Opteon | Tiedetuubi

Nyt keskiviikkona avaruuteen laukaistu Euroopan avaruusjärjestön Aeolus-satelliitti on kiinnostava monessa mielessä: ensinnäkin se tulee tuottamaan erittäin jännää tietoa maapallon tuulista, mutta toiseksi sen lasertutkimuslaitteen suuri peili on tehty Suomessa. Suomessa siksi, että muualla sitä ei osattu tehdä niin hyvin.

Aeolus mittaa tuulia periaatteessa hyvin yksinkertaisesti, mutta samalla varsin mutkikkaasti. Sen kyydissä on kaksi huipputarkkaa ultraviolettivalon alueella toimivaa laseria, joiden tekeminen avaruuskelpoisiksi, tarpeeksi tehokkaiksi ja samalla pitkäikäisiksi osoittautui erittäin hankalaksi. Laserit olivat tärkein syy siihen, että Aeoluksen tekemiseen meni vuosikaupalla enemmän aikaa kuin alunperin suunniteltiin.

Laserien valo suunnataan kohti maapalloa, missä osa siitä törmää ilmassa oleviin aerosoleihin ja molekyyleihin, joten valoa heijastuu takaisin ylös satelliittiin. Menetelmä on sama kuin tutkassa, mutta radioaaltojen sijaan käytetään ultraviolettivaloa, joka "näkee" myös pieniä ilmassa olevia hitusia, eikä ilmakehä vaikuta paljoakaan valon kulkemiseen. Samaan tapaan kuin tehokkaissa tutkissa tarvitaan takaisin heijastuneen signaalin vastaanottamiseen isoa antennia, tarvitaan hyvin heikon valopulssin havaitsemiseen iso peili.

Aeoluksen halkileikkauskuvat näyttävät hyvin, että se koostuu kahdesta osasta: itse satelliitista alhaalla ja siihen liitetystä Aladin-nimisestä tutkimuslaitteesta, joka on kuin suuri peilikaukoputki.

Käytännössä peili toimii suurena kaukoputkena, jonka peilin polttoväli on hyvin lyhyt, vain 1350 mm. Kun peilin halkaisija on 1,5 metriä, tulee teleskoopin aukkosuhteeksi f/0.9 – mikä on aika hyvä, erinomainen, kuten kaikki valokuvauksen harrastajat tietävät.

Koko ja polttoväli eivät kuitenkaan olleet mikään ongelma, kun peiliä tehtiin. Haastavaa siinä oli se, että koska laserit käyttävät ultraviolettivaloa, piti peilin pinnan tarkkuuden olla ällistyttävän hyvin oikean muotoinen: erittäin tarkasti paraboloidin muotoinen. Vaatimuksena satelliittia tehtäessä oli se, että peilin pinnan muodon tuli olla 50 kertaa tarkemmin oikea kuin oli avaruusteleskooppi Herschelin peilillä.

Avaruusteleskooppi Herschel on sopiva vertailukohde siksi, että sen peiliä tehtiin samaan aikaan kuin Aeoluksen peiliä, ja molemmat hiottiin oikeaan muotoonsa Tuorlan observatorion alueella olevassa Opteon Oy:ssä. Kumpienkin rakennusmateriaali on myös samanlainen: piikarbidia, joka on kovaa, avaruuden olosuhteissa hyvin oikean muotonsa säilyttävää, mutta samalla varsin kevyttä materiaalia. Se sopii hyvin peilin runkomateriaaliksi.

Aeoluksen peili hiontakoneessa.

Piikarbidi on aluksi pölyä, hyvin hienojakoista puuterimaista ainetta, joka puristetaan usean tuhannen ilmakehän paineessa kiinteäksi ja muotin avulla jo lähes lopulliseen muotoonsa. Aine sintrautuu paineessa kiinteäksi ja piikarbidikappaleita on lopuksi helppo kiinnittää toisiinsa.

Puristettu peili on siis suunnilleen oikean muotoinen, mutta sen jälkeen se pitää hioa tarkasti juuri oikeaan muotoonsa. Se tapahtuu suurella hiontakoneella, jonka sisällä peili pyörii ja veden sekä erilaisten hionta-aineiden avulla peilin pintaa jynssätään hienovaraisesti täsmälleen oikeanlaiseksi – toki koko ajan laatua tarkistaen. Ainoa paikka maailmassa, missä kovaa piikarbidia voidaan hioa tarpeeksi tarkasti näin suuressa mittakaavassa, on Tuorla.

Itse heijastava pinta höyrytetään sitten myöhemmin pinnan päälle alumiinista.

ESAn valmistumassa oleva Aeolus-satelliitti on aiheuttanut tavallista enemmän päänvaivaa: sen tehtävänä on mitata maapallon tuulia ja kartoittaa ilmassa olevia pilviä sekä aerosoleja aivan uudentyyppisellä laserkeilaimella, mutta sen tekeminen on osoittautunut varsin hankalaksi.

Satelliitin keskeinen osa on ultraviolettialueella toimiva kaukoputki, nimeltään Aladin, ja sen tärkein osa on Suomessa tarkasti oikeaan muotoonsa hiottu 1,5 metriä halkaisijaltaan oleva peili.

Peili, kuten monet osat satelliitista ovat olleet tekeillä jo pitkään, mutta nyt Aeolus on valmistumassa. Avaruuteen se pääsee näillä näkymin ensi vuonna.