25 kosmista kynttilää

To, 04/23/2015 - 15:42 By Markus Hotakainen

Kiertoradalla ei kakkuja niin vain leivota, mutta nyt siihen olisi hyvä syy: Hubble-avaruusteleskooppi täyttää 25 vuotta.

Jos tarkkoja ollaan, 24. huhtikuuta tulee kuluneeksi neljännesvuosisata siitä, kun avaruussukkula Discovery vei teleskoopin Maata kiertävälle radalle. Ehdotus avaruuteen sijoitettavasta kaukoputken rakentamisesta on peräisin jo 1940-luvulta, siis ajalta ennen ensimmäistäkään satelliittia.

Kun Hubblea 1970-luvun lopulla alettiin rakentaa, tähtäimessä oli sen saaminen havaintopaikalleen vuonna 1983. Hanke kuitenkin viivästyi seitsemällä vuodella; yksi syy myöhästymiseen oli Challenger-sukkulan räjähtäminen pian lähdön jälkeen tammikuussa 1986.

Se ei ollut kuitenkaan ainut este Hubblen pitkällä tiellä, joka oli mutkainen, ja täynnä kiviä ja kuoppia. Alkuperäinen suunnitelma oli kunnianhimoinen: avaruusteleskoopissa piti olla kolmen metrin läpimittainen peili ja siihen oli tarkoitus rakentaa paineistettu osa huoltotöiden helpottamiseksi.

Budjettileikkausten vuoksi ja rakenteen yksinkertaistamiseksi paineistetusta osasta luovuttiin ja peilin läpimittaa pienennettiin 2,4 metriin. Kun alkujaan lähtöhetkeksi suunniteltu vuosi 1983 koitti, projekti oli pahasti kesken, mutta "Suuri avaruusteleskooppi" sai uudeksi nimekseen Hubble 1900-luvun alussa maailmankaikkeuden laajenemisen huomanneen Edwin Hubblen mukaan.

Epäilemättä Hubble on avaruusteleskoopin nimenä ja myös henkilönä tunnetumpi kuin NASAn entinen johtaja James Webb, jonka mukaan on nimetty rakenteilla oleva Hubblen seuraaja.

Tuolloin hankkeeseen lähti mukaan myös Euroopan avaruusjärjestö ESA, jolla on yhteistyösopimuksen mukaan käytössään 15 prosenttia teleskoopin havaintoajasta.

 

 

Likinäköinen teleskooppi

Huhtikuussa 1990 Hubble saatiin vihdoin kiertoradalle, mutta ilo jäi lyhytaikaiseksi. Ensimmäiset kuvat osoittivat, että teleskoopissa on jotain pahasti vialla. Tähdet eivät olleet pistemäisiä ja yleisvaikutelma avaruuden kohteista napatuissa otoksissa oli suttuinen.

Lopulta jäljet johtivat sylttytehtaalle eli 2,4-metriseen pääpeiliin: se oli hiottu väärin. Peili oli kovera, kuten peilikaukoputkessa kuuluu ollakin, mutta ei riittävän kovera. Peilin reunaosat poikkesivat suunnitellusta muodosta vähän yli kaksi millimetrin tuhannesosaa.

Pari mikrometriä ei kuulosta kummoiselta hiontavirheeltä, mutta käytännössä  se teki Hubblesta likinäköisen. Peilin laidoilta heijastuneet valonsäteet eivät keskittyneet samaan polttopisteeseen kuin keskiosista tulevat säteet.

Moka oli sitäkin nolompi, kun projekti oli tullut maksamaan yli kaksi miljardia dollaria ja virheen – viralliselta nimitykseltään palloaberraation – pystyy välttämään kuka tahansa kaukoputkia rakentava tähtiharrastaja, joka tekee riittävän tarkkaa työtä.

Onneksi Hubble oli suunniteltu siten, että sitä pystyttiin huoltamaan avaruussukkulalennoilla. Pääpeilin taakse sijoitetuista viidestä instrumentista yksi uhrattiin korjausoptiikalle, joka mahdutettiin suunnilleen puhelinkopin kokoiseen metallilaatikkoon.

Ensimmäinen huoltolento päästiin tekemään kuitenkin vasta vuonna 1993. Kun korjausoptiikka saatiin vihdoin paikalleen, mediassa uutisoitiin vitsikkäästi, että "Hubble sai piilolinssit". Jos taas ollaan tarkkoja, optiset korjauselementit olivat peilejä.

Syykin oli selvä: Hubble toimii näkyvän valon lisäksi ultravioletti- ja infrapuna-alueilla. Jos korjausoptiikka olisi rakennettu linsseistä, ultraviolettialue olisi menetetty, koska uv-säteily imeytyy tavalliseen lasiin. Linssien valmistaminen uv-säteilyn läpäisevästä erikoislasista olisi tehnyt "piilolinsseistä" vielä kalliimmat.

 

Katse kaikkeuteen… päin!

Sen jälkeen Hubblella onkin tehty löytö toisensa perään, ja niiden lisäksi perustavaa laatua olevia havaintoja entuudestaan tutuista, mutta huonosti tunnetuista maailmankaikkeuden kohteista ja ilmiöistä.

Kameroilla ja spektrografeilla – joita on vaihdettu uudempiin kaikkiaan viidellä huoltolennolla – on tutkittu niin Aurinkokunnan kappaleita kuin maailmankaikkeuden kaukaisimpia kohteita.

Planeetoista on voitu tehdä pitkäaikaisia havaintoja, jotka ovat täydentäneet luotainten lähettämiä tietoja. Helminauhakomeetan Shoemaker-Levy 9 törmäystä Jupiteriin ja syntyneiden "tuhkalaikkujen" kehitystä seurattiin Hubblella suorana lähetyksenä.

Plutolta on löytynyt neljä uutta kuuta ja sekä asteroidi Vestasta että kääpiöplaneetta Cereksestä on Hubblella saatu kuvia, jotka päihitti tarkkuudessa vasta paikan päälle päässyt Dawn-luotain.

Omassa Linnunradassamme Hubble on tuonut selvyyttä tähtien ja planeettajärjestelmien synty- ja kehitysprosessiin kurkistamalla infrapuna-alueella tähtienvälisten pilvien sisuksiin, tarkkailemalla kaasun liikkeitä vastasyntyneiden tähtien puhaltamassa hiukkastuulessa ja voimakkaassa säteilyssä sekä välittämällä huipputarkkoja kuvia tähtien jäänteistä, planetaarisista sumuista ja supernovajäännöksistä. Onpa Hubblella kuvattu muita tähtiä kiertäviä eksoplaneettojakin.

Naapurigalaksien tutkimus on paljastanut Linnunradan ja Andromedan galaksin lähestyvän  toisiaan sellaisella vauhdilla, että ne törmäävät muutaman miljardin vuoden kuluttua. Kaukaisemmista ja myös kaikkein kaukaisimmista galakseista tehdyt havainnot ovat puolestaan määrittäneet maailmankaikkeuden iäksi 13,7 miljardia vuotta.

Samalla universumin laajeneminen osoittautui kiihtyväksi, mikä johti pimeän energian löytymiseen – joskin sen luonne on edelleen täysin hämärän peitossa. Myöskään pimeän aineen arvoitus ei ole selvinnyt, mutta Hubblen avulla on saatu paljon lisää tietoa sen jakaumasta niin galakseissa kuin galaksijoukoissakin.

Siinä missä kunnon keittiössä tarvitaan tehokasta monitoimikonetta, sama pätee mitä suurimmassa määrin myös tähtitieteeseen. Hubble on täyttänyt tehtävänsä kosmisena yleiskoneena jo neljännesvuosisadan ajan.

Miksi asteroidi hajosi yllättäen?

To, 03/06/2014 - 19:52 By Jari Mäkinen
Hubble-avaruusteleskoopin ottamat kuvat hajonneesta asteroidista

Aina silloin tällöin käy niin, että löyhästi koossa olevat komeetat hajoavat ohittaessaan Auringon hyvin läheltä, aivan kuten viime joulukuussa komeaksi komeetaksi taivaalle toivotulle ISON-komeetalle kävi. Auringon suuri vetovoima ja kuumennus rikkoivat sen osiin, eikä siitä saatu vuosisadan komeettaa.

Mutta koskaan aikaisemmin ei ole havaittu kaukana Auringosta olevan asteroidin menevän palasiksi samaan tapaan kuin nyt on nähty. Asteroidivyöhykkeellä oleva P/2013 R3 on rikkoontunut täysin vain muutaman kuukauden kuluessa.

Taivasta automaattisesti kuvaavat ja sieltä omituisia kohteita etsivät robottiteleskoopit Catalina Sky Survey ja Pan-STARRS havaitsivat tämän asteroidin 15. syyskuuta viime vuonna. Se sai nimen P/2013 R3 ja jo tuolloin se näytti kummalliselta, usvan ympäröimältä kohteelta. Sitä kuvattiin tarkemmin lokakuun ensimmäisenä päivänä Havaijilla Mauna Kea -vuoren huipulla sijaitsevalla suurella Keck-teleskoopilla, ja se paljastui moneksi muodostelmassa radallaan kulkevaksi kappaleeksi, jotka olivat sumumaisen pilven sisällä. Kokonaisuudessaan kappaleet ja pilven tiheä osa olivat kooltaan maapallon luokkaa.

Sen jälkeen tätä jännittävää asteroidia kuvattiin Hubblen avaruusteleskoopilla. Nyt selvisi, että kappaleita oli kaikkiaan kymmenen ja niillä oli kaikilla irti päässeestä pinta-aineesta syntyneet komeettamaiset pyrstöt. Neljä suurinta kappaletta olivat noin 200 metriä halkaisijaltaan, eli ne eivät olleet mitenkään valtavia kappaleita.

Kun niitä seurattiin, selvisi että kappaleet erkaantuivat noin 1,5 kilometrin tuntinopeudella. Samalla kun kappaleet liikkuivat poispäin toisistaan, uusia pienempiä osia ilmestyi näkyviin. Niillä kaikilla oli omat hennot sumuvaippansa.

Miksi se hajosi?

Asteroidia tarkkailleet tähtitieteilijät pohtivat erilaisia syitä hajoamiseen. Ensimmäinen ajatus on luonnollisesti törmäys toisen asteroidin kanssa, mutta se on tässä tapauksessa hyvin epätodennäköinen, koska silloin koko tapahtumaketju olisi nopeampi ja törmäyksessä ympäriinsä singonneet kappaleet liikkuisivat eri tavalla.

On myös epätodennäköistä, että pikkuplaneetta hajoasi Auringon aiheuttaman kuumennuksen ja sen sisällä olevien höyrystyvien aineiden pakenemisen vuoksi. P/2013 R3 on ollut todennäköisesti hyvin pitkään kaukana Auringosta, noin 480 miljoonan kilometrin päässä siitä, minkä vuoksi se on itse asiassa varsin kylmä kappale.

Sen sijaan Auringon valo voi saada asteroidin vähitellen pyörimään hyvin hitaasti kiihtyvällä nopeudella. Niin sanottu YORP-efekti (keksijöidensä Jarkovskin (englanniksi Yarkovsky), O'Keefen, Radzievskin ja Paddackin mukaan) saa epäsäännöllisen muotoisessa kohteessa aikaan pienen epätasapainon sen pintaan osuvan ja siitä ulospäin säteilevän energian määrässä, jolloin tämä eri voimalla eri puolilla tapahtuva säteily saa kappaleen pyörimään vähän kuin hyvin heikkotehoinen tiettyyn suuntaan puhaltava rakettimoottori.

Vaikka pyörimisnopeus kasvaa erittäin hitaasti, se saavuttaa jossain vaiheessa tason, jolloin kappale rikkoutuu keskihakuisvoiman (siis niin sanotun keskipakovoiman) vuoksi. Jos kappale on sisältään vielä halkeillut tai jo valmiiksi aikanaan muodostunut monista kappaleista löyhästi yhteen liittymällä, tapahtuu rikkoutuminen varsin hitaan pyörimisen voimasta.

Todennäköisesti P/2013 R3 on ollut tällainen heikosti kasassa pysynyt asteroidi. Joko se on syntynyt sellaisena tai siihen on törmäillyt ajan kuluessa toisia kappaleita ja se on lopulta ollut vain kasa kiviä. Jäänteiden massaksi arvioidaan noin 200 000 tonnia ja ne tulevat leviämää ajan myötä avaruuteen meteoroideiksi.

Eräs tutkijoista, Jessica Agarwal Max Planck -instituutin aurinkokuntatutkimuksen osastolta kertoo, että vastaavanlaisia asteroideja on nyttemmin löytynyt lisää. "Esimerkiksi P/2013 P5 on aktiivinen asteroidi, jolla on kuusi pyrstöä. Nähtävästi Aurinko pystyy rikkomaan näitä aurinkokunnan pienkappaleita myös pelkästään valollaan."

Asteroidin hajoamisesta kertova tutkimus Disintegrating Asteroid P/2013 R3 julkaistiin tänään 6. maaliskuuta Astrophysical Journal Letters -julkaisussa.

J-10 / Kymppikuva galaksiparista

La, 12/14/2013 - 15:09 By Markus Hotakainen

Lokakuussa 2008 Hubble-avaruusteleskooppi otti tähtäimeensä galaksiparin Arp 147 ja sai tulokseksi todellisen kymppikuvan. Vasemmanpuoleinen galaksi eli "ykkönen" on suhteellisen eheä, vaikka iso osa tähdistä on sijoittunut sen laitamilla olevaan valoisaan renkaaseen. Galaksi näyttää pitkulaiselta, koska katselemme sitä melkein tason suunnasta. Oikeanpuoleinen galaksi eli "nolla" sen sijaan on pahasti riekaleina. 

Sininen rengas on muodostunut nuorista tähdistä, jotka ovat tiivistyneet galaksien keskinäisen kolarin seurauksena. Kun "ykkönen" sukelsi "kakkosen" läpi, jälkimmäiseen syntyi ulospäin laajeneva paineaalto – samaan tapaan kuin veteen heitetty kivi saa aikaan joka suuntaan leviävän aallon. Galaktisen paineaallon kohdatessa tähtienvälisen aineen, joka puolestaan vetäytyi sisäänpäin törmäävien galaksien vetovoiman vaikutuksesta, muodostui tihentymiä, joissa alkoi syntyä tiuhaan tahtiin uusia tähtiä. Sinisessä renkaassa oleva punainen alue on mahdollisesti osuman saaneen galaksin alkuperäinen ydin, vanhoista punaisista tähdistä koostunut keskuspullistuma. 

Kuva: ESA / NASA