PLATO on uusi eksoplaneettametsästäjä

PLATO
PLATO
Kolme eksoplaneettaetsijää

Oma aurinkokuntamme ei ole yksin avaruudessa, sillä mitä tarkemmin tähtiä ja niiden ympärillä olevia planeettoja on pystytty havaitsemaan, sitä enemmän niitä on löytynyt. Taivas tuntuu olevan täynnä tähtiä, joita kiertää planeettoja. Jopa niin, että tähdet ilman omaa planeettakuntaansa saattavat olla kummallinen poikkeus.

Planeettoja on paljon, ja niitä on mitä erilaisimpia. Aivan kuten omassa aurinkokunnassamme, osa planeetoista on pieniä metallisydämisiä kiviplaneettoja, osa taas suuria kaasujättiläisiä. Skaala on hyvin laaja, ja jo tämänhetkisen tiedon mukaan voi sanoa suhteellisen varmasti, että myös elinkelpoisia planeettoja on varsin paljon. Ainakin teoriassa siis niiden pinnalla voisi olla enemmän tai vähemmän älykästä elämää.

Eksoplaneettojen etsiminen ja tutkiminen on eräs 2000-luvun alun suurimmista ja kiinnostavimmista asioista tähtitieteessä.

Toisia tähtiä kiertävien planeettojen havaitseminen ei kuitenkaan ole helppoa, koska ne ovat hyvin heikkovaloisia verrattuna kirkkaana loistavaan tähteen ja niiden väliset etäisyydet ovat kaukaa katsottuna hyvin pieniä. Ensimmäiset sellaiset havaittiin 1995 ja laitteiden tullessa peremmiksi ja kokemuksen karttuessa on eksoplaneettoja alkoi löytyä yhä enemmän ja enemmän. Nyt helmikuun 2014 lopussa niitä tunnetaan jo 1792; lähin näistä on Alpha Centauri Bb, planeetta, joka kiertää meitä lähintä tähtisysteemiä, Alfa Kentauria.

Luku lähes tuplaantui keskiviikkona 26.2., kun NASA kertoi 715 uudesta eksoplaneettalöydöstä. Nämä olivat toistaiseksi tehokkaimman planeettalöytäjän, NASAn Kepler-avaruusteleskoopin tekemiä havaintoja, joiden varmistamista on odotettu jo jonkin aikaa. Edelleen todennökäisten, mutta tieteellisesti vielä varmentamattomien havaintojen listalla on liki 2800 tapausta, joita tarkkaillaan ennen kuin ne ilmoitetaan varmasti löytyneiksi. Nämä siis ovat jo vahvistettujen tapausten lisäksi. Oikeasti siis vahvistettujen ja todennäköisten eksoplaneettalöytöjen määrä on jo nyt ylitse 4500.

Suurin osa eksoplaneetoista on havaittu epäsuorasti, esimerkiksi tähden liikettä tai kirkkautta seuraamalla. Yllä on kuitenkin ensimmäinen suoraan kuvattu toista tähteä kiertävä planeetta, Beta Pictoris -tähden kiertolainen. Tällä Maalarin tähtikuviossa olevalla nuorella tähdellä on kokonainen planeettakunta sekä kaasukiekko ympärillään. Kuva: ESO

Seuraava suuri planeettametsästäjä

Euroopan avaruusjärjestö päätti viime viikolla seuraavasta ns. keskikokoisesta tieteellisestä avaruushankkeesta. Maalisuoralla toisiaan vastaan kilpailivat ehdotukset uudesta röntgenteleskoopista, näyttenhausta lähiasteroidilta, suhteellisuusteoriaa testaava satelliittihanke sekä kaksi erityyppistä eksoplaneettatutkijaa. Näistä ESA valitsi PLATOn (Planetary Transits and Oscillations of stars), joka on samalla yksinkertainen ja edullinen sekä teknisesti haastava ja tieteellisesti kiinnostava. Se myös sopii avaruusjärjestön Cosmic Vision 2015–25 -tutkimusohjelmaan jo valittujen hankkeiden joukkoon.

Tämänhetkisen suunnitelman mukaan PLATO laukaistaan avaruuteen vuonna 2024.

PLATOn tehtävänä tulee olemaan yksinkertaisesti lähitähtien puuduttavan tarkka, automaattinen seuranta. Se havaitsee tähdissä tapahtuvia hyvin pieniä kirkkausvaihteluita, jotka kertovat siitä, että planeetta kulkee niiden pinnan ylitse. Tähden ja meidän välissä liikkuva planeetta siis himmentää tähden valoa – hyvin vähän, mutta kuitenkin.

Erittäin tarkalla tähden valon kirkkauden seurannalla voidaan myös saada paljon lisätietoa tähdistä. Muun muassa niiden massa, halkaisija ja ikä voidaan määrittää aiempaa paremmin.

Kun havainnot yhdistetään maanpäällisten, suurten teleskooppien havaintojen kanssa, voidaan eksoplaneettoista myös saada selville niiden tärkeimmät ominaisuudet: rataominaisuudet, massa, halkaisija ja tiheys (ja siten arvio niiden koostumuksesta). Emotähden tietojen kanssa näistä voidaan myös päätellä millaiset olosuhteet planeetan pinnalla on.

Avaruusaluksessa hahmotellaan olevan 34 yksittäistä, pientä kaukoputkea ja kameraa, joilla PLATO voi havaita useita kohteita samanaikaisesti. Se voisi nähdä noin miljoona tähteä ja sen kenttä kattaisi puolet koko ympörivästä tähtitaivaasta.

Arvioiden mukaan PLATO tulisi havaitsemaan tuhansia eksoplaneettakuntia, joista varmasti löytyisi myös Maan kokoisia ja tyyppisiä planeettoja. Joillain näistä voisi olla myös vettä pinnallaan, eli ne voisivat olla pitkälti oman planeettamme kosmisia serkkuja.

Muita planeettakuntia tutkimalla ymmärretään paremmin myös omaa aurinkokuntaamme sekä sitä, miten planeetat yleensä muodostuvat ja kuinka mahdollisesti niiden pinnalle voisi kehittyä elämälle suotuisat olosuhteet.

Otsikkokuvassa on hahmotelma siitä, millainen PLATO voisi lopulta olla. Sen on tehnyt Airbus Spacen (entinen EADS Astrium) ja Thales-Alenia -yhtiön yhteenliittymä, joka tulee todennäköisimmin rakentamaan aluksen.

PLATO laukaistaan nykysuunnitelman mukaan vuosikymmenen kuluttua Sojuz -kantoraketilla Kouroun avaruuskeskuksesta ja se tulisi toimimaan Lagrangen pisteessä 2 ainakin kuuden vuoden ajan.

Nyt Lagrangen pisteessä myös eksoplaneettoja havaitsee joulukuussa laukaisu Gaia, mutta sille planeetat ovat vain sivutuote: se keskittyy tähtien sijainnin tarkkaan määrittämiseen. Sen keräämien tietojen avulla PLATO voi kohdentaa etsintäänsä ja käydä käsiksi kiinnostavimpiin tapauksiin.

Jo tätä ennen eurooppalaiset ovat kunnostautuneet eksoplaneettojen etsimisessä, sillä paitsi että ensimmäisenä niitä löytäneet tähtitieteilijät olivat Sveitsistä, oli NASAn Kepler-teleskooppia edeltänyt paras havaintolaitte Ranskan avaruuskeskuksen CNESin lähettämä CoRot -avaruusteleskooppi. Seuraava kookas avaruuteen lähetettävä eksojen etsijä on Cheops, vuonna 2017 laukaistava pieni Sveitsin ja ESAn yhteishanke, joka pohjustaa erinomaisesti PLATOa.

Kolme eksoplaneettaetsijää

Juttua on täydennetty 26.2. NASAn eksoplaneettailmoituksella. Alla oleva video on myös lisätty.

Kaikki valmista Gaian laukaisuun

Nokkakartio irtoaa noin 100 km:n korkeudessa
Nokkakartio irtoaa noin 100 km:n korkeudessa
Lennonjohdossa

Huomenna torstaina on tärkeä päivä, sillä vuosien ajan suunniteltu, rakennettu, testattu ja haaveiltu Gaia laukaustaan silloin avaruuteen. 

Pari tonnia painavan omalaatuisen avaruusteleskoopin tehtävänä on mitata ennätyksellisen tarkasti satojen tuhansien tähtien ja aurinkokuntamme pienkappaleiden sijainnit ja kirkkaudet moneen kertaan noin viisi vuotta kestävän lentonsa aikana.

Gaia on siis tähtitaivaan supertarkka kartoittaja, mutta sen ensimmäinen tehtävä avaruuteen pääsynsä jälkeen navigoida Maan luota noin 1,5 miljoonan kilometrin etäisyydellä olevalle havaintopaikalleen. 

Auringon ja Maan vetovoimien tasapainopiste 2, eli niin sanottu Lagrangen piste 2 sijaitsee Auringosta katsottuna Maan toisella puolella, ja se sopii erinomaisesti tähtitieteellisille avaruusaluksille; maailmankaikkeuden alun mikroaaltosäteilyn tutkija Planc ja infrapunateleskooppi Herschel olivat L2-pisteessä ja Hubblen avaruusteleskoopin seuraaja JWST sijoitetaan myös L2-pisteeseen.

Tarkkaan ottaen L2:ssa olevat avaruusalukset kiertävät kiertoradalla matemaattisen pisteen ympärillä. Gaia saapuu sinne - jos kaikki sujuu hyvin - noin 7. tammikuuta ja silloin ESAn Darmstadtissa, Saksassa, Euroopan avaruusoperaatiokeskus ESOCissa oleva lennonjohto on erittäin tarkkana. Laukaisun jälkeen lennonjohdossa ollaan toki aina valppaina, mutta asettuminen L2:n ympärille on lennon eräs kriittisimmistä hektistä. 

"Kyseessä on monimutkainen manöveeri, jonka aikana meidän tulee käyttää Gaian rakettimoottoreita epäsuorasti, sillä emme voi antaa Gaian kääntyä sellaiseen asentoon, missä Auringon kirkas paiste voisi vaurioittaa herkkiä havaintolaitteitamme", selittää Dave Milligan, Gaian operaatiojohtaja lennonjohdossa. "Se on hyvin jännittävä hetki, eikä meillä olen paljoakaan varaa virheisiin."

Toinen tärkeä päivä on 14. tammikuuta, jolloin Gaian rataa hienosäädetään.

Lennonjohdossa

Hyvin valmistautunut lennonjohto

ESOCissa sijaitseva lennonjohto on ollut valmis laukaisuun jo marraskuusta alkaen, jolloin Gaia oli tarkoitus lähettää matkaan. Laukaisua jouduttiin kuitenkin lykkäämään noin kuukaudella, koska aluksen radiolaitteisiin haluttiin tehdä tarkistuksia. 

Lennonjohto on valmistautunut toimimaan Gaian kanssa monin erilaisin simulaatioin: kaikkia lennon vaiheita ja mitä moninaisimpia häiriötilanteita on harjoiteltu kuukausien ajan. 

Jo ennen laukaisua lennonjohto on myös jo yhteydessä itse Gaiaan ja alus on jo nyt laukaisua odottaessaankin jo "päällä". Kaikkiaan lennonjohdossa on ollut 44 todenmukaista simulaatiota, joiden aikana on käyty läpi noin 700 erilaista toimenpidettä. 

Gaia pääsee omille teilleen Sojuz-kantoraketista kun laukaisusta on kulunut 42 minuuttia. Sitä ennen Gaia on jo ollut yhteydessä ESAn Australiassa, Perthissä olevaan vastaanottoasemaan, jolloin saadaan ensimmäisen kerran kunnollinen tieto Gaian tilanteesta laukaisun jälkeen. 

Sen jälkeen myös muuta ESAn seurantaverkon maa-asemat nappaavat Gaian telemetriatiedot.

Kieppuva alku?

Heti Sojuzin ylimmästä vaiheesta irtaantuminen jälkeen Gaia tekee lyhyen ajan kuluessa koko joukon tärkeitä toimia: se avaa aurinkosuojansa, jonka alapuolella ovat aurinkopaneelit, ja se paineistaa ohjausrakettimoottoriensa polttoainetankit. 

Tämän aikana Gaia on myös aivan omillaan, eikä se pyrikään pitämään asentoaan vielä täysin hallinnassa, koska todennäköisesti heti raketista irtoamisen jälkeen se saattaa olla pienessä pyörimisliikkeessä ja on turvallisempaa antaa Gaian heittelehtiä vapaasti. Tämän seurauksena yhteys saattaa pätkiä ja koko toimenpidesarja on ohjelmoitu Gaiaan jo etukäteen. 

"Saattaa kestää jopa 17 minuuttia, ennen kuin Gaia on korjannut asentonsa ja yhteys Maahan palautuu", kertoo Dave Milligan

"Aika ei ole pitkä, mutta nuo minuutit tuntuvat pitkiltä, sillä lennonjohtajat eivät koskaan pidä tilanteista, joissa alukseen ei ole yhteyttä eikä sille voi tehdä mitään". 

Noin 27 tuntia laukaisun jälkeen, 20. joulukuuta iltapäivällä, Gaia käyttää ensimmäisen kerran avaruuteen päästyään moottoreitaan ratamuutokseen, kun se sysää itsensä Maan luota kohti L2-pistettä vievälle radalle. Tuon polton tarkka aika ja pituus päätetään vasta sen jälkeen, kun tiedetään miten tarkasti halutulle radalle Sojuz on Gaian kuljettanut. 

Parin ensimmäisen päivän aikana Gaian systeemit tarkistetaan ja sen teleskooppeja aletaan jo valmistella käyttöön. Kaikkiaan kestää neljä ja puoli kuukautta, enne kuin Gaia on valmis aloittamaan varsinaiset tieteelliset havainnot. 

Teleskooppien tarkistaminen ja kalibrointi tehdään huolella, koska saatavien mittausten tarkkuus riippuu näistä alkuvirityksistä.