Tähtitieteilijä Jenni Virtanen kehittää uutta menetelmää pikkuplaneettojen radanmäärityksiin. Työ on jo noteerattu nimikkoasteroidin arvoiseksi. Nuori tutkija odottaa lisää huippuhetkiä - mutta yhtä hän ei sano toivovansa: maailmanmainetta Maata kohti kiitävän tuomiopäivän asteroidin löytäjänä.

Tutustu tutkijaan
Artikkelisarjassa eri alojen tutkijat kertovat työstään ja tavoitteistaan.


TEKSTI:Jarno Forssell

Tähtitieteilijä Jenni Virtanen kehittää uutta menetelmää pikkuplaneettojen
radanmäärityksiin. Työ on jo noteerattu nimikkoasteroidin arvoiseksi.
Nuori tutkija odottaa lisää huippuhetkiä - mutta yhtä hän ei sano toivovansa:
maailmanmainetta Maata kohti kiitävän tuomiopäivän asteroidin löytäjänä.


 


Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2004

Helsingin yliopiston observatorio Tähtitorninmäellä on vaikuttava näky. Taloa hallitsevat ylös kurottavat tornit, jotka kätkevät sisäänsä kaukoputket. Alkutalven räntäsateessa taivaalle katsoessa näkyy kuitenkin vain paksu pilviverho. Tänä iltana ei taideta katsella tähtiä?

- Observatorio ei sovellu nykyaikaiseen havainnoimiseen, hymyilee tutkija Jenni Virtanen. Tärkein syy on todella kurja ilmasto. Suomessa on liian vähän kirkkaita öitä taivaankappaleiden pitkäjänteiseen havainnointiin. Lisäksi Tähtitorninmäen kaukoputkien riesana ovat ympäristön korkeaksi venähtäneet puut ja pääkaupungin kirkkaat valot.

- Tähtitieteessäkin tulosten on nykyään tultava varmasti ja heti. Sen vuoksi vakava havainnointi tapahtuu ulkomailla, suotuisammissa oloissa. Suomalaiset käyvät paljon Kanariansaarten La Palman yhteispohjoismaisessa observatoriossa, Jenni Virtanen kertoo.

C. L. Engelin suunnittelema, vuonna 1834 valmistunut Helsingin observatorio on viehättävä sekoitus tutkijankammioita ja museota. Meridiaanisalin keskellä on havainnointilaitteita, jotka on rakennettu samaan aikaan kuin talo. Niiden jalustatkin ovat kiinni peruskalliossa. Ympärillä on työpisteitä ja tietokoneita tutkijoille. Neliöistä on pulaa, mutta Virtasen mielestä vanhassa observatoriossa on niin paljon hyviä puolia, ettei hän haikaile muuttoa Kumpulan uudelle luonnontieteelliselle kampukselle.

- Tämä miljöö oli yksi niistä syistä, joiden vuoksi alalle yleensä hakeuduin. Täällä on historian siipien havinaa, ja työympäristö motivoi minua.



Lukiolainen tunsi vain Otavan

Lukioikäisenä Jenni Virtanen kiinnostui kosmologiasta ja rakensi omaa maailmankuvaansa lukemalla muun muassa Stephen Hawkingin Ajan lyhyttä historiaa. Hän myös pääsi Helsingin yliopistoon kesäkurssille, jonka aikana järjestyi mahdollisuus vierailla observatoriossa. Vaikka hänellä ei ollut minkäänlaista aiempaa kosketusta tähtien tarkkailuun, tähtitiede alkoi houkutella.

Akateemisten vanhempien tyttärelle oli "sisäänrakennettu juttu" lähteä opiskelemaan yliopistoon. Yhtenä vaihtoehtona olivat kielet, joissa tytär oli aina pärjännyt hyvin.

- Se olisi ollut helppo tie. Fysiikka sen sijaan oli minulle koulussa vaikeaa, ja vaikka en mielestäni ole älyttömän kunnianhimoinen, en halunnut mennä siitä, missä aita oli matalin.

Tähtitieteen opiskelijat aloittavat opintonsa fysiikan laitoksessa ja erikoistuvat omalle alalleen myöhemmin. Kun se aika tuli, kosmologia tuntui Virtasesta jo vieraalta. Hän kiinnostui taivaankappaleista - vaikka ei opiskelemaan tullessaan tuntenut tähtikuvioistakaan kuin Otavan.

  aurinkokuntamme on hyvin konkreettinen tutkimuskohde. Se liittyy kiinteästi oman planeettamme historiaan ja siihen, mitä meille tapahtuu tulevaisuudessa.

Kolmannen opiskeluvuoden jälkeen Jenni Virtanen alkoi suuntautua tutkijaksi, ensin lyhyillä tutkimusavustajan pesteillä, sitten eri säätiöiden apurahoilla. Nyt hän valmistelee tutkijakoulussa väitöskirjaansa.

Piiri laajeni aurinkokunnan ääriin

Virtasen erikoisalaksi ovat muodostuneet asteroidit ja erityisesti niiden radanmäärityksen ongelmat. Häntä kiinnostavat aurinkokuntamme kaukaisimmat pikkuplaneetat Kuiperin vyöhykkeellä, Neptunuksen takana liikkuvat murikat ja lähinnä Maata kiertävät asteroidivyöhykkeen kivet.

Jos Steven Spielberg tai Disney-yhtiöt joskus päättävät tehdä uusia scifi-elokuvia, he voisivat palkata Jenni Virtasen tieteelliseksi asiantuntijakseen laskemaan asteroidien ratoja ja mahdollista törmäysuhkaa. Vältyttäisiin ainakin niin ilmeisiltä virheiltä kuin Deep Impactissa, jossa törmäysuhka paljastui asteroidin ensimmäisestä havaitsemisesta. Osattaisiin myös karsia pahimmat älyttömyydet, kuten Armageddonin tiedemiehen arvelu, että asteroidin rataa voidaan muuttaa aurinkopurjeella vielä muutama päivä ennen törmäystä Maahan.

Osittain juuri scifi-elokuvat ovat nostaneet asteroidien törmäysuhan yleiseen keskusteluun, ja nyt ihmisiä kiinnostavat uutiset törmääjäkandidaateista.

- Vakavasti otettavaa törmääjää ei toistaiseksi ole havaittu, mutta varteenotettavia ehdokkaita löydetään vuosittain kahdesta kolmeen. Kaikki tähänastiset uhat on kuitenkin voitu kumota, kun on saatu lisää havaintoja ja rataennuste on tarkentunut.

Asteroidit tärkeitä välikappaleita

Taivaankappaleiden törmäykset kuuluvat avaruuden ja pienessä mitassa myös Maan arkeen. Planeettamme ilmakehään saapuu joka päivä satoja tonneja ainetta, ja kuukausittain tänne syöksyy pikkuasteroideja.

- Maapallo ei ole eristynyt osa aurinkokuntaa vaan dynaaminen osa systeemiä, jossa kaikki osat vaikuttavat toisiinsa. Aurinkokunnan nykyvaiheessa juuri asteroidit ovat merkittävin vuorovaikutuksen välikappale, Virtanen selittää tyynesti eikä tunnu hätkähtävän sitä, että tämä vuorovaikutus saattaisi pyyhkäistä ihmiskunnan Maan päältä.

Viimeisin todella suuren luokan törmäys tapahtui 65 miljoonaa vuotta sitten. Seuraavaa on mahdoton ennustaa. - Suurissa törmäyksissä ei ole mitään tiettyä frekvenssiä. Sellainen voi tapahtua huomenna tai kymmenen miljoonan vuoden päästä. Siitä se jännitys syntyykin, Jenni Virtanen sanoo.

Haussa parempi tarkkuus

Nykyään muutkin kuin avaruustutkijat ottavat asteroidien törmäysuhan vakavasti. Eri maiden hallitukset ohjaavat varoja Spaceguard-ohjelmille, joilla koordinoidaan ja pyritään edistämään Maata mahdollisesti lähestyvien asteroidien etsintää ja tutkimusta. Kun mahdollinen törmääjä löydetään, tarvitaan mahdollisimman pian ennuste sen kiertoradasta ja mahdollisesta törmäysriskistä.

Tässä astuvat kuvaan Jenni Virtanen ja hänen kollegansa, erityisesti vanhempi tutkija Karri Muinonen, joka ohjaa Virtasen väitöskirjaa. Kaksikko on kehittänyt tilastolliseksi luotaukseksi kutsumansa radanmääritysmenetelmän, jolla asteroidin kiertorata voidaan alustavasti ennustaa jo kahdesta havainnosta; matemaatikko Johann Gaussin klassisen teorian mukaan havaintoja tarvitaan vähintään kolme.

- Menetelmämme ennustaa alueen, jolta asteroidi myöhemmin löytyy. Ennusteemme ei siis ole yksi piste taivaankannella, vaan se on pilvi, joka on sitä suurempi, mitä vähemmän meillä on havaintotietoa, Virtanen kuvailee.

Tilastollisen luotauksen malli eroaa aiemmista menetelmistä siinä, että se antaa kappaleelle useita todennäköisiä kiertoratoja. Perinnäisin konstein ratkaistaan yksi rata ja sille tietyt epävarmuusrajat.

Juuri uudenlainen todennäköisyystulkinta on uuden menetelmän vahvuus. Se mahdollistaa esimerkiksi Maata uhkaavan asteroidin törmäystodennäköisyyden laskemisen heti löytöyöstä lähtien. Menetelmää voidaan käyttää myös tutkijoilta kadoksiin joutuneiden asteroidien paikantamiseen: menetelmä kertoo, missä taivaan osassa ne todennäköisimmin lymyävät.

Tilastollisen luotauksen menetelmä on vielä kehitysvaiheessa ja erikoiskäytössä, mutta se on jo saanut hyvän vastaanoton tutkijakunnassa. Ajan mittaan se tulee nettipalveluna kaikkien tutkijoiden ulottuville. Menetelmä on myös osa Euroopan avaruusjärjestön Esan Gaia-projektia. Kymmenen vuoden sisällä laukaistavan Gaia-satelliitin on määrä tehdä tarkkoja mittauksia aurinkokunnan liikkuvista kappaleista.

Raakaa työtä tietokoneella

Asteroiditutkija työskentelee ulkopuolisen silmin jännittävällä ja kiehtovalla alalla, joka tekee tutkijoistaankin ainakin pieniä sankareita. Jenni Virtanen toppuuttelee tulkintaa hieman hämillään ja kuvaa työtään hyvin arkiseksi.

- Viime vuodet työni on ollut koodin pyörittämistä tietokoneella. Radanlaskentaprojektissamme minun työsarkani on ollut luotausmenetelmän ohjelmoiminen ja kehittäminen.

Virtasen mukaan tietokone ja ohjelmointikielet ovat nykyään tähtitieteilijän tärkeimpiä työvälineitä. Isoissa observatorioissa vieraileva tutkija ei edes näe kaukoputkea. Hän istuu tietokonehuoneessa ja ohjailee teleskooppia näppäimistöä naputtelemalla.

- Tähtitieteilijän työ ei ole aivan sitä mitä opiskelemaan tullessani kuvittelin. Romantiikka on karissut. Tähtitiede on matematiikkaa, fysiikkaa ja tietojenkäsittelyä. Ehkä tähtitieteilijä tulee kuitenkin keskimääräistä useammin pohtineeksi sellaisia kysymyksiä kuin onko maailmankaikkeudessa elämää tai ajatelleeksi omaa pienuuttaan. Sfääreihin ajatus lentää aika harvoin, silloin tällöin kuitenkin.

Opintojensa alussa Jenni Virtanen ajatteli, että hänestä tulisi puhdas teoreetikko. Havainnoijaa hänestä ei saisi millään! Työ on muuttanut ajatuksia, ja nyt hän sanoo saavansa juuri taivaankappaleiden havainnoimisesta mielekkyyttä työhönsä. Puhdas teoretisointi hämärtäisi tutkimuskohteen.

- Konkreettisten havaintojen tekeminen pitää minut kiinni todellisuudessa. Tähtitieteen ydin on kuitenkin tähtitaivaan kohteiden havainnointi ja niiden ominaisuuksien selvittäminen.

Jennivirta kiertää taivaalla

On havainnoinnilla toinenkin hyvä puoli. Sitä varten on pakko lähteä loskaisesta Suomesta - vaikka Lowellin observatorioon Arizonan Flagstaffiin. Ihan vain ilmaston vuoksi, sillä vapaa-ajanviettomahdollisuudet ovat pikkukaupungissa niukat.

- Harrastan jenkkitanssia ja toivoin pääseväni kokeilemaan sitä aidossa ympäristössä, kun vuonna 2000 työskentelin pari kuukautta Lowellissa. Flagstaff on kuitenkin niin pieni paikka, ettei sieltä löydy tanssipaikkaa etsimälläkään, Virtanen harmittelee.

Lowellin observatorion Loneos-asteroidinetsintäohjelmaa on kuitenkin osaltaan kiittäminen Jenni Virtasen uran toistaiseksi hienoimmasta hetkestä. Vuonna 1998 ohjelma löysi uuden asteroidin aurinkokunnan suurimmasta asteroidikeskittymästä Marsin ja Jupiterin välistä. Tutkimusprojektin vetäjä Edward Bowell, jolle lankesi ilo nimetä asteroidi, päätti antaa nimeksi Jennivirta. Perusteluissaan hän vetosi Virtasen kehittämään radanmääritysmenetelmään.

  yleensä jossakin vaiheessa saa nimensä taivaalle, Jenni Virtanen selittää mutta myöntää sitten: - Olihan se tietysti kohokohta, kun sain oman asteroidin näin varhaisessa vaiheessa.

Jenni Virtasen asteroidi on Jennivirta, koska taivaalla oli jo entuudestaan asteroidi Virtanen, biokemisti A. I. Virtasen mukaan nimetty pikkuplaneetta.

Toiveissa tavallisia ahaa-elämyksiä

Jenni Virtanen valmistuu tohtoriksi todennäköisesti tänä vuonna, sillä lähes kaikki väitöskirjaan tarvittavat artikkelit ovat jo kasassa. Mitä sen jälkeen?

- Toivon, että tutkimustyön huippuhetket ovat vasta tulossa. Varsinaisia ahaa-elämyksiä, uuden löytämistä, en ole vielä kokenut.

  sen verran kattava, että todella suuria, mullistavia löytöjä asteroiditutkimuksessa tuskin enää tehdään. Nyt haasteena on oikeiden kysymysten tekeminen, tärkeän ja uuden tiedon tunnistaminen. Asteroidien ratoja tai koostumusta tutkimalla voidaan esimerkiksi ratkaista avoinna olevia kysymyksiä aurinkokuntamme syntyhistoriasta.

Yksi suuri löytö on asteroiditutkimuksessa sentään tekemättä: pelätyn tuomiopäivän asteroidin havaitseminen ja Maahan osuvan radan varmistaminen.

- Se olisi samaan aikaan uran huippuhetki ja sen ikävin hetki. Havainnolla pääsisi varmasti historiankirjoihin - jos törmäyksen jälkeen jäisi historiankirjoja jälkipolville. En pidä sitä tavoitteena tutkijanurallani, sanoo Jenni Virtanen pilkettä silmäkulmassaan.

Jarno Forssell on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.


 


Jenni Virtanen


1975 Syntyy Orivedellä.
1992 Lukee Stephen Hawkingin Ajan lyhyen historian.
1994 Kirjoittaa ylioppilaaksi ja aloittaa opinnot Helsingin yliopistossa.
1998 Päättää suuntautua tutkijaksi.
1999 Valmistuu filosofian maisteriksi ja esiintyy ensimmäisen kerran tieteellisen artikkelin kirjoittajana.
2000 Aloittaa projektitutkijana Helsingin yliopistossa. Käy vierailevana tutkijana Lowellin observatoriossa Arizonassa. Ryhtyy valmistelemaan väitöskirjaa.
2001 Julkaisee tähän asti tärkeimmän artikkelinsa kansainvälisessä tiedejulkaisussa. Saa ensimmäisen tutkimusapurahansa.
2002 Saa oman asteroidin nimellä Jennivirta. Asteroidin (alkuaan 1998 SY59) löysi 17. 9. 1998 Lowellin observatorion etsintäohjelma. Asteroidi sijaitsee Marsin ja Jupiterin välisessä  asteroidivyöhykkeessä.
2004 Aikoo väitellä tohtoriksi.