ESA | Tiedetuubi

Luolamiehet keksivät lämpösuojan aurinkoluotaimelle

ESA ja NASA ovat tekemässä yhdessä luotainta, jonka tehtävä on lähes itsemurha: lähestyä kuumaa Aurinkoa vain noin 42 miljoonan kilometrin etäisyydelle ja kuvata sekä mitata sitä tältä lähietäisyydeltä.

Solar Orbiter -luotain on tarkoitus laukaista matkaan vuonna 2017, mutta sen tekemisessä on edelleen monia haasteita. Yksi suurimmista on sen lämpökilpi, jota luotain tarvitsee suojautuakseen Auringon polttavalta paahteelta.

Koska tarkoituksena on lähennellä Aurinkoa, ei luotaimella ole mitään paikkaa viilentymiseen. Esimerkiksi Merkuriusta kierrettäessä luotain pääsee hetkeksi vilvoittelemaan planeetan varjoon. Solar Orbiter joutuu kestämään 13 kertaa voimakkaampaa Auringon säteilyä verrattuna Maata kiertäviin satelliitteihin ja sen pintalämpötila tulee nousemaan yli 520°C:n.

Lämpökilpi luo luotaimelle omatekoisen varjon.

"Luotain itse on suojassa tämän 3,1 metriä leveän ja 2,4 metriä korkean monikerroksisen kilven takana", selittää Pierre Olivier, Solar Orbiterin turvallisuudesta vastaava insinööri.

“Luotain on piemen matkan päässä kilvestä ja sen kamerat sekä tutkimuslaitteet katsovat kohti Aurinkoa kilvessä olivien kurkistusreikien kautta. Jotkut näistä on suojattu berylliumilla tai lasilla.”

blog

esablog

solar orbiter

ESA

EnBio

Lue lisää Luolamiehet keksivät lämpösuojan aurinkoluotaimelle

Opiskelijat! Saisiko olla mikro- tai hyperpainovoimaa?

Elämä ja koko luonto ympärillämme on tottunut elämään normaalipainovoimassa, Maan vetovoimassa. Jotta voisimme ymmärtää paremmin elämää maapallolla tai erilaisia kemiallisia tai fysikaalisia prosesseja, olisi mielenkiintoista suorittaa kokeita vetovoimassa, joka on joko suurempi tai pienempi kuin tämä normaali 1g.

Tiedetään, että kasvit käyttäytyvät kummallisesti ja esimerkiksi metallit sekoittuvat yllättävillä tavoilla mikropainovoimassa, eli enemmän tai vähemmän täydellisessä painottomuudessa. Samoin hypergravitaatio saa aikaan omalaatuisia ilmiöitä.

Suomessa ei ole käytettävissä laitteita, joilla eri tasoisia kiihtyvyyksiä voidaan luoda keinotekoisesti, mutta myös suomalaiset tutkijat voivat käyttää hyväkseen monia Euroopassa sijaitsevia laitoksia. Monet näistä tutkimusohjelmista tapahtuu Euroopan avaruusjärjestön koordinoimina - onhan painottomuus sekä suuret kiihtyvyydet sille arkipäivää.

ESA tarjoaa myös mahdollisuuksia opiskelijoille ja opiskelijaryhmille päästä tekemään tutkimusta näissä laitoksissa. Myös suomalaiset ovat tervetulleita mukaan ESAn koulutustoimiston Spin Your Thesis! ja Drop Your Thesis! -ohjelmiin. Tämän vuoden haku on käynnissä ja määräpäivä tutkimusehdotuksen jättämiseen on 3. maaliskuuta 2014.

Itse asiassa suomalaisryhmillä on hyvät mahdollisuudet päästä mukaan, koska tieteellisen kiinnostavuuden lisäksi opiskelijaohjelmassa otetaan huomioon se, kuinka paljon kustakin maasta on ollut osallistujia.

Spin Your Thesis! käyttää hyväkseen ESTECin, Alankomaissa olevan ESAn avaruustutkimus- ja teknologiakeskuksen suurta sentrifugia. ESTECin LDC-tutkimussentrifugissa (Large Diameter Centrifuge) koejärjestelyjä voidaan pyörittää pitkänkin aikaa, jolloin keskihakuisvoima, eli niin sanottu keskipakovoima, saa aikaan keinotekoisen voimakkaan painovoiman. Voiman taso voidaan valita välillä 1-20g.

Valitut ryhmät saavat sentrifugin ja sen henkilökunnan käyttöönsä viiden päivän ajaksi.

Drop Your Thesis! -tutkimukset tapahtuvan Bremenissä, Saksassa, olevassa Sovelletun avaruustekniikan ja mikropainovoiman keskuksessa, ZARMissa, missä on eräs maailman korkeimmista pudotustorneista. Kyseessä on 146 metriä korkea torni, jonka sisällä on suuri tyhjöputki, jonka sisällä koejärjestelyjä voidaan pudottaa erityisessä kapselissa. Kun kapseli putoaa vapaasti, sen sisällä vallitsee mikropainovoima, ja kun pelkän pudottamisen lisäksi kapseli singotaan alhaalta vapaaseen heittoliikkeeseen ylöspäin, saadaan aikaan maksimissaan 9,3 sekuntia painottomuutta.

Täälläkin valitut opiskelijaryhmät saavat koko pudotustornin henkilökuntineen käyttöönsä kokeen tekemiseen ja toistamiseen tarvittavaksi ajaksi. Kummassakin tapauksessa ESAn henkilökunta on myös paikalla, ja he avustavat jo aikaisemmin koejärjestelyjen suunnittelussa ja tekemisessä.

Lisätietoja kummastakin ohjelmasta on ESAn koulutustoimiston (ESA Education Office) nettisivuilla, missä on myös tarkemmat ohjeet, kriteerit sekä ehdot tutkimusehdotuksille.

Nettisivuilla kannattaa kirjautua hakijaksi, vaikka hakemus ei olisi vielä valmis; sitä voi täydentää myöhemmin ja sen tulee olla valmis 3. maaliskuuta, jolloin se tulee toimittaa hakuun.

Lisätietoja kummastakin ohjelmasta saa ESAn koulutustoimistosta, missä näistä vastaa Natacha Callens. Hänelle voi lähettää sähköpostia osoitteisiin spinyourthesis@esa.int ja dropyourthesis@esa.int.

Lue lisää Opiskelijat! Saisiko olla mikro- tai hyperpainovoimaa?

ESA-blogi

Joulun alla avaruuteen laukaistu ja tammikuun alussa havaintopaikalleen Lagrangen pisteeseen 2 päässyt Euroopan avaruusjärjestön tähtikartoittaja Gaia on osoittanut olevansa toimintakunnossa.

Sen havaintolaitteita on säädetty ja kalibroitu, ja yllä on eräs viimeisimmistä testikuvista: siinä on Suuressa Magellanin pilvessä oleva nuori tähtijoukko NGC1818. Kuvassa pohjoinen on kuvassa ylhäällä ja itä vasemmalla, kuvan leveys on alle asteen kymmenesosa.

Gaia on siis erittäin hyvässä kunnossa ja aloittaa pian rutiininomaiset havaintonsa. Tämä tarkoittaa pitkään valmistellun työrupeaman alkamista myös tähtitieteilijöille, jotka kästtelevät havaintoja lähes reaaliajassa. Eräs näistä käsittelypaikoista on Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella, tähtitieteen professori Karri Muinosen työryhmässä. Heidän kiikarissaan ovat asteroidit.

Gaian urakkana on tuottaa viiden vuoden ajan uutta tietoa galaksimme rakenteesta, muodostumisesta ja kehityksestä. Sen avulla määritellään yli miljardin tähden tarkka sijainti ja etäisyys toisistaan. Tämä on noin prosentti Linnunradan tähdistä.

Odotettavissa on tähän asti kattavin ja tarkin kolmiulotteinen kartta Linnunradasta. Kartan julkaisua saa kuitenkin odottaa vuoteen 2022, sillä kuvaamisen jälkeen havaintoaineiston käsittely vie vielä hyvän aikaa.

Gaia katselee aurinkokuntaa 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta, niin sanotussa L2-pisteessä. Sieltä se pystyy havaitsemaan maanpäällisiä teleskooppeja paremmin mm. aiemmin havaitsemattomia kohteita, esimerkiksi uusia asteroideja. Niitä odotetaan löytyvän tuhansia. Lisäksi Gaia voi löytää toisia tähtiä kiertäviä planeettoja, jopa kokonaisia planeettakuntia.

Helsinki huolehtii asteroideista

Helsingin yliopiston fysiikan laitos vastaa Gaian löytämien tunnistamattomien asteroidien alustavasta radanmäärityksestä.

"Gaia havainnoi yli 300 000 Aurinkokunnan asteroidia", Muinonen kertoo. "Viiden vuoden aikana kertyneestä havaintoaineistosta voidaan johtaa muoto- ja pyörimismalleja vähintään kymmenille tuhansille asteroideille. Massoja voidaan johtaa vähintään sadoille asteroideille, ja havainnoitujen asteroidien radat voidaan ennustaa tarkasti satakunta vuotta eteenpäin.#

Radanmäärityksen jälkeen lähiasteroideja jamuita erityisen kiinnostavia kohteita voidaan seurata kaukoputkilla maan päällä.

Tiedetuubin Gaia-artikkelit ovat kaikki osoitteessa www.tiedetuubi.fi/gaia ja joulukuussa julkaistu Karri Muinosen haastattelu on täällä.

Tämä artikkeli perustuu Helsingin Yliopiston tiedotteeseen Tulossa on tarkka kolmiulotteinen maisema Linnunradasta.

Alla on ESAn julkaisema video Gaian tiestä taivaalle – kokoonpanosta rakettiin ja sillä avaruuteen, kaikki nopeutettuna:

Markus Hotakainen

Saksan Darmstadtissa sijaitsevassa ESAn avaruusoperaatiokeskuksessa (European Space Operations Centre eli ESOC) – ja lukemattomien nettiyhteyksien äärellä ympäri maailmaa – istuttiin tukevasti tuolien etureunoilla, kun kaikki odottivat suurella näyttötaululla väräjävään käppyrään ilmestyvää piikkiä: Rosetta oli soittamassa kotiin.

Kello 20.17 Suomen aikaa hartaasti odotettu signaali saapui ja lennonjohto puhkesi riemunhuutoihin: Rosetta oli herännyt! Lennonvalvojien ryhmää johtava Andrea Accomazzo tiivisti tuoreeltaan monien tuntemukset: "Tämä oli elämäni pisin tunti."

Onnea Rosetta! Onnea ESA!

Jari Mäkinen

Suurten löytöretkien aika ei ole suinkaan ohitse, mutta ne ovat muuttaneet muotoaan suurten purjelaivojen, viidakkoretkikuntien ja napajäätiköiden tutkijoiden ajoista. Nykyajan tutkimusmatkaajat kiitävät hiljaa planeettainvälisessä avaruudessa ja toimivat omien aistiemme jatkeina: ne mittaavat ja kuvaavat puolestamme, lähettävät tietonsa Maahan ja tekevät sellaista, mihin itse emme kykene tai mitä emme yksinkertaisesti voi tehdä.

Kuten esimerkiksi lentämään vuosikymmenen kylmässä avaruudessa ja ratsastamaan komeetalla kohti Aurinkoa.

Euroopan avaruusjärjestön Rosetta-luotain lähetettiin matkaan maaliskuussa 2004 ja se saapuu perille komeetta Churyumov-Gerasimenkon luokse tänä vuonna. Toiminta alkaa nyt maanantaina, 20. tammikuuta, kello 12 Suomen aikaa, kun luotain herätetään yli kolme vuotta kestäneestä horroksesta. Sen toiminnat sammutettiin minimiinsä vuonna 8. kesäkuuta 2011, jolloin luotaimen edessä oli matkansa tylsin ja yksinäisin matkalento-osuus.

Suurin syy sähkövirran säästämiseen oli kuitenkin se, että Rosetta on kauimmaksi Auringosta lentänyt aurinkopaneeleista voimansa saava avaruusalus: Jupiterin radan toisella puolella valoa on niin vähän, että ainoa tapa selviytyä tuosta lennon vaiheesta oli heittäytyä horrokseen.

Kun Rosetta herätetään nyt unestaan, ei siihen olla oltu yhteydessä kahteen ja puoleen vuoteen (tarkalleen ottaen 31 kuukauteen). Vaikka luotain oli lentonsa aikaisemmassa vaiheessakin jo horroksessa, ei näin pitkää toimintojen sammuttamista ole koskaan tehty aikaisemmin. Saati sitten näin kaukana Auringosta.

Komeetan kohtaaminen toukokuussa, laskeutuminen marraskuussa?

Vielä nyt oikeastaan ainoa toiminnassa oleva laite Rosettan sisällä on tietokone, joka toimii herätyskellona ja valvoo sitä, ettei lämpötila sisällä pääse liian kylmäksi. Jos herätyskello toimii suunnitelman mukaan, ei Rosetta ala työhön suin päin.

Ensin luotain lähettää vain viestin Maahan, että se on herännyt. "Se on vain pelkkä piip, eikä mitään muuta", sanoo Andrea Accomazzo Euroopan avaruusoperaatiokeskus ESOCista. Hän johtaa Rosetta-lennovalvojien ryhmää. "Ensimmäisen piippauksen jälkeen meidän täytyy varsinaisesti herättää Rosetta."

Herätys tapahtuu klo 10 UTC ja sen jälkeen Rosetta alkaa lämmittää itseään ja valmistautua yhteydenottoon, joka tapahtuu iltapäivän lopussa. Koska luotain on noin 800 miljoonan kilometrin päässä Maasta, kestää piippaukselta noin 45 minuuttia saavuttaa Maan. Sen jälkeen lennonjohto lähettää luotaimeen komentosarjan, joka ensin hidastaa luotaimen hidasta pyörimistä, mihin se oli asetettu horrostilan ajaksi, ja alkaa käynnistää vähitellen eri systeemejä.

Päivitys: Nasan Goldstonessa, Kaliforniassa sijaitseva 70-metrinen antenni sai signaalin Rosettasta klo 20:18 Suomen aikaa maanantaina 20. tammikuuta.

Olennaisessa osassa tässä on suomalaistekoinen virranjakolaitteisto, joka toimii ikään kuin Rosettan älykkäänä sähkökeskuksena.

Pitkän horroksen jälkeen käynnistys pitää tehdä hitaasti, huolellisesti ja oikeassa järjestyksessä. Rosettan nukkuessa (ja itse asiassa jo sitä ennen) tätä tärkeää toimenpidesarjaa on pohdittu tarkkaan, käyty moneen kertaan läpi ja simuloitu ESOCissa olevan kaksoiskappaleen kanssa. Tämä, kuten kaikki muutkin tärkeät toimenpideet tehdään ensin kaksoiskappaleella hieman ennen itse Rosettaa, jotta jos jokin menee pieleen, niin toimenpiteen voidaan peruuttaa – avaruudessa pienikin virhe voi olla lennon kannalta kohtalokas.

Noin kahden viikon päästä Rosetta ja sen 24 tutkimuslaitetta sekä kameraa ovat jälleen normaalisti toiminnassa. Silloin luotain alkaa etsiä komeettaansa: sen paikka toki tiedetään varsin hyvin, ratalaskelmien ja maanpäällisten havaintojen perusteella paikkatieto ei ole niin tarkka, että Rosettan voisi näiden tietojen perusteella ohjata kiertämään komeettaa. Siksi komeetta pitää ensin löytää ja sen jälkeen rataa muutetaan siten, että Rosetta päätyy noin toukokuussa "Churyn" (kuten komeetta tuttavallisesti tunnetaan) luokse.

Toukokuussa Rosetta tosin asettuu vasta radalle, joka vie sen sopivasti lähemmäksi komeettaa, jotta se voisi asettua kiertämään komeettaa elokuussa. Temppu ei ole mitenkään helppo. koska Churyn vetovoima on hyvin heikko.

Sen jälkeen, kun Rosetta kiertää komeettaa, aletaan sen mukana lentävälle laskeutujalle etsiä sopivaa laskeutumispaikkaa. Sen tulee olla samanaikaisesti mahdollisimman kiinnostava ja turvallinen; kaksi vaatimusta, jotka usein ovat ristiriidassa toistensa kanssa. Kenties tosin sopiva paikka on löytynyt jo aikaisemmin otetuista kuvista. Laskeutuminen tapahtunee marraskuussa.

Sen jälkeen Rosetta pysyy Churyn luona ainakin vuoden päivät, kun komeetta lähestyy radallaan Aurinkoa ja muuttuu nykyisestä hyisestä jäämöhkäleestä kaasua syökseväksi pyrstötähdeksi.

Takana jo pitkä matka

Kun Rosetta nyt hivuttautuu kohti Churyä, sen etäisyys Maasta on noin 800 miljoonaa kilometriä, 9 miljoonaa kilometriä komeetasta ja matkaa Aurinkoon on 673 miljoonaa kilometriä. Tämä on jotakuinkin neljä astronomista yksikköä ja vastaa noin 2,5 kertaista Marsin ja Auringon keskietäisyyttä. Rosetta on kuitenkin jo hyvin Jupiterin radan sisäpuolella, sillä Jupiterin radan säde on noin 5,2 AU.

Laukaisunsa jälkeen Rosetta on taivaltanut jo 6500 miljoonaa kilometriä, ja se on tehnyt kolme Maan ohilentoa (2005, 2007 ja 2009), yhden Marsin ohituksen (2007) ja tutkinut läheltä kahta asteroidia: vuonna 2008 se ohitti pikkuplaneetta Steinsin 800 kilometrin etäisyydeltä ja vuonna 2010 asteroidi Lutetian 3160 kilometrin päästä.

Planeettojen ohilentojen avulla luotain sai lisää vauhtia, mutta niiden avulla saatiin myös säädettyä ja kalibroitua esimerkiksi kameroita. Tapaamiset asteroidien kanssa olivat puolestaan hyvää harjoittelua harjoitteluna komeetan kohtaamiseen ja sen havaitsemiseen. Lisäksi ne toivat mielekästä toimintaa muutoin kovin monotooniseen matkalentoon.

Mopoauton kokoinen avaruusalus

Kolmisen tonnia matkan alussa massaltaan ollut, mitoiltaan 2,8 x 2,1 x 2,0 metriä oleva luotain on saanut nimensä hieroglyfien arvoituksen selvittäneestä Rosettan kivestä, koska sen odotetaan tuovan paljon uutta tietoa aurinkokunnan synnystä ja kehityksestä. Jos komeetat ovat postipaketteja planeettakuntamme vaippavaiheesta, pääsee Rosetta pian postiauton kyytiin ja matkaamaan sen mukana ainakin vuoden, mutta toivottavasti yli puolentoista vuoden ajan.

Vaikka laatikkomainen luotain itse ei olekaan valtava, ovat sen aurinkopaneelit suuret. Niiden kärkiväli on 32 metriä ja pinta-ala 64 neliömetriä. Siivet ovat suuret, koska luotaimen 24 tieteellistä tutkimuslaitetta vaativat paljon virtaa ja sen saamiseen auringonvalosta kaukana Marsin radan toisella puolella tarvitaan paljon pinta-alaa.

Rosetta oli kaukaisimmillaan Auringosta noin 800 miljoonan kilometrin päässä, kun Jupiterin keskietäisyys Auringosta on 741 miljoonaa kilometriä. Siellä Auringon säteilyteho on vain noin 4% siitä mitä sen on Maan seuduilla. Nyt paneelien lasketaan tuottavan noin 400W:n tehon, kun taas parhaimmillaan tehoa tulee 8700 wattia. Onneksi suurin tehontuotto ja tehontarve osuvat jotakuinkin samaan aikaan, silloin kun kaikki tutkimuslaitteet ovat päällä komeetan ollessa lähempänä Aurinkoa. Tämä tapahtuu 13. elokuuta 2015, jolloin Rosettan etäisyys Auringosta on noin 185 miljoonaa kilometriä.

Luotaimen mustanpuhuvassa pinnassa on kaihdinverhoja muistuttavia laatikoita, jotka ovat toinen luotaimen erikoisuus. Koska Rosettan tulee pystyä toimimaan niin kaukana kylmässä avaruudessa kuin lähempänäkin Aurinkoa, on sen lämmönsäteilimet peitetty räppänöin. Kun kaikki sähkölaitteissa syntyvä lämpö halutaan pitää mahdollisimman tiiviisti aluksen sisällä sitä lämmittämässä, suljetaan lämmönsäteilimet, mutta kun lämpöä lähellä Aurinkoa oli liikaa, ne avattiin apposelleen.

Rosettan kyljessä matkaa pieni laskeutuja, joka on nimeltään Philae. Nimi liittyy Rosettaan siten, että Philae on Niilissä oleva saari, mistä löytyneen obeliskin avulla Rosettan kivi pystyttiin tulkitsemaan.

Luotaimessa ja laskeutujassa olevien tutkimuslaitteiden avulla mitataan, kuvataan ja sondataan monipuolisesti niin komeetan ydintä kuin sen ympäristöäkin. Ydintä havaitaan erityisesti neljällä mittalaitteella: ALICE-ultraviolettispektrometri, korkearesoluutioinen kamera OSIRIS, VIRTIS-kuvaspektrometri ja MIRO-mikroaaltoradiometri/spektrometri. COSIMA- ja ROSINA-spektrometrit ja MIDAS-mikroskooppi havaitsevat ytimen koostumusta ja ytimestä irtoavan kaasun sekä pölyn virtauksia. GIADA-niminen laite analysoi pölyä ytimen läheisyydessä, ja RPC-sensoriryhmä kuvaa komeettaa ympäröivän kaasukehän, koman, sisäistä rakennetta ja sen vuorovaikutusta aurinkotuulen kanssa. Loput kaksi tutkimusvälinettä CONSERT ja RSI käyttävät hyväkseen Rosettan radiolaitteistoja, toinen ytimen sisärakenteen tutkimiseen ja toinen määrittelemään ytimen sisällä olevien massojen jakautumista ja koman rakennetta.

Philae-laskeutujassa on mukana myös täysi paketti havaintolaitteita. Näistä monista eri puolille laskeutujaa sijoitetuista kameroista muodostuva CIVA/ROLIS –järjestelmä ottaa korkearesoluutioisia stereopanoraamakuvia. APXS, COSAC ja Ptolemy analysoivat ytimen pintakerroksen koostumusta. SESAME-seismometri tutkii pintaa kahden metrin syvyydeltä, ja sen piirteitä tutkii MUPUS-instrumentti. ROMAP-magnetometri ja CONSERT tutkivat magneettikenttää ja sen vuorovaikutusta aurinkotuulen kanssa.

Komeetasta tehdään siis laajalla skaalalla mittauksia, joiden perusteella saamme paljon tietoa siitä miten komeetta toimii, mikä on sen rakenne ja millainen on sen historia. Näin päästään kiinni aina aurinkokunnan syntyyn saakka.

Mittalaitteiden tekemiseen ovat osallistuneet ESAn jäsenvaltioiden lisäksi ryhmät Yhdysvalloista, Unkarista, Taiwanista ja Venäjältä. Suomi on mukana niin aktiivisesti, että siitä tarkemmin hieman tuonnempana.

Puolipakolla alas pinnalle

Kunhan Rosetta on tutkinut tarpeeksi Chury-komeetan ydintä, päätetään elo-syyskuussa paikka, minne todennäköisesti marraskuussa laskeutuja lähetetään mittauksiaan tekemään.

Kun normaalisti laskeutujat tarvitsevat rakettimoottorit tai laskuvarjon laskeutumisnopeuden hillitsemiseksi, pitää komeetan heikossa painovoimakentässä laskeutujaa suorastaan työntää rakettimoottorilla kohti komeetan pintaa.

Laskeutuminen kestää vartista puoleen tuntiin riippuen siitä, miltä korkeudelta päätämme aloittaa laskeutumisen. Koska Rosetta ja komeetta ovat kaukana Maasta, ei laskeutumista voi kauko-ohjata, vaan Philae toimii automaattisesti. Laskeutumiskäskyn jälkeen lennonjohto voi vain toivoa parasta ja odottaa radioviestiä komeetan pinnalta.

Pintakosketuksen aikaan laskeutuja ankkuroi itsensä pinnalle kahdella harppuunamaisella ankkurilla. Tämän jälkeen sen laskeutumisjaloissa olevat ruuvit kiinnittävät laitteen tiiviimmin pintaan kiinni. Koska komeetan pinnan tarkkaa rakennetta ei tiedetä, on harppuunoissa kaksimetriset vaijerit siltä varalta, että kiinteän pinnan päällä on paksulti höttömäistä ainetta.

Pinta voi olla hyvinkin haperoa jäämurskaa tai kivikovaa kalliota, joten harppuunat on suunniteltu toimimaan mahdollisimman erilaisissa pintamateriaaleissa. Koskaan aikaisemmin avaruuslaitteissa ole tarvittu ankkureita. Jos tarrautuminen Churyn pinnalle ei onnistu, sinkoutuu laskeutuja takaisin avaruuteen.

Vaikeaniminen, mutta kiinnostava komeetta

Täydelliseltä nimeltään 67P/Churyumov-Gerasimenko oleva Rosettan kohdekomeetta on eräs ns. jaksollisista komeetoista, jotka ikään kuin ovat jääneet loukkuun sisempään aurinkokuntaan niiden tullessa liian lähelle Jupiteria. Se on siten suhteellisen “uusi” komeetta sisemmässä aurinkokunnassa, ja koska tätä ennen se on viettänyt koko historiansa kauempana Auringosta, on se säilynyt todennäköisesti hyvin samanlaisena aurinkokunnan alusta alkaen ja siksi se on hyvin mielenkiintoinen kohde.

Komeetta löydettiin syyskuussa 1969 Alma-Atan astrofysikaalisessa instituutissa Kazakstanissa. Sen havaitsi tähtitieteilijä Klim Tshurjumov Kiovan yliopistosta Ukrainasta kuvista, jotka oli ottanut hänen kollegansa Svetlana Gerasimenko Dushanben astrofysiikan instituutista Tadzikistanista. Suomalaisittain translitteroituna komeetan nimi olisi Tshurjumov–Gerasimenko, mutta se on merkitty virallisiin listoihin englanninkielisen kirjoitusasun mukaan ja siten Tiedetuubi käyttää sitä.

Churyn rata muuttui olennaisesti vuosina 1840 ja 1959, jolloin se ohitti Jupiterin hyvin läheltä. Ohitusten seurauksena komeetta kiertää nyt Aurinkoa soikealla, planeettojen ratatasoon verrattuna hieman kallistuneella radalla. Sen kiertoaika on 6,6 vuotta ja radan Aurinkoa lähinnä oleva piste (periheli) sijaitsee Maan ja Marsin kiertoratojen välissä. Radallaan se etääntyy Jupiterin rataa kauemmaksi.

Komeetan epämuotoinen ydin näyttää olevan halkaisijaltaan noin 4 km ja tarkoituksena on parkkeerata Rosetta sen ympärille noin 25 km korkeudella olevalle kiertoradalle. Philaen vapauttamista vasten Rosetta lähestyy komeettaydintä noin kilometrin korkeudelle.

Rosetta tutkii komeettaa yli vuoden ajan ainakin joulukuuhun 2015 asti, jolloin se on jälleen jo etääntymässä Auringosta lokakuussa 2015 olleen perihelin ohittamisen jälkeen.

Suomi ja Rosetta

Rosettan tarkempi suunnittelu alkoi samoihin aikoihin 1990-luvulla, kun Suomi liittyi Euroopan avaruusjärjestöön, joten kyseessä on eräs ensimmäisistä eurooppalaisluotaimista, mihin suomalaiset yhtiöt ja tutkijat pääsivät kunnolla mukaan alusta alkaen.

Koko luotaimen toiminnan kannalta olennaisin suomalaisosa on sen koko runkorakenne: Rosettan perusrakenne on Patria-yhtiön rakentamaa komposiittimateriaalia. Patrian elektroniikkaosasto on lisäksi tehnyt luotaimen sähköjärjestelmän virranjakoyksiköt, joista toinen toimittaa sähkövirtaa itse luotaimen eri laitteille, ja toinen sen tieteellisille instrumenteille. Jakoyksiköt huolehtivat osaltaan myös luotaimen lämmönhallinnasta, joka joutuu varsin koville lennon aikana.

Tiedepuolella Ilmatieteen laitos on ollut olennaisessa osassa kuuden itse emoluotaimessa olevan laitteen suunnittelussa ja rakentamisessa. Näistä neljä on kiertolaisessa olevaa mittalaitetta: COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyzer), MIP (Mutual Impedance Probe), LAP (Langmuir Probe) ja ICA (Ion Composition Analyzer). Erityisesti COSIMA on IL:n väen lempilapsi, sillä sen aiempi versio on tutkinut jo komeettaa amerikkalaisen Stardust-luotaimen mukana ja toinen versio toimii parhaillaan Venus Express -luotaimessa.

Philae-laskeutujan laitteista IL on päävastuussa veden etsintään käytettävästä, PP-laitteesta (Permittivity Probe), jonka lisäksi se toimittaa massamuistin laskeutujan muistiyksikköön. PP-laite liittyy laskeutujassa olevaan suurempaan instrumenttikokonaisuuteen, SESAMEen, jonka tehtävänä on mitata komeetan ytimen pintakerrosten ominaisuuksia, erityisesti sähköisiä ominaisuuksia. PP-laitteen anturit ovat ensimmäiset komeetan pintaan osuvat laskeutujan osat, koska laskeutujan laskutelineinä toimivien jalkojen tassut ovat itse asiassa laitteen antureita.

Nyt IL:n väki varautuu ottamaan vastaan tietoja laitteistaan ja aloittamaan niiden analysoinnin. Luvassa on siten jännä vuosi myös Helsingin Kumpulassa.

Artikkelia on päivitetty signaalin saamisen jälkeen ja muutamia lukuarvoja on tarkennettu.

Hyvää huomenta, Rosetta!

Markus Hotakainen

Maanantaina puolen päivän aikaan 807 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta pärähtää soimaan herätyskello. Silloin loppuu – toivottavasti – yli kaksi ja puoli vuotta jatkunut Rosetta-luotaimen uinuminen. On aika alkaa valmistautua komeetalle suuntautuvalle kotikäynnille.

Rosetta laukaistiin pitkälle matkalleen 2. maaliskuuta 2004. Lähtö viivästyi moneen otteeseen ja alkuperäinen kohde, komeetta 46P/Wirtanen vaihtui 67P/Churyumov-Gerasimenkoon. Se kiertää Aurinkoa radalla, jolla se palaa Aurinkokunnan sisäosiin noin 6,5 vuoden välein. Seuraavan kerran komeetta saapuu periheliin eli Aurinkoa lähinnä olevaan ratansa pisteeseen elokuussa 2015 – ja silloin sen seurana on eurooppalainen luotain.

Kesästä 2011 lähtien Rosetta on ollut syvässä unessa. Tuolloin sen 32 metrin pituiset aurinkopaneelit suunnattiin kohti Aurinkoa ja luotain saatettiin hitaaseen pyörimisliikkeeseen. Minuutin pyörähdysaika riitti pitämään sen vakaasti samassa asennossa Auringon suhteen. Ainoastaan tietokone ja lämmittimet jatkoivat toimintaansa.

Kun tietokoneen kello näyttää maanantaina aamupäivällä kymmentä UT-aikaa, käynnistyy tapahtumasarja, jonka tuloksena luotain on taas täysin valveilla. Ensin luotaimen asennonmäärityksessä käytettävät tähtikaukoputket alkavat lämmetä toimintakuntoon. Noin kuuden tunnin kuluttua hidas pyörimisliike pysähtyy ja luotain tarkistaa asentonsa tähtien suhteen.

Kun asento on selvillä, Rosetta kääntyy kohti Maata, kytkee radiolähettimensä päälle, suuntaa antenninsa ja ilmoittaa lennonjohdolle olevansa hereillä. Luotaimen etäisyys on niin suuri, että signaalin matka Maahan saakka kestää kolme varttia. Tieto luotaimen tilasta on odotettavissa illalla kello 19.30–20.30.

Luotaimen yleiskunnon tarkistuksen jälkeen aletaan käynnistellä sen tieteellistä laitteistoa, johon kuuluu kaikkiaan 11 instrumenttia. Tähän kriittiseen vaiheeseen on varattu aikaa useita kuukausia, sillä Rosetta on vielä noin yhdeksän miljoonan kilometrin etäisyydellä komeetasta. Toukokuussa tehdään radankorjaus, joka suuntaa sen täsmälleen kohti 67P/Churyumov-Gerasimenkon ydintä elokuussa.

Aiemmista komeettaluotaimista poiketen Rosetta ei tee pelkkää pikaista ohilentoa, vaan asettuu komeetan ydintä kiertävälle radalle, ja kulkee sen rinnalla perihelin tuolle puolen. Luotaimen on määrä toimia aina joulukuun 2015 loppuun saakka, jolloin komeetta on jo kovaa vauhtia etääntymässä Auringosta.

Sen lisäksi, että Rosetta asettuu komeettaa kiertävälle radalle, se lähettää ytimen pinnalle marraskuussa 2014 Philae-laskeutujan. Se ankkuroituu komeetan höttöiseen pintaan ja välittää – mikäli kaikki menee suunnitelmien mukaan – kymmenen mittalaitteen tuottamaa tietoa paikan päältä, kun Aurinkoa lähestyvän komeetan ydin syöksee yhä vinhemmin kaasua ja pölyä avaruuteen.

Rosettan mukana on myös suomalaista tekniikkaa, sillä Patria on rakentanut sen rungon ja Ilmatieteen laitos on osallistunut laskeutujan mittalaitteiden sekä tietokoneosien tekemiseen. Tarkempia tietoja Ilmatieteen laitoksen osuudesta löytyy IL:n sivuilta.

Komeettaluotaimen hidasta herättelyä voi seurata suorana nettilähetyksenä. Tarkemmat tiedot ja lähetyksen aikataulu löytyy ESAn Rosetta-sivuilta. Myös Tiedetuubi pysyttelee ajan tasalla Rosettan kuulumisista.

Kuvat ESA/AOES Medialab

Gaia saapui perille Lagrangen pisteeseen

ESA-blogi

ESAn tähtitaivasta kartoittava luotain Gaia on saapunut onnellisesti perille Lagrangen pisteeseen 2 – tai tarkalleen ottaen kiertoradalle tämän painovoimien tasapainopisteen ympärillä.

Sen jälkeen kun Gaia laukaistiin juuri ennen joulua, on se lentänyt kohti tätä 1,5 miljoonan kilometrin päässä olevaa paikkaa ja sen laitteita on käynnistetty hiljakseen. Gaia-hankkeen suomalainen tiedejohtaja Timo Prusti kirjoitti Gaian ensitoimista avaruudessa blogikirjoituksessaan 31. joulukuuta.

Asettuminen radalle matemaattisen pisteen ympärillä vaatii luonnollisesti paljon laskemista, lentodynamiikan tuntemusta ja kykyä tehdä satelliitilla tarkkoja ohjausliikkeitä. Kun Gaia asettui radalleen tiistaina (7. tammikuuta), sen kahdeksan pientä rakettimoottoria komennettiin toimimaan lähes kahden tunnin ajan klo 20.58 Suomen aikaa alkaen.

Ne hidastivat matkavauhtia ratanopeudeksi ja muuttivat samalla lentorataa juuri sopivaksi. Tätä tosin tullaan vielä hienosäätämään 14. tammikuuta, kun kaikki rataparametrit on saatu varmistettua.

Tätä toimenpidettä oli valmisteltu jo muutaman vuoden ajan, sillä kaksitonnisen, vain pienillä rakettimoottoreilla varustetun avaruusaluksen vieminen siirtoradalta, minne Sojuz-kantoraketti sen jätti laukaisun jälkeen, L2-pisteen ympärillä olevalle erityiselle ns. Lissajous-tyyppiselle radalle ei ole yksinkertaista.

Olennaisin hankaluus on se, että L2-pisteessä ei ole mitään kiinteää kappaletta, joka vetäisi alusta puoleensa ja jonka suhteen olisi helppo navigoida.

L2 on siis vain tyhjää avaruutta, missä sattumalta vain Maan ja Auringon vetovoimat sekä kiertoradan keskihakuisvoima (ns. keskipakovoima) nollaavat toisensa siten, että periaatteessa L2-pisteeseen sijoitettu alus kiertää Aurinkoa samalla periodilla Maan kanssa.

Käytännössä L2:ssa ei olla, vaan sitä kierretään. Gaian kiertoaika pisteen ympärillä on 180 vuorokautta. Kiertorata on säädetty sellaiseksi, että se on kohtisuorassa tasossa planeettojen ratatason, ekliptikan, kanssa, mutta sen akseli osoittaa aina kohti Maata. Rata siis kiertyy suhteessa Aurinkoon koko ajan, mutta pysyy 263 000 x 707 000 x 370 000 km kooltaan olevan kuvitteellisen laatikon sisällä.

Rataa täytyy säätää voin kerra kuukaudessa, sillä L2:ta kiertävät kappaleet koittavat luontaisesti "karata" radoiltaan, ja siten Gaiaakin täytyy koko ajan sysätä ikään kuin takaisin paikalleen.

Poissa varjosta, kaukana Auringosta

Eräs tärkeä kriteeri radanhallinnassa ja ennen kaikkea sitä etukäteen suunnitellessa oli se, että Gaiaa ei saa päästää Maan varjoon. Varjon koko ei ole kovin suuri 1,5 miljoonan kilometrin päässä, mutta koska määritelmänsä mukaisesti L2 on tarkalleen Maan varjossa, on vaara vaanimassa koko ajan. Gaian lämpötilaa säädellään hyvin tarkasti ja vaikka luotain itse kestäisikin varjossa olemisen, eivät sen kamerat toimi silloin normaalisti ja tulosten laatu kärsii.

Nykyinen rata estää tämän viiden vuoden ajan, mutta sen jälkeen rataa pitää säätää hieman enemmän, jotta Gaia ei joutuisi varjoon.

Gaian keskiakseli ei saa myöskään osoittaa kohti Aurinkoa: herkät teleskoopit rikkoontuvat välittömästi, jos kirkas Aurinko pääsee paistamaan niiden sisälle. Siksi Gaialla on koko ajan vähintään 15 asteen kulma Aurinkoon. Samalla aurinkopaneelien teho olisi parhain suoraan Aurinkoon osoitettaessa, joten kulma on määrätty siten, että sähköä saadaan tarpeeksi, mutta samalla havaintolaitteet ovat turvassa. Lisäksi ratadynamiikkatiimi on joutunut ottamaan huomioon Maahan osoittavan antennin suunnan.

"Suurin ero Gaian ja monien Maata tai vaikkapa Marsia kiertävien satelliittien välillä on se, että planeettaa kierrettäessä kiertoradat ovat yleensä stabiileita, ja jos jokin ratamuutos ei mene aivan toivotulla tavalla, sitä voidaan korjata helposti myöhemmin", selittää Mathias Lauer, eräs Euroopan avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa Gaian parissa työskentelevistä ratadynamiikka-asiantuntijoista.

"Gaian tapauksessa rata ei ole stabiili, vaan meidän täytyy olla tarkkana jokaista askelta ottaessamme."

Jotta asettuminen radalle L2:n ympärillä sujui hyvin, Gaia laitettiin hyvissä ajoin ennen manovääriä erityiseen tilaan, missä se sieti normaalia enemmän epätavallisia toimia ennen menoa ns. turvatilaan. Tämä esti sen, että luotain olisi jäänyt odottamaan ohjeita Maasta kesken tärkeän toimenpidesarjan.

Ennen pitkän ratapolton alkua tiistaina illalla, lennojohto oli yhteydessä Gaiaan ESA:n Cerberoksessa, Espanjassa, olevan 35-metrisen antennin kautta ja tarkistivat, että Gaia oli valmis.

Lennonjohtotoiminta siirrettiin sitten ESOCin suureen lennonjohtohuoneeseen, missä aluksen tilaa, rataa, avaruussäätä, tietoliikenneyhteyksiä ja kaikkea muuta asiaan vaikuttavaa voidaan seutata paremmin ja missä suuri määrä asiantuntijoita saadaan kerralla konsolien ääreen. Normaalisti Gaian lennonjohto tapahtuu pienemmästä tilasta ja lopulta osana rutiinitoimintoja.

Klo 20.20 tiistaina illalla Cerberoksen antennin kautta saatiin tieto siitä, että Gaia oli valmis, ja muutamaan minuuttia muöhemmin, klo 20.35, Gaia kääntyi oikeaan asentoon polttoa varten. Ja sitten, tarkalleen klo 20.58 rakettimoottorit syttyivät ja toimivat 103 minuutin ajan.

Ja niin Gaia oli oikealla radallaan. Kunhan tutkimuslaitteet on saatu nyt kalibroitua, voi Gaia aloittaa pitkän ja puuduttavan, mutta huiman kiinnostavan työrupeamansa.

Joulu Gaian kanssa

ESA-blogi

Gaian laukaisu 19. joulukuuta stressasi monen perheen joulua. Monet työntekijät Ranskan Guyanassa halusivat palata koteihinsa Eurooppaan jouluksi. Laukaisu lähellä joulua on aina pieni riski, sillä viime hetkellä voi aina tulla muutaman päivän viivästys, mikä olisi tarkoittanut joulua tropiikissa. Se ei sinällään olisi ollut ikävä asia, mutta se ei ollut monenkaan suunnitelmissa.

Gaian laukaisu onnistui kuitenkin hienosti ja lentokoneet Eurooppaan täyttyivät. Oikeastaan juuri joulua ennen tapahtunut laukaisu oli erittäin sopiva – ainakin projektiin osallistuville tutkijoille. Nimittäin Gaialla ei voida tehdä mitään tieteellistä ennen kuin kaikki maanpäälliset, Gaian sisälle jääneet ilmakehän kaasut ovet "kiehuneet" pois. Siksi kaikkia optisia osia lämmitetään, ettei niistä tulisi kylmäloukkoja Gaiasta pakeneville molekyyleille. Tämän seurauksena projektin tieteentekijät pystyivät keskittymään kinkun syöntiin.
Kaikille Gaian rauhallinen joulu ei kuitenkaan ollut rauhallista aikaa. ESAn satelliittien operoinnista vastaava Euroopan avaruusoperaatiokeskus ESOC Saksan Darmstadtissa seurasi ja ohjasi Gaiaa joulun yli. Vaikka tähtitieteelliset mittalaitteet eivät olleet päällä, monia oheislaitteita otettiin käyttöön. Niinpä minunkaan jouluni ei sujunut ainoastaan kinkun parissa, vaan jouduin silloin tällöin avaamaan tietokoneen ja katsomaan uusinta raporttia Gaian tilasta. Kaikki toimi erinomaisesti!
Oli myös tutkijoita, jotka tekivät töitä Gaian lähettämien tietojen kanssa yli joulun. Yksi tärkeä laite Gaiassa on tarkka kello. Kellon lähettämää dataa onkin jo välitetty ESOCin kautta ESACiin, joka on ESAn tieteellinen operointikeskus Madridissa. Siellä Gaian lähettämää telemetriatietoa käsitellään, ja kellon dataa siirrettiin Dresdenin Teknillisen Korkeakouluun, jossa Sergei Klioner korreloi Gaian kelloa maanpäälliseen aikastandardiin nähden.
Myos monet tähtiharrastajat ovat olleet kiireisiä Gaian parissa. Pyysimme seuraamaan Gaian matkaa L2 pisteeseen ja kokoelma valokuvia löytyy osoitteesta http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/news_20131220.
Mukana on myös tämän kirjoituksen otsikkokuva, jonka otti Arto Oksanen, vanha tuttuni Helsingin opiskeluajoilta. Heti laukaisun jälkeen Gaia oli kirkas kohde, mutta kun Gaia käännettiin 45 asteen kulmaan Aurinkoon nähden, siitä tulikin haastava kohde. Arto onnistui kuvaamaan Gaian kun sen kirkkaus oli vain 19 magnitudia.
Vuodenvaihde tulee olemaan vielä aika rauhallista. Joulukuun 30. päivä Gaialle tehdään pieni radankorjaus, jotta Gaian asettuminen 7. tammikuuta kiertoradalle L2-pisteen ympärillä voidaan valmistella hyvin. Ratakorjaus on hyvä myös kalibrointia ajatellen. Jännittävin lähiaikojen tapahtuma on 2. – 4. tammikuuta, kun tähtitieteelliset instrumentit käynnistetään.
Sitä odotellessa toivotan Gaian puolesta hyvää uutta vuotta!
Timo Prusti
(Otsikkokuvan on ottanut Arto Oksanen Chilessä sijaitsevalla etäkäytettävällä kaukoputkella. Arto kirjoittaa kuvasta: "Gaia-satelliitti jatkaa edelleen matkaansa kohti havaintopaikkaansa, saavuttaen juuri 700 000 kilometrin etäisyyden eli liki kaksi kertaa Kuun etäisyyden. Satelliitti näkyi himmeänä (mag 19) liikkuvana täplänä 20 kuvan sarjassa. Oheisessa kuvassa yhdistetty kolme ensimmäistä ruutua ja Gaia merkitty ympyröillä.")

Gaian laukaisu Timo Prustin kokemana

ESA-blogi

Gaian tieteellinen johtaja on suomalainen Timo Prusti, joka kertoo seuraavassa tekstissä kokemuksistaan laukaisun aikaan Kouroussa. Hän esiintyi ESAn suorassa webbilähetyksessä ja oli mukana useissa TV-ohjelmissa heti laukaisun jälkeen, mutta hän ennätti kirjoittaa myös tämä tekstin eilen juuri ennen paluutaan Eurooppaan.

Gaia laukaistiin 19. joulukuuta 2013 kello 9:12:19 UTC. Koko viikon oli ollut useita sadekuuroja, ja sama epävakaa sää jatkui myös laukaisupäivänä, jolloin aikaisin aamulla kuuden maissa paikallisaikaa Kouroussa pyyhkivät useat kuurot laukaisualueen ylitse.
Taivas kuitenkin selkeni juuri ennen laukaisua, ja Gaia nousi matkaan hyvien tähtien merkeissä, sillä laukaisun aikaan aamulla taivaalla ei ollut juuri lainkaan pilviä.
Tänään 20. joulukuuta tätä kirjoitettaessa on taas sadellut, eikä Gaian laukaisusta olisi nähty kuin ehkä 10 sekuntia ennenkuin raketti olisi kadonnut pilviin.
Ennen laukaisua
Kaksi viikkoa Kouroussa on ollut hyvin intensiivistä aikaa. Gaia oli syksyn ajan laukaisukeskuksen S1-rakennuksessa, jossa satelliitit voivat olla niin kauan kun tankkeja ei olla täytetty. Siellä tehtiin myös viimeinen aurinkosuojan avaustesti lokakuussa, kun edellisen kerran olin paikan päällä.
Kun tulin uudelleen paikalle, oli Gaia jo tankattu ja siirretty S5-rakennukseen. Sojuz-kantoraketin yli vaihe Fregat, joka oli itse asiassa alun perin tarkoitettu toiselle satelliitille, oli jo odottamassa S3-rakennuksessa Gaiaa myös tankattuna.
S3 on tila, joka on tarkoitettu kaikkein herkimmin räjähtävien polttoaineiden käsittelyyn. Fregatin vieressä oli jo odottamassa Gaiaa varten erityisesti valmistettu raketin nokkakartio. Koska Gaia täytti melko tarkkaan koko nokkatilan, jouduimme tekemään erikoisen nokkakartion, mistä oli varmuuden vuoksi "kaiverrettu" hieman tilaa lisää reunoista, koska laukaisussa satelliitin ja seinien välissä täytyy olla riittävästi tilaa myös värähtelyille.
Gaia siirrettiin S3-rakennukseen, asetettiin Fregatin päälle ja koko nokkaosa pistettiin nokkakartion sisälle.
Lauantaina 14. joulukuuta Sojuz-raketti vietiin kiskoja pitkin laukaisualustalle. Toimenpide alkoi aamulla kuudelta, kun kokoonpanohallin ovet avattiin ja muutaman tunnin päästä vaakasuorassa rautatievaunun päällä ollut raketti oli siirretty ja nostettu pystyyn. Se oli mielenkiintoinen tapahtuma, etenkin kun sain seurata sitä aivan vierestä.
Samana iltana tuli jo nokkaosa, jossa siis Gaia ja Fregat olivat päällekkäin nokkakartion sisällä. Kahdeksan aikaan illalla venäläinen Soyuzin laukaisusta vastannut henkilökunta ruuvasi käsin nokkaosan kiinni Sojuziin 102 pultilla – he eivät käyttäneen mitään pneumaattisia koneita. Viimeisen kiristyksen teki yksi henkilö, jotta ruuvit ovat samalla voimalla kiinnitettyjä.
Sunnuntaista keskiviikkoon oli rauhallisempaa, koska suurin osa ajasta käytettiin miljoonan ja yhden asian tarkastamiseen.
Gaia lähtee matkaan!
Lähtölaskenta alkoi 13 tuntia ennen laukaisua. Niinpä ESAn insinöörikollegat ja Gaian rakentaneet Astriumin insinöörit istuivat tuoleihinsa Kouroun laukaisukeskuksen lähtövalvontarakennuksen Jupiterin kontrollihuoneessa keskiviikon iltapäivällä kello viiden aikaan. Itse seurasin heidän istumisiaan kun olin samana yönä valmistelemassa Arianespacen suoraa televisiolähetystä laukaisusta. Opettelin toimittaja Joshua Jampolin kanssa TV-maailman kikkoja, jotta pystyin suorittamaan tehtäväni englanninkielisen selostuksen tieteellisenä tukena.
Torstaiaamuna aikaisin ennen laukaisua kaikki olivat pirteitä. Tämä taisi johtua adrenaliinista. Päivä nousi klo 6:12:19 paikallista aikaa, kun seurasin laukaisua Jupiter rakennuksen parvekkeelta. Kuin Aurinko olisi noussut lännestä, mutta pian pystyi huomaamaan, että kyseessä olikin Auringon sijaan kirkkaasti loistanut Sojuz VS06, jonka kärjessä oli Gaia.
Itään päin suuntautunut laukaisu kaartui komeasti parvekkeen yli ja kohti oikean Auringon nousua idän puolella. Ensimmäinen vaihe lopetti toimintansa juuri oikeaan aikaan, jolloin neljä apurakettia irrotettiin raketista. Aamuauringossa ne sitten tuikkivat kuin pienet, alaspäin putoavat tähdet, kun samaan aikaan loppuosa raketista jatkoi kiihdytystä ylöspäin.
Arianespacen osuus Gaian saamisessa avaruuteen on laukaisu, mukaan lukien Fregatin osuus. Gaia tarvitsi kaksi Fregatin moottorin polttoa, joista ensimmäisellä Gaia saatiin ympyräradalle Maan ympärillä ja toisella se sysättiin kohti Lagrangen pistettä L2 vievälle radalle. Tuo piste on Gaian operointipaikka.
42 minuuttia laukaisun jälkeen Fregat oli tehnyt tehtävänsä ja irrottautui Gaiasta. Gaia oli vapaa ja Arianespace otti aplodit vastaan onnistuneesta laukaisusta.
Meillä oli kuitenkin vielä runsaasti töitä, sillä nyt oli Gaian vuoro toimia. Noin tunti ja vartti laukaisun jälkeen Gaian aurinkosuoja, eli "hame", avattiin ja puolitoista tuntia laukaisun jälkeen tiesimme, että Gaia oli saatu havaintokuntoon. Hame oli avautunut.
Tänään 20. joulukuuta olemme tehneet niin sanotun kakkospäivän operaation, missä hienosäädimme rataa kohti L2 pistettä Gaian omilla raketeilla. Tämä onnistui yhtä täsmällisesti kuin kaikki muutkin tähän asti tehdyt operaatiot Gaialla.
Sen jälkeen Gaia käännettiin 45 asteen kulmaan Aurinkoa kohti, eli olemme nyt operaatioasennossa ja vauhdilla menossa 1,5 miljoonan kilometrin päässä olevan L2-pisteen ymparillä olevalle radalle.
Kiitokset kaikille, jotka ovat tehneet mahdolliseksi tämän joulun parhaan lahjan – Gaian!
Timo Prusti
Lue myös Tiedetuubin Gaia-juttuja ja laukaisuseurantaa osoitteessa www.tiedetuubi.fi/gaia

Gaia taivaalla ja taskussasi

ESA-blogi

Vuosi sitten avaruuteen laukaistu ESAn Gaia-teleskoopi on laite, joka kartoittaa taivasta huiman tarkasti. Tarkoituksena on muun muassa koota Linnunradasta ainutlaatuinen kolmiulotteinen kartta, mutta lisäksi Gaia havaitsee paljon muuta, kuten muita tähtiä kiertäviä planeettoja , ruskeita kääpiöitä, oman galaksimme ulkopuolella olevia kohteita sekä lähellä, aurinkokunnassa olevia pienkappaleita.

Gaian työtä ja sen havaintomaailmaa voi seurata kätevästi älypuhelimille tehdyllä sovelluksella. Barcelonan yliopiston tekemä sovellusohjelma näyttää paitsi kauniita kuvia ja interaktiivisia diagrammeja, niin myös kertoo Gaiasta, sen matkasta havaintopaikalleen ja siitä miten sen tekee työtään.
Sovellus kertoo myös ajantasaista tietoa siitä mitä Gaia on tekemässä ja kuinka paljon tietoa se on kerännyt. Myös kaikki uudet löydöt tulevat näkyviin puhelimeesi.
Sovellus katsoo lisäksi menneeseen: se kertoo Hipparcos-satelliitista, Gaian edeltäjästä, joka keräsi havaintoja 120 000 tähdestä ja muusta taivaalla olevasta kohteesta. Näistä on koottu suuri, tähtitieteilijöiden aktiivisesti käyttämä taivaan kartasto. Gaian havainnoista tullaan tekemään uusi, moninkertaisesti parempi ja laajempi kartasto, jonka ensimmäinen osa on tarkoitus julkistaa kesällä 2016.
Gaia havaitsee arvion mukaan viisi vuotta kestämään suunnitellun havaintorupeamansa aikana noin miljardia kohdetta – tämä vastaa noin petatavua tietoa (miljoona gigatavua). Tiedot käy läpi Gaian eri maissa ja eri tutkimuslaitoksissa oleva tietojenkäsittely ja -analyysiyhteistö, johon kuuluu myös Helsingin yliopiston tähtitieteilijäryhmä. Suomalaisten vastuualueena ovat havainnoista löytyvät aurinkokunnan pienkappaleet, eli uudet asteroidit ja komeetat.
Toistaiseksi ilmainen Gaia-app on saatavissa vain iOS- ja Android-käyttöjärjestelmille. Lähiaikoina sovellukseen ollaan vielä lisäämässä materiaalia. Sovelluksen tekemisen rahoittivat yhdessä Espanjan tieteellistekninen säätiö sekä Espanjan talous- ja kilpailukykyministeriö. Niinpä englannin lisäksi sovelluksen kielet ovat espanja ja katalaani.
Gaia-app on ladattavissa iTunesista ja Google Playsta.

Jäätä ja hajavaloa
Gaia laukaistiin avaruuteen tasan vuosi sitten, 19. joulukuuta 2013, ja se aloitti tieteellisen työnsä 25. heinäkuuta, eli hieman myöhemmin kuin oli tarkoitus. Syynä viivästymiseen oli satelliitin sisällä ollut vesihöyry; normaalisti kaikissa avaruuslaitteissa on sisällä ilmaa, joka laukaisun aikana ja avaruudessa pihisee siitä ulos tätä varten tehtyjä tiehyeitä pitkin. Tähtitieteellisissä havaintolaitteissa, joissa on herkkää optiikkaa, tähän on kiinnitetty erityistä huomiota, koska ilmassa oleva vesihöyry tiivistyy jääksi muun muassa peileihin. Siksi Gaiankin peileissä on sähkövastukset, joilla niitä voidaan lämmittää ja siten jäästä voidaan päästä vähitellen eroon.
Gaiassa vesihöyryä oli jostain syystä enemmän kuin oletettiin, joten vesihöyryn härmistyminen jääksi peilien päälle oli ongelma. Tämä saatiin hallintaan ajan myötä ja erityisillä kikoilla, joilla satelliitin sisälle jäänyttä ylimääräistä ilmaa puolipakotettiin ulos avaruuteen.
Lisäksi Gaialla oli – ja on edelleen – toinen ongelma: sen optiikkaan pääsee ylimääräistä valoa. Valoa ei tule paljon, ja sen määrä vaihtelee Gaian asennosta ja Auringon suunnasta riippuen.
Hajavalo ei haittaa havaintojen määrää, mutta vaikuttaa sen tekemien havaintojen laatuun. Kirkkaiden kohteiden tutkimista hajavalo ei haittaa paljoakaan, mutta himmeämpien tähtien kohdalla ero on merkittävä. Eniten tästä kärsivät spektrometriset havainnot, joiden avulla määritetään tähtien liikkumisnopeutta. Mikäli Gaia pystyy jatkamaan havaintojaan suunniteltua pitempään, saadaan silloin enemmän havaintoja erilaisissa hajavalotilanteissa, ja siten tulokset ovat parempia.
Joka tapauksessa Gaian mittaukset ovat nytkin paljon aiempia parempia, joten vaikka Gaia-lentoon osallistuvat tähtitieteilijät ovat hieman pettyneitä, saavat he käsiinsä päivittäin ainutlaatuista havaintomateriaalia.