Tietoja jäätiköiden arvioitua nopeammasta tai hitaammasta sulamisesta tai kasvamisesta saadaan nykyisin usein. Suuret epävarmuudet liittyvät usein siihen, ettei jäätiköistä ole tarpeeksi havaintoja riittävän pitkältä ajalta.

Paras tapa saada tarkkaa ja ajantasaista tietoa on havaita jäätiköitä avaruudesta. Euroopan avaruusjärjestön Sentinel 1A- ja CryoSat -satelliitit ovat tässä erinomaisia apuvälineitä. Tuorein niillä saatu ja julkaistu merkittävä havainto koskee Huippuvuorilla olevaa Austfonnan jäätikköä.

Austfonna on Huippuvuorten Koillismaalla oleva ns. lakijäätikkö, eli vuoristoisen saaren ylänköaluetta peittävä kupera jäätikkö. Havaintojen mukaan sen paksuus on pienentynyt 50 metriä sitten vuoden 2012 – eli vain kahden vuoden aikana se on menettänyt kuudenneksen paksuudestaan.

Viimeisen kahden vuosikymmenen aikana Austfonnan jääpeite on pienentynyt olennaisesti ja jään ohemenista tapahtuu jo noin 50 kilometrin päässä jään reunasta. Aivan jäätikön laki on edelleen jokseenkin ennallaan, mutta jo 10 kilometrin päässä huipulta jäässä on jo havaittu muutoksia.

Havaintojen mukaan jäätikön virtaama on 25 kertaa aiempaa nopeampi, sillä se on kasvanut 150 metristä vuodessa 3,8 kilometriin. Siis puoli metriä tunnissa.

Leedsin yliopistossa olevan Iso-Britannian Polaarialueen havainnointi- ja mallinnuskeskuksen tutkijoiden tekemä, Geophysical Research Letters -sarjassa julkaistu tutkimus käytti hyväkseen kahdeksalla satelliitilla kerättyjä tietoja (mukana Sentinel-1A ja CryoSat), jotka yhdistettiin alueen paikalliseen ilmastomalliin.

“Nämä tulokset ovat selvä esimerkki siitä kuinka nopeasti lakijäätiköt voivat muuttua ja osoittavat hyvin sen, miten hankalaa on ennustaa jäätiköiden sulamisen vaikutusta merenpinnan tasoon tulevaisuudessa”, sanoo julkaistun tutkimuksen vetäjä Mal McMillan.

“Uudet satelliitit, kuten Sentinel-1A ja CryoSat, ovat tärkeitä työkaluja, koska voimme tarkkailla niillä järjestelmällisesti jäätiköitä ja jääalueita. Näin voimme myös ymmärtää paremmin näiden kaukaisten napa-alueiden toimintaa.”

Cluster on englanninkielisen nimensä mukaisesti neljän pienen satelliitin parvi, jonka Euroopan avaruusjärjestö laukaisi vuonna 2000 tutkimaan Maan magnetosfääriä. 

Ne ovat siis mitanneet ja tunnustelleet liki 15 vuoden ajan Maata avaruudessa Auringon hiukkassäteilyltä suojaavaa magneettista kuplaa ja keränneet samalla paljon kiinnostavaa tietoa niin lähiavarudestamme kuin myös siitä, miten Aurinko vaikuttaa elämäämme täällä maapallolla.

Alun perin Clusterien toivottiin toimivan vain kahden vuoden ajan, mutta koska nelikko on toiminut erinomaisesti, on niiden lentoa pidennetty koko ajan. Ensin vuoteen 2005, sitten vuoteen 2009, sitten vuoteen 2012 ja nyt rahoitus on turvattu vuoden 2016 loppuun saakka. Vaikka satelliitit toimisivat hyvin, koituu kustannuksia lennonjohdosta, yhteydenpidosta sekä tieteellisten mittaustietojen keräämisestä, jakamisesta ja arkistoinnista. Mutta nämä kustannukset ovat varsin pieniä verrattuna siihen, kuinka kiinnostavia tietoja satelliiteilla saadaan.

Nyt, kun Clusterien toiminta ja käyttäytyminen tunnetaan hyvin, ja ne ovat toimineet jo hyvin pitkään, uskalletaan niillä tehdä myös temppuja, joihin ei aiemmin ole rohjettu.

Normaalisti neljä identtistä satelliittia ovat olleet hyvin soikeilla kiertoradoillaan Maan ympärillä toisistaan 600 - 20 000 kilometrin etäisyydellä toisistaan, mutta nyt tammikuussa satelliitit numero 3 ja 4 (nimiltään Samba ja Tango) ohjattiin vain kuuden kilometrin päähän toisistaan. Avaruuden mittakaavassa tämä on hyvin lähekkäin.

Tempun tarkoituksena on mitata paremmin Maan edessä olevan shokkirintaman aivan ulointa osaa, missä Auringosta virtaavien hiukkasten vuo, aurinkotuuli, alkaa hidastua ja kääntyä kohti maapalloa.

“Tieteellinen päämäärämme on saada satelliitit vain muutaman kilometrin päähän toisistaan, jotta voimme tehdä mittauksia hyvin pienessä mittakaavassa”, kertoo Detlef Sieg, Euroopan avaruusjärjestön avaruusoperaatiokeskuksessa ESOC:issa, Darmstadtissa, työskentelevä lentodynamiikka-asiantuntija.

Kun esimerkiksi toinen satelliiteista on jo rintaman ulkopuolella vapaassa aurinkotuulessa ja toinen on edelleen rintaman alueella, voidaan rintaman uloimman osan sijainti määrittää hyvin tarkasti. Tiedämme jo, että sijainti muuttuu koko ajan Auringon aktiivisuuden mukaan, mutta mittauksilla saadaan tietoa rintaman rakenteesta sekä toivottavasti myös siitä, miten rintama elää.

Satelliittien saaminen lähituntumaan vaati tarkkaa etukäteissuunnittelua ja laskemista, sekä rakettimoottorien polttoja siten, että kaksi satelliittia saatiin käytännössä samalle kiertoradalle vain hieman peräkkäin. Näin ne eivät törmää toisiinsa, vaikka ovatkin lähekkäin.

Koska satelliitit eivät ole yhteydessä toisiinsa ja koska niiden sijaintia avaruudessa ei tiedetä kuin parin sadan metrin tarkkuudella, niiden ratamuutokset täytyy tehdä huolella.

“Jokaisella kierroksellaan Maan ympärillä ne ovat kaksi kertaa vain noin kolmen sekunnin lentoajan päässä toisistaan. Juuri tuolloin ne ovat rinnakkain ja toinen satelliitti ohittaa toisen.”

Samba ja Tango saatiin ohjattua onnistuneesti turvallisen lähelle toisiaan 7. tammikuuta ja ne pysyvät näillä paikoillaan ainakin maaliskuun puoliväliin saakka. Kaksi muuta saatelliittia (Rumba ja Salsa) ovat noin 5000 kilometrin päässä ja tekevät siellä omia mittauksiaan.

“Joka kerta kun muutamme muodostelmaamme, pitää sitä suunnitella hyvin”, selittää Clusterin operaatiojohtaja Bruno Sousa.

“Se teettää työtä ja vaatii koordinaatiota niin täällä Darmstadtissa kuin myös tutkimuslaitteiden ohjauskeskuksessa Iso-Britanniassa sekä jokaisen tutkimuslaitteen tutkijaryhmässä.”

“Me myös koitamme koko ajan säästää satelliiteissa olevaa polttoainetta. Samalla varmistamme sen, että törmäyksen riski on mahdollisimman pieni, mutta tämä tulee olennaiseksi asiaksi vasta kun satelliittien välinen etäisyys on vain 1-2 kilometriä.”

Se, että kaksi satelliittia on hyvin lähellä toisiaan, tuo mukanaan myös muutoksia yhteydenpidossa. 

Satelliitit ovat nyt niin lähellä toisiaan, että ne osuvat maa-aseman antennin näkökenttään samanaikaisesti. Siksi satelliittien täytyy käyttää eri aallonpituutta radioliikenteessään. Käytännössä kuitenkin vain yhteen satelliittiin ollaan yhteydessä kerrallaan.

Vuosi 2014 ei ollut erityisen hyvä sarvikuonoille. Virallisten lukujen mukaan laiton metsästys kaatoi viime vuonna vieläkin enemmän sarvikuonoja kuin vuonna 2013, jolloin 1004 eläintä tapettiin.

Kolme opiskelijaa Iso-Britanniasta, Cranfieldin yliopistosta keksi ajatuksen käyttää avaruuskaukoputkien kuvantamistekniikaa hyväksi metsästäjien paljastamissa. 

Satelliittien sijaan uudenlaiset kameralaitteet asennettaisiin mehittämättömiin lentokoneisiin, jotka voisivat partioida riistanvartijoiden kanssa alueilla, missä sarvikuonoja metsästetään salaa.

“Ehdotuksemme voisi olla avuksi paitsi villieläinten suojelussa, niin myös etsintä- ja pelastustoimissa”, toteaa Idriss Sisaid. 

Hän sekä opiskelijatoverinsa Enrique Garcia Bourne ja Edward Anastassacos voittivat ideallaan vuoden 2014 Space Solutions University (S2UN) -kilpailun, jonka järjestäjänä toimii ESAn teknologiansiirtotoimisto.

Keksintö käyttää hyväkseen ESAn patentoimaa tekniikkaa, joka kehitettiin korjaamaan optiikan kuvaisvirheitä. Sen avulla esimerkiksi yksinkertaisten linssien muodostama hieman pallomainen kuva voidaan lukea tasomaissella kuvakennolla ja korjata oikeaksi. Tämä auttaa tekemään kuvista teräviä ja tarkkoja ilman monimutkaista optiikkaa korjaavaa laitteistoa.

“Kyseessä oleva ESAn patentti numero 561 auttaa meitä tuottamaan korkealaatuisia, vääristymättömiä laajakulmakuvia”, selittää Enrique ja jatkaa: “Kun tällainen laitteisto asennetaan miehittämättömään lentolaitteeseen, voimme kattaa suuremman alueen ja tehdä sen tarkemmin kuin olisi mahdollista perinteisillä kameroilla ja lentolaitteilla”.

Keksintö tekee havainnoinnista paljon aiempaa edullisempaa, ja näin voidaan kartoittaa nopeasti laajoja alueita. Siten metsänvartijat voisivat paikantaa helposti missä salametsästäjät ovat vaanimassa esimerkiksi sarvikuonoja tai elefantteja.

Havainnonteon edullisuus on tärkeää salametsästäjiä etsiville eläinsuojelujärjestöille ja pienimäärärahaisille metsänvartijoille. Toimiva valvonta vaatii jatkuvaa havainnontekoa sekä laajojen alueiden seurantaa, missä lentolaitteet kameroineen voisivat olla suuri apu.

Hätätilanteissa jokainen sekunti on kallis. Siksi nopeasti ilmaan saatavat ja tehokkaasti laajalta alueelta kuvia keräävät lentolaitteet voivat olla suureksi avuksi myös pelastusjoukoille. Heillä voisi olla näin ajantasaista tietoa heti käytettävissään.

Opiskelijat pohtivat parhaillaan tapoja kehittää ajatustaan eteenpäin ja muuttaa se toimivaksi liiketoiminnaksi – mahdollisesti jonkun ESAn yrityshautomon kanssa.

“Toivomme, että ideamme saa siivet mahdollisimman pian!”

Otsikkokuvassa on eläimiä Virungan kansallispuistossa Kongossa (Kuva: ESA)

Eurooppalainen kantoraketti Ariane on jo 35 vuotta vanha. Kun sen ensimmäinen lento nousi ilmaan jouluaattona vuonna 1979 ja sujui ilman ongelmia, pääsi monilta helpotuksen huokaus: viimeinkin se onnistui!

Arianen edeltäjän, umpikujaan päättyneen yhteiseurooppalaisen Europa-raketin tie oli kivinen ja mutkainen. Sitä kehittänyt European Launcher Development Organisation ELDO (Eurooppalainen kantorakettikehitysorganisaatio) ei saanut rakettiaan toimimaan, mutta se loi pohjan eurooppalaiselle yhteistyölle ja oli toinen Euroopan avaruusjärjestön edeltäjäorganisaatioista. Sen kokemukset auttoivat myös Arianen nousemaan siivilleen ja kehittämään ainutlaatuisen tähän saakka kestäneen yhteistyökuvion kansallisten, kansainvälisten ja paikallisten avaruusalalla toimivien yhtiöiden ja organisaatioiden välille.

Ajatus omasta eurooppalaisesta satelliittilaukaisijasta virisi heti avaruusajan alussa, kun Iso-Britannia ja Ranska olivat kehittämässä omia rakettejaan ja huomasivat sen olevan kovin kallista. Oli selvää, että etenkin siviilikäyttöön tarkoitetuissa raketeissa yhteistyö oli paras vaihtoehto, ja tämä ajatus johti vuonna 1964 kuuden maan yhteistyöjärjestö ELDOn perustamiseen. Sen tehtävänä oli kehittää Europa-nimimen kantoraketti, joka koostuisi brittiläisestä Blue Streak -raketista otetusta ensimmäisestä vaiheesta, ranskalaisesta Coraliesta toisena vaiheena ja kolmantena olevasta saksalaistekoisesta Astris-vaiheesta.

ESA on saanut juuri valmiiksi jännittävän, uudenlaisen tieteellisen koelaitteen: pieniä raakaöljysäiliöitä laukaistaan avaruuteen kiinalaisella avaruusaluksella tutkimaan kilometrien syvyydessä Maan pinnan alla olevien öljyvarantojen periaatteita.

Laite, jonka sisällä säiliöt ovat, on päättänyt juuri testaamisensa ESTECissä, ESAn Hollannissa sijaitsevassa teknisessä keskuksessa. Kokeissa laitteistoa lämmitettiin ja viilennettiin vastaamaan avaruuden olosuhteita, sekä täristettiin samalla tavoin kuin kantoraketti ravistaa sitä laukaisun aikaan. Myös paluu Maahan on varsin raju kokemus koelaitteelle, joten sitäkin jäljiteltiin testikampanjan aikana.

Koelaitteistossa on kuusi tukevaa sylinteriä, joiden sisällä on millilitran verran raakaöljyä. Öljy on paineistettu 400-kertaiseen Maan ilmakehän normaalipaineeseen, mikä on itse asiassa eräs suurimmista kostaan avaruuslaitteissa käytetyistä paineista. Sylinterien lisäksi laitteistoon kuuluu mittareita ja elektroniikkaa, sekä liitokset avaruusalukseen.

Alus on kiinalainen mikropainovoimatutkimusalus SJ-10, joka laukaistaan avaruuteen Kiinan Juiquanin avaruuskeskuksesta Gobin autiomaasta vuoden 2015 lopussa. Sen mukana on 19 muuta tutkimuslaitetta, jotka palaavat kaksi viikkoa kestävän avaruuslennon jälkeen takaisin Maahan.

Öljytutkimuslaite on ESAn, Kiinan kansallisen avaruustutkimuskeskuksen sekä ranskalaisen Total- ja kiinalaisen PetroChina -öljy-yhtiöiden yhteistyötä.

Monimutkainen, mutta suoraviivainen ongelma

Koelaitteen nimi on kaikessa karuudessaan “Raakaöljyn Soret-vaikutuskertoin”. Taustalla tutkimuksessa on se, että öljyssä, kuten muissakin sen kaltaisissa nesteissä, kevyet molekyylit ja suuremmat, ja siten raskaammat molekyylit erottautuvat toisistaan lämpötilan mukaan ja diffuusion avulla. Kun lämpötila eri puolilla nestettä on erilainen, järjestäytyvät siis nesteessä olevat molekyylit lämpötilan mukaan. Samalla nesteessä vaikuttaa myös diffuusio, eli molekyylit pyrkivät siirtymään väkevämmästä pitoisuudesta laimeampaan, jolloin lopulta pitoisuus on jotakuinkin sama eri puolilla nestettä; tästä hyvä esimerkkion sokerin sekoittuminen kahviin.

Svetisiläisen kemistin Charles Soretin mukaan nimetty Soret-kerroin on tarkaan ottaen nesteen lämpötilaeroista johtuvaa erottumista kertova luku jaettuna diffuusiota määrittelevällä arvolla.

Paineistetun öljyn tapauksessa tilanne näytekapseleiden sisällä on hieman samanlainen kuin maanalaisissa öljyesiintymissä 7-8 kilometrin syvyydessä.

“Suuren paineen ja lämpötilan yhdistelmä on merkittävä tekijä öljyesiintymissä, sillä raakaöljy kerrostuu esiintymien sisällä lämpötilan mukaan ja näyttää siis toimivan vastoin painovoimaa”, selittää ESAssa koelaitteen tekemistä valvova Antonio Verga.

“Vähitellen, geologisten aikakausien kuluessa, raskaammat aineet siis nousevat ylemmäs ja kevyemmät painuvat alas.”

“Tarkoituksemme on tutkia siis tätä asiaa mikropainovoimassa, koska silloin painovoima ei vaikuta mittauksiimme. Toivomme, että tulosten avulla voidaan parantaa kykyämme löytää lisää öljyä.”

ESAn italialaisastronautti Samantha Christoforetti on ollut nyt liki kaksi viikkoa avaruudessa ja hän on aloittanut kanssaan avaruusasemalle saapuneiden Terry Virtsin ja Anton Shkaplerovin kanssa nyt normaalin työnteon. Ensimmäisen viikon ajan uusien asukkaiden aikataulu on hieman löysempi, koska he eivät ole vielä tottuneet toimimaan painottomuudessa kunnolla.

Tämän ensimmäisen viikon ajan Samanthan lähettämät viestit avaruudesta ovat olleet intoa täynnä: ensimmäiset auringonlaskut- ja nousut avaruudesta nähtynä, Tyynen valtamerten kuuluisat atollit (jotka ovat eriomaisen kauniita kaukaa ylhäältä katsottuna) omin silmin ja lentäminen vapaana avaruusaseman sisällä ovat olleet huikeita kokemuksia.

“Ihmeellistä olla avaruudessa, paljon parempaa kuin edes osasin kuvitella!”, kirjoitti Samantha ensimmäisessä avaruusasemalta lähettämässään twiitissä. Sen ohessa oli myös otsikkokuvana oleva kuva, missä Samantha on aseman kupolissa katselemassa ulos avaruuteen – tai siis käytännössä alas Maahan.

Vartioasema 42

Samanthan lennon nimi on Futura ja sen tarkoituksena on normaalien avaruusasemalle suuntautuvien lentojen tapaan paitsi ylläpitää tätä ihmiskunnan ainoaa pysyvästi miehitettyä tukikohtaa oman planeettamme ulkopuolella, niin myös tehdä tieteellisiä ja teknisiä kokeita sekä tutkimuksia mikropainovoimassa.

Samanthan, Virtsin ja Shkaplerovin matka avaruuteen Sojuz TMA-15M -avaruusaluksella sujui täysin suunnitelman mukaan. He lähtivät matkaan 23. marraskuuta klo 23:01 ja olivat avaruudessa vain yhdeksän minuutin matkanteon jälkeen.

Alus saavutti avaruusaseman vain viiden tunnin ja 48 minuutin kuluttua laukaisusta kierrettyään maapallon neljä kertaa. Myös telakoituminen asemaan kävi ongelmitta ja kolmikko siirtyi aluksestaan avaruusaseman puolelle aamulla klo 7:00 Suomen aikaa marraskuun 24. päivänä. Siellä heitä odottivat asemalla jo kolmisen kuukautta olleet Barry Wilmore, Jelena Serova ja Aleksander Samokutjaev.

Samantha lähettää usein viestejä ja kuvia avaruudesta twitterissä (www.twitter.com/astrosamantha), mutta hän kirjoittaa myös usein erityiseen lentoa varten perustettuun blogiin Outpost 42, eli Vartioasema 42 (http://outpost42.esa.int). Blogissa lennon etenemisestä ja tapahtumista kertovat myös lennonjohtajat ja muut läheisesti lennon kanssa tekemisessä olevat ESAn ja Italian avaruustoimisto ASI:n henkilöt.

Teksti on julkaistu myös Ursan Avaruustuubi -blogissa.