5. Rymdfart – Svenska astronomiska sällskapet 100 år

#77: Viking, en svensk rymdpionjär inom norrskensforskningen

Av Kerstin Fredga

Inom det svenska nationella rymdprogrammet hade vi under 1960- och 1970-talen byggt alltmer avancerade nyttolaster för sondraketer som sändes upp från Esrange-basen strax utanför Kiruna. Det var en teknik som vi behärskade. Det borde inte vara så mycket svårare att bygga en liten billig satellit tänkte Bengt Hultqvist, då chef för Kiruna geofysiska observatorium (numera Institutet för rymdfysik). Så startade Viking-projektet och Sveriges småsatellitprogram.

Viking var en liten platt satellit, knappt två meter i diameter och med ett stort antal bommar, spröt och antenner som stack ut åt olika håll, samt ett helt batteri av instrument för mätningar av partiklar, vågor liksom elektriska och magnetiska fält. Dessa mätningar kompletterades med två kameror ombord som tog bilder i ultraviolett ljus av norrskenet som befann sig längre ner under satelliten. Instrumenten var byggda av forskargrupper i Sverige, Danmark, Norge, Västtyskland, Kanada och USA. Rymdbolaget och Saab Space svarade för själva satelliten.

Förstadagsbrev med Viking-frimärke utgivet 1984. Foto: Colnect.com.

Viking sändes upp i februari 1986 med en Ariane 1 raket från den europeiska rymdbasen Kourou i Franska Guyana i Sydamerika. Ombord fanns också den franska fjärranalyssatelliten SPOT. Med en egen liten raketmotor placerades sedan Viking i en långsmal bana över polerna med en högsta höjd över jordytan på 13 500 km över nordpolen och en lägsta höjd på 820 km över sydpolen. Drift och datanedtagning skedde från Esrange och forskarna hade möjlighet att direkt växelverka med sina instrument. En första preliminär databearbetning skedde också omedelbart på plats. Den typen av drift var då mycket ovanlig i satellitsammanhang, men visade sig mycket lyckosam.

Inspelning från uppskjutningen av Viking från franska raketbasen Kourou den 22 februari 1986 (på franska och engelska).

Viking blev en stor framgång. En viktig uppgift för Viking var att ta reda på var och hur norrskenspartiklarna accelererades till sina höga energier. För att accelerera laddade partiklar behövs ett elektriskt fält och man hade indirekt kunnat sluta sig till att det borde finnas elektriska fält som är parallella med det jord-magnetiska fältet, och som spelar en viktig roll för uppkomsten av norrsken. Redan de första observationerna bekräftade att Viking hade hittat rätt och rörde sig rakt igenom accelerationsområdet och att detta låg på 1-2 jordradiers höjd över jordytan.

De två kamerorna ombord på Viking tog mer än 40 000 bilder av olika norrsken. Genom att filtrera ut två speciella våglängdsområden i ultraviolett ljus blev det möjligt att avbilda norrskenet även på jordens dagsida, vilket gav unika bilder av hela norrskensovalen över polarkalotten. Observationerna visade bland annat att aktiviteten på dagsidan i allmänhet är mycket större än på nattsidan.

Viking hittade också en typ av mycket intensiva radiovågor med våglängder på några kilometer. Dessa vågor kan endast observeras från rymden. Sedd på avstånd, utifrån rymden, kan jorden alltså uppföra sig som en stark radiokälla. Det är fascinerande att tänka sig att denna strålning kanske är det första en eventuell utomjordisk varelse skulle upptäcka när den närmar sig jorden.

I maj 1987, efter 444 dagar slutade Viking att fungera på grund av en gradvis försämring av kraftförsörjningen. Vikings livstid blev nära 15 månader, nästan dubbelt så lång som den ursprungligen planerade livstiden på åtta månader.

Några av de personer som var inblandade i Viking-projektet. Från vänster projektledaren Per Zetterquist och systemingenjören Sven Grahn, båda från Rymdbolaget, Kerstin Fredga från Statens delegation för rymdverksamhet, och Ulf Ohlsson som var chef för SAAB:s flyg- och robotsektor. De står samlade framför en modell av satelliten. Foto: Rymdbolaget.

Viking är nog den av alla våra satelliter som ligger mitt hjärta närmast. Jag var vetenskaplig projektledare för Viking och mitt jobb bestod huvudsakligen i att säkerställa projektets finansiering, samordna de olika forskargruppernas insatser och ta tillvara deras intressen. Ett hundratal forskare kom att arbeta med Viking-data.

Vad var det då som gjorde Viking så unik? Jo, vi var tidigt ute, väldigt tidigt. Fördelarna med Viking var de samtidiga mätningarna av de verkligt relevanta fysikaliska storheterna och på plats mitt i accelerationsområdet för norrskenspartiklarna. Dessutom den omedelbara informationen om vad som pågick. Allt syntes och registrerades när det verkligen skedde. Forskarna kunde justera sina instrument och ge nya order till satelliten när något inträffade. Detta kan låta självklart i dag, men det var faktiskt första gången det tillämpades i satellit-sammanhang. Det kom också att bilda skola för senare satellitobservationer.

#71: På spåret efter antimateria i den kosmiska strålningen

Av Mark Pearce

En banbrytande ny idé publiceras 1928 av den brittiska fysikern Paul Dirac. Han förutspådde förekomsten av subatomära antipartiklar – en slags spegelbild av vanliga partiklar (till exempel protoner och elektroner) med samma massa men motsatt elektrisk laddning. Diracs idé bekräftades 1932 när den svenskättade amerikanske fysikern Carl Anderson lyckats fånga en ”anti-elektron” eller positron med sin utrustning. Sannolikt producerades denna positron till följd av att en proton med hög energi i den kosmiska strålningen reagerar i atmosfären. Runt denna tid studerade många forskargrupper kosmisk strålning nära markytan, på bergstoppar och högt upp i atmosfären med hjälp av små väderballonger. Flera nya partiklar och antipartiklar kartlades vilket lagt grunden för utvecklingen av den partikelfysik som idag drivs med stora acceleratorer, exempelvis vid CERN i Schweiz.

På senare år har ballong- och satellitburna experiment specifikt undersökt antiprotoner och positroner i rymden. Anledning är att dessa antipartiklar kan ge insyn i hur den kosmisk strålning rör sig genom galaxen. En mer spektakulär strävan är att använda antipartiklar för att leta efter mörk materia, vilket skulle kunna bestå av tunga (och idag okända) subatomära partiklar. Kollisioner mellan sådana partiklar som kretsar i och runt galaxen kan ge upphov till antipartiklar med högre energi än vad som förväntas från vanliga processer, det vill säga när kosmiska protoner kolliderar med den interstellära gasen.

Niclas Weber (doktorand), Tom Francke (NFR forskare) och Per Carlson i laboratoriet i New Mexico State University hösten 1993 med KTH:s *Ring Imaging Cherenkov* detektor, vilken användes för att mäta antimateria i den kosmiska strålningen. Foto: Per Carlson.

Under mitten av 1980-talet initierade Per Carlson (vid tiden professor i partikelfysik) experimentell verksamhet vid KTH med mål att bidra till studier av antimateria i rymden. Carlsons idé var att använda en ny elektronisk partikeldetektor, delvis utvecklad på CERN. Detektorn var inbyggd i ett system för att identifiera de små mängder kosmiska antipartiklar som krockade med jordens atmosfär. Samarbete upprättades med forskare i Frankrike, Indien, Italien, Tyskland och USA. Detektorsystemet, döpt till CAPRICE, utförde så småningom mätningar högt upp i atmosfären med hjälp av stora stratosfäriska ballonger som tillhandahölls av NASA. Under ett par flygningar i USA under 1990-talet observeras de mest energirika kosmiska antipartiklarna någonsin, om än med otillräcklig statistisk precision för att kunna dra konkreta slutsatser om mörk materia.

För att kunna vidareutveckla forskningsfältet var man emellertid tvungen att komma undan den begränsningar som skapades av att mäta från ballonger i atmosfären. Det var dags att flytta undersökningar av kosmiska antipartiklar till en satellit!

Tillsammans med kollegor i Italien, Ryssland och Tyskland, gick KTH-gruppen med i projektet Payload for Antimatter Matter Exploration and Light nuclei Astrophysics (PAMELA). Det var en viktig karriärhändelse för mig – jag gick från att vara partikelfysiker verksam på CERN till att bli astropartikelfysiker. PAMELA var ett relativt kompakt instrument — 1,3 meter lång och 450 kg tung — som monterades på en jordobservationsatellit, Resurs DK-1. PAMELA var specifikt utvecklad för att kunna utföra precisionsmätningar av antiprotoner och positroner i ett energiområde anpassat till sökandet efter mörk materia. KTH bidrog till konstruktionen av PAMELA-instrumentet med två så kallade antikoincidenssystem – en viktig komponent för att kunna skilja antipartiklarna från bakgrundsstörningar. Swedish Space Corporation bistod med mekanisk expertis.

PAMELA lyfter ovanpå en Soyus-raket från ryska raketbasen Baikonur, och från samma startplatta som Gagarin startade från 1961. Foto: Mark Pearce.

Satelliten skickades upp från Bajkonur i Kazakstan den 15 juni 2006. Jag hade förmånen att vara på plats. Det var en häftig upplevelse blandat med en känsla av maktlöshet när Sojuz-raketen lyfte från marken och försvann i den klarblå himlen. Ett andra starkt minne kom några dagar senare. Jag ingick i forskargänget som hade rest vidare till Moskva för att jobba med den första data som skickats ner till jorden från PAMELA. Det var några stressfyllda dagar tills dataflödet var färdiganalyserat och det bekräftades att allt fungerade som förväntat.

PAMELA var onekligen en vetenskaplig succé under mer än 10 år av mätningar (den officiella livslängden var bara fyra år). Många nya resultat om den kosmiska strålningen publicerades, inklusive ett mycket omdiskuterat nytt rön om kosmiska positroner. Betydligt fler positroner med hög energi hittades än vad som kunde förklaras genom vanliga processer. Detta resultat gav upphov till en stor mängd artiklar som presenterade möjliga förklaringar till våra observationer. Efter att den första spänningen lagt sig visade det sig vara svårt att förena modeller av mörk materia med observationerna och en annan förklaring växte fram, nämligen att positronerna skapades i magnetosfären hos en närliggande pulsar. Det blev också tydligt att mer mätdata på högre energi skulle behövas för att kunna skilja mellan dessa två källor.

En del av PAMELA-kollaborationen som samlade på KTH ett år efter uppskjutningen av satelliten sommaren 2007. PAMELA:s Principal Investigator, Peirgiorgio Picozza, sitter i mitten av första raden. I bakre raden syns flera personer med kopplingar till KTH, och författaren står i grå tröja längst bak till höger. Foto: Mark Pearce.

Efter PAMELA togs stafettpinnen över av Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), ett betydligt större instrument, som installerades 2011 på rymdstationen efter flera års förseningar. PAMELA:s observationer bekräftades och mätningarna utvidgades mot högre energier. Trots detta är det fortfarande oklart vad som ger upphov till energirika antipartiklar. AMS fortsätter att samla in data så sista ordet är kanske inte sagt än.

#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.

#55: Knockad av månen

Av Ulf R. Johansson

Det var, det fattade ju även jag, en historisk morgon när Apollo 11:s månlandare Eagle tog mark den 20 juli 1969 på månen och Neil Armstrong sen satte — då skrev vi svensk tid morgonen 21 juli – som fotbollsexperter säger sin ”känsliga” vänsterfot på månytan. Alla 40-talister har egna minnen från det ikoniskt historiska ögonblicket. Här är min historia med små utvikningar i korthet.

Tevebilderna från månlandningen var långt ifrån dagens högupplösta utsändningar. Så här såg det ut på svensk teve vid denna historiska begivenhet. Ett kollage med olika avsnitt från utsändningarna finns på SVT:s Öppet arkiv.

Jag hade börjat arbeta som journalist i Malmöpressen, jag var purung frilansande radiomedarbetare med några astronomiska program i CV:n och hade en astronomibok bakom mig, men befann mig denna morgon som radikalpacifist, vapenfri tjänstepliktig, som det hette, på en av civilförsvarets moduler ute i Solna och följde dramat. TV-bilderna, i svartvitt förstås, flimrade förbi i en skraltig liten TV, och när vi väl såg Armstrong försiktigt ta steget ner på månytan utan att sjunka ner i månens egen version av kvicksand, andades vi i TV-publiken ut. Månlandaren hade landat på någorlunda fast mark, så vi förstod att Armstrong inte heller skulle sjunka ner och försvinna ur vår åsyn. Men helt säkra kunde vi inte vara.

Teorin om det förrädiskt djupa måndammet hade steady state-kosmologen och Cornell-astronomen Thomas Gold kommit med, men han hade lika fel där som när han ställde upp för projektet med Dala Djupgas – professor Gold närmast garanterade att det fanns mängder av lättåtkomliga oljerikedomar att plocka upp under Siljansringen, vilket många riskvilliga svenskar bittert fick erfara inte stämde. Den historien är värd en egen berättelse och den bortre parentesen för Siljans-projektet är ännu inte satt.

Jag har från morgontumultet i Solna inget direkt minne av Armstrongs berömda sentens ”Ett litet steg för en människa men ett gigantiskt steg för mänskligheten”, men jag minns att jag var väldigt stolt över att ”tvåan” på månen var en amerikan med svenskrötter: Edwin (Buzz) Aldrin. Släkten Aldrin – med betoning på den andra stavelsen – kom från Stjärnfors i Värmland. I ett program i Sveriges Radio berättades härom året att månfararens pappa, som hette Edvin i förnamn, föddes 1896 och blev pionjärpilot och kamrat med Charles Lindberg. Så det fanns äventyrs-DNA i blodet!

Som civilist fick jag uppdraget att tjänstgöra på Sjöhistoriska museet, vilket ledde mig både till Birka och till Wasavarvet, och det var ett nöje att gaffla om månlandningen vid frukosten med gamle dykarlegenden och Wasa-utforskaren Per Edvin Fälting. Vad meningsutbytet exakt gick ut på har försvunnit ur minnets annaler, ni får ursäkta. Men detta minns jag: Fälting om någon visste vad det betydde att befinna sig i en fientlig miljö i en tät dräkt och vara beroende av att trycket höll och att syret rann till som det skulle. Legenden Fälting trodde fullt och fast att han hade en skyddsängel, ”den gamle”, som höll ett vakande öga över honom i djupet – hade Armstrong och Aldrin det också?

Historiker har definierat månlandningen 1969 som 1900-talets viktigaste enskilda händelse. Jag kan köpa det även om de bägge världskrigen med 10-tals miljoner döda konkurrerar om ”utmärkelsen”. På en punkt var ju månlandningen fullkomligt osannolik. 1957 satte Sovjet Sputnik 1 i omloppsbana. Tolv år senare, ett Jupitervarv runt solen, var vi på månen. Aldrig förr har ett liknande tekniskt kvantsprång ägt rum i mänsklighetens historia.

Fem och ett halvt kilo månsten insamlade av Armstrong under Apollo 11. Foto: NASA, Johnson.

Månlandningen formade inte specifikt mitt intresse för astronomi, det satt där redan. Jag var nog mer intresserad av vad månstenarna, som Apollo 11-trion tog hem, kunde avslöja, inte den tekniska bedriften som sådan (jag fattade den ändå inte). Däremot, det inser jag numera, toppade månlandningen en typisk ung 40-talists lista över viktiga världshändelser: månlandningen först, sen kom mordet på president Kennedy, och sen Ingemar Johanssons knock den 26 juni 1959 på Yankee Stadium i New York. Mina föräldrar påstod att jag hade leviterat när Ingo slog ner Floyd Patterson. Det kan jag inte ha gjort här på jorden – möjligtvis på månen.

#53: Framgång i stratosfären

Av Mark Pearce

Inom experimentell verksamhet är misslyckanden en viktig del av arbetsprocessen. Det är misslyckade försök tillsammans med efterföljande analys och åtgärder som ger upphov till nya insikter och, kanske så småningom, även nya genombrott. I labbet går det enkelt att åtgärda problem som uppstår, varpå en mätning kan återupprepas. När man arbetar med ett teleskop som utför mätningar på 40 kilometers höjd i stratosfären är situationen däremot en helt annan. Vi som ägnar oss åt röntgenastrofysik har helt enkelt inget val. Våra teleskop kan bara utföra observationer från hög höjd – till exempel i stratosfären, hängande under en ballong som befinner sig ovanför cirka 99,5 % av den luftmassa som annars skulle absorbera röntgenstrålningen.

PoGO+ lyfter från Esrange den 12 juli 2016. Foto: Mark Pearce.

Teleskopet i fråga, Polarized Gamma-ray Observer, eller förkortat PoGO+, lättade från marken för tre år sedan, den 12:e juli 2016. Eftersom nyttolasten med teleskopet väger lika mycket som en stadsjeep krävs en enorm heliumballong (Globenarenan skulle kunna rymmas inuti) för att ge tillräcklig lyftkraft. Och nu, det där med misslyckanden – detta var fjärde gången gillt för röntgenteleskopet, efter ballonghaveri 2011, dåligt väder 2012, samt tekniska problem med en dator 2013. Förväntningarna var höga – efter flera år av frustration var det hög tid för framgång och lyckade mätningar. Under den veckolånga ballongflygningen från rymdbasen Esrange till Victoriaön i Kanada fungerade allting precis som det skulle. Äntligen!

PoGO+ är den största och mest komplicerade ballongburna vetenskapliga nyttolast som någonsin tillverkats i Sverige. Kungliga tekniska högskolan stod för själva teleskopet, kringutrustningen och den vetenskapliga planeringen. Teleskopets peksystem utvecklades av DST Control – ett litet högteknologiskt företag i Linköping. Stockholms universitet tog fram en stjärnkikare för att bestämma var på himlen teleskopet pekade. Sist men inte minst stod Swedish Space Corporation (före detta Rymdbolaget) för allt annat som behövs för att släppa upp och flyga ballongen, samt för att återföra nyttolasten, som efter avslutad flygning landar på marken med hjälp av en fallskärm.

Teleskopet har utvecklats specifikt för att kunna mäta polarisationen hos röntgenstrålning från kompakta och ljusstarka himlakroppar såsom Krabbpulsaren samt Cygnus X-1, ett svart hål i ett dubbelsystem. Att mäta polarisation innebär att bestämma riktningen på det elektriska fältet hos den elektromagnetiska svängningsrörelse som utgör röntgenstrålningen. Detta är en ny teknik inom röntgenastronomin. Hittills har de flesta röntgenobservationerna gått ut på att ta fram bilder och mäta tidsvariationer och energispektrum. Med hjälp av dessa tre pusselbitar har vi lärt oss enormt mycket sedan år 1962, då Riccardo Giaconni med kollegor uppmätte den första röntgensignalen med härkomst utanför vårt solsystem. Polarisationen hos röntgenstrålningen från himlakroppar kan ge ny information genom att avslöja vilka förhållanden som råder i omgivningar där strålningen skapas. Sådana egenskaper kan oftast inte bestämmas med vanliga observationstekniker, då objekten är för avlägsna för att avbildas i detalj.

Teamet bakom PoGO+ poserar framför gondolen. Från vänster Jan-Erik Strömberg (DST Control), Nagomi Uchida (Hiroshima University), Christian Lockowandt (SSC), H-G Florén (SU), Mark Pearce (KTH), Victor Mikhalev (KTH), Hiromitsu Takahashi (Hiroshima University), Maxime Chauvin (KTH), Mette Friis (KTH), Takafumi Kawano (Hiroshima University), Mózsi Kiss (KTH), Thedi Stana (KTH). Foto: Mark Pearce.

Så vad lärde vi oss av mätdata från PoGO+? För Krabbsystemet var det ny information om graden av ordning i de magnetiska fälten nära Krabbpulsaren. Det svarta hålet i Cygnus X-1 blir synligt i röntgen på grund av glöden från den ackretionsskiva som skapas när materia slits loss från en närliggande stjärna. Mätningarna från PoGO+ tyder på att de innersta delarna av ackretionsskivan (den så kallade koronan) är en utvidgad struktur alternativt ligger långt ifrån det svarta hålet. Koronan är ett mycket litet område, endast några tusen kilometer brett. På det avstånd som Cygnus X-1 befinner sig motsvarar detta en vinkel mindre än 30 nano-bågsekunder!

PoGO+ går till väders. Film av Swedish Space Corporation.

Under det kommande decenniet kommer polarisationsmätningar i röntgenområdet etablera sig som ett vanligt verktyg inom astrofysiken. Nya ballongburna teleskop kommer att fortsätta bidra till fältets utveckling, till exempel den nyttolast med mycket bättre känslighet än PoGO+ som vi nu planerar i samarbete med kollegor från USA och Japan. Förhoppningsvis blir denna del av vår resa rakare än den som vi precis har lagt bakom oss.

#40: Sverige gillar månen

Av Gabriella Stenberg Wieser

Det är 50 år sedan i år som den första människan steg ut på månens yta i vad som möjligen kan betraktas som kulmen på den rymdkapplöpning som då pågått i mer än ett decennium. Det är lätt att tro att månen bara är ett mål för de stora rymdnationerna med ambitioner på permanenta bemannade baser. USA och Sovjetunionen för femtio år sedan. Indien och Kina idag. Men riktigt så är det faktiskt inte: Sverige var med från allra första början. Vi utvecklade och byggde de Hasselbladkameror som var med på månfärderna (se föregående inlägg) och tog några av världens mest berömda rymdbilder, och den svenska kopplingen till månen tar inte slut där.

SMART 1 under slutmonteringen. Foto: ESA.

I september 2003 sköts en svenskbyggd satellit upp med destination månen. Dåvarande Rymdbolaget (numera Swedish Space Corporation) hade fått uppdraget från den europeiska rymdorganisationen ESA (European Space Agency) att utveckla månsatelliten SMART-1. Satelliten byggdes ihop på Saab Ericsson Space och dess främsta uppgift var att testa vad vi idag kallar jonmotorer. Jonmotorer är ett alternativ till traditionella raketmotorer när man väl kommit iväg en bit från jorden. De ger en väldigt liten dragkraft men kan ge den under enormt lång tid och blir därför effektiva när man inte behöver en stor dragkraft för att motverka jordens gravitation. I jonmotorerna på SMART-1 accelererades xenonjoner till höga hastigheter med hjälp av ett elektriskt fält innan de skickades ut genom raketdysan.

Månsatelliten inspirerade andra. Under ett antal år i början efter SMART-1-uppskjutningen diskuterades till och med att placera en klassiskt röd svensk stuga på månytan. Konstnären Mikael Genbergs förslag har visserligen ännu inte resulterat i någon svensk utpost i Stillhetens hav men diskussionen som fördes gjorde att fler forskare insåg att det fortfarande fanns mycket intressant att upptäcka på månen.

Genberg berättar om sitt projekt. Film: Vimeo/Clément Morin.

Det vetenskapliga intresset för månen hade annars varit begränsat under en lång följd av år efter Apollo-expeditionerna men tog nu fart igen.

Några år efter SMART-1 var ett svenskt-indiskt instrument på den indiska månsatelliten Chandrayaan-1 en del av en stor vetenskaplig upptäckt: Tvärtemot vad man tidigare trott reflekterar månen en betydande del av den partikelstrålning från solen (solvinden) som träffar ytan. Måndammet – regoliten – som täcker ytan är väldigt poröst och borde vara riktigt bra på att absorbera vätejonerna (protonerna) i solvinden, men till allas förvåning reflekterades ungefär 20 % av de inkommande protonerna i form av väteatomer. Genom att mäta de reflekterade partiklarna är det möjligt att studera solvindens växelverkan med månytan på avstånd. Vi kan exempelvis se effekter av lokala magnetiska fält på ytan utan att mäta fälten direkt.

Advanced Small Analyzer for Neutrals (ASAN), som flög ombord på Chandrayaan 1, utvecklades av Institutet för rymdfysik i Kiruna i samarbete med det kinesiska nationella rymdforskningscentret. Foto: IRF.

Figuren som visar hur solvinden reflekteras från månytan är hämtad från Martin Weiser et al, Erratum to ‘‘Extremely high reflection of solar wind protons as neutral hydrogen atoms from regolith in space’’, *Planetary and Space Science*, vol. 59 (2011) 798–799.

I januari i år – nästan 50 år efter att Neil Armstrong satte ner foten i måndammet – lyckades kinesiska Chang’e 4 med den första mjuklandningen på månens baksida och återigen är Sverige med på ett hörn. På den rover som Chang’e-4 har med sig sitter ett svenskbyggt vetenskapligt instrument som utvecklats vid Institutet för rymdfysik. Förhoppningen är att vi genom att mäta alldeles nära månytan ska förstå bättre varför måndammet reflekterar så mycket bättre än vi trodde. Kanske får vi svar på frågan, men risken finns att vi bara blir ännu mer förbluffade. Helt säkert kommer utforskningen av månen att bjuda på många fler överraskningar och svenska forskare vill absolut vara med i framtiden också!

#39: Hasselblads kamera på månen

Av Katja Lindblom

Många känner till att kameran som Neil Armstrong bar med sig under historiens första månpromenad var av märket Hasselblad och att det är främst genom sin roll som rymdkamera som Hasselblad blev berömt världen över. Men kanske är det inte lika många som känner till hur det kom sig att NASA valde en Hasselblad.

Redan innan 1960-talet var Hasselblad världsledande vad det gällde mellanformatskameror. Kamerorna var kända för sin förträffliga bildkvalitet, men att det blev just en Hasselblad som fick följa med NASA:s astronauter ut i rymden, och senare även till månen, var tack vare astronauten Walter “Wally” Schirra – en hängiven amatörfotograf som under sin första rymdfärd med Mercury 8 hade tagit med sin egen Hasselblad 500C.

Kameran var framtagen för civilt bruk och det enda föremålet ombord som inte var speciellt utformat för rymdresan men när Schirra såg fotografiernas kvalitet blev han så imponerad att han föreslog att NASA snarare än att tillverka egna kameror skulle använda sig av Hasselblad. NASA var inte svåra att övertyga, då det skulle spara dem tid såväl som pengar att använda sig av en redan befintlig kameramodell och så kom det sig att NASAs officiella rymdkamera 1962 blev en Hasselblad.

Hasselblads kamera modell 500C modifieras för att fungera under viktlösa förhållande och på månen. Foto: Hasselblad.

Dock var det inte riktigt så enkelt som att bara förse astronauterna med inköpta 500C-modeller. För att kamerorna skulle vara optimala för bruk i rymden krävdes vissa modifikationer. Hasselbladsfabriken i Göteborg öppnade en specialavdelning där man tillverkade “rymdkamerorna”. I de modifierade modellerna togs spegelmekaniken bort helt, eftersom det var viktigt att göra kameran så lätt som möjligt. Man såg även till att avlägsna alla delar av plast som vid en eventuell brand skulle kunna utveckla giftiga gaser. De oljebaserade smörjmedlen ersattes av pulver för att inte riskera att små droppar av olja skulle förstöra kameran inuti. Dessutom tillverkades ett nytt magasin för ny Kodak-film som hade kapacitet för 70 fotografier istället för de vanliga 12. Utöver Hasselblad 500C modifierades även SWC-modellen, vilken var den typ av kamera som Michael Collins råkade tappa under en rymdpromenad 1966. I god humoristisk anda skulle man kunna säga att han därmed satte Sveriges första satellit i omloppsbana.

Då Saturn V-raketen med tillhörande Apollo 11-modul, som skulle föra Neil Armstrong, Edwin “Buzz” Aldrin och Michael Collins till månen, sköts upp den 16 juli 1969 hade inte mindre än drygt 9000 Hasselbladsfotografier tagits från rymden. För att kameran skulle hålla även på månen, som har en dagstemperatur på närmare 130°C, hade man bestrukit kameran med ett lager silverfärg som skulle reflektera bort så mycket värmestrålning som möjligt.

Den modifierade Hasselbladskameran som Armstrong bar under sin månpromenad var fast monterad på bröstet. Det krävde därför en hel del träning för att hantera den. Totalt tog han drygt 120 bilder under sin promenad. Foto: NASA.

När Neil Armstrong nedsteg på månens yta och yttrade sina numera världsberömda ord “Det är ett litet steg för människan, men ett jättekliv för mänskligheten” hade han kameran fäst på bröstet. Med astronautdräktens klumpiga handskar, och hjälmens stora visir, var det inte tal om något precisionsarbete. För att ta sina fotografier var Armstrong helt enkelt tvungen att stå vänd rakt mot objektet och sedan hoppas på det bästa. Givetvis blev inte alla bilder bra, vilket förklarar varför endast en handfull av Armstrongs fotografier kom att publiceras efter hemkomsten. Allt som allt fick tre Hasselbladskameror följa med under Apollo 11:s färd men endast en, den som Michael Collins använde för att ta det berömda fotografiet av jorduppgång över månen, fick återvända till jorden. För att underlätta avfärden från månens yta var astronauterna tvungna att göra Eagle så lätt som möjligt och således fick två kameror lämnas kvar tillsammans med en mängd andra saker, inklusive den amerikanska flaggan, astronauternas ytterdräkter och diverse vetenskapliga instrument. Dock var det av största vikt att kameramagasinen kom med och Buzz Aldrin skulle senare beskriva det som ett spännande företag att hissa upp de två magasinen i någonting som mest kunde liknas vid en tvättlina.

Buzz Aldrin i färd med att packa upp ett seismiskt experiment på månen. Foto togs av Armstrong med Hasselbladskameran. Foto: NASA/Neil Armstrong.

Resten är, som vi vet, historia. När de tre astronauterna återvände till jorden kunde hela världen pusta ut, inte minst på Hasselbladskontoret i Göteborg, då det snart skulle visa sig att fotografierna som tagits under månfärden mycket riktigt hade blivit till de historiska dokument man hade hoppats på. I ett pressmeddelande som Hasselblad skickade ut i september 1969 stod det bland annat att läsa: “Vi som röker på Hasselblad, tände en segercigarett, precis som Houstonteknikerna tänder sina segercigarrer efter varje lyckad splashdown.”

Efter Apollo 11 följde Hasselbladskamerorna med på varje bemannad månfärd, ända fram tills 1972 då NASA i och med Apollo 17 för sista gången skickade människor till månen.

#31: PRIMA, instrumentet som inte fick göra vetenskap

Av Gabriella Stenberg Wieser

Rymden finns i rymden. Det betyder att om man vill mäta på plats exempelvis vilka joner och atomer som finns där, vilken energi de har och hur de rör sig så behöver man lift av en raket eller satellit. Flera forskargrupper i Sverige är specialister på att bygga instrument till raketer och satelliter och det pågår en ständig jakt på möjligheter att flyga dem.

PRISMA:s huvudsatellit *Mango* (med stora vertikala solpaneler) och målfarkosten *Tango* (den mindre lådan med horisontella solpaneler ovanpå *Mango*) innan de båda integreras med raketen vid uppskjutningsplatsen (Dombarovsky-kosmodromen), nära Jasnyj i Ryssland. Foto: SSC

När rymdbolaget utvecklade PRISMA-satelliterna Mango och Tango för att testa formationsflygning så ville forskarna på Institutet för rymdfysik i Kiruna skicka med ett (mycket litet) instrument för att mäta joner. Men det gick inte för sig. Expeditionen var en teknikdemonstration och ingen vetenskap tilläts. Det låter kanske hårt men forskare har en viss tendens till att vilja bestämma för mycket och skulle snart börja diktera villkoren. Det ville man till varje pris undvika och därför var all vetenskap förbjuden ombord.

Prototyp till PRIMA (Prisma Mass Analyzer ). Foto: IRF.

Skam den som ger sig, tänkte forskarna: Vi behöver ju också teknologitesta vårt instrument! Det argumentet fungerade och det lilla (men prima!) instrumentet PRIMA fick en plats ombord på PRISMA som så kallad ”sekundär nyttolast” för att möjliggöra teknisk utveckling under förutsättning att man dyrt och heligt lovade att inte göra någon forskning. Som en andra-klass-passagerare fick PRIMA också bara köra när ingen annan ombord ville göra det. Men det räckte: Under sin flygning testade PRIMA både specialutvecklade elektroniska och mekaniska komponenter och ny flygmjukvara.

Magnus Emanuelsson på IRF utför ett elektromagnetisk kompatibilitetstest (EMC-test) av PRIMA-instrumentet. PRIMA själv står längst fram på kopparplattan närmast fotografen. Foto: IRF.

Det fanns inga pengar för att betala nedtagningen av data till rymdbasen Esrange så när ingen annan ombord behövde dataöverföring längre så sinade dataströmmen från PRIMA. Till i mars 2012 då hederlig gammal byteshandel fick ett oväntat uppsving. Sex dagar med PRIMA-mätningar visade sig kunna tas ned i utbyte mot ett Iridium-satellitmodem som forskarna inte längre behövde men som Esrange gärna ville ha. De sex dagarna med mätningar fördubblade den totala datavolymen från PRIMA.

Forskare vore inte forskare om de inte gjorde vetenskap av allt de kommer över. PRIMA-data var inget undantag även om man i början inte pratade högt om det. För varje varv runt jorden passerade satelliten fyra gånger genom jordens strålningsbälten. Det gav forskarna en utmärkt möjlighet att titta på hur känsliga partikeldetektorerna i instrumentet var för de högenergielektroner som finns i strålningsbältena. Det var faktiskt unika mätningar: tidigare fanns inga data alls från den typ av detektor som PRIMA hade, särskilt inte för sådana energier som strålningsbältespartiklarna typiskt har. Det visade sig dessutom att de forskningsstudier som gjordes med PRIMA var oumbärliga: Tack varje PRIMA fick forskarna reda på hur de nya instrument just nu byggs för att flyga till Jupiter måste designas för att klara den besvärliga strålningsmiljön där.

PRIMA-data uppmätta i bana runt jorden den 9 december 2010.
De översta två panelerna visar latitud och longitud för satelliten. Den nedersta panelen visar tidsutvecklingen hos de kalla jonerna som PRIMA mätte. Varmare färger betyder ett högre flöde av joner. De vertikala banden (över alla energier) beror på att satelliten korsar jordens strålningsbälten. Dessa passager användes senare för att bestämma känsligheten för högenergetisk strålning hos PRIMA:s detektorer. Foto: Martin Wieser, IRF.

Och när det till slut dracks gravöl över PRISMA talades det till och med en viss stolthet över de vetenskapliga resultat som gjorts med data från instrumentet som från början absolut inte på några villkor fick användas för forskningsändamål. Den fula ankungen hade förvandlats till en svan.

#30: Odin

Av Aage Sandqvist

Odin har blivit vuxen! Den 20 februari 2019 fyllde den svenska forskningssatelliten, Odin, arton år. Arton år tidigare hade ryssarna konverterat en av sina fruktade START 1-missiler och ersatt stridsspetsen med en ny svensk satellit ägnad åt forskningsuppdrag inom astronomi och aeronomi (det vetenskapliga studiet av fysiska och kemiska egenskaper hos atmosfären).

Odin, som satelliten benämndes, är egentligen ett internationellt projekt där Sverige stod för ungefär 60 %, och resten delades mellan Kanada, Finland och Frankrike. Odin var tänkt att hålla i två år men har snart fungerat tio gånger längre tid.

Svobodny, Sibirien, nära den kinesiska gränsen den 20 februari 2001. En rysk interkontinental missil SMART-1 (även benämnd SS-25), där vätebomben har ersatts med Odin-satelliten, förbereds för uppskjutning. Notera Odin-logotypen mitt på missilen. Foto: Rymdbolaget (SSC).

Studier av det interstellära mediet och jordens atmosfär krävde likartade tekniska lösningar, vilket sammanförde astronomi och aeronomi i detta unika projekt. För astronomins del var huvudsyftet att upptäcka och studera förekomsten av vattenånga och molekylärt syre som förväntades existera i stora stoft- och gasmoln mellan stjärnorna. För aeronomins del var inriktningen inställd på kemiska reaktioner i jordens övre atmosfär med speciell inriktning på högtliggande nattlysande moln och även ozonhålsproblemet.

Teckning av Odin i sin omloppsbana på en höjd av 500-600 km och inställd i aeronomi- observationsmod där satelliten sveper upp och ner genom jordens atmosfär för kemiska studier. Över jorden syns Vintergatan, föremål för Odins andra huvuduppgift när den är i astronomi-observationsmod. Bild: Chalmers Tekniska Högskola.

Den interstellära syrgasen ville inte låta sig upptäckas. Efter mycken möda lyckades Odin för första gången någonsin fånga en mycket svag syresignal nära stjärnan Rho i Ormbärarens stjärnbild där det närmaste stjärnbildningsområde ligger, bara 500 ljusår från jorden. Men syremängden var tusen gånger lägre än vad modeller förutsåg och teoretikerna tvingades korrigera modellerna om den komplexa kemin i gasmolnen. Däremot lyckades Odin med att detektera och kartlägga vattenånga i en mängd olika objekt såsom atmosfärerna på Mars och Jupiter, ett stort antal kometer, signifikanta stjärnbildningsområden såsom Orionnebulosan och Sagittarius B2. I Orionnebulosan kunde Odin identifiera 38 olika kända molekyler, bland annat olika former av svaveldioxid, kväveoxid, kolmonoxid och vatten. Över 60 olika signaler av okänt ursprung observerades också. I Vintergatans centrum upptäckte Odin en stor mängd vattenånga (motsvarande 200 000 gånger jordens massa) i en skiva med en diameter på sju ljusår som roterar kring det tunga svarta hålet, Sagittarius A*, som finns i Vintergatans mitt.

År 2009 fick världens astronomer tillgång till Herschel Space Observatory, European Space Agencys (ESA) magnifika infraröda teleskop som var 3,5 gånger större än Odins och mycket mer känsligt. Odin gick då över till att huvudsakligen övervaka jordens atmosfär i aeronomimod från och med år 2007 med fortsatt stöd från den svenska Rymdstyrelsen och även från ESA:s Earthnet program. Men viss astronomisk forskning bedrivs fortfarande med Odin: En (minst) 18-årig övervakning av vattenånga i Jupiters atmosfär, stora internationella samarbetsprojekt angående så kallade ”Targets of Opportunity” såsom observationer av NASA:s LCROSS månsond som genom en kollision med en krater på månens sydpol 2009 studerade vattenhalten däri, eller Comet Lovejoy där man 2015 för första gången hittade etylalkohol och socker på en komet – av några kallas denna komet ”Likörkometen”. Nyligen har Odin även detekterat en svag signal av vattenånga från en galax (NGC1365) som befinner sig på ett avstånd av 60 miljoner ljusår.

Odin fortsätter nu i sitt nittonde år med sina femton varv per dag runt jorden i en nord-syd bana. I början av juni i år har Odin genomfört 100 000 varv kring jorden!