helsingin yliopisto

SIXS, eli Solar Intensity X-ray Spectrometer on suomalaistekoinen mittalaite, jonka tärkein tehtävä on tarkkailla Auringosta tulevaa röntgensäteilyä, jotta brittiläinen MIXS-spektrometri (Mercury Imaging X-ray Spectrometer (MIXS) voi toimia kunnolla. MIXS tulee kartoittamaan Merkuriuksen pintaa, mutta SIXS pystyy tekemään kiinnostavia havaintoja myös matkan aikana – se kun havaitsee Auringosta ja muista taivaan kohteista tulevaa röntgensäteilyä.

"Saamme heti alkuun pitkän mittausjakson, joka johtuu osittain siitä että halutaan varmistaa mittalaitteen tietojenkäsittely-yksikön stabiili toiminta", kertoo laitteen päätutkija, Helsingin yliopiston dosentti Juhani Huovelin.

Aivan ilman yskimistä ei käynnistys kuitenkaan sujunut: samaa elektroniikkaa jakava kaksikko MIXS/SIXS sammui ja käynnistyi itsekseen yllättäen 7. joulukuuta, mutta tämä ei aiheuta suurta huolta. Kyseessä oli todennäköisesti kosminen säde, joka sai laitteen boottaamaan itsekseen. On aivan normaalia, että avaruusluotaimissa mutkikkaiden tieteellisten tutkimuslaitteiden käynnistäminen saa normaalisti aikaan pieniä ongelmia alussa, mutta niistä päästään nopeasti eroon. Tämä on osaltaan syynä SIXS:n pitkään mittajaksoon nyt alussa, sillä näin mahdollinen ongelma selviää toivottavastisaman tien ja se saadaan ratkaistua mahdollisimman aikaisessa vaiheessa.

Ongelmanratkaisin lisäksi tuloksena on paljon kiinnostavia havaintoja: "Jos kaikki menee hyvin, saamme lähipäivien aikana paljon mittaustietoja", toteaa Huovelin.

SIXS:ssä on kaksi hieman erityyppistä havaintolaitetta, sivusuuntaan katsova SIXS-P ja kohti taivasta suunnattu SIXS-X. Koska SIXS kuluttaa hyvin vähän sähkövirtaa, voidaan sitä pitää päällä pitkä aikaa – aina siihen saakka, kunnes ensimmäinen pitkä ionimoottorien käyttä alkaa.

Viimeisen puolentoista kuukaiden aikana myös muita luotaimen laitteita ja alijärjestelmiä on käynnistelty lokakuun 20. päivänä tapahtuneen laukaisun jälkeen. Mitään hälyttävää ei ole tullut eteen, joskin suurtehoantennin suuntaus sai lennonjohdossa aikaan aluksi normaalia suurempaa huolestumista: nyt kaikki toimii kuitenkin hyvin. Antenni avattiin jo 21. lokakuuta ja toimii nyt kuten pitää.

Myös luotaimen ionimoottoreita on jo testattu. Ne ovat toimineet juuri odotetusti ja niiden ensimmäinen pitkä käyttö alkaa joulukuun 17. päivänä. Puolisen vuotta kestävän käytön tarkoituksena on ohjata luotain kohtaamaan maapallo ensimmäisessä ohilennossa huhtikuussa 2020. Ohilennon avulla luotaimen rataa muutetaan ja sen nopeutta kiihdytetään, jotta se voisi saapua lopulta perille Merkuriusta kiertämään vuonna 2025.

Tutkimusryhmässä on kehitetty laskennallisia työkaluja saavutettavuuden arviointiin, ja matriisin aineisto kattaa tärkeimmät kulkutavat (auto, joukkoliikenne, pyörä, kävely) kahtena eri ajankohtana (aamuruuhka, keskipäivä). Työkalujen ja aineistojen avulla matka-aikoja eri kulkumuodoilla ja ajankohtina voidaan tarkastella vertailukelpoisesti alueellisessa mittakaavassa.

Laskentojen tekeminen ei olisi mahdollista ilman lukuisia tietoaineistoja. Suurin osa näistä on saatavilla täysin avoimesti, kiitos Suomen ja pääkaupunkiseudun kuntien avoimen datapolitiikan.

"Aikasarjojen tekemiseen tarvitaan saavutettavuustyökalujamme, mutta myös muita tietoaineistoja", kertoo Henrikki Tenkanen, joka on ollut vastuussa massiivisten laskentojen tekemisestä.

"Nämä koostuvat joukkoliikenneaikatauluista, autoilun nopeuksia sisältävistä GPS-mittauksista sekä tie- ja joukkoliikenneverkostosta. Pyöräilytietoa on saatu Strava-urheilusovelluksesta ja Helsingin kaupunkipyöräjärjestelmästä."

Tutkimuksesta julkaistiin juuri myös artikkeli Applied Geography -lehdessä: Dynamic Cities: Location-based accessibility modelling as a function of time.

Pää­kau­pun­ki­seu­dun saa­vu­tet­ta­vuus­ra­ken­teet elä­vät jat­ku­vas­ti

Saavutettavuuden keskeisyysvertailut paljastavat kiinnostavia asioita saavutettavuuden rakenteista eri kulkutavoilla liikkuvien kannalta. Joukkoliikenteellä parhaiten saavutettavat alueet sijoittuvat keskustan tuntumaan. Viime vuosien joukkoliikenteen suuret hankkeet, kuten bussien poikittaislinjat ja kehärata, ovat siirtäneet joukkoliikenteen parhaan saavutettavuuden aluetta hieman aiempaa pohjoisemmaksi. Länsimetrolla on lopulta ollut vähän vaikutusta Lauttasaarta ja Otaniemeä lukuun ottamatta. Ne ovat nousseet keskeisimpien alueiden joukkoon aiempiin vertailuvuosiin nähden.

Autoilijan näkökulmasta keskeisimmät alueet ovat keskittyneet nopeiden kehäteiden varsille. Vertailu viiden vuoden takaiseen tilanteeseen osoittaa, että saavutettavuudeltaan parhaat alueet ovat siirtyneet pohjoisemmaksi. Tämä selittyy Helsingin päätöksellä laskea nopeusrajoituksia järjestelmällisesti erityisesti asuinalueilla sijaitsevien teiden osalta.

"Pyörän parhaiten saavutettavat alueet sijaitsevat pääkaupunkiseudun pyöräilyverkoston keskiosissa, koska pyöräilyä järjestelmällisesti hidastavia tekijöitä on vähän Helsingin keskusta-aluetta lukuun ottamatta", kertoo kaupunkipyöristä pro gradu -työtään viimeistelevä Elias Willberg.

Laaja pääkaupunkiseudun saavutettavuuden muutoksia kuvaava esitys on katsottavissa täältä.

Pyö­rä on kil­pai­lu­ky­kyi­nen kul­ku­vä­li­ne

Kulkutapavertailut paljastavat, että pyörä on erittäin kilpailukykyinen kulkuväline pääkaupunkiseudulla. Pyöräilyä tarkasteltiin nopean (keskinopeus 19 kmh) ja hitaan (keskinopeus 12 kmh) pyöräilijän näkökulmasta. Matka-ajassa mitattuna nopea pyöräilijä saavuttaa esimerkiksi rautatieaseman joukkoliikennettä nopeammin suurimmasta osaa kaupunkia lukuun ottamatta alueita, jotka ovat raideliikenneyhteyksien läheisyydessä.

Pyöräilyssä ei kuitenkaan otettu väsymysefektiä huomioon, joten vertailut pitkien matkojen takaa kuvastavatkin enemmänkin tilannetta, jossa käyttäjällä on sähköpyörä käytössään. Se mahdollistaa tasaisen nopeuden pitkienkin matkojen päähän", toteaa Henrikki Tenkanen.

Tiedot hitaasta pyöräilijästä, jonka keskinopeudet perustuvat kaupunkipyöräjärjestelmästä kerättyyn aineistoon, osoittavat, että pyörä on rautatieasemalle kulkiessa joukkoliikennettä nopeampi, tai yhtä nopea, suurin piirtein sillä alueella, johon kaupunkipyöräjärjestelmän kattavuus tällä hetkellä ulottuu.

Julkisen liikenteen ja autoilun vertailu taas paljastaa, että autoilu on pääosin joukkoliikennettä nopeampi kulkutapa kaikkina kolmena vertailuvuonna, 2013, 2015 ja 2018. Joukkoliikenne on autoilua nopeampi erityisesti raideliikenteen läheisyydessä. Metro- ja juna-asemat erottuvat aineisosta selkeästi, ja niiden läheisyydestä Helsingin päärautatieaseman saavuttaa autoa nopeammin.

Ai­neis­tot ja me­ne­tel­mät hyö­ty­käy­tös­sä

Tutkimusryhmän avoimet saavutettavuusaineistot sekä menetelmät ovat olleet aktiivisesti käytössä niin kaupunkisuunnittelussa kuin yritystoiminnassa.

"Menetelmien avoin julkaiseminen on yhä tavallisempaa, sillä muiden muassa yritykset ovat huomanneet avoimuudesta olevan enemmän hyötyä kuin haittaa liiketoiminnalle", selittää tutkimusryhmässä pro graduaan tekevä ja uusia saavutettavuustyökaluja kehittänyt Jeison Londoño.

Helsingin ja Espoon kaupunkisuunnittelijat ovat käyttäneet työkaluja aktiivisesti uusien liikenneinvestointien vaikutusten arviointiin, ja aineistot on liitetty myös osaksi kaupunkien asukkailleen tarjoamia verkkopohjaisia karttapalveluita. Myös pääkaupunkiseudulla toimivat yritykset ovat käyttäneet aineistoa aktiivisesti kauppapaikkojen suunnittelun tukena.

Avoimiin saavutettavuusaineistoihin sekä menetelmiin kohdistuva kysyntä on innoittanut yliopiston Digital Geography Labin nuoria tutkijoita myös liiketoimintaan.

"Perustamamme Mapple keskittyy saavutettavuuteen ja liikkumiseen liittyvien analytiikkapalvelujen sekä rajapintojen tarjoamiseen eri toimijoille. Jännittävä nähdä, kuinka pitkälle avoimuudella pääsee yritysmaailmassa", pohtii Tenkanen, joka on yksi yrityksen perustajajäsenistä.

Pääkaupunkiseudun saavutettavuutta voi tarkastella eri vuosina kätevästi interaktiiviselta Mapplen tarjoamalta kartalta.

*

Juttu on lähes sellaisenaan Helsingin yliopiston lähettämä tiedote.

Kuvat (via flickr): Atte Koskimaa (vas.) ja Lauri Koponen (oik.).

Biologina Jani on erityisen kiinnostunut luonnon monimuotoisuuteen eli biodiversiteettiin ja sen suojeluun liittyvistä teemoista. Biodiversiteettiä tutkiakseen tarvitaankin hyvää lajintuntemusta, joten työ Pinkan parissa on siitä syystä hänelle erittäin mieluista. Omaa laji- ja luontotuntemustaan hän on päässyt hyödyntämään toimittuaan Luomuksessa ennen suunnittelijan tehtäviään oppaana jo neljän vuoden ajan.

"Opastusryhmien esittämät kysymykset ovat aina kiinnostavia – koskaan ei tiedä minkä eläimen, kasvin tai sienen biologiaa pääsee milloinkin pohtimaan!"

Jani on aina ollut kiinnostunut luonnosta sekä sen ilmiöiden ja kokonaisuuksien ymmärtämisestä. Tulevaisuudessa hän haluaa päästä käyttämään oppimiaan tietoja ja taitoja siihen, että yhteiskunnallisessa suunnittelussa ja päätöksenteossa luonnon ja ihmisten tarpeet otettaisiin paremmin huomioon kumpaankin osapuolta mahdollisimman hyvin hyödyttävällä tavalla.

Yhden luotaimen sijaan BepiColombossa on kaikkiaan neljä osaa. Varsinainen luotain, missä ovat tutkimuslaitteet ja joka jää kiertämään Merkuriusta, on nimeltään MPO (Mercury Planetary orbiter). Siinä on kaikkiaan 11 erilaista tutkimuslaitetta. Sen lisäksi Merkuriusta jää kiertämään toinen, pienempi tutkimusluotain, japanilaisten tekemä Mercury Magnetospheric Orbiter. Kuten nimi sanoo, keskittyy se tutkimaan Merkuriuksen magnetosfääriä ja sitä varten siinä on neljä tutkimuslaitetta.

Pitkän matkan läpi planeettainvälisen avaruuden kaksikkoa kyytii MTO, Mercury Transfer Module, missä on neljä voimakasta ionimoottoria ja niille sähkövirtaa tuottamassa kaksi pitkää aurinkopaneelia. Kun alus saapuu Merkuriukseen, tämä irtoaa pois – se on silloin tehtävänsä tehnyt. Samoin magnetosfääriluotainsa matkan aikana suojannut osa MOSIF hylätään tuolloin.

Sekä Bepi että MMO kiertävät Merkuriusta soikeilla radoilla napojen ympäri. Molemmat käyvät lähimmillään vain noin 400 kilometrin päässä Merkuriuksesta. Bepi pysyttelee suhteellisen lähellä planeettaa, mutta MMO:n rata ulottuu yli 11000 kilometrin päässä Merkuriuksesta, missä luotain havaitsee myös aurinkotuulta.

Jos kaikki käy suunnitellusti, asettuu MPO kiertämään Merkuriusta 14. maaliskuuta 2026 ja tekee tutkimuksiaan ainakin seuraavan vuoden kevääseen. Kaikissa suunnitelmissa on kuitenkin varauduttu siihen, että luotain toimii kevääseen 2028 saakka. Jos se on silloinkin vielä iskussa, ei sitä varmasti sammuteta, vaan sen annetaan toimia pitempäänkin.

BepiColombon planeettaluotainosa MPO perillä Kouroun avaruuskeskuksessa, mistä se laukaistaan lokakuussa avaruuteen Ariane 5 -kantoraketilla.

Lentonsa lopuksi luotain todennäköisesti ohjataan putoamaan Merkuriukseen, koska silloin tutkimuslaitteet pääsevät tekemään mittauksia ja ottamaan kuvia hyvinkin läheltä pintaa.

Merkuriuksen rakenteen, geologian ja koostumuksen, sen magneettikentän alkuperän ja lähiavaruuden tutkimisen lisäksi Bepi testataa  Einsteinin suhteellisuusteoriaa ja sen toivotaan tuovan myös lisätietoa yleisesti aurinkokunnan synnystä sekä kehityksestä.

Monet eksoplaneetat kiertävät tähtiään hyvin lähellä, joten Merkuriuksen tutkiminen auttaa ymmärtämään myös näitä muita tähtiä kuin Aurinkoa kiertäviä planeettoja.

MIXS ja SIXS

BepiColombo on suomalaisittain kiinnostava, koska Suomessa työskentelevät tutkijat osallistuvat lennon tieteellisten mittausten analysointiin ja sen mukana on suomalaista huipputeknologiaa. 

Tärkein kohde on luotaimessa oleva SIXS-mittalaite, joka on kokonaan tehty ja suunniteltu Suomessa, sekä sen kanssa yhdessä toimiva brittiläinen MIXS.

SIXS mittaa Auringosta saapuvaa röntgensäteilyä, elektroneja ja protoneja ja MIXS puolestaan näiden Merkuriuksen pinnalla synnyttämää röntgenfluoresenssia ja -sirontaa.

Havainnoista voidaan päätellä Merkuriuksen pinnan alkuainepitoisuuksia ja rakennetta, mikä auttaa selvittämään planeetan muodostumista ja kehitystä. Yhdessä BepiColombon muiden tiedelaitteiden kanssa näiden havaintojen avulla tutkitaan, miten Auringon hiukkassäteily tunkeutuu Merkuriuksen magneettikenttään ja miten Merkuriuksen magnetosfäärin dynaamiset prosessit puolestaan kiihdyttävät hiukkasia.

SIXSin rakennemalli on esillä Helsingin observatorion Avaruusmaa Suomi -näyttelyssä.

MIXS ja SIXS liittyvät läheisesti toisiinsa siten, että kun MIXS kuvaa Merkuriuksen pintaa hyvin tarkasti röntgensäteiden aallonpituusalueella, tarkkailee SIXS koko ajan Auringosta tulevan röntgensäteilyn määrää. Tämä auttaa säätämään MIXSin keräämiä tietoja oikeanlaiseksi. 

Lisäksi SIXS tekee mittauksia myös itsenäisesti mittauksia Auringosta. Sen toivotaan keräävän ensimmäiset pitkät aikasarjat Auringon purkauksista peräisin olevasta röntgen- ja hiukkassäteilystä lähellä Aurinkoa.

Pitkän matkan aikana BepiColombon mittalaitteet eivät ole toimettomina, vaan niillä pyritään tekemään havaintoja myös avaruudesta matkan varrella. Varsinkin Venuksen ja Merkuriuksen ohilentojen aikana tehdään mittauksia ja kuvia; näitä voidaan käyttää myös mittalaitteiden toiminnan testaamiseen ja kalibrointiin.

Helsingin yliopisto on päävastuussa Suomen osuudesta hankkeessa. SIXS-instrumentin päätutkija on dosentti Juhani Huovelin, ja professori Karri Muinonen on brittiläisen MIXS-instrumentin toinen päätutkija. Professori Rami Vainio Turun yliopistosta vastaa SIXS:in hiukkasilmaisimesta.

Helsingin yliopiston johtamassa ja Business Finlandin (viime vuoden loppuun saakka Tekes) rahoittamassa teknisessä projektissa on viisi päätason alihankkijaa, ja Ilmatieteen laitos vastaa projektipäällikön ja laadunvalvonnan työosuuksista.

Oxfords Instrument Technologies Oy ja turkulainen Aboa Space Research Oy (ASRO) ovat vastanneet SIXS-instrumentin teknisestä suunnittelusta ja rakentamisesta. 

TalviOja Consulting Oy on vastannut SIXS-instrumentin lämpösuunnittelusta ja -mallinnuksesta. Olosuhteet Merkuriuksen luona ovat hyvin hankalat, koska Auringon lisäksi laitteeseen tulee paljon lämpöä Merkuriuksen pinnasta.

RUAG Space Finland Oy (ent. Patria Aviation Oy) on valmistanut SIXS- ja MIXS-instrumenttien ohjaus- ja datankäsittely-yksikön ja Space System Finland Oy on kehittänyt ohjelmiston SIXS- ja MIXS -instrumenttien yhteiseen ohjaus- ja datankäsittely-yksikköön. 

Space Systems Finland on tehnyt myös suuren työn tarkistamalla koko BepiColombon tietokoneohjelmien laatua; tällaisissa hankkeissa, joissa ohjelmistojen pitää olla erittäin luotettavia, annetaan ne toisien yhtiöiden arvioitavaksi. Suomalaiset löysivät ohjelmistosta noin 250 pahaa bugia ja noin 500 hieman pienempää – joten työ ei ollut turhaa!

*

Juttu perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen. Otsikkokuva kirjoittajan.

Klo 18.00 alkaa Kosminen raati. Ursan Tuukka Perhoniemen johtattamana raadissa avaruustähtitieteen professori Esko Valtaoja, radioastronomian professori Anne Lähteenmäki ja kosmologian dosentti Hannu Kurki-Suonio vastaavat kaikkiin mahdollisiin ja mahdottomiin kysymyksiin maailmankaikkeudesta.

Jos et keksi mitään jännää kysyttävää, niin tässä vinkkejä: Mitä oli ennen alkuräjähdystä? Onko olemassa muuta älyllistä elämää? Mikä on maailmankaikkeuden kohtalo? 

Lisää kysymyksiä ja vastauksia seuraa klo 19.30, mutta nyt Kosmisen pubivisan muodossa. Ursan Anne Liljeström vetää visaa, missä voit testata avaruustietosi rajat ystäviesi kanssa.

Tilaisuuteen on vapaa pääsy! Kosmista raatia voi seurata myös verkossa ja raadille voi esittää kysymyksiä myös etänä; ohjeet tulevat Ursan verkkosivulle ennen tilaisuutta.

Tapahtuma on jo nyt myös Facebookissa: www.facebook.com/events/1052219614919425

Yle Areenassa alkaa samana päivänä uusi sarja Kosmos – Maailmankaikkeus viidessä minuutissa. Sarja perustuu 3000 suomalaisen lähettämään kysymykseen avaruudesta ja maailmankaikkeudesta.

Tapahtuman järjestävät yhteistyössä Yle, Helsingin yliopiston Tiedekulma, Ursa ja Aalto-yliopisto. Koko illan juontaa Reetta Rönkä.

*

Juttu perustuu Ursan tiedotteeseen.