Timo Prusti ESTECissä. Kuva: Jari Mäkinen

Lähes 1,7 miljardia tähteä: "...ja kaikki alkaa liikkua"

Euroopan avaruusjärjestö ESA julkistaa tänään Gaia-satelliittinsa uusia mittauksia. "Tällä tulee olemaan sokkiefekti tutkimukselle", lupaa lennon suomalainen tiedejohtaja Timo Prusti.

Gaia on satelliitti, jonka tehtävänä on yksinkertaisesti mitata tarkasti tähtitaivasta. Missä tähdet ovat, kuinka kirkkaita ne ovat ja miten ne liikkuvat?

Tätä rutiininomaista kartoitusta on tehty erilaisin menetelmin jo historian hämystä, mutta Gaian tulokset ovat mullistavia niin määrän kuin laadunkin suhteen. 

"Kaikkein tärkein syy tehdä Gaia ja mitata tähtiä näin tarkasti on selvittää oman galaksimme, Linnunradan rakenne", selitti Timo Prusti, kun tapasimme ESTECissä, Hollannissa helmikuun lopussa ja tutkiskelimme mitä tuloksia nyt tänään julkistetaan.

Tätä ennen taivasta parhaiten kartoittanut Hipparcos-satelliitti katsoi vain lähitähtiä, mutta Gaian tähtikartta kattaa koko Linnunradan.

"Tulosten avulla voimme nähdä missä ovat Linnunradan spiraalihaarat tarkalleen, missä on galaksimme keskus ja miten itse liikumme keskuksen ympärillä. Tähän saakka kuvamme Linnunradasta on ollut hyvin staattinen, mutta me laitamme nyt kuvan kolmiulotteiseksi ja liikkumaan."

"Tämä todella sokkiefekti, kun näkee miten Linnunrata alkaa liikkua ja muuttuu eläväksi!"


Juttu jatkuu mainoksen jälkeen

Gaian tuloksia julkaistiin jo syyskuussa 2016, mutta Timon mukaan se oli vain harjoittelua.

Otsikkokuvassa on tuon tietokannan perusteella tehty kuva Linnunradasta.

"Siinä ensimmäisessä kartassa oli kaksi miljoonaa tähteä, mutta tässä uudessa on yli 1,3 miljardia tähteä. Se on aikamoinen harppaus eteenpäin, ei voi kuin aavistaa mitä kaikkea tutkijat tulevat tekemään tällä tiedolla."

Jo ensimmäisen tietokannan perusteella on tehty yli 400 referoitua julkaisua.

Tähdistä tietokannassa on niiden erittäin tarkat sijainnit taivaalla ja kirkkaudet, mutta tässä uudessa listassa on lisäksi noin 1,1 miljardin tähden värit. Gaia pystyy sanomaan alle millikaarisekunnin tarkkuudella tähtien sijainnit.

"Ensimmäistä kertaa optisilla aallonpituuksilla päästään alle millikaarisekunnin tarkkuuteen."

Tämä tarkoittaa samaa kuin voisi nähdä New Yorkista katsottuna 20 sentin kolikon Eiffeltornin huipulla.

"Lisäksi olemme voineet mitata tähtien radiaalinopeuksia, eli vauhtia, jolla tähdet tulevat meitä kohden tai etääntyvät meistä. Tämä voidaan tehdä toistaiseksi vain kirkkaimmille tähdille, eli sellaisille, jotka ovat magnitudia 12 ja vähemmän. Näistä listassa on noin kuusi miljoonaa."

Ja lista jatkuu edelleen: "puoli miljoonaa muuttuvaa tähteä ja 13 000 omassa aurinkokunnassamme olevan pienkappaleen astrometristä mittausta.

Asteroidien ja komeettojen mittaukset ovat kiinnostavia siksi, että Gaian avulla voidaan niiden ratoja Auringon ympärillä laskea hyvin tarkasti. Tämä tuo mukanaan jännittävän yllätyksen:

"Kun esimerkiksi asteroidi kulkee radallaan jonkun toisen asteroidin läheltä, niin niiden radat muuttuvat vähän. Voimme nyt mitata tämän ratamuutoksen tarkasti ja sen avulla voimme laskea asteroidien massoja. Tällä hetkellä emme tunne hyvin niiden massoja, mutta Gaian avulla saamme tästä lisää tietoa."

Gaian ensimmäisten tulosten mukaan tehty kartta Linnunradasta.

Alussa oli ongelmia

Kun Gaia laukaistiin avaruuteen joulukuussa 2013, huomattiin pian, että sen havaintolaitteisiin tuli jostain hajavaloa. Sen kaksi teleskooppia eivät siis olleet sisältä täydellisen pimeitä siten, että ne näkivät vain ja ainoastaan tähtitaivaan kuvan, vaan jostain sivusta tuli hieman valoa.

Kyse ei ollut suuresta asiasta, mutta hajavalo haittasi hieman havaintojen tekemistä. 

"Etsimme syytä siihen, mutta emme löytäneet, joten tälle ei voinut tehdä mitään. Onneksi tätä voidaan korjata havaintoja käsittelemällä, ja mitä enemmän meillä on havaintoja, niin sitä vähemmän tämä haittaa."

Toinen alussa ollut yllättävä ongelma oli teleskooppien peileihin kertynyt jäähuuru. Satelliitin sisälle oli kaikesta puhdistamisesta huolimatta jäänyt vähän vesihöyryä, joka tiivistyi ja jäätyi peilien pinnoille. Tämäkin ongelma oli pieni ja jäätä oli hyvin vähän, mutta kun kyse on erittäin tarkoista havainnoista, oli tilanne harmittava.

Tältä varalta peilejä voidaan lämmittää, ja nyt näyttää siltä, että tästä ongelmasta on päästy eroon. Vesihöyry on häipynyt avaruuteen niiden pienenpienien rakojen kautta, mistä se sisälle pääsi tunkeutumaan.

"Kolmas ongelma oli se, että teleskooppien välinen kulma on heilahdellut", harmittelee Timo ja viittaa siihen, että Gaian kaksi teleskooppia katsovat avaruuteen eri suuntiin, niin niiden välisen kulman pitäisi olla tarkalleen 106,5°.

"Tässä on ollut millikaarisekunnin heilahtelua. Se johtuu varmaankin rakenteen lämpölaajenemisesta, eikä sitä osattu ottaa huomioon, koska Gaia on ensimmäinen havaintolaite, joka voi nähdä näin pientä liikettä. Vastaavaa on voinut olla aiemminkin avaruusteleskoopeissa, mutta sitä ei ole vain havaittu."

Onneksi nämä muutokset voidaan mitata ja korjata tuloksissa.

Gaiassa on kaksi teleskooppia, joissa on kooltaan 1,45 × 0,5 metriä olevat peilit ja ne katsovat avaruuteen 106,5° astetta eri suuntiin. Kun satelliitti pyörii, keilaavat teleskoopit koko taivasta.

 

Kaasua riittää vuoteen 2024

Periaatteessa mitä pitempään mittauksia jatketaan, sitä tarkempia tuloksista tulee. Siksi on hyvä, että näillä näkymin Gaia jatkaa toimintaansa paljon suunniteltua pitempään.

"Laukaisun aikaan suunnittelimme satelliitin tekevän tiedehavaintoja vähintään viiden vuoden ajan ja tämä aika tulee täyteen nyt ensi kesällä", Timo selittää. 

Toimintaa rajoittava tekijä on ns. kylmän kaasun määrä. Sitä käytetään satelliitin asennon säätöön ja pyörittämiseen. 

"Kun se loppuu, niin emme voi enää tehdä tarkkoja kuvia. Viimeisimmän tiedon mukaan näin käy vuonna 2024 plus miinus yksi vuosi. Eli viiden vuoden sijaan voisimme tehdä havaintoja Gaialla kymmenen vuoden ajan. Avaruus on vaarallinen paikka ja mitä tahansa voi tapahtua milloin vain, mutta tällä hetkellä näyttää tosiaan siltä, että voimme jatkaa vielä vuosien ajan."

Satelliitit tuntuvat nykyisin kestävän hyvin ja koska niihin laitetaan varmuuden vuoksi mukaan ylimääräistä polttoainetta (ja Gaian tapauksessa ohjauskaasua), on suunnitellun toiminta-ajan ylittäminen normaalia. Kun lennonjohto oppii vielä pian optimoimaan satelliitin käyttöä, kuluu polttoainetta vielä suunniteltua vähemmän.

Jatkoaika vaatii kuitenkin byrokratiaa, sillä satelliitin ylläpito ja sen tulosten vastaanotto maksaa. Nyt Gaialle on saatu epävirallisesti lupaus työn jatkumisesta ainakin vuoden 2020 loppuun, ja todennäköisesti tätä jatketaan ainakin vuoteen 2022 saakka. Kriteerinä jatkoajalle on se, voiko satelliitti tuottaa enää uutta, kiinnostavaa tietoa, ja ainakin toistaiseksi lisähavainnot auttavat parantamaan laatua olennaisesti.

Gaian tietokanta numero kolme joskus tulevaisuudessa tulee olemaan siksi tätäkin parempi ja massiivisempi.

Samalla Timo ja muut tutkijat katsovat kuitenkin jo tulevaisuuteen.

"Olisi hyvä tehdä Gaian kaltainen satelliitti joskus 40 vuoden päästä, koska kun toistaisimme havainnot tuolloin uudelleen, niin saisimme erittäin kiinnostavia tuloksia. Pääsisimme esimerkiksi katsomaan oman Linnunratamme tähtien liikkeiden lisäksi lähellämme olevien Magellanin pilvien tähtien liikkeitä. Se auttaisi muun muassa mittaamaan ensimmäistä kertaa tarkasti mahdollisen pimeän aineen määrää."

Lisäksi olisi kiinnostavaa, jos uusi laite voisi tehdä havaintoja myös lähi-infrapunassa pelkän optisen alueen sijaan.

"Voisimme nähdä silloin pölypilvien peitossa olevia nuoria ja vanhoja tähtiä. Se olisi jännää!"

*

Juttua on päivitetty 25.4. päivällä olleen tiedostustilaisuuden jälkeen. Lue myös uudempi juttumme!



Juttuja samasta aiheesta