Astronomerna på Onsala rymdobservatorium använder många olika teleskop. Eftersom vi är radioastronomer använder vi framför allt radioteleskop, dvs stora antenner med radiomottagare. Ibland använder vi också andra typer av teleskop, t.ex. optiska teleskop, för att komplettera radioobservationerna. I Onsala finns två stora radioteleskop och en station i det internationella teleskopet LOFAR. I Chile finns ett radioteleskop (APEX) som Onsala rymdobservatorium är delägare i. Vi deltar också i internationella samarbeten där teleskopen i Onsala observerar tillsammans med teleskop i Europa och på andra kontinenter (VLBI). Vissa typer av observationer kan inte göras från jordytan, utan måste göras från rymdteleskop. Ett sådant är Odin, en till hälften svensk satellit som forskare från Onsala varit med och konstruerat.

Teleskopen i Onsala

I Onsala finns två stora radioteleskop. Bägge är parabolantenner, liknande dem som privatpersoner använder för satellit-TV, men enormt mycket större och utrustade med känslig mottagarutrustning. Det första stora radioteleskopet i Onsala (25-m-teleskopet) byggdes 1963-64 och har en diameter av 25,6 meter. Själva antennytan är gjord av stansad aluminium och har en noggrannhet av 3,8 mm (ytan avviker alltså inte mer än så från den teoretiskt önskade ytan). Hela teleskopet väger 100 ton. Det används för våglängdsområdet 30 cm - 4 cm, vilket motsvarar frekvensområdet 1 - 7,5 GHz.

Det nyare radioteleskopet i Onsala (20-m-teleskopet) byggdes 1975-76 och har en diameter på 20 meter. För att skydda det mot väder och vind är det inneslutet i en stor radom av glasfiberarmerad plast som släpper igenom radiostrålning. Eftersom 20-m-teleskopet används vid kortare våglängder (högre frekvenser) än det äldre 25-meters-teleskopet måste dess yta vara mycket noggrannare (ytan skall inte avvika från den önskade formen med mer än en tiondel av våglängden). Ytan är gjord av aluminiumplåt och noggrannheten är 0,2 mm, hela teleskopet väger 92 ton, och det används för våglängdsområdet 15 cm - 2,5 mm, vilket motsvarar frekvensområdet 2 - 120 GHz. Teleskopet måste mycket noggrant kunna riktas in mot det objekt, t.ex. en stjärna, som skall observeras: noggrannheten i inriktningen är ungefär en tusendels grad.

Teleskopen i Onsala används för astronomisk forskning av både svenska och internationella forskare. Som ett fristående teleskop används 20-m-teleskopet för observationer av radiostrålning från molekyler i kometer, cirkumstellära höljen, och gasen i Vintergatan och andra galaxer. Teleskopet används också tillsammans med radioteleskop i Europa och övriga världen för högupplösande observationer med hjälp av långbasinterferometri (VLBI) av stjärnbildningsområden, utvecklade stjärnor och aktiva galaxkärnor. 25-m-teleskopet används mest för astronomisk VLBI. Inom geodetisk forskning används Onsalas 20-m-teleskop för VLBI-observationer som undersöker t.ex. jordskorpans dynamik och polaxelns rörelser.

LOFAR (Low Frequency Array) är en stor gruppantenn bestående av tusentals enkla antenner som observerar radiovågor med frekvenser under 250 MHz. På Onsala rymdobservatorium finns en LOFAR-station som byggdes under 2010 och 2011. Stationer finns även i flera andra länder, framförallt i Nederländerna. LOFAR lovar nya upptäckter både om universums historia och om dess mest spännande himlakroppar. Med LOFAR-kärnan hoppas man se tecken på tiden i universums historia då de första stjärnorna och galaxer började tändas: återjoniseringens tidsålder. Forskare använder dessutom LOFAR för att upptäcka nya pulsarer och andra extrema objekt i Vintergatan, samt att undersöka svarta hål och deras energiska strålar på olika avstånd i universum. Onsalas LOFAR-stations placering gör det möjligt för LOFAR att ta skarpare bilder i lågfrekventa radiovågor än vad som tidigare varit möjligt.

VLBI - många teleskop tillsammans

Ju större teleskop man använder, desto finare detaljer kan man observera. Tyvärr är det inte möjligt att bygga radioteleskop som är mycket större än ca 100 meter, men helst skulle radioastronomerna vilja använda mycket större teleskop än så. Lösningen kallas VLBI, vilket står för Very Long Baseline Interferometry, eller långbasinterferometri på svenska. Tekniken går ut på att flera radioteleskop, normalt i olika länder eller till och med på olika kontinenter, samtidigt observerar samma objekt på himlen. Observationerna måste noggrant synkroniseras med hjälp av atomklockor (Onsala rymdobservatoriums atomklocka drar sig bara en enda sekund på en miljon år). Observationsdata från de olika teleskopen skickas, på hårddiskar eller via optiska fibrer, till en gemensam analyscentral, kallad korellator (en sådan finns i Nederländerna). Där analyseras observationerna i kraftfulla datorer, och det går att framställa noggranna kartor av olika astronomiska objekt. Upplösningen (hur små detaljer man kan se) motsvarar ungefär den vinkel en golfboll på månen upptar, sett från jorden! VLBI-tekniken används också inom geodesin: t.ex. kan avståndet mellan teleskopen bestämmas med en noggrannhet på några centimeter när, och mätningar gjorda under många år kan ge en direkt bestämning av kontinentaldriften.

Satelliten Odin

Inte ens från en hög bergstopp är det möjligt att studera alla typer av radiostrålning - atmosfären stör helt enkelt för mycket. Därför byggdes, i Sverige, satelliten Odin, som försågs med ett radioteleskop med diametern 1,1 meter och radiomottagare för 120 GHz, 486-504 GHz och 540-580 GHz. Odin är ett samarbete mellan Sverige, Finland, Frankrike och Kanada (Sveriges del är 51%). Odin sköts upp i omloppsbana från Ryssland i februari år 2001, och kretsar fortfarande runt jorden.

Den viktigaste astronomiska forskningsuppgiften för Odin var att studera syre och vattenånga i universum, vars strålning effektivt absorberas av jordatmosfärens eget syre och vatten. Odin har framgångsrikt observerat vattenångesignaler från många sorters objekt långt ute i rymden - bl.a. i planeten Mars atmosfär, i kometer,  i stjärnors födelsemoln, i vindar från nyfödda stjärnor, och i jättelika gasmoln nära Vintergatans centrum. Med Odins känsliga mottagare för strålning från syremolekyler lyckades det att observera O₂ i ett närbeläget stjärmbildningsmoln - dock fanns det mycket mindre syre än förväntat.

Odin är en unik forskningssatellit, på grund av att den byggdes för att användas halva tiden för astronomiska observationer och halva tiden för aeronomiska mätningar, d.v.s. atmosfärsstudier. En viktig del av de aeronomiska observationerna är att studera ozonproblematiken. Sedan april 2007 används Odin enbart för observationer av jordens atmosfär. Delar av Odin byggdes på Chalmers av forskare från Onsala.

APEX - ett teleskop i Chile

Från Sverige går det inte att observera hela himlen. Intressanta objekt på den södra stjärnhimlen är bl.a. Vintergatans centrum och de Magellanska Molnen (som är två satellitgalaxer till vår egen galax Vintergatan). För att kunna observera dem bra måste man ha ett teleskop på jordens södra halvklot. Det är en av anledningarna till att radioteleskopet APEX byggdes på en bergsplatå i Atacamaöknen i norra Chile. En annan anledning till att just den platsen valdes är att den är torr och högt upp (5050 meter över havet). På så sätt minskas störningarna från atmosfären och det går att observera vid mycket kortare våglängder än vad som är möjligt med radioteleskop i Sverige. APEX betyder Atacama Pathfinder Experiment, och är ett samarbete mellan Onsala rymdobservatorium, Max-Planck-Institut für Radioastronomie i Tyskland och European Southern Observatory. Teleskopet har en stor parabolantenn med 12 meters diameter och är avsett för våglängder på 0,2­–1,5 mm, motsvarande frekvenser på 200–1500 GHz. Med APEX, som invigdes 2005, har astronomerna fått nya möjligheter att studera de första galaxerna och hur stjärnor och planeter bildas. Speciellt kan APEX användas för att studera fysiken och kemin i molekylmoln, täta områden med gas och damm där nya stjärnor bildas.