avaruus | Tiedetuubi

Titan nähtynä Saturnuksen pintaa vasten, mukana myös pienempi kuu Dione

Markus Hotakainen

Saturnuksen suurin kuu Titan (kuvassa näkyvä pienempi kuu on Dione) on samankaltainen taivaankappale kuin Maa. Sillä on tiheä kaasukehä, joka koostuu suurimmaksi osaksi typestä kuten kotiplaneettamekin ilmakehä. Paine jättikuun pinnalla on noin kaksinkertainen verrattuna ilmanpaineeseen Maassa merenpinnan tasolla, mutta siihen yhtäläisyydet sitten jäävätkin.

Lämpötila on -180 celsiusastetta ja oranssinhohtoiselta taivaalta sataa nestemäistä ja “lumihiutaleiksi” kiteytynyttä metaania ja muita hiilivetyjä. Titan muistuttaa siis Maata hyvin vähän.

Titanin pinnalle langetessaan sade muodostaa järviä ja jokia, mutta myös laajoja dyynikenttiä. Nestemäistä vettä ei pinnan hyisissä oloissa voi esiintyä, mutta Saturnusta ja sen kuujärjestelmää vuodesta 2004 tutkineen Cassini-luotaimen mittaukset viittaavat siihen, että jäisen kuoren alla velloo vähintään kymmenien kilometrien syvyinen vedestä muodostunut meri.

Nyt ongelmaksi on muodostumassa juuri tuo jäinen kuori. Se ei ilmeisesti olekaan aiempien oletusten mukaisesti ohut ja joustava, vaan kiinteä ja jäykkä. Kuoren joustavuuden avulla on pystytty selittämään kuun muuttuvia maisemia ja tiheän kaasukehän ominaisuuksia. Uusien tulosten myötä tutkijoilla on sormi suussa.

Mitatessaan gravitaation eli vetovoiman suuruutta Titanin eri puolilla Doug Hemingwayn johtama tutkijaryhmä totesi, että se on hieman vähäisempi korkeiden maastonmuotojen kohdalla. Tulos oli yllättävä, sillä kukkuloiden ja vuorten kohdalla kuoren pitäisi olla paksumpi ja gravitaation siten hieman keskimääräistä suurempi.

Selitystä haettiin kuoren alla sijaitsevan meren ja jäisen kuoren vuorovaikutuksesta. Jäätyessään vesi laajenee, joten jään tiheys on nestemäisen veden tiheyttä pienempi: siksi jää ylipäätään kelluu. Kuoren paksumpien kohtien pitäisi kellua ohuita paremmin, joten ne kohoaisivat ylemmäs ja muodostaisivat korkeita maastonmuotoja. Se edellyttäisi kuitenkin hyvin ohutta ja joustavaa kuorta.

Titanin kuori on kuitenkin liian paksu – vähintään 40 kilometrin paksuinen – ja jäykkä, jotta siinä voisi tapahtua riittävän suuria pystysuuntaisia liikkeitä. Kukkulat, vuoret ja vuoristot ovat siksi alaosiltaan veden alla. Ja koska jää on vettä harvempaa ainetta, se painaa vähemmän kuin syrjäyttämänsä vesi ja siksi gravitaatio on niiden kohdalla heikompi.

Titanin kuoren ja kaasukehän dynamiikkaa ei tunneta vielä likikään riittävän tarkasti, jotta kuun ominaisuudet pystyttäisiin selittämään. Esimerkiksi metaania on Titanin kaasukehässä niin paljon, että nestemäisessä olomuodossa se muodostaisi kuun pinnalle kymmenen metrin paksuisen kerroksen.

Auringon säteilyn vaikutuksesta metaania kuitenkin hajoaa jatkuvasti, joten sitä täytyy tulla jostakin kaiken aikaa lisää. Metaanin alkuperä on yhä arvoitus. Aiemmin sen arveltiin olevan peräisin kuoren alta, mutta jos uudet tulokset kuoren paksuudesta ja jäykkyydestä pitävät paikkansa, teoria on hylättävä. Ja sen tilalle on keksittävä uusi.

Tutkimuksesta kerrotaan ScienceNews-verkkojulkaisussa ja se on ilmestynyt Nature-tiedelehdessä 28. elokuuta.

Astronautti Andreas Mogensen avaruuspuvussa

Jari Mäkinen

Viime lokakuussa Oulussa vieraillut Euroopan avaruusjärjestö ESAn tanskalainen astronautti Andreas Mogensen on saanut viimein nimityksen avaruuslennolle. Hän lentää kymmenpäiväiselle keikalle Kansainväliselle avaruusasemalle syyskuussa 2015.

Kyseessä on siis lyhyt lento avaruusasemalle. Niitä ei ole tehty sen jälkeen kun sukkulat jäivät eläkkeelle ja asemalla on ollut kuusihenkinen pysyvä miehistö. Vuonna 2015 alkaa asemalla kuitenkin uusi aika, sillä silloin kaksi avaruuslentäjää tulee viettämään asemalla vuoden päivät; hyvin pitkä lento on eräänlainen testi lennosta Marsiin ja auttaa ymmärtämään paremmin ihmisen kehon muutoksia pitkään avaruudessa oltaessa.

Vuoden kestävän lennon vuoksi yksi asemalla olevista kahdesta Sojuz-aluksesta pitää vaihtaa, ja siten tämän lennon mukana voidaan lähettää astronautti lyhyelle lennolle avaruusasemalle. Lyhyenkin lennon aikana voidaan tehdä runsaasti tutkimusta ja kerätä kokemuksia.

"Olen luonnollisesti hyvin iloinen tästä mahdollisuudesta ja tämä on pitkäaikaisen unelmani täyttymys sekä monivuotisen koulutukseni huipentuma", toteaa Andreas.

Lokakuussa Oulussa Tietomaassa vieraillessaan Andreas vielä toivoi lentävänsä pian avaruuteen, mutta ei elätellyt toivoa näin pikaisesta pestistä. Hänen lentonsa ylös avaruusasemalle tulee olemaan numeroltaan Sojuz TMA-18 (44S) ja paluumatka taittuu numeron TMA-16 (42S) alla. Laukaisu tapahtuu näillä näkymin 30. syyskuuta 2015 ja paluu takaisin Maahan on 10. lokakuuta.

Lennollaan hän toimii Sojuz-aluksen ohjaajana, eli istuu komentajan vasemmalla puolella – toiseksi tärkeimmällä paikalla.
Lennon komentajana toimii menomatkalla Sergei Volkov ja paluun aikana Juri Lonchakov.

Andreasin kanssa matkalla on myös todennäköisesti jälleen uusi avaruusturisti: oopperalaulaja Sarah Bightman, joka on maailman rikkain klassisen musiikin naispuolinen esiintyjä. Hän on kouluttautunut matkaansa varten Venäjällä vuodesta 2012 alkaen.

Andreas oli viime syksyllä Suomea kiertäneen Avaruusrekan vieraileva tähti Oulun pysähdyksellä.

Paljon uutta tekniikkaa

Andreas on koulutukseltaan ilmailu- ja avaruusinsinööri, joten hänen lennollaan tulee olemaan runsaasti tulevaisuuden tutkimuslentoja varten tehtävää tekniikan testaamista.

Lennolla mm. kommunikoidaan miehistön ja lennonjohdon välillä uudella, kokeellisella tavalla ja Andreas tulee käyttämään ESAn erityisesti varustamaa tablettia, jonka avulla asemalla tutkimusta tekevä astronautti voi olla monella tavalla suoraan yhteydessä Maassa oleviin tutkijoihin. Laitteisto tarjoaa myös kätevästi teleläsnäoloa, mitä on tarkoitus tarjota myös suurelle yleisölle internetin kautta. Koskaan aikaisemmin avaruuslentoa ei ole voinut seurata yhtä realistisesti kuin nyt.

Pitkillä avaruuslennoilla olevat astronautit antavat jatkuvasti näytteitä ja heitä mitataan yhtenään, jotta avaruuden olosuhteisiin sopeutumista pystytään tutkimaan ja sen negatiivisia vaikutuksia voidaan torjua. Lyhytkestoisen lennon aikana tähän tietoon ja näihin näytteisiin saadaan erinomaista vertailumateriaalia.

Lennon aikana Andreas tekee myös mm. materiaalifysiikkaan liittyviä kokeita. Kaikki tarvittavat tutkimuslaitteet ovat jo valmiina avaruusaseman eurooppalaisessa Columbus-laboratoriossa.

Lyhyen lennon erinomainen piirre on myös se, että näytteet saadaan toimitettua pikaisesti Maahan lennon päätteeksi.

Lentonsa aikana Andreas tulee pitämään päällään hyvin "avaruudelliselta" näyttävää, lähes ihonmyötäistä spandex-vaatetta, jonka venyvä kangas on muotoiltu siten, että se puristaa haluttuja lihaksia jokseenkin samalla tavalla kuin painovoima tekisi Maan pinnalla.

Ennen Andreasia seuraava eurooppalainen avaruusasemalla on saksalainen Alexander Gerst, jonka puolivuotinen lento alkaa ensi keväänä. Italialainen Samantha Cristoforetti seuraa häntä loppuvuodesta 2014. Andreasin jälkeen matkaan pääsee britti Tim Peake, jonka lento alkaa joulukuussa 2015.

Kun vuonna 2009 valituista astonauteista ensimmäisenä lennolleen päässyt Luca Parmitano on parhaillaan avaruusasemalla, on ainoa toistaiseksi ilman lentoa oleva kuusikon jäsen ranskalainen Thomas Pesquet. Tuskin hänkään joutuu odottamaan lentonimitystään enää pitkään.

Andreas bloggaa lentoonsa valmistautumisesta tanskaksi osoitteessa videnskab.dk/profil/andreas-mogensen ja hänen twitter-nimensä on @astro_andreas.

ESA tulee Tiedetuubiin

Ensi viikosta alkaen ESAn, ja siten myös Andreasin, avaruuskuulumisia voidaan seurata myös täällä Tiedetuubissa, sillä sivustomme aloittaa yhteistyön Euroopan avaruusjärjestön kanssa. ESAn tuella tuotettu materiaali tulee olemaan sivustolla omalla osastollaan, selvästi toimituksellisesta aineistosta erillään. Sivuilla mm. ESAssa olevat suomalaiset kertovat työstään ja hankkeista, joissa he ovat mukana.

Markus Hotakainen

Kesän valoisten öiden jälkeen tähtitaivas näyttää kokeneenkin tähtientarkkailijan silmissä kuin uudestisyntyneeltä. Ja osittain se on tottakin.

Kevään viimeisinä pimeinä iltoina tähtitaivas oli aivan eri asennossa kuin elokuun lopussa.

Etelän suunnalla huomio kiinnittyy – jos on ulkosalla riittävän myöhään ja tulee katsahtaneeksi taivaalle – kolmen tähden muodostamaan suureen kuvioon, jolle on annettu ilmeinen nimi Suuri kesäkolmio.

Se ei ole tähdistö, sillä kaikki kulmatähdet kuuluvat eri tähdistöihin. Kirkkain tähdistä on Vega, joka on Lyyran tähdistössä, siitä vasemmalla eli itään on Deneb, Joutsenen tähdistön kirkkain tähti, ja alakulmassa on Kotkan tähdistön Altair.

Joutsenen tähdistö on siitä poikkeuksellinen, että se todella muistuttaa esikuvaansa: Deneb on kansallislintumme taivaallisen vastineen pyrstössä – tähden nimi tarkoittaa sananmukaisesti pyrstöä – ja toiseksi kirkkain tähti, sinikeltainen kaksoistähti β Cygni eli Albireo sen etelään osoittavassa nokassa.

Vaikka Joutsen on keskellä Linnunradan eli oman spiraalinmuotoisen kotigalaksimme valovyötä, sen ristikuvio on helppo hahmottaa.

Joutsenen tähdistö on monissa kulttuureissa mielletty linnuksi, mikä ei ole kovin yllättävää sen ulkomuodon vuoksi. Se on ollut niin kotka, kana kuin kyyhkynenkin, mutta selkeimmin se muistuttaa juuri Joutsenta pitkine kauloineen, leveine siipineen ja lyhyine pyrstöineen. Nimen osuvuutta lisää sen sijainti keskellä Linnunrataa suuntaamassa lentonsa syksyn tullen kohti etelää, jolloin Linnunratakin kulkee iltaisin taivaanlaelta lähes kohtisuoraan eteläiseen horisonttiin.

Monissa muissa kielissä vertauskuva jää puolitiehen, sillä Linnunrata on esimerkiksi englanniksi ja saksaksi Maitotie (Milky Way, Milchstrasse) ja ruotsiksi Talvikatu (Vintergatan).

Joutsenen tähdistöstä alkaa Linnunradan Suuri repeämä, joka jatkuu Ketun ja Nuolen tähdistöjen läpi Kotkaan ja Käärmeeseen saakka. Sillä kohtaa tähtienväliset pölypilvet peittävät kauempana olevat tähdet taakseen, ja Linnunradan valovyö näyttää jakautuvan kahtia. Näitä seutuja kannattaa katsella mahdollisimman pimeältä paikalta, muuten Linnunradan yksityiskohdat eivät erotu kunnolla.

Selkeän kuvion lisäksi Joutsenen tähdistössä erottuu ideaaliolosuhteissa paljain silmin kaasusumu NGC 7000 eli Pohjois-Amerikka-sumu. Se on suunnaton tähtienvälinen vetykaasupilvi, joka on aivan tähdistön kirkkaimman tähden, Denebin, vieressä. Jos taivaalla on hiukankin utua tai ohutta pilveä, tai jos havaintopaikka ei ole täysin pimeä, sumua on turha taivaalta etsiä. Huippukelillä ja pilkkopimeällä paikalla kirkkaan Denebin vieressä kuitenkin kajastaa himmeä utuläiskä. Paljain silmin ei kuitenkaan pysty erottamaan valokuvissa hahmottuvaa selkeää muotoa, josta sumu on saanut nimensä. Kiikaristakaan ei ole ihmeemmin apua, sillä sumu on hyvin laaja ja katoaa pienelläkin suurennuksella helposti kokonaan näkyvistä. Kaukoputkella se ei erotu oikeastaan ollenkaan, mutta pitkillä valotusajoilla sen saa ikuistettua filmille – tai nykyisin digikameran ccd-kennolle ja edelleen tietokoneen muistiin.

Kiikarilla voi sen sijaan ihastella avointa tähtijoukkoa M39, joka on Joutsenen pyrstön takana, kuin suuren linnun taakseen jättämänä. Siinä on vain parikymmentä tähteä, ja nekin hukkuvat helposti Linnunradan muiden tähtien muodostamaan paljouteen, ellei ole tarkkana.

Albireo on kaksoistähti, joka on yksi taivaan kauneimmista. Kaksoistähden kirkkaampi tähti on väriltään oranssi ja himmeämpi sininen. Värit erottuvat jo kiikarilla ja pienellä kaukoputkella, mutta isommalla kaukoputkella värisävyt voimistuvat, ja oranssi tähti näyttää jopa kullanhohtoiselta.

Katso muutkin Syksyn tähtitaivas -sarjan muut kirjoitukset:

Syksyn tähtitaivas: Andromeda, Kassiopeia ja Kefeus
Syksyn tähtitaivas: Vetiset kuviot
Syksyn tähtitaivas: Kolme pientä eläintä
Syksyn tähtitaivas: Matelijan karu kohtalo
Syksyn tähtitaivas: Sankari ratsuineen
Syksyn tähtitaivas: Joutsen
Syksyn tähtitaivas: Kotka
Syksyn tähtitaivas: Lyyra

Jari Mäkinen

Lokakuussa avaruuteen laukaistava Gaia-teleskooppi lennätettiin aikaisin perjantaina Suomen aikaa Ranskan Toulousesta Kouroun avaruuskeskukseen. Hieman yli kaksi tonnia painava satelliitti sekä sen laukaisuvalmisteluun vaadittava laitteisto saivat kyydin suurella Antonov An-124 -kuljetuskoneella. Kuvassa kone on Cayennen lentoasemalla juuri saapumisensa jälkeen perjantaina aamupäivällä Suomen aikaa, aamun aikaisina tuntena paikallista aikaa Ranskan Guianassa. Gaia on tarkasti tähtien paikkoja taivaalla mittaava avaruuskaukoputki, jonka tekemien havaintojen perusteella tähtitieteilijät tulevat tekemään tarkimman koskaan koostetun kartan taivaasta. Nykytekniikan avulla kartasta tulee kolmiulotteinen malli omasta galaksistamme sekä sen noin tuhannesta miljoonasta tähdestä. "Monet sanovat, että tähtien kartoittaminen ei ole mitenkään seksikäs aihe, mutta he sanovat niin ennen kuin ovat kuulleetkaan Gaiasta ja siitä, mitä se pystyy tekemään", sanoo Gaian tiedejohtaja, suomalainen Timo Prusti. "Gaia näkee tähtiä, jotka ovat noin 400 000 kertaa heikompia kuin voimme nähdä paljain silmin. Se pystyy määrittämään niiden sijainnin 24 mikrokaarisekunnin tarkkuudella, eli yhtä tarkasti kuin voisimme nähdä hiuksen noin 1000 kilometrin päästä." Havaintojen avulla voidaan laskea lähimpien tähtien etäisyydet huimalla 0,001% tarkkuudella. Linnunradan keskustassa noin 30 000 valovuoden päässä olevien tähtien etäisyydet voidaan määrittää noin 20% tarkkuudella, mikä on huima parannus nykyiseen. "Samalla kun Gaia tarkkailee taivaan tähtiä sekä niiden sijaintia, sijainnin muutosta ja kirkkautta paljon tarkemmin kuin mikään havaintolaite aikaisemmin, se tulee todennäköisesti löytämään satoja tuhansia uusia kohteita, kuten esimerkiksi muita tähtiä kiertäviä planeettoja, niin sanottuja ruskeita kääpiöitä (suutariksi jääneitä tähtiä, joiden massa ei riittänyt sytyttämään niissä energiaa tuottavaa fuusioreaktiota) sekä aurinkokunnassamme olevia pienkappaleita, asteroideja ja komeettoja." Gaia pystyy myös löytämään tähtiä, jotka ovat itse asiassa olleet aikaisemmin pienemmissä galakseissa, jotka Linnunrata on hotkaissut sisäänsä. Tähtien liikeratojen tarkalla selvittämisellä voidaan myös paikansaa pimeää ainetta, jota ei pysty havaitsemaan suoraan, mutta jota näyttää olevan kaikkialla. "Vaikka päähuomio onkin omassa Linnunradassamme sekä sen tähdissä, Gaia näkee myös satoja tuhansia muita galakseja", Prusti jatkaa. "Mittaamalla kvasaareita Gaian avulla saadaan myös testattua Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa paremmin kuin koksaan aiemmin."

ESA on mitannut tähtiä jo aikaisemminkin: Hipparcos -niminen satelliitti kiersi Maata vuosina 1989-1993 ja mittasi noin sadan tuhannen tähden sijainnit. Nyt sen havainnoista tehty kartasto on paras tähtitieteilijöiden käyttämä tähtikartta. Gaia tulee nyt kaksi vuosikymmentä myöhemmin mittaamaan 200 kertaa tarkemmin ja tuottamaan ainakin 10 000 kertaa enemmän tietoa.

Kuukauden matka havaintopaikalle

Gaia laukaistaan matkaan Sojuz-kantoraketilla Ranskan Guyanassa sijaitsevasta Euroopan avaruuslaukaisukeskuksesta marraskuussa. Avaruuteen päästyään Gaia ohjataan noin 1,5 miljoonan kilometrin päähän Maasta niin sanottuun Lagrangen pisteeseen numero 2, erääseen Maan luona olevaan alueeseen, missä Maan ja Auringon vetovoimat ovat jotakuinkin saman suuruiset, ja siten siellä oleva alus pysyy jotakuinkin paikallaan.

Tarkalleen ottaen Gaia tulee kiertämään hitaasti tätä gravitaatiotasapainopistettä soikeahkolla radalla, mistä katsottuna sillä on koko ajan erinomainen näkymä ulos aurinkokunnasta ympäröivään avaruuteen ja Aurinko paistaa samalla sen aurinkopaneeleihin. Paneelit on sijoitettu kymmenen metriä halkaisijaltaan olevan suuren aurinkosuojan takapuolelle.

Laukaisun jälkeen kestää noin kuukauden, ennen kuin Gaia on saatu ohjattua havaintopaikalleen 1,5 miljoonan kilometrin päähän. Sen systeemien ja havaintolaitteiden virittäminen aloitetaan kuitenkin jo matkan aikana, joten näin teleskooppi pääsee työhön heti vuoden 2014 alusta - jos kaikki sujuu hyvin.

Alun perin nimi "GAIA" tuli sen suunniteltua toimintaperiaatetta kuvaavista sanoista Global Astrometric Interferometer for Astrophysics, mutta jo satelliitin kehittämisen alkuvaiheessa päätettiin siitä tehdä hieman erilainen: nyt Gaiassa on kaksi tarkkaa optista kaukoputkea, jotka on suunnattu hieman eri suuntiin.

Kun satelliitti pyörii avaruudessa hitaasti akselinsa ympäri, kuvaavat kaukoputket koko ajan näkymää edessään ja näin vähitellen ne pystyvät kartoittamaan koko taivaanpallon. Sama toistetaan viisivuotiseksi suunnitellun lennon aikana useaan kertaan, jolloin muutokset tähtien sijainneissa kertovat niiden liikkumisesta.

Pelkän taivaalla olevan valopisteen sijainnin kirjaamisen lisäksi Gaia analysoi valoa spektrometreillään: valo pystyy kertomaan muun muassa tähden etääntymisestä tai lähestymisestä. Gaiassa on kaikkiaan kolme erilaista tieteellistä tutkimuslaitetta kummassakin kaukoputkessa.
Gaian ohjaaminen tulee tapahtumaan Euroopan avaruusoperaatiokeskuksesta ESOCista Saksasta, mistä siihen ollaan yhteydessä Cebreroksessa, Espanjassa, ja Australian New Norciassa olevilla suurilla antenneilla. Tiedetoimintoja hallitaan Espanjassa, Madridin luona Villafrancassa olevassa Euroopan Avaruustähtietedekeskuksesta, ESACista.

Havaintoja on käsittelemässä ja analysoimassa suuri joukko tutkijoita (myös Suomesta) ja tämä julkaisee aikanaan yhdessä Gaian tähtikartan kaikkien tähtitieteilijöiden käytettäväksi.

Gaian laukaisuvalmisteluita seurataan ESA:n Gaia-blogissa.

Päivän kuva 19.6.2013: ATV-4 saapumassa avaruusasemalle

Jari Mäkinen

Eurooppalainen avaruusrahtari ATV Albert Einstein saapui kansainväliselle avaruusasemalle viime lauantaina ja telakoitui siihen klo 17:07 Suomen aikaa. Automaattisesti, tosin tarkassa valvonnassa, tapahtunut telakoituminen onnistui erinomaisesti, sillä alus oli vain 11 mm sivussa keskilinjaltaan, vaikka ATV ja ISS liikkuivat yhdessä avaruudessa 28 000 kilometrin tuntivauhtia.

Järjestyksessään neljäs Euroopan avaruusjärjestön rahtilento toi asemalle seitsemän tonnia tavaroita, ruokaa, laitteita, polttoainetta ja vaatteita. Sen paineistetussa rahtitilassa on kailliaan yli 1400 yksittäistä tavaraa, joita astronautit parhaillaan ovat siirtämässä aseman sisälle. ATV-4 toimii lokakuun loppuun saakka avaruusaseman ylimääräisenä osana, sen varastotilana, kunnes se pakataan täyteen roskia ja laitteita, joita ei enää tarvita, irrotetaan asemasta ja ohjataan tuhoutumaan hallitusti Tyynen valtameren päällä.

Kuvassa avaruusasemaa lähestyvä 20-tonninen alus käyttää ohjausrakettimoottoreitaan, joilla sen rataa hienosäädettiin. ATV:ssä on kaikkiaan 24 ohjausrakettimoottoria ja neljä voimakasta päämoottoria, joilla se tulee nostamaan avaruusasemaa korkeammalle radalle ja tekemään tarvittaessa muita ratamuutoksia.

Kuva: ESA / NASA

Päivän kuva 16.6.2013: 50 vuotta naisia avaruudessa

Toimitus

50 vuotta sitten maailman ensimmäinen naisavaruuslentäjä Valentina Vladimirovna Tereškova oli ennätyksellisellä, kolme päivää kestäneellä lennollaan Vostok-6 -aluksella. Laskuvarjohyppäämistä harrastanut Valentina kouluttautui insinööritieteiden tohtoriksi ja pääsi ilmavoimien lentäjäksi, mitä kautta hänet otettiin mukaan myös avaruusohjelmaan.

Monien kosmonautien tapaan Tereškova on palkittu Neuvostoliiton sankari -kunniamerkillä sekä monilla muilla tunnustuksilla ja arvonimillä, ja päättyneellä viikolla hän oli mukana juhlimassa avaruusalalla olevien naisten kanssa lentonsa 50-vuotisjuhlaa Wienissä pidetyssä YK:n alaisessa seminaarissa.

KAIRA vihittiin käyttöön Kilpisjärvellä

Jari Mäkinen

Suomen suurin radioteleskooppi otettiin käyttöön Kilpisjärvellä eilen torstaina 6.6.2013. Kyseessä on uudenlainen ns. LOFAR-teleskooppi, joka yhden ison antennin sijaan koostuu monista pienistä, sähköisesti suunnattavista antenneista.

Ilmasta katsottuna Kilpisjärvelle rakennettu KAIRA-radiovastaanotinasema ei siksi näytä yhtä upealta kuin esimerkiksi Sodankylässä oleva EISCAT-tutkan kumisten kääntyvä lautasantenni, mutta se on parempi, tehokkaampi ja edullisempi. KAIRA:ssa käytetään lukuisten yksittäisten lanka- ja paneeliantennien yhdistelmää ja radioastronomian tarpeisiin kehitettyä digitaalista signaalinkäsittelyä.

Kaikkiaan KAIRA-asemalla on yli 1500 yksittäistä radioantennia. Ilman liikkuvia osia, käyttämällä sähköistä signaalien vaiheistukseen perustuvaa ohjausta ryhmäantenni pystyy muuttamaan katselusuuntaansa sekunnin murto-osassa. Lisäksi digitaalinen signaalinkäsittely mahdollistaa samanaikaisesti useita katselusuuntia. Itse asiassa on mahdollista kuvata koko taivas suurella tarkkuudella millä tahansa hetkellä.

KAIRA voi toimia joko itsenäisesti passiivisena radiovastaanottimena tähtitieteellisissä mittauksissa tai tutkavastaanottimena sekä Tromssan EISCAT VHF -suurtehotutkalähettimelle että muille Fennoskandian VHF-lähettimille.

Vastaavia laitteistoja maailmassa on Keski-Euroopassa toimiva LOFAR-verkosto, johon kuuluu 44 asemaa eri maissa, sekä Yhdysvalloissa ja Australiassa. Useista radioteleskoopeista LOFARin ja KAIRAn erottaa se, että mittauksissa käytetään melko pitkäaaltoisia ns. HF- ja VHF-radioaaltoja, joiden aallonpituus on metreistä kymmeniin metreihin. Yleisempää radioteleskoopeissa on käyttää lyhytaaltoisempia radioaaltoja. Esimerkiksi Metsähovin radioteleskoopilla havaitaan senttimetri- ja millimetriluokan aallonpituuksia.

Myös maailman suurin radioteleskooppi, Etelä-Afrikkaan ja Australiaan tekeillä oleva SKA, Square Kilometre Array, perustuu LOFAR-tekniikkaan.

Merkittävä teknologiapanostus Lappiin

Nimi KAIRA tulee sanoista Kilpisjärvi Atmospheric Imaging Receiver Array ja se kertoo havaintolaitteen tärkeimmästä tehdävästä: sillä voidaan tutkia ja eräällä tapaa jopa kuvantaa ilmakehän eri kerroksia ja avaruutta lähiavaruudesta aina syvään avaruuteen saakka. Tärkeä tutkimuskohde tulevat olemaan Auringon toiminnan vaikutukset ilmakehässä.

KAIRAlla voidaan selvittää esimerkiksi revontulina näkyvien, Auringosta saapuvien sähköisten hiukkasten aiheuttamia kemiallisia muutoksia yläilmakehässä. KAIRAlla voidaan saada myös uutta tietoa avaruussäästä, johon Auringon toiminta vaikuttaa. ”Lähiavaruuden ja avaruussään merkitys ihmiskunnalle on kasvamassa. Uuden tiedon avulla voimme ymmärtää niitä paremmin ja esimerkiksi ennustaa avaruussäätä”, kertoo johtaja Esa Turunen Sodankylän geofysiikan observatoriosta.

Auringon avaruussäähän aiheuttamat vaihtelut voivat vioittaa ja tuhota lähiavaruudessa maata kiertäviä satelliitteja. ”Esimerkiksi GPS-paikantaminen lisääntyy jatkuvasti ja epäonnistuu, jos avaruussää aiheuttaa GPS-satelliittien signaaleihin odottamattomia häiriöitä. Avaruussäällä on muitakin haitallisia vaikutuksia ihmisen käyttämään teknologiaan”, jatkaa Turunen.

Tutkalla voidaan myös havaita mm. Maan ohi kulkevia asteroideja ja kartoittaa avaruusromua. Sodankylän geofysiikan observatoriossa (SGO) on 1900-luvun alusta lähtien tutkittu Maan ilmakehää ja lähiavaruutta. Suomella on kansainvälisesti johtava asema tietyillä radiotieteen aloilla. Observatoriossa on muun muassa kehitetty uraa uurtavia menetelmiä tutkia lähiavaruutta tutkamittauksilla.

Oulun yliopistoon kuuluva Sodankylän geofysiikan observatorio onkin KAIRAn perustaja. KAIRA liittyy myös Pohjois-Skandinaviassa toimivaan EISCAT-tutkajärjestelmään. Sen päälähetin on 80 kilometrin päässä Tromssassa Norjassa ja KAIRA toimii sen signaalien vastaanotinasemana. KAIRAn avulla kehitetään osaltaan suunnitteilla olevaa EISCAT_3D-järjestelmää. Se on toteutuessaan maailman edistyksellisin suurtehotutka yläilmakehän ja Maan lähiavaruuden tutkimukseen.

KAIRA on toistaiseksi suurin yksittäinen mittalaiteinvestointi SGO:n satavuotisessa historiassa. Oulun yliopisto on rahoittanut sitä 475 875 euron infrastruktuurirahoituksella ja SGO sijoittanut 418 625 euroa.

EU-tukena Lapin liiton koordinoima EAKR-rahoitus on ollut 320 000 euroa ja Sodankylän kunnan tuki on 50 000 euroa. Kaikkiaan kustannukset ovat olleet 1,263 miljoonaa euroa. ”Oulun yliopiston tavoitteena on olla vahva kansainvälinen tutkimuspainotteinen yliopisto. Sodankylän geofysiikan observatorio edustaa tutkimuksen kärkeä parhaimmillaan. Se tekee kansainvälisesti korkeatasoista perustutkimusta, jolle on nähtävissä suorat käytännön sovellukset”, sanoo Oulun yliopiston rehtori Lauri Lajunen.

Rehtori Lajunen vihki KAIRAn käyttöön eilen, 6. kesäkuuta 2013 Kilpisjärvellä. KAIRAN tapahtumia voi seurata mm. KAIRA-blogissa.

Tämän tekstin pohjana on Oulun yliopiston tiedote.

Volare! Lucan lento avaruusasemalle.

Jari Mäkinen

Euroopan avaruusjärjestön italialaisastronautti Luca Parmitano on parhaillaan Baikonurin avaruuskeskuksessa valmistautumassa viikon päästä tapahtuvaan lähtöönsä kohti kansainvälistä avaruusasemaa. T-Tuubi tapasi hänet maaliskuussa. Luca Parmitanon avaruuslento avaa uuden ajan eurooppalaisessa astronauttitoiminnassa, sillä Parmitano on ensimmäinen vuonna 2009 valituista kuudesta astronautista, joka pääsee lentoon. Kolmelle muulle on jo lennot tiedossa: seuraavana saksalainen Alexander Gerst, sitten italialainen Samantha Cristoferetti ja juuri viime viikolla kerrottiin britti Tim Peaken lennon varmistuneen. Lennot tapahtuvat vuosina 2014-2015 ja ovat kukin puolen vuoden keikka Kansainvälisellä avaruusasemalla, osana aseman kuusihenkistä miehistöä. Näin ollen lentoaan odottavat vielä ranskalainen Thomas Pesquet sekä tanskalainen Andreas Mogensen; todennäköisesti heistä ranskalainen kokee kyydin kiertoradalle ensimmäisenä, kenties vuonna 2016. Kaikki kuusi kävivät läpi peruskoulutuksensa ESAn Kölnissä sijaitsevassa astronauttikeskuksessa, joskin pitkiä aikoja koulutuksesta vietettiin myös Venäjällä, Yhdysvalloissa, Kanadassa, Japanissa ja monissa muissa paikoissa. Heidät vietiin Sardiniaan selviytymiskoulutukseen ja laitettiin kuukaudeksi elämään Pietarissa venäläisperheissä, jotta he oppisivat venäjää. Ne, joilla ei ollut lentolupakirjaa, koulutettiin lentämään. Kölnissä olevassa suuressa vesialtaassa harjoiteltiin avaruuskävelyitä. Kyseessä oli ensimmäinen kerta, kun euroastronautit koulutettiin kokonaan ESAn omalla koulutusohjelmalla. Osin tästä syystä kuusikosta muodostui hyvin tiivis joukko, The Shenanigans. kuten he itse ryhmäänsä kutsuvat. "Meidät valittiin ryhmänä, me kouluttauduimme yhdessä, olemme eläneet pitkiä aikoja yhdessä, me olemme hyviä ystäviä ja olemme yhdessä myös vapaa-aikanamme", kertoo Luca, joka itse asiassa oli siirtynyt jo jatkokoulutukseen, kun uudet astronautit virallisesti valmistuivat loppuvuodesta 2010. "Myös nyt kun valmistaudumme lentoihimme ja olemme jatkokoulutuksessa kukin tahoillamme, niin kun tapaamme joskus jossain, niin tämä erityinen yhteys on edelleen olemassa. Se ei johdu vain siitä, että olemme olleet ja kokeneet paljon yhdessä, vaan myös siitä, että olemme hyvin samantyyppisiä ihmisiä. Pidämme siitä mitä teemme ja pidämme toisistamme."

Lentäjä-Luca

Yleensä astronauttien sinisissä haalareissa edessä rinnalla vasemmalla on nimilappu, missä tittelinä lukee "astronautti". Lucalla normaalin nimilapun sijaan on kuitenkin hänen lentäjävuosiltaan periytyvä nimilappu, missä hänet nimitetään "koelentäjäksi". "En mitenkään häpeile sitä, että olen astronautti, mutta olen ylpeä siitä, että olen lentäjä. Olen ylpeä siivistäni. Määräysten mukaan lentopuvussani pitää olla ESAn logo, maan lippu ja nimilappu, mutta määräykset eivät sano mikä nimilappu. Niinpä pidän tätä, jos joku ei usko että olen astronautti tämän vuoksi, niin en välitä." Luca väitää, että koelentäjänä oleminen on itse asiassa paljon vaativampaa kuin astronautin työ. Astronauttina oleminen on ennen kaikkea opiskelua, odottamista ja harjoittelua sellaisia tilanteita varten, joiden ei toivota tapahtuvan. Koelentäjä sen sijaan on lähes päivittäin mukana toimissa, joita ei aina voi ennakoida; se on myös aktiivisempaa ja vaatii jatkuvasti keskittymistä. "Koelentäjänä oleminen oli myös unelmaa, enkä missään nimessä kadu sitä, että hain astronautiksi - en todellakaan! Lentäminen on kuitenkin tärkeä osa minua ja itse asiassa nyt kun olen 36, niin olen ollut lentäjä puolet elämästäni. Koko työhistoriani liittyy jotenkin lentämiseen." Koulutuksensa aikana Luca ei ole ennättänyt juurikaan lentämään ja hän kaipaa nousemista siiville. Ainoa mahdollisuus lentämiseen koulutuksen aikana olisi ollut käyttää siihen harvat vapaahetket, mutta "koska olen myös aviomies ja isä, luulen, että tässä vaiheessa oli paljon tärkeämpää käyttää harva vapaa-aika perheeni kanssa. Luonnollisesi alan lentää jälleen enemmän kun palaan takaisin Maahan ja minulla on enemmän vapaa-aikaa."

Sojuzin ohjaaja

Lucan koulutus on ollut hyvin kiihkeätä paitsi siksi, että hänet temmattiin välittömästi tiiviistä peruskoulutuksesta valmistautumaan lennolle Sojuzin ns. vasenpenkkiläiseksi. Sojuz-aluksen ohjaaja istuu siinä, keskellä olevan komentajan vieressä , kun taas oikeanpuoleinen avaruuslentäjä on "vain" matkustaja. Vaikka voisi ajatella, että Sojuzilla ei lennetä, vaan se kulkee vain raketin mukana taivaalle ja siellä automaattisesti perille asemalle, on totuus luonnollisesti toinen. Vaikka automatiikka hoitaakin monia tehtäviä, pitää tietokoneita paimentaa ja niiden toimintaa tarkkailla. Normaalitapauksessa ohjaaja toimii komentajan apuna tässä, mutta hänen täytyy pystyä lentämään itse Sojuzia ilman komentajan apua ja hoitamaan työnsä myös käsiohjauksella. Ilman tietokoneiden apua on Sojuzin lentäminen varsin vaativaa hommaa: "Sen opettelu on ollut vaativin asia mitä olen koskaan tehnyt. Sojuzin telakointi käsiohjauksella on todella vaativaa ja siinä täytyy ajatella koko ajan neliulotteisesti, siis paitsi paikkaa, missä olet, niin myös sitä minne pienen ohjausliikkeen seurauksena tulet menemään ja missä olet sen seurauksena hetken kuluttua. Samoin Sojuzin laskeutuminen ilman tietokoneita on todella haastavaa ja siinä täytyy keskittyä todella tarkasti, toimia harkiten ja ottaa huomioon samanaikaisesti monia eri asioita. Lisäksi avaruusaseman robottikäsivarren ohjaaminen joissain olosuhteissa on todella vaikeaa." Lucan lento on myös siinä mielessä erityinen, että se tulee käyttämään uudenlaista, nopeaa nousua avaruusasemalle. Kun perinteisesti matka avaruusasemalle on kestänyt kaksi päivää laukaisun jälkeen, kuluu laukaisusta telakoitumiseen nyt vain kuutisen tuntia. "Nykyisen Sojuzin tietokoneet pystyvät hallitsemaan tämän lennon reitin laskemisen, kun aikaisemmin koneiden laskentateho ja muistikapasiteetti olivat niin rajalliset, että maavalvomon täytyi lähettää sille jatkuvasti käskyjä ja tietoja." Lucan ja hänen miehistönsä Sojuz TMA-9M -alus on jo yhdeksäs uusia tietokoneita käyttävä Sojuz TMA-M -sarjan avaruusalus, mutta vasta nyt aluksen koko kyky laitetaan peliin. Kuten aina avaruustoimissa, on laitteiden toimintaa haluttu ensin tarkkailla normaalikäytössä, ennen kuin niitä on käytetty uusiin temppuihin. "Nyt tiedämme, että se toimii luotettavasti ja että se pystyy myös huolehtimaan tutkalähestymisestä avaruusasemalle sekä telakoitumisesta siihen. Mutta samaan tapaan kuin aikaisemmin, voimme myös hoitaa koko lennon manuaalisesti, mikäli tietokoneissa olisi häikkää." Virallisesti Luca ja hänen miehistönsä hyväksyttiin lennolle vasta toukokuun 10. päivänä, kun he suorittivat onnistuneesti läpi vaativat simulaattorilennot Sojuzilla.

Puolivuotinen pesti avaruuslaboratoriossa

Lucan kanssa Sojuz-aluksella 28. toukokuuta nousevat matkaan venäläinen veteraanikosmonautti Fjodor Jurshikhin ja amerikkalainen Karen Nyberg. He muodostavat aseman 36. pysyvän miehistön ja tulevat olemaan asemalla tämänhetkisen suunnitelman mukaan 166 vuorokautta. Asemalla Luca on virallisesti yksi sen lentoinsinööreistä, ja suurin osa hänenkin työajastaan kuluu avaruusaseman ylläpidossa ja huoltamisessa. Hän, kuten kaikki muutkin astronautit, myös kuntoilee pari tuntia päivässä, jotta painottomuus ei surkastuttaisi lihaksia ja haurastuttaisi liikaa luita. Tärkein syy lentoon – ja koko aseman olemassaoloon – on kuitenkin tieteellinen tutkimus. Lucan ohjelmassa on 20 eurooppalaisen koejärjestelyn suorittaminen ja noin 20 muista maista tulevaan kokeeseen osallistuminen. Tämä tarkoittaa paitsi koelaitteiden valvomista, näytteiden vaihtamista ja tulosten kirjaamista, niin myös koekaniinina olemista. Astronautit ottavat itsestään ja kollegoistaan paljon näytteitä sekä tekevät monenlaisia psykofysiologisia testejä. Tutkimusten tieteellisen taustan ja laitteiden käytön opiskelu on luonnollisesti haukannut suuren osan kouluttautumisajasta. Kokeet liittyvät ihmisen fysiologiaan, biologiaan, materiaalitutkimukseen, fysiikkaan ja aurinkotutkimukseen, joiden lisäksi ohjelmassa on erilaisia tekniikan testaamisia. Kenties kiinnostavimmat näistä käsittelevät erittäin kevyiden metalliseosten tekemistä (mm. avaruuden painottomuudessa voidaan tehdä uudenlaisia metalliseoksia ja niistä voidaan tehdä kevyttä ja kestävää vaahtoa) ja sitä, miten ihmisen biologinen kello toimii. Lucan lennon aikana asemalle saapuu myös koko joukko rahtialuksia, joiden vastaanottoon hän osallistuu. Erityisen suuri rooli hänellä on ESA:n miehittämättömän ATV-rahtialuksen kanssa, sillä Hän valvoo sen telakoitumista, sen tyhjentämistä sekä sen avulla tehtäviä ratakorjauksia. ATV on asemalle tulevista aluksista suurin, sillä sen rahtikapasiteetti on yli kuusi tonnia. Sen lisäksi asemalle saapuu venäläisiä Progress-rahtareita, amerikkalainen Dragon ja japanilainen HTV. Lisäksi uusi amerikkalainen rahtari, Obrital Sciences -yhtiön valmistama Cygnus tunee ensimmäistä kertaa asemalle, mikäli sen huhtikuinen koelento sujuu ensin ongelmitta. Cygnus on myös italialaisittain kiinnostava, koska sen paineistettu runko on valmistettu italiassa. "Koskaan aikaisemmin yhden miehistön aikana ei ole odotettavissa niin paljon toimintaa, näin paljon yksittäisiä tapahtumia, kuin on meillä," hihkuu Luca. "Aluksia tulee ja menee koko ajan, minkä lisäksi meidän pitäisi hoitaa asemaa ja tehdä noin 40 tuntia viikossa tiedettä." Luca tekee avaruusasemalta myös kaksi avaruuskävelyä, joiden aikana hän asentaa uusia laitteita aseman ulkopuolelle ja tuo sieltä pois avaruudessa olleita näytteitä.

Viime päivät ennen laukaisua

Parhaillaan miehistö on Baikonurissa ja asuu siellä perinteisessä Kosmonauttihotellissa lentoonsa ja laukaisuunsa valmistautuen. He ovat jo nyt eristyksissä, sillä heidän ei haluta saavan flunssaa tai muita tauteja juuri ennen matkan alkua. Myös viimeinen lehdistötilaisuus laukaisua edeltävänä päivänä pidetään siten, että miehistö on tiukasti lasiseinän takana. Kyseessä ei ole vain heidän oma terveytensä, vaan myös asemalla heitä odottavien kolmen avaruuslentäjän terveys: siellä ovat Pavel Vinogradov, Alexander Misurkin ja Chris Cassidy eivät halua ylös ylimääräisiä bakteereita tai viruksia. Vain terveystarkastuksen läpäisseet perheenjäsenet ja henkilökunta voi olla tekemisissä suoraan heidän kanssaan. Lucan lento on virallisesti ESAn ja Italian avaruusjärjestö ASIn yhteinen, sillä lentomahdollisuus kuuluu NASAn ja ASIn väliseen yhteistyösopimukseen. Siten lento on saanut myös italialaisen nimen, Volare ("Minä lennän"), mikä viittaa luonnollisesti suoraan Lucan lentäjätaustaan. Laukaisu tapahtuu 28. toukokuuta klo 23 Suomen aikaa ja sitä voi katsoa suorana mm. ESAn nettisivuilta.

Uusi lento jo kiikarissa

Se, että Luca pääsee matkaan ensimmäisenä uusista astronauteista, ei (ainakaan hänen mukaansa) tarkoita sitä, että hän olisi paras. "Minä itse tunnen olevani etuoikeutettu kun pääsen ylipäänsä avaruuslennolle, mutta toki samalla haluan osoittaa, että astronauttiluokkani on hyvä luokka, koulutuksemme on ollut kunnollista ja voin näin asettaa mittatikun muille", selittää Luca vaatimattomasti. "Velvollisuuteni kouluttajiani ja luokkakavereitani kohtaan on siis osoittaa että työ on tehty hyvin ja että koulutus on ollut sellainen, että voin suorittaa tehtäväni." Kun hän palaa takaisin Maahan, on hän miltei 37-vuotias, eli juuri sopivan ikäinen lentämään uudelleen taas parin vuoden jälkeen. Silloin avaruusasemalentojen lisäksi edessä voisi olla lento NASAn uudella, rakenteilla olevalla Orion-aluksella, ja mahdollisesti jopa keikka Maan kiertorataa kauemmaksi asteroidia tutkimaan. "Se, että voisin lentää uudelleen, on luonnollisesti unelmani ja tavoitteeni." Uusimmassa Tekniikan maailma -lehdessä on laaja artikkeli Luca Parmitanon lennosta ja avaruusasemasta.

Päivän kuva 18.5.2013: Kuun kenraaliharjoitus

Markus Hotakainen

Tasan 44 vuotta sitten laukaistiin Apollo 10 kohti Kuuta. Tom Staffordin, Gene Cernanin ja John Youngin miehittämä alus asettui kahdeksi ja puoleksi vuorokaudeksi Kuuta kiertävälle radalle. Stafford ja Cernan laskeutuivat Snoopyksi eli Ressuksi nimetyllä kuumoduulilla 15,6 kilometrin korkeudelle Kuun pinnasta – komentoaluksen nimi oli luonnollisesti Charlie Brown eli Jaska Jokunen. Kolmikko palasi kahdeksan vuorokautta myöhemmin Maahan ja teki samalla miehitettyjen avaruusalusten nopeusennätyksen: 11,08 kilometriä sekunnissa eli 39 897 kilometriä tunnissa. Kaikki oli valmista heinäkuun historiallista Apollo 11 -lentoa varten.

Päivän kuva 17.5.2013: Spitzerin äänirauta

Markus Hotakainen

Infrapuna-alueella toimivan Spitzer-avaruusteleskoopin ottamien kuvien pohjalta 75 galaksia on järjestetty niiden rakenteen mukaiseen kaavioon. Galaksien ulkomuoto vaihtelee huomattavasti enemmän kuin alkuperäisen Hubblen äänirautakaavion mukaisessa luokittelussa. Selkeiden tyyppigalaksien lisäksi on paljon rajatapauksia, joissa on kahden tai useamman luokan ominaisuuksia. Infrapunakuvissa galaksien vanhat tähdet näkyvät sinisinä ja tähtien syntyalueet sekä nuoret tähdet punaisina. Kuvan voi ladata julistemuodossa täältä. Vuonna 2003 avaruuteen laukaistun Spitzer-teleskoopin instrumenttien jäähdytykseen käytetty nestemäinen helium loppui vuonna 2009, mutta osa sen laitteista on edelleen toiminnassa.