avaruus | Tiedetuubi

Jari Mäkinen

Sentinel 1A -tutkasatelliitti lähti tarkalleen klo 00:02 matkalleen kohti kiertorataansa Maan ympärillä venäläisen Sojuz-kantoraketin nokassa Kourousta, Euroopan avaruussatamasta. Laukaisu sujui täysin suunnitelmien mukaisesti ja satelliittiin saatiin pian yhteys sen päästyä avaruuteen.

Kyseessä on ensimmäinen ESAn Sentinel-sarjan satelliiteista, joiden tarkoituksena on kuvata, havaita ja tutkia maapallon pintaa – meriä, maita, jäätiköitä – sekä ilmakehää lähes reaaliaikaisesti osana eurooppalaista Copernicus -ohjelmaa.

Näistä on tarkemmin tietoa mm. Tiedetuubin ESA-blogissa.

Sentinel-1 on 2,3 tonnia painava tutkasatelliitti, joka on suunniteltu toimimaan ainakin seitsemän vuoden ajan. Sen lennosta kuitenkin kolme ensimmäistä tuntia olivat tärkeimmät, koska niiden kuluessa se saapui paitsi avaruuteen, niin myös avasi aurinkopaneelinsa sekä tutka-antenninsa.

Tämä oli jo seitsemäs venäläisen Sojuz-kantoraketin laukaisu Ranskan Guyanassa sijaitsevasta Kouroun avaruuskeskuksesta.

Sojuz-kantoraketti laukaisualustallaan juuri ennen nostamista pystyasentoon.

Tarkka tutka

Sentinel 1 on itse asiassa kaksi samanlaista satelliittia, joista ensimmäinen, Sentinel-1A, laukaistaan nyt, ja Sentinel-1B pääsee avaruuteen puolestaan ensi vuonna. Yhdessä ne pystyvät kartoittamaan koko maapallon pinnan siten, että joka kolmas päivä on käytössä täysin uusi kartta. Satelliitit siis kulkevat vähintään joka kolmas päivä jokaisen maapallon paikan päältä siten, että paikka mahtuu satelliittien tutkan keilaan ja tulee kuvatuksi.

Koska kuvaaminen tapahtuu tutkalla, ei pilvisyys haittaa. Työ jatkuu myös päivin ja öin.

Omimmillaan satelliitit ovat maapallon napa-alueita tutkittaessa, koska näiltä alueilta on muuten vaikea saada havaintoja. Lisäksi tutka toimii erinomaisesti esimerkiksi jäätiköiden seurannassa. Esimerkiksi alla oleva kuva on koostettu tutkahavainnoista ja näyttää miten Grönlannin luoteisosassa oleva Petermann-jäätikkö liikkuu.

Kaksi, 24 tunnin välein otettua kuvaa Petermann-jäätiköstä kertovat selvästi
miten siinä on pysyviä osia ja sellaisia, jotka liikkuvat hyvinkin nopeasti.

Sentinel-1:n havainnoista voidaan myös määrittää hyvin tarkasti eri tyyppiset merijäät, eli satelliiteista on suurta apua talvimerenkululle, minkä lisäksi esimerkiksi öljylautat meren pinnalla tulevat hyvin esiin sen kuvista.

Satelliittitietoja voidaan käyttää myös hyväksi esimerkiksi tulville alttiiden alueiden kartoittamisessa ja maansiirtymien, jopa maanjäristysten, paikantamisessa. Tulvien ja järistysten satuttua tuoreet, tarkat ja koko ajan päivittyvät kuvat auttavat myös pelastustoimissa.

Tutkakuvia voidaan käyttää myös aiempaa helpommin arkisissa sovelluksissa, esimerkiksi karttojen tekemisessä, maankäytön suunnittelussa sekä maanviljelyalueiden tarkkailussa.

Sana "Sentinel" tarkoittaa vartiomiestä, ja se kuvaa hyvin satelliittien mahdollisia puolustuksellisia sovelluksia: samoja tarkkoja tutkakuvia voidaan käyttää myös kriisialueiden tilannekuvan saamiseen ja esimerkiksi joukkojen siirtelyn seuraamiseen. Kyseessä on ensimmäinen ESAn satelliitti, jota tehtäessä tämäkin aspekti on otettu alusta alkaen huomioon.

Jari Mäkinen

Suurin osa maailman satelliittinavigointilaitteista käyttää hyväkseen amerikkalaista GP-systeemiä, eli Global Positioning System -satelliitteja. Niiden lisäksi kuitenkin myös venäläisillä on oma, toiminnassa oleva vastaava paikannusjärjestelmänsä GLONASS, eli ГЛОНАСС. Ymmärrettävästi esimerkiksi Venäjän puolustusvoimat käyttävät omassa hallussaan olevaa satelliittipaikannussysteemiä ulkomaalaisten vastaavien sijaan.

Maata kiertää parhaillaan 21 GLONASS-satelliittia ja kolme varasatelliittia, jotka on sijoitettu kolmelle kiertoradalle 120 asteen välein. Ratojen korkeus on noin 19 100 kilometriä, ratatason kaltevuun päiväntasaajan suhteen 64,8 astetta ja kiertoaika Maan ympäri 11 tuntia ja 15 minuuttia. Periaatteessa joka puolella maailmaa on jatkuvasti näkyvissä vähintään viisi GLONASS-systeemin satelliittia.

GLONASS kärsi kuitenkin tänään ennen näkemättömän häiriön, kun koko systeemi oli poissa käytöstä peräti 11 tunnin ajan. Katko alkoi tänään 2. huhtikuuta klo 1 yöllä Moskovan aikaa ja jatkui lähes puoleenpäivään. Tänä aikana mikään maailmalla olevista GLONASS-laitteista ei toiminut, mutta tätä kirjoitettaessa systeemi on jälleen normaalisti käytössä.

Häiriöstä kertoo GPS World -julkaisu, jonka lähteet sanovat syyn häiriöön olleen satelliitteihin lähetetyissä virheellisissä ratatiedoissa. Kaikki satelliitit ottivat nuo tiedot käyttöön samaan aikaan, eli klo 01 tänään Moskovan aikaa. Satelliitit käyttävät ratatietoja osana signaalia, jota ne lähettävät Maahan, ja näiden tietojen perusteella voidaan laskea tarkasti jokaisen järjestelmän satelliitin paikka tiettyyn aikaan avaruudessa. Vastaanottimet tarvitsevat näitä tietoja paikan määrittämiseen.

Virheen korjaamiseen meni pitkä aika, koska jokaisen järjestelmän satelliitin piti kulkea pohjoisella pallonpuolella (pääasiassa Venäjän alueella) olevien maa-asemien päältä uusien tietojen lataamiseksi.

Myös GPS-vastaanottimet kuten eurooppalaiset Galileo- ja kiinalaiset BeiDou-vastaanottimet toimivat vastaavalla tavalla, ja samanlainen virhe olisi mahdollinen myös niissä. Tapahtuma osoittaa jälleen erinomaisesti, että on hyvä, että maailmassa on useampia paikannussysteemejä; mitä tärkeämpiä tehtäviä suoritetaan satelliittinavigoinnin avulla, sitä tärkeämpää on määrittää sijaintia vähintään kahden järjestelmän avulla samanaikaisesti.

Kuva näyttää GLONASS-satelliittien statuksen ja sen, miten ne kaikki olivat poissa käytöstä tänään.

Markus Hotakainen

Avaruuslentäjät ovat useimmiten sympaattista sakkia, mutta uuden tutkimuksen mukaan heillä on kirjaimellisestikin erilainen sydän kuin meillä muilla: se on tavallista pyöreämpi. Avaruuden painottomuudessa – tai tarkkaan ottaen mikrogravitaatiossa – sydän pääsee vähemmällä, jolloin sen lihasmassa vähenee. Tuloksena on muodoltaan pallomaisempi sydän eikä se ole ollenkaan hyvä asia.

Tutkimusohjelmassa oli mukana 12 astronauttia, jotka tarkkailivat sydäntään avaruusasemalle viedyllä ultraäänilaitteistolla. Vertailumittauksia tehtiin sekä ennen avaruuslentoa että sen jälkeen. Tulosten mukaan sydämen pallomaisuus kasvoi painottomuudessa 9,4 prosentilla, mikä vastaa projektia varten kehitettyjen matemaattisten mallien antamia ennusteita.

Tutkijat arvelevat, että malleja voidaan lupaavan alun myötä kehittää pidemmälle, jolloin niitä voitaisiin käyttää myös maanpäällisissä olosuhteissa ennustamaan, miten sydän reagoi erilaisiin sairauksiin ja stressitilanteisiin.

Tutkimuksen avulla pyritään myös löytämään sopivia kuntoilumuotoja ja harjoituksia, joilla sydämen suorituskyky pystytään avaruuslennon aikana säilyttämään. Niilläkin toivotaan olevan sovellutuksia maanpinnalla, kun huolehditaan liikuntarajoitteisten potilaiden sydämen kunnosta ja terveydentilasta.

Astronauttien sydämen muoto palautuu paluun jälkeen ennalleen melko nopeasti. Jonkin aikaa sydän kuitenkin toimii vajaateholla, mikä saattaa olla syynä siihen, että Maahan palanneiden astronauttien verenpaine saattaa äkillisesti laskea etenkin noustaessa nopeasti seisomaan.

Kiertoradalla astronauteilla on todettu esiintyvän myös rytmihäiriöitä ja lisäksi avaruuden säteily saattaa nopeuttaa valtimonkovettumatautia, joka voi aiheuttaa sydän- tai aivoinfarktin. Painottomuuden vaikutuksissa on vielä paljon selvitettävää ennen kuin ihminen voi lähteä pitkälle matkalle kohti Marsia.

Tutkimuksen tuloksista tiedotettiin EurekAlert!-sivustolla 29. maaliskuuta.

Jari Mäkinen

Komeettaluotain Rosetta heräsi pitkästä horroksestaan tammikuun lopussa ja se on sen jälkeen käynnistellyt hiljalleen laitteitaan ja kameroitaan.

Tänään sen mukana kohti komeetta Churyumov-Gerasimenkoa matkaava laskeutuja Philae heräsi puolestaan unesta. Tapausta seurattiin ja juhlittiin tänään Saksassa maan avaruushallinto DLR:n tiloissa Kölnissä, missä sijaitsee laskeutujan oma lennonvalvomo. Laskeutumisen aikana Rosettan ja Philaen ohjaamisessa sekä tietomäärän hallinnassa on niin paljon puuhaa, että kaksi valvomoa on tarpeen.

Saksa on laskeutujan päärakentaja, mutta mukana on koko joukko eurooppalaisia ja muitakin kumppaneita. Myös Suomi on mukana Philaessa, sillä Ilmatieteen laitoksessa on tehty sen muistipiirit ja laitos on päävastuussa laskeutujan veden etsintään käytettävästä, PP-laitteesta (Permittivity Probe). PP-laite liittyy laskeutujassa olevaan suurempaan instrumenttikokonaisuuteen, SESAMEen, jonka tehtävänä on mitata komeetan ytimen pintakerrosten ominaisuuksia, erityisesti sähköisiä ominaisuuksia. PP-laitteen anturit ovat ensimmäiset komeetan pintaan osuvat laskeutujan osat, koska laskeutujan laskutelineinä toimivien jalkojen tassut ovat itse asiassa laitteen antureita.

Lennonvalvomon näyttöruuduille ilmestynyt muutos käyrässä kertoi Philaen heränneen. Nyt sen alijärjestelmiä ja mittalaitteita käynnistetään vähitellen.

Philae pääsee tositoimeen näillä näkymin marraskuussa 2014, mutta päätös ajankohdasta ja paikasta, minne se suuntaa, tehdään luonnollisesti vasta sen jälkeen, kun Rosetta on ensin ennättänyt tutkia ja kuvata komeetan pintaa tarpeeksi. Tämä alkaa näinä aikoina, sillä jo parin kuukauden päästä Rosetta pääsee komeettansa luokse. Todennäköisesti elokuussa jo tiedetään minne Philae suuntaa.

Komeetan heikko painovoimakenttä tekee laskeutumisesta hieman erilaista kuin esimerkiksi Marsiin laskeutumisesta: hidastamisen sijaan laskeutumisrakettimoottori tehtävänä on nyt työntää laskeutujaa kohti komeetan pintaa.

"Laskeutuminen kestää vartista puoleen tuntiin riippuen siitä, miltä korkeudelta päätämme aloittaa laskeutumisen. Radiosigaalin hitauden vuoksi emme voi mitenkään kauko-ohjata laskeutumista, vaan luottaa luotaimen oman automatiikan toimintaan", selitti laskeutujasta vastaava Philippe Kletzkine jokunen vuosi sitten haastattelussa. "Laskeutumiskäskyn jälkeen voimme vain toivoa parasta ja odottaa radioviestiä komeetan pinnalta."

Pintakosketuksen aikaan laskeutuja ankkuroi itsensä pinnalle kahdella harppuunamaisella ankkurilla. Tämän jälkeen sen laskeutumisjaloissa olevat ruuvit kiinnittävät värkin tiiviimmin pintaan kiinni. Koska komeetan pinnan tarkkaa rakennetta ei tiedetä, on harppuunoissa kaksimetriset vaijerit siltä varalta, että kiinteän pinnan päällä on paksulti höttömäistä ainetta!

"Pinta voi olla hyvinkin haperoa jäämurskaa tai kivikovaa kalliota, joten harppuunat on suunniteltu toimimaan mahdollisimman erilaisissa pintamateriaaleissa", selittää Kletzkine ja huomauttaa hymyillen, ettei koskaan aikaisemmin avaruuslaitteissa ole tarvittu ankkureita. Jos tarrautuminen Churyn otsalle ei onnistu, sinkoutuu laskeutuja takaisin avaruuteen.

Tiedetuubi on kertonut Rosetta-luotaimesta jo muun muassa näissä jutuissa:

Tässä on Chury, Rosettan kohdekomeetta

Rosettan vuosi

Hyvää huomenta, Rosetta!

…ja sitten luotain sanoi ”Piip!”

Muista komeettagladiaattori Giotto!

Philaen testikappale testattavana DLR:n tiloissa ennen lentomallin viimeistelyä ja Rosetta-luotaimen kylkeen kiinnittämistä sekä laukaisua avaruuteen.

Markus Hotakainen

Hubble-avaruusteleskooppi on kuvannut C/2013 A1 eli Siding Spring -komeettaa, joka on kovaa vauhtia lähestymässä Marsia. Ensi syksynä, 19. lokakuuta, komeetta hujahtaa 135 000 kilometrin etäisyydeltä punaisen planeetan ohi, jolloin on odotettavissa melkoinen meteorimyrsky – siis Marsissa. Etäisyys on alle puolet Maan ja Kuun välisestä etäisyydestä.

11. maaliskuussa otetussa kuvassa komeetta on noin 568 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta. Komeetan ydin on niin pieni, että se ei erotu, mutta sitä ympäröivällä kaasu- ja pölypilvellä on läpimittaa jo 20 000 kilometriä. Oikeanpuoleisessa kuvassa Hubblen otosta on käsitelty siten, että sen ytimestä puhaltavat suihkut on saatu näkyviin. Niiden suunnista tutkijat arvelevat saavansa määritettyä ytimen pyörimisakselin asennon.

Aiemmin tänä vuonna, 21. tammikuuta, Maa kulki komeetan ratatason läpi ja silloin pystyttiin tutkimaan ytimestä irtoavan pölyn nopeutta. Tulosten toivotaan antavan viitteitä siitä, millaisen pölyhiukkaspommituksen voidaan odottaa kohdistuvan Marsin kaasukehään ja etenkin planeettaa kiertävillä radoilla oleviin luotaimiin.

Komeetta on nyt suunnilleen Jupiterin etäisyydellä Auringosta. Perihelissään eli lähimpänä Aurinkoa se on 25. lokakuuta eli vain muutama päivä Marsin ohituksen jälkeen. Siten perihelietäisyys jää melko suureksi: se on yli 200 miljoonaa kilometriä. Paljain silmin komeetta ei tule näkymään Maasta, mutta Marsin pinnalta katsottuna se olisi melkoinen ilmestys. Uudelleen Siding Spring palaa Aurinkokunnan sisäosiin noin miljoonan vuoden kuluttua.

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

Jari Mäkinen

Eilen julkistettu tutkimus kertoo, että Maata ympäröivät säteilyvyöhykkeet ovat aivan erilaisia kuin oletettiin. Niiden sisällä on rakenne, joka muistuttaa sekaisin kiertyvää raitapintaa.

Vaikka pilvetön taivas näyttää hyvin rauhalliselta, on planeettamme ympäristö oikeasti hyvin vilkas paikka. Maan magneettikenttä on napannut vangikseen Auringosta peräisin olevia suurienergisiä protoneita ja elektroneita, jotka esimerkiksi täällä pohjoisessa synnyttävät ilmakehään iskeytyessään revontulia.

Näistä hiukkasista on myös muodostunut maapallon ympärille runsaan säteilyn vyöhykkeitä, jotka tunnetaan van Allenin vöinä. Ne löydettiin tammikuussa 1958 ensimmäisellä amerikkalaisella satelliitilla, Explorer 1:llä, missä oli mukana professori James van Allenin tekemä säteilymittari. Niinpä näitä säteilyalueita kutsutaan van Allenin vöiksi.

Myöhemmät mittaukset kartoittivat näitä säteilyalueita, ja ne paljastivat, että vöitä on itse asiassa kaksi. Sisempi ja voimakkaampi kostuu pääasiassa protoneista ja sijaitsee 2000 – 6000 kilometrin korkeudessa päiväntasaajan päällä. Ulompi vyö on 10 000 – 65 000 kilometrin päässä ja koostuu ennen kaikkea elektroneista.

Avaruusalusten kannalta säteilyalueet ovat ikäviä, koska voimakas säteily häiritsee elektroniikan toimintaa ja heikentää nopeasti aurinkopaneelien sähköntuottoa. Niinpä satelliitit ja luotaimet koitetaan lennättää mahdollisimman nopeasti vöiden läpi. Apollo-lennoillakin suuri osa koko lennon aikana astronauttien saamasta säteilyannoksesta tuli juuri van Allenin vöiden alueelta.

Sen sijaan NASAn vuonna 2012 laukaisemat kaksi pientä säteilyvöitä tutkimusluotainta pysyttelivät säteilyssä ja nyt näiden luotainten mittaustuloksista on julkaistu kiinnostava artikkeli. Eilen 20. maaliskuuta Naturessa ilmestynyt tutkimus kertoo, että säteilyvyöt ovat rakenteeltaan solmussa.

Kaksiulotteisena kuvana ilmiö näyttää aivan raidoilta, jotka menevät sykkyrään. Kuvio näyttää hiukkasten energeettisyyttä eri korkeuksilla. Syynä rakenteen solmuuntumiseen on todennäköisesti Maan hidas pyöriminen, vaikka aikaisemmin pyörimisliikkeen arveltiin olevan aivan liian hidasta, jotta se vaikuttaisi säteilyvöihin. Mikäli säteilyssä olisi jonkinlainen rakenne, tutkijat olettivat sen johtuvan varmasti aurinkotuulesta – Auringosta koko ajan ulospäin virtaavasta varattujen hiukkasten vuosta – ja sen vuorovaikutuksesta Maan magneettikentän kanssa.

Nyt havaitut rakenteet olivat selviä myös aurinkotuulen ollessa hyvin heikkoa, joten syypää oli selvästi aurinkotuulen sijaan Maan pyöriminen.

Maan magneettikenttä pyörii Maan mukana, mutta koska Maan pyörimisakseli ei ole samassa suunnassa magneettisen akselin kanssa (magneettiset pohjois- ja etelänavat eivät ole samat kuin maantieteelliset navat), saa tämä ero akselien suunnassa aikaan oskillaation säteilyvöiden sähkökentässä, mikä vääntää vöiden rakenteen mutkalle.

Naturen artikkelin pääkirjoittaja Aleksandr Ukhorski, Johns Hopkins -yliopiston sovelletun fysiikan laboratorion tutkija, kuvaakin elektronien liikettä säteilyvyössä samalla tavalla kuin eri tiheyksisten nesteiden sekoittumista toisiinsa.

"Satelliiteissa olleet energeettisten hiukkasten mittarit ovat niin tarkkoja, että pystyimme mittaamaan sisemmän säteilyvyön elektronien liikkeitä paljon tarkemmin kuin aikaisemmin ja löytämään sieltä ilmiön, mistä emme aiemmin tienneet mitään", sanoo luotainten tieteellinen johtaja David Sibeck. "Tämä oli myös tapaus, missä täysin uudenlaisten havaintojen ymmärtämiseen tarvittiin kovaa teoreettista työtä."

Ukhorski oli yksi näistä teoreetikoista, jotka heittäytyivät tulkitsemaan havaintoja. "Oli hämmästyttävää huomata kuinka uudet havaintotiedot voivat muuttaa Maan lähiavaruuden fysikaalisten ominaisuuksien ymmärtämistä näinkin nopeasti ja perusteellisesti."

Seepraraitojen ilmestyminen säteilyvyöhön animaationa (värit ovat luonnollisesti vain visualisointia varten):

Uutislähde on Nasan eilen julkaisema tiedote.

Myös vaisu Aurinko voi roihauttaa rajusti

Jari Mäkinen

Kesällä 2012 Aurinko oli nousemassa 11-vuotisen aktiivisuusjaksonsa hiljaisesta vaiheesta, kun yllättäen se alkoikin älämölöimään: 22. heinäkuuta 2012 se roiskautti pinnaltaan ulos avaruuteen useita voimakkaita purkauksia, jotka onneksi eivät kuitenkaan osuneet Maahan.

Sen sijaan Aurinkoa havainnut STEREO-A -luotain (kuvattuna piirroksessa ylhäällä) oli suoraan purkausten suunnassa. Tämä jotakuinkin Maan etäisyydellä Auringosta oleva, jokseenkin samanlaisella radalla Maan kanssa Aurinkoa kiertävä avaruusalus oli Auringosta katsottuna 120 asteen päästä meistä, kun se sai silmilleen tämän erään voimakkaimmista koskaan mitatuista aurinkomyrskyistä: paitsi aurinkotuulen nopeus, niin myös magneettikentän voimakkuus olivat ennätyksellisen suuria.

Nyt tästä tapauksesta on julkaistu kiinnostava tutkimus Nature Communications -julkaisussa, ja tutkimuksen takana olleessa ryhmässä on mukana myös suomalaisväriä. Helsingin yliopiston tutkija Emilia Kilpua on yksi Naturen artikkelin kirjoittajista. Yksittäiset aurinkomyrskyt sinällään eivät ole kokonaisen tutkimuksen väärti, mutta tämä erittäin voimakas ja suoraan aurinkotutkimussatelliitin mittalaitteisiin osunut sellainen on auttanut ymmärtämään mekanismeja, jotka synnyttävät supermyrskyn Auringossa ja planeettainvälisessä avaruudessa. Tuloksia voidaan hyödyntää avaruussäätä ennustavissa malleissa.

Se on myös kiinnostava siksi, että ryöpsähdykset eivat tapahtuneet Auringon aktiivisuusmaksimin aikaan, vaan vaiheessa, jolloin Aurinko ei yleensä ole kovin aktiivinen. Myös kaikkien aikojen voimakkain havaittu avaruusmyrsky, vuonna 1859 tapahtunut Carringtonin myrsky oli verrattain heikon auringonsyklin aikana. Tuolloin revontulet näkyivät taivaalla jops Havaijilla saakka.

Myös rauhallinen Aurinko voi siis äityä aktiiviseksi.

Auringon aktiivisuudesta kertovan auringonpilkkuluvun käyrä näyttää hyvin,
miten nyt meneillään oleva aurinkosykli 24 ei ole erityisen voimakas.
Edellinen oli hieman aktiivisempi, mutta ei mitenkään voimakas verrattuna sitä
edeltäneeseen (ei näy enää käyrässä), mikä oli puolestaan ennätyksellisen voimakas.

1+1 on enemmän kuin 2

Kun kahden STEREO-luotaimen ja SOHO-teleskoopin koronagrafi- ja ultraviolettihavainnot yhdistettiin tapahtumista tuolloin 22.7.2012, huomattiin, että Auringosta sinkosi ylös avaruuteen kaksi prominenssia ja koronan massapurkausta vain noin kymmenen minuutin päästä toisistaan. Ainoastaan muutaman Auringon säteen päässä Auringosta massapurkaukset olivat sulautuneet yhdeksi valtavaksi ulospäin aurinkokunnassa syöksyväksi varattujen hiukkasten ja kaasun pilveksi.

Plasmapilvi saavutti Maan etäisyyden alle vuorokaudessa, eli lähes yhtä nopeasti kuin Carringtonin myrskyn synnyttänyt massapurkaus 155 vuotta sitten. Silloin luonnollisestikaan asiaa ei voitu havaita näin hyvin, mutta Auringon toimintaa tarkkailtiin ja se osattiin yhdistää revontuliin.

Pikaisen matkanteon teki mahdolliseksi purkausten valtava alkunopeus (yli 3000 km/s) ja edeltävän, hitaamman purkauksen aiheuttama harva aurinkotuuli, joka ikään kuin raivasi takanaan tulleelle suurivauhtiselle kaasupilvelle tietä planeettainvälisessä avaruudessa.

STEREO-A:n mittaukset rekisteröivät plasmapilven magneettikentän, nopeuden ja muita ominaisuuksia. Näitä käyttäen tutkijat arvioivat, että jos purkaus olisi iskeytynyt Maahan, se olisi aiheuttanut geomagneettisen myrskyn joka olisi ollut jopa suurempi kuin Carringtonin myrsky.

Avaruuden supermyrskyn uhat

Mikäli Carringtonin myrskyn luokkaa oleva avaruusmyrsky tapahtuisi nyt, sillä olisi todennäköisesti suuria vaikutuksia. Se saisi aikaan komeiden ja laajalti maapallolla näkyvien revontulten lisäksi todennäköisesti Maata kiertävien satelliittien vaurioitumisia, suuria häiriöitä tietoliikenteessä ja vakavia vikoja sähköverkoissa. Se sekoittaisi satelliittipaikannuslaitteita ja lisäisi olennaisesti öljy- sekä kaasuputkien korroosiota. Lisäksi avaruudessa olevien astornauttien sekä korkealla napaseuduilla lentävien lentokoneiden miehistöjen ja matkustajien terveys olisi vaarassa.

Teknistynyt yhteiskuntamme on aiempaa riippuvaista maanpäällisen sään lisäksi Maata ympäröivän avaruuden säätilasta. Pahimmissa mielikuvissa koko tietoliikenneverkosto romahtaa ja sähköverkot rikkoontuvat, kun niihin alkaa yllättäen syntyä Auringosta peräisin olevan suuren plasmapilven vuoksi sähköä. Verkko siis itse toimisi kuin jättimäinen generaattori, minkä vuoksi virranjakajat ja sähköjohdot menisivät rikki ylijännitteestä.

"Tämä uhka on tehnyt avaruussäätutkimuksesta tärkeää ja ajankohtaista", sanoo Emilia Kilpua. "Tuore tutkimuksemme osoittaa myös sen, että merkittäviä avaruussäähäiriöitä voi tapahtua myös silloin, kun Aurinko on hiljaisessa vaiheessaan."

Tutkimus toteaa, että supermyrskyn ainekset ovat koossa silloin, kun tapahtuu kaksi tai useampi nopeaa ja äärimmäisen voimakasta massapurkausta hyvin lähekkäin ja ne vuorovaikuttavat keskenään heti Auringon läheisyydessä. Kun näin tapahtuu, on aurinkopurkauksella suurempi mahdollisuus kehittyä supermyrskyksi.

Jotta purkauksen ominaisuudet voidaan ymmärtää kokonaisuudessaan, tarvitaan lisää havaintoja ja mittaustuloksia. Tutkijat kuitenkin arvelevat, että jo näitä tuloksia voidaan käyttää tulevaisuudessa avaruussäämalleissa tutkimaan äärimmäisen auringonpurkauksen vaikutuksia Maan lähiavaruudessa.

Tiedote perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen.

Lähdeviite: Nature Communications 18.3.2014, Observations of an Extreme Storm in Interplanetary Space Caused by Successive Coronal Mass Ejections

Video massapurkauksen iskeytymisestä STEREO-A -luotaimeen 23.7.2012:

Mallinnos avaruussäästä samaan aikaan:

Big Bangin painovoima-aallot

Jari Mäkinen

Huom: Uutinen on osoittautunut jälkikäteen väärinymmärrykseksi: syynä havaintoon eivät olleet painovoima-aallot, vaan Linnunradassa oleva pöly. Lisätietoja mm. tässä hyvässä Naturen jutussa.

Tämä on kenties vuosikymmenen suurin tähtitieteellinen uutinen: Etelämantereella sijaitseva radioteleskooppi on havainnut merkkejä ammoisista painovoima-aalloista, jotka syntyivät 13,8 miljardia vuotta sitten maailmankaikkeuden alun käydessä läpi kenties hurjinta syntymänsä spurttia.

Sen aikana nuori, juuri syntynyt maailmankaikkeus laajeni 20²⁶ kertaa (miljoona miljoona miljoonaa miljardia) suuremmaksi nopeudella, joka todennäköisesti oli valon nopeutta suurempi.

Kyseessä on kaikessa outoudessaan merkittävä löytö ensinnäkin siksi, että tämä on ensimmäinen kerta, kun maailmankaikkeuden alun aikaisista, Einsteinin suhteellisuusteorian ennustamista painovoima-aalloista on saatu suoria todisteita. Toiseksi se vahvistaa kuvaamme maailmankaikkeuden synnystä ja tuo siitä huippukiinnostavaa lisätietoa. Näistä voisi hyvinkin saada kustakin erikseen Nobelin palkinnon.

Havainnon tehneessä ryhmässä oli tutkijoita Kalifornian teknillisestä yliopistosta Caltechistä, NASAn Jet Propulsion Laboratorystä sekä Stanfordin, Harwardin ja Minnesotan yliopistoista. Ryhmää johtaa tunnettu kosmologi John Kovac Harvard-Smithsonianin astrofysiikkakeskuksesta.

Ryhmällä oli kiire saada uutisensa ulos pikaisesti, koska kilpailevien ryhmien samankaltaiset tulokset ovat nähtävästi juuri tulossa; niinpä tänään ollut tiedotustilaisuus (mistä videotallenne on täällä) pidettiin epätavallisesti ennen kuin tuloksista kertova artikkeli on julkaistu.

Epäsuorasti tietoa inflaatiosta

Inflaatioksi kutsutaan hetkeä, joka tapahtui ensimmäisen sekunnin miljardisosan miljardisosan miljardisosan miljardisosan tuhannesosan aikana. Sitä voi pitää ikään kuin alkuräjähdyksen varsinaisena alun räjähdyksenä.

Sitä ei kuitenkaan voi havaita suoraan, sillä oikeastaan mitään maailmankaikkeuden synnystä on mahdotonta havaita suoraan, koska kaikilla tavoilla sitä tutkittaessa törmätään noin 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen olleeseen aikaan. Sitä aikaisempaa ei voi nähdä, koska sitä ennen kaikkeus oli täynnä erittäin kuumaa plasmaa, sähköisesti varattuja hiukkasia, jotka sinkoilivat edes takaisin avaruudessa. Silloin ei ollut vielä tähtiä, vaan kaikki oli kuumaa vety-ytimistä muodostunutta hiukkaspuuroa.

Laajentuessaan maailmankaikkeus viileni ja kun tiheys, paine ja lämpötila olivat laskeneet tarpeeksi noin 380 000 vuoden kuluttua alkupamauksesta, alkoi jo siellä olleen kuuman, ionisoituneen vedyn lisäksi plasmaan alkoi muodostua neutraalia vetyä ja heliumia. Koska inflaation aikana maailmankaikkeus laajeni erittäin nopeasti, syntyi siihen pieniä paikallisia ainetihentymiä, klönttejä, jotka muodostivat ituja nykyiselle maailmankaikkeudelle, missä on ainetta hyvin epätasisesti jakaantuneena esimerkiksi galakseina ja niiden joukkoina.
Nyt joka puolelta taivasta havaittavissa oleva niin sanottu mikroaaltotaustasäteily on ikään kuin kaiku tuosta hetkestä. Se oli aikanaan hyvin suurienergistä sähkömagneettista säteilyä, mutta maailmankaikkeuden laajetessa sen aallonpituus venyi ja nyt tämä säteily on havaittavissa mikroaaltojen aallonpituusalueella.

Taustasäteilyä on tutkittu eri menetelmin jo pitkään, ja muun muassa viime vuonna toimintansa lopettanut Planck-teleskooppi havaitsi sen pieniä poikkeamia hyvin tarkasti. Sen lähettämistä tiedoista pystyttiin muodostamaan kuva maailmankaikkeudesta aikaan, jolloin plasmasta alkoi tiivistyä atomiytimiä. Se on maailmankaikkeuden kaikkein aikaisin kartta.

Planck havaitsi myös tuon säteilyn polarisaatiota, mutta sen vahvuus oli ennemminkin säteilyn voimakkuuden mittaaminen. Sen sijaan nyt julkistetun mullistavan löydön tehnyt, Etelämantereella sijaitseva BICEP2 -teleskooppi (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2) havaitsee ennen kaikkea erittäin tarkasti taivaan taustasäteilyssä olevaa polarisaatiota.

Ja tämän löydön salaisuus on polarisaatiossa.

Polarisaatio tarkoittaa sitä missä suunnassa sähkömagneettisen säteilyn aallot värähtelevät. Yleensä esimerkiksi valo on kaikkiin suuntiin polarisoitumatonta, mutta toisinaan esimerkiksi magneettikenttä tai säteilyn siroaminen saa aikaan sen, että aallot ovat hyvin polarisoituneita - lähestulkoon kaikkien valonsäteiden värähtely tapahtuu samaan suuntaan, ylös, alas tai siihen välille, mutta vain samaan suuntaan.

Taivaan taustasäteilyn tapauksessa mikroaallot ovat polarisoituneita ammoisen maailmankaikkeuden hiukkaspuurossa tapahtuneen säteilyn siroamisen vuoksi.

Polarisoitumisen havaitseminen sinällään ei ole vaikeaa, mutta nyt tästä taustasäteilyn polarisoitumisesta haettiin sen hienorakennetta. Mikäli siitä löytyisi säännönmukainen, aaltomainen, hieman spiraalilta näyttävä rakenne – niin sanottu B-moodi - niin se olisi merkki siitä, että maailmankaikkeuden supernopea laajeneminen olisi synnyttänyt painovoima-aaltoja, jotka puristivat ja venyttivät maailmankaikkeutta kuin taikinaa. Pohjimmiltaan nämä inflaation ajan painovoima-aallot ovat peräisin kvanttimekaniikan epämääräisessä olemuksessa.

Tämän B-moodin löytäminen olisi siten suora todiste paitsi siitä, että tämä maailmankaikkeuden inflaatio on tapahtunut, niin myös siitä, että ammoisen maailmankaikkeuden ajan gravitaatioaaltoja voisi havaita.

Omituiset gravitaatioaallot

Klassinen lyhennelmä Albert Einsteinin suhteellisuusteoriasta sanoo, että aine sanoo avaruudelle miten sen pitää kaareutua, ja avaruuden kaarevuus puolestaan kertoo aineelle, miten sen tulee liikkua avaruudessa. Tämän saman ajattelumallin mukaan avaruuden kaarevassa pinnassa voi olla aaltoja, jotka toisaalta syntyvät massojen liikkumisen vuoksi, mutta jotka voivat myös liikuttaa massoja.

Gravitaatioaallot olisivat kuin aaltoja veden pinnalla, jotka liplattavat kahta kaarnavenettä ylös ja alas. Niitä saisi aikaan myös heittämällä veteen vaikkapa ison kiven.

Yksi tapa havaita painovoima-aaltoja, eli gravitaatioaaltoja, on tutkia erittäin tarkasti kahden massan välisen etäisyyden muutoksia (siis miten kaarnaveneiden sijainti toistensa suhteen muuttuu, kun aallot heiluttavat niitä). Tätä on yritetty erilaisin kokein, mutta tulokset ovat olleet epäselviä. Parhaiten asiaa tulee havaitsemaan tulevaisuudessa ESAn LISA-avaruusaluskolmikko, missä kolmen satelliitin välisiä etäisyyksiä avaruudessa mitataan lasersäteiden avulla.

LISA sopii kuitenkin vain mustien aukkojen ja vastaavien massiivisten kohteiden lähettämien aaltojen havaitsemiseen, sillä samoin kuin sähkömagneettista valoa, on myös painovoima-aaltoja eri aallonpituuksisia. Kiven heittäminen veteen lähellä tuottaa erilaisia aaltoja kuin järveen ulapan takana laskevan kosken virtaama.

Nyt havaitut aallot olivat aallonpituudeltaan hyvin pitkiä, eli taajuudeltaan hyvin pieniä, eikä niitä voi havaita suoraan. Ensimmäinen painovoima-aalloista tehty havainto oli myös tällainen epäsuora: vuonna 1974 tähtitieteilijät Russell Hulse ja Joseph Taylor havaitsivat kahden, toisiaan kiertävän kuolleen tähden lähettämää radiosäteilyä ja huomasivat, että tämän kaksoispulsarin koko ajan menettämä energiamäärä vastaa täsmälleen Einsteinin suhteellisuusteorian ennustamaa energiahävikkiä, joka johtuisi kaksikon ympärilleen lähettämistä gravitaatioaalloista. Hulse ja Taylor saivat tästä Nobelin vuonna 1993.

Seuraava askel painovoima-aaltojen havaitsemisessa olisi se, että ne voitaisiin havaita suoraan – esimerkiksi kahden massan huojuessa toistensa suhteen.

Kylmä teleskooppi reiän alla

Olennaisin asia tuoreessa löydössä oli se, että siinä painovoima-aaltojen taivaan taustasäteilyyn jättämä jälki, B-moodi, voitiin erottaa muista sellaisen mahdollisesti aiheuttavista häiriölähteistä, kuten Linnunradassa olevasta tähtienvälisestä kaasusta.

Tämä vuoksi teleskooppi sijoitettiin Etelämantereelle, koska siellä se on niin sanotun "eteläisen aukon" alla; kyseessä on pala taivasta, mistä näkee varsin hyvin ja häiriöttä ulos galaksistamme.

Itse teleskooppi on myös erittäin herkkä. Se koostuu 512 suprajohtavasta mikroaaltovastaanottimesta, jotka pystyvät havaitsemaan säteilyn polarisaation erittäin tarkasti. Niiden toimintalämpötila on vain 0,25 Kelviniä, eli vain hitusen absoluuttisen nollan yläpuolella, joten sähkövirta kiertää niissä lähes vastuksetta ja niiden kohina on erittäin pieni. Siten siis niiden herkkyys on hyvä.

Lisäksi BICEP2 -tutkijaryhmällä oli käytettävissään havaintotiedot sen edeltäjältä, BICEP1:ltä, mikä oli havainnut erityisesti näitä mahdollisia häiriönaiheuttajia mikroaaltosäteilyssä. Kun häiriöt poistettiin uusista havainnoista, saatiin kartta "todellisesta" taivaan taustasäteilyn polarisaatiosta.

Ja kun vielä uudempi Etelämantereella polarisaatiota havaitseva laite, Keck array, havaitsi jo nyt samanlaista aaltoilevaa polarisaatiomaisemaa, BICEP2-tutkijat uskalsivat luottaa omiin havaintoihinsa. Koska Keck array jatkaa toimintaansa vielä ainakin kahden vuoden ajan, on odotettavissa aiheesta vielä parempia tietoja. Ne kuitenkin ovat jo alkuperäisen, merkittävän havainnon parannuksia.

Kilpailu maineesta ja kunniasta – sekä Nobeleista

BICEP2 ei ole ainoa teleskooppi, millä inflaatiota ja painovoima-aaltoja on metsästetty. Sen välittömässä naapurissa Etelämantereella Admunsen-Scott -asemalla aivan maantieteellisellä etelänavalla on toinen polarisaatiota mittaava mikroaaltoteleskooppi South Pole Telescope (SPT). Se itse asiassa havaitsi ensimmäisenä B-moodin polarisaation, mutta sen tuloksista ei saatu selville varmuudella alkupamauksen aikaisia painovoima-aaltoja.

Mutta SPT-tutkijoilla on nähtävästi ollut työn alla toinen, uudempi tutkimus, missä mahdollisesti olisi esitetty näistä havaintoja. Samoin muutamat muut teleskoopit ovat koittaneet havaita B-moodia vaadittavan tarkasti.

Todennäköisesti eniten harmissaan BICEP2 -tutkijoiden uutispommista ovat kuitenkin Planck-avaruusteleskoopin tutkijaryhmä, sillä todennäköisesti Planck on havainnut myös vastaavaa. Nyt amerikkalaiset korjasivat tämän potin, mutta se ei vähennä Plancin jo esitettyjä tuloksia, eikä vähennä mahdollisesti tulevien tutkimusten kiinnostavuutta.

Lopultakin kyseessä ovat vain ensimmäiset havainnot kokonaan uudella alueella: tänäinen uutinen avaa uuden ikkunan maailmankaikkeuteen.

Andrei Linde kuulee inflaation olevan totta

Stanfordin yliopisto teki edellisen uutisen julkistamispäivänä jännittävän, alla olevan videon: siinä yliopiston apulaisprofessori Chao-Lin Kuo käy kertomassa alun perin "inflatoorisen maailmankaikkauden" teorian esittäneen tutkijaryhmän johtajalle Andrei Lindelle suuren uutisen siitä, että inflaatio on nyt todistettu.

C/2014 E2 on uusi, kiinnostava komeettalöytö

Jari Mäkinen

Komeettametsästäjänä kunnostautunut Artyom Novichonok – toinen viime loppuvuoden kohukomeetta ISON:in löytäjistä – on äkännyt taivaalta jälleen uuden pyrstötähden: aluksi vain kohteena S002692 tunnettu sumumainen kohde on nyt todettu virallisesti komeetaksi ja se on saanut tyypillisen koodinimenkin: C/2014 E2.

Komeetta Eekakkonen tuo näillä näkymin kiinnostavan lisän vuoteen 2014.

Nyt löydetty komeetta on kirkkaudeltaan jo 11 magnitudia, eli sitä ei näe lähellekään paljain silmin, mutta se on kirkastunut sen verran voimakkaasti, että siitä saattaa tulla vielä kaunis kohde tähtitaivaalle riippuen sen radasta ja kirkastumisesta jatkossa. Komeettakandidaatti on parhaillaan Kentaurin tähtikuviossa eteläisellä taivaalla ja se pysyy meiltä näkymättömissä aina kesä-heinäkuun vaihteeseen, jolloin se on lähinnä Aurinkoa. Sen ohittamisen jälkeen komeetta olisi nousemassa kohti pohjoista taivasta, ja näin se voisi olla näkyvissä Suomenkin taivaalla elo-syyskuussa. Toivottavasti jopa paljain silmin!

Tämä vuosi 2014 on todellakin komeettarikas. Ensinnä Rosetta-luotain saapuu tutkimaan komeetta 67P/Churyumov–Gerasimenkoa ja sitten 19. lokakuuta komeetta C/2013 A1 sujahtaa naapuriplaneettamme Marsin ohitse lähempää kuin yksikään komeetta on ohittanut Maan historiallisena aikana. Tuon komeetan löytyessä ehdittiin jo hetki kuvitella, että se törmäisi planeettaan, mutta niin ei käy. Kerroimme tästä tulevasta Marsin lähiohituksesta mm. viime joulukuussa jutussa Meteorimyrsky Marsissa.

Novichonok löysi tämän uuden komeetan etäkäytettävällä teleskoopilla, joka on Australiassa Siding Springin observatoriossa – observatorio on tuttu monesta komeettalöydöstä ja esimerkiki tuo lokakuussa Marsin ohi lentävä komeetta on nimeltään Siding Spring.

Palaamme niin tähän uuteen komeettaan kuin muihinkin jo tiedettyihin tämän vuoden komeettatapahtumiin varmasti hyvin pian...

Eräs Siding Springin etäkäytettävistä teleskoopeista.

Huom: Juttua on päivitetty komeetan nimellä perjantaina iltapäivällä.