Hvordan infrarøde teleskoper afslører universet hinsides synligt lys

Af Paul Ogilvie | Opdateret 30. august 2022

Design

Infrarøde teleskoper fungerer efter de samme optiske principper som deres modstykker til synligt lys:Et system af linser eller spejle koncentrerer indkommende stråling på et detektorarray. Disse arrays er typisk bygget af kviksølv-cadmiumtellurid (HgCdTe), en superlederlegering, der tilbyder høj følsomhed på tværs af de nær- og melleminfrarøde bånd. Fordi den omgivende varme kan overvælde det svage kosmiske signal, skal detektorerne afkøles til kryogene temperaturer - ofte med flydende nitrogen eller helium - hvilket bringer dem tæt på det absolutte nulpunkt. Spitzer-rumteleskopet, der blev opsendt i 2003 som det største infrarøde observatorium på det tidspunkt, opretholdt f.eks. sin optik ved -273°C og opererer i en heliocentrisk kredsløb, der følger jorden for at undgå terrestrisk termisk interferens.

Typer

Vanddamp i Jordens atmosfære absorberer de fleste udenjordiske infrarøde fotoner, så effektive jordbaserede teleskoper er placeret på høje, tørre steder. Mauna Kea-observatoriet på Hawaii ligger på 4205 m og tilbyder en klar, tør himmel til infrarødt arbejde. Atmosfærisk turbulens afbødes yderligere af luftbårne platforme:Kuiper Airborne Observatory (KAO) fløj fra 1974 til 1995, hvilket gav et kort vindue over atmosfæren til infrarøde undersøgelser. Rumbaserede missioner eliminerer atmosfæriske effekter fuldstændigt, og er guldstandarden. Den infrarøde astronomiske satellit (IRAS), der blev opsendt i 1983, udvidede det kendte katalog med omkring 70 procent og lagde grunden til efterfølgende infrarøde rumteleskoper.

Applikationer

Infrarøde detektorer kan afsløre himmellegemer, der er for kølige – eller dermed for svage – til at registreres i synligt lys, såsom exoplaneter, brune dværge og visse tåger. Fordi infrarøde bølgelængder er længere end synlige fotoner, kan de desuden trænge ind i interstellar gas og støv, der spreder eller absorberer kortere bølgelængder. Denne evne gør det muligt for astronomer at kigge ind i stærkt tilslørede områder, herunder Mælkevejens centrale bule, og kortlægge stjernedannende komplekser, der er usynlige for optiske teleskoper.

Tidligt univers

Universets igangværende ekspansion strækker lys fra fjerne objekter mod længere bølgelængder - en proces kendt som rødforskydning. Som et resultat ankommer fotoner, der blev udsendt i det synlige område for milliarder af år siden, til Jorden forskudt til det infrarøde. Infrarøde observatorier fungerer således som tidsmaskiner, der fanger stråling, der opstod under universets spæde barndom, og giver et direkte vindue ind i dets tidligste epoker.