Hubble-avaruusteleskooppi

Video: Hubblen Europa-havainnot helposti selitettyinä

Nasa kertoi tänään Hubblen avaruusteleskoopilla tehdyistä ultraviolettihavainnoista, joiden mukaan Jupiterin jäisen kuun Europan pinnalta suihkuaa toisinaan vesihöyryä avaruuteen.

Kerroimme tästä varsinaisessa uutisjutussamme tänään aiemmin, mutta tämä samoin tänään julkaistu Nasan Goddardin avaruuslentokeskuksen video näyttää paremmin mistä on kyse.

Suihkuista tehtiin epäsuoria havaintoja jo vuonna 2012 ja niiden olemassaoloa on epäilty jo kauemmin, mutta nyt tehdyt havainnot lisäävät edelleen Europan kiinnostavuutta. Sen jääkuoren alla on todennäköisesti koko kuun kattava meri, missä on yli kaksi kertaa enemmän vettä kuin maapallon merissä yhteensä. On mahdollista, että siellä olisi myös elämää.

Yllä olevaa videota katsoessa kannattaa pitää mielessä, että suurin osa videon kuvamateriaalista on animaatioita ja visualisointeja, ja varsinaisia havaintojakin on käytetty varsin luovasti: esimeriksi Galileo-luotaimen ottamia kuvia on yhdistetty Hubblen kuviin, jotta ne näyttävät paremmilta. Asia pysyy samana, mutta taas kerran komeimmat kuvat ovat keinotekoisia...

Video: NASA's Goddard Space Flight Center/Katrina Jackson
Musiikki: "Next Generation" / Enrico Cacace [BMI]; Atmosphere Music Ltd PRS; Volta Music; Killer Tracks Production Music

Tämä oli Nasan "yllätys": Europa suihkuaa avaruuteen

Ma, 09/26/2016 - 23:08 Jari Mäkinen

Nasa piti runsaasti ennakkoon mainostamansa tiedotustilaisuuden Jupiterin Europa-kuun "yllättävistä" löydöistä nyt maanantaina illalla, mutta tilaisuudessa ei kerrottu mitään varsinaisesti uutta. Siitä huolimatta Hubble-avaruusteleskoopilla saadut tulokset ovat erinomaisen kiinnostavia!

Europan, Jupiterin kiinnostavan kuun jäisen pinnan alla on todennäköisesti koko kuun kattava laaja meri, josta on jo aiemmin havaittu teoreettisen laskelmien lisäksi erilaisia epäsuoria merkkejä: railoja jäässä, jopa jään romahduskohtiin muodostuneita eräänlaisia järviä ja kuun pinnalta ulos avaruuteen purkautuvia suihkuja.

Nyt oli kyse jälkimmäisistä. 

Vaikka kyse ei ole ensimmäisistä sellaisten havainnoista, ovat nämä Hubblen avaruusteleskoopilla saadut suorat havainnot Europan kaasukuihkuista ovat todella kiinnostavia.

Europa on eräs harvoista paikoista Aurinkokunnassa, missä voi periaatteessa olla elämää. Sen jäänalaisessa nestemäisen veden meressä olosuhteet ovat teoreettisesti sellaisia, että elämä tulisi siellä toimeen. Siksipä tutkijat haaveilevat erilaisista tavoista laskeutua Europan pinnalle, kairata se jääpintaan reikä ja laskea sen alapuolelle tutkimuslaitteita.

Jään alta purkautuvat suihkut tarjoavat toisen, joskin epäsuoran tavan tutkia maailmaa jään alla.

Vaikka suihkuista on jo aiemmin merkkejä ja nyt Hubblella saadut havainnot ovat hyvin selviä, ei niiden olemassaolo ole täysin varmaa. Näyttää kuitenkin hyvin todennäköiseltä, että Europasta purkautuu vettä jopa noin 200 kilometrin korkeuteen kuun pinnan päälle. Vesi on ensin nesteenä, mutta se härmistyy nopeasti avaruuden kylmyydessä ja tyhjössä.

Suihkuista pinnalle satanut vaalea jää on yksi selitys pinnalta havaituille eri värisille alueille.

Hubblen havainnot
Hubblella ultraviolettivalon alueella tehdyt havainnot (yllä) ovat hieman tylsemmän näköisiä kuin Nasan tänään julkistamat grafiikat. Avaruusteteleskoopin tiedeinstituutin (Space Telescope Science Institute, STScI) tutkijan William Sparksin johtaman tähtitieteilijäryhmän tarkoituksena oli tutkia Europan pinnan päällä näkyviä ilmiöitä silloin kun kuu kulkee Jupiterin ja Maan välistä. Tällöin mahdollisessa hyvin ohuessa kaasukehässä olevat kerrokset tai suihkut näkyvät ikään kuin taustavalaistuina.
 
Tiimi havaitsi kaikkiaan 15 kuukauden aikana kymmenen tällaista ylikulkua, ja näistä kolmessa havaittiin pinnasta nousevia suihkuja. Samanlaisia havaittiin jo vuonna 2012 ja nyt ne näyttivät tulevan samoilta seuduilta ja olevan samankaltaisia. Siinä missä aikaisemmin havainnot olivat epäsuoria spektroskooppisia havaintoja, ovat nyt tehdyt havainnot suoria – suihkut on siis nähty nyt toiminnassa.

Europa on tässä mielessä samankaltainen kuin Saturnuksen Enceladus-kuu, josta on havaittu myös kaasusuihkuja.

Se, miten kaasu tunkeutuu jään läpi, on vielä arvoitus. Tutkijat ovat heittäneet ilmaan kaksi mahdollisuutta: joko suoria, geysirien kaltaisia purkausaukkoja, tai ns. kaoottisen jään alueita, eli eräänlaisia järviä pinnalla, joiden kohdalta suihkuaminen tapahtuu. 

Kerroimme näistä järvistä ennakkojutussamme viime viikolla.

Sparksin ja hänen työryhmänsä artikkeli Europan kaasusuihkuista julkaistaan Nasan tiedotteen mukaan 29. syyskuuta Astrophysical Journal -lehdessä.

Video: Tällaisia ovat Europa-kuun järvet, joista Nasa tiedottaa löytyneen jotain kummallista

Nasa lähetti eilen mielenkiintoisen ennakkotiedotteen 26. päivänä pidettävästä lehdistötilaisuudesta, jossa tullaan kuuleman mukaan kertomaan jännittävistä uusista löydöistä Jupiterin Europa-kuussa. Havainnot on tehty Hubblen avaruusteleskoopilla, joten tämä tilaisuus ei liity Jupiteria vastikään kiertämään saapuneeseen Juno-luotaimeen ja sen tekemiin havaintoihin.

Tilaisuuden sisällöstä ei ole kerrottu sen enempää, mutta sen sijaan tilaisuuden osanottajalistan mukaan eräs puhujista on Britney Schmidt, apulaisprofessori Atlanssa olevasta Georgian teknillisestä instituutista. Hän on tutkinut Europaa pitkään ja on mukana mm. tutkimusryhmässä, joka julkaisi marraskuussa 2011 Nature-lehdessä artikkelin Europan pinnalta havaituista järvistä.

Tuolloin Texasin yliopisto (missä Schmidt oli tuolloin työssä) julkaisi myös kiinnostavan videon, joka kertoo mistä oikein on kyse. Europan jäisen pinnan alla on todennäköisesti valtava meri, ja siitä pulpahtelee nestettä joskus pinnalle.

Myös Nasa julkaisi tuolloin asiaa perusteellisesti selittäneen videon:

Pian "paljastettavat uudet havainnot" Europasta ovat siis todennäköisesti väliaikaisia järviä Europan jääpinnan päällä, mutta varmuus tähän saadaan vasta 26. syyskuuta.

Tämä tiedote jatkaanee siis Nasan linjaa julkaista havaintoja uudelleen ja uudelleen ikään kuin täysin uusina. Kun asiasta julkaistaan tiedotteen lisäksi myös mystinen tiedote etukäteen, saadaan asialle vieläkin enemmän julkisuutta. Mutta toisaalta: mikä ettei – Europa on äärimmäisen kiinnostava tutkimuskohde ja sitä kannattaisi tutkia yhä tarkemmin.

Toivottavasti Nasa jaksaa myös mainita, että Junon jälkeen seuraava Jupiteriin lähetettävä luotain on eurooppalainen JUICE, ja sen pääkohteena tulevat olevaan Jupiterin jääkuut. Siitä tulee myös lennon mehuisa nimi, JUpiter ICy moon Explorer.

Aikamme suurin ja kirkkain supernova

Ti, 02/23/2016 - 01:13 Jari Mäkinen
Ainerinkulat supernovan ympärillä


Tänään 29 vuotta sitten tapahtui se, mitä oli odotettu vuodesta 1604 alkaen: ensimmäinen paljain silmin taivaalla näkynyt supernova. Tämä tähtitieteen jymypaukku sai nimen SN1987A ja siitä puhutaan yhä edelleen.

Päivän kuvaPäivän kuvana on tänään taiteilijan näkemys supernova SN1987A:n ympärillä olevista hohtavista kaasukiekoista.

Tämä uusi tähti ilmestyi Linnunradan pieneen seuralaiseen, kääpiögalaksiksi luokiteltavaan Suureen Magellanin pilveen. Se näkyy selvästi eteläisellä tähtitaivaalla, ja koska se on usvamainen kohde taivaalla, on sen nimessä tuo sana "pilvi", koska siltä se tosiaan äkkiseltään näyttää.

Yksittäisiä tähtiä siitä ei juuri erota, joten kun siihen ilmestyi selvästi paljain silmin näkynyt tähti 23. helmikuuta 1987, oli selvää, että siellä oli supernova.

Tosin se havaittiin vasta seuraavan vuorokauden puolella 24. helmikuuta. Toisistaan riippumatta Ian Shelton ja Oscar Duhalde Chilessä Las Campañasin observatoriossa sekä Albert Jones Uudessa Seelannissa näkivät supernovan ja seurasivat, kun se kirkastui +2,9 magnitudin tähdeksi.

He olivat hyvässä seurassa, sillä edellisen paljain silmin näkyneen supernovan havaitsi Johannes Kepler vuonna 1604.

Löydön jälkeen luonnollisesti lähes kaikki maapallon kynnelle kykenevät observatoriot tekivät havaintoja supernovasta.

Se paikannettiin tarkasti ja yllätykseksi havaittiin, että kyseessä oli 168 000 valovuoden etäisyydellä sijainnut sininen superjättiläinen Sanduleak -69° 202, jonka kirkkaus ennen räjähdystä oli +12 magnitudia. Omituista tässä oli se, että silloisten käsitysten mukaan sinisten superjättiläisten ei pitänyt räjähtää supernovina. Mutta niinpä ne räjähtävät – tai ainakin yksi sellainen räjähti.

Toinen yllätys seurasi myöhemmin: kävi ilmi, että kyseessä oli ensimmäinen kerta, kun todennetusti havaittiin supernovasta tulleita neutriinoita. Jo kolme tuntia ennen kuin tähti havaittiin oli iskeytynyt parikymmentä neutriinoa eri puolilla maapalloa oleviin neutriinoilmaisimiin, ja koska havainnot Japanissa, Venäjällä ja Yhdysvalloissa sijaitsevilla ilmaisimilla tehtiin 13 sekunnin sisällä toisistaan, oli selvää, että kyseessä olivat ilmiselvästi samasta kohteesta tulleet hiukkaset.

Näin SN1987A auttoi hiukkasfyysikoita määrittämään ylärajat neutriinon massalle ja varaukselle.

Vuoden 1987 jälkeen on supernovaa seurattu tarkasti. Jättiläistähti oli puhaltanut ennen räjähtämistään kaasua ympärilleen aivan kuten tähdet tyypillisesti tekevät. Sen ympärillä oli siis ulospäin puhaltavaa tähtituulta, mutta räjähdyksen jälkeen supernovasta lähtenyt voimakas ultraviolettisäteily sai kaasun hohtamaan kirkkaina renkaina.

Renkaiden koosta ja viiveajasta, joka oli kulunut räjähdyksestä renkaiden ilmestymiseen, voitiin laskea supernovan etäisyys trigonometrisesti.

Kun räjähdyksen voimasta nopeasti yli 7000 kilometrin sekuntinopeudella poispäin singonnut materia törmäsi paljon hitaammin etääntyvään renkaaseen, alkoi rengas kirkastua ja säteillä röntgenalueella. Näin kävi vuonna 2001 ja ennusteen mukaan renkaat hiipuvat vuoteen 2030 mennessä.

29 vuotta sitten räjähtäneessä supernovassa on edelleen muutamia avoimia kysymyksiä, joista olennaisin on se, että sen tuloksena ei nähtävästi ole neutronitähteä, kuten teorian mukaan tulisi olla. Sen sijaan tähtitieteilijät uumoilevat, että räjähtäneen tähden keskusta olisi kutistunut omituiseksi kvarkkitähdeksi, missä olisi nimensä mukaisesti vain alkeishiukkasten rakennuspalikoita, kvarkkeja.

Alla on Hubble-avaruusteleskoopilla vuonna 2005 otettu kuva supernovarenkaista.

Kuvat: ESO/L. Calçada ja ESA/Hubble & NASA

Avaruusteleskoopin seuraajan seuraaja hahmottuu: todellinen jättiläinen!

Su, 10/18/2015 - 16:26 Jari Mäkinen
Hahmotelma ATLAS-teleskoopista

Vastikään 25-vuotisjuhliaan viettäneen Hubblen avaruusteleskoopin pitkään tekeillä ollutta seuraajaa ei ole vielä saatu edes avaruuteen, kun tälle seuraajalle suunnitellaan jo työnjatkajaa. Pohdinnassa on tällä hetkellä kolme erilaista versiota, joista yksi valittaneen toteutettavaksi sitten, kun James Webbin mukaan nimetty uusi avaruusteleskooppi on saatu taivaalle ja toimimaan – ja kun käytössä olevan rahan määrä selviää.

Joka tapauksessa suunnitelmien mukaan seuraaja on joko valtava tai kolossaalinen avaruusteleskooppi, johon verrattuna nykyinen Hubble on vain pikku kiikari.

Avaruusteleskooppi Hubble toimii edelleen hyvin, mutta se saattaa rikkoontuja ja lopettaa toimintansa periaatteessa koska tahansa. Sen seuraajaa, lähes kolme kertaa suuremmalla peilillä varustettua James Webbin avaruusteleskooppia (JWST) on tehty vuodesta 1996 alkaen, mutta budjettivaikeuksien ja teknisten hankaluuksien vuoksi sen aikataulu on venynyt joko ajan. Nyt lähes kaikki sen osat ovat jo valmiina, ja jos kaikki menee edelleen hyvin, niin se laukaistaan Ariane 5 -kantoraketilla avaruuteen lokakuussa 2018. 

Teleskoopin mallikappale läpäisi juuri viime viikolla lämpötestit ja kaikki näyttää periaatteessa hyvältä; Hubble on saamassa viimein seuraajan, mutta vasta kolmen vuoden kuluttua.

JWST:n olennainen ero koon ja rakenteen suhteen on se, että sen sijoituspaikka avaruudessa on Maan kiertoradan sijaan ns. Lagrangen piste 2, noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maan varjopuolella oleva alue, missä Maan ja Auringon vetovoimat sekä ratojen keskihakuisvoimat jotakuinkin kumoavat toisensa siten, että siellä oleva alus pysyy vähällä asennonsäädöllä hyvin paikallaan. Lisäksi sieltä on helppoa katsoa tähtitaivaalle. Paikan huono puoli on se, että astronauttien lähettäminen sinne on varsin hankalaa, eikä uutta teleskooppia voida käydä huoltamassa. Siksi uusi avaruusteleskooppi on suunniteltu sellaiseksi, ettei sitä edes voi korjata avaruudessa.

Sen seuraajaa suunnitellaan sen sijaan korjauskelpoiseksi. Uuden, Advanced Technology Large Aperture Space Telescope -nimellä (eli ATLAST, eli "kehittyneen teknologian suuriaukkoinen avaruusteleskooppi") tunnetun laitteen sijoituspaikaksi tulee myös Lagrangen piste 2, mutta koska pian käyttöön tulevalla Orion-avaruusaluksella voitaisiin periaatteessa käydä kääntymässä Lagrangen pisteessä, tehdään siitä jälleen remonttikelpoinen. 

Monet hahmottelevat mielissään jo myös Lagrangen pisteeseen lähetettäviä avaruusasemia, joista astronautit voisivat käydä jopa helposti fiksaamassa teleskooppia. Vaikka tällaisten asemien toteutuminen on hyvin epävarmaa, kannattaa tämä ottaa kuitenkin teleskooppia suunniteltaessa huomioon.

Kolme vaihtoehtoa

ATLAST voitaisiin lähettää avaruuteen vuonna 2025 ja kuten edeltäjänsä JWST:n, on senkin suunniteltu elinikä kymmenen vuotta. Käytännössä se saattaa kestää pitempäänkin, etenkin jos ja kun sitä voidaan korjata avaruudessa. 

Alustavissa suunnitelmissa on esillä tällä hetkellä kolme eri vaihtoehtoa, joista pienin on varustettu kahdeksan metriä halkaisijaltaan olevalla peilillä, joka olisi yksi iso ja kiinteä peili monien perinteisten maanpäällisten teleskooppien ja Hubblen avaruusteleskoopin tapaan. Suurempaa kuin tämä kahdeksan metriä ei voida laukaista avaruuteen nyt ja suunnitteilla olevilla raketeilla kokonaisena.

Niinpä kahdessa muussa hahmotelmassa on suurempi, JWST:n tapaan paloista koottu peili, joka avautuu täyteen kokoonsa vasta avaruudessa. Näistä konservatiivisempi versio on 9,2-metrisellä peilillä varustettu laite, joka olisi oikeastaan kuin paranneltu JWST. Sen suurempi serkku, 16 metriä halkaisijaltaan olevalla peilillä varustettu teleskooppi, on myös samankaltainen, mutta vain paljon kookkaampi. Siinä voisi olla myös pieni sivuvalolta suojaava putki ympärillään, mutta todennäköisesti alla oleva, laajaksi levittäytyvän lämpö- ja valosuoja korvaa hankalan putkityyppisen rakenteen.

Vaikka suurin osa tähtitieteilijöistä kannattaa suurta paloista koottua peiliä, on perinteinen ratkaisu edelleen mukana siltä varalta, että JWST:n peilin kanssa tulee ongelmia. 

Laskelmien mukaan ATLAST tulee olemaan versiosta riippuen 5-10 kertaa tarkempi kuin JWST ja se pystyy havaitsemaan joka 2000 kertaa heikompivaloisia kohteita kuin Hubblen avaruusteleskooppi. Se kykenisi siis kuvaamaan jo suoraan muita tähtiä kiertäviä planeettoja.

Näistä versioista keskimmäinen, 9,2 -metrinen, voitaisiin laukaista avaruuteen jo nykyisillä kantoraketeilla, mutta pienempi yksiosainen ja suurin palapeilillä varustettu vaatisivat kehitteillä olevan Ares 5 -kantoraketin. Myös pian ensilentonsa tekevä Falcon 9 Heavy voisi tulla kyseeseen.

Siinä missä pienin olisi periaatteessa kuin suurikokoinen Hubble, olisivat kaksi suurempaa hyvin pitkälti JWST:n kaltaisia: niissä olisi pieni huolto-osa, missä ovat asennonsäätö-, tietoliikenne- ja virrantuottolaitteet, siihen kiinnitetty suurikokoinen, avaruudessa auki levittäytyvä varjo, joka suojaa Auringon valolta ja lämmöltä, sekä päällimmäisenä itse teleskooppi peileineen ja sen polttopisteessä olevine havaintolaitteineen. 

Kuten tulevassa JWST:ssä, ovat havaintolaitteet pääasiassa kameroita ja spektrografeja, jotka on viritetty varsin laajalle aallonpituusalueelle näkyvän valon ulkopuolellekin – avaruudesta kun havaintoja voidaan tehdä vapaasti niin ultraviolettisäteilystä infrapunaisen äärilaidalle saakka.

Suunnittelua tehdään parhaillaan JWST:n yhteistyökollaboraation kesken, eli yleistänen NASAn, ESAn ja Kanadan avaruuskeskuksen välisenä työnä. Näin olleen suomalaistutkijatkin voisivat olla myös tulevan jättiteleskoopin käyttäjinä ESA-yhteytemme ansiosta.

Teleskooppien peilien koot vertailussa

Kuva: Hubblen avaruusteleskoppin (vasemmalla), JWST:n (keskellä) ja ATLAST:n suurimman version (oikealla) peilien koot vertailussa.

Hubblen muodonmuutos

Pe, 04/24/2015 - 02:32 Jari Mäkinen

Kenties ensimmäisen idean avaruusteleskoopista esitti tähtitieteilijä Lyman Spitzer vuonna 1946, siis jo ennen avaruusajan alkamista. Hän haaveili ilmakehän yläpuolella olevasta observatoriosta, missä ilman väreily ei haittaisi havaintoja ja päästäisiin havaitsemaan myös ultravioletti- ja infrapunasäteilyä, joita ilmakehä imee hyvin tehokkaasti.

Vuonna 1962 Yhdysvaltain kansallisen tiedeakatemian raportti suositteli avaruusteleskoopin kehittämistä osana avaruusohjelmaa, mutta tuolloin jo alkanut kilpajuoksu Kuuhun vei suurimman osan rahasta ja energiasta, joten hanke jäi muiden jalkoihin.

Avaruusteleskooppi ei kuitenkaan jäänyt kokonaan unholaan, vaan NASA pyysi Douglas-yhtiötä hahmottelemaan avaruusasemaa, jonka olennainen osa olisi ollut avaruusteleskooppi. Hanke oli nimeltään MORL, eli Manned Orbital Research Laboratory, ja se olisi perustunut kahdessa osassa avaruuteen laukaistusta avaruuslaboratoriosta ja Gemini-aluksin sitä käyttämään ja ylläpitämään lähetettävistä astronauteista.

Suunnitelmassa mukana ollut teleskooppi oli neljä metriä halkaisijaltaan ja 15 metriä pitkä. Koska elektroniset kamerat eivät olleet vielä kovin hyviä, astronautit olisivat käyneet vaihtamassa teleskoopin kameroihin välillä uudet filmit ja tuoneet otetut kuvat alas Maahan.

MORL-teleskooppi on otsikkokuvana.

 

Avaruusteleskooppi ja sukkula samaan pakettiin

Kun avaruussukkulan kehittäminen alkoi 1970-luvun alussa, otettiin haave avaruusteleskoopista mukaan suunnitelmiin. Paitsi että sukkulan ruumaan voitiin asettaa pieniä teleskooppeja kunkin lennon aikana käytettäväksi, pohdittiin irrallisen, sukkulasta avaruuteen jätettävän avaruusteleskoopin tekemistä. 

NASA perustikin jo vuonna 1970 kaksi komiteaa tutkimaan itse teleskoopin suunnittelua ja hankkeen tieteellisiä tavoitteita. Ideoista ei ollut puutetta, mutta rahasta oli – etenkin kun sukkulan kehittäminen tuli oletettua kalliimmaksi ja rahaa oli käytettävissä odotettua vähemmän. Presidentti Fordin rajut julkisten menojen leikkaukset vuonna 1974 iskivät erityisesti avaruusteleskoopin tekemiseen ja hanke laitettiin jäihin.

Paitsi että tähtitieteilijät eivät nielleet päätöstä: he lobbasivat asiansa puolesta niin senaatissa kuin kongressissakin, ja saivat hieman rahaa hankkeen jatkamiseen.

Rahaa oli vain puolet aikaisemmasta, joten teleskooppia pienennettiin. Peilin halkaisija pudotettiin kolmesta metristä 2,4:ään ja Euroopan avaruusjärjestö värvättiin mukaan maksamaan osa viuluista. Teleskooppiin tuli yksi instrumentti ja aurinkopaneelit Euroopasta. Vastineeksi tästä ESA sai 15 % osa teleskoopin käyttöajasta.

Lopulta vuonna 1978 teleskooppi sai Yhdysvaltain puolella tarpeeksi rahaa, jotta sen rakentaminen pääsi alkamaan. Aikomuksena oli laukaista laite matkaan vuonna 1983, mutta kuten tavallista, hanke viivästyi – osin sukkulalentojen alkamisen viivästymisen vuoksi, mutta osin myös teleskoopin tekemisen hitauden vuoksi.

Viimein vuonna 1990 Edwin Hubblen mukaan nimetty avaruusteleskooppi pääsi avaruuteen.

Vuodet vierivät, Hubble vain nuortuu...

Alun perin Hubblen ajateltiin toimivan vain 15 vuoden ajan, kunnes uuden sukupolven avaruusteleskooppi laukaistaisiin sen työtä jatkamaan. Seuraajan tekeminen on kuitenkin viivästynyt, mutta samalla Hubble itse on toiminut paremmin kuin uskallettiin toivoakaan.

25 vuoden aikana Hubblea on paitsi huollettu, niin myös paranneltu viidellä sukkulalennolla. Se on saanut uusia instrumentteja, uudet tietokoneet, uudet muistiyksiköt ja melkein kaikki sisuskalut optiikkaa ja kuoria lukuunottamatta. 

Sen ulkonäköön tuli muutoksia vasta 2002, kun sen tavaramerkeiksi muodostuneet kullanväriset, käytössä lerpahtaneet aurinkopaneelit korvattiin uusilla. Nämä olivat pienemmät ja kiinteät – ja niiden vaihtamisen jälkeen Hubblekin näytti nuortuvan, se oli kuin uusi.

Vaikka Hubble toimii edelleen hyvin, se saattaa hiipua milloin tahansa. Jokin kriittinen systeemi saattaa rikkoontua, jolloin se joko ei pysty enää olemaan yhteydessä Maahan tai jatkamaan havaintojaan. 

Todennäköisesti sen käyttäminen loppuu joka tapauksessa sen jälkeen, kun sen seuraaja JWST laukaistaan avaruuteen vuonna 2018.

Joka tapauksessa loppu tulee vuonna 2024, koska silloin sen rata on muuttunut niin paljon matalammaksi, että korkealla olevan hyvin harvan ilman kitka alkaa hidastaa sen vauhtia siinä määrin, että se putoaa alas ja tuhoutuu ilmakehässä.

Avaruusteleskoopin anatomiaa

To, 04/23/2015 - 20:45 Jari Mäkinen
HST halkileikkauskuvana

Hubble-avaruusteleskooppi, eli HST englanninkielisen nimen Hubble Space Telescope mukaan, on Maan kiertoradalla noin 600 kilometrin korkeudessa oleva tähtitieteellinen havaintolaite, joka vastaa kooltaan yhteispohjoismaista Kanarian saarilla La Palmalla sijaitsevaa NOT-teleskooppia.

Vaikka NOT kykenee toisinaan erittäin korkealaatuisiin kuviin, on Hubblella etulyöntiasema, koska se sijaitsee ilmakehän ulkopuolella. Sen 2,4-metrinen peili pystyy näkemään erittäin tarkasti ja keräämään paremmin valoa kuin maanpäälliset havaintolaitteet – siksi se on muodostunut jo klassikoksi tähtitieteen historiassa.

Teleskooppi nimettiin aikanaan Linnunradan ulkopuolisten galaksien löytäjän ja avaruuden laajenemisen (Hubblen laki) keksineen Edwin Hubblen mukaan.

Hubblen avaruusteleskoopin rahoittamiseen ovat osallistuneet NASA ja Euroopan avaruusjärjestö, ja myös useat suomalaiset tähtitieteilijät ovat päässeet tekemään sillä havaintoja.

Sen käyttöiäksi suunniteltiin alun perin 15 vuotta, eli se on tänään tullut toimineeksi jo 15 vuotta kaavailtua pidempään.

 

Teleskooppiosa

Teleskooppi on rakenteeltaan hyvin yksinkertainen. Sen ytimenä on teleskooppi, joka koostuu 2,4 metriä halkaisijaltaan olevasta, yhdestä kappaleesta valmistetusta ja 10 nanometrin tarkkuudella hiotusta pääpeilistä ja apupeilistä, joka heijastaa kuvan pääpeilin takana oleville havaintolaitteille. Peilin aihion valmisti hyvin vähän lämpölaajenevasta ja optisesti korkealaatuisesta lasista nyttemmin älypuhelimien pintalasien tekijänä tunnettu Corning-yhtiö.

Havaintolaitteet sijaitsevat peilin takana neljässä erillisessä noin kaksi metriä pitkässä laatikossa, joihin valo ohjataan peileillä keskeltä. Alkuperäinen havainnointilaitteisto koostui samassa paketissa olevasta laajakulmaisesta ja planetaaristen kohteiden kapeampikatseisesta kamerasta, tarkkuusspektrografista, nopeasta fotometristä sekä ultravioletin ja näkyvän valon alueella toimineesta himmeiden kohteiden kamerasta ja spektrografista.

Koska ilmakehä suodattaa suuren osan UV-säteilystä pois, ovat ultravioletin alueella toimivat havaintolaitteet erittäin hyödyllisiä avaruudessa.

Tällä hetkellä Hubblessa on käytössä seuraavat havaintolaitteet:

  • ACS: Advanced Camera for Surveys 
  • COS: Cosmic Origins Spectrograph
  • FGS: The Fine Guidance Sensors
  • NICMOS: Near Infrared Camera and Multi Object Spectrometer
  • STIS: Space Telescope Imaging Spectrograph
  • WFC3: Wide Field Camera 3

Teleskoopin ohjauselektroniikka ja kaikki sen toiminnassaan tarvitsemat laitteet ovat teleskooppiputken ympärillä olevissa, astronauttien käsin irroitettavaksi suunnitelluissa kaapeissa. Sähkövirtaa Hubble saa kahdesta aurinkopaneelista; alkuperäiset, kullan väriset auki rullautuvat paneelit on korvattu nyttemmin kiinteillä, pienempikokoisilla aurinkopaneeleilla.

Hubblen tekninen piirros

Teleskoopin pituus on 13,2 metriä, sen massa 11 110 kiloa ja halkaisija noin 6,3 metriä.

Se kiertää tällä hetkellä Maata radalla, jonka korkeus on noin 540 km ja joka on kallellaan päiväntasaajaan suhteen 28,5 astetta. Yksi kierros maapallon ympäri kestää 95,5 minuuttia. Suomesta teleskooppia ei voi nähdä taivaalla vaeltamassa, mutta lähempää päiväntasaajaa se onnistuu. Hubblen tämänhetkisen paikan voi nähdä muun muassa www.n2yo.com -sivustolta.

Hubble tallentaa havaintonsa muistiyksiköihin (jotka olivat alun perin magneettinauhalla toimivia nauhureita, mutta sittemmin SSD-muistiyksiköitä) ja lähettää tiedot NASAn TDRSS-tietoliikennesatelliittien kautta Yhdysvalloissa, New Mexicossa sijaitsevaan maa-asemaan. Sieltä tiedot välitetään Goddardin avaruuskeskuksessa Washington D.C.:n lähellä olevaan lennonvalvomoon. Havaintotietoa kertyy vuorokaudessa keskimäärin 17 gigabittiä.

Nämä tiedot jaetaan tutkijoille ympäri maailman; havaintoaikaa tiukan kansainvälisen kilpailun perusteella saaneet tutkijat eivät tee siis itse havaintoja, vaan saavat vain tiedot lennonjohdossa ohjelmoiduista ja teleskoopin automaattisesti tekemistä havainnoista.

HST on tehnyt jo noin 1,3 miljoonaa havaintoa ja havainnut yli 25 000 erillistä kohdetta taivaalla. Näiden pohjalta tutkijat ovat julkaisseet yli 15 000 tieteellistä tutkimusta.

Nykyisellään Hubble tuottaa vuodessa noin 1o teratavua tietoa. Koko sen tuottama tietomäärä on yli 150 TB. 

*

(Tätä huhtikuussa 2015 kirjoitettua juttua on päivitetty 24.4.2020)

Hubblen seuraaja: JWST

To, 04/23/2015 - 20:28 Jari Mäkinen
JWST piirroksessa

30 vuotta sitten kukaan tuskin osasi arvata, että teleskooppi olisi edelleen käytössä. Se toki suunniteltiin pitkäikäiseksi ja avaruudessa huollettavaksi, mutta neljännesvuosisata on pitkä ikä avaruuslaitteelle.

Viimeisen, vuonna 2009 tapahtuneen huoltolennon jälkeen arvioitiin, että Hubble saattaisi olla käytössä jopa vuoteen 2020 saakka, mutta nyt sen toivotaan pysyvän kunnossa vielä vuosia tästä eteenpäin. Rahoitusta teleskoopin käyttämiseen on syksyyn 2021 saakka, jolloin sen seuraajan, pahasti myöhästyneen James Webb -avaruusteleskoopin (JWST) pitäisi päästä lopulta matkaan.

Kun tämän jutun ensimmäinen versio kirjoitettiin viisi vuotta sitten, oletettiin Hubblen toiminnan päättyvän nyt 2020 ja JWST:n laukaisun tapahtuvan vuonna 2021.

Hubble on saatu pysymään toiminnassa, mutta koko ajan kriittisiin systeemeihin tulevan vian todennäköisyys kasvaa. 

Suuri infrapunasilmä

Vaikka uutta avaruusteleskooppia kutsutaan Hubblen seuraajaksi, on niillä melkeinpä enemmän eroavaisuuksia kuin samanlaisuuksia. Molemmat ovat avaruudessa olevia suurella peilillä varustettuja havaintolaitteita, mutta siihen yhtäläisyydet melkeinpä jäävätkin. JWST on suurempi ja aivan eri näköinen, se lähetetään kauemmaksi ja kaiken lisäksi se katsoo ulos avaruuteen eri aallonpituusalueella.

​Aluksi lyhenteellä NGST (New Generation Space Telescope) tunnettu suunnitelma muuttui viralliseksi hankkeeksi vuonna 2002, jolloin sille annettiin myös nimi: James Webb -avaruusteleskooppi 1960-luvulla toimineen NASAn pääjohtajan mukaan. Mukana laitetta tekemässä ovat samat tahot kuin Hubbleakin, eli NASAn ohella Euroopan avaruusjärjestö ESA, jotka ovat päärahoittajia, ja lisäksi Kanadan avaruusvirasto CSA osallistuu pienemmällä osuudella.

Uusi teleskooppi on tyypiltään peiliteleskooppi, kuten kaikki uudet suurkaukoputket niin avaruudessa kuin Maan päälläkin ovat, eli suuri kovera pääpeili kerää taivaalta tulevaa valoa ja kohdistaa valonsäteet pienempien peilien avulla havaintolaitteisiin.

Ne puolestaan tuottavat joko kuvia tai tutkivat eri tavoilla saapuvaa valoa ja sen jakautumista eri aallonpituuksiin. Jotta laitteiden tuottamissa havainnoissa olisi mahdollisimman vähän kohinaa, jäähdytetään ne hyvin kylmiksi: sisälämpötila on vain seitsemän astetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella.

Niin peili kuin havaintolaitteetkin suunnitellaan toimimaan parhaiten infrapunasäteilyn aallonpituudella, koska maapallon ilmakehä suodattaa tehokkaasti lämpösäteilyä, eikä maanpäällisillä teleskoopeilla pystytä tekemään hyvin infrapunahavaintoja. Avaruudessa oleva teleskooppi on siten tuplasti hyödyllinen.

 

Teleskoopin peilimalli

JWST:n pääpeilin halkaisija on 6,5 metriä siinä missä nykyisen Hubblen peilin halkaisija on 2,4 metriä. Pinta-alaa uudessa laitteessa on siten lähes seitsenkertaisesti verrattuna Hubbleen. Näin suurta peiliä ei pystytä laukaisemaan kokonaisena avaruuteen, joten peili rakennetaan 18 kulmikkaasta elementistä, jotka kääntyvät mutkikkaan mekanismin ohjaamina tarkasti omille paikoilleen. Pääpeili on laukaisun aikaan pakattu tiiviiksi, monikerroksiseksi paketiksi, joka avautuu, liukuu paikoilleen ja napsahtaa millimetrin osien tarkkuudella oikeaan muotoonsa avaruudessa.

Yllä olevassa kuvassa on peilin pienikokoinen koekappale, jolla on testattu avausmekanismia ja optiikan saamista riittävän tarkaksi.

Peilien materiaali on kevyt ja kestävä, mutta hankalasti työstettävä beryllium-metalli.

"Huoltovapaa"

Vanha Hubble tuli kuuluisaksi laukaisunsa jälkeen viimeistään siitä, että sen pääpeili oli hiottu väärin ja sen näköä jouduttiin korjaamaan hammaslääkärin peilin kaltaisilla optisilla värkeillä.

Uuden teleskoopin peili on parasta tehdä kerralla kunnolliseksi, sillä JWST lennätetään varsin kauas maapallosta. Sen asemapaikaksi tulee ns. Lagrangen piste 2, eli Maan ja Auringon painovoimakenttien tasapainopiste, missä avaruusalus pystyy olemaan lähes paikallaan – käytännössä kiertämään omalaatuista rataa tyhjässä avaruudessa olevan pisteen ympärillä.

Tällaisia pisteitä on useampia, ja niistä L2 sopii parhaiten avaruuteen katsoville laitteille, koska siellä oleva avaruusalus säilyttää saman asennon Maan ja Auringon suhteen ja siksi sen asennonsäätö ja suuntaus ovat helpompia toteuttaa.

L2 sijaitsee 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maan radan ulkopuolella Auringosta katsottuna, eli matkaa sinne on lähes nelinkertaisesti enemmän kuin Kuuhun. Astronauttien vierailut uuden Hubblen luokse suunnitteillakin olevilla aluksilla on hankalasti toteutettavissa, joten uutta teleskooppia ei suunnitella astronauttien huollettavaksi.

NASA asentaa kuitenkin kaukonäköisesti JWST:n kylkeen kiinnityspisteen, mistä mahdollisesti tulevaisuudessa tehtävä robottihuoltaja voisi napata kiinni. Jo nyt suunnitteilla olevat huoltorobotit ovat kykeneviä ja pystyisivät korjaamaan teleskooppejakin, mutta niiden varaan ei vielä kannata laskea mitään: niinpä JWST suunnitellaan ja testataan kuin kauas avaruuteen lähetettävät luotaimet, kenties jopa paremmin.

Koska JWST ei siis kierrä alla sinisenä hohtavaa Maata, eikä teleskooppia tarvitse koko ajan vääntää poispäin sokaisevasta Auringosta, voi laitteen rakenne olla paljon Hubblea suoraviivaisempi. Se on siksi oikeastaan vain suuri peili, jonka alla ovat mittalaitteet sekä aurinkosuoja.

Olennaisin laitteen kokoa ja muotoa määräävä tekijä onkin laukaisu avaruuteen, sillä laite täytyy saada pakattua Ariane 5 -kantoraketin nokkaan mahtuvaksi möhkäleeksi. Eurooppalaisen Arianen rahtitila on kantorakettien suurin ja samalla laukaisu on osa eurooppalaisten maksuosuutta uudesta teleskoopista. 

Ariane 5:n rahtitila tulee täyteen uudesta avaruusteleskoopista. Pituutta sillä voisi olla hieman enemmän, mutta leveyttä ei yhtään enempää. Oikealla oleva kuva näyttää myös miten peili on taittuneena laukaisun aikaan.

Missä mennään?

Webb-avaruusteleskoopissa on kaikkiaan neljä kameraa ja spektrografia, jotka on paketoitu yhteen instrumenttimoduuliin. Ne ovat jo valmiina odottamassa teleskoopin loppukokoonpanon alkua.

Näiden neljän laitteen avuin keskitytään neljään tieteelliseen teemaan: ensimmäisten tähtien syntyyn, galaksien muodostumiseen, tähtien ja protoplanetaaristen järjestelmien kehitykseen sekä planeettakuntien olosuhteisiin. 

Teleskoopin rakentaminen päättyi (viimein) vuoden 2016 lopussa, minkä jälkeen sitä alettiin testata. Testeissä on löytynyt paljon pientä korjattavaa, minkä vuoksi laukaisupäivää jo hilattu koko ajan eteenpäin, ja nyt se odotetaan tapahtuvan maaliskuussa 2021.

Juuri nyt huhtikuussa 2020 työt JWST:n kanssa ovat kuitenkin seisahtuneen koronapandemian vuoksi. Nähtäväksi jää, kuinka tämä tulee vaikuttamaan laukaisupäivään.

ATLAST

Seuraajan seuraajakin jo suunnitteilla

Avaruushankkeista puhuttaessa horisontti on yleensä kovin kaukana, joten ei ole mikään yllätys, että tähtitieteilijät ja avaruusinsinörit miettivät jo millainen olisi JWST:n seuraaja.

Hahmotteilla oleva ATLAST, eli Advanced Technologies Large Aperture Space Telescope (kuvassa yläpuolella), jättäisi sekä Hubblen että Webbin varjoonsa sekä kokonsa että suorituskykynsä puolesta. Siinä olisi 20-metrinen mosaiikkipeili, joka toimisi sekä näkyvän valon että ultravioletti- ja infrapuna-alueilla. 

Teoreettisesti sillä pystyttäisiin erottamaan jopa eksoplaneettojen pinnalla tapahtuvia vuodenaikojen mukaisia muutoksia. Toiveikkaimpien kaavailujen mukaan se voisi olla toiminnassa vuonna 2030 – mutta tämä tuskin toteutuu.

Alla on tuorein Hubblecast, säännöllisesti Hubblen tuloksista kertova video-ohjelma, missä kerrotaan tarkemmin JWST:stä:

*

(Tätä huhtikuussa 2015 kirjoitettua juttua on päivitetty 24.4.2020)

Hubblen huoltolennot

To, 04/23/2015 - 20:18 Jari Mäkinen

Avaruusteleskooppi Hubble vietiin sukkulalla avaruuteen vuonna 1990, mutta sen suunnittelu aloitettiin jo 70-luvun puolella samoihin aikoihin avaruussukkulan suunnittelun kanssa.

Niinpä teleskooppi suunniteltiin alusta alkaen sukkulalla kiertoradalle vietäväksi ja avaruudessa huollettavaksi – ja tälle ominaisuudelle oli käyttöä heti laukaisun jälkeen, kun kävi ilmi, että Hubblen 2,4-metrinen pääpeili oli hiottu väärin ja sen kuvan korjaamiseen tarvittiin erityisiä korjauslinssejä.

Ne asennettiin teleskooppiin ensimmäisellä huoltolennolla vuonna 1993, minkä jälkeen Hubble on tuottanut toinen toistaan upeampia kuvia avaruuden ihmeistä. 

Sen jälkeen sukkulat nousivat neljä kertaa Hubble korjaamaan ja huoltamaan. Viimeisin lento oli vuonna 2009, jolloin oli tehty jo päätös avaruussukkuloiden siirtämisestä eläkkeelle. Niinpä viimeisin lento jää viimeiseksi: lento suunniteltiin antamaan avaruusteleskoopille eväät koko loppuelämää varten, ja mikäli siihen tulee vakava vika vaikka huomenna, ei sitä kyetä enää korjaamaan. 

Mutta kuten Hubblen pitkä historia on jo osoittanut, on teleskooppi luonteeltaan sitkeä taistelija ja se on pystynyt jatkamaan mullistavia havaintojaan uskomattomienkin vikojen jälkeen.

Huoltolento 1 - joulukuu 1993

Hubblen ensimmäinen huoltolento tuli enemmän kuin tarpeeseen, sillä teleskoopin pääpeili oli kyllä hiottu erittäin tarkasti, mutta valitettavasti väärään muotoon. Peilin reuna-alueet oli hiottu hieman liian lattanaksi; tarkalleen ottaen sieltä lasia oli otettu 2,2 mikronia (eli noin 1/15 ihmisen hiuksen paksuudesta) liikaa. Tästä syystä peilin muodostama kuva oli sumuinen.

Siksi Hubblelle piti asentaa monimutkainen palloaberraation korjaava optiikka, jota kutsuttiin aikanaan mielikuvituksellisesti piilolaseiksi. Kyseessä oli oikeasti viidestä pienestä peiliparista koostunut kokonainen laitteisto, joka vei yhden Hubblen neljästä instrumenttilaatikosta. Yksittäiset peilit olivat kooltaan (ja ulkonäöltään) hammaslääkärin peilin kaltaisia, tosin erittäin huolellisesti oikeaan muotoon hiottuja. 

Tämä COSTAR-nimisen laitteiston avulla teleskoopin kolme alkuperäistä instrumenttia pystyivät tekemään jälleen normaalisti havaintoja. Neljäs laite, laajakulmakamera WFPC korvattiin uudella, paremmin unltraviolettisäteilyä havaitsevalla, minkä lisäksi siinä itsessään oli jo korjausoptiikka mukana. Jatkossa kaikki tutkimuslaitteet varustettaisiin sillä, jolloin piilolaseille ei enää olisi tarvetta – ja ajan myötä kyky tehdä korjausoptiikkaa vain parani.

Lisäksi ensimmäisellä huoltolennolla vaihdettiin teleskoopin aurinkopaneelit, niitä ohjaavaa elektroniikkaa, magnetometrit, päätietokoneen apuprosessorit, asennonsäädössä tarvittavien gyroskooppien ohjauslaitteet sekä erilasia sensoreita.

Sukkula Endeavour teki tällä STS-61 -lennolla ensimatkansa avaruuteen. Sen mukana oli seitsemän astronauttia, joiden joukossa myös Claude Nicollier, Euroopan avaruusjärjestön sveitsiläinen avaruuslentäjä., jolle matka oli toiveiden täyttymys: hän on alkuperäiseltä koulutukseltaan tähtitieteilijä.

Huoltolento 2 - helmikuu 1997

Toinen huoltolento oli itse asiassa ensimmäinen "normaali" huoltolento, koska sen aikana ei täytynyt tehdä mitään yllättävää ja kiireellistä, kuten korjausoptiikan asentamista. Sukkulana oli nyt Discovery, lennon numero STS-82 ja mukana oli seitsemän astronauttia.

Tähtitieteilijiden kannalta tärkeintä oli uuden havaintolaitteet asentaminen.  STIS, Space Telescope Imaging Spectrograph, korvasi aiemmat Hubblen spektrografit yhdellä laitteella, joka pystyi keräämään jopa 500 kertaa paremmin tietoa kuin edeltäjänsä. Erityisen kyvykkääksi STIS osoittautui supermassiivisten mustien aukkojen tutkinnassa.

Toinen spektrometri, kolmesta erillisestä kamerasta koostuva Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer eli NICMOS, oli räätälöity havaitsemaan ennen kaikkea galaksien pölyisiä keskusalueita sekä kaasusumuja, joissa syntyy tähtiä ja planeettoja.

Astronautit myös vaihtoivat Hubblelle uudet asennonsäätöilmaisimet, optiikkaa ohjaavat elektroniikkayksiköt ja vauhtipyörät, joilla teleskoopin asentoa ohjataan. Lisäksi he korvasivat alkuperäiset havaintitietoja magneettinauhoille tallentaneet muistiyksiköt uusilla, SSD-piireillä toimivilla yksiköillä.

Koska huoltotyöt sujuivat hyvin, lennon aikana ennätettiin myös tehdä monia toissijaisia huoltotoimia, joilla teleskoopin arveltiin selviävän pitkään ilman avaruuden remonttireiskojen uutta käyntiä. 

 

Huoltolento 3A - joulukuu 1999

Sukkula Discoveryn tekemä lento STS-103 oli hätäkäynti: teleskoopin asennonsäädöstä huolehtineet gyroskoopit olivat kuluneet käytössä ja alkaneet rikkoutua yksi kerrallaan. NASA päätti siten aikaistaa kolmatta huoltolentoa ja jakaa sen aikana tehtäviksi aiotut tehtävät kahteen osaan, minkä vuoksi huoltolento kolmosia on kaksi kappaletta, A ja B.

Lennosta tuli lopulta odottamattoman tarpeellinen, koska viimeinen Hubblen tuolloin toiminnassa olleista gyroskoopeista hyytyi marraskuussa 1999. Gyroskoopit, eli yksinkertaisesti vauhtipyörät, pitävät huolta teleskoopin asennonsäädöstä ja suuntauksesta, joten viimeisen gyron sanottua sopimuksensa irti ei Hubblella ei voitu tehdä havaintoja ja se asetettiin horrokseen odottamaan sukkulamiehistöä uusine gyroskooppeineen.

Kaikki kuusi gyroskooppia korvattiin uusilla ja paremmilla. Lisäksi Hubble sai uudet ja paremmat päätietokoneet sekä muistiyksiköt, tietoliikennelaitteet sekä uusia sensoreita, akkujen säätöelektroniikkaa ja eristeitä pintaansa.

 

Huoltolento 3B - maaliskuu 2002

Koska edellisellä lennolla piti keskittyä Hubblen toimintakuntoisuuden varmistamiseen, jäi uusien havaintolaitteiden asentaminen nyt alkavan lennon tehtäväksi. Lisäksi Columbia-sukkulan tekemän STS-109 -lennon seitsemän astronauttia vaihtavat Hubblen aurinkopaneelit uusiin, pienempiin, mutta tehokkaampiin, ja rakenteeltaan jäykkiin, jolloin teleskoopin ulkonäkö muuttui hieman ja vanhojen aurinkopaneelien lämpötilan muuttumisesta johtuneesta pienestä värähtelystä päästään eroon.

Huoltojoukot vaihtavat myös virranjakoyksikön ja gyroskoopit sekä tekevät useita pieniä korjauksia.

Tähtitieteellisesti kiinnostavinta huoltolennolla oli uuden instrumentin asentaminen Hubbleen. Sen tärkeimpänä havaintolaitteena oli siihen saakka ollut WFPC2 (Wide Field and Planetary Camera 2), mutta nyt sen roolin peri ACS (Advanced Camera for Surveys). Uuden laitteen kuvakenttä oli kaksi kertaa edeltäjään laajempi ja se oli kolmesta neljään kertaa nopeampi. Kamera oli myös tarkempi, joten NASAn mukaan se oli kaikkine etuineen noin kymmenen kertaa tehokkaampi havaintolaite kuin WFPC2.

Vanha kamera jäi kuitenkin paikalleen ja jatkoi vielä työtään, sillä puhelinkopin kokoinen ACS asennettiin Hubblen instrumenttiruumaan Faint Object Cameran tilalle. 

Edelleen käytössä olevassa ACS:ssä on kolme erillistä kanavaa, joiden herkkyydet ulottuvat ultraviolettivalosta infrapunaiseen (115-1050 nm). 

Sen laajakulmakanava on tarkoitettu nimensä mukaisesti laajojen alueiden kuvaamiseen ja sopii siten esimerkiksi galaksien levittäytymisen tutkimiseen. Kuvakentän koko on 200 x 204 kaarisekuntia, jota se havaitsee kooltaan 4096 x 4096 pikseliä olevalla nelikennoisella CCD-kameralla. Kanava on herkimmillään punaisen valon kohdalla, jotta se voisi havaita parhaiten juuri vanhoja ja kaukaisia kohteita.

Korkearesoluutiokanava kuvaa yksityiskohtia. Sen kennon koko on 1024 x 1024 pikseliä, mutta kuvan koko vain 26 x 29 kaarisekuntia. Kanava kykenee havaitsemaan valon polarisaatiota. Siinä on lisäksi koronagrafi, jonka avulla lähellä olevat kirkkaammat kohteen voidaan peittää, jolloin ne eivät häiritse valollaan kuvausta. 

Auringolle sokea kanava on räätälöity kaasujen ja molekyylien etsimiseen. Sen nimi tulee siitä, että kamera on sokea Auringon tyypillisesti lähettämän valon taajuuksille ja näkee lähinnä ultraviolettivalon alueella. Niinpä kamera kykenee tekemään kiinnostavia havaintoja paitsi kuumista tähdistä ja kvasaareista, niin myös oman aurinkokuntamme planeettojen säätilasta sekä revontulista. Kameran kuvakentän koko on 35 x 31 kaarisekuntia ja kenno jakaa kuvan 1024 x 1024 pikseliin.

Toinen havaintolaitteisiin liittyvä uudistus on NICMOS-instrumentille asennettu mekaaninen jäähdytyslaite; NICMOSin kameran pitää olla hyvin kylmä, noin 272 pakkasasteeseen jäähdytettynä, jotta se toimii hyvin. Siksi laite oli pakattu termospullon kaltaiseen nestemäisellä typellä täytettyyn säiliöön, jonka typenkulutus oli kuitenkin arvioitua suurempi. Laitteen käyttöikä muodostui siten paljon laskettua lyhyemmäksi ja se on ollut käyttämättömänä vuodesta 1999, jolloin sen jäähdytystyppi loppui.

Astronautit asensivat NICMOSiin mekaanisen jäähdytyslaitteiston, joka ei tarvitse nestetyppeä viilentämiseen. Pakastimen tapaan toimivassa laitteessa käytetään jäähdytysaineena laajentumatonta neonkaasua ja sitä pumpataan pienellä turbiinilla. Koska normaali turbiini värisee ja häiritsisi siten Hubblen tarkkoja havaintoja, on NICMOSin jäähdyttimessä huimaa 400 000 kierroksen minuuttivauhtia pyörivä miniatuuriturbiini. Laittoisto kykenee jäähdyttämään kameran -203 asteen lämpötilaan ainakin viiden vuoden ajan.

NICMOS on edelleen käytössä – kiitos tämän huoltolennon.

Huoltolento 4 - toukokuu 2009

Avaruussukkula Columbian vuonna 2003 tapahtuneen onnettomuuden jälkeen Hubblen huoltolennot peruttiin turvallisuussyiden perusteella ja oli vaarana, että avaruusteleskooppi rappeutuu ja pahimmassa tapauksessa putoaa hallitsemattomasti Maahan. Kun sukkulat saatiin jälleen lentämään ja NASA katsoi viimeisen Hubblen huoltolennon olevan myös turvallisesti toteutettavissa, otettiin lento uudelleen ohjelmaan.

Sukkula Atlantis oli valmiina STS-125 -lennolleen jo syyskuun 2008 lopussa, kun aikomuksena ole tehdä lento saman vuoden lokakuussa. Ennen laukaisua kuitenkin Hubblen instrumenttien keräämää tietoa varastoiva sekä Maahan lähettävä osa rikkoontui. Niinpä lentoa päätettiin lykätä siihen saakka, kun Maassa oleva – toimettomana pitkään maannut – osa saatiin huollettua ja tarkistettua.

Koska sukkulalentoja tehtiin tuolloin avaruusaseman ehdoilla, viivästyi Hubble-lento kuukausikaupalla, seuraavan vuoden toukokuulle.

Tuon viimeisen huoltolennon aikana astronautit asensivat viiden avaruuskävelyn aikana Hubbleen kaksi uutta havaintolaitetta ja huoltavat sekä vaihtavat uusiin akkuja, asennonsäätögyroskooppeja, ohjaussensoreita, lämpösuojia ja muita ajan raiskaamia osia.

Uusia laitteita olivat COS-spektrografi, eli Cosmic Origins Spectrograph, ja kolmas versio laajakulmakamerasta. Nyt sen nimi oli yksinkertaisesti WFC3. Sen lisäksi kaksi rikkoontunutta havaintolaitetta. Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) ja Advanced Camera for Surveys (ACS), korjattiin ja ne ovat edelleen toiminnassa.

Hubblen huippuhavainnot

To, 04/23/2015 - 19:09 Markus Hotakainen

25 vuoden aikana Hubble-avaruusteleskoopilla on tehty tukuittain löytöjä, mutta jotkut niistä ovat olleet käänteentekeviä, jopa mullistavia. Tässä on lista viidestä huippuhavainnosta.

1. Protoplanetaariset kiekot  Hubble löysi Orionin kaasusumusta pieniä, tummia pilvekkeitä, joille annettiin nimeksi "protoplanetary disk" eli proplyd. Ne osoittautuivat syntymässä olevia tähtiä ympäröiviksi ainekiekoiksi, joissa on muodostumassa myös planeettoja. Kiekkojen löytyminen muutti käsityksiä planeettajärjestelmien yleisyydestä ja sittemmin eksoplaneettoja on löytynyt muilla havaintolaitteilla yhä kiihtyvään tahtiin.

2. Linnunradan ja Andromedan galaksin törmäys  Vertailemalla vuosien väliajoin Hubblella otettuja kuvia Andromedan galaksin tähdistä tutkijat pystyivät määrittämään tarkasti niiden liikkeen kauempana olevien kvasaarien suhteen. Kävi ilmi, että kotigalaksimme ja Andromeda ovat lähestymässä toisiaan ja kolaroivat ennen pitkää näyttävästi. Huoleen ei ole syytä, sillä törmäys ajoittuu miljardien vuosien päähän.

3. Nuori universumi  Hubblen sijainti Maata kiertävällä radalla mahdollistaa pitkät valotusajat. Vuosien varrella otettujen, kymmeniä tunteja valotettujen "Deep Field" -kuvien perusteella on pystytty tutkimaan hyvin varhaista maailmankaikkeutta, aikaa, jolloin ensimmäiset galaksit olivat juuri muodostuneet. Universumi oli silloin hyvin toisenlainen paikka: se oli paljon tiheämpi ja tähtiä syntyi noin 30 kertaa tiuhempaan tahtiin kuin nykyisin.

4. Maailmankaikkeuden mittakaava  Tekemällä Hubblella havaintoja eri etäisyyksillä sijaitsevien galaksien liikkeistä tähtitieteilijät ovat pystyneet määrittämään tarkasti maailmankaikkeuden nykyisen laajenemisvauhdin eli Hubblen vakion arvon. Siitä puolestaan voidaan laskea universumin ikä, joka Hubblen havaintojen perusteella on 13,7 miljardia vuotta.

5. Ganymedeen meri  Hubblen tuoreisiin löytöihin kuuluu Jupiterin ja koko Aurinkokunnan suurimman kuun Ganymedeen pinnan alla piileskelevän meren olemassaolon varmistaminen. Merta uumoiltiin jo aiemmin, mutta Hubblella onnistuttiin tekemään havaintoja ultraviolettialueella näkyvistä revontulista, joita esiintyy Ganymedeen lähistöllä. Revontulet kertovat magneettikentän ominaisuuksista ja ne puolestaan riippuvat kuun sisäosien rakenteesta. Joka siis on vetinen.

Kuva: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)