timo prusti | Tiedetuubi

Lähes 1,7 miljardia tähteä: "...ja kaikki alkaa liikkua" Jari Mäkinen Ke, 25/04/2018 - 10:42

Timo Prusti ESTECissä. Kuva: Jari Mäkinen

Euroopan avaruusjärjestö ESA julkistaa tänään Gaia-satelliittinsa uusia mittauksia. "Tällä tulee olemaan sokkiefekti tutkimukselle", lupaa lennon suomalainen tiedejohtaja Timo Prusti.

Gaia on satelliitti, jonka tehtävänä on yksinkertaisesti mitata tarkasti tähtitaivasta. Missä tähdet ovat, kuinka kirkkaita ne ovat ja miten ne liikkuvat?

Tätä rutiininomaista kartoitusta on tehty erilaisin menetelmin jo historian hämystä, mutta Gaian tulokset ovat mullistavia niin määrän kuin laadunkin suhteen.

"Kaikkein tärkein syy tehdä Gaia ja mitata tähtiä näin tarkasti on selvittää oman galaksimme, Linnunradan rakenne", selitti Timo Prusti, kun tapasimme ESTECissä, Hollannissa helmikuun lopussa ja tutkiskelimme mitä tuloksia nyt tänään julkistetaan.

Tätä ennen taivasta parhaiten kartoittanut Hipparcos-satelliitti katsoi vain lähitähtiä, mutta Gaian tähtikartta kattaa koko Linnunradan.

"Tulosten avulla voimme nähdä missä ovat Linnunradan spiraalihaarat tarkalleen, missä on galaksimme keskus ja miten itse liikumme keskuksen ympärillä. Tähän saakka kuvamme Linnunradasta on ollut hyvin staattinen, mutta me laitamme nyt kuvan kolmiulotteiseksi ja liikkumaan."

"Tämä todella sokkiefekti, kun näkee miten Linnunrata alkaa liikkua ja muuttuu eläväksi!"

Gaian tuloksia julkaistiin jo syyskuussa 2016, mutta Timon mukaan se oli vain harjoittelua.

Otsikkokuvassa on tuon tietokannan perusteella tehty kuva Linnunradasta.

"Siinä ensimmäisessä kartassa oli kaksi miljoonaa tähteä, mutta tässä uudessa on yli 1,3 miljardia tähteä. Se on aikamoinen harppaus eteenpäin, ei voi kuin aavistaa mitä kaikkea tutkijat tulevat tekemään tällä tiedolla."

Jo ensimmäisen tietokannan perusteella on tehty yli 400 referoitua julkaisua.

Tähdistä tietokannassa on niiden erittäin tarkat sijainnit taivaalla ja kirkkaudet, mutta tässä uudessa listassa on lisäksi noin 1,1 miljardin tähden värit. Gaia pystyy sanomaan alle millikaarisekunnin tarkkuudella tähtien sijainnit.

"Ensimmäistä kertaa optisilla aallonpituuksilla päästään alle millikaarisekunnin tarkkuuteen."

Tämä tarkoittaa samaa kuin voisi nähdä New Yorkista katsottuna 20 sentin kolikon Eiffeltornin huipulla.

"Lisäksi olemme voineet mitata tähtien radiaalinopeuksia, eli vauhtia, jolla tähdet tulevat meitä kohden tai etääntyvät meistä. Tämä voidaan tehdä toistaiseksi vain kirkkaimmille tähdille, eli sellaisille, jotka ovat magnitudia 12 ja vähemmän. Näistä listassa on noin kuusi miljoonaa."

Ja lista jatkuu edelleen: "puoli miljoonaa muuttuvaa tähteä ja 13 000 omassa aurinkokunnassamme olevan pienkappaleen astrometristä mittausta.

Asteroidien ja komeettojen mittaukset ovat kiinnostavia siksi, että Gaian avulla voidaan niiden ratoja Auringon ympärillä laskea hyvin tarkasti. Tämä tuo mukanaan jännittävän yllätyksen:

"Kun esimerkiksi asteroidi kulkee radallaan jonkun toisen asteroidin läheltä, niin niiden radat muuttuvat vähän. Voimme nyt mitata tämän ratamuutoksen tarkasti ja sen avulla voimme laskea asteroidien massoja. Tällä hetkellä emme tunne hyvin niiden massoja, mutta Gaian avulla saamme tästä lisää tietoa."

Gaian ensimmäisten tulosten mukaan tehty kartta Linnunradasta.

Alussa oli ongelmia

Kun Gaia laukaistiin avaruuteen joulukuussa 2013, huomattiin pian, että sen havaintolaitteisiin tuli jostain hajavaloa. Sen kaksi teleskooppia eivät siis olleet sisältä täydellisen pimeitä siten, että ne näkivät vain ja ainoastaan tähtitaivaan kuvan, vaan jostain sivusta tuli hieman valoa.

Kyse ei ollut suuresta asiasta, mutta hajavalo haittasi hieman havaintojen tekemistä.

"Etsimme syytä siihen, mutta emme löytäneet, joten tälle ei voinut tehdä mitään. Onneksi tätä voidaan korjata havaintoja käsittelemällä, ja mitä enemmän meillä on havaintoja, niin sitä vähemmän tämä haittaa."

Toinen alussa ollut yllättävä ongelma oli teleskooppien peileihin kertynyt jäähuuru. Satelliitin sisälle oli kaikesta puhdistamisesta huolimatta jäänyt vähän vesihöyryä, joka tiivistyi ja jäätyi peilien pinnoille. Tämäkin ongelma oli pieni ja jäätä oli hyvin vähän, mutta kun kyse on erittäin tarkoista havainnoista, oli tilanne harmittava.

Tältä varalta peilejä voidaan lämmittää, ja nyt näyttää siltä, että tästä ongelmasta on päästy eroon. Vesihöyry on häipynyt avaruuteen niiden pienenpienien rakojen kautta, mistä se sisälle pääsi tunkeutumaan.

"Kolmas ongelma oli se, että teleskooppien välinen kulma on heilahdellut", harmittelee Timo ja viittaa siihen, että Gaian kaksi teleskooppia katsovat avaruuteen eri suuntiin, niin niiden välisen kulman pitäisi olla tarkalleen 106,5°.

"Tässä on ollut millikaarisekunnin heilahtelua. Se johtuu varmaankin rakenteen lämpölaajenemisesta, eikä sitä osattu ottaa huomioon, koska Gaia on ensimmäinen havaintolaite, joka voi nähdä näin pientä liikettä. Vastaavaa on voinut olla aiemminkin avaruusteleskoopeissa, mutta sitä ei ole vain havaittu."

Onneksi nämä muutokset voidaan mitata ja korjata tuloksissa.

Gaiassa on kaksi teleskooppia, joissa on kooltaan 1,45 × 0,5 metriä olevat peilit ja ne katsovat avaruuteen 106,5° astetta eri suuntiin. Kun satelliitti pyörii, keilaavat teleskoopit koko taivasta.

Kaasua riittää vuoteen 2024

Periaatteessa mitä pitempään mittauksia jatketaan, sitä tarkempia tuloksista tulee. Siksi on hyvä, että näillä näkymin Gaia jatkaa toimintaansa paljon suunniteltua pitempään.

"Laukaisun aikaan suunnittelimme satelliitin tekevän tiedehavaintoja vähintään viiden vuoden ajan ja tämä aika tulee täyteen nyt ensi kesällä", Timo selittää.

Toimintaa rajoittava tekijä on ns. kylmän kaasun määrä. Sitä käytetään satelliitin asennon säätöön ja pyörittämiseen.

"Kun se loppuu, niin emme voi enää tehdä tarkkoja kuvia. Viimeisimmän tiedon mukaan näin käy vuonna 2024 plus miinus yksi vuosi. Eli viiden vuoden sijaan voisimme tehdä havaintoja Gaialla kymmenen vuoden ajan. Avaruus on vaarallinen paikka ja mitä tahansa voi tapahtua milloin vain, mutta tällä hetkellä näyttää tosiaan siltä, että voimme jatkaa vielä vuosien ajan."

Satelliitit tuntuvat nykyisin kestävän hyvin ja koska niihin laitetaan varmuuden vuoksi mukaan ylimääräistä polttoainetta (ja Gaian tapauksessa ohjauskaasua), on suunnitellun toiminta-ajan ylittäminen normaalia. Kun lennonjohto oppii vielä pian optimoimaan satelliitin käyttöä, kuluu polttoainetta vielä suunniteltua vähemmän.

Jatkoaika vaatii kuitenkin byrokratiaa, sillä satelliitin ylläpito ja sen tulosten vastaanotto maksaa. Nyt Gaialle on saatu epävirallisesti lupaus työn jatkumisesta ainakin vuoden 2020 loppuun, ja todennäköisesti tätä jatketaan ainakin vuoteen 2022 saakka. Kriteerinä jatkoajalle on se, voiko satelliitti tuottaa enää uutta, kiinnostavaa tietoa, ja ainakin toistaiseksi lisähavainnot auttavat parantamaan laatua olennaisesti.

Gaian tietokanta numero kolme joskus tulevaisuudessa tulee olemaan siksi tätäkin parempi ja massiivisempi.

Samalla Timo ja muut tutkijat katsovat kuitenkin jo tulevaisuuteen.

"Olisi hyvä tehdä Gaian kaltainen satelliitti joskus 40 vuoden päästä, koska kun toistaisimme havainnot tuolloin uudelleen, niin saisimme erittäin kiinnostavia tuloksia. Pääsisimme esimerkiksi katsomaan oman Linnunratamme tähtien liikkeiden lisäksi lähellämme olevien Magellanin pilvien tähtien liikkeitä. Se auttaisi muun muassa mittaamaan ensimmäistä kertaa tarkasti mahdollisen pimeän aineen määrää."

Lisäksi olisi kiinnostavaa, jos uusi laite voisi tehdä havaintoja myös lähi-infrapunassa pelkän optisen alueen sijaan.

"Voisimme nähdä silloin pölypilvien peitossa olevia nuoria ja vanhoja tähtiä. Se olisi jännää!"

Juttua on päivitetty 25.4. päivällä olleen tiedostustilaisuuden jälkeen. Lue myös uudempi juttumme!

Koululaiset tutustuivat Gaiaan ESA-blogi Ma, 24/03/2014 - 13:25

Koululaisia Observatoriolla, Paula Kyyrö oikealla.

ESA-blogi

Tähtikartoittajasatelliitti Gaiaa esiteltiin tiistaina 25.3. koululaistapahtumassa Helsingin observatoriolla. Samannaikaisesti järjestettiin kymmenessä Euroopan maassa Gaia Live in Schools -tapahtuma, jossa koululaiset pääsivät tutustumaan Gaia-avaruusteleskoopin taustoihin, työskentelyyn ja tutkimuksen tavoitteisiin. Samalla tehtiin tutuksi avaruuslentojen periaatteita ja tähtitaivasta.

Helsingin observatoriolla, eli virallisesti Helsingin yliopistomuseon tähtitieteen yleisökeskuksessa, tapahtumaan osallistui viitisenkymmentä 5. -luokkalaista. Ohjelmaan kuului myös suora lähetys ESA:n ESOC-lennonjohtokeskuksesta, missä hankkeen tieteellinen johtaja, suomalainen Timo Prusti sekä mission operaatiojohtaja David Milligan vastasivat eurooppalaisten koululaisten esittämiin kysymyksiin Gaia-satelliitista.

"Tilaisuus oli menestys", iloitsee Observatorion johtaja Päivi Harjunpää.

"Oppaame Paula Kyyrö osallistui viime vuoden lopussa ESTECissä järjestettyyn koulutukseen, jossa he saivat toimivia työkaluja tilaisuuden toteuttamiseen. Oppilaat lähtivät hienosti mukaan heti alusta saakka. He tulivat meille suoraan liikuntatunnilta, söivät eväät ennen tilaisuuden alkua ja sitten olikin aivan sopiva hetki istua alas tutustumaan Gaiaan ja siihen liittyvään tähtitieteeseen."

"Ohjelman aluksi Paula johdatteli yleisön aiheeseen kertomalla, mikä Gaia on, mitä se tekee, mitä sen avulla voidaan selvittää ja miksi tämä kaikki tehdään. Sitten oli vuoro live-yhteyden ESA/ESOCiin. Sitä oppilaat odottivatkin jännityksellä. Yhteyden aikana David Milligan ja Timo Prusti kertoivat meille lisää Gaiasta. Tähän osioon kuului myös mahdollisuus esittää kysymyksiä haastatelluille. Meiltä koululaiset kysyivät mm. mitä polttoainetta Gaia käyttää."

Euroopan avaruusjärjestö ESA laukaisi Gaian joulukuussa 2013 avaruuteen ja se aloittaa juuri näihin aikoihin työnsä, eli kotigalaksiamme Linnunradan kartoittamisen sen tähtien avulla.

Viisivuotisen missionsa aikana Gaia mittaa yli miljardin tähden paikat ja liikkeet ja luo näin erittäin tarkan kolmiulotteisen kartan omasta galaksistamme Linnunradasta. Kaupan päälle Gaia mm. löytää satoja tuhansia uusia eksoplaneettoja sekä havaitsee satoja tuhansia oman Aurinkokuntamme asteroideja. Gaian avulla myös testataan Albert Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa.

Tiedetuubi on seurannut Gaian tekemistä, tehtävää ja laukaisua monin jutuin: ne ovat listattuna täällä.

Kuvat observatoriolta: Timo Huvilinna / Helsingin yliopistomuseo

Lentodynamiikkaväki työssään. Kuva: ESA / J. Mai

ESA-blogi

ESAn tähtitaivasta kartoittava luotain Gaia on saapunut onnellisesti perille Lagrangen pisteeseen 2 – tai tarkalleen ottaen kiertoradalle tämän painovoimien tasapainopisteen ympärillä.

Sen jälkeen kun Gaia laukaistiin juuri ennen joulua, on se lentänyt kohti tätä 1,5 miljoonan kilometrin päässä olevaa paikkaa ja sen laitteita on käynnistetty hiljakseen. Gaia-hankkeen suomalainen tiedejohtaja Timo Prusti kirjoitti Gaian ensitoimista avaruudessa blogikirjoituksessaan 31. joulukuuta.

Asettuminen radalle matemaattisen pisteen ympärillä vaatii luonnollisesti paljon laskemista, lentodynamiikan tuntemusta ja kykyä tehdä satelliitilla tarkkoja ohjausliikkeitä. Kun Gaia asettui radalleen tiistaina (7. tammikuuta), sen kahdeksan pientä rakettimoottoria komennettiin toimimaan lähes kahden tunnin ajan klo 20.58 Suomen aikaa alkaen.

Ne hidastivat matkavauhtia ratanopeudeksi ja muuttivat samalla lentorataa juuri sopivaksi. Tätä tosin tullaan vielä hienosäätämään 14. tammikuuta, kun kaikki rataparametrit on saatu varmistettua.

Tätä toimenpidettä oli valmisteltu jo muutaman vuoden ajan, sillä kaksitonnisen, vain pienillä rakettimoottoreilla varustetun avaruusaluksen vieminen siirtoradalta, minne Sojuz-kantoraketti sen jätti laukaisun jälkeen, L2-pisteen ympärillä olevalle erityiselle ns. Lissajous-tyyppiselle radalle ei ole yksinkertaista.

Olennaisin hankaluus on se, että L2-pisteessä ei ole mitään kiinteää kappaletta, joka vetäisi alusta puoleensa ja jonka suhteen olisi helppo navigoida.

L2 on siis vain tyhjää avaruutta, missä sattumalta vain Maan ja Auringon vetovoimat sekä kiertoradan keskihakuisvoima (ns. keskipakovoima) nollaavat toisensa siten, että periaatteessa L2-pisteeseen sijoitettu alus kiertää Aurinkoa samalla periodilla Maan kanssa.

Käytännössä L2:ssa ei olla, vaan sitä kierretään. Gaian kiertoaika pisteen ympärillä on 180 vuorokautta. Kiertorata on säädetty sellaiseksi, että se on kohtisuorassa tasossa planeettojen ratatason, ekliptikan, kanssa, mutta sen akseli osoittaa aina kohti Maata. Rata siis kiertyy suhteessa Aurinkoon koko ajan, mutta pysyy 263 000 x 707 000 x 370 000 km kooltaan olevan kuvitteellisen laatikon sisällä.

Rataa täytyy säätää voin kerra kuukaudessa, sillä L2:ta kiertävät kappaleet koittavat luontaisesti "karata" radoiltaan, ja siten Gaiaakin täytyy koko ajan sysätä ikään kuin takaisin paikalleen.

Poissa varjosta, kaukana Auringosta

Eräs tärkeä kriteeri radanhallinnassa ja ennen kaikkea sitä etukäteen suunnitellessa oli se, että Gaiaa ei saa päästää Maan varjoon. Varjon koko ei ole kovin suuri 1,5 miljoonan kilometrin päässä, mutta koska määritelmänsä mukaisesti L2 on tarkalleen Maan varjossa, on vaara vaanimassa koko ajan. Gaian lämpötilaa säädellään hyvin tarkasti ja vaikka luotain itse kestäisikin varjossa olemisen, eivät sen kamerat toimi silloin normaalisti ja tulosten laatu kärsii.

Nykyinen rata estää tämän viiden vuoden ajan, mutta sen jälkeen rataa pitää säätää hieman enemmän, jotta Gaia ei joutuisi varjoon.

Gaian keskiakseli ei saa myöskään osoittaa kohti Aurinkoa: herkät teleskoopit rikkoontuvat välittömästi, jos kirkas Aurinko pääsee paistamaan niiden sisälle. Siksi Gaialla on koko ajan vähintään 15 asteen kulma Aurinkoon. Samalla aurinkopaneelien teho olisi parhain suoraan Aurinkoon osoitettaessa, joten kulma on määrätty siten, että sähköä saadaan tarpeeksi, mutta samalla havaintolaitteet ovat turvassa. Lisäksi ratadynamiikkatiimi on joutunut ottamaan huomioon Maahan osoittavan antennin suunnan.

"Suurin ero Gaian ja monien Maata tai vaikkapa Marsia kiertävien satelliittien välillä on se, että planeettaa kierrettäessä kiertoradat ovat yleensä stabiileita, ja jos jokin ratamuutos ei mene aivan toivotulla tavalla, sitä voidaan korjata helposti myöhemmin", selittää Mathias Lauer, eräs Euroopan avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa Gaian parissa työskentelevistä ratadynamiikka-asiantuntijoista.

"Gaian tapauksessa rata ei ole stabiili, vaan meidän täytyy olla tarkkana jokaista askelta ottaessamme."

Jotta asettuminen radalle L2:n ympärillä sujui hyvin, Gaia laitettiin hyvissä ajoin ennen manovääriä erityiseen tilaan, missä se sieti normaalia enemmän epätavallisia toimia ennen menoa ns. turvatilaan. Tämä esti sen, että luotain olisi jäänyt odottamaan ohjeita Maasta kesken tärkeän toimenpidesarjan.

Ennen pitkän ratapolton alkua tiistaina illalla, lennojohto oli yhteydessä Gaiaan ESA:n Cerberoksessa, Espanjassa, olevan 35-metrisen antennin kautta ja tarkistivat, että Gaia oli valmis.

Lennonjohtotoiminta siirrettiin sitten ESOCin suureen lennonjohtohuoneeseen, missä aluksen tilaa, rataa, avaruussäätä, tietoliikenneyhteyksiä ja kaikkea muuta asiaan vaikuttavaa voidaan seutata paremmin ja missä suuri määrä asiantuntijoita saadaan kerralla konsolien ääreen. Normaalisti Gaian lennonjohto tapahtuu pienemmästä tilasta ja lopulta osana rutiinitoimintoja.

Klo 20.20 tiistaina illalla Cerberoksen antennin kautta saatiin tieto siitä, että Gaia oli valmis, ja muutamaan minuuttia muöhemmin, klo 20.35, Gaia kääntyi oikeaan asentoon polttoa varten. Ja sitten, tarkalleen klo 20.58 rakettimoottorit syttyivät ja toimivat 103 minuutin ajan.

Ja niin Gaia oli oikealla radallaan. Kunhan tutkimuslaitteet on saatu nyt kalibroitua, voi Gaia aloittaa pitkän ja puuduttavan, mutta huiman kiinnostavan työrupeamansa.

Joulu Gaian kanssa ESA-blogi Su, 29/12/2013 - 15:58

ESA-blogi

Gaian laukaisu 19. joulukuuta stressasi monen perheen joulua. Monet työntekijät Ranskan Guyanassa halusivat palata koteihinsa Eurooppaan jouluksi. Laukaisu lähellä joulua on aina pieni riski, sillä viime hetkellä voi aina tulla muutaman päivän viivästys, mikä olisi tarkoittanut joulua tropiikissa. Se ei sinällään olisi ollut ikävä asia, mutta se ei ollut monenkaan suunnitelmissa.

Gaian laukaisu onnistui kuitenkin hienosti ja lentokoneet Eurooppaan täyttyivät. Oikeastaan juuri joulua ennen tapahtunut laukaisu oli erittäin sopiva – ainakin projektiin osallistuville tutkijoille. Nimittäin Gaialla ei voida tehdä mitään tieteellistä ennen kuin kaikki maanpäälliset, Gaian sisälle jääneet ilmakehän kaasut ovet "kiehuneet" pois. Siksi kaikkia optisia osia lämmitetään, ettei niistä tulisi kylmäloukkoja Gaiasta pakeneville molekyyleille. Tämän seurauksena projektin tieteentekijät pystyivät keskittymään kinkun syöntiin.

Kaikille Gaian rauhallinen joulu ei kuitenkaan ollut rauhallista aikaa. ESAn satelliittien operoinnista vastaava Euroopan avaruusoperaatiokeskus ESOC Saksan Darmstadtissa seurasi ja ohjasi Gaiaa joulun yli. Vaikka tähtitieteelliset mittalaitteet eivät olleet päällä, monia oheislaitteita otettiin käyttöön. Niinpä minunkaan jouluni ei sujunut ainoastaan kinkun parissa, vaan jouduin silloin tällöin avaamaan tietokoneen ja katsomaan uusinta raporttia Gaian tilasta. Kaikki toimi erinomaisesti!

Oli myös tutkijoita, jotka tekivät töitä Gaian lähettämien tietojen kanssa yli joulun. Yksi tärkeä laite Gaiassa on tarkka kello. Kellon lähettämää dataa onkin jo välitetty ESOCin kautta ESACiin, joka on ESAn tieteellinen operointikeskus Madridissa. Siellä Gaian lähettämää telemetriatietoa käsitellään, ja kellon dataa siirrettiin Dresdenin Teknillisen Korkeakouluun, jossa Sergei Klioner korreloi Gaian kelloa maanpäälliseen aikastandardiin nähden.

Myos monet tähtiharrastajat ovat olleet kiireisiä Gaian parissa. Pyysimme seuraamaan Gaian matkaa L2 pisteeseen ja kokoelma valokuvia löytyy osoitteesta http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/news_20131220.

Mukana on myös tämän kirjoituksen otsikkokuva, jonka otti Arto Oksanen, vanha tuttuni Helsingin opiskeluajoilta. Heti laukaisun jälkeen Gaia oli kirkas kohde, mutta kun Gaia käännettiin 45 asteen kulmaan Aurinkoon nähden, siitä tulikin haastava kohde. Arto onnistui kuvaamaan Gaian kun sen kirkkaus oli vain 19 magnitudia.

Vuodenvaihde tulee olemaan vielä aika rauhallista. Joulukuun 30. päivä Gaialle tehdään pieni radankorjaus, jotta Gaian asettuminen 7. tammikuuta kiertoradalle L2-pisteen ympärillä voidaan valmistella hyvin. Ratakorjaus on hyvä myös kalibrointia ajatellen. Jännittävin lähiaikojen tapahtuma on 2. – 4. tammikuuta, kun tähtitieteelliset instrumentit käynnistetään.

Sitä odotellessa toivotan Gaian puolesta hyvää uutta vuotta!

Timo Prusti

(Otsikkokuvan on ottanut Arto Oksanen Chilessä sijaitsevalla etäkäytettävällä kaukoputkella. Arto kirjoittaa kuvasta: "Gaia-satelliitti jatkaa edelleen matkaansa kohti havaintopaikkaansa, saavuttaen juuri 700 000 kilometrin etäisyyden eli liki kaksi kertaa Kuun etäisyyden. Satelliitti näkyi himmeänä (mag 19) liikkuvana täplänä 20 kuvan sarjassa. Oheisessa kuvassa yhdistetty kolme ensimmäistä ruutua ja Gaia merkitty ympyröillä.")

Gaian laukaisu Timo Prustin kokemana ESA-blogi La, 21/12/2013 - 16:04

ESA-blogi

Gaian tieteellinen johtaja on suomalainen Timo Prusti, joka kertoo seuraavassa tekstissä kokemuksistaan laukaisun aikaan Kouroussa. Hän esiintyi ESAn suorassa webbilähetyksessä ja oli mukana useissa TV-ohjelmissa heti laukaisun jälkeen, mutta hän ennätti kirjoittaa myös tämä tekstin eilen juuri ennen paluutaan Eurooppaan.

Gaia laukaistiin 19. joulukuuta 2013 kello 9:12:19 UTC. Koko viikon oli ollut useita sadekuuroja, ja sama epävakaa sää jatkui myös laukaisupäivänä, jolloin aikaisin aamulla kuuden maissa paikallisaikaa Kouroussa pyyhkivät useat kuurot laukaisualueen ylitse.

Taivas kuitenkin selkeni juuri ennen laukaisua, ja Gaia nousi matkaan hyvien tähtien merkeissä, sillä laukaisun aikaan aamulla taivaalla ei ollut juuri lainkaan pilviä.

Tänään 20. joulukuuta tätä kirjoitettaessa on taas sadellut, eikä Gaian laukaisusta olisi nähty kuin ehkä 10 sekuntia ennenkuin raketti olisi kadonnut pilviin.

Ennen laukaisua

Kaksi viikkoa Kouroussa on ollut hyvin intensiivistä aikaa. Gaia oli syksyn ajan laukaisukeskuksen S1-rakennuksessa, jossa satelliitit voivat olla niin kauan kun tankkeja ei olla täytetty. Siellä tehtiin myös viimeinen aurinkosuojan avaustesti lokakuussa, kun edellisen kerran olin paikan päällä.

Kun tulin uudelleen paikalle, oli Gaia jo tankattu ja siirretty S5-rakennukseen. Sojuz-kantoraketin yli vaihe Fregat, joka oli itse asiassa alun perin tarkoitettu toiselle satelliitille, oli jo odottamassa S3-rakennuksessa Gaiaa myös tankattuna.

S3 on tila, joka on tarkoitettu kaikkein herkimmin räjähtävien polttoaineiden käsittelyyn. Fregatin vieressä oli jo odottamassa Gaiaa varten erityisesti valmistettu raketin nokkakartio. Koska Gaia täytti melko tarkkaan koko nokkatilan, jouduimme tekemään erikoisen nokkakartion, mistä oli varmuuden vuoksi "kaiverrettu" hieman tilaa lisää reunoista, koska laukaisussa satelliitin ja seinien välissä täytyy olla riittävästi tilaa myös värähtelyille.

Gaia siirrettiin S3-rakennukseen, asetettiin Fregatin päälle ja koko nokkaosa pistettiin nokkakartion sisälle.

Lauantaina 14. joulukuuta Sojuz-raketti vietiin kiskoja pitkin laukaisualustalle. Toimenpide alkoi aamulla kuudelta, kun kokoonpanohallin ovet avattiin ja muutaman tunnin päästä vaakasuorassa rautatievaunun päällä ollut raketti oli siirretty ja nostettu pystyyn. Se oli mielenkiintoinen tapahtuma, etenkin kun sain seurata sitä aivan vierestä.

Samana iltana tuli jo nokkaosa, jossa siis Gaia ja Fregat olivat päällekkäin nokkakartion sisällä. Kahdeksan aikaan illalla venäläinen Soyuzin laukaisusta vastannut henkilökunta ruuvasi käsin nokkaosan kiinni Sojuziin 102 pultilla – he eivät käyttäneen mitään pneumaattisia koneita. Viimeisen kiristyksen teki yksi henkilö, jotta ruuvit ovat samalla voimalla kiinnitettyjä.

Sunnuntaista keskiviikkoon oli rauhallisempaa, koska suurin osa ajasta käytettiin miljoonan ja yhden asian tarkastamiseen.

Gaia lähtee matkaan!

Lähtölaskenta alkoi 13 tuntia ennen laukaisua. Niinpä ESAn insinöörikollegat ja Gaian rakentaneet Astriumin insinöörit istuivat tuoleihinsa Kouroun laukaisukeskuksen lähtövalvontarakennuksen Jupiterin kontrollihuoneessa keskiviikon iltapäivällä kello viiden aikaan. Itse seurasin heidän istumisiaan kun olin samana yönä valmistelemassa Arianespacen suoraa televisiolähetystä laukaisusta. Opettelin toimittaja Joshua Jampolin kanssa TV-maailman kikkoja, jotta pystyin suorittamaan tehtäväni englanninkielisen selostuksen tieteellisenä tukena.

Torstaiaamuna aikaisin ennen laukaisua kaikki olivat pirteitä. Tämä taisi johtua adrenaliinista. Päivä nousi klo 6:12:19 paikallista aikaa, kun seurasin laukaisua Jupiter rakennuksen parvekkeelta. Kuin Aurinko olisi noussut lännestä, mutta pian pystyi huomaamaan, että kyseessä olikin Auringon sijaan kirkkaasti loistanut Sojuz VS06, jonka kärjessä oli Gaia.

Itään päin suuntautunut laukaisu kaartui komeasti parvekkeen yli ja kohti oikean Auringon nousua idän puolella. Ensimmäinen vaihe lopetti toimintansa juuri oikeaan aikaan, jolloin neljä apurakettia irrotettiin raketista. Aamuauringossa ne sitten tuikkivat kuin pienet, alaspäin putoavat tähdet, kun samaan aikaan loppuosa raketista jatkoi kiihdytystä ylöspäin.

Arianespacen osuus Gaian saamisessa avaruuteen on laukaisu, mukaan lukien Fregatin osuus. Gaia tarvitsi kaksi Fregatin moottorin polttoa, joista ensimmäisellä Gaia saatiin ympyräradalle Maan ympärillä ja toisella se sysättiin kohti Lagrangen pistettä L2 vievälle radalle. Tuo piste on Gaian operointipaikka.

42 minuuttia laukaisun jälkeen Fregat oli tehnyt tehtävänsä ja irrottautui Gaiasta. Gaia oli vapaa ja Arianespace otti aplodit vastaan onnistuneesta laukaisusta.

Meillä oli kuitenkin vielä runsaasti töitä, sillä nyt oli Gaian vuoro toimia. Noin tunti ja vartti laukaisun jälkeen Gaian aurinkosuoja, eli "hame", avattiin ja puolitoista tuntia laukaisun jälkeen tiesimme, että Gaia oli saatu havaintokuntoon. Hame oli avautunut.

Tänään 20. joulukuuta olemme tehneet niin sanotun kakkospäivän operaation, missä hienosäädimme rataa kohti L2 pistettä Gaian omilla raketeilla. Tämä onnistui yhtä täsmällisesti kuin kaikki muutkin tähän asti tehdyt operaatiot Gaialla.

Sen jälkeen Gaia käännettiin 45 asteen kulmaan Aurinkoa kohti, eli olemme nyt operaatioasennossa ja vauhdilla menossa 1,5 miljoonan kilometrin päässä olevan L2-pisteen ymparillä olevalle radalle.

Kiitokset kaikille, jotka ovat tehneet mahdolliseksi tämän joulun parhaan lahjan – Gaian!

Timo Prusti

Lue myös Tiedetuubin Gaia-juttuja ja laukaisuseurantaa osoitteessa www.tiedetuubi.fi/gaia

ESA-blogi

Tähtikartoittaja Gaia, Euroopan avaruusjärjestön seuraava tiedesatelliitti, on parhaillaan Kouroun avaruuskeskuksessa valmisteltavana laukaisuun.

Laukaisun piti tapahtua 20. marraskuuta, mutta nyt lokakuun 22. päivänä pidetyssä kokouksessa päätettiin, että laukaisua siirretään alustavan arvion mukaan noin kuukaudella eteenpäin. Satelliitin muutamia osia tullaan vaihtamaan Kouroussa tehtyjen testien perusteella, sillä tutkijat sekä insinöörit haluavat olla varmoja siitä, että Gaia tulee toimimaan moitteetta avaruudessa.

Gaian tiedejohtaja, ESAssa työskentelevä Timo Prusti, ilmoitti asiasta tänään ja lupasi selvittää lykkäykseen johtuneita syitä lähipäivinä, kun laukaisun siirtämisestä aiheutuvat kiire hellittää.

Tällä sivulla seurataan laajemminkin Gaian valmistelua, laukaisua, käyttöönottoa avaruudessa ja ensimmäisiä tuloksia tästä alkaen, Kirjoittajina ovat Prustin lisäksi Gaian tutkijaryhmässä asteroidihavaintoja käsittelevän suomalaisryhmän vetäjä Karri Muinonen sekä ryhmän jäsenet ja Tiedetuubin Jari Mäkinen.

Otsikkokuvassa on jo Gaia testissä Kouroun puhdastilassa, missä Gaian suuri aurinkosuoja avattiin ja suljettiin viimeisen kerran ennen matkaan lähtöä. Tämän testin lisäksi Gaialle tehdään suuri joukko muita testejä, ja joissain näistä on löytynyt jotain. Löytö ei välttämättä ole varsinainen vika, vaan voi olla myös pelkkä epäilys siitä, että kaikki ei ole aivan kuten on suunniteltu.

Huima taivaan kartoittaja

Ensi alkuun kuitenkin tarkempi kuvaus siitä, mikä Gaia on: se on tarkasti tähtien paikkoja taivaalla mittaava avaruuskaukoputki, jonka tekemien havaintojen perusteella tähtitieteilijät tulevat tekemään tarkimman koskaan koostetun kartan taivaasta. Nykytekniikan avulla kartasta tulee kolmiulotteinen malli omasta galaksistamme sekä sen noin tuhannesta miljoonasta tähdestä.

"Monet sanovat, että tähtien kartoittaminen ei ole mitenkään seksikäs aihe, mutta he sanovat niin ennen kuin ovat kuulleetkaan Gaiasta ja siitä, mitä se pystyy tekemään", sanoo Timo Prusti.

"Gaia näkee tähtiä, jotka ovat noin 400 000 kertaa heikompia kuin voimme nähdä paljain silmin. Se pystyy määrittämään niiden sijainnin 24 mikrokaarisekunnin tarkkuudella, eli yhtä tarkasti kuin voisimme nähdä hiuksen noin 1000 kilometrin päästä."

Havaintojen avulla voidaan laskea lähimpien tähtien etäisyydet huimalla 0,001% tarkkuudella. Linnunradan keskustassa noin 30 000 valovuoden päässä olevien tähtien etäisyydet voidaan määrittää noin 20% tarkkuudella, mikä on huima parannus nykyiseen.

"Samalla kun Gaia tarkkailee taivaan tähtiä sekä niiden sijaintia, sijainnin muutosta ja kirkkautta paljon tarkemmin kuin mikään havaintolaite aikaisemmin, se tulee todennäköisesti löytämään satoja tuhansia uusia kohteita, kuten esimerkiksi muita tähtiä kiertäviä planeettoja, niin sanottuja ruskeita kääpiöitä (suutariksi jääneitä tähtiä, joiden massa ei riittänyt sytyttämään niissä energiaa tuottavaa fuusioreaktiota) sekä aurinkokunnassamme olevia pienkappaleita, asteroideja ja komeettoja."

Gaia pystyy myös löytämään tähtiä, jotka ovat itse asiassa olleet aikaisemmin pienemmissä galakseissa, jotka Linnunrata on hotkaissut sisäänsä. Tähtien liikeratojen tarkalla selvittämisellä voidaan myös paikansaa pimeää ainetta, jota ei pysty havaitsemaan suoraan, mutta jota näyttää olevan kaikkialla.

"Vaikka päähuomio onkin omassa Linnunradassamme sekä sen tähdissä, Gaia näkee myös satoja tuhansia muita galakseja", Prusti jatkaa. "Mittaamalla kvasaareita Gaian avulla saadaan myös testattua Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa paremmin kuin koksaan aiemmin."

Suomalaiset vastaavat Gaian keräämistä asteroidi- ja pienkappaletiedoista. Kun Gaia kartoittaa taivasta automaattisesti, se havaitsee samalla paljon Aurinkokunnassamme olevia kohteita, joiden joukossa tulee olemaan varmasti paljon aiemmin tuntemattomia kohteita. Koska Gaia katselee avaruuteen varsin kaukana avaruudessa, se näkee myös Maan radan sisäpuolelle paikkoihin, mihin maapallolla tai sen ympärillä olevat havaintolaitteet eivät näe.

Näitä kohteita etsitään ja paikannetaan suomalaistekoisella ohjelmistolla. Se on tehty Helsingin yliopiston observatoriossa, missä myös omituiset havainnot käsitellään. Voi siis olla, että tietojen joukosta löytyy myös uusia, mahdollisesti vaarallisiakin pienkappaleita, jotka voisivat törmätä Maahan!

ESA on mitannut tähtiä jo aikaisemminkin: Hipparcos -niminen satelliitti kiersi Maata vuosina 1989-1993 ja mittasi noin sadan tuhannen tähden sijainnit. Nyt sen havainnoista tehty kartasto on paras tähtitieteilijöiden käyttämä tähtikartta. Gaia tulee nyt kaksi vuosikymmentä myöhemmin mittaamaan 200 kertaa tarkemmin ja tuottamaan ainakin 10 000 kertaa enemmän tietoa.

Kuukauden matka havaintopaikalle

Gaia laukaistaan matkaan Sojuz-kantoraketilla Ranskan Guyanassa sijaitsevasta Euroopan avaruuslaukaisukeskuksesta marraskuun 20. päivä. Avaruuteen päästyään Gaia ohjataan noin 1,5 miljoonan kilometrin päähän Maasta niin sanottuun Lagrangen pisteeseen numero 2, erääseen Maan luona olevaan alueeseen, missä Maan ja Auringon vetovoimat ovat jotakuinkin saman suuruiset, ja siten siellä oleva alus pysyy jotakuinkin paikallaan.

Tarkalleen ottaen Gaia tulee kiertämään hitaasti tätä gravitaatiotasapainopistettä soikeahkolla radalla, mistä katsottuna sillä on koko ajan erinomainen näkymä ulos aurinkokunnasta ympäröivään avaruuteen ja Aurinko paistaa samalla sen aurinkopaneeleihin. Paneelit on sijoitettu kymmenen metriä halkaisijaltaan olevan suuren aurinkosuojan takapuolelle.

Laukaisun jälkeen kestää noin kuukauden, ennen kuin Gaia on saatu ohjattua havaintopaikalleen 1,5 miljoonan kilometrin päähän. Sen systeemien ja havaintolaitteiden virittäminen aloitetaan kuitenkin jo matkan aikana, joten näin teleskooppi pääsee työhön heti vuoden 2014 alusta - jos kaikki sujuu hyvin.

Alun perin nimi "GAIA" tuli sen suunniteltua toimintaperiaatetta kuvaavista sanoista Global Astrometric Interferometer for Astrophysics, mutta jo satelliitin kehittämisen alkuvaiheessa päätettiin siitä tehdä hieman erilainen: nyt Gaiassa on kaksi tarkkaa optista kaukoputkea, jotka on suunnattu hieman eri suuntiin.

Kun satelliitti pyörii avaruudessa hitaasti akselinsa ympäri, kuvaavat kaukoputket koko ajan näkymää edessään ja näin vähitellen ne pystyvät kartoittamaan koko taivaanpallon. Sama toistetaan viisivuotiseksi suunnitellun lennon aikana useaan kertaan, jolloin muutokset tähtien sijainneissa kertovat niiden liikkumisesta.

Gaian ohjaaminen tulee tapahtumaan Euroopan avaruusoperaatiokeskuksesta ESOCista Saksasta, mistä siihen ollaan yhteydessä Cebreroksessa, Espanjassa, ja Australian New Norciassa olevilla suurilla antenneilla. Tiedetoimintoja hallitaan Espanjassa, Madridin luona Villafrancassa olevassa Euroopan Avaruustähtietedekeskuksesta, ESACista.

Havaintoja on käsittelemässä ja analysoimassa suuri joukko tutkijoita (myös Suomesta) ja tämä julkaisee aikanaan yhdessä Gaian tähtikartan kaikkien tähtitieteilijöiden käytettäväksi.

Jari Mäkinen

Lokakuussa avaruuteen laukaistava Gaia-teleskooppi lennätettiin aikaisin perjantaina Suomen aikaa Ranskan Toulousesta Kouroun avaruuskeskukseen. Hieman yli kaksi tonnia painava satelliitti sekä sen laukaisuvalmisteluun vaadittava laitteisto saivat kyydin suurella Antonov An-124 -kuljetuskoneella. Kuvassa kone on Cayennen lentoasemalla juuri saapumisensa jälkeen perjantaina aamupäivällä Suomen aikaa, aamun aikaisina tuntena paikallista aikaa Ranskan Guianassa. Gaia on tarkasti tähtien paikkoja taivaalla mittaava avaruuskaukoputki, jonka tekemien havaintojen perusteella tähtitieteilijät tulevat tekemään tarkimman koskaan koostetun kartan taivaasta. Nykytekniikan avulla kartasta tulee kolmiulotteinen malli omasta galaksistamme sekä sen noin tuhannesta miljoonasta tähdestä. "Monet sanovat, että tähtien kartoittaminen ei ole mitenkään seksikäs aihe, mutta he sanovat niin ennen kuin ovat kuulleetkaan Gaiasta ja siitä, mitä se pystyy tekemään", sanoo Gaian tiedejohtaja, suomalainen Timo Prusti. "Gaia näkee tähtiä, jotka ovat noin 400 000 kertaa heikompia kuin voimme nähdä paljain silmin. Se pystyy määrittämään niiden sijainnin 24 mikrokaarisekunnin tarkkuudella, eli yhtä tarkasti kuin voisimme nähdä hiuksen noin 1000 kilometrin päästä." Havaintojen avulla voidaan laskea lähimpien tähtien etäisyydet huimalla 0,001% tarkkuudella. Linnunradan keskustassa noin 30 000 valovuoden päässä olevien tähtien etäisyydet voidaan määrittää noin 20% tarkkuudella, mikä on huima parannus nykyiseen. "Samalla kun Gaia tarkkailee taivaan tähtiä sekä niiden sijaintia, sijainnin muutosta ja kirkkautta paljon tarkemmin kuin mikään havaintolaite aikaisemmin, se tulee todennäköisesti löytämään satoja tuhansia uusia kohteita, kuten esimerkiksi muita tähtiä kiertäviä planeettoja, niin sanottuja ruskeita kääpiöitä (suutariksi jääneitä tähtiä, joiden massa ei riittänyt sytyttämään niissä energiaa tuottavaa fuusioreaktiota) sekä aurinkokunnassamme olevia pienkappaleita, asteroideja ja komeettoja." Gaia pystyy myös löytämään tähtiä, jotka ovat itse asiassa olleet aikaisemmin pienemmissä galakseissa, jotka Linnunrata on hotkaissut sisäänsä. Tähtien liikeratojen tarkalla selvittämisellä voidaan myös paikansaa pimeää ainetta, jota ei pysty havaitsemaan suoraan, mutta jota näyttää olevan kaikkialla. "Vaikka päähuomio onkin omassa Linnunradassamme sekä sen tähdissä, Gaia näkee myös satoja tuhansia muita galakseja", Prusti jatkaa. "Mittaamalla kvasaareita Gaian avulla saadaan myös testattua Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa paremmin kuin koksaan aiemmin."

Kuukauden matka havaintopaikalle

Gaia laukaistaan matkaan Sojuz-kantoraketilla Ranskan Guyanassa sijaitsevasta Euroopan avaruuslaukaisukeskuksesta marraskuussa. Avaruuteen päästyään Gaia ohjataan noin 1,5 miljoonan kilometrin päähän Maasta niin sanottuun Lagrangen pisteeseen numero 2, erääseen Maan luona olevaan alueeseen, missä Maan ja Auringon vetovoimat ovat jotakuinkin saman suuruiset, ja siten siellä oleva alus pysyy jotakuinkin paikallaan.

Pelkän taivaalla olevan valopisteen sijainnin kirjaamisen lisäksi Gaia analysoi valoa spektrometreillään: valo pystyy kertomaan muun muassa tähden etääntymisestä tai lähestymisestä. Gaiassa on kaikkiaan kolme erilaista tieteellistä tutkimuslaitetta kummassakin kaukoputkessa.
Gaian ohjaaminen tulee tapahtumaan Euroopan avaruusoperaatiokeskuksesta ESOCista Saksasta, mistä siihen ollaan yhteydessä Cebreroksessa, Espanjassa, ja Australian New Norciassa olevilla suurilla antenneilla. Tiedetoimintoja hallitaan Espanjassa, Madridin luona Villafrancassa olevassa Euroopan Avaruustähtietedekeskuksesta, ESACista.

Havaintoja on käsittelemässä ja analysoimassa suuri joukko tutkijoita (myös Suomesta) ja tämä julkaisee aikanaan yhdessä Gaian tähtikartan kaikkien tähtitieteilijöiden käytettäväksi.

Gaian laukaisuvalmisteluita seurataan ESA:n Gaia-blogissa.

Tilaa aihepiirin timo prusti RSS-syöte

Alussa oli ongelmia

Kaasua riittää vuoteen 2024

Gaia saapui perille Lagrangen pisteeseen

Poissa varjosta, kaukana Auringosta

Ennen laukaisua

Gaia lähtee matkaan!

Gaia odottaa laukaisuaan

Huima taivaan kartoittaja

Kuukauden matka havaintopaikalle

Tähtikatsoja sai kyydin jättikoneella

Kuukauden matka havaintopaikalle

Etsi Tiedetuubista

AIHEALUEET

ERIKOISTA

TIEDETUUBI

KLUBI