Maailman parhaat teleskoopit vaarassa

VLT-teleskooppi Chilessä
VLT-teleskooppi Chilessä

Suuri teollisuushanke Chilessä vaarantaa Paranalin observatorion toimintaa. Valosaaste ja turbulenssi ovat suurimmat uhat, mitä tämä pienen kaupungin kokoinen energiatuotantohanke saisi aikaan. 

Euroopan eteläinen observatorio ESO on tehnyt perusteellisen teknisen analyysin suunnitellun INNA-megaprojektin vaikutuksista Paranalin observatorion havainto-olosuhteisiin Chilessä – ja tulokset ovat hyvin huolestuttavia. 

INNA on hanke, joka sisältää useita energia- ja käsittelylaitoksia, jotka levittäytyvät yli 3000 hehtaarin alueelle. Tämä vastaa pienen kaupungin kokoa.

Tämän suunniteltu sijainti on vain muutaman kilometrin päässä Paranalin observatoriosta, joka tällä haavaa on eräs parhaimmista paikoista koko maailmassa taivaan tarkkailuun.

INNA-hanketta johtaa AES Andes, yhdysvaltalaisen energiayhtiö AES Corporationin tytäryhtiö. 

ESO:n analyysin mukaan INNA lisäisi valosaastetta Very Large Telescope (VLT) -kaukoputken luona vähintään 35 % ja lähellä olevan Cherenkov Telescope Array Observatoryn (CTAO-South) yläpuolella yli 50 %. 

INNA lisäisi myös ilman turbulenssia.

Aivan viereen on rakenteilla myös maailman suurin tähtitieteellinen havaintolaite, Extremely Large Telescope eli ELT, jonka toimintaa uusi hanke myös haittaisi olennaisesti.

ESO ilmaisi julkisesti tammikuussa huolensa INNA-megaprojektin aiheuttamasta uhasta maailman pimeimmille ja kirkkaimmille taivaille.

Tuolloin tehty alustava analyysi osoitti, että INNA aiheuttaa suuria uhkia tähtitieteellisille havainnoille sen koon ja läheisyyden vuoksi. Nyt yksityiskohtainen tekninen analyysi on vahvistanut tämän. INNA:n vaikutus tutkimukselle olisi erittäin haitallinen.

Suurin ongelma on valosaaste

VLT sijaitsee noin 11 km:n päässä suunnitellusta INNA:sta. Siellä INNA saisi aikaan 35 % kavun valosaasteen määrässä.Hieman kauempana sijaitsevan ELT:n luona luku on 5 %.

Numerot sinällään eivät ole suuria, mutta ne ovat olennaisia erittäin tarkkoja havaintoja tehtäessä. Nyt olosuhteet ovat maailman parhaimpien joukossa.

Viiden kilometrin päässä sijaitsevan CTAO-Southin luona vaikutus olisi suurin: siellä valosaasteen määrä kasvaisi vähintään 55 %.

Toinen INNA:n vaikutus on ilmakehän turbulenssin, valon "hyppimisen" lisääntyminen. Lisäksi INNA-hankkeen rakennusaikana ilmassa olevan pölyn määrä lisääntyy ja tämä lisää teleskooppien optiikan saastumista. 

Numeroina VLT:n luona lisääntyvä turbulenssi voi saada aikaan jopa 40 prosentin heikkenemisen.

INNA:n tuuliturbiinit – niin toivottavaa ja suotavaa kuin uusiutuva energia onkin – saisi aikaan myös värähtelyjä, jotka haittaavat VLT:n käyttöä interferometrisiin havaintoihin. 

Todennäköisesti INNA myös lisäisi muiden hankkeiden keskittymistä samalle alueelle. ESO:n näkökulmasta INNA pitäisikin siitää kauemmaksi observatorioista. 

ESO:n tekemä raportti toimitetaan Chilen viranomaisille myöhemmin tässä kuussa osana INNA:n ympäristövaikutusten arviointiprosessia.

Eksoplaneetan kaasukehän rakenne selvitetty ensi kertaa Toimitus Ti, 18/02/2025 - 20:47
Visualisointi eksoplaneetan kaasukehän kerroksista
Visualisointi eksoplaneetan kaasukehän kerroksista

Tämä on todella jännää ja ainutlaatuista: tutkijat ovat onnistuneet kartoittamaan ensimmäistä kertää kolmiulotteisesti eksoplaneetan kaasukehän rakenteen.

Tylos, eli WASP-121b, on noin 900 valovuoden päässä meistä Peräkeulan tähdistössä sijaitseva eksoplaneetta. 

Se on vähän kuin iso ja kuuma Jupiter, kaasujättiläinen, joka kiertää tähteään niin lähellä, että vuosi siellä kestää vain noin 30 Maan tuntia. Koska planeetta on vuorovesilukittunut tähtensä kanssa, on sen toisella puolella koko ajan kuumaa ja toisella kylmää.

Tutkijaryhmä on onnistunut selvittämään nyt Tyloksen kaasukehän rakenteen kolmiulotteisesti. Kiinnostavinta ovat erityisesti tuulet kaasukehän eri kerroksissa. 

Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun eksoplaneetan kaasukehästä on saatu näin yksityiskohtaista tietoa. Aiheesta julkaistiin tänään artikkeli Nature-lehdessä.

"Se, mitä löysimme, oli yllättävää: suihkuvirtaus pyörittää kaasua planeetan päiväntasaajan ympäri, kun taas erillinen virtaus kaasukehän alemmissa kerroksissa siirtää kaasua kuumalta puolelta viileämmälle puolelle", kertoo Julia Victoria Seidel, artikkelin pääkirjoittaja ja tähtitieteilijä Euroopan eteläisessä observatoriossa (ESO) sekä Nizzan observatorion Lagrange-laboratoriossa.

Suihkuvirtaus kattaa puolet planeetasta ja kiihdyttää itsensä huimaan vauhtiin planeetan kuumalla päiväpuolella. 

"Voimakkaimmatkin hurrikaanit Aurinkokunnassamme ovat rauhallisia verrattuna tähän", Seidel toteaa ESO:n tiedotteessa.

Tutkijaryhmä käytti ESO:n VLT-observatorion kaikkia neljää teleskooppia, joiden valo yhdistettiin ESPRESSO-instrumentilla siten, että teleskoopit toimivat kuin yksi, todella suuri havaintolaite. Paitsi että neljän teleskoopin valoa keräävä peilipinta-ala on suuri, niiden välinen etäisyys saa aikaan sen, että kuva on yhtä tarkka kuin olisi koko observatorion kokoisella teleskoopilla.

Samaa tekniikkaa voidaan myöhemmin käyttää myös muiden eksoplaneettojen kaasukehien tutkimiseen.

"VLT:n avulla saatoimme tutkia eksoplaneetan kaasukehää kolmessa eri kerroksessa", sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Leonardo A. dos Santos, joka toimii Space Telescope Science Institutessa Baltimoreissa, Yhdysvalloissa. 

Kaavio raudan, natrieumin ja vedyn liikkeistä

Tiimi seurasi raudan, natriumin ja vetykaasun liikkeitä kaasukehässä, ja näiden avulla saatiin selvitettyä tuulet syvällä, keskikerroksissa ja pinnnalla. 

Havainnot paljastivat myös titaanin olemassaolon juuri suihkuvirran alapuolella, kuten toisessa tutkimuksessa, joka julkaistiin Astronomy and Astrophysics -lehdessä. Tämä oli myös yllätys, koska  aiemmat havainnot olivat osoittaneet titaanin puuttuvan kaasukehästä kokonaan – sitä ei ole, tai mahdollisestise on piilossa syvällä kaasukehässä.

"Nämä ovat juuri sellaisia havaintoja, joita on hyvin vaikeaa tehdä edelleen avaruusteleskoopeilla. Maanpääliset, suuret havaintolaitteet ovat edelleen hyvin tärkeitä."

VLT:tä suurempi ja parempi Extremely Large Telescope (ELT) on tällä hetkellä rakenteilla Chilen Atacaman autiomaassa. Tutkijat ovat jo etukäteen innoissaan ANDES-havaintolaitteesta, jonka avulla voidaan tehdä tällaisia havaintoja paljon nykyistä paremmin. 

Erittäin suuri teleskooppi sai maan alleen

Erittäin suuri teleskooppi havainnepiirroksessa
Erittäin suuri teleskooppi havainnepiirroksessa

Suunnitteilla oleva maailman suurin optinen kaukoputki sai eilen tontin alleen. Jo aikaisemmin pitkän tutkimuskampanjan jälkeen eurooppalaisen "erittäin suuren teleskoopin", E-ELT:n (European Extremely Large Telescope) sijoituspaikaksi on valittu Atacaman autiomaassa sijaitseva 3060 metriä korkea Cerro Armazones -vuori Chilessä, ja Chilen hallitus lupasi luovuttaa alueen vuonna 2011 teleskooppia rakentavan Euroopan Eteläisen Observatorion ESO:n haltuun.

Virallinen seremonia rakennuspaikan ja sitä ympäröivän alueen luovuttamisesta pidettiin eilen noin 20 kilometrin päässä sijaitsevalla ESO:n Paranalin observatoriolla, nyt maailman suurimmalla tähtitieteellisellä tutkimuslaitoksella. Siinä Chilen presidentti Sebastián Piñera luovutti hiljattain allekirjoitetut viralliset asiakirjat, joilla Chilen hallitus antaa ESO:lle Cerro Armazonesia ympäröivät maa-alueet, ESO:n pääjohtajalle Tim de Zeeuwille.

Paikalla tilaisuudessa olivat myös ESO:n Chilen edustaja Fernando Comerón ja La Silla Paranal -observatorion apulaisjohtaja Ueli Weilenmann sekä presidentti Piñeran seurueessa ulkoministeri Alfredo Moreno ja chileläisiä paikallishallinnon edustajia.

Vierailuun sisältyi kierros ESO:n VLT-teleskoopin sijaintipaikan, Cerro Paranalin huipulla. Presidentti ja ministeri Moreno vierailivat myös VLT:n kontrollihuoneessa, joka tulee myös toimimaan tulevan E-ELT -teleskoopin toimintojen ohjauskeskuksena.

Seremonian aikana presidentti painotti Pohjois-Chilen taivaiden suojelemisen tärkeyttä. "Maidemme ja erikoisasemassa olevan taivaamme suojeleminen maailmankaikkeuden tutkimusta varten on pitkäaikainen sitoumus Chilelle. E-ELT tulee hyödyttämään monia tulevia sukupolvia huomattavilla tieteellisillä löydöillään, kenties jopa löytämällä elämää muilta planeetoilta. Chilen asema maailman tähtitieteen huipulla on nyt lyöty lukkoon."

ESO:n pääjohtaja esitti kiitoksensa Chilen hallitukselle tästä tärkeästä virstanpylväästä: "Chilen ja ESO:n välillä 50 vuotta sitten alkanut yhteistyö on paitsi osoittautunut hyvin tuottoisaksi ja pitkäikäiseksi, se myös tarjoaa jännittäviä mahdollisuuksia tulevaisuudessa — hyödyttäen Chileä, ESO:n jäsenmaita ja tieteellistä sekä teknologista kehitystä. E-ELT on selvä osoitus tästä."

Virallisten asiakirjojen mukaan Chilen hallitus luovuttaa 189 neliökilometriä maata Cerro Armazonesin ympärillä E-ELT:n rakentamista varten ja myöntää 50 vuoden erikoisoikeuden ympäröiviin maa-alueisiin. Tämä laajempi 362 neliökilometrin alue suojelee E-ELT -teleskooppia valosaasteelta ja kaivostoiminnan vaikutuksilta. Täydessä käyttökunnossa aikaisin ensi vuosikymmenellä E-ELT toimii sulautettuna ESO:n Paranalin observatorion toimintoihin.

Jättiläismäinen teleskooppi

E-ELT tulee olemaan 42 metriä halkaisijaltaan ja sen kupoli on noin 80 metriä korkea. Rakennelma on siten kooltaan suuren lentokoneiden huoltohallin kokoinen, ja suuri Airbus A340 -lentokone mahtuisikin vaivatta sen sisään.

Itse kaukoputen pinta-ala on noin puolet jalkapallokentästä ja se pystyy keräämään valoa 15 kertaa tehokkaammin kuin parhaat nykyiset teleskoopit. Ja mikä parasta, laitetta on suunniteltu jo noin vuosikymmenen ajan, joten jos kaikki käy kuten ESO toivoo, on uusi havaintolaite käytössä jo vajaan vuosikymmenen päästä.

“Teleskooppi edustaa aivan uutta tasoa tähtitieteellisten havaintojen tekemisessä”, hehkuttaa ESOn tiedejohtaja Bruno Leibundgut. “Uudella teleskoopilla pystytään kuvaamaan esimerkiksi toisia tähtiä kiertäviä planeettoja suoraan ja tekemään havaintoja, jotka auttavat ymmärtämään olennaisesti paremmin sitä, miten tähdet, galaksit ja mustat aukot syntyvät ja ovat aikanaan syntyneet.”

Paitsi että teleskooppi ja sen suojarakennus ovat rakenteellisesti suuria ja monimutkaisia, on teleskoopin optiikka ennen näkemätön. Siinä on kaikkiaan viidestä erilaisesta peilistä koostuva optinen systeemi, jonka 42-metrinen pääpeili on tehty noi tuhannesta 1,4 metriä halkaisijaltaan olevasta kuusikulmaisesta peilistä.

Yksi optisen systeemin peileistä on tarkoitettu varta vasten äärimmäiseen tarkkaan ilmakehän vaikutusten kompensointiin, minkä ansiosta teleskoopin kuva on lähes yhtä hyvä kuin se olisi sijoitettu avaruuteen – etenkin kun sijoituspaikalla Cerro Armazonesissa ilma on hyvin kuivaa ja sen huippu nousee yli kolmen kilometrin korkeuteen.

Teleskoopin hallinta ja havaintojen teko sillä vaativat niin tehokkaita tietokoneita, ettei niitä ole vielä olemassa. Hankkeessa onkin menty koko ajan etukenossa, ja luotettu siihen, että uusi tekniikka tekee mahdolliseksi sen, mistä on aiemmin osattu haaveilla. Näin tehtiin myös VLT-teleskooppien kanssa, kuten myös kaikkien muiden suurten havaintolaitteiden tapauksessa: jos niitä suunnitellaan nyt käytössä olevan tekniikan avulla, ovat ne valmistuessaan vanhanaikaisia.

Niinpä tähtitieteilijöiden lisäksi teleskooppi kiinnostaa monia suomalaisia huipputekniikkaa, vaativia metallirakenteita ja tiedonhallintasysteemejä valmistavia yhtiöitä.

Artikkelin alkuosassa on käytetty lähteenä ESO:n tiedotetta. Kuvat: ESO