aalto

Tiedetuubin klubi Metsähovissa

To, 02/11/2016 - 16:01 Markus Hotakainen
Metsähovin radioteleskooppi

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.

Gravimetri

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!

100% hiilinanoputkinen mikropiiri

Ti, 09/10/2013 - 10:45 Toimitus
Hiilinanoputkia

Aalto-yliopiston ja japanilaisen Nagoyan yliopiston tutkijat ovat onnistuneet valmistamaan maailman ensimmäiset täysin hiilinanoputkista koostuvat integroidut piirit, joissa kanavatransistorit ja signaalireitit perustuvat yksinomaan hiilinanoputkiin.

Professori Esko Kauppisen johtama tutkimysryhmä on käyttänyt hiilinanoputkia myös integroitujen piirien kontakti- ja johdinmateriaalina sekä akryylipohjaista eristemateriaalia kanavaeristeenä tavanomaisen oksidikalvon sijasta.

Kun piirit on vielä tehty kätevälle ja kestävälle muovipinnalle, joka on lisäksi taipuisaa. Muovialusta on myös läpinäkyvä, joten kun hiilinanoputkinen elektroniikka pystyy siirtämään sähköä paljon perinteistä elektroniikkaa paremmin, voivat uudenlaiset integroidut piirit olla taipuisia, läpinäkyviä ja hyvin suorityskykyisiä.

Integroidut hiilinanoputkipiirit voidaan myös lämpömuovata lähes mielivaltaiseen 3-ulotteiseen muotoon, mikä mahdollistaa sähköisten laitteiden sulauttamisen muovisiin tuotteisiin. Näin voidaan valmistaa esimerkiksi sähköisin toiminnallisuuksin varustettuja design-muovituotteita.

Eräs perinteisen elektroniikan hankaluuksista on ollut se, että ne pohjaavat lähes kokonaan piihin ja vastaaviin puolijohdemateriaaleihin, jotka ovat jäykkiä, hauraita ja siten huonosti muovattavissa.

Tutkimusta ovat rahoittaneet Japanin tieteenedistämisseura (JSPS), Japanin tiede- ja teknologiavirasto (JST) sekä Aalto-yliopiston MIDE- ja AEF-ohjelmat sekä Suomen Akatemia.

Suomalais-japanilaisen tutkimuksen tulokset julkaistiin elokuussa Nature Communications -lehdessä ilmestyneessä artikkelissa Mouldable all-carbon integrated circuits. Tämä teksti perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen.

Muovielektroniikkka oli ehdolla myös vuoden 2010 Millennium-palkinnoksi, kun Cambridgen yliopiston proferssori Richard Friend oli ehdolla palkinnon saajaksi. Asiasta enemmän on hänen työstään kertovassa, alle liitetyssä videossa.

Verisuonia 3D-tulostimella

To, 05/02/2013 - 15:04 Toimitus
3D-tulostettu verisuoni, Kuva: Aalto

3D-tulostus kehittyy kovaa vauhtia ja siitä puhutaan – aiheestakin – joka puolella, koska sillä on suuret mahdollisuudet. Tekniikalla voi pian myös tulostaa verisuonia ja kudoksia ihmisille.

Aalto-yliopiston Kemian tekniikan korkeakoulu ja BIT-tutkimuskeskus ovat mukana tutkimuksessa, jonka tavoitteena valmistaa verisuonitettua keinoihoa 3D-tulostimilla. Ensisijaisesti keinoihoa on tarkoitus käyttää apuna farmasia- ja kosmetiikkateollisuudessa korvaamaan eläinkokeita, mutta sen avulla voidaan myös kasvattaa ihoa palovammojen ja niistä aiheutuneiden traumojen hoitoihin.

Keinokudokset koostuvat polymeereistä, ja tavoitteena on kehittää mahdollisimman lähelle ihon ominaisuuksia ja koostumusta olevia biopolymeerejä. Hankalinta on saada materiaalihin juuri halutunlaiset ominaisuudet, koska samalla niiden tulee olla nestemäisiä tai helposti nesteytyviä ja myös nopeasti kovettuvia, jotta niitä voitaisiin käyttää 3D-tulostimissa raaka-aineena. Lisäksi niistä valmistetun kudoksen on oltava elastinen ja sovelluttava elimistöön.

Aalto-yliopistossa materiaaleja koskevan työpaketin vetäjä on akatemiaprofessori Jukka Seppälä.

Tutkimuksessa on mukana myös Minna Malin biotekniikan ja kemian tekniikan laitokselta. "Kehitettävät materiaalit jaetaan kolmeen pääryhmään, joita ovat valon vaikutuksesta kovettuvat polymeerit, lämmön tai paineen avulla työstettävät termoplastit sekä hydrogeelit", kertoo Malin. "Jokaisella on oma roolinsa suunnitellussa kudosmallissa."

Aalto-yliopiston BIT-tutkimuskeskuksessa valmistetaan polymeeristä alkuperäisiä kudoksia tai verisuonia muistuttava kudosmalli 3D-tulostustekniikalla. Halkaisijaltaan sata mikrometriä olevat suonet tehdään periaatteessa yksinkertaisella mustesuihkutekniikalla ja sitä pienemmät hiussuonet korkean resoluution kaksifotonilaser-tekniikalla.

Sen jälkeen verisuonirakenne ympäröidään hydrogeelillä ja nanokuiduista muodostetulla verkkorakenteella, jotka toimivat erityyppisten solujen kasvualustoina. Hienovarainen ja vaikeasti toteuttettava versiuonirakenne on tärkeää, jotta keinoiho saa ravinteita ja voi hoitaa aineenvaihduntansa normaalin ihon tapaan.

BIT-tutkimuskeskuksessa työtä vetää keskuksen johtaja Jouni Partanen, joka on maailman johtavia 3D-tekniikoiden kehittäjiä.

Keinokudosten 3D-tulostushanke on alkanut vuonna 2011 ja sen on määrä päättyä lokakuussa 2015. Monitieteellisessä hankkeessa on mukana kaikkiaan 16 osapuolta Euroopasta. Aalto-yliopisto osallistuu yhteensä viiteen projektiin kuuluvaan työpakettiin. Aalto-yliopiston suurin rooli on uusien materiaalien kehittämisessä, karakterisoinnissa ja suonimallitiedostojen luomisessa.

Projekti kuuluu ArtiVasc 3D -nimiseen tutkimusohjelmaan, joka on osa EU:n 7. puiteohjelmaa.

Juttu perustuu Aalto-yliopiston tiedoteeseen Keinotekoisia verisuonia ja kudoksia 3D-tulostimen avulla.

Nanoaurinkokennojen hyötysuhde-ennätys Suomeen

Ke, 04/03/2013 - 23:03 Toimitus

Aalto-yliopiston tutkijat ovat saavuttaneet korkeimman nanorakenteisille aurinkokennoille koskaan raportoidun 18,7% hyötysuhteen, ja tutkijaryhmä uskoo, että he voivat rikkoa pian 20%:n maagisen rajan.

Ennätysaurinkopaneelit ovat nanorakenteisia aurinkokennoja, joiden pinta on mustaa piitä. Siitä tehty pinta heijastaa valoa hyvin vähän, joten suurempi osa auringon säteilystä saadaan hyödynnettyä.

Pintojen ns. passivointi, eli heijastuskyvyn heikentäminen nanorakenteissa on hyvin haastavaa. Tutkijaryhmä onnistui siinä rakentamalla tyhjökammiossa piin pinnalle atomikerroksia säilyttäen samalla piin pinnan erinomaiset rakenteelliset optiset ominaisuudet.

Edellisen 18,2 % hyötysuhde-ennätyksen haltija, Yhdysvaltain energiaministeriön alaisen uusiutuvien energiamuotojen laboratorio (National Renewable Energy Laboratory, NREL) oli käyttänyt passivointikerroksena termistä piidioksidia, eli hieman yksinkertaisempaa pinnoitusmenetelmää.

Aalto-yliopiston tutkijat saavuttivat uuden ennätyksen yhdessä saksalaisen Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems -tutkimuslaitoksen kanssa. Suomalaisryhmää on johtanut apulaisprofessori Hele Savin Aalto-yliopistosta.

Tutkijat esittelivät tuloksensa viime viikolla SiliconPV-konferenssissa (3rd International Conference on Crystalline Silicon Photovoltaics) pidetyssä esitelmässä “Passivation of Black Silicon Boron Emitters with ALD Al2O3”. Tutkimuksen tekijät ovat Päivikki Repo, Jan Benick ,Ville Vähänissi, Guillaume von Gastrow, Jonas Schön, Bernd Steinhauser, Martin C. Schubert ja Hele Savin.

Artikkeli perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen Suomalaistutkijoille nanorakenteisen aurinkokennon hyötysuhteen maailmanennätys.

Kuva: Dennis Schroeder / NREL

Lähes täydellinen maailmankaikkeus?

To, 03/21/2013 - 17:27 Toimitus

Tätä päivää on odotettu: Planck-satelliitin havainnoista tehty kartta kosmisesta taustasäteilystä julkistettiin. Suomalaiset tutkijat ja teollisuus ovat mukana tässä perimmäisten kysymysten äärille menevässä Euroopan avaruusjärjestön hankkeessa.

Planck-avaruusteleskoopin 15,5 kuukauden aikana tekemiin mittauksiin perustuva kartta nuoresta maailmankaikkeudesta on ikään kuin kuva alkuräjähdyksestä. Täsmälleen ottaen se on kuva kaikkialta tähtitaivaalta tulevasta säteilystä, joka on universumimme vanhinta valoa, joka syntyi kun maailmankaikkeus oli vain 380 000 vuoden ikäinen. Avaruuden täytti silloin tähtien ja galaksien sijaan kuuma protonien, elektronien ja fotonien puuro, jonka lämpötila oli 2700 celsiusastetta. Kun protonit ja elektronit yhdistyivät vetyatomeiksi, valo pääsi kulkemaan vapaasti. Se on muuttunut avaruuden laajentuessa mikroaaltosäteilyksi, jonka lämpötila on nyt vain 2,7 astetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella.

Koska nyt tämä säteily näyttää tulevan joka puolelta taivasta, kutsutaan sitä myös taivaan taustasäteilyksi tai kolmen kelvinin säteilyksi, koska 2,7 astetta nollan yläpuolella on liki kolme kelviniä.

Kiinnostavinta tässä kartassa ovat pienenpienet vaihtelut, lievästi kuumemmat ja kylmemmät kohdat, jotka kertovat varhaisen maailmankaikkeuden rakenteesta. Kosmologian standardimallin mukaan nämä tiheysvaihtelut syntyivät alkuräjähdyksen alkuvaiheessa satunnaisina värähtelyinä ja laajenivat tähtitieteelliseen mittaan inflaatioksi kutsutussa lyhytaikaisessa, mutta rajussa kiihtyvän laajenemisen vaiheessa. Sittemmin nämä pienet eroavaisuudet saivat aikaan suuria maailmankaikkeuden rakenteita, joita voidaan nyt havaita mm. galaksijoukkoina, galakseina ja jopa yksittäisinä tähtinä.

Taivaan taustasäteilyä on kartoitettu aikaisemminkin, mutta tänään julkaistu kuva on huomattavasti aikaisempia mittauksia tarkempi. Julkaistu kartta on lähes täydellisessä sopusoinnussa maailmankaikkeuden rakennetta kuvaavan kosmologian standardimallin kanssa, mutta tutkijoiden harmiksi siinä on muutamia kummallisuuksia.

Viisi kosmista vakiota

Sinällään malli on yksinkertainen, sillä siinä kaikkeuden kuvaamiseen tarvitaan vain viisi lukua, joita kutsutaan kosmologisiksi parametreiksi. Uusi kartta määrittää nämä perusluvut aiempaa tarkemmin.

Ensimmäiset kolme lukua tulevat siitä, mikä on arviomme maailmankaikkeuden koostumuksesta: Planckin tuoreiden tietojen mukaan tavallista ainetta, josta tähdet ja galaksit muodostuvat, on 4,9 % maailmankaikkeuden aine- ja energiatiheydestä. Pimeää ainetta, jonka toistaiseksi pystymme havaitsemaan vain sen painovoiman vaikutuksesta, on 26,8 %, eli liki viidennes enemmän kuin aiemmin arvioitiin.

Vastaavasti pimeää energiaa, toistaiseksi varsin tuntematonta voimakenttää, jonka uskotaan olevan vastuussa universumin laajenemisen nykyisestä kiihtymisestä, on aiempaa arvioitua vähemmän.

Niin sanottu Hubblen vakio, maailmankaikkeuden nykyinen laajenemisnopeus, ei sen sijaan ole kosmologinen vakio, koska se määräytyy aineen kokonaismäärästä ja avaruuden geometriasta. Se oletetaan nykyisessä standardimallissa keskimäärin laakeaksi siten, että paikallista avaruuden kaarevuutta on eri suuntiin keskimäärin yhtä paljon. Näin ollen kaarevuutta ei havaita suuressa mittakaavassa.

Hubblen vakio näyttää nyt olevan jonkin verran pienempi kuin on laskettu aiemmin: 67,15 kilometriä sekunnissa megaparsekia kohden. Parsek on tähtitieteestä käytetty pituusyksikkö, pituudeltaan 3,2616 valovuotta.

Tästä voidaan edelleen laskea maailmankaikkeuden ikä, joka näin ollen on aiemmin arvioitua hieman suurempi, 13,82 miljardia vuotta.

Kaksi viimeistä kosmologista vakiota ovat alkuperäisten tiheysvaihteluiden voimakkuus sekä indeksi, joka kuvaa sitä, miten tiheysvaihteluiden voimakkuus riippuu etäisyysskaalasta.

Näiden tiheysvaihteluiden uskotaan syntyneen alkuräjähdyksen inflaatiovaiheessa eli juuri niihin aikoihin, kun Planckin havaitsema säteily lähti liikkeelle. Osa lukuisista inflaatiota kuvaavista teorioista tuottaa myös gravitaatioaalloiksi kutsuttuja avaruuden värähtelyjä, jotka voivat näkyä kosmisessa taustasäteilyssä. Planckin tiedoista odotettiin vahvistusta myös gravitaatioaaltojen olemassaololle, mutta niitä ei havaittu: tämäkin tosin on hyvin kiinnostava tieto.

Anomalioita?

Tuore taustasäteilykartta on myös osittain ristiriidassa nykyisen kosmologian standardimallin kanssa, sillä sen mukaan lämpötilanvaihteluiden pitäisi olla samanlaisia kaikkialla, mutta Planckin mukaan ne ovat toisella puolella taivasta voimakkaampia kuin toisella. Taivaalla on siis suuri liian kylmä alue.

Näitä outouksia havaittiin jo aikaisemmin, mutta niiden oletettiin olevan virhehavaintoja. Koska nyt Planck kertoo samaa – ja vielä selvemmin – on kyse selvästi aidosta ja oikeasta havainnosta. Siksi näille poikkeamille pitää nyt löytää selitys, joka liittyy maailmankaikkeuden ominaisuuksiin kaikista suurimmilla etäisyysskaaloilla.

Eräs mahdollisista selityksistä on se, että säteily ei tulekaan suoraan havaittavaksemme maailmankaikkeuden alusta, vaan eri puolilta taivasta tuleva säteily olisi tullut erilaista tietä.

“Tarkoituksemme on luonnollisesti rakentaa sellainen uusi teoria, että se ennustaa hyvin havaitut anomaliat ja yhdistää ne muihin havaintoihin”, sanoo George Efstathiou, Planck-hankkeessa alusta alkaen mukana ollut kosmologi Cambridgen yliopistosta. “Mutta emme tiedä vielä miten se onnistuu ja kuinka paljon tarvitsemme aivan uutta fysiikkaa. Tämä on erittäin kiinnostavaa!”

Kuin suuri lämpömittari

Taivaan taustasäteilyn mittaaminen on periaatteessa yksinkertaista, sillä siihen tarvitaan vain erittäin tarkka vastaanotin. Se mittaa joka puolelta taivasta kunkin taivaankohdan lähettämän taustasäteilyn aallonpituuden. Tämä puolestaan vastaa tietyssä lämpötilassa olevaa mustaa kappaletta, joten tuloksena on ikään kuin koko taivaan lämpötilakartta.

Käytännössä mittaaminen on sitä hankalampaa, mitä tarkemmin mittaus halutaan tehdä. Siksi vastaanottimet ja niihin taivaalta säteilyä keräävät peilit suojataan hyvin ja itse vastaanottimet jäähdytetään hyvin alhaiseen lämpötilaan, Planckin tapauksessa 100 millikelvinin lämpötilaan.

Yhden vastaanottimen sijaan Planckissa on koko joukko vastaanottimia, jotka on jaettu kahteen päähavaintolaitteeseen. Ne on nimetty mielikuvituksellisesti lyhenteillä LFI ja HFI, eli Low Frequency Instrument (matalataajuushavaintolaite) ja High Frequency Instrument (korkeataajuushavaintolaite).

Mikroaaltosäteilyä kerätään taivaalta puolitoistametrisellä lautasantennilla, jota tosin pintatarkkuutensa puolesta voisi kutsua myös peiliksi. Se heijastaa säteet apupeiliin, joka suuntaa ne polttopisteeseen kerättyyn aaltoputkien patteriin. Mikroaaltovastaanottimissa antennin virkaa hoitavat aaltoputket, pieniltä torvilta näyttävät metallisuppilot, jotka on asetettu urkupillien tapaan sisäkkäisiin kehiin peilin polttopisteeseen.

Kunkin putken takana on vahvistin, mistä signaali johdetaan noin metrin pituisilla aaltoputkilla ns. takapäähän, missä se jälleen vahvistetaan, integroidaan, digitoidaan ja sitä verrataan tarkasti tunnettuun neljän kelvinin vertailusignaaliin. Kun vertailusignaalista vähennetään taivaalta saatu signaali, on tulos taivaan lämpötila. Se lähetetään Maahan tutkimuksia varten. Havaittavat mikroaaltotaajuudet kattavat alueen 25 GHz:stä aina tuhanteen gigahertsiin.

Kun Planck on lopulta avaruudessa akselinsa ympäri pyöriessään ja hitaasti kääntyessään saanut skannattua koko taivaan, on tuloksena sellaisenaan täysin käyttökelvoton kartta. Heikkoon taustasäteilysignaaliin on sekoittunut kaikkien avaruudessa olevien kappaleiden lähettämää mikroaaltosäteilyä, joten kartasta pitää siivota pois tähtien, planeettojen, komeettojen, kaasusumujen, galaksien ja muiden fysikaalisten otusten lähettämä mikroaaltosäteily. Niistä kiinnostuneille tähtitieteilijöille Planckin havainnoista on myös iloa, mutta kosmologi odottaa eteensä tietoa kaiken roskan alta paljastuvasta heikosta kuviosta.

Taustasäteily on niin heikkoa, että laskennallisesti Planck saa toimia 2,5 miljoonaa vuotta saadakseen havaittua saman energian kuin tavallinen 60 watin lamppu lähettää ympärilleen palaessaan sekunnin.

Käytännössä kuitenkin Planck toiminee enää tämän vuoden elokuuhun asti, jolloin koossa on neljän vuoden havaintoaineisto. Sitä parempia tuloksia ei oletettavasti saada, vaikka lentoa jatkettaisiin, joten Planck laitetaan silloin eläkkeelle (siis sammutetaan).

Seuraavan kerran Planckin tuloksia on tarkoitus julkaista vuonna 2014. Tällöin odotetaan tuloksia myös taustasäteilyn polarisaatiosta, jossa inflaation tuottamat gravitaatioaallot näkyisivät erityisen hyvin. Ainakin toivottavasti.

Suomi voimakkaasti mukana

Planckin matalataajuusinstrumentin tulitikkuaskin kokoiset 70 GHz:n vastaanottimet, joita satelliitissa on kaikkiaan 12 kappaletta, on tehty Suomessa. Niiden suunnittelusta ja rakentamisesta ovat vastanneet VTT Tietotekniikan MilliLab, Ylinen Electronics Oy (nykyinen DA-Design Oy) ja Aalto-yliopiston Metsähovin radiotutkimusasema.

Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen kosmologian tutkimusryhmä on keskeisissä tehtävissä puolestaan saatujen tietojen käsittelyssä, sillä heidän tehtävänään on koostaa havainnoista säteilyn eri aallonpituuksia vastaavia taivaan karttoja. Kartat laaditaan ensin erikseen kullekin Planckin yhdeksästä taajuuskaistasta. Kosmisen taustasäteilyn kartta saadaan yhdistämällä nämä yhdeksän karttaa siten, että muiden mikroaaltolähteiden, kuten oman galaksimme säteilyn, vaikutus saadaan poistettua. Akatemiatutkija Elina Keihänen opiskelijoineen on vastannut kolmen alimman taajuuskaistan karttojen laatimisesta. Ryhmä osallistui myös kosmologisten parametrien määrittämiseen taustasäteilykartasta. Tutkijatohtori Jussi Väliviita opiskelijoineen keskittyi isokurvatuurimalleihin.

Suomessa Planckin tietoja käytetään tutkimuksessa hyväksi myös Tuorlan Observatoriossa sekä Metsähovin radiotutkimusasemalla.

Katso video kartan julkistustilaisuudesta täältä: Planck's Cosmic Microwave Background map Media Briefing.

Aalto on the Move -näyttely

La, 03/02/2013 - 17:00 Toimitus

100 aaltolaista matkaa Trans-Siperian junalla Kiinaan. Sitten risteilyaluksella Brasiliaan ja Aalto in Africa -projekti. Jännittävää maailmanmatkailua on tiedossa Aalto on the Move -näyttelyssä 05.-28.03.2013.

Aalto Media Factory Galleryssä (Hämeentie 135 A, Arabia) maanantaina 5. maaliskuuta avattava näyttely kokoaa yhteen Aalto on Tracks, Aalto on Waves ja Aalto in Africa -hankkeiden hedelmiä. Näyttely koostuu Timo Idänheimon ja Tuure Laurinollin valokuvista, Jyri Tuuloksen julisteista sekä Anna Bergin, Dmitri Pailen ja Johannes Söderströmin ohjaamista videoista. Näyttely on Aalto Media Factoryn tuottama.

Fotoneita virtuaalihiukkasista

Ti, 02/21/2012 - 19:10 Toimitus

Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat onnistuivat luomaan tyhjön kohinan virtuaalihiukkasista todellisia hiukkasia, kokeellisesti havaittavissa olevia fotoneita. Tyhjöllä näyttää olevan ominaisuuksia, joita ei ole aiemmin havaittu.

Kvanttimekaniikan lakien mukaisesti tyhjiö on kaikkea muuta kuin tyhjä: siellä on eräänlaista kohinaa, joka voidaan tulkita kvanttimekaniikan epätarkkuusperiaatteen mukaisesti energiaksi. Tässä tyhjiön kohinassa on hetkessä syntyvien ja kuolevien hiukkasten virtuaalisia pareja, jotka voidaan muuttaa havaittaviksi valohiukkasiksi.

PNAS-tiedelehdessä juuri julkaistussa artikkelissa Aallon ja VTT:n tutkijat kuvataan, miten hiukkaset saavaan ilmestymään tyhjästä peilikokeen avulla. Muuttamalla tyhjiössä olevan peilin paikkaa nopeasti, virtuaalihiukkaset saadaan muutettua todellisiksi, kokeellisesti havaittaviksi fotoneiksi.

"Jos toimimme riittävän nopeasti, voimme estää virtuaalihiukkasia yhdistymästä. Tällöin ne muuttuvat todellisiksi hiukkasiksi, jotka voidaan havaita", sanoo tohtori Sorin Paraoanu Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulusta.

Kokeessa tutkijat käyttivät suprajohtavien kvantti-interferenssilaitteiden (SQUID) ketjua. Nämä osat muistuttavat aivojen pienten magneettikenttien kuvantamiseen käytettäviä laitteita. Muuttamalla niiden läpi kulkevaa magneettikenttää, voidaan laitteen läpi kulkevan valon nopeutta muuttaa. Tyhjiön sähkömagneettisen kentän näkökulmasta katsottuna tällaisesta laitteesta heijastuva säteily näkee liikkuvan peilin.

"Vaihtelemalla nopeasti ketjun valon nopeutta voimme synnyttää mikroaaltofotoneja tyhjiön kvanttikohinasta", selittää tohtorikoulutettava Pasi Lähteenmäki.

Kvanttifysiikan ja -mekaniikan tutkimuksen tulevia kehitysnäkymiä ovat muun muassa keinotekoisen tapahtumahorisontin tuottaminen ja siitä lähtevän Hawkingin säteilyn havaitseminen suprajohtavissa piireissä. Nyt tehty havainto auttaa kosmologeja pääsemään hieman lähemmäs maailmankaikkeuden synnyn saloja ja edistää äärimmäisen tehokkaiden kvanttitietokoneiden kehittämistä.

Juttu perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen.

Tagit