Metsähovin radiotutkimusaseman maamerkki on suuren radioteleskoopin päällä oleva kupu. Nyt asema on saanut lähes miljoonan euron rahoituksen vanhan ja väsyneen kuvun uusimiseen.
Metsähovin radioteleskooppi on käytössä kellon ympäri vuoden jokaisena päivänä ja kupu suojaa sitä lumelta, tuulelta, sateelta ja auringon lämpösäteilyltä.
Valkoinen kupu on halkaisijaltaan noin 20 metriä ja se on radioaallonpituuksilla lähes näkymätön, joten teleskooppi pystyy tekemään havaintoja kuvun sisällä melkein kuin kupua ei olisikaan.
”Uusi kupu mahdollistaa tarkkojen mittausten tekemisen seuraavaksi 25 vuodeksi”, kertoo Metsähovin johtaja Joni Tammi Aalto-yliopiston tiedotteessa.
Radioteleskoopin suuntaus miljardien valovuosien päähän on niin tarkkaa, että pienetkin tuulenpuuskat häiritsisivät mittauksia. Myös Auringon lämpösäteily kuumentaisi herkkää vastaanotinta ja pahimmillaan jopa vaurioittaisi laitteistoa. Kuvun sisällä teleskooppi on jatkuvasti varjossa, jolloin sen voi suunnata kohti Aurinkoa huoletta, ja tämä mahdollistaa mm. Metsähovissa neljäkymmentä vuotta tehdyt aurinkohavainnot.
Talvella kuvun päälle satanut lumi sulatetaan lämmittämällä kuvun sisäilmaa kymmeniä asteita. Kuuma ilma nousee ylös ja sulattaa lumen, joka valuu vetenä alas maahan jättäen kuvun puhtaaksi.
Uutta kupua ei noin vain osteta kaupasta, sillä maailmassa on vain pari valmistajaa, jolta saadaan tarpeeksi laadukas kupu tilattua. Kupu pitää suunnitella siten, että sen muoto ei häiritse radiosignaalien kulkemista.
Tarkoitus on, että uusi kupu on käytössä ensi vuoden aikana.
*
Artikkeli on Aalto-yliopiston tiedote lähes sellaisenaan.
Kun Maan päällä olevien radioteleksooppien signaalit yhdistetään avaruudessa olevan radioteleskoopin havaintojen kanssa. saadaan aikaiseksi historian tarkin tähtietieteellinen havaintolaite. Se voisi nähdä biljadipallon Kuun pinnalta – tai galaksin NGC 1275 ytimestä pursuavan kaasukuihkun todella hyvin.
Tämä uutinen alkaa kuin satu: kaukana avaruudessa, 230 miljoonan valovuoden päässä maapallosta, sijaitsee jättiläisgalaksi NGC1275.
Sen keskustassa oleva miljardin Auringon massainen musta aukko synnyttää lähes valonnopeudella virtaavia plasmasuihkuja, joiden syntyalueen rakenteesta on tähän mennessä tehty päätelmiä vain mallien ja tietokonesimulaatioiden avulla.
Nyt tutkijat ovat pystyneet kuvaamaan plasmasuihkun rakenteen kymmenen kertaa lähempänä suihkun lähtöpistettä kuin aikaisemmin, vain parin sadan mustan aukon säteen päässä.
”Tutkimustulos yllätti meidät", iloitsee kuvat ottanutta kansainvälistä havainto-ohjelmaa johtava akatemiatutkija Tuomas Savolainen.
"Lähellä syntypaikkaansa suihku osoittautui leveämmäksi kuin suosituimmat mallit ennustavat. Tämä voi tarkoittaa, että ainakaan suihkun uloin kerros ei synny aivan mustan aukon välittömässä läheisyydessä, kuten tietokonesimulaatioiden pohjalta on ajateltu, vaan kauempana aukkoa ympäröivässä kertymäkiekossa. Tuloksemme ei vielä kumoa malleja mutta antaa niiden kehittelijöille tärkeää tietoa, kuinka viedä malleja oikeaan suuntaan.”
Toinen mielenkiintoinen uusi havainto on se, että suihkun rakenne on erilainen kuin Maata lähempänä olevassa M87-galaksissa.
Se on ollut tähän mennessä ainoa kohde, jonka plasmasuihkun rakennetta on kuvattu näin lähellä mustaa aukkoa. Tässä vaiheessa tutkijoiden teoria on, että rakenteen erilaisuus johtuu suihkujen ikäerosta.
”Nyt havaitsemamme suihku on käynnistynyt uudelleen vain reilu vuosikymmen sitten, eikä se ole siksi saavuttanut tasapainotilaa ympäristönsä kanssa. Nyt meillä on ainutlaatuinen tilaisuus seurata, kuinka mustan aukon tuottama plasmasuihku syntyy ja kasvaa”, selittää puolestaan professori Gabriele Giovannini Italian kansallisesta astrofysiikan tutkimusinstituutista.
NGC 1275 on Perseuksen galaksijoukon massiivinen keskusgalaksi 230 miljoonan valovuoden päässä. Oikealla olevan suihkun pituus on vain noin kolme valovuotta, ja musta aukko sijaitsee kuvan yläosassa olevan kirkkaan pisteen sisällä.
Otsiokkokuvassa oikealla olevan kuvan yksityiskohdat ovat pienempiä kuin omaa aurinkokuntaamme ympäröivän Oortin komeettapilven koko, eli avaruuden mittakaavassa todella pieniä yksityiskohtia kun ottaa huomioon galaksin etäisyyden.
Merkittävä parannus kuvien tarkkuudessa oli mahdollinen Maata kiertävän venäläisen RadioAstron-radioteleskoopin ja yli kahdenkymmenen maanpinnalla sijaitsevan radioteleskoopin yhdistelmän avulla.
Ideana on yhdistää toisiinsa useampi radioteleskooppi ja käsitellä niiden signaaleita siten, että teleskoopit toimivat kuin yksi todella suuri teleskooppi. Fysiikan peruslakien mukaan havainnon tarkkuus riippuu teleskoopin halkaisijasta, mikä tässä tapauksessa kaukaisimpien teleskooppien välinen etäisyys.
Nyt tehdyssä havainnoissa oli osallisina useita radioteleskooppeja Maan päällä ja yksi avaruudessa. Koska radioteleskooppina toimiva venäläinen RadioAstron -satelliitti etääntyy parhaimmillaan meistä 350 000 kilometrin – eli lähes Kuun radan etäisyydelle – päähän, on virtuaalinen teleskooppi kooltaan todella suuri. Erotuskyvyltään se onkin tähtitieteen historian tarkin havaintolaite.
Osa havaintojen tekoon maanpinnalta osallistuneiden radioteleskooppien verkostosta. Kuva: Paul Boven; satelliittikuva: Blue Marble Next Generation, NASA Visible Earth.
Plasmasuihkujen tutkiminen auttaa ymmärtämään mustien aukkojen fysiikkaa sekä galaksien keskustoissa sijaitsevien mustienaukkojen vaikutusta ympäröivään galaksiin ja sen evoluutioon, kuten vaikka uusien tähtien syntynopeuteen galaksissa.
”Minua kiinnostaa erityisesti se, miten nämä rakenteet ylipäätään voivat syntyä; miten luonto pystyy tekemään stabiilin, lähes valonnopeudella liikkuvan plasmasuihkun tavalla, joka vaikuttaa niin helpolta, mutta jota ihminen ei ainakaan toistaiseksi pysty matkimaan”, Savolainen toteaa.
Savolainen työskentelee Aalto-yliopistossa elektroniikan ja nanotekniikan laitoksella sekä Metsähovin radio-observatoriolla ja johtaa RadioAstron-satelliitin radiogalakseihin keskittyvää havainto-ohjelmaa. Aalto-yliopiston ja Italian kansallisen astrofysiikan tutkimusinstituutin lisäksi tutkimusryhmässä olivat mukana muun muassa Venäjän tiedeakatemian Lebedev-instituutti, saksalainen radioastronomian Max-Planck-instituutti ja Academia Sinica Taiwanista. Venäjän avaruusjärjestön RadioAstron-satelliittiohjelmaa johtavat Lebedev-instituutti ja avaruusteknologiayhtiö Lavochkin.
*
Juttu pohjautuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen.
Otaniemi ja Metsähovi on juuri yhdistetty toisiinsa ennennäkemättömän tarkasti. Yhdessä ne pitävät tarkkaa kirjaa Suomen virallisesta ajasta.
Suomen virallinen aika määritellään Otaniemessä. Tehtävä on kuulunut VTT:n Mittaustekniikan keskuksen (MIKES) aikalaboratoriolle jo vuodesta 2000 lähtien.
Nyt Metsähovin observatorioaluekin on yhdistetty suoraan tähän "aikalähteeseen". Uusi, valokaapelia pitkin toimiva yhteyslinkki rakennettiin jo alkukesästä. Linkin toimintaa ja stabiilisuutta on tutkittu ja mitattu nyt kesän ajan.
Metsähovin observatorioalue sijaitsee Kirkkonummella, 50 kilometrin päässä Otaniemestä. Sieltä löytyvät sekä Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen geodeettinen tutkimusasema että Aalto-yliopiston radiotutkimusasema. Kummankin tahon tutkimustarkkuus paranee (aikaleimojen osalta) Suomen viralliseen aikaan liittämisen johdosta.
Valosignaalin kulkuajan Otaniemestä Metsähoviin ja takaisin huomattiin vaihtelevan yhteydellä seitsemisen nanosekuntia. Syynä on pitkän valokuidun lämpölaajeneminen vuorokauden mittaan. Myös muut valokuidun ominaisuudet muuttuvat samalla hieman.
Ajansiirron tarkkuus on Maanmittauslaitoksen tiedotteen mukaan noin 0,1 nanosekuntia (10-10 s) tai jopa vieläkin parempi. Taajuuden siirrossa taas "päästään tällä hetkellä noin 15 [merkitsevän?] numeron tarkkuuteen".
Suomen virallinen aika määritetään MIKESin aikalaboratoriossa. Ajanmääritykseen käytetään tarkkaa venäläisvalmisteista vetymaseria (CH1-75A). Sen apuna ja varmistuksena toimii lisäksi kaksi muuta vetymaseria sekä kaksi cesium-atomikelloa.
MIKESin ajan virheen sanotaan olevan noin sekunti 100 000 vuodessa. Aikaa myös verrataan jatkuvasti GPS:n avulla välitettyihin kansainvälisiin aikamittauksiin. MIKES ilmoittaa aikansa epävarmuudeksi alle 10 nanosekuntia UTC:hen (universaaliaikaan) verrattuna.
Suomen virallisen ajan poikkeamat kansainvälisestä ajasta vuosina 2011–12.
Aikamittauksessa käytetty vetymaser vastaa toimintaperiaatteeltaan laseria (säteilykimppu on koherentti, samassa tahdissa ja samaa aallonpituutta), mutta siinä käytetään näkyvän valon sijasta mikroaaltoja. Maserit ovat yksi tarkimmista nykyään käytössä olevista keinoista pitää kellot ajassa.
Maserilla tehdyn ajanmäärityksen jälkeen ajanhetki viestitetään (siirretään) Metsähoville valokuitua pitkin.
Siirron apuna käytetään uutta White Rabbit -protokollaa. Sen avulla kelloja voidaan synkronoida alle nanosekunnin tarkkuudella pitkienkin matkojen päästä. White Rabbit kehitettiin alunperin Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa CERNissä. Nimi viittaa kelloaan hermostuneesti vilkuilevaan jänikseen Liisa Ihmemaassa -kirjassa.
VTT MIKES oli yksi ensimmäisistä tutkimuslaitoksista, joka otti White Rabbitin käyttöön ajan ja taajuuden siirtämiseksi pitkien välimatkojen päähän.
Ajansiirto tukee geodeettisia mittauksia Metsähovissa. Rakenteilla oleva geodeettinen radioteleskooppijärjestelmä tarvitsee tarkan ajan ja taajuuden mittaustensa pohjaksi. Eivätkä muutkaan Metsähovin mittaukset tietystikään kärsi entistä paremmasta aikatarkkuudesta.
Aikalinkin kautta Suomen virallinen aika voidaan myös liittää entistä paremmin kansainvälisiin geodeettisiin verkostoihin, kuten GNSS-satelliittipaikannusjärjestelmään.
Radiotutkimusasemalla on lisäksi jo atomikelloja, joita voidaan vastavuoroisesti käyttää Suomen virallisen ajan varmentamiseen.
MIKES tarjoaa kellontarkistuspalvelua myös kotikäyttäjille. Se on tosin paljon Metsähoville toimitettua Suomen virallista aikaa epätarkempi. Nopealla nettiyhteydellä pääsee kuitenkin jopa alle 0,1 millisekunnin päähän virallisesta, mikä lienee riittävä useimpien kotikäyttäjien tarpeisiin.
Artikkeli perustuu Maanmittauslaitoksen tiedotteeseen.
Lisätietoa: VTT:n Mittatekniikan keskus MIKES
Otsikkokuva: New 1lluminati / Flickr
Vuoden 2016 ensimmäisen klubivierailun kohteeksi valikoitui Metsähovi. Yhdellä iskulla saatiin kaksi kärpästä, sillä pääsimme tutustumaan sekä Aalto-yliopiston radiotutkimusasemaan että Maanmittauslaitoksen paikkatietokeskuksen geodeettiseen perusasemaan: toisessa katsellaan ylöspäin, toisessa myös alaspäin
Metsähovin radiotutkimusasemalla tutkitaan sekä läheisiä että hyvin kaukaisia kohteita. Aurinkoa seurataan 1,8-metrisellä radioteleskoopilla auringonnoususta auringonlaskuun, ja jos havaitaan jotakin yllättävää, päähavaintolaite eli 13,7-metrinen teleskooppi käännetään kohti Aurinkoa tarkempien havaintojen tekemiseksi.
Poikkeuksellista onkin, että näin isolla radioteleskoopilla voidaan tehdä aurinkohavaintoja. Tämän kokoluokan teleskoopit ovat usein taivasalla, joten niitä ei voi suunnata suoraan kohti Aurinkoa: lautasantenni keskittäisi säteilyn vastaanottimiin – kuten sen kuuluukin tehdä – mutta Auringon tapauksessa kuumuus sulattaisi ne. Metsähovin iso teleskooppi on kuitenkin suuren kuvun sisällä, joten sitä vaaraa ei ole.
Aurinko on taivaalla niin kookas kohde, että radioteleskoopin keila kattaa siitä vain pienen palasen. Siksi havaintoja tehtäessä Auringon kiekko ikään kuin skannataan, jolloin siitä saadaan muodostettua kuva. Aiemmin siihen meni aikaa muutama minuutti, joten kovin nopeita ilmiöitä ei pystytty rekisteröimään. Viimekeväistä auringonpimennystä varten järjestelmää kehitettiin siten, että kuvan saa muodostettua noin minuutissa.
Metsähovin radiotutkimusasema on mukana myös kansainvälisessä yhteistyössä, jossa havaintoja pystytään tekemään maapallon kokoisella virtuaaliteleskoopilla. Kun eri puolilla maailmaa olevien radioteleskooppien havainnot yhdistetään, päästään tarkkuuteen, joka vastaa halkaisijaltaan laitimmaisten antennien välimatkan kokoista teleskooppia.
Eikä tässä vielä kaikki. Kun mukaan otetaan avaruudessa oleva RadioAstron-satelliitti, saadaan aikaan todellista pitkäkantainterferometriaa: järjestelmän erotuskyky on parhaimmillaan yhtä hyvä kuin 300 000 kilometrin läpimittaisella yksittäisellä teleskoopilla. Radioalueella päästään siten huimasti parempaan erotuskykyyn kuin optisella.
Ja se on keskeistä tutkittaessa esimerkiksi kvasaareja. Optisella alueella voidaan tutkia esimerkiksi monissa kvasaareissa esiintyviä suihkuja ja niiden rakennetta melko yksityiskohtaisesti, mutta radiopuolella erotuskyky riittää jopa kvasaarina loimottavan galaksin keskuksessa olevan supermassiivisen mustan aukon lähiympäristön tarkkailuun.
Vaikka pilvet ja päivänvalo eivät haittaa radioalueen havaintoja, vesisateella havaintoja ei tehdä. Sää ei tällä kertaa suosinut klubilaisiakaan, sillä sateessa ja pimentyneessä illassa ulkosalla olevat mittalaitteet jäivät näkemättä. Saimme kuitenkin kutsun tulla visiitille uudemman kerran, sellaisena vuodenaikana, että valoa on enemmän ja sadetta – toivottavasti – vähemmän.
Geodeettisella asemalla keskeinen tutkimuskohde on Maa. Gravimetreillä mitataan painovoimaa sellaisella tarkkuudella, että päiväkirjaan oli merkittävä käyntimme, jotta kukaan ei ala hämmästellä mittaustiedoissa näkyviä poikkeamia. Niillä voidaan tehdä myös työajanseurantaa. Seinällä on muistutuksena käyrä, josta näkyy, miten taannoinen lumenpudotus katolta on edennyt. Kun lumikuorma siirtyy mittalaitteiden yläpuolelta rakennuksen seinustalle, painovoimassa tapahtuu selvä muutos. Siis huippuherkkien instrumenttien näkökulmasta.
Maan keskipisteen paikkaa on myös seurattava tarkoin, jotta gps-järjestelmän tarkkuus saadaan halutulle tasolle. Vaikka maankamara tuntuu tukevalta, maapallon muodossa ja merenpinnan korkeudessa tapahtuu jatkuvasti muutoksia. Keskipiste liikkuu keskimäärin noin nyrkin kokoisella alueella ja sitä pystytään seuraamaan tarkasti täältä pinnalta käsin, liki 6 500 kilometrin etäisyydeltä.
Kiinnostavana yksityiskohtana saimme kuulla vuoden 2004 tapaninpäivänä tapahtuneen voimakkaan maanjäristyksen seurauksista. Tuhoisan tsunamin aiheuttaneen järistyksen seurauksena maapallon sisään syntyi seisova aalto, joka kahdenkymmenen minuutin jaksoissa sai maanpinnan Metsähovissakin nousemaan ja laskemaan millimetrin kahdessadasosan verran. Ilmiö oli pitkäaikainen, sillä aaltoilu jatkui seuraavan vuoden toukokuuhun saakka.
Asemalta katsotaan ylöspäin satelliitteihin. Laserilla varustetulla kaukoputkella on tarkkailtu satelliittien liikkeitä vuodesta 1978 lähtien. Satelliitissa olevaan prismaheijastimeen "ammutaan" lasersäde, jonka paluuaika havaitaan ja mitataan kaukoputken avulla. Näin saadaan laskettua satelliitin kulloinenkin korkeus ja tarkka rata, mikä on erityisen tärkeää navigointi- ja tutkimussatelliittien kannalta.
Jatkuvassa käytössä olevien mittalaitteiden lisäksi pääsimme tutustumaan uusiin instrumentteihin ja tuleviin suunnitelmiin. Vanha satelliittilaser korvataan uudella, monin verroin tehokkaammalla ja käytännöllisemmällä kaukoputkella. Asennustyö on vielä kesken, joten kaukoputki jökötti paikallaan, mutta kun se on tositoimessa, kupolin alle ei välttämättä parane mennä, sillä teleskooppi kääntyilee pikavauhtia kohteesta toiseen.
Muutaman vuoden sisällä asemalle nousee myös 12-metrinen radioteleskooppi. Tällä hetkellä geodeettisia havaintoja tehdään aika ajoin radiotutkimusaseman antennilla, mutta kun käyttöön saadaan oma teleskooppi, päästään tekemään jatkuvia havaintoja. Kaukaisten kvasaarien avulla määritetään tosiaikaisesti Maan asentoa, mikä on gps-järjestelmän toiminnan ja tarkkuuden kannalta oleellinen tieto.
Tiedetuubin klubilaiset saivat tuhdin annoksen tietoa suomalaisesta huippututkimuksesta. Kiitokset isännillemme, Joni Tammelle ja Markku Poutaselle!
Tammikuun lopussa Yhdysvaltain GPS-satelliittipaikannussysteemin aikakoodissa tapahtui hyppäys ja se sai aikaan ongelmia ympäri maailman. Ensinnä Suomessa Metsähovin radiotutkimusasemalla havaitun ongelman syy näyttää nyt selvinneen.
Pari viikkoa sitten tiistaina 26.01.2016 Aalto-yliopistoon kuuluvalla Metsähovin radiotutkimusasemalla havaittiin omituinen GPS-järjestelmän aikasignaalin hyppy. Virhe ei ollut suuri, vain 13 mikrosekuntia, mutta koska GPS-aikaa käytetään monien navigointiin liittymättömien palveluiden tukena, sai tämä aikaan runsaasti ongelmia.
Se esimerkiksi vaiensi Iso-Britannian yleisradioyhtiön BBC:n digitaaliset DAB-radiolähetykset ja useat GPS-kellonaikaa hyväksikäyttäviin laitteisiin ja järjestelmiin erikoistuneet yritykset raportoivat ”kaaoksesta”, kun asiakkailta tulvi tukipyyntöjä GPS-laitteiden hälyttäessä aikavirheistä.
Kuten Metsähovin blogissa nyt kerrotaan, on tapahtumaketju aikahypyn taustalla nyt selvinnyt: osa systeemin satelliiteista lähetti virheellisiä UTC-ajan säätöparametreja GPS-vastaanottimiin.
Kuten järjestelmän toiminnasta vastaava Yhdysvaltain ilmavoimat kertoo tiedotteessaan, ladattiin väärät parametrit satelliitteihin, jotka lähettävät "alkuperäistä" 1575,42 MHz:n signaalia (L1 C/A) joka muodostaa edelleenkin GPS:n siviilikäytön perustan. Lähes kaikki normaalikäytön navigointi- ja aikasovellukset perustuvat juuri tähän.
Metsähovin ja muiden asemien tekemien maailmanlaajuisten mittausten perusteella kuitenkin vain osa satelliiteista on lähettänyt virheellistä UTC-aikakorjaustietoa. Jos kaikkien satelliittien ”L1 C/A” -signaalissa olisi ollut 13 mikrosekuntia virheellinen aikakorjaustieto, miksi Metsähovin neljästä GPS-vastaanottimesta vain kolme ”harhautui”, ja nekin erillisinä vaihtelevina aikajaksoina tuon häiriön 12 tunnin kokonaiskeston aikana?
Luultavasti virheellinen 13 mikrosekunnin korjaustieto päätyikin tosiasiassa vain osaan satelliiteista, ehkäpä vanhimpiin.
Tätä tukee se, että häiriötilanne alkoi noin kaksi tuntia sen jälkeen, kun ohjauskeskus oli (mielestään onnistuneesti) poistanut käytöstä vikaantuneen, satelliittiparven vanhimman, yli 25-vuotiaan PRN32/SVN23-satelliitin. Tämän operaation jälkeen satelliitteihin on hyvin todennäköisesti haluttu ladata tarkennettuja uusia parametreja ja kun satelliittikonstellaatio oli hieman muuttunut, oli virheiden todennäköisyys normaalia suurempi.
Metsähovin blogi kertoo vielä tarkemmin, että PRN32/SVN23 poistettiin käytöstä maanantaina 25.01.2016 klo 22:00 UTC-aikaa, mikä on GPS-ohjauskeskuksen sijaintipaikan Coloradon paikallisajassa kello 15:00 iltapäivällä, päivävuoron työpäivän loppuessa parin tunnin sisällä. Muuttuneiden satelliittiparametrien lataaminen tehtiin melko varmasti ”päivän päätteeksi” ennen kotiin lähtöä.
Ensimmäinen aikavirhe havaittiin Metsähovissa hieman kello 00:00 UTC jälkeen eli juurikin amerikkalaisen työpäivän päättymisaikaan kello 17. Tässä vaiheessa kello Euroopassa on 02:00 aamuyöllä ja Suomessa 03:00.
Vieläkin tarkempi kuvaus tapahtumista on saksalaisen Meinberg GmbH -yhtiön nettisivuilta. Se ennätti yhdessä brittiläisen Chronos Technologyn kanssa ensimmäisinä kertomaan häiriöstä julkisesti ja arvelemaan häiriön mekanismia.
Tapaus oli itse asiassa hyvä muistutus siitä, miten avaruustekniikka vaikutta elämäämme nykyisin varsin konkreettisella tavalla – ja luonnollisesti myös siitä, miten pieni virhe saa nykyaikana helposti maailmanlaajuisia vaikutuksia.
Kerroimme eilen Metsähovin radiotutkimusasemalla havaitusta omituisesta GPS-satellittipaikannusverkoston aikahäiriöstä Merja Tornikosken blogikirjoituksen pohjalta. Nyt tapauksesta on tullut lisätietoa: kenties syynä oli satelliitin rikkoutuminen.
Tornikoski jatkaa tänään Metsähovin Kuulumisia kuvun alta -blogissa eilisen GPS-kellonajan hyppäyksen selvittelyä toteamalla, että virheet vaikuttavat loppuneen ja että viimeinen Metsähovissa havaittu GPS-ajan hyppäys päättyi eilen noin kello 14:00 Suomen aikaa.
Eilen raportoituun verrattuna virhe tosin oli hieman pienempi: ajan hyppäyksen suuruus on oli lähempänä 13.0 mikrosekuntia kuin 13,7 mikrosekuntia — normaalissa toimintatilassa atomikellon ja GPS-ajan välillä pidetään mittaamista helpottavaa 0,7 mikrosekunnin aikaeroa, mikä sai aikaan raportoidun ajan hieman oikeaa suuremman arvon.
GPS-aikahyppelyn vahvistivat Metsähovin yhteistyöobservatoriot, mm. Arecibo Puerto Ricossa, Ny Ålesundin geo-VLBI-asema Huippuvuorilla, kolme radioteleskooppia Kiinasta, osa NRAO:n VLA- ja VLBA-teleskoopeista USA:ssa, Jodrell Bank Iso-Britanniassa, ATCA Australiassa sekä MPIfR Effelsbergissä Saksassa.
Yebesissä Espanjassa jyrkkiä aikahyppyjä ei havaittu, joskin sielläkin huomattiin signaalissa pieniä, normaaleiksi luokiteltavia tavanomaisesta eroavia aikamuutoksia. Kaikkiaan ongelma vaikuttaa siis esiintyneen maailmanlaajuisesti.
Nyttemmin aikahyppyyn on tullut yksi mahdollinen selitys, sillä Yhdysvaltain GPS-satelliittiverkostoa ylläpitävä NAVCEN-navigointikeskus on raportoinut julkisesti, että yksi GPS-satelliiteista vikaantui ja otettiin pois käytöstä.
Tosin Tornikosken mukaan raportissa kerrotut ajankohdat eivät vain tunnu täsmäävän havaintoihin, sillä raportin mukaan satelliitti olisi vikaantunut jo maanantaina 25.01.2016 kello 15:36 UTC-aikaa ja suljettu pois käytöstä jo 25.01.2016 kello 22:00. Tällöin Metsähovin GPS-valvonnassa ei havaittu minkäänlaisia häiriöitä.
Ensimmäinen aikahyppy esiintyy vasta kaksi tuntia satelliitin väitetyn sulkemisen jälkeen, ja hypyt jatkuvat siitä 12 tunnin ajan eli tiistain 26.01.2016 kello 12:00 UTC asti. Voihan toki olla, että satelliitti yritettiin sulkea 25.01.2016 22:00 UTC, mutta se ei ehkä täysin onnistunut, vaan se saattoi lähettää väärää kellonaikaa vielä 14 tuntia sulkemisyrityksen jälkeen.
Lopullista vastausta ei vikaantuminen siis anna, mutta se voi olla ainakin osasyynä häiriöihin.
Aikasignaalin virheet osoittavat jälleen kerran, että kriittisissä sovelluksissa on erittäin tärkeää käyttää rinnakkain kahta, toisistaan riippumatonsa satelliittipaikannusjärjestelmää, kuten esimerkiksi amerikkalaista GPS-systeemiä ja eurooppalaista Galileo-järjestelmää.
Aalto-yliopiston Metsähovin radiotutkimusaseman suunnittelema ja toteuttama vetymaser-atomikellon automaattinen valvontajärjestelmä hälytti GPS-satelliittipaikannuksen välittämän kellonajan hypänneen äkillisesti väärään aikaan nyt tiistaina 26. tammikuuta 2016 hieman puolenpäivän jälkeen.
Asiasta kerrotaan observatorion blogissa.
Tarkka aikatieto on erittäin olennainen osa satelliittipaikannusjärjestelmän toimintaa ja useat sovellukset (mm. kansainvälinen rahaliikenne) käyttää navigointijärjestelmän tarjoamaa aikatietoa toiminnassaan.
Metsähovista ilmoitettiin aikahäiriöstä muille radioastronomisille tutkimuslaitoksille he vahvistivat ilmiön omista valvontatiedoistaan.
Ilmiön taustalla oleva alkusyy ei ole vielä selvillä, mutta vikaantunut GPS-satelliitti tai sellaiseen sijoitettu atomikello ovat hyvin mahdollisia selityksiä. Auringon hiukkaspurkauksen aiheuttamasta satelliittivauriosta on tällä kertaa tuskin kyse, sillä Metsähovin aurinkovalvonnassa ei ole havaittu tavanomaista merkittävämpää aktiivisuutta.
Vaikka tämänkertainen kellonajan virhe oli suuruudeltaan ainoastaan 13,7 mikrosekuntia, mikään ei sulje pois suurempien tai yllättävämpien kellovirheiden mahdollisuutta.
GPS-kellonaikaa käytetään yhä enemmän järjestelmien automaattiseen tahdistamiseen ja mitä laajempaa käyttö on, sitä riippuvaisempia ollaan GPS-ajan ja paikannustarkkuuden virheettömyydestä.
Kuvat: Merja Tornikoski / Metsähovin radiotutkimusasema
Tiedetuubi on käynnistänyt tänään uuden tiedetiedotushankkeen: Suorana labrasta kertoo twitterissä lähes reaaliajassa työstä ja toimista erilaisissa laboratorioissa, tutkimusryhmissä ja tutkimuskeskuksissa. Kukin ryhmä tai henkilö kertoo viikon ajan kerrallaan mitä on tekemässä ja miltä työpaikassa oikein näyttää. Viestejä voi lukea twitterissä avainsanalla #suoranalabrasta ja Tiedetuubin twitter-syötteessä (twitter.com/tiedetuubi). Viestit tulevat myös artikkelimuotoon tänne Tiedetuubin nettisivuille.
Idea hankkeeseen on tullut ranskalaisesta vastaavanlaisesta En Direct du Labo -hankkeesta.
Ensimmäisenä twiittaajana on aiemmin jo Tiedetuubissa geodeettista VLBI-tekniikkaa esitellyt Minttu Uunila (kuva oikealla) Metsähovin radiotutkimusasemalta.
Minttu kirjoittaa kollegoineen myös mainiota blogia Metsähovista ja sen tapahtumista. Nyt se laajenee #suoranalabrasta -tägin alle myös twitteriin tämän viikon ajaksi! Twiitit näkyvät twitterin lisäksi myös tässä alla pienellä viiveellä.
Ensi viikolla vuoro siirtyy aivan muualle – mutta paikka ja henkilö paljastuvat vasta myöhemmin!
Jos olet tutkija ja haluaisit mukaan hankkeeseen, niin tervetuloa! Ota yhteyttä, niin katsomme teille sopivan viikon!
Tämä 30. kesäkuuta on sekunnin pitempi kuin päivät yleensä, sillä tänään kelloihin lisätään karkaussekunti.
On mahdollista, että tästä tulee viimeinen karkaussekunti, sillä niistä päätettiin luopua jo vuonna 2013, mutta lopullisen päätöksen tekee tämän vuoden marraskuussa oleva kansainvälinen konferenssi. Ongelmana karkaussekunneissa on se, että ne haittaavat tarkkojen aikalaskelmien tekemistä; olisi parempi käyttää harvemmin toistuvia karkausminuutteja tai jopa karkaustunteja. Jo minuutin muutos kerralla tekisi tällaisen säätämisen tarpeelliseksi seuraavan kerran vasta vuonna 2399.
Ajan säätäminen silloin tällöin on joka tapauksessa tärkeää, koska maapallon pyörimisliike hidastuu koko ajan. Jotta vuorokauden pituus pysyisi oikeasti vuorokauden mittaisena, pitää kelloja siirtää aina silloin tällöin.
Tarkalleen ottaen pyöriminen hidastuu joka päivä noin kaksi tuhannesosasekuntia ja siksi tähän saakka apuun on otettu karkaussekunti parin vuoden välein.
Tarkalleen ottaen kyse on siitä, että maapallon pyörimisestä mitataan niin sanottu UT1 -aika, kun taas normaalikäytössä meillä on ns. koordinoitu yleisaika UTC, jota pidetään yllä supertarkoilla atomikelloilla.
Näiden kahden kellon laittamisesta samaan aikaan päättää erikseen Ranskassa oleva IERS-organisaatio, eli International Earth Rotation and Reference Systems Service. Se ilmoittaa karkaussekunnin lisäämisestä kuusi kuukautta etukäteen.
Suomesta UTC-ajan ylläpitoon osallistuu Otaniemessä toimivan Mittatekniikan keskuksen (MIKES) aika- ja taajuussuureiden kansallinen mittanormaalilaboratorio.
UT1-aikaa pidetään yllä nykyisin radioteleskooppien ja kaukana tähtitaivaalla olevien kvasaarien avulla. Tätä ajanmääritystä tehdään mm. Metsähovin radiotutkimusasemalla, missä asiaa tutkii Minttu Uunila.
Hän on kohonnut erääksi alan guruksi maailmalla ja Tiedetuubi tapasi hänet viime syksynä Yhdysvalloissa Goddardin avaruustutkimuskeskuksessa. Nyt Minttu on jälleen Suomessa ja on mm. eräs mainion Kuulumisia kuvun alta -blogin pitäjistä.
Alla olevalla videolla Minttu kertoo maapallon pyörimisajan mittaamisesta sekä siitä, että itse asiassa pyöriminen ei ole tasaista. Siinä on pientä vaihtelua koko ajan, riippuen mm. maapallon tuulista ja vuoksi-ilmiöstä.
Ja koska ajanmääritys tähtitieteellisesti on tärkeää mm. satelliittien ratojen määrittämiseen tarkasti, ei satelliittinavigointi toimisi ilman Mintun ja hänen kollegoidensa tekemää työtä.
Tiedetuubi © 2012-2024
