Liisa-satelliitti lähti painovoima-aaltojen ihmemaahan

LISA Pathfinder avaruudessa

Aikaisin aamulla klo 6:04 Suomen aikaa Vega-kantoraketti jyrisi matkaan Kouroun avaruuskeskuksesta ja kuljetti pienen Lisa Pathfinder -satelliitin avaruuteen.

Sen laukaisu sattuu sopivasti Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian satavuotisjuhlan aikaan, sillä kyseessä on teorian kuvaamia painovoima-aaltoja tutkiva laite.

Einsteinin mukaan painovoima saa aikaan avaruuden geometrian kaareutumista, ja samaan tapaan tässä avaruuden geometriassa voisi olla aaltoja. Erittäin suurienergiset tapahtumat ja hyvin massiiviset kappaleet voisivat synnyttää tällaisia aaltoja, jotka olisivat vähän kuin laineita veden pinnalla sen jälkeen, kun vaikkapa kivi on pudonnut veteen.

Näitä painovoima-aaltoja on etsitty jo pitkään, mutta niiden havaitseminen on vaikeaa. Suurin ongelma on se, että esimerkiksi kahden toisiaan kiertävän mustan aukon synnyttämät aallot saisivat aikaan sen, että miljoona kilometriä pitkän mitan pituus muuttuisi vain alle yhden ainoan atomin koon verran.

Tällaisen havaitseminen on hyvin hankalaa – mutta jos tässä onnistuttaisiin, avaisi se aivan uuden, kiinnostavan ikkunan maailmankaikkeuden tapahtumiin, sekä vahvistaisi edelleen ymmärrystämme fysiikan perustasta.

Pikku-Liisa ennen LISAa

Paras paikka havaita painovoima-aaltoja on avaruus, koska vain siellä voidaan saada aikaan helposti pitkiä mittaussuoria. 

Miljoona kilometriä pitkän mittanauhan sijaan ajatuksena on mitata kaukana toisistaan olevien satelliittien välisen etäisyyden muuttumista laserin avulla.

LISA, eli Laser Interferometer Space Antenna, on Euroopan avaruusjärjestön suunnitelma, missä on itse asiassa kolme satelliittia, jotka mittaisivat jatkuvasti välimatkoja keskenään ja voisivat havaita pienetkin muutokset siinä.

Niiden vaatima tekniikka osoittautui kuitenkin niin vaativaksi (ja kalliiksi), että ESA päätti tehdä periaatetta testaavan pienemmän luotaimen, tiennäyttäjän. Nimeksi tuli siksi LISA Pathfinder.

Sen sisällä on kaksi täysin samanlaista 46 mm halkaisijaltaan olevaa kullasta ja platinasta tehtyä kuutiota, joiden välinen etäisyys on 38 cm. Kuutiot on sijoitettu suojarakenteiden sisään ja niiden välistä etäisyyttä mitataan monimutkaisella lasersysteemillä, joka pystyy erottamaan millimetrin miljardisosan muutokset välimatkassa.

Avaruuden painottomuudessa ja luotaimen sisällä ei mikään muu kuin avaruuden aallot muuta niiden välistä matkaa.

Täydellisen painottomuuden aikaansaaminen on itse asiassa lennon eräs olennaisimpia temppuja, sillä esimerkiksi Maata kiertävällä avaruusasemalla oleva painottomuus on mikropainovoimaa. Suuri asema itsessään vetää kappaleita puoleensa ja Maata kiertävissä satelliiteissa on kiertoradan pienistä muutoksista johtuvia häiriöitä painottomuudessa. 

Niinpä LISA Pathfinder ohjataan 1,5 miljoonan kilometrin päähän Maasta ns. Lagrangen pisteeseen 1 (missä yleistäen sanottuna Maan ja Auringon vetovoimat kumoavat toisensa). Tarkalleen ottaen pikkualus tulee kiertämään L1:n ympärillä soikealla, 500 000 km x 800 000 km olevalla radalla.

Sielläkin “Liisan” painovoiman täydellisyydestä täytyy pitää koko ajan keinotekoisesti huolta: sen tarkat kiihtyvyysmittarit seuraavat koko ajan tilannetta ja käyttävät pieniä ohjausrakettimoottoreita noin 10 kertaa sekunnissa, jotta kuutiot pysyvät tarkasti oikeilla paikoillaan ja vain avaruuden geometriassa tapahtuvat muutokset heiluttavat niitä.

Matka L1:n ympärille kestää noin 10 viikkoa. Ensin kahden viikon kuluessa rataa nostetaan vähitellen korkeammaksi viidellä ohjausrakettien poltolla ja kuudennella aloitetaan matka 1,5 miljoonan kilometrin päähän. 

Perillä Liisa on helmikuun puolivälissä ja tarkistusten sekä säätöjen jälkeen se aloittaa varsinaisen mittaamisen maaliskuun alussa. Tämänhetkisen suunnitelman mukaan mittauksia tehdään puolen vuoden ajan, mutta mikäli painovoima-aaltoja löydetään ja luotaimen ohjausrakettien polttoainetta riittää, jatkunee toiminta senkin jälkeen.

Laukaisu oli merkittävä myös siksi, että se oli ESAn uuden kevyen  Vega-kantoraketin kuudes lento. Samalla se oli viimeinen ns. koelento, joten tästä eteenpäin raketin operoinnista ja sen laukaisujen myynnistä vastaa Arianespace-yhtiö.

Alkuperäinen LISA

Kuva: Alkuperäinen LISA-suunnitelma koostui kolmesta satelliitista, joiden välisiä etäisyyksiä mitattiin tarkasti laserin avulla. Voi olla, että lopullinen LISA tulee olemaan erilainen.