Sodankylän geofysikaalinen observatorio

Lappi tähtää Suomen avaruusalan kruunuksi

To, 01/11/2018 - 15:20 By Toimitus

Ilmatieteen laitos ja Oulun yliopisto ovat sopineet avaruustoiminnan lisäämisestä ja yhteistyön tiivistämisestä Sodankylän avaruuskampuksella, jossa sijaitsevat Ilmatieteen laitoksen Arktinen avaruuskeskus ja Oulun yliopiston erillislaitos Sodankylän geofysiikan observatorio (SGO).

Sodankylän kaakkoispuolella lentokentän vieressä sijaitsee Tähtelä, ja siellä on paljon avaruudellista.

Siellä on otsikkokuvassakin oleva suuri EISCAT-revontulitutkan antenni, satelliittien lähettämien tietojen vastaanottoasemia, erilaisia mittalaitteita ja kaukoputkia, sekä tusinan verran rakennuksia.

Satunnainen kävijä huomaa vasta päärakennuksen, Polarian, edessä olevia kylttejä lukiessaan, että paikalla ovat nykyisin Oulun yliopiston alainen erillislaitos Sodankylän geofysiikan observatorio sekä Ilmatieteen laitoksen Arktinen avaruuskeskus.

Nämä kaksi tahoa ovat toki toimineet läheisessä yhteistyössä aiemminkin, mutta nyt Ilmatieteen laitos ja Oulun yliopisto ovat sopineet avaruustoiminnan lisäämisestä ja yhteistyön tiivistämisestä: syntymässä on Sodankylän Avaruuskampus.

Käytännön toimenpiteenä yhteistyön tiivistämiseksi Ilmatieteen laitos ja Oulun yliopisto ovat sopineet uuden yhteisprofessuurin rahoittamisesta Sodankylän avaruuskampukselle vuoden 2018 aikana.

Uuden professorin asiantuntemuksella vahvistetaan geoavaruusympäristön ja ilmakehän vuorovaikutusten tutkimusta Suomessa. Professuurilla edistetään Sodankylän avaruuskampuksen mittaus- ja palveluinfrastruktuurin kehitystä ja modernien menetelmien hyödyntämistä esimerkiksi hahmontunnistus- ja inversiotekniikoiden käytössä sää-, ilmakehätutkimus- ja avaruussääsovelluksiin.

Professuuri avataan avoimeen kansainväliseen hakuun ja täytetään viiden vuoden määräajaksi tai pysyvästi päätoimisena sijoituspaikkana Sodankylän avaruuskampus.

Sodankylän geofysiikan observatorion johtaja Esa Turunen kertoo avaruussääilmiöiden, kuten revontulten, vaikutuksen ilmakehän kemiaan olevan yksi Sodankylän avaruuskampuksen keskeinen yhteinen tutkimuskohde.

”Tiedämme, että parittoman typen ja vedyn määrät lisääntyvät esimerkiksi sykkivien revontulten yhteydessä ja että tämä aiheuttaa katalyyttistä otsonikatoa keski-ilmakehässä joko suorana vaikutuksena 70-80 kilometrin korkeudessa tai välillisesti ilmamassojen kulkeutumisen kautta.”

Näiden prosessien globaalia merkitystä tutkitaan laajoilla tietokonemallinnuksilla, satelliittiaineistojen analyysillä ja omilla mittauksilla, joista uusimpana avaruuskampuksen laitokset ovat yhdessä pystyttämässä mesosfäärin otsonin määrän mittausta koko Suomen kattavalla havaintoverkolla.

Yhteinen havaintoverkko on myös satelliittitomografiamittaus, jolla koko Suomen alueelta saadaan kolmiulotteinen kuva yläilmakehän vapaista sähkövarauksista ja siten esimerkiksi revontulten aiheuttamista häiriöistä radioliikenteeseen ja satelliittipaikannukseen.

Ilmatieteen laitoksen avaruus- ja kaukokartoituskeskuksen johtaja Jouni Pulliainen painottaa Arktisen avaruuskeskuksen satelliittimaa-aseman kehittämisen olevan olennainen osa Suomen avaruusstrategiaa. Ilmatieteen laitoksen avaruustoiminta keskittyy kaukokartoitus- ja sääsatelliittien hyödyntämiseen sekä avaruussään, Maan ja muidenkin planeettojen kaasukehäprosessien tutkimukseen.

Monipuolista havaintotoimintaa avaruuskampuksella

Satelliittien vastaanoton lisäksi Sodankylän maa-asema kykenee myös komentamaan satelliitteja.

Satelliittiasemalla on käytössään kaksi 7-metristä paraboloidiantennia, joista toisessa on vastaanottimen lisäksi myös lähetin, yksi 2,4-metrinen vastaanottoantenni sekä superlaskentakeskus satelliittiaineistojen analyysiä varten. Tärkeä osa toimintaa on satelliittimittausten validointi ja kalibrointi omilla maanpinnalta sekä palloluotauksilla troposfäärissä ja stratosfäärissä tehtävillä havainnoilla.

Sodankylän avaruuskampuksella tuotettavia aineistoja hyödynnetään navigointiin Itämeren merijääalueilla, ilmakehän tilan seurantaan esimerkiksi tulivuorten purkautuessa, pohjoisen pallonpuoliskon ilmastotutkimukseen, tulvatarkkailuun keväisin sekä avaruussääpalvelujen tuottamiseen aurinkomyrskyjen aikaan.

Sodankylän satelliittidatakeskus tarjoaa satelliittiaineistoja, tuotteita ja infrastruktuuria myös yritystoimijoiden käyttöön Public-Private-Partnership -pohjalta.

Sodankylän geofysiikan observatorio tekee kansallisena tehtävänä geofysikaalisia mittauksia Suomen pituuspiirillä Jäämeren alueelta pohjoisen Fennoskandian, koko Suomen ja Afrikan kautta Etelämantereelle.

Havaintotoiminta kattaa monipuolisesti maan magneettikentän, ionosfäärin, revontulien, kosmisen säteilyn ja myös seismisen aktiivisuuden mittaukset.

Yli sata vuotta sitten perustetun observatorioalueen päärakennus, Polaria.

Oulun yliopisto panostaa observatorioon

Observatorion geoavaruusympäristön ja ilmakehän vuorovaikutusten tutkimus on osa yhdestä Oulun yliopiston valitsemasta strategisesta tutkimuksen keihäänkärjestä, Maan ja lähiavaruussysteemin sekä ympäristön tutkimus.

Yliopisto panostaa tämän tutkimuksen tukemiseen rahallisesti sekä infrastruktuuria kehittämällä että luomalla uusia tutkimustyöpaikkoja Sodankylään.

Kilpisjärvellä toimiva observatorion KAIRA-asema, Suomen suurin radioteleskooppi, yläilmakehää jatkuvasti kuvantava radioantennikenttä, on rakennettu pääosin yliopiston rahoituksella.

Sodankylän Tähtelässä avaruuskampuksen maisemaa hallitsee kansainvälisen tutkajärjestön EISCAT-sirontatutkavastaanottimen 32-metrinen lautasantenni. EISCAT-järjestö on juuri aloittanut uuden, maailman edistyksellisimmän yläilmakehän ja lähiavaruuden tutkimukseen tarkoitetun sirontatutkan EISCAT_3D rakentamisen, jonka odotetaan valmistuvan vuoden 2021 loppuun mennessä. Siihen kuuluvat lähetinvastaanotin Norjassa ja vastaanottimet Suomessa ja Ruotsissa. Observatorio koordinoi Suomen Karesuvantoon suunnitellun 10 000 yksittäisen antennin vastaanotinaseman rakentamista.

*

Jutun pohjana on Oulun yliopiston tiedote.

Video: Lappiin rakennetaan uusi, jättimäinen radioteleskooppi revontulitutkimusta varten

Kauan suunnitellun ja vielä pitempään haaveillun uuden EISCAT-tutkan rakentaminen alkaa viimein! Tämän EISCAT_3D -sirontatutkan avulla saadaan uutta tietoa siitä, miten aurinkomyrskyt ja avaruussää vaikuttavat arktisen alueen ilmakehään.

Tämä video (tuotanto: FFAB) kertoo siitä tarkemmin.

EISCAT on 1975 perustettu ja vuonna 1981 toimintansa aloittanut tutkimushanke, joka käyttää kolmea erilaista tutkasysteemiä Suomessa, Norjassa ja Ruotsissa ionosfäärin ja magnetosfäärin tutkimiseen. Nykyisin EISCATin (European Incoherent Scatter Scientific Association) jäseniä ovat Norja, Ruotsi, Suomi, Iso-Britannia, Japani ja Kiina.

Kyseessä on eräänlainen laajalle alueelle levittäytynyt tutka: Tromsassa oleva antenni lähettää lähiavaruuteen säteilyä, joka heijastuu ja siroaa ionosfääristä ja tätä takaisin päin tulevaa säteilyä otetaan vastaan Kiirunassa, Sodankylässä ja Huippuvuorilla olevilla maa-asemilla.

Laitteistoja on parannettu olennaisesti 1980-luvun jälkeen, mutta 2000-luvun alusta alkaen on pohdittu suurempaa harppausta eteenpäin. Nimensä mukaisesti EISCAT_3D pystyy havaitsemaan ilmakehän ja avaruuden välimaastoa kolmiulotteisesti.

EISCAT_3D-tutkajärjestelmään kuuluu kolme asemaa Pohjois-Skandinaviassa: lähetin-vastaanotin Skibotnissa Norjassa sekä vastaanottimet lähellä Kaaresuvantoa Suomessa ja lähellä Kiirunaa Ruotsissa.

Skibotnin suurteholähettimen teho on viisi megawattia ja kukin asema sisältää noin 10 000 antennia. Hankkeen kokonaisbudjetti on 70 miljoonaa euroa ja projekti alkaa syyskuun 2017 alussa. Asemien valmistelutyöt alkavat kesällä 2018 ja tutkajärjestelmän arvioidaan olevan käytössä vuonna 2021.

EISCAT_3D -lähettimessä on 109 kuusikulmaista antenniryhmää, joista jokainen sisältää 91 antennielementtiä. Antennikentän halkaisija on noin 70 m.

EISCAT_3D:stä tulee maailman edistyksellisin sirontatutka, joka yhdessä nykyisen Huippuvuorten EISCAT-tutkan kanssa toimii ikkunana arktisen alueen yläilmakehään ja lähiavaruuteen. 

Toteutuksessa käytetään uusinta digitaalista ja analogista tekniikkaa, jolla ylemmästä ilmakehästä saadaan kolmiulotteinen kuva. Vaiheistetut signaalit yhdistetään elektronisesti, ja näin tutka voi mitata jopa sataan eri suuntaan kunakin ajanhetkenä.

EISCAT_3D:n avulla voidaan tutkia sitä, miten avaruudesta peräisin olevat suurienergiset hiukkaset ja sähkövirrat vaikuttavat ilmakehän eri osissa, sekä avaruussäähäiriöiden vaikutusta teknologisiin järjestelmiin, kuten satelliitteihin, satelliittipaikannukseen ja sähkönjakeluverkkoihin. EISCAT_3D-tutkan avulla voidaan tutkia myös revontulia, jotka esiintyvät ylemmässä ilmakehässä noin sadan kilometrin korkeudella

Sijainti kartalla
EISCAT_3D-tutkajärjestelmän asemien sijainnit kartalla: lähetin-vastaanotin Norjassa ja vastaanotinasemat Suomessa ja Ruotsissa.

EISCAT_3D:tä on suunniteltu useissa EU-rahoitteisissa projekteissa viimeisten kymmenen vuoden aikana. Suomen Akatemia rahoittaa investoinnista 12,8 miljoonaa euroa.

Suomessa EISCAT_3D-hanketta koordinoi Oulun yliopisto ja sen yhteydessä toimiva Sodankylän geofysiikan observatorio.

Observatorion johtaja Esa Turunen toteaa, että nyt tehty rakentamispäätös on merkittävä kansainvälinen investointi Suomeen, Ruotsiin ja Norjaan seuraaviksi 30 vuodeksi. Investoinnin taloudelliset heijastusvaikutukset ovat moninkertaiset.

Oulun yliopiston avaruusfysiikan professori Anita Aikio kertoo puolestaan, että hanke on tärkeä suomalaiselle korkeatasoiselle avaruustutkimukselle: ”Ensimmäistä kertaa voimme kolmiulotteisesti mitata avaruudesta tulevien hiukkasten ja sähkövirtojen vaikutusta ylä- ja keski-ilmakehään samanaikaisesti ja näin tutkia yhteyksiä avaruusfysiikan ja ilmakehäfysiikan välillä.”

Uutinen perustuu Oulun yliopiston tiedotteeseen.

Video: Japani lähetti avaruuteen revontulivakoojan

Japanin avaruustutkimusvirasto JAXA aikoo lähettää tänään tiistaina avaruuteen ERG-niminen satelliitin, jonka tehtävänä on tutkia suomalaisittainkin hyvin kiinnostavia asioita: Maan säteilyvyöhykkeiden suurenergisiä hiukkasia ja niiden käyttäytymistä magneettisten myrskyjen aikana. 

Suomi on mukana lennolla muutenkin kuin vain aiheen puolesta: Sodankylän geofysiikan observatorio vastaa tutkimuksessa maanpintamittauksista pohjoisen Skandinavian alueella sekä satelliittihavaintoihin liittyvien ilmakehävaikutusten mallinnuksesta. Tutkimukseen liittyen japanilainen Nagoyan yliopisto ja SGO ovat sijoittaneet Sodankylään uuden 100 kuvaa sekunnissa kuvaavan  revontulikameran tutkimuksia varten. Tutkimuksessa on mukana myös Ilmatieteen laitos.

SGO:n ja japanilaisen Nagoyan yliopiston tutkijat ovat todenneet tuoreessa tutkimuksessaan, että sykkiviin revontuliin liittyvät, ilmakehään iskeytyvät suurienergiset hiukkaset voivat mahdollisesti aiheuttaa merkittävää otsonituhoa yläilmakehässä.. ERG:n havainnoista sekä SGO:n mallinnuksista saatetaan saada tästäkin lisätietoa.

350-kiloisen revontulitutkijan lyhennenimi tulee sanoista Energization and Radiation in Geospace, eli "geoavaruuden energiaatio ja säteily", ja se tulee kiertämään maapalloa radalla, joka vie sen planeettaamme suojaavien säteilyvöiden (van Allenin säteilyvöiden) läpi.

Rata on hyvin soikea, sillä lähimmillään luotain tulee olemaan vain 219 kilometrin päässä Maan pinnasta, mutta kaukaisimmillaan se on 33 200 kilometrin etäisyydellä. Radan kaltevuus päiväntasaajan suhteen on 31,4°.

Erityisesti tutkijat haluavat ERG:n avulla selvittää prosessia, miten aurinkomyrskyjen aikaan hiukkaset hivuttautuvat päiväntasaajan luota kohti maapallon napa-alueita ja saavat siellä aikaan muun muassa revontulia.

Satelliitissa on neljä aurinkopaneelia ja sen rungosta ulospäin työntyviä antenneja, jotka avataan luonnollisesti vasta avaruudessa; raketin nokassa ollessaan satelliitti, sen aurinkopaneelit ja antennit ovat tiukasti pakattuina.

nokkakartio ja sisusta
Raketti nousee
ERG laukaistiin onnistuneesti (kuva ja tieto laukaisusta lisätty klo 16:20).

Se, että ERG tulee lentämään radallaan koko ajan säteilyvöiden läpi, tuo lentoon lisäjännitystä, koska näiden alueiden voimakas säteily voi vaurioittaa satelliittia ja haitata yhteydenpitoa siihen. Joka tapauksessa säteily tulee heikentämään nopeasti aurinkopaneelien sähköntuotantokykyä, joten satelliitista ei odoteta kovin pitkäikäistä; sen lasketaan kestävän vuoden päivät.

Jo nyt avaruudessa on kaksi NASAn vastaavanlaista satellititia, kaksi vuonna 2012 laukaista Van Allen -luotainta, joiden lisäksi kuvaa maapallon magneettisesta lähiavaruudesta täydentävät Euroopan avaruusjärestön neljä Cluster-satelliittia.

ERG on tarkoitus laukaista maan eteläkärjessä olevalla Kiushu-saarella sijaitsevasta Uchinouran avaruuskeskuksesta klo 13 Suomen aikaa.

Päivitys klo 12.30: Lisätty tieto SGO:n osallistumista hankkeeseen. Klo 16:40 lisätty tietoa Oulun yliopiston julkaisemasta tiedotteesta.

Kuvat: JAXA

Suorana labrasta on tällä viikolla Andøyassa rakettia laukaisemassa

Ti, 09/15/2015 - 07:21 By Jari Mäkinen
Andøya

Suorana labrasta -twitterhanke oli viikolla 38 hieman erikoisemmassa laboratoriossa: Andøyan tutkimusasemalla Pohjois-Norjassa Lofooteilla. Sieltä laukaistiin niin sanottu luotausrakettia, joka nousi juuri ja juuri avaruuden puolelle, mutta putosi sieltä saman tien takaisin alan.

Tällaisilla raketeilla tehdään normaalisti tieteellistä tutkimusta Maan ilmakehästä, lähiavaruudesta tai kauemmasta avaruudesta. Joillain lennoilla tehdään myös painottomuustutkimusta, koska raketin sisällä vallitsee parhaimmillaan parinkymmenen minuutin kestävä mikropainovoima.

Laukaisuvuorossa oli nyt CARE II -niminen raketti, jonka tarkoituksena oli tutkia lähiavaruuden pölyä ja plasmaa, eli varautuneita hiukkasia. Se lähetti tietojaan lennon aikana suoraan laukaisupaikalle, ja näitä tietoja otettiin vastaan muun muassa Ilmatieteen laitoksen ja Sodankylän geofysikaalisen observatorion radiovastaanottimella. Sitä hoitamassa Andøyassa olivat Tomi Teppo SGO:sta ja Johannes Norberg IL:lta. He raportoivat tapahtumista viikon aikana kun ennättivät.

Laukaisu piti tehdä silloin kun ionosrääri oli sopivan voimakas, mutta samalla sääolosuhteet raketin laukaisemiseksi sopivat. Tätä odoteltiin yhdeksän päivän ajan, ennen kuin keskiviikkona illalla CARE II voitiin ampua matkalleen.

Viikko oli lopulta vähäviestinen, mutta toimintaa täynnä! Andøyasta – ja avustajilta ympäri maailman – tulleita viestejä täydennettiin keväältä 2012 olleilla arkistokuvilla. Siksi joissain kuvissa on lunta, vaikka nyt sitä ei laukaisupaikalla vielä ollut.

Alla viikon twiitit Storify-tarinana: