Silmien laserleikkauksen ovat nykyisin hyvin tavallisia, mutta harva tulee ajatelleeksi, että leikkauksen aikana lasersäteen tarkkaan ohjaamiseen käytettävä silmien liikkeiden tunnistuslaitteisto kehitettiin aikanaan avaruuslentoja varten.

Kun katsot tiettyyn suuntaan tai johonkin kohteeseen, ja käännät tai puistelet päätäsi, niin silmäsi kääntyvät ylös, alas ja sivuille automaattisesti siten, että ne katsovat aina mahdollisimman suoraan alkuperäiseen paikkaan. Tämä luonnollinen reaktio tapahtuu refleksinomaisesti, emmekä kiinnitä siihen lainkaan huomiota.

Vaikka et tee tietoisesti mitään silmien kääntämiseksi, aivosi ottavat kuitenkin koko ajan vastaan havaintotietoa tasapainoelimiltäsi korvien sisällä ja kääntävät silmiä sen mukaisesti. Painovoima toimii tässä referenssisuuntana; tasapainoaisti käyttää sitä hyväkseen määrittääkseen pään asentoa. Samaan tapaan käytännössä kaikki eläimet Maan päällä aina dinosauruksiin saakka ovat sopeutuneet käyttämään painovoimaa kertomaan itselleen mikä suunta on ”alaspäin” ja mikä ”ylöspäin”.

Tämä painovoiman mukaan silmiä kääntävä kykymme kiinnosti berliiniläistä professori Andrew Clarkea, joka ryhtyi tutkimaan asiaa työryhmineen Kansainvälisellä avaruusasemalla olevien astronauttien kanssa.

He kehittivät erityisen kypärää muistuttavan päähineen, joka pystyi seuraamaan astronauttien silmien liikkeitä hyvin tarkasti siten, että laitteisto tai sen toiminta ei haitannut astronauttien normaalia työntekoa. Laitteisto käytti hyväkseen tavallisissa digikameroissa olevia kuvakennoja ja pystyi käsittelemään tietoa reaaliajassa.

Kymmenen vuotta sitten ensimmäiset astronautit käyttivät laitetta avaruusasemalla ja sen jälkeen laitteella kerättiin tietoja rutiininomaisesti neljän vuoden ajan.

Tulokset osoittivat selvästi, että tasapainoaistimme ja silmien hallinta muuttuvat olennaisesti painottomuudessa. Silmät ja tasapaino toimivat läheisesti toistensa kanssa täällä Maan päällä, mutta avaruuden olosuhteissa ne alkavat toimia vähitellen erikseen – mikä on täysin ymmärrettävää, koska tasapainoaisti ei voi käyttää enää painovoimaa suunnan määrittämiseen.

Itse asiassa tutkimuksen perusteella huomattiin, että ihmisen koko aisti- ja motorinen järjestelmä sekä tilanhahmotus käyttävät painovoimaa apunaan. Palattuaan takaisin avaruudesta Maahan, astronautilta kestää useita päiviä oppia käyttämään uudelleen painovoimaa hyväkseen referenssisuuntana.

Samalla kun insinöörit kehittivät laitetta avaruudessa käytettäväksi, he rakensivat siitä myös maanpäälisissä sovelluksissa toimivan version. Samalla he huomasivat, että samalla tekniikalla voisi olla käyttöä silmäleikkauksissa. Niissä potilaan silmän asennon määrittäminen tarkasti ja ilman lääkärin toimien häiritsemistä on hyvin tärkeää. Astronauttien käyttämä järjestelmä osoittautui ylivoimaiseksi.

”Suurimmassa osassa maailmassa tehtävistä silmien laserleikkauksista käytetään nyt tätä silmien asentoa määrittävää laitteistoa”, kertoo professori Clarke.

”Lisäksi tästä on kehitetty kevyempi, myynnissä oleva versio, jota käytetään monissa laboratorioissa Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa silmien asennon mittaamiseen.”

Tämä Tiedetuubin uusi blogi kertoo suomalaisesta näkökulmasta Euroopan avaruusjärjestö ESAn toiminnasta, sen tekemästä tutkimuksesta ja avaruuslennoista, joita ESA tekee ja joihin se osallistuu.

Blogin kirjoittajat ovat ESAssa työssä olevia suomalaisia sekä Tiedetuubin päätoimittaja Jari Mäkinen, joka on seurannut pitkään avaruusalaa.

Lukuisat suomalaiset ja suomalaisyhtiöt osallistuvat ESAn ohjelmiin, sen järjestämään koulutukseen, toimivat ESAssa harjoittelijoina ja ottavat osaa sen erilaisiin koululais- ja opiskelijakilpailuihin. Blogissa kerrotaan myös näistä.

Tässä blogissa asioita tarkastellaan ESAn näkökulmasta ja ESA tukee sen toimittamista, mutta yhteistyö ei vaikuta Tiedetuubissa julkaistaviin artikkeleihin ja niiden journalistiseen objektiivisuuteen – mikäli tästä on epäselvyyttä, siitä mainitaan kyseisessä artikkelissa. ESA-blogissa julkaistaan vastaisuudessa keskimäärin kaksi juttua viikossa ja osa niistä laitetaan myös Ursan Avaruustuubi-blogiin.

Blogit alkavat kuitenkin perusasioista: tässä ensimmäisessä kirjoituksessa kerrotaan itse ESAsta. Mikä ja millainen on tämä "Euroopan NASA"?

Kansainvälinen avaruusorganisaatio

Euroopan avaruusjärjestöön kuuluu 20 jäsenmaata, ja Suomi on yksi näistä. Suomi on ollut ESAn jäsen vuodesta 1995 alkaen, oltuaan järjestön liitännäisjäsen seitsemän vuoden ajan. ESA perustettiin vuonna 1975, jolloin 1960-luvulla perustetut järjestöt ELDO ja ESRO, eurooppalaisen kantoraketin kehittämiseen tähdännyt yhteistyöorganisaatio ja Euroopan avaruustutkimusjärjestö, yhdistettiin.

ESAn jäsenmaat ovat suurelta osin samoja kuin Euroopan unionin jäsenmaat, mutta kaikki EU-maat eivät ole ESAssa ja ESAan kuuluu myös EU:n ulkopuolisia maita. Vaikka ESAlla ja EUlla on paljon yhteistyötä ja ne toimivat molemmat eurooppalaisten hyväksi, ovat ne toisistaan erillään olevia organisaatioita.

Järjestön pääkonttori on Pariisissa, mutta varsinainen toiminta tapahtuu ympäri Eurooppaa: avaruustekniikkakeskuksessa ESTECissä Alankomaissa, avaruustähtitietiedekeskuksessa ESACissa Espanjassa, maanhavainnointikeskuksessa ESRINissä Italiassa sekä Saksassa sijaitsevissa avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa ja astronauttikeskuksessa EACssa.

Suomi ja avaruus

Monet suomalaiset yliopistot, tutkimuslaitokset ja yritykset osallistuvat avaruushankkeisiin tekemällä tekemällä avaruustutkimusta, rakentamalla avaruuslaitteita sekä kehittämällä uusia tapoja hyödyntää satelliittien tekemiä havaintoja ja tarjoamia palveluita.

Suomessa on korkeatasoista osaamista mm. kaukokartoitustiedon hyväksikäytössä, satelliittien sähköteknisten systeemien valmistamisessa, ohjelmoinnissa ja tieteellisten mittalaitteiden tekemisessä sekä niiden tuottamien tietojen tieteellisessä käsittelyssä. Uusien satelliittipaikannussovellusten kehittäminen on parhaillaan voimakkaassa kasvussa.

Suomen virallisen avaruusstrategian lähtökohtana ovat yhteiskunnalle syntyneet hyödyt ja suomalaisten yritysten kilpailukyvyn edistäminen. Satelliitit ja avaruustekniikka ovat hyvin hyödyllisiä Suomelle, joka on pinta-alaltaan laaja ja harvaan asuttu pohjoinen maa.

Valtaosa suomalaisten kansainvälisestä avaruusyhteistyöstä tapahtuu ESAn hankkeiden puitteissa, mutta Suomella on myös suoraa virallista yhteistyötä Euroopan ulkopuolisten maiden kanssa.

Suomessa ESA-yhteistyötä koordinoi Tekes.

Avaruustutkimusta

Eräs viime vuosien menestyksekkäimmistä ESAn tutkimussatelliiteista oli Hershcel-avaruusteleskooppi, jonka käyttöikä päättyi viime keväänä suunnitellusti, kun sen jäähdyttämiseen käytetty nestemäinen helium loppui. Infrapunavalon alueella maailmankaikkeutta ennätyksellisen tarkasti tutkineen teleskoopin suuri pääpeili oli hiottu Suomessa, Turun luona Opteon Oy:ssä. Peili oli 3,5 metriä halkaisijaltaan, joten Herschel oli suurempi kuin kuuluisa Hubblen avaruusteleskooppi.

Samalla kertaa Herschelin kanssa vuonna 2009 laukaistiin avaruuteen Planck-niminen satelliitti, joka havaitsee ns. taivaan taustasäteilyä. Mikroaaltojen taajuusalueella joka puolella taivasta tuleva säteily on ikään kuin kaiku maailmankaikkeuden alusta, Big Bangista, liki 14 miljardin vuodan takaa. Sen tutkiminen auttaa ymmärtämään miten maailmankaikkeus on kehittynyt ja kuinka alkuräjähdys oikein tapahtui.

Suomalaiset ovat olleet tiiviisti mukana tekemässä Planckia ja osallistuvat sen tieteelliseen työhön. Esimerkiksi Planckin ennätyksellisen herkät 70 GHz:n taajuusalueen mikroaaltovastaanottimien suunnittelusta ja rakentamisesta vastasivat VTT ja MilliLab, Ylinen Electronics Oy ja Metsähovin radiotutkimusasema. Tulitikkuaskin kokoisia vastaanottimia asennettiin satelliittiin kaikkiaan 12 kappaletta; jos niille laskee kilohinnan, noin 5 miljoonaa euroa per toimitettu kilogramma, on kyseessä varmasti Suomen vientiteollisuuden ennätys!

Planckin mikroaaltotekniikalla on runsaasti myös arkisia sovelluksia mm. tutkatekniikassa ja turvallisuustuotteissa.

Luotaimia Marsiin ja Venukseen

ESAlla on parhaillaan toiminnassa luotaimet Venuksen ja Marsin ympärillä. Mars Express on tutkinut punaista planeettaa jo liki kymmenen vuoden ajan ja sen sisaralus Venus Express on tehnyt havaintoja pilvien peittämän naapuriplaneettamme ympärillä vuodesta 2006.

Mars Express on kuvannut tarkalla stereokamerallaan planeetan pinnan geologisia muodostelmia, mitannut Marsin ohutta kaasukehää, sondannut sen pinnan alle tutkalla ja avustanut yhteydenpidossa NASAn Mars-kulkijoiden ja Maan välillä.

Venus Express puolestaan havaitsee Venuksen kaasukehää sekä monimutkaista pilvipeitettä, jonka läpi se voi myös nähdä ajoittain aina planeetan pinnalle saakka. Erityisen kiinnostavia ovat olleet luotaimet lähettämät tiedot Venuksen etelänavan päällä olevasta myrskykeskuksesta, joka näyttää paikallaan pysyvältä, jättimäiseltä pyörremyrskyltä.

Luotaimen Venuksen kaasukehästä tekemät löydöt auttavat myös ymmärtämään kasvihuoneilmiön toimintaa ja tarjoavat hyvän vertailukohdan maapalloon, joka on lähes saman kokoinen kuin Venus.

Komeettaluotain Rosetta

Jännittävin meneillään oleva ESAn tutkimuslento on Rosetta, joka on taivaltanut avaruudessa jo vuodesta 2004 pitkällä matkallaan kohti komeettaa nimeltä 67 P/Churyumov-Gerasimenko. Rosetta kohtaa sen ensi vuonna kaukana avaruudessa, asettuu kiertämään komeettaa, lähettää sen pinnalle pienen laskeutujan ja jatkaa komeetan toiminnan tarkkailua sen lähestyessä Aurinkoa radallaan. Rosetta tulee näkemään kun kuollut komeetanydin muuttuu hurjasti kaasua syökseväksi pyrstötähdeksi.

Rosetta on myös suomalaisittain erittäin kiinnostava, sillä Patria on tehnyt sen rungon ja mm. Ilmatieteen laitos on osallistunut laskeutujan monien mittalaitteiden sekä tietokoneosien tekemiseen.

Maan ilmasto ja ympäristö

Omalla planeetallamme on myös tärkeä osa ESAn toiminnassa. Maan havainnointi avaruudesta eri menetelmin tuottaa enemmän ja kattavampaa tietoa maapallon ympäristöstä ja ilmastosta mitä pystyttäisiin saamaan millään muulla tavalla. Satelliitit tutkivat jatkuvasti mm. ilmakehää, meriä, maa-alueita, jäätiköitä ja biomassaa.

Earth Explorers, "Maan tutkijat", on pienten tutkimussatelliittien sarja, joiden päähuomio on ilmasto ja ympäristö. Cryosat-satelliitti havaitsee jääalueita, jäätä ja jäätiköitä mittaamalla hyvin tarkasti merissä kelluvan että jäätiköissä olevan jään paksuuden muutoksia. SMOS tarkkailee meriä ja etenkin niiden suolapitoisuutta. GOCE kartoittaa puolestaan maapallon painovoimakenttää ja siten sen tarkkaa muotoa hyvin tarkasti. Nämä vaikuttavat suoraan mm. merivirtoihin.

Tulevista satelliiteista ADM-Aeolus tulee tutkimaan maapallon tuulia, Swarm keskittyy Maan magneettikentän mittaamiseen ja EarthCARE:n kiikarissa ovat pilvet, ilmakehän aerosolit ja maapallon säteilytasapaino.

Kaikissa näistä on mukana myös suomalaista tekniikkaa ja osaamista. Suomalaistutkijat käyttävät myös hyväkseen niiden havaintoja työssään.

Sentinel-satelliitit

ESAn Sentinel-ohjelman satelliitit ovat pieniä, uutta tekniikkaa hyödyntäviä satelliitteja, jotka havaitsevat maata, meriä ja ilmakehää monin erilaisin tutka- ja kuvantamistekniikoin. Kaikkiaan kuusi Sentineliä on suunnitteilla ja niistä ensimmäinen, tutkasatelliitti Sentinel-1, laukaistaan Maata kiertävälle radalle tämän vuoden lopussa.

Sääsatelliitit

ESA ja Euroopan sääsatelliittijärjestö EUMETSAT ovat valmistaneet, laukaisseet ja operoineet sääsatelliitteja jo 1970-luvun puolivälistä. Meteosat-satelliiteista on jo kolmas sukupolvi kiertoradalla, ja näiden geostationaariradalta koko ajan Eurooppaa valvovien silmien lisäksi uuden sukupolven sääsatelliitti MetOp laukaistiin vuonna 2006 kiertämään Maata napojen kautta kulkevalla kiertoradalla. Sieltä MetOp pystyy havaitsemaan koko maapallon pintaa monilla mittalaitteillaan ja kameroillaan.

Satelliittipaikannus ja Galileo

Nykyaikainen yhteiskunta luottaa joka puolella satelliittipaikannukseen ja sitä käyttävät sovellukset lisääntyvät koko ajan. Koska paikannus vaatii erittäin tarkkaa ajan mittaamista, on satelliittinavigointisignaalissa atomikellon tarkkuudella oikea aika, joten tätä taivaalta tulevaa erittäin tarkkaa aikasignaalia hyödynnetään myös yhä enemmän.

ESAn ja EU:n yhteinen Galileo-satelliittinavigaatiosysteemi on parhaillaan rakenteilla ja sen kaikki 30 satelliittia on tarkoitus saada paikoilleen vuoteen 2019 mennessä. Systeemi on GPS-järjestelmään verrattuna tarkempi ja parempi erityisesti pohjoisilla alueilla, koska sen satelliitit nousevat radoillaan korkeammalle pohjoisella taivaalla.

Kantoraketit ja miehitetyt avaruuslennot

ESAlla on oma rakettien laukaisutukikohta Etelä-Amerikassa, lähellä päiväntasaajaa Atlantin rannalla sijaitsevassa Ranskan Guianassa. Kouroun avaruussatamasta laukaistaan eurooppalaisten Ariane- ja Vega-kantorakettien lisäksi venäläisiä Sojuz-raketteja.

Suuri osa maailman kaupallisista satelliittilaukaisuista tehdään Ariane-raketeilla ja nykyinen Ariane 5 kykenee viemään geostationaariradalle kerralla kaksi täysikokoista satelliittia. Se pystyy myös laukaisemaan luotaimia kohti toisia planeettoja sekä nostamaan esimerkiksi 20 tonnia massaltaan olevan ATV-rahtialuksen kohti Kansainvälistä avaruusasemaa.

Miehittämätön rahtialus ATV on osa ESAn osallistumista Kansainvälisen avaruusaseman toimintaan. Monet aseman osista on tehty Euroopassa ja siihen on liitetty ESAn oma laboratoriomoduli Columbus.

ESAlla on oma avaruuslentäjäryhmänsä, missä on nykyisin kuusi aktiivista jäsentä. Näistä yksi on pohjoismaista: tanskalainen Andreas Mogensen tulee lentämään avaruusasemalle vuonna 2015. Ensimmäinen pohjoismaalainen avaruuslentäjä oli ruotsalainen Christer Fuglesang, joka valittiin vuonna 1992 ESAn astronautiksi ja hän teki kaksi lentoa avaruuteen.