Aeoluksen peili on kiiltävä

Tuulisatelliitin suomalaispeilin tarina – vielä kerran asiaa Aeoluksesta

Nyt keskiviikkona avaruuteen laukaistu Euroopan avaruusjärjestön Aeolus-satelliitti on kiinnostava monessa mielessä: ensinnäkin se tulee tuottamaan erittäin jännää tietoa maapallon tuulista, mutta toiseksi sen lasertutkimuslaitteen suuri peili on tehty Suomessa. Suomessa siksi, että muualla sitä ei osattu tehdä niin hyvin.

Aeolus mittaa tuulia periaatteessa hyvin yksinkertaisesti, mutta samalla varsin mutkikkaasti. Sen kyydissä on kaksi huipputarkkaa ultraviolettivalon alueella toimivaa laseria, joiden tekeminen avaruuskelpoisiksi, tarpeeksi tehokkaiksi ja samalla pitkäikäisiksi osoittautui erittäin hankalaksi. Laserit olivat tärkein syy siihen, että Aeoluksen tekemiseen meni vuosikaupalla enemmän aikaa kuin alunperin suunniteltiin.

Laserien valo suunnataan kohti maapalloa, missä osa siitä törmää ilmassa oleviin aerosoleihin ja molekyyleihin, joten valoa heijastuu takaisin ylös satelliittiin. Menetelmä on sama kuin tutkassa, mutta radioaaltojen sijaan käytetään ultraviolettivaloa, joka "näkee" myös pieniä ilmassa olevia hitusia, eikä ilmakehä vaikuta paljoakaan valon kulkemiseen. Samaan tapaan kuin tehokkaissa tutkissa tarvitaan takaisin heijastuneen signaalin vastaanottamiseen isoa antennia, tarvitaan hyvin heikon valopulssin havaitsemiseen iso peili.

Aeoluksen halkileikkauskuvat näyttävät hyvin, että se koostuu kahdesta osasta: itse satelliitista alhaalla ja siihen liitetystä Aladin-nimisestä tutkimuslaitteesta, joka on kuin suuri peilikaukoputki.


Käytännössä peili toimii suurena kaukoputkena, jonka peilin polttoväli on hyvin lyhyt, vain 1350 mm. Kun peilin halkaisija on 1,5 metriä, tulee teleskoopin aukkosuhteeksi f/0.9 – mikä on aika hyvä, erinomainen, kuten kaikki valokuvauksen harrastajat tietävät.

Koko ja polttoväli eivät kuitenkaan olleet mikään ongelma, kun peiliä tehtiin. Haastavaa siinä oli se, että koska laserit käyttävät ultraviolettivaloa, piti peilin pinnan tarkkuuden olla ällistyttävän hyvin oikean muotoinen: erittäin tarkasti paraboloidin muotoinen. Vaatimuksena satelliittia tehtäessä oli se, että peilin pinnan muodon tuli olla 50 kertaa tarkemmin oikea kuin oli avaruusteleskooppi Herschelin peilillä.


Juttu jatkuu mainoksen jälkeen

Avaruusteleskooppi Herschel on sopiva vertailukohde siksi, että sen peiliä tehtiin samaan aikaan kuin Aeoluksen peiliä, ja molemmat hiottiin oikeaan muotoonsa Tuorlan observatorion alueella olevassa Opteon Oy:ssä. Kumpienkin rakennusmateriaali on myös samanlainen: piikarbidia, joka on kovaa, avaruuden olosuhteissa hyvin oikean muotonsa säilyttävää, mutta samalla varsin kevyttä materiaalia. Se sopii hyvin peilin runkomateriaaliksi.

Aeoluksen peili hiontakoneessa.


Piikarbidi on aluksi pölyä, hyvin hienojakoista puuterimaista ainetta, joka puristetaan usean tuhannen ilmakehän paineessa kiinteäksi ja muotin avulla jo lähes lopulliseen muotoonsa. Aine sintrautuu paineessa kiinteäksi ja piikarbidikappaleita on lopuksi helppo kiinnittää toisiinsa.

Puristettu peili on siis suunnilleen oikean muotoinen, mutta sen jälkeen se pitää hioa tarkasti juuri oikeaan muotoonsa. Se tapahtuu suurella hiontakoneella, jonka sisällä peili pyörii ja veden sekä erilaisten hionta-aineiden avulla peilin pintaa jynssätään hienovaraisesti täsmälleen oikeanlaiseksi – toki koko ajan laatua tarkistaen. Ainoa paikka maailmassa, missä kovaa piikarbidia voidaan hioa tarpeeksi tarkasti näin suuressa mittakaavassa, on Tuorla.

Itse heijastava pinta höyrytetään sitten myöhemmin pinnan päälle alumiinista.

Herschelin ja Aeoluksen peilit saapuivat Suomeen 23. syyskuuta 2005 tuolloin uudella Airbus Beluga -rahtikoneella. Kuvassa isompaa Herschelin peiliä nostetaan koneen sisältä; Aeoluksen peili oli hieman pienemmässä, saman näköisessä kuljetuslaatikossa. Isoa Belugaa tarvittiin kuljetukseen sen koon (Herschelin peilin halkaisija oli 3,5 metriä ja laatikon liki metrin verran enemmän) vuoksi, ei niinkään sen massan vuoksi. Kuva: Vesa Mörsky via ESA.


Tarkalleen ottaen tilaus Tuorlaan peilin hiomisesta tuli silloiselta Astrium-yhtiöltä, joka on nyt osa Airbus-konsernia. Se vastasi Aeoluksen tekemisestä Euroopan avaruusjärjestölle.

"Muistelen, että ensimmäinen sitä koskeva tiedustelu/tarjouspyyntö tuli joskus vuoden 1995 paikkeilla", kertoo Opteonin Tapio Korhonen.

"Peilin koko taisi olla tuossa tarjouspyynnössä hieman pienempi, mutta aukkosuhde paraboloidilla oli vielä lyhyempi. Totesin, että testauksessa tuollaisessa peilissä tulee eteen paljon ongelmia – tarvittavaa ns. nollalinssiä suunnitellessa tuli aina vastaan linssien reuna-alueella tapahtuva kokonaisheijastus – joten oli parempi valita polttovälin aukkosuhteeksi f/0.9. Sellainen peilistä sitten tuli, halkaisija tosin on matkalla kasvanut."

Opteonin tiimi Aeoluksen valmiin peilin ääressä. Tapio Korhonen on kuvassa oikealla.


Peiliä työstettiin lopulta vuosi ja neljä kuukautta, eli kaksi kertaa kauemmin kuin samaan aikaan Tuorlassa työn alla ollutta Herschelin peiliä. Korhosen mukaan syynä oli se, että työ piti tehdä niin tarkasti ja piikarbidi on kovaa ainetta. Virheisiin ei ollut varaa, joten kaikki piti tehdä tarkasti.

"Peilien hionta on etupäässä pikkutarkkaa nysväämistä", toteaakin Korhonen ja muistuttaa, että Aeoluksen peili on yhä toiseksi suurin koskaan valmistettu teleskoopin piikarbidipeili Herschelin peilin jälkeen.

Syy siihen, miksi peilit tuotiin Tuorlaan hiottavaksi, johtuukin Korhosen hyvästä maineesta optiikan tekijänä ja peilien hiojana, sekä osittain varmaankin hänen motostaan: "Vaikeat asiat teemme heti, mutta mahdoton vie vähän aikaa."

Samankaltaisia avaruuspeilejä ei sittemmin ole Euroopassa tarvittu, joten Tuorlassa on jatkettu tähtitieteellisten kaukoputkien peilien hiomista asiakkaille ympäri maailman. Tällä hetkellä heillä on työn alla Iraniin Gargash-vuorelle noin kolmen ja puolen kilometrin korkeuteen tekeillä olevan kaukoputken apupeiliä.

"Halkaisijaltaan 3,4 metriä oleva pääpeili toimitettiin jo vuoden 2015 alussa, sitten he huomasivat että apupeilikin olisi mukava olla", vitsailee Korhonen ja harmittelee, että suunnitellut kauppapakotteet ja rahaliikenteen vaikeutuminen tekevät hanketta juuri nyt hankalammaksi.

Lisähankaluuksia tulee siitä, että tähtitieteilijät lähtivät pois Tuorlan observatoriosta ja alueella oleva, suoraan observatorion perustaneen Yrjö Väisälän työstä syntynyt yhtiö on hieman epämääräisessä tilanteessa. Korhosen mukaan näkymät mahdollisuuksista käyttää joitakin observatorion entisiä tiloja ovat varsin epäselvät, ja epävarmuutta lisäävät Suomen yliopistokiinteistöjen suunnitelmat esimerkiksi yhtiölle hyvin tärkeän mekaanisen verstaan purkamiseksi.

"Ei ainakaan helpota uusien hankkeiden suunnittelua", huokaa Korhonen ja kertoo lopuksi, että joka tapauksessa Opteon on mukana myös ESO:n uuden jättiteleskoopin ELT:n sekä amerikkalaisen vastaavan (mutta hieman pienemmän) TMT:n tekemisessä ja neuvottelee uusista töistä myös ESA:n sekä muun muassa intialaisten kanssa.

Jutussa olleita lyöntivirheitä on korjattu 26.8. aamulla ja samalla juttuun on lisätty kuvia sekä selitystä peilistä sekä sen hiomisesta.



Juttuja samasta aiheesta