheten att sätta Sverige på den astronomiska kartan, och samtidigt visa upp Stockholms nybyggda och moderna observatorium i Saltsjöbaden.

Gruppbild framför observatoriet i Saltsjöbaden. Foto: Populär astronomisk tidskrift, vol. 19, 1938, s. 141, okänd fotograf.

Kongressen hölls i exceptionellt fina lokaler – sammanträden ägde rum i Riksdagshuset, det bjöds på supé med dans i Gyllene Salen, en temottagning på Slottet i närvaro av Gustav V, en utflykt till Saltsjöbaden och många andra ställen i Stockholm. Inom programmet rymdes även ett snabbt besök på Uppsala Observatorium, med lunch på Uppsala Slott. Utöver detta bjöd kongressen förstås vetenskapliga förhandlingar och möten.

Deltagarna kom från många länder (hela listan finns här). De flesta kom från USA, hela 62 stycken, sedan Sverige med 42 deltagare, och därefter Storbritannien med 41, Frankrike med 22 och Nederländerna med 14. Särskild lång resväg hade de två delegaterna från Japan.

Kongressen skildrades av Yngve Öhman i en fin artikel i Populär astronomisk tidskrift (vol. 19, 1938, läs den här). Intryck av kongressen har också bevarats genom Åke Wallenquist som filmade under några av kongressens sociala tillställningar. I filmen syns kända astronomer från hela världen. Belgaren Georges-Henri Lemaître, en av big bang-teorins fäder, samtalar till exempel med den japanske delegaten Yusuke Hagihara (2:46). Arthur Eddington, en av relativitetsteorins viktigaste förkämpar, dyker upp (5.37). Och bland svenska delegater syns till exempel Bertil Lindblad, föreståndare för observatoriet i Saltsjöbaden, i samspråk med Henri-Alexandre Deslandres (1.17) och Östen Bergstrand, föreståndare för observatoriet i Uppsala (4.57). De flesta kvinnor som syns i bild är medföljande fruar, men Annie Jump Cannon från Harvard college observatory var på plats (2:48), så också vår svenska astronom Frida Palmér.

Från IAU:s kongress i Stockholm 1938. Film: Åke Wallenquist.

* * *

Berätta gärna i en kommentar om du känner igen någon mer på filmen så lägger vi till flaggor här nedanför.

  • Elis Strömgren 00.35
  • Arthur Eddington 01.16 och 5.37
  • Bertil Lindblad 01.22
  • Harlow Shapley 01.51 och 05.06
  • Walter Baade 02.07
  • Georges-Henri Lemaître med Yusuke Hagihara 2:46
  • Annie Jump Cannon 2:48
  • Bengt Strömgren med Arthur Eddington 02.59
  • Jan Oort och Gerard Kuiper 03:05
  • Östen Bergstrand 4.57
  • Julie Vinter Hansen, 05.33

#54: Kometen som kolliderade med Jupiter

Av Johan Warell

Sommaren 1994 gick många av oss i väntans tider – en komet var på väg att kollidera med Jupiter! Mycket var märkligt med denna komet: upptäckten, utseendet, banan, nedslaget, effekterna och det vi lärde oss av den.

Kometen hette Shoemaker-Levy 9 efter de amerikanska astronomerna Gene och Carolyn Shoemaker och David Levy. Men sitt amerikanska namn till trots var den ändå lite av en ”svensk komet”! Den sågs nämligen för första gången på en bild tagen 19 mars 1993 av Mats Lindgren, doktorand i planetgruppen vid Astronomiska observatoriet i Uppsala. Han sökte efter kometer i närheten av Jupiter med 1-meters Schmidtteleskopet på La Silla, objekt som kunde ha påverkats av jätteplanetens gravitation. Han markerade en underlig suddig fläck på plåten, men kontrollerade inte närmare dess identitet. På samma sätt agerade två andra observatörer med sina egna bilder – den japanske amatörastronomen Satoshi Osomo och den amerikanska astronomen Eleanor Helin. Alla tre såg de kometen på bilder flera dagar innan den upptäcktes officiellt.

Den fragmentiserade kometen fångad med hjälp av Hubble-teleskopet den 17 maj 1994. Foto: NASA.

Redan vid denna tidpunkt hade Shoemaker-Levys komet ett mycket märkligt utseende, utdragen som den var till ett diffust streck på grund av otaliga fragment utspridda längs dess bana. När positionsmätningar strömmade in till Minor Planet Center insåg man snart två extremt intressanta banegenskaper: dels hade kometen i mitten av april 1992 passerat mycket nära Jupiter och då sannolikt brutits sönder av tidvattenkrafter, dels skulle den i juli följande år passera mycket nära planeten igen. Snart stod det klart att kometen hade fångats in av Jupiter långt tidigare, innan 1960 och sannolikt redan någon gång kring 1920-talet, och den skulle komma att kollidera med Jupiter året därpå!

Den 16-21 juli 1994 störtade så kometens fragment ner i jätteplanetens atmosfär. Spekulationerna om vad som skulle hända vid nedslaget var vilda. Ingen kunde säkert veta vad som skulle ske när fragmenten förintades i atmosfären, men många trodde att åtminstone något skulle kunna gå att se i teleskopen, kanske också i amatörinstrument. För svenska observatörer skulle det dock bli svårt att studera Jupiter. Den stod nära horisonten på en ljus sommarhimmel och var synlig bara en kort stund efter solnedgången.

Flera svenska amatörer spanade under nedslagsveckan mot Jupiter. Ivrigast var Margareta Westlund och Karl-Gustav Andersson som tog sikte redan den 16 juli, strax efter nedslaget av fragment A. Denna kväll såg de inget ovanligt på Jupiters skiva, men den 18:e var det annorlunda: resultatet av nedslag G var tydligt synligt som en mörk och mycket stor fläck nära planetens sydpol.

Teckningar av Jupiters södra polarområde i samband med nedslagen av kometfragmenten. De mörka, runda fläckarna är spår efter de olika fragmenten. Teckningar av: a) Karl-Gustav Andersson, den 18 juli, b) Margareta Westlund, den 20 juli, c) Anders Wettergren, den 20 juli, d) Johan Warell, den 21 juli, e) Karl-Gustav Andersson, den 23 juli, f-i) Johan Warell, den 24, 25, 28 juli respektive den 16 augusti.

De följande veckorna följdes de nybildade fläckarna av flera svenska amatörer. Det oregelbundna pärlbandet av smutsfläckar utvecklades från dygn till dygn. Vissa fläckar varade länge, medan andra nedslag inte gav upphov till något synligt resultat alls. Vissa av fläckarna växte ihop, drogs ut av jetströmmarna och formade ett nytt, brett bälte, som under hösten blev allt blekare. De effekter som nedslagen hade i atmosfären visade sig vara korrelerade med fragmentens ljusstyrkor och relativa lägen i den sönderslitna kometsträngen, och tolkades som skillnader i densitet, struktur och sammansättning.

Bilderna ovan sammanfogade till ett så kallat driftdiagram. Diagrammet visar hur fragmenten slår ner ett efter ett varefter Jupiter roterar. Montage: Johan Warell.

Själv observerade jag fläckarna vid tjugo tillfällen från den 20 juli till den 28 augusti med 16 cm astrografen i Observatorieparken i Uppsala, och tog även ett antal foton. Det var spännande att följa tillkomsten av nya fläckar, deras inbördes storlekar, ljusstyrkor, rörelser och utveckling. Vädret samarbetade alltså, men några detaljer var inte möjliga att se på grund av den låga kontrasten och dåliga seeingen på Jupiters ringa höjd över horisonten. Jag beskrev resultaten av de observationer som samlades in av Svensk Amatörastronomisk Förenings solsystemssektion i Astronomisk Årsbok 1995 (Bokförlaget Inova), och en av mina teckningar rapporterades till British Astronomical Associations Jupiter Section och hamnade så småningom i boken The Great Comet Crash av John Spencer och Jacqueline Mitton (Cambridge University Press).

Shoemaker-Levys nedslag på Jupiter är ett av de mest spektakulära astronomiska fenomen som jag har upplevt. Ännu högre på listan kommer dock ett annat extraterrest atmosfärsfenomen som jag observerade med min 6 cm refraktor: Saturnusmånen Titans ockultation av stjärnan 28 Sagittari den 3 juli fem år tidigare, som var exakt central över Skandinavien och åtföljdes av en häpnadsväckande, blixtrande ljusflash. Detta är förstås en helt annan historia, men ett fenomen som nog är lika sällsynt som ett kometnedslag på Jupiter!