eksoplaneetat

Suomalaiset saavat tärkeän osan tässä tekemisessä, sillä Space Systems Finland Oy on mukana teollisuuskonsortiossa, joka valittiin tänään tekemään satelliitin.

Tekemistä johtaa saksalainen OHB-System Ag partnereinaan ranskalainen Thales Alenia Space sekä sveitsiläinen RUAG. Suomalaisyhtiön osuutena on päätietokoneen ohjelmistojen kehittäminen, eli se vastaa avaruusaluksen "aivojen" toiminnasta. SSF on tehnyt vastaavia töitä aikaisemminkin, mutta saatu tilaus on nyt suurempi ja tärkeämpi kuin koskaan.

Ei ihme, että yhtiön toimialapäällikkö Matti Anttila on iloinen: ”Tässä hankkeessa pääsemme kehittämään turvallisuuskriittisiin ohjelmistoihin tarkoitettua ohjelmointiympäristöä jatkokäyttöön myös muille teollisuuden aloille." 

Luotettavuudeltaan huippuluokkaa oleville avaruusohjelmistoille kun on kysyntää monissa maanpäällisissäkin sovelluksissa ydinvoimaloista sairaalatekniikkaan.

PLATO-hankkeessa SSFn työn osuus hankkeessa on yli 20 henkilötyövuotta, joten saatu tilaus on yksi merkittävimmistä Suomeen tulleista avaruustilauksista viime vuosina.

Päätietokoneen ohjelmistojen lisäksi SSF kehittää hankkeessa ohjelmistoalustan sekä jatkuvan validoinnin tuotteistamista. SSF:n alihankkijoina on portugalilainen Critical Software, kreikkalainen ISD sekä SSF:n sisaryhtiö Space Systems Czech.

Hankkeen arvo on 297 miljoonaa euroa, ja viralliset sopimusneuvottelut alkavat ensi kesäkuussa.

Space Systems Finland Oy on espoolainen insinööritalo, joka liiketoiminta-alueita ovat avaruuden lisäksi mm. teollisuuden ohjelmistoratkaisut, konepajateollisuuden prosessikonsultointi, lääketieteen teknologia, data-analytiikka sekä puolustusteollisuus. Yhtiö on perustettu vuonna 1989 ja nykyisin se työllistää 80 henkeä.

Kirjoitimme laajan esittelyn PLATOsta vuonna 2014: Plato on uusi eksoplaneettametsästäjä.

*

Juttu perustuu osittain SSF:n tiedotteeseen.

TESS, eli Transiting Exoplanet Survey Satellite, tulee havaitsemaan noin 200 000 meitä lähellä sijaitsevaa tähtiä siten, että se yksinkertaisesti mittaa erittäin tarkasti näiden tähtien kirkkautta.

Kuten satelliitin nimi jo kertoo, se käyttää hyväkseen transitiomenetelmää, eli se havaitsee eksoplaneettoja katsomalla sitä, milloin planeetat kulkevat tähden edestä. Planeetan peittäessä tähden pintaa, tulee tähdestä hieman vähemmän valoa, eli sen kirkkaus laskee vähän.

Kirkkauden väheneminen on hyvin pientä, joten satelliitin tulee tehdä erittäin tarkkoja havaintoja.

Satelliitti itsessään ei löydä eksoplaneettoja, vaan se tekee vain rutiininomaisesti havaintoja ja lähettää niitä tutkijoille. Tietokoneilla analysoidaan tätä suurta valokäyrämäärää ja lopulta, kun jonkun tähden valovaihteluista löydetään säännönmukaisuutta, otetaan se tarkempaan seurantaan. Jos samaa vaihtelua havaitaan lisää, voidaan lopulta eksoplaneettahavainto vahvistaa.

Valokäyrässä olevasta vaihtelusta voidaan laskea planeetan kiertoaika, määrittää sen massa ja kiertorata sekä arvioida planeetan kokoa. Näiden perusteella voidaan edelleen tehdä johtopäätöksiä siitä, millainen planeetta on kyseessä; onko se pieni ja tiheä kiviplaneetta vai suuri ja kevyt kaasujättiläinen. 

TESS-hankkeen tutkijat arvioivat, että he saattavat löytää noin 300 jotakuinkin Maan kokoista eksoplaneettaa sen kahden vuoden aikana, jonka satelliitin toivotaan ainakin tekevän havaintojaan.

Huono puoli TESSin käyttämässä havaintometodissa on se, että sen avulla voidaan löytää vain planeettoja, joiden ratataso tähtensä ympärillä on sellainen, että planeetta kulkee suoraan Maan ja tähden välistä.

TESS on varsin pieni: sen massa on laukaisun aikaan 350 kg ja koko 3,7 × 1,2 × 1,5 metriä. Samoin sen havaintolaitteena oleva neljän kameran paketti on varustettu laajakulmaisilla (24°) linssillä, joiden aukko on kooltaan vain 10 cm. Niinpä TESS ei voi tehdä eksoplaneetoista tarkkoja havaintoja, vaan siihen tarvitaan suurempia teleskooppeja. 

Tähän mennessä tehokkain eksojen etsijä on ollut Nasan Kepler-avaruusteleskooppi, joka on monessa mielessä erilainen kuin TESS.

Ensinnäkin Kepler on suurempi, sillä sen massa oli yli tonnin ja sen havaintolaitteena oli tehokas, 1,4 metriä halkaisijaltaan olevalla peilillä varustettu teleskooppi. Se pystyi havaitsemaan siis paljon himmeämpiä tähtiä kuin TESS.

TESSin etuna on kuitenkin se, että se tulee katsomaan koko taivasta; Kepler teki tarkkoja katsauksia eri puolille ja koetti löytää mahdollisimman paljon eksoplaneettoja, mutta TESS katsoo kaikkialle ja koettaa löytää vain kiinnostavia tapauksia lähimpien tähtien ympäriltä.

Menee omituiselle radalle

TESS laukaistaan avaruuteen SpaceX:n Falcon 9 -kantoraketilla Floridasta, Cape Canaveralista. Laukaisuaika on ensi yönä* klo 1.51 Suomen aikaa ja koska satelliitti laukaistaan varsin mielenkiintoiselle kiertoradalle Maan ympärillä, pitää laukaisun tapahtua vain 30 sekuntia kestävän laukaisuikkunan aikana. 

Tällä hetkellä (keskiviikkona 18.4. iltapäivällä) laukaisuun sopivan sään todennäköisyys on yli 90 %.

Päämääränä TESSillä on erittäin soikea kiertorata Maan ympärillä. Kaukaisimmillaan se on noin Kuun etäisyydellä meistä, mikä tarkoittaa sitä, että satelliitti joutuu tanssimaan Maan ja Kuun painovoimakenttien tahdissa. Tästä on se hyvä puoli, että Maa ja Kuu pitävät rataa luontaisesti hyvin stabiilina.

Yksi kierros radalla kestää 13,7 vuorokautta.

Lento tällaiselle radalle vaatii varsin paljon energiaa, ja siksi pieni satelliitti laukaistaan matkaan "liian" suurella kantoraketilla – TESS näytti hyvin pieneltä laitteelta Falcon 9:n suuren nokkakartion sisällä.​

Seuraava siirto tulee Euroopasta

Euroopan avaruusjärjestö hyväksyi maaliskuussa erääksi seuraavista suurista avaruustiedehankkeistaan Ariel-nimisen eksoplaneettateleskoopin. Siitä on tulossa seuraava todella tehokas avaruuteen lähetettävä eksojen tutkija.

Sitä tosin saadaan odottaa vielä jonkin aikaa, sillä tämä noin 1300-kiloinen laite lähetetään matkaan vuonna 2028.

Nimi Ariel tulee sanoista Atmospheric Remote‐sensing Infrared Exoplanet Large‐survey mission, eli se ei tule enää vain etsimään eksoplaneettoja, vaan tutkimaan tuhansia erilaisia eksoplaneettoja ja kartoittamaan niiden hyvin paljon toisistaan poikkeavia ominaisuuksia.

Erityisesti Ariel kiinnittää huomiota lämpimien ja kuumien, hieman maapalloa suurempien sekä jättiläisplaneettojen kokoisten eksoplaneettojen kaasukehiin. Tavoitteena on havaita yksinkertaisesti mahdollisimman paljon erilaisia kaasukehiä ja päästä tutkimaan niiden yleisiä ominaisuuksia. Nythän tunnemme kunnolla maapallon ilmakehän lisäksi vain muutamia omassa aurinkokunnassamme olevia kaasukehiä.

Ariel pystyy havaitsemaan kaasukehistä mm. vesihöyryä, hiilidioksidia ja metaania. Toivon mukaan näiden määrien vaihteluita voidaan seurata pitkän aikaa, jolloin voisimme saada selville mm. eksoplaneettojen muuttumista vuodenaikojen mukaan.

Ariel laukaistaan Ariane 6 -kantoraketilla toivon mukaan vuoden 2028 puolivälissä ja sen lento kestää ainakin neljä vuotta. Satelliitti viedään Maan "varjopuolelle" 1,5 miljoonan kilometrin päähän maapallosta niin sanottuun Lagragnen pisteeseen 2.

*

Huom! Juttua on päivitetty keskiviikkona 18.4. Laukaisu maantain ja tiistain välisenä yönä jouduttiin siirtämään keskiviikon ja torstain väliseksi yöksi, ja tätä koskevat kohdat jutusta on muutettu.

Alkujaan vakailla radoilla kiertäneet mahdolliset planeetat jäävät tähtien laajenevien kiertoratojen sisäpuolelle, jolloin niiden radat eivät enää olekaan vakaita. Planeetat voivat joutua heitetyiksi ulos koko järjestelmästä.

Vaikka alkuun kyytiä saisikin vain yksi planeetta, se voi aiheuttaa häiriöitä muiden planeettojen ratoihin siten, että lopulta nekin päätyvät tähtienväliseen avaruuteen.

Kaksoistähtijärjestelmissä onkin "epävakaa alue", jolle joutuva planeetta sinkoutuu vääjäämättä ulos systeemistä. Kun tähtien kiertoradat laajenevat, myös epävakaa alue kasvattaa kokoaan ja ulottuu yhä etäämmälle tähdistä.

Kun Fleming tutkimusryhmineen sovelsi mallia tunnettuihin lyhytjaksoisiin kaksoistähtiin, tulosten mukaan 87 prosentissa järjestelmistä on sinkoutunut ulos ainakin yksi planeetta. Luku voi olla paljon suurempikin, jopa 99 prosenttia.

Tutkijat ovat antaneet planeettalingolle nimilyhenteen STEEP (Stellar Tidal Evolution Ejection of Planets). Jatkossa on tarkoitus tehdä havaintoja tiiviistä kaksoistähdistä ja niiden mahdollisista planeetoista. Ellei planeettoja löydy, teoreettisesti päätelty prosessi todennäköisesti vaikuttaa kaksoistähtijärjestelmien planeettoihin.

Tällä hetkellä lyhytjaksoisin kaksoistähti, jolta on löytynyt eksoplaneetta, on Kepler 47. Tähtien kiertoaika toistensa ympäri on noin 7,45 vuorokautta. Jos malli pitää kutinsa, sitä nopeammin toisiaan kiertävillä tähdillä ei pitäisi olla käytännössä lainkaan planeettoja.

Aiemmin kerroimme Tiedetuubissa, kuinka tähtienvälinen asteroidi ’Oumuamua on todennäköisesti lähtöisin kaksoistähtijärjestelmästä.

Tutkimuksesta kerrottiin Washingtonin yliopiston uutissivuilla ja se julkaistaan Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle

Ongelmana on se, että teleskoopissa ei ole bensamittaria. Polttoaineen määrää joudutaan arvioimaan säiliössä vallitsevan paineen ja ohjausmoottoreiden toiminnan perusteella. Eikä kumpikaan keino anna kovin tarkkaa tietoa jäljellä olevan polttoaineen määrästä.

Sitä pitää kuitenkin olla riittävästi vielä vihoviimeiseen asennonsäätöön, jotta teleskooppi ja sen antenni ehditään suunnata Maahan vihoviimeistä tiedonsiirtoa varten. Lennonjohto joutuu olemaan lähiviikot ja -kuukaudet varpaillaan, sillä kun polttoaineesta on käytetty viimeinenkin pisara, Keplerin ohjaaminen käy mahdottomaksi.

Kepler-avaruusteleskoopin taru on siis lopuillaan, mutta se saa jatkoa toivon mukaan jo kuukauden kuluttua. 16. huhtikuuta on määrä laukaista avaruuteen TESS eli Transiting Exoplanet Survey Satellite. Toisin kuin Kepler, joka tarkkaili ensin Joutsenen tähdistön tienoilla ollutta aluetta ja sitten vajaata kahtakymmentä samankokoista palasta taivaasta aina kolme kuukautta kerrallaan, TESS käy läpi lähes koko taivaankannen ja etsii kirkkaita tähtiä kiertäviä planeettoja 300 valovuoden säteellä.

Keplerin hupenevasta polttoaineesta kerrottiin NASAn uutissivuilla.

Kuva: NASA

"Galaksi on 3,8 miljardin valovuoden etäisyydellä eikä planeettoja ole mahdollista havaita suoraan edes parhailla tieteistarinoissa kuvitelluilla teleskoopeilla. Silti pystymme tutkimaan niitä, paljastamaan niiden olemassaolon ja jopa arvioimaan niiden massat", hehkuttaa Eduardo Guerras.

Löytö tehtiin Chandra-röntgenteleskoopilla, joka vietiin avaruuteen vuonna 1999. Sen oli määrä toimia viiden vuoden ajan, mutta ensi vuonna tulee täyteen jo kaksi vuosikymmentä. Röntgenhavaintojen mallinnus tehtiin Oklahoman yliopiston superlaskentakeskuksessa.

Ennätyskaukaisista eksoplaneetoista kerrottiin Oklahoman yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: University of Oklahoma

Tulosten perusteella kolmas ja neljäs planeetta eli TRAPPIST-1d ja TRAPPIST-1e ovat elämän kannalta lupaavimpia.

Niiden pintalämpötila on sopivissa rajoissa, vuorovesivoimien vaikutus ei ole liian suuri eikä niiden sisuksista huokuva lämpö ole saanut aikaan voimakasta kasvihuoneilmiötä. d-planeetan pinnalla saattaa lainehtia jopa valtameri.

Samaisen tutkimuksen mukaan kahdella sisimmällä eli b- ja c-planeetoilla on todennäköisesti ainakin osittain sula vaippa, jota c-planeetalla peittää kiinteä kuori. Vuorovesivoimien seurauksena sen pinnalla saattaa esiintyä voimakkaita vulkaanisia purkauksia samaan tapaan ja samasta syystä kuin Jupiterin Io-kuun pinnalla.

Tuloksista kerrottiin Planetary Science Instituten tiedotteessa ja tutkimus on julkaistu Astronomy & Astrophysics -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/R. Hurt/T. Pyle