radioteleskooppi

Antenni otettiin käyttöön lokakuussa 1961, jolloin se oli suurin eteläisellä pallonpuolella ollut radioteleskooppi.

Siellä tehtiin tutkimustyötä tiiviisti, mutta asema oli myös olennaisessa asemassa Yhdysvaltain tuolloin alkaneessa Apollo-ohjelmassa. Koska paikkoja, mistä voitiin olla yhteydessä avaruusaluksiin, ei ollut kovin paljoa – etenkin tärkeällä eteläisella pallonpuolella – oli Parkesin kaltainen vastaanotin suuri apu.

Sen myötä paikka nousi jopa kuuluisuuteen Apollo 11 -lennon aikaan, sillä sen jälkeen kun lennon kuuhunlaskeutumisen TV-lähetyksen kaksi ensimmäistä minuuttia otettiin vastaan Kaliforniassa Goldstonessa sijaitsevalla antennilla, siirtyi yhteys Parkesiin. Kuu laskeutui horisontin taa Kaliforniassa, mutta se oli se jo korkealla taivaalla Australiassa. Niinpä Parkes jatkoi lähetyksen vastaanottamista; kuva oli oikein hyvä, koska antenni oli suuri, ja koko kaksi ja puoli tuntia kestänyt kuukävely välitettiin koko maailmaan Parkesista.

Koska kyseessä on radio-observatorio, ovat tieteelliset havainnot kuitenkin tärkeimpiä. Itse asiassa Parkes on yksi maailman tehokkaimmista havaintolaitteista, sillä sen käyttöaste on ollut ja on edelleenkin peräti 99,9%. Parkesin tutkimustoiminta alkoi lähes välittömästi avajaisten jälkeen ja on jatkunut siitä eteenpäin lähes 24 tuntia vuorokaudessa. Luonnollisesti huoltojen ja uusien laitteiden asentamisen aikaan on ollut lyhyitä taukoja.

"Olemme osallistuneet kyllä muutamiin muihinkin avaruuslentoihin, pääasiassa Nasan kanssa, ja vastineena avustamme Nasa on kustantanut meille uusia laitteita ja muun muassa teleskoopin lautasantennin kalliin uudelleen pinnoittamisen", sanoo Parkesin vierailijakeskuksen johtaja Chris Hollindrake.

Nasan lisäksi Euroopan avaruusjärjestö on käyttänyt antennia vastaanottamiseen. Maaliskuussa 1986 Parkes otti vastaan ensimmäiset lähikuvat komeetan ytimestä, kun ESAn Giotto-luotain ohitti Halleyn komeetan.

Hollindrake jatkaa kertomalla, että Australiassa on toki muitakin radioteleskooppeja. Nykyaikaisin ja tehokkain laite Narrabrissa, lähempänä Brisbanea sijaitseva "Compact array", kuuden radioteleskoopin rypäs, joka otettiin käyttöön vuonna 1988. Siellä olevia 22-metrisiä antenneja voidaan liikuttaa eri paikkoihin kolme kilometriä pitkän rautatiekiskon päällä. Radiotähtitieteessä on hyvä, että antenneja voidaan liikuttaa eri konfiguraatioihin, erilaisiin muotoihin, ja kun kaikki teleskoopit katsovat samaan kohtaan taivaalla, saadaan erotuskyky sellaiseksi, että se vastaa yhtä suurta teleskooppia.

"Kun täällä Parkesissa havaitaan pääasiasssa pulsareita, tehdään Narrabrissa ennen kaikkea taivaan vetypilvien kartoitusta. Lisäksi ympäri maata on muutamia parikymmenmetrisiä radioteleskooppeja."

Parkesin lautasantenni tuli tunnetuksi vuonna 2000 valmistuneesta elokuvasta The Dish, missä kerrotaan kuuluisista Apollo 11 -minuuteista ja samalla luonnollisesti antennin historiasta. Elokuva on myös mainio väläys 1960-luvun Australian maaseutuelämään.

Parkesissa on nykyisin pieni museo ja tiedekeskus antennin vieressä ja se on hyvä päiväkohde Sydneyssä vieraileville – käynti sisämaassa on lisäksi aina vaivan väärti, jos on Australiaan saakka vaivautunut matkustamaan!

Metsähovin radioteleskooppi on käytössä kellon ympäri vuoden jokaisena päivänä ja kupu suojaa sitä lumelta, tuulelta, sateelta ja auringon lämpösäteilyltä.

Valkoinen kupu on halkaisijaltaan noin 20 metriä ja se on radioaallonpituuksilla lähes näkymätön, joten teleskooppi pystyy tekemään havaintoja kuvun sisällä melkein kuin kupua ei olisikaan.

”Uusi kupu mahdollistaa tarkkojen mittausten tekemisen seuraavaksi 25 vuodeksi”, kertoo Metsähovin johtaja Joni Tammi Aalto-yliopiston tiedotteessa.

Kun Alma-teleskooppia oltiin tekemässä, julkistettiin siitä monia kauniilta näyttäviä piirroksia, joissa teleskooppeja rakennettiin paitahihaisillaan.

Joku sitten huomautti piirtäjälle, että vaikka Alma sijaitsee autiomaassa ja Aurinko paistaa siellä usein kauniisti siniseltä taivaalta, on paikka kuitenkin lähes viiden kilometrin korkeudessa. Se tarkoittaa sitä, että kauniina kesäpäivänäkin takki on tarpeen. Parasta ottaa pipokin mukaan, sillä keskilämpötila päivällä keskellä kesää on vain noin 4°C. 

Nyt eteläisellä pallonpuolella on syksy tulossa ja viime päivinä ALMAlla on ollut varsin viileää. Lunta on satanut ja taivaalla on ollut pilviäkin. Se ei ole kovin yleistä, mutta mitenkään harvinaistakaan. Viime päivinä sää on ollut kuitenkin varsin huono havaintojen teon kannalta.

Tästä eteenpäin kelit ovat keskimääräisesti paranemassa: paras havaintoaika on toukokuusta syyskuuhun, jolloin ilmassa olevan vesihöyryn määrä on pienin. 

Kesäaikaan, siis joulukuun ja huhtikuun aikana puolestaan ilmassa on enemmän vesihöyryä ja jopa tiivistyvää sadetta, joskin meikäläisittäin siellä ylhäällä on aina hyvin kuivaa.

Siksi se onkin valittu paikaksi tälle suurelle radiohavaintolaitteelle; kelit ovat parhaimpia koko maailmassa.

Tämä uutinen alkaa kuin satu: kaukana avaruudessa, 230 miljoonan valovuoden päässä maapallosta, sijaitsee jättiläisgalaksi NGC1275.

Sen keskustassa oleva miljardin Auringon massainen musta aukko synnyttää lähes valonnopeudella virtaavia plasmasuihkuja, joiden syntyalueen rakenteesta on tähän mennessä tehty päätelmiä vain mallien ja tietokonesimulaatioiden avulla.

Nyt tutkijat ovat pystyneet kuvaamaan plasmasuihkun rakenteen kymmenen kertaa lähempänä suihkun lähtöpistettä kuin aikaisemmin, vain parin sadan mustan aukon säteen päässä.

”Tutkimustulos yllätti meidät", iloitsee kuvat ottanutta kansainvälistä havainto-ohjelmaa johtava akatemiatutkija Tuomas Savolainen.

"Lähellä syntypaikkaansa suihku osoittautui leveämmäksi kuin suosituimmat mallit ennustavat. Tämä voi tarkoittaa, että ainakaan suihkun uloin kerros ei synny aivan mustan aukon välittömässä läheisyydessä, kuten tietokonesimulaatioiden pohjalta on ajateltu, vaan kauempana aukkoa ympäröivässä kertymäkiekossa. Tuloksemme ei vielä kumoa malleja mutta antaa niiden kehittelijöille tärkeää tietoa, kuinka viedä malleja oikeaan suuntaan.”

Tämän Kiinan luoteisosassa olevassa Pingtangin maakunnassa sijaitsevan FAST-teleskoopin (kiinaksi 五百米口径球面射电望远镜 ja englanniksi Five-hundred-metre Aperture Spherical Telescope) rakentaminen aloitettiin viisi vuotta sitten kesällä 2011 ja sen suuri 4600 kolmiomaista palasta koostuva peili saadaan valmiiksi näihin aikoihin.

Silloin se nappaa maailman suurimman radioteleskoopin* tittelin nyt sitä pitävältä Arecibon kuuluisalta radioteleskoopilta, mihin verrattuna kiinalaiskorvan odotetaan olevan kolme kertaa herkemmän.

Kokoakin on enemmän, sillä uusi teleskooppi on nimensä mukaisesti läpimitaltaan puoli kilometriä, kun Arecibon antenni on 300 m. Kiinalainen teleskooppi on rakennettu Arecibon tapaan  luontaisesti maanpinnassa olevaan kuoppaan, mihin pallomaisen antennin tekeminen onnistuu kätevästi.

Koska maljamainen antenni on rakennettu kiinteäksi, ei sitä voi kääntää eri puolille taivasta, vaan teleskoopin "katse" kääntymään noin 40° sivuille suoraan ylhäällä olevasta taivaan navasta yläpuolella liikkuvaa vastaanotingondolia liikuttamalla sekä antennin pinnan muodostavia palasia kääntelemällä.

FAST sijaitsee 25° astetta pohjoiseen päiväntasaajasta, joten suuri osa tähtitaivaasta kulkee maapallon pyöriessä teleskoopin havaintokentän läpi, joten se pystyy tekemään havaintoja varsin suuresta osasta taivasta, vaikka se onkin kiinteästi paikallaan.

Kuva: China Daily

* Tarkalleen ottaen kaikkein suurin radioteleskooppi on tämänkin jälkeen Neuvostoliiton aikainen Venäjällä Kaukasusvuoristossa sijaitseva RATAN-600, mutta se on "vain" halkaisijaltaan 576 metriä oleva radioheijastimista tehty rengas. Vaikka sen halkaisija onkin siis suurempi, on sen pinta-ala huomattavasti pienempi.

Netissä on pyörinyt parin päivän ajan kaunis kuva "superkuusta", jonka kuvaaja on saanut upeasti mahtumaan radioteleskoopin paraabeliantennin sisään.

Kuun ja teleskoopin yhdistelmä näyttää kovasti Wilhem Wagenfeldin vuonna 1924 suunnittelemalta, klassiselta Bauhaus-lampulta. 

Kuvaajan nimi on häipynyt monien päällekkäisten jakojen taakse, mutta kuvauspäivä lienee 28. syyskuuta – tosin saattaapa se olla nyt lokakuun täydenkuun päivä, eli 27.10., sillä kuvassa kuun kokoa on hankala sanoa ilman tarkempaa tietoa siitä, kuinka kaukana kuva on teleskoopista otettu.

Periaatteessahan tällaisen kuvan ottaminen ei ole vaikeaa. Kun kuvaaja on joko sattumalta tai tarkan suunnittelun tuloksena sopivasti oikeaan aikaan paikassa, mistä katsottuna teleskooppi näyttää saman kokoiselta kuin kuu ja ne ovat samassa suunnassa, saa hyvä kuvaaja kätevästi napattua tällaisen kuvan.

Kuvassa oleva teleskooppi on Uudessa-Seelannissa, noin 50 km Aucklandista pohjoiseen sijaitseva 30-metrinen radioteleskooppi, joka sijaitsee Warkworthin radiotähtitieteellisessä observatoriossa. Teleskooppia käyttää Aucklandin teknillisen yliopiston radiotähtitieteen ja avaruustutkimuksen instituutti.

Itse asiassa antenni oli alun perin tietoliikenneantenni, jota Telecom NZ käytti Uuden-Seelannin ja Tyynellä valtamerellä olevien saarien välillä. Sen rakensi japanilainen Nippon Electric Corporation vuonna 1983, ja se siirtyi tietoliikenteestä tähtitieteen käyttöön vuonna 2010. Sen jälkeen vastaanottimia luonnollisesti viriteltiin hieman uusille taajuuksille.

Itse antennirakennelma on tarkalleen ottaen 37 metriä korkea ja sen antenni on 30,48 metriä leveä.

Kuu puolestaan on 3474 kilometriä halkaisijaltaan (päiväntasaajan kohdalla) ja etäisyys Maasta kuvan ottamisen aikaan noin 356 878 kilometriä, jos kuva otettiin syyskuun täydenkuunaikaan. Mikäli se otettiinkin lokakuussa, niin silloin matkaa oli 359324 km, eli 2446 km enemmän – siis vajaan kuun halkaisijan verran.

Täydenkuun näennäinen halkaisija taivaalla oli syyskuussa 33,48 kaariminuuttia ja lokakuussa 33,26 kaariminuuttia. Paljaalla silmällä tätä vähäistä kokoeroa on käytännössä mahdoton erottaa, etenkin kun lähellä horisonttia Kuu näyttää aina suuremmalta kuin korkeammalla taivaalla ollessaan.

Tasan 38 vuotta sitten Jerry Ehman havaitsi sittemmin golfkentän tieltä puretulla Big Ear -radioteleskoopilla signaalin, jonka ominaisuudet viittasivat keinotekoiseen alkuperään. Signaali tuli Jousimiehen tähdistön eli Linnunradan keskuksen suunnasta.

Päivän kuvassa siis tietokoneen tulostusliuska, missä ovat Ehmanin ympyröimät signaalia markkeeraavat kirjaimet ja numerot sekä raapustus niiden vieressä: Wow!. 72 sekuntia kestänyt signaali, jota ei ole sen koommin havaittu uudelleen, sai nimekseen ”Wow! signal” eli Vau!-signaali.

Toisinaan tällaiset omituiset signaalit ovat myös tuottaneet kokonaan uusia, kiinnostavia löytöjä: niin maailmankaikkeuden taustasäteily kuin pulsaritkin olivat aluksi kummallisia havaintoja, joita jotkut ennättivät jo olettaa viesteiksi toisilta sivilisaatioilta. Vaikka todennäköisimmin kyse oli tässäkin tapauksessa häiriöstä teleskoopin laitteistoissa tai jokin maanpäällisestä kohteesta tullut signaali, on toki mahdollista, että joku odottelee edelleen vastausta siellä Joutsenen suunnalla...

Kiinan luoteisosassa olevassa Pingtangin maakunnassa ollaan rakentamassa maailman suurinta radioteleskooppia. Tämän "500 metriä halkaisijaltaan olevan teleskoopin" rakennuspaikka on kuuluisan Arecibon radioteleskoopin tapaan luontainen maanpinnassa oleva kuoppa, mihin pallomaisen antennin tekeminen onnistuu kätevästi.

Rakentaminen aloitettiin kesällä 2011 ja töiden pitäisi olla ohi ensi vuoden syyskuussa. Silloin tämä kiinalaisteleskooppi nappaa maailman suurimman tittelin nyt sitä pitävältä Arecibolta, mihin verrattuna uusi jättiläinen on arvioiden mukaan kolme kertaa herkempi. Kokoakin on enemmän, sillä uusi teleskooppi on nimensä mukaisesti läpimitaltaan puoli kilometriä, kun Arecibon antenni on 300 m.

Koska maljamainen antenni on rakennettu kiinteäksi, ei sitä voi kääntää eri puolille taivasta, vaan sen yläpuolella liikkuvaa vastaanotingondolia liikuttamalla sekä antennin pinnan muodostavia 4600 kolmiomaista palasta kääntelemällä saadaan teleskoopin "katse" kääntymään noin 40° sivuille suoraan ylhäällä olevasta taivaan navasta. Koska teleskooppi sijaitsee 25° astetta pohjoiseen päiväntasaajasta, kulkee suuri osa tähtitaivaasta sen havaintokentän läpi, joten se pystyy tekemään havaintoja varsin suuresta osasta taivasta, vaikka se onkin kiinteästi paikallaan.

Tämä 30. kesäkuuta on sekunnin pitempi kuin päivät yleensä, sillä tänään kelloihin lisätään karkaussekunti.

On mahdollista, että tästä tulee viimeinen karkaussekunti, sillä niistä päätettiin luopua jo vuonna 2013, mutta lopullisen päätöksen tekee tämän vuoden marraskuussa oleva kansainvälinen konferenssi. Ongelmana karkaussekunneissa on se, että ne haittaavat tarkkojen aikalaskelmien tekemistä; olisi parempi käyttää harvemmin toistuvia karkausminuutteja tai jopa karkaustunteja. Jo minuutin muutos kerralla tekisi tällaisen säätämisen tarpeelliseksi seuraavan kerran vasta vuonna 2399.

Ajan säätäminen silloin tällöin on joka tapauksessa tärkeää, koska maapallon pyörimisliike hidastuu koko ajan. Jotta vuorokauden pituus pysyisi oikeasti vuorokauden mittaisena, pitää kelloja siirtää aina silloin tällöin.

Tarkalleen ottaen pyöriminen hidastuu joka päivä noin kaksi tuhannesosasekuntia ja siksi tähän saakka apuun on otettu karkaussekunti parin vuoden välein.

Tarkalleen ottaen kyse on siitä, että maapallon pyörimisestä mitataan niin sanottu UT1 -aika, kun taas normaalikäytössä meillä on ns. koordinoitu yleisaika UTC, jota pidetään yllä supertarkoilla atomikelloilla.

Näiden kahden kellon laittamisesta samaan aikaan päättää erikseen Ranskassa oleva IERS-organisaatio, eli International Earth Rotation and Reference Systems Service. Se ilmoittaa karkaussekunnin lisäämisestä kuusi kuukautta etukäteen. 

Suomesta UTC-ajan ylläpitoon osallistuu Otaniemessä toimivan Mittatekniikan keskuksen (MIKES) aika- ja taajuussuureiden kansallinen mittanormaalilaboratorio.

Päivän pituus vaihtelee jatkuvasti

UT1-aikaa pidetään yllä nykyisin radioteleskooppien ja kaukana tähtitaivaalla olevien kvasaarien avulla. Tätä ajanmääritystä tehdään mm. Metsähovin radiotutkimusasemalla, missä asiaa tutkii Minttu Uunila.

Hän on kohonnut erääksi alan guruksi maailmalla ja Tiedetuubi tapasi hänet viime syksynä Yhdysvalloissa Goddardin avaruustutkimuskeskuksessa. Nyt Minttu on jälleen Suomessa ja on mm. eräs mainion Kuulumisia kuvun alta -blogin pitäjistä.

Alla olevalla videolla Minttu kertoo maapallon pyörimisajan mittaamisesta sekä siitä, että itse asiassa pyöriminen ei ole tasaista. Siinä on pientä vaihtelua koko ajan, riippuen mm. maapallon tuulista ja vuoksi-ilmiöstä. 

Ja koska ajanmääritys tähtitieteellisesti on tärkeää mm. satelliittien ratojen määrittämiseen tarkasti, ei satelliittinavigointi toimisi ilman Mintun ja hänen kollegoidensa tekemää työtä.