EISCAT

Viime viikon perjantaina ja lauantaina (8. ja 9.12.2023) Tromssassa oleva ionosfäärikuumennin laitettiin päälle ja 200 kilometrin korkeuteen muodostui keinotekoisia revontulia. Mistä oikein oli kyse ja miksi näin tehtiin?

Revontulitalo Tromssassa ja Kristian Birkeland.

Sata vuotta sitten eriskummallinen norjalaisfyysikko Kristian Birkeland käkki mökissään Haldde -vuoren huipulla.

Poromiehet olivat kertoneet hänelle, että revontulia voi koskettaa käsillään. Birkeland ei onnistunut saamaan niitä käsiinsä, mutta hän keräsi talvisen taivaan valoista paljon lisätietoa.

Hän selitti miten revontulet syntyvät ja kehitti laitteen, jonka avulla niitä pystyttiin tekemään Maan päällä.

Norjan pohjoisosiin sijoittuva tarina revontulitutkimuksen historiasta on kiinnostava ja jännittävä. Siinä tehdään paitsi tiedettä, niin myös työnnetään lastenvaunuja 900 metrin korkeudessa, vedetään nenästä Natsi-Saksan sotilaita ja ihmetellään liikkuvia valopisteitä puutappien avulla kasatun hirsimökin sisällä.

Yhä edelleen samoilla seuduilla katsotaan taivaalle, mutta nyt pelkkien revontulten seuraamisen sijaan tavoitteena on ymmärtää avaruussäätä sekä sen oikkuja.

Oppaana Yle Tieteen Tiedeykkönen -ohjelmassa on revontulitutkimuksen historiaan toimii Tromssan yliopiston "Revontulitalon" johtaja Per-Helge Nylund ja toimittajana tarinaa ihmettelee Jari Mäkinen.

Kuuntele ohjelma Yle Areenassa.

Lue lisää Vilua, värähdyksiä, vakoilijoita observatoriolla - näin selvitettiin revontulten salaisuus

Kauan suunnitellun ja vielä pitempään haaveillun uuden EISCAT-tutkan rakentaminen alkaa viimein! Tämän EISCAT_3D -sirontatutkan avulla saadaan uutta tietoa siitä, miten aurinkomyrskyt ja avaruussää vaikuttavat arktisen alueen ilmakehään.

Tämä video (tuotanto: FFAB) kertoo siitä tarkemmin.

EISCAT on 1975 perustettu ja vuonna 1981 toimintansa aloittanut tutkimushanke, joka käyttää kolmea erilaista tutkasysteemiä Suomessa, Norjassa ja Ruotsissa ionosfäärin ja magnetosfäärin tutkimiseen. Nykyisin EISCATin (European Incoherent Scatter Scientific Association) jäseniä ovat Norja, Ruotsi, Suomi, Iso-Britannia, Japani ja Kiina.

Kyseessä on eräänlainen laajalle alueelle levittäytynyt tutka: Tromsassa oleva antenni lähettää lähiavaruuteen säteilyä, joka heijastuu ja siroaa ionosfääristä ja tätä takaisin päin tulevaa säteilyä otetaan vastaan Kiirunassa, Sodankylässä ja Huippuvuorilla olevilla maa-asemilla.

Laitteistoja on parannettu olennaisesti 1980-luvun jälkeen, mutta 2000-luvun alusta alkaen on pohdittu suurempaa harppausta eteenpäin. Nimensä mukaisesti EISCAT_3D pystyy havaitsemaan ilmakehän ja avaruuden välimaastoa kolmiulotteisesti.

EISCAT_3D-tutkajärjestelmään kuuluu kolme asemaa Pohjois-Skandinaviassa: lähetin-vastaanotin Skibotnissa Norjassa sekä vastaanottimet lähellä Kaaresuvantoa Suomessa ja lähellä Kiirunaa Ruotsissa.

Skibotnin suurteholähettimen teho on viisi megawattia ja kukin asema sisältää noin 10 000 antennia. Hankkeen kokonaisbudjetti on 70 miljoonaa euroa ja projekti alkaa syyskuun 2017 alussa. Asemien valmistelutyöt alkavat kesällä 2018 ja tutkajärjestelmän arvioidaan olevan käytössä vuonna 2021.

EISCAT_3D -lähettimessä on 109 kuusikulmaista antenniryhmää, joista jokainen sisältää 91 antennielementtiä. Antennikentän halkaisija on noin 70 m.

EISCAT_3D:stä tulee maailman edistyksellisin sirontatutka, joka yhdessä nykyisen Huippuvuorten EISCAT-tutkan kanssa toimii ikkunana arktisen alueen yläilmakehään ja lähiavaruuteen.

Toteutuksessa käytetään uusinta digitaalista ja analogista tekniikkaa, jolla ylemmästä ilmakehästä saadaan kolmiulotteinen kuva. Vaiheistetut signaalit yhdistetään elektronisesti, ja näin tutka voi mitata jopa sataan eri suuntaan kunakin ajanhetkenä.

EISCAT_3D:n avulla voidaan tutkia sitä, miten avaruudesta peräisin olevat suurienergiset hiukkaset ja sähkövirrat vaikuttavat ilmakehän eri osissa, sekä avaruussäähäiriöiden vaikutusta teknologisiin järjestelmiin, kuten satelliitteihin, satelliittipaikannukseen ja sähkönjakeluverkkoihin. EISCAT_3D-tutkan avulla voidaan tutkia myös revontulia, jotka esiintyvät ylemmässä ilmakehässä noin sadan kilometrin korkeudella

EISCAT_3D-tutkajärjestelmän asemien sijainnit kartalla: lähetin-vastaanotin Norjassa ja vastaanotinasemat Suomessa ja Ruotsissa.

EISCAT_3D:tä on suunniteltu useissa EU-rahoitteisissa projekteissa viimeisten kymmenen vuoden aikana. Suomen Akatemia rahoittaa investoinnista 12,8 miljoonaa euroa.

Suomessa EISCAT_3D-hanketta koordinoi Oulun yliopisto ja sen yhteydessä toimiva Sodankylän geofysiikan observatorio.

Observatorion johtaja Esa Turunen toteaa, että nyt tehty rakentamispäätös on merkittävä kansainvälinen investointi Suomeen, Ruotsiin ja Norjaan seuraaviksi 30 vuodeksi. Investoinnin taloudelliset heijastusvaikutukset ovat moninkertaiset.

Oulun yliopiston avaruusfysiikan professori Anita Aikio kertoo puolestaan, että hanke on tärkeä suomalaiselle korkeatasoiselle avaruustutkimukselle: ”Ensimmäistä kertaa voimme kolmiulotteisesti mitata avaruudesta tulevien hiukkasten ja sähkövirtojen vaikutusta ylä- ja keski-ilmakehään samanaikaisesti ja näin tutkia yhteyksiä avaruusfysiikan ja ilmakehäfysiikan välillä.”

Uutinen perustuu Oulun yliopiston tiedotteeseen.

Noin 45 metriä halkaisijaltaan oleva asteroidi 2012 DA14 ohitti maapallon helmikuun 15. päivänä vain noin 27 700 kilometrin päästä – siis lähempää kuin monet tietoliikennesatelliitit sijaitsevat kiertoradoillaan. Sitä havaittiin myös Lapissa sijaitsevalla EISCAT-revontulitutkalla.

Asteroidia tutkittiin ja mitattiin ennätyksellisen läheisen ohilennon aikana monin erilaisin laittein. Mukana olivat myös Sodankylän geofysiikan observatorion tutkijat Juha Vierinen ja Lassi Roininen, jotka mittasivat ohilennon aikana Norjan Tromssassa sijaitsevalla EISCAT-järjestön suurtehotutkalla asteroidin ratakehitystä, pyörimistä ja muotoa.

EISCAT on Lapissa, Suomessa, Ruotsissa ja Norjassa sijaitseva revontulten ja Maan lähiavaruuden ilmiöiden tutkimiseen tarkoitettu tutkajärjestelmä, mitä voidaan myös erityisesti virittäen käyttää asteroidien kaltaisten kohteiden havaitsemiseen. DA14:n mittaukset suunniteltiin yhteistyössä Tampereen teknillisen yliopiston professorin Mikko Kaasalaisen ja EISCAT-järjestön fyysikon Jussi Markkasen kanssa. Päätarkoituksena oli paitsi mitata tarkasti DA14:n muoto ja koko sekä havaita sen pinnamuotoja, mutta myös määrittää asteroidin Maan painovoimakentässä muuttunut rata erittäin tarkasti.

Nasan kanssa yhteistyössä olleet suomalaiset olivat olennaisessa osassa ohilennon alkuvaiheessa, kunnes asteroidi tuli näkyviin Pohjois-Amerikassa sijaitsevien tutkien horisontissa. Alla oleva video perustuu havaintoihin, jotka pääosin tehtiin Nasan Kaliforniassa sijaitsevan Goldstonen antennilla.

Myös muut eurooppalaisobservatoriot havaitsivat asteroidia ja Euroopan avaruusjärjestön asteroiditutkija Detlef Koschny seurasi myös tapahtumia tiiviisti.

"Taivasta tarkkaillaan useilla eri havainto-ohjelmilla, joita rahoitetaan pääasiassa Yhdysvalloissa, joka satsaa maailmassa eniten tähän tutkimukseen", sanoi Koschny yleisesti asteroidien havainto-ohjelmista. Vaikka ESA onkin asteroiditutkimuksen rahoituksessa paljon amerikkalaisia jäljessä, on ESAlla tehokas tutkimusohjelma mahdollisten törmääjien varalta.

"Automaattiteleskoopit löytävät keskimäärin yhdestä kahteen Maan ohi kulkevaa kohdetta joka yö. Ne siis havaitsevat kohteet, mutta havainnot pitää vahvistaa, ja tämä on työtä, jota myös me teelle. Monet näistä kappaleista eivät tule vaarallisen lähelle Maata. Tiedämme nykyisin noin 350 kohdetta, joilla on nollaa suurempi mahdollisuus törmätä Maahan, mutta suuri osa näistä on niin pieniä, että ne hajoaisivat ilmakehässä, eikä niistä koituisi mitään harmia."

Mikäli tämä DA14 olisi ollut radalla, jolla se olisi osunut Maahan, niin tuloksena olisi ollut hieman samankaltainen paikallinen tuho noin vuonna 1908 Tunguskassa, Siperiassa. Siellä todennäköisesti pieni komeetta törmäsi ja räjähti ilmakehässä, jolloin noin 2000 neliökilometriä metsää meni lakoon. Jos törmäys olisi osunut suurkaupunkiin, olisi tuho ollut valtavaa. Tällaisia tapauksia tapahtuu muutaman sadan vuoden välein – ja yllättäen niin tapahtui juuri samana päivänä Venäjällä, missä meteori jylisi alas Tsheljabinskin lähellä. Törmääjä räjähti ilmakehässä ja vaurioitti suurta määrää rakennuksia. Jopa 1200 ihmistä loukkaantui pääasiassa särkyneiden ikkunoiden lasin aiheuttamista vammoista.

Venäjän meteorilla ja DA14:lla ei ollut mitään yhteyttä, koska ne tulivat eri suunnista ja eri aikaan.

Suurin osa mahdollisista törmääjistä pystytään kuitenkin nykyisin havaitsemaan ennalta, ja lähes varmasti todella suurta tuhoa mahdollisesti aiheuttavat, Maata kohden suoraan suuntaavat kappaleet voidaan ennustaa. Mutta mitä käytännössä tehtäisiin, mikäli tällainen tuhoisa törmääjä havaittaisiin?

"Tätä kysymystä pohditaan parhaillaan YK:n alaisessa työryhmässä, missä ESA on myös mukana. Luonnollisestikin pitäisi olla olemassa toimitaohje siitä kuka soittaisi kenellekin ja miten hätätilanteista vastaavat viranomaiset tulisi ottaa mukaan, mutta tätä ei ole vielä päätetty. Asiaa pohditaan parhaillaan ja itse asiassa asiasta odotetaan päätöksiä muutaman kuukauden sisällä. Euroopassa tämä tarkoittaa todennäköisesti sitä, että ESA on yhteydessä jäsenmaihinsa ja kussakin maassa viranomaiset päättävät mitä tehdä."

Jos varoaikaa on riittävästi, niin asteroidia voitaisiin koittaa kammeta sivuun törmäyskurssilta. Yksi hurjimmista ehdotuksista on ollut maalata asteroidin toinen puoli valkoiseksi, jolloin Auringon lämmitysvoima vaalealle ja tummalle puolelle olisi eri suuruinen ja tämä muuttaisi törmääjän rataa.

Detlef Koschny ei kuitenkaan pitä maalaamista hyvänä ajatuksena: "Asteroidin optisen ominaisuuksien muuttaminen on mielestäni edelleen tieteistarinaa - siihen tarvittaisiin hyvin erikoista maalia. Mutta se on kiinnostava ja hyvä konsepti. Realistisempi ja pragmaattisempi konsepti, ja sellainen mikä todennäköisesti toteutettaisiinkin, on niin sanottu kineettinen törmääjä. Siis periaatteessa tehdään vain raskas avaruusalus, joka suunnataan törmäämään suurella nopeudella asteroidiin. Se on sama kuin törmäisit autolla edessä olevaan autoon - en suosittele temeään tätä! - jolloin auto pomppaa hieman eteenpäin. Tämä siis voitaisiin tehdä nykytekniikallakin: törmätä asteroidiin ja puskea se pois radaltaan. Rata muuttuisi vain hyvin vähän, mutta jos näin tehtäisiin hyvissä ajoin, esimerkiksi 10-20 vuotta ennen ennustettua törmäystä - olisi hyvinkin pieni muutos radassa riittävä siihen, ettei se osuisi aikanaan maapalloon."

Helmikuun lopussa Wienissä pidetään asiaa pohtiva kansainvälinen kokous, joten DA14 ja Venäjän meteori tulivat (jo ennalta päätetyn) kokouksen kannalta sopivasti.

Tagit

tiede