Mihin parkkeerasin avaruusalukseni?
03.07.2012
Tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jolla satojen miljoonien kilometrien päässä lentävän avaruusluotaimen sijainti voidaan määritellä sadan metrin tarkkuudella. Avaruusalusbongauksen lisäksi menetelmää voidaan käyttää tutkittaessa radioteleskoopeilla naapuriplaneettojemme kaasukehää ja niiden sisäosien rakennetta. Näin tutkijat ovat esimerkiksi etsineet ukkosmyrskyjä Marsista ja löytäneet Saturnuksen kuista vettä.
Väitöskirjaansa laatiessaan Guifré Molera Calvés halusi ottaa kaiken irti Metsähovin radiotutkimusaseman huippulaitteistosta. Hän tutki erilaisia avaruuden ilmiöitä radioteleskooppien ja VLBI-teknologian avulla. Lopputuloksena hän kehitti ainutlaatuisen radiospektroskopiaa hyödyntävän menetelmän VLBI-tekniikalla mitatun datan käsittelyyn.
Avaruusluotain paikannetaan GPS-tarkkuudella
Metsähovin tutkijat ovat yhteistyössä alankomaalaisen JIVE-instituutin kollegoiden kanssa kehittäneet menetelmän, jolla avaruusluotaimen sijainti ja nopeus voidaan määritellä äärimmäisen täsmällisesti, melkein GPS:ää vastaavalla tarkkuudella. Sijainnin laskemiseen tarvitaan vain planeettaa kiertävän luotaimen lähettämä radiosignaali ja kosminen säteilylähde, kuten tähti tai planeetta, johon signaalia verrataan.
– Seuratessamme Venus Express -satelliitin kulkua kymmenen antennin avulla kykenimme määrittelemään sen sijainnin muutaman sadan metrin tarkkuudella, vaikka luotain oli 200 miljoonan kilometrin päässä maasta! Molera hehkuttaa.
Paikannustarkkuuden mittakaava oli yhden suhde miljardiin metriin. Siihen verrattuna neula löytyy heinäsuovasta naurettavan helposti.
Venus Express -luotain Venuksen kiertoradalla (taiteilijan näkemys). Kuva: ESA
Avaruusjärjestöt voivat hyödyntää sijainnin ja nopeuden tarkkaa määrittelyä planeettatutkimushankkeiden kriittisimmissä vaiheissa: luotaimen lähestyessä planeettaa kiertävää rataa, sen asettuessa kiertoradalle, sen syöksyessä kaasukehän läpi ja sen laskeutuessa planeetan pinnalle.
Menetelmä soveltuu myös planeettojen sisäosien koostumuksen ja painovoimakenttien tutkimukseen.
– Planeetan pyörimisliike ja luotaimen kiertorata riippuvat siitä, onko planeetan ydin kiveä vai sulaa magmaa. Ilmiötä voisi verrata liikkeelle tönäistyyn kananmunaan: sekin pyörii eri tavoin riippuen siitä, onko se raaka vai kovaksi keitetty, Molera havainnollistaa.
Naapuriplaneettoja tiiraillaan teleskoopeilla
Kuten kaikilla kappaleilla, jokaisella aurinkokuntamme planeetalla ja kuulla on oma yksilöllinen spektrinsä, jota ne emittoivat eli säteilevät useilla radiotaajuuksilla. Spektrin koostumus riippuu kappaleen kemiallisesta molekyylirakenteesta.
Radioteleskoopit kykenevät poimimaan taivaankappaleiden lähettämät mikroaaltosignaalit radiospektroskopiaa varten. Moleran kehittämän menetelmän avulla naapuriplaneettojemme kaasukehissä tapahtuvia ilmiöitä voidaan tunnistaa havainnoimalla niiden spektriä teleskoopeilla.
Vuonna 2009 Metsähovin tutkijat löysivät useiden Saturnuksen kuiden pinnalta merkkejä vedestä. Teleskooppien mittaamaa dataa tarkastellessaan he havaitsivat kaasutilassa olevien vesimolekyylien yhdistymisen aiheuttamia voimakkaita spektriviivoja. Vesimolekyylien yhdistyminen näytti myös synnyttävän planeetan renkaissa voimakkaita vesipurkauksia. Ilmiö tunnetaan nimellä vesimaser-emissio.
Saturnuksen renkaat sekä Titan- ja Enceladus-kuut. Kuva: ESA
Molera etsi myös sähköpurkauksia Marsin kaasukehästä. Siellä puhaltavat voimakkaat tuulet synnyttävät jopa viikkokausia mellastavia pölypyörteitä, jotka nostavat ilmaan valtavia määriä hiekkaa planeetan pinnalta. Pyörteissä kieppuvat hiukkaset hankautuvat toisiaan vasten synnyttäen ukkosmyrskyjä ja salamointia. Valitettavasti tutkijat eivät voineet varmistua siitä, että heidän huomaamansa ilmiöt todella olivat salamointia, koska seurannan aikana ei esiintynyt voimakkaita ukkosmyrskyjä.
– On uskomatonta, miten maan pinnalla olevilla antenneilla voidaan havainnoida satojen miljoonien kilometrien päässä tapahtuvia ilmiöitä! Molera kiteyttää.
Teksti: Anni Aarinen.
Kuvat: Euroopan avaruusjärjestö ESA.
Lue lisää:
- Metsähovi löysi vettä Saturnus-planeetan järjestelmästä (uutinen 6.2.2009, elec.aalto.fi)
- Venus Express Euroopan avaruusjärjestön sivuilla
- Metsähovin radiotutkimusasema (metsahovi.fi)
AvainsanojaVery Long Baseline Interferometry (VLBI) eli pitkäkantainterferometria on menetelmä, jossa useat etäällä toisistaan sijaitsevat radioteleskoopit tarkastelevat yhtä kohdetta samanaikaisesti ja tallentavat keräämänsä tulokset sekä tarkat havaintoaikatiedot tietokoneelle. Kerätty data yhdistetään siten, että tulokset vastaavat yhden suuren ja erittäin kulmaerotuskykyisen radioteleskoopin havaintoja. VLBI-havainnot tehdään kansainvälisenä yhteistyönä ja niihin käytettyjen teleskooppien välinen etäisyys voi olla yhtä suuri kuin maapallon läpimitta. Erotuskyky riippuu teleskooppien välisestä etäisyydestä havaittavilla aallonpituuksilla: tarkkuus on sitä suurempi mitä kauempana teleskoopit ovat toisistaan. VLBI-menetelmän erotuskyky on ylivoimainen verrattuna muihin tähtitieteellisiin havaintomenetelmiin. Lisätietoja englanniksi: metsahovi.fi/en/vlbi/vlbi-project Spektri on heijastuneen ja imeytyneen sähkömagneettisen säteilyn eri aallonpituuksilla esiintyvä yhdistelmä. Jokaisella kohteella on oma yksilöllinen spektrinsä, josta kohde voidaan tunnistaa. Lisätietoa: fi.wikipedia.org/wiki/Spektri Spektrometri on laite, jolla mitataan kohteiden ominaisuuksia tietyllä sähkömagneettisen spektrin alueella. Spektrometriä käytetään spektroskopiassa analysoitaessa materiaaleja sekä tuotettaessa spektriviivoja ja mitattaessa niiden aallonpituuksia ja intensiteettiä. Spektrometrien käyttöalue on laaja ja ne soveltuvat useille eri aallonpituuksille; niillä voidaan tutkia niin gammasäteilyä, röntgensäteilyä kuin heikointa infrapunasäteilyäkin. Lisätietoa: fi.wikipedia.org/wiki/Spektrometri Spektriviiva on muutoin yhtenäisessä ja jatkuvassa spektrissä oleva tumma tai kirkas viiva, joka aiheutuu siitä, että tietyllä taajuusalueella on enemmän tai vähemmän fotoneja kuin viereisillä taajuuksilla. Lisätietoa: fi.wikipedia.org/wiki/Spektriviiva |
