ROSAT - Røntgenvindu mot Universet

Av Rune Solberg

Opp i bane

Det er fredag ettermiddag 1. juni 1990. Omkring femten biler står parkert på rekke og rad utenfor Patrick Air Force Base på Cape Canaveral. Utålmodige journalister, TV-reportere, fotografer og tidsskriftforfattere kvitterer i navnlisten til en offiser fra US Air Force. Vi blir bedt om å sette oss i bilene og plassere det røde adgangstegnet godt synlig i frontruten. Ikke lenge etter begynner den ekskorterte bilkolonnen å flytte på seg. Vi passerer vaktposten ved innkjøringen til militæbasen og må hver og en vise fram adgangskortet sammen med gyldig legitimasjon.

På veiene inne på militærbasen kan vi se at vi har noe spesielt i vente. Ekstra vaktposter er utplasserte, og enkelte veier er stengt med veisperringer. Få minutter senere kjører vi inn på Complex 17 og parkere bilene ved siden av oppskytingskontrollen. Den utålmodige menneskemengden er nå mer utålmodig en noensinne. De fleste småspringer med tungt fotoutstyr, TV-kameraer, kabelruller, m.m. Nå er det om å gjøre å sikre seg de beste observasjonsplassene på presseområdet.

Rundt 2-3 km bortenfor står en Delta II-bærerakett i majestetisk ensomhet mot en klar, blå floridahimmel. Værforholdene er perfekte for en rakettoppskyting. Om en time, klokken 17.30 lokal tid, skal Delta-raketten etter planen til værs med den astronomiske satellitten Rosat. Nyttelasten er denne gangen sivil selv om oppskytingen skal foregå under militær kontroll og med installasjonene til US Air Force.

Klokken nærmer seg raskt oppskytingstidspunktet, og forsamlingen virker en smule nervøs. TV-reporteren ved siden av meg går for tiende gang gjennom hva han skal si til TV-seerne under en direkte overføring av oppskytingen. Denne gangen vil han gjøre sendingen litt annerledes og stiller seg med ryggen mot raketten slik at TV-seerne kan se raketten stige opp ved siden av ham mens han ser inn i kameraet. På den andre siden av meg står en tidsskriftforfatter fra New Orleans med et enkelt kamera med en moderat telelinse. Vi var nok de eneste her som stilte opp med slikt «primitivt» utstyr på en oppskyting.

Med jevne mellomrom ble det fra oppskytingskontrollen gitt en summarisk oversikt over status for nedtellingen over høytaleranlegget. Alt virket perfekt for en oppskyting: Ingen tekniske problemer og perfekte værforhold. Men så ble forsamlingen merkbart uroligere. Det kom en melding om at et sivilt fly hadde forvillet seg innenfor oppskytingskorridorens sikkerhetssone. Faste prosedyrer ble straks iverksatt for å få flyet raskest mulig ut av sonen. Vanligvis klarer man å oppnå radiokontakt for å få flyveren til å legge om kursen. I verste fall må man sende opp et jagerfly for å avskjære «inntrengeren».

Etter omtrent 15 minutter var flyet igjen utenfor sonen, og nedtellingen kunne fortsette. Oppskytingsvinduet var på én time, så flyepisoden burde ikke gi noen alvorlige problemer.

Det var bare minutter igjen til tenning. Drivstofftankene var nå satt under trykk, så kondensskyen på siden av raketten var forsvunnet. Forsamlingen hadde sluttet å prate. Alle var dypt konsentrerte om å få de beste bildene og filmopptakene av oppskytingen. TV-reporteren tørket svetten og trimmet smilemusklene. Over høytaleren kom meldingen om at det nå var 60 sekunder igjen til oppskyting. Deretter fulgte den siste tekniske status. Ti sekunder igjen. Ikke lenge etter kom det brått et lysglimt under raketten. Første trinns motorer var antent, og de arbeidet seg raskt opp mot full skyvkraft.

«Lift-off» lød det fra høytaleren. Røyken veltet plutselig ut fra seks av de ni faststoffrakettene på siden av første trinn. Klokken var 17.47.59 lokal tid. De første sekundene var det intet å høre fra raketten. Det var kun et fargerikt og uvirkelig skuespill i det fjerne. Men så plutselig veltet rumlingen inn over oss, og vi hadde følelsen at bakken stod å skalv. Raketten var nå klar av tårnet og begynte virkelig å skyte fart. På en lang, hvit søyle av røyk dreide den utover Atlanterhavet. Under slike skyfrie forhold som i dag ville vi trolig kunne få se raketten lenge.

Neste høydepunkt ville bli frakoblingen av de seks faststoffrakettene. Disse motorene skulle brenne i bare 56 sekunder. Tre sekunder senere ville de tre siste faststoffrakettene bli antent, og etter ytterligere 1-2 sekunder ville de seks utbrente rakettene bli koblet fra. Over høytaleranlegget kom meldingen om vellykket faststoffrakettseparasjon, og vi stirret granskende gjennom teleobjektiver og kikkerter for å oppleve separasjonen ved selvsyn. Noen få små hvite prikker kunne så vidt skimtes mot den lyseblå bakgrunnen. Om få minutter ville rakettene falle ned i havet utenfor floridakysten.

Neste faststoffrakettfrakobling, etter 118 sekunder, var vi derimot ikke i stand til å se. Men i den klare luften kunne vi se et lysende punkt i det fjerne ennå en stund. Men før tre minutter var omme, forsvant raketten i det store intet et sted langt ute over Atlanterhavet. I fortsettelsen måtte vi nøye oss med å følge ferden over høytaleranlegget. Bortsett fra noen kommunikasjonsproblemer for å få bekreftet at dekselet rundt satellitten ble frakoblet 4 minutter og 43 sekunder etter oppskyting, gikk alt greit. Etter en ferd på 43 minutter ble satellitten koblet fra annet trinn, og Rosat var dermed oppe i riktig bane. US Air Force hadde gjort sin del av jobben, og German Space Operations Center (GSOC) kunne ta over kontrollen.

Observasjonsprogrammet

Formålet med Rosat (ROentgen SATellite) er å observere røntgenstråling fra nær sagt alle slags objekter, for eksempel nære «normale» stjerner, tåker, supernovarester, sorte hull, galakser og kvasarer. Rosat har to hovedoppgaver:

• Å kartlegge hele himmelen med røntgenteleskopet i det «bløte» røntgenområdet fra 10 nm til 0,6 nm (0,1-2 keV) og i det ekstreme ultrafiolette området fra 30 nm til 6 nm (0,04-0,2 keV). Under kartleggingen vil objektene bli lokalisert med en nøyaktighet på minst 30″. Teleskopets følsomhet er av størrelsesorden tusen ganger bedre enn tidligere røntgenteleskoper, så man forventer å oppdage omtrent 100 000 nye objekter.
• Etter kartleggingsperioden vil man foreta detaljerte observasjoner av utvalgte objekter. Observasjonene vil bli med bedre oppløsning enn under kartleggingen, og objektenes posisjon vil kunne bestemmes med en nøyaktighet på minst 10″.

Rosat går i en 580 km høy bane med en inklinasjon på 53°. Den går i en bane som konstant står vinkelrett på retningen mot Solen, det vil si at banen dreier seg rundt Jorden i løpet av et halvt år. Under kartleggingsperioden vil teleskopet peke i motsatt retning av Jordens sentrum hele tiden, det vil si at satellitten roterer én gang rundt for hvert omløp omkring Jorden. Dermed vil den kunne kartlegge hele himmelen i løpet av et halvt år.

Observasjonsfeltet til teleskopet er på 2°, og siden banen roterer omtrent 4′ per omløp, vil hvert objekt kunne observeres over en periode på 2 døgn.

Etter kartleggingsperioden vil utvalgte objekter kunne bli observert med atskillig lengre eksponeringstid, opptil 3 timer. Observasjonene vil kunne foregå innenfor en vinkel på ± 15° i forhold til normalen på retningen mot Solen, det vil si at teleskopet kan observere innenfor et 30° bredt bånd i sin bane. Det er planlagt ett år med slike utvalgte observasjoner, men satellitten skulle ha nok drivstoff til å observere minst ett år ekstra.

USA, Tyskland og Storbritannia har samarbeidet om å bygge og utplassere Rosat, så landenes observasjonstid er fordelt deretter med henholdsvis 50 %, 38 % og 12 % av observasjonstiden. Etter ett år med observasjoner av utvalgte objekter vil man også slippe andre land til med observasjonsprosjekter.

Satellitten

Utformingen av satellitten er bestemt av to hovedfaktorer: Røntgenteleskopets form og omfang, og nyttelastbegrensningene ved Delta II-bæreraketten.

Røntgenteleskopet er bygd inn i den firkantede «boksen» som utgjør selve satellittkroppen. Teleskopet er festet til denne boksen i tre punkter som er beskyttet mot overføring av termiske og mekaniske forstyrrelser. Ved fronten til teleskopet sitter to stjernefølgere og en gyropakke som benyttes til å bestemme og holde satellittens orientering i rommet. En dør foran teleskopet beskyttet det mot støv før utplasseringen, og det fungerer nå som solskjerm.

På hver side av teleskopet er det plassert instrumenter for den daglige drift av teleskopet og satellitten. Oppå satellittkroppen er det ett solcelepanel, og det er koblet ett sammenleggbart panel til hver side av den. Tilsammen har panelene en flate på 12 m² og kan levere 1000 W. En utfoldbar bom bærer en S-bånd kom­mu­ni­ka­sjons­an­ten­ne og et magnetometer.

Teleskopene

Rosat er utstyrt med to teleskoper, kalt X-Ray Telescope (XRT) og Wide Field Camera (WFC). Det to teleskopene er utviklet av henholdsvis Vest-Tyskland og Storbritannia.

XRT er det kraftigste røntgenteleskopet som noen gang er laget, og det observerer i det «bløte» (lavfrekvente) røntgenområdet. Det optiske systemet er av typen Wolter I med en åpning på 83,5 cm og brennvidde på 240 cm. Teleskopet består av fire streifspeil som samler strålingen. Vanlige speil hvor strålingen har liten innfallsvinkel, ville absorbere denne høyenergistrålingen. I et streifrefleksjonsteleskop er innfallsvinkelen så stor at strålingen ikke blir absorbert, men reflektert i en litt annen retning. Refleksjonen skjer to ganger før strålingen treffer detektorene (to ganger fordi man kun klarer å endre strålingens retning litt ved hver refleksjon). I fokus er en karusell med tre detektorer, to nesten identiske Position Sensitive Proportional Counters (PSPC) laget av Vest-Tyskland og en High Resolution Imager, HRI, (av typen Microchannel Plate) fra USA. På karusellen er det også to for-forsterkere for detektorene og et system for å levere en kontinuerlig strøm av detektorgass til PSPCene (60 % argon, 20 % xenon og 20 % metan).

WFC er bygget for observasjoner i bølgeområdet for ekstremt ultrafiolett og er det første romteleskopet for slike observasjoner. Teleskopet benyttes parallelt med XRT slik at de samme objektene blir observert samtidig i det ultrafiolette området. Dessuten er man interessert i å oppdage objekter som hovedsakelig avgir stråling i ekstremt ultrafiolett. WFC har et optisk system av typen Wolter-Schwartz-Schild-I. Hovedprinsippet er det samme som for XRT, men i motsetning til i XRT hvor man benytter speil av gullbelagt zerodur (zerodur er et glass/keramikk-materiale), benytter man her aluminium belagt med gull. Teleskopets åpning er på 57,6 cm og brennvidden er på 52,5 cm. Observasjonsfeltet er på 5°. I fokus er det en karusell med to identiske detektorer (også av typen Microchannel Plate).

Første observasjonsresultater

Rosat-prosjektet har vært særdeles vellykket hittil. Etter en prøveperiode på 2 måneder ble kartleggingsfasen startet 30. juli 1990. Et av prøvebildene er vist her. Bildet viser en halvmåne mot himmelbakgrunnen. Den lyse delen av halvmånen synes også godt i røntgenområdet siden Solen sender ut mye røntgenstråling. Den mørke del av Månen kan også ses indirekte siden den skygger for strålingen fra interstellare objekter. Det fleste av bakgrunnsobjektene er nyoppdagede strålingskilder.

I februar 1991 vil Rosat være ferdig med kartleggingsperioden, og vi kan da se fram til mange nye, spennende resultater når en del av de nyoppdagede objektene skal observeres i større detalj.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Rosat skytes opp med en Delta II-bærerakett klokken 17.48 den 1. juni 1990 fra Cape Canaveral. (Rune Solberg)

En tegning av Rosat i bane mens den driver observasjoner av røntgenstråling og ultrafiolett lys fra forskjellige astronomiske objekter. (Dornier)

En modell av Rosat under klargjøring for vibrasjonstester hos det tyske firmaet Dornier. Den mørke, øverste delen er toppen på X-Ray Telescope (XRT) for røntgenobservasjoner. Instrumentet på høyre side av hovedstrukturen er Wide Field Camera (WFC) for ultrafiolette observasjoner. (Dornier)

Det gullbelagte zerodurspeilet til X-Ray Telescope under montering. (Dornier)

Halvmånen mot en bakgrunnshimmel fylt av røntgenobjekter tatt med X-Ray Telescope på Rosat. (Max-Planck Institut)