Euroopan avaruusjärjestön haastavin hanke on toteutumassa, kun Planck- ja Herschel-satelliitit laukaistaan avaruuteen tänä keväänä. Suomalaistutkijatkin odottavat uutta satelliittiparia vesi kielellä.



Sisältö jatkuu mainoksen alla

Euroopan avaruusjärjestön haastavin hanke on toteutumassa, kun Planck- ja Herschel-satelliitit laukaistaan avaruuteen tänä keväänä. Suomalaistutkijatkin odottavat uutta satelliittiparia vesi kielellä.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2009



Planck-satelliitti ja Herschel, josta tulee maailman suurin avaruuskaukoputki, laukaistaan avaruuteen samalla Ariane 5 -kantoraketilla.

Herschel on yleiskaukoputki, joka havainnoi infrapuna-aaltoja ja kaikkein lyhyimpiä radioaaltoja. Hieman pidempiä radioaaltoja rekisteröivä Planck on puolestaan rakennettu yhtä tarkoitusta varten: sillä mitataan alkuräjähdyksen jälkihehkua eli kosmista taustasäteilyä.

Miksi meidän eurooppalaistenkin piti rakentaa kosmista taustasäteilyä havainnoiva satelliitti, vaikka yhdysvaltalaisten WMAP-satelliitti on kartoittanut sitä erittäin tarkasti jo vuodesta 2001? Ovatko tähtitieteilijät sortuneet Euroopan ja Yhdysvaltojen väliseen kilpavarusteluun?


Katsotaan kaukaisinta

Kosmiseen taustasäteilyyn tallentuivat pikkuriikkiset tiheyserot, jotka vallitsivat universumissa noin 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Myöhemmin hieman tihemmistä kohdista kasvoi galakseja.

- Kosminen taustasäteily on kaukaisinta säteilyä, jota pystymme havaitsemaan. Laskemalla taustasäteilymittauksista taaksepäin nähdään universumin alkuun, Hannu Kurki-Suonio selittää. Hän on Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen kosmologian lehtori.

Sittemmin maailmankaikkeus on laajentunut tuhatkertaiseksi. Taustasäteily on levinnyt kaikkialle - se ympäröi meitäkin - ja jäähtynyt noin kolmeen asteeseen. Radiosäteilyn aallonpituutena tämä vastaa 1-10 millimetriä.

Planck-satelliittiin onkin pakattu radioantenni useine erilaisine vastaanottimineen. Yksi tärkeimmistä on rakennettu Suomessa; se mittaa 70 gigahetrsin eli 4,3 millimetrin aaltoja. Vastaanottimen suunnittelusta ja valmistuksesta vastasi Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen teknologiajohtaja Jussi Tuovinen.


Planck erottaa siemenet

Taustasäteilyä mittaamalla voidaan periaatteessa määrittää kaikki maailmankaikkeuden keskeiset ominaisuudet.
WMAP-satelliitti onkin jo ehtinyt tiedottaa avaruuden muodon (laakea), iän (13,73 miljardia vuotta) ja massan eli keskimääräisen energiatiheyden. Se on myös kuuluttanut, mistä massa koostuu: tavallista ainetta on 5 prosenttia, pimeää ainetta 23 ja pimeää energiaa 72.

- WMAP ei ole kuitenkaan saanut kovin tarkkoja mittauksia tiheysvaihteluiden luonteesta. Planck erottaa kolme kertaa pienempiä yksityiskohtia, Kurki-Suonio sanoo. - Itse asiassa Planckin kartoituksen jälkeen lämpötilaerot tunnetaan käytännöllisesti katsoen niin hyvin kuin on mahdollista.

Tiheysvaihtelut ovat siis galaksien siemeniä. - Niiden alkuperä on nykykosmologian keskeisiä kysymyksiä. Tutkimusryhmämme tarkoitus on päätellä Planckin havainnoista, mikä fysikaalinen prosessi ne on synnyttänyt, Kurki-Suonio kertoo.


Valttina herkkyys

Nykyään lupaavimpana pidetään ajatusta, jonka mukaan maailmankaikkeuden alussa tapahtunut supernopea laajeneminen, niin sanottu inflaatio, tuotti tiheyserot. Tähän ideaan perustuvia selityksiä on kuitenkin lukuisia, ja tutkijat haluavat karsia niitä.

Planck voi auttaa, sillä se on herkempi kuin WMAP mitattaessa taustasäteilyn polarisaatiota. Polarisaatio on vielä heikompi ilmiö kuin tiheysvaihteluista kertovat säteilyerot.

- Informaatio varhaisen maailmankaikkeuden tiheyseroista sekoittuu siihen rakenteeseen, jonka läpi taustasäteily kulkee tänne meille. Siksi on mitattava myös säteilyn polarisaatio, sillä siihen myöhempi rakenne ei vaikuta, Hannu Kurki-Suonio selittää.

- Planckin polarisaatiohavaintojen perusteella odotetaan lisäksi vastausta esimerkiksi kysymykseen, syntyikö alkuräjähdyksessä gravitaatioaaltoja.


Kvasaarit osuvat kuvaan

Planck kartoittaa koko taivaan taustasäteilyn. Aivan ensimmäiseksi sen havainnoista on siivottava pois taustasäteilyn mittausta sotkeva muiden taivaankappaleiden säteily.

Teknillisen korkeakoulun Metsähovin radiotutkimusaseman johtaja Merja Tornikoski kollegoineen on kiinnostunut muun muassa taustasäteilymittauksiin sattuvista kvasaareista. Ne ovat galakseja, joiden ytimessä on supermassiivinen musta aukko.

- Planckin havaintojen avulla saamme entistä paremman kokonaiskuvan tutkittavissa kvasaareissa tapahtuvista säteilypurkauksista, Tornikoski selittää.

- Samalla kun Planck kerää tuloksiaan, me hankimme lisätietoa Metsähovin radioteleskoopilla ja muilla maanpäällisillä kaukoputkilla. Toivon mukaan meillä on parin vuoden päästä paljon lisäpaloja palapelissämme, jolla selvitämme kvasaarien rakennetta ja fysiikkaa.

Tornikoski odottaa Planckin löytävän myös kokonaan uusia kiinnostavia kvasaareita. Samaa odottavat innokkaasti Turun yliopiston tutkijat. Planckin löytämiä kohteita, niin kvasaareita kuin muitakin, tutkitaan myös Herschel-avaruuskaukoputkella.


Herschel näkee pölyn läpi

Herschelillä ratkotaan tähtien ja galaksien syntyyn ja kehitykseen liittyviä arvoituksia.

- Sen ja aiempien avaruuskaukoputkien ero on paremmassa erotuskyvyssä, jonka tuottaa suuri peili. Mutta havaintoja voi myös tehdä monella uudella aallonpituudella, Helsingin yliopiston observatorion tutkija Mika Juvela kertoo.

Euroopan avaruusjärjestö myönsi jo vuosi sitten Juvelan johtamalle kansainväliselle tutkijaryhmälle havaintoaikaa Herschelille. Ryhmä tutkii Linnunradan kaasu- ja pölypilviä, joissa syntyy tähtiä.

Herschelin 3,5-metrisen peilin hiomisesta on vastannut Tapio Korhonen Opteon Oy:stä. On helppo arvata, mitä hän toivoo:

- Odotan, että peili selviää laukaisun kiihtyvyyksistä ja tärinöistä, onhan se aika ohutrakenteinen ja varsin herkkää materiaalia. Onneksi Ariane 5 -raketit ovat olleet viime vuosina luotettavia.
Peukut pystyyn!


Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.


Planck ja Herschel lähtökuopissa


Satelliitit laukaistaan samalla Ariane 5 -kantoraketilla Ranskan Guyanassa sijaitsevasta Kouroun avaruuskeskuksesta. Niiden tiet eroavat noin 2,5 tuntia laukaisun jälkeen.

Päämäärä on kuitenkin yhteinen: vakaaksi havaintopaikaksi tiedetty toinen Lagrangen piste noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta. Kummankin satelliitin matka sinne vie alle puoli vuotta.






























 Planck Herschel
Havaintolaitteet  Havaintolaitteet 1,5-metrinen radioantenni, johon on liitetty pitkiä aaltoja rekisteröiviä vastaanottimia ja lyhyitä aaltoja mittaavia bolometrejä. 3,5-metrinen kaukoputki, johon on liitetty erilaisia huipputarkkoja spektrometrejä ja kuvia ottavia fotometrejä.
Rekisteröitävät aallonpituudet Radioaallot (0,3-10 mm)  Infrapunasäteilystä radioaaltoihin (0,060-0,670 mm)
Havaintolaitteiden jäähdytys (herkkyyden lisäämiseksi) Kestää noin 1,5 kuukautta Tehdään matkalla
Testaaminen, kalibrointi ja toiminnan varmistaminen  Kestää noin 1,5 kuukautta Tehdään matkalla
Ensimmäiset tieteelliset tulokset  2012 Kartoittaa taivaan 7 kuukaudessa; tarkkoihin tuloksiin tarvitaan vähintään kaksi kartoitusta. Etualan kohteista voi tulla tuloksia aiemminkin 2010 Eri hankkeista tuloksia eri aikaan
Toiminta-aika (kestää niin kauan kuin nestemäistä heliumia riittää jäähdytykseen) Kaksi-kolme vuotta   Kaksi-kolme vuotta 
Sisältö jatkuu mainoksen alla