Helium on elämänneste

Lyhytikäisyys on ollut avaruudessa olevien infrapunateleskooppien kohtalona myös aikaisemmin. Esimerkiksi Herschelin edeltäjä, samoin Euroopan avaruusjärjestön tekemä ISO (Infrared Space Observatory), toimi vain 28 kuukautta 22 päivää, ennen kuin sen jäähdytyshelium loppui. Siinä missä ISO mullisti 1990-luvun lopussa infrapunatähtitieteen, on Herschel jo nyt tehnyt työtä niin tiiviisti ja hyvin, että sen ottamat tuhannet kuvat ovet vertaansa vailla ja sen keräämiä tietoja tullaan käyttämään vuosikymmenien ajan.

Infrapunavalon alueella tehtävät havainnot ovat kiinnostavimpia suuria kylmiä kaasusumuja tutkittaessa. Ne kertovat ennen kaikkea galaksien kehittymisestä ja tähtien synnystä, mutta Herschelin mittauksista ollaan löydetty myös uusia, kiinnostavia molekyylejä tähtienvälisistä kaasu- ja pölypilvistä. Näissä on mukana myös orgaanisia aineita.

Herschel laukaistiin avaruuteen vuonna 2009 yhdessä Planck-teleskoopin kanssa ja ne sijoitettiin Lagrangen pisteeseen 1,5 miljoonan kilometrin päähän maapallosta. Sieltä ne pystyvät havaitsemaan avaruutta paljon paremmin kuin Maata kiertävältä radalta. Ilmakehä ei päästä lämpösäteilyä (meidän onneksemme) kovin hyvin lävitseen, joten avaruus on paras paikka tehdä havaintoja infrapuna-alueella.

Suomalaisittain kiinnostavaa Herschelissä on sen 3,5 metriä halkaisijaltaan oleva peili, koska se hiottiin huipputarkkaan muotoonsa Tuorlan observatorioalueella sijaitsevassa Opteon-yhtiössä. Herschelin peili on halkaisijaltaan olennaisesti suurempi kuin puolitoistametrinen Hubblen avaruusteleskooppi.

Orgaanista astrokemiaa

Eräs innokkaimmista Herschelin käyttäjistä on ollut Leiden yliopiston tähtitieteen laitoksen professori Ewine van Dishoeck, jonka erikoisalana ovat kaasu- ja pölypilvet sekä niissä olevat orgaaniset molekyylit.

"Jos haluamme löytää näitä molekyylejä avaruudesta, pitää katsoa kaikkein tummimpiin ja kylmimpiin kaasusumuihin tähtienvälisessä avaruudessa", kertoo van Dishoeck. "Tila tähtien välissä ei suinkaan ole tyhjää, vaan siellä on hyvin ohutta kaasua. Siellä on keskimäärin yksi atomi kuutiosenttimetrissä. Näin harva kaasu ei pysty muodostamaan yhdisteitä ilman apua, kuten esimerkiksi pieniä piihitusia, siis pölyhiukkasia. Näitäkin on tähtienvälisissä pimeissä kaasupilvissä."

"Pilvet ovat tosin pimeitä vain kun katsomme niitä silmin", jatkaa van Doshoeck. "Sen sijaan nykyaikaisilla kaukoputkilla, kuten juuri Herschel-avaruusteleskoopilla, niitä tutkittaessa tulevat molekyylit ja pöly näkyviin komeasti hohtavina alueina."

Vieressä on Herschelin ottama kuva Orionin suuresta kaasupilvestä, missä on syntyviä tähtiä sekä monenlaisia kemiallisia yhdisteitä.

Kemistit olivat ennustaneet, että noissa hyvin matalissa lämpötiloissa – lähes nolla kelviniä – ja erittäin harvassa kaasussa ei voisi tapahtua minkäänlaisia kemiallisia reaktioita, mutta pitkälti Herschelin tekemien havaintojen ansiosta tilanne näyttää olevan täysin päinvastoin. "Olemme nyt havainneet yli 150 erilaista molekyyliä, joista osa on hyvin yksikertaisia, kuten hiilimonoksidi tai vesi. Osa on hyvin monimutkaisia, kuten dimetyylieetteri tai syanidi, ja jopa suuria polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä on löydetty näistä pilvistä."

Molekyylien tutkimista varten Leidenin tutkijat ovat rakentaneet tähtienvalisen kaasun simulaattoreita, joiden avulla voidaan testata millaisia molekyyliseoksia havaintojen perusteella voidaan saada aikaan. Kuten maanpäällisessäkin kokkauksessa, on taivaallisten kaasupilvimolekyylien olennainen osa vesi - myös sitä ja sen syntymäprosessia kaasupilvissä tutkitaan Leidenissä, niin havainnoin kuin kokein.

"Näyttää siltä, että vettä syntyy pilvissä olevien pienten pölyhiukkasten pinnalla hyvin aikaisessa vaiheessa, eli jopa ennen kuin kaasupilvi tiivistyy tähdeksi", selittää Ewine van Dishoeck edelleen. "Se vesi, mitä on esimerkiksi omissa soluissamme, syntyi siis tuossa vaiheessa, noin puoli miljadia vuotta ennen Auringon syntymistä."

Kun Herschel sulkee silmänsä, ei tutkijoilla ole sille seuraajaa tiedossa pitkään aikaan. Seuraava suuri avaruusteleskooppi, James Webb Space Telescope, ei ole täysiverinen infrapunateleskooppi, vaikkakin se pystyy myös tekemään kaasusumujen tutkimisen kannalta kiinnostavia havaintoja. Muutamat maanpäälliset, korkeiden vuorien huipuilla olevat teleskoopit voivat tehdä edelleen hyvin infrapunahavaintoja, ja myös radioteleskoopit voivat täyttää Herschelin jättämää aukkoa.

Ainoa suunnitteilla oleva suuri avaruuteen lähetettävä infrapunateleskooppi on Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics, eli SPICA, mutta se on toistaiseksi vain suunnitelma – eikä se todennäköisesti toteudu lähimmän 20 vuoden aikana.

Artikkeli Herschelin heliumin loppumisesta ESAn nettisivuilla (englanniksi): Herschel to finish observing soon.