Albert Einstein ennusti sata vuotta sitten suhteellisuusteoriassaan, että aine vaikuttaa avaruuden kaarevuuteen ja avaruuden kaarevuus puolestaan vaikuttaa aineeseen.

Siis voisi kuvitella, että avaruus on kuin joustavaa ainetta, ja kun jokin suurienerginen tapahtuma – esimerkiksi kahden mustan aukon törmääminen toisiinsa – täräyttää avaruutta, siitä lähtisi joka puolelle ympäristöön avaruudessa painovoima-aaltoja samaan tapaan kuin veden pintaan putoava kivi saa aikaan renkaan  muotoisia, laajenevia aaltoja pinnalla.

Kun aalto saavuttaa kappaleen kauempana avaruudessa, alkaa se liplattaa samaan tapaan kuin kelluva laituri järven rannassa veneen ajettua ohitse. Tosin avaruuden mittakaavassa aallot ovat hyvin heikkoja ja niitä on erittäin vaikeata havaita. Hyvin kaukana avaruudessa tapahtuvat valtavatkin tapahtumat heiluttavat täällä maapallon tienoilla avaruutta hyvin vähän, ja tuon heilumisen havaitseminen on todella hankalaa.

Itse asiassa havaitseminen on niin hankalaa, että jotkut ovat ennättäneet jo epäilemään Einsteinin ennustusta. Suhteellisuusteorian ennustamia painovoiman, aineen, valon ja energian ilmiöitä on havaittu hyvinkin paljon, ja niiden huomioiminen on nykyisin tärkeää jopa arkisissa sovelluksissamme, mutta gravitaatioaaltojen kanssa tilanne on toinen. 

Voisi sanoa, että teoreettisen pohdiskelun lisäksi ne ovat viimeisin ja äärimmäisin tapa tehdä tähtitieteellisiä havaintoja kaukana tapahtuvista ilmiöistä.

Eri tapoja havaita gravitaatioaaltoja

Painovoima-aaltoja on koetettu havaita vuosikymmenten kuluessa monin eri tavoin. Tyypillisin yritys on ollut tehdä suuri ja painava kappale, ja yrittää havaita sen tärähtelyjä siten, että kaikki muut kuin kosmista alkuperää olevat syyt voidaan sulkea pois havainnoista. Tai vielä paremmin: ottaa kaksi tällaista kappaletta, ja koettaa mitata niiden välistä etäisyyttä hyvin tarkasti: jos etäisyydessä tapahtuu pieni muutos, jota ei voida mitenkään maanpäällisesti selittää, voisi syynä olla ohi kulkenut painovoima-aalto.

Mitään ei ole havaittu, osin siksi, että laitteet eivät ole olleet tarpeeksi tarkkoja ja erilaisia häiriötekijöitä on ollut liikaa. Mahdolliset, heikot painovoima-aallot ovat jääneet kaikenlaisen kohinan alle piiloon.

Nyt viime aikoina on viimein tehty laitteita, jotka periaatteessa kykenevät tekemään ensimmäiset havainnot. Yksi on LIGO, mistä uutista nyt odotetaan, ja toinen on joulukuussa avaruuteen lähetetty LISA Pathfinder -satelliitti. 

Nyt julkistettava uutinen perustuukin osaltaan LIGOn ja LISAn väliseen kilpailuun: se, jolla on käsissään ensimmäiset tarpeeksi luotettavat havainnot, julkistavat ne mahdollisimman nopeasti. 

Ja LIGOlla näyttää nyt olevat voittajakortit käsissään.

Nyt 11. helmikuuta julkaistavassa Naturen numerossa kerrottaneen havainnosta, joka olisi havaittu niin LIGOlla painovoima-aaltoina, kuin muutenkin. Näin havainto on voitu varmentaa ja sen aiheuttaja olisi selvillä. Todennäköisesti kyseessä on kahden mustan aukon yhdistymisestä. Näistä toinen olisi ollut 36 Auringon massaa ja toinen 29. Tuloksena olisi ollut yksi musta aukko, jonka massa on 62 Auringon massaa.

Pohjois-Korean rakettilaukaisu ei suinkaan tullut yllätyksenä. Sulkeutunut sosialistidiktatuuri on tehnyt aiemmin jo kolme kookkaan mannertenvälisen ohjuksen laukaisua, joilla se on yrittänyt saada satelliitin kiertoradalle.

Kaksi ensimmäistä yritystä vuosina 2009 ja 2012 epäonnistuivat, kun taas joulukuussa 2012 tehty kolmas yritys onnistui hyvin. Satelliitti tosin alkoi pyöriä holtittomasti heti avaruuteen päästyään ja nähtävästi se ei toiminut avaruudessa. 

Kuten aikaisemmillakin kerroilla, ilmoitti Pohjois-Korea etukäteen laukaisusta Kansainväliselle merenkulkujärjestölle IMO:lle ja varoitti alueista, joille kantoraketin eri vaiheet tulisivat putoamaan. Näistä voitiin jälleen päätellä helposti satelliitin päämääränä olevan Maan napojen kautta kulkevan polaariradan.

Tällä kerralla kirje lähetettiin IMO:lle 2. helmikuuta ja siinä mainittiin ajoiksi laukaisuyrityksille aamut helmikuun 8. ja 25. päivän välillä, joskin Pohjois-Korea tarkensi varoitusta myöhemmin kattamaan myös tämän päivän. Kuten aikaisemmillakin kerroilla, tehtiin laukaisu nyt ensimmäisenä varoajaksi annetun ajanjakson päivänä.

Laukaisu tapahtui maan pohjoisosassa olevasta Sohaen laukaisukeskuksesta etelään klo 00:29 maailmanaikaa (siis klo 2:29 Suomen aikaa) Unha-3 -kantoraketilla.

Satelliitista tehtyjen havaintojen mukaan se kiertää Maata radalla, jonka matalin piste on 465 kilometrin ja korkein kohta 502 kilometrin korkeudessa. Radan kaltevuus päiväntasaajan suhteen on 97,5° ja lähes radalla satelliitin kanssa kiertää raketin ylin vaihe.

Rata on ns. aurinkosynkroninen, eli ratasiirtyy asteen verran idemmäksi joka päivä, jolloin radalla oleva satelliitti ylittää saman maapallon paikan aina samaan aikaan ja siten samankaltaisissa valaistusolosuhteissa. Pohjois-Korean satelliitin yksi kierros kestää 94,3 minuuttia ja se tekee ylilentojaan noin klo 9 aamulla. Tällä radallaan satelliitti kulkee saman maapallon paikan yli joka neljäs vuorokausi.

Toisin kuin Hubble-avaruusteleskoopissa, Webbin peili ei ole yhtä kappaletta, vaan rakentuu 18 kuusikulmaisesta palasesta. Kukin niistä on 1,3 metrin läpimittainen ja painaa noin 40 kiloa.

"Pääpeilin valmistuminen on todella merkittävä virstanpylväs. Siihen kiteytyy yli vuosikymmenen kestänyt suunnittelu, valmistus, testaaminen ja nyt lopullinen kokoaminen", toteaa Lee Feinberg Goddardin avaruuslentokeskuksesta.

Kaikkinensa teleskoopilla on kokoa suunnilleen saman verran kuin tenniskentällä, joten peilin valmistumisen jälkeenkin on vielä paljon tehtävää  ennen kuin se voidaan lähettää avaruuteen. 

Opportunity-kulkija kuvasi kymmenisen vuotta sitten pilvihaituvia lähellä Victoria-kraatteria. Mönkijän "silmien" edessä avautuva maisema on tasainen kuin meren ulappa, koska kraatteri on vastakkaisessa suunnassa.

Marsin pilvet voivat koostua sekä vesi- että hiilidioksidijään muodostamista kiteistä. Ohuet pilvimuodostelmat ovat hyvin korkealla, jopa sadassa kilometrissä.

Pilviä esiintyy myös öisin, mutta silloin ne ovat noin viisi kertaa päivätaivaan pilviä tiheämpiä ja hyvin paljon alempana. Ne leijuvat lähellä planeetan pintaa muistuttaen pikemminkin sumua tai usvaa. Samalla ne hidastavat lämpötilan laskua: pilvisillä alueilla yölämpötilat ovat parikymmentä celsiusastetta korkeampia kuin selkeillä seuduilla.

Kuva: NASA/JPL-Cornell

Samalla vapautuu suunnaton määrä energiaa, joka on singonnut avaruuteen valtaisan, yli 300 000 valovuoden mittaisen hiukkassuihkun. Sillä on siis pituutta noin kolme kertaa Linnunradan halkaisijan verran. Ja hiukkaset kiitävät melkein valon nopeudella.

Vastikään julkaistuun kuvaan on yhdistetty Chandra-röntgensatelliitin 15 vuoden aikana tekemät havainnot (kuvassa sinisellä) ja Australia Telescope Compact Array -radioteleskoopilla tehdyt tuoreet havainnot (punaisella).

Suuresta etäisyydestään huolimatta galaksi on kuitenkin riittävän lähellä, jotta röntgenalueella säteilevää suihkua ja siihen liittyviä ilmiöitä on mahdollista tutkia yksityiskohtaisesti.

Kirkkaana erottuvan suihkun lisäksi mustan aukon lähistöltä lähtee vastakkaiseen suuntaan "vastasuihku". Siitä oli saatu viitteitä jo aiemmin, mutta Chandran havainnot varmistivat sen olemassaolon.

Kummankin suihkun ympärillä esiintyy voimakasta radiosäteilyä, kun hiukkaset törmäävät tähtien- ja galaksienväliseen kaasuun. Lähellä kuvan oikeaa reunaa näkyvä kirkas "tähti" on "kuuma piste", joka syntyy suihkun shokkiaallosta – samaan tapaan kuin yliäänipamaus suihkukoneen murtaessa äänivallin. 

Aiemmin arveltiin, että röntgensäteily saattaisi syntyä hiukkassuihkun elektronien törmäillessä kosmisen taustasäteilyn fotonien kanssa. Fotonit saisivat silloin lisää energiaa, jolloin säteilyn aallonpituus siirtyisi röntgenalueelle.  Suihkujen kirkkausero ei kuitenkin täsmää tähän selitysmalliin.

Havaintojen perusteella on nyt todettu, että röntgensäteily on niin sanottua synkrotronisäteilyä, joka syntyy elektronien kieppuessa magneettikentän voimaviivojen ympärillä. Jokin antaa elektroneille kaiken aikaa lisävauhtia, mutta ilmiön tausta on toistaiseksi tuntematon.

Suihkusta kerrottiin Chandran uutissivulla ja tutkimus on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/CXC/University of Hertfordshire/M. Hardcastle et al. [röntgen]; CSIRO/ATNF/ATCA [radio]

Noin 100 miljoonaa vuotta Maan muotoutumisen jälkeen siihen osui Marsin kokoluokkaa ollut kappale, jolle on annettu nimeksi Theia. Tähän asti on arveltu, että osuma ei ollut napakymppi, vaan pienempi kappale iskeytyi Maahan vähintään 45 asteen kulmassa. 

Nyt tutkijat ovat päätyneet tulokseen, että kappaleet törmäsivät sittenkin suoraan toisiinsa. Nokkakolaria ehdottivat ensimmäiseksi vuonna 2012 Matija Ćuk, Sarah Stewart ja Robin Canup, mutta nyt siitä on saatu uutta näyttöä.

Asiaa selvitettiin tutkimalla samaisia kiviä, joiden koostumus johti alkujaankin törmäysteoriaan. Ratkaiseva tekijä on Maan ja Kuun kivien hyvin samanlainen, liki identtinen kemiallinen kokoonpano. 

Analysoitavana oli seitsemän kuukiveä, jotka tuotiin Maahan Apollo 12, 15 ja 17 -lennoilta, sekä kuusi vulkaanista kiveä, jotka ovat peräisin Maan vaippakerroksesta; viisi Havaijilta ja yksi Arizonasta.

Paul Warren (kuvassa vasemmalla), Edward Young ja Issaku Kohl keskittyivät tutkimuksessaan kivien mineraaleihin sitoutuneeseen happeen. Yli 99,9 prosenttia Maassa esiintyvästä hapesta on isotooppia O-16 eli sen ytimessä on kahdeksan protonia ja kahdeksan neutronia. Mukana on kuitenkin pieni määrä raskaampia isotooppeja O-17 ja O-18, joissa on yksi tai kaksi ylimääräistä neutronia.

1960-luvun alussa oli käynnissä kiivas avaruuskilpailu. Sen jälkeen kun Neuvostoliitto onnistui lähettämään ensimmäisen keinotekoisen satelliitin Maata kiertämään, valmistelivat niin Neuvostoliitto kuin Yhdysvallatkin ensimmäistä miehitettyä avaruuslentoa. 

Neuvostoliitto oli tässäkin kisassa edellä, koska sillä oli käytössään ylivoimaisesti parempi kantoraketti, mannertenväliseksi ohjukseksi tehty R-7. Amerikassa oli kehitteillä myös vastaava, Atlas-niminen raketti, mutta se osoittautui ensilennoillaan niin epäluotettavaksi, että ensimmäiset miehitetyt lennot päätettiin tehdä pienemmällä Redstone-raketilla.

Tämä tarkoitti sitä, että yksipaikkaiset Mercury-alukset eivät kyenneet kuin tekemään pomppauksen ilmakehän ulkopuolelle avaruuteen ja tulemaan sieltä saman tien takaisin – siis vähän samaan tapaan kuin ensimmäiset avaruusturistit tulevat tekemään.

Yhtä kaikki, Mercury oli täysiverinen (tosin pieni) avaruusalus, ja myöhemmin John Glenn teki sellaisella Atlas-raketin laukaisemana ensimmäisen yhdysvaltalaisen miehitetyn avaruuslennon 20. helmikuuta 1962.

Kuten nyt tiedämme, tämä tapahtui lähes vuotta Juri Gagarinin tekemää ensimmäistä miehitettyä avaruuslentoa myöhemmin; Gagarin teki lentonsa Vostok-avaruusaluksella 12. huhtikuuta 1961.

Tästä päästäänkin siihen, mitä tapahtui tänään vuonna 1961.

Silloin oli kulunut vuorokausi 31. tammikuuta tehdystä ensimmäisestä kunnollisesta Mercury-aluksen koelennosta Redstone-raketin avulla ja spekulaatiot siitä, olisiko simpassin sijaan mukana pitänyt olla ihminen, kävivät kuumina. Sankariastronautin sijaan lehdissä komeili päivän kuvana olevan kaltaisia kuvia. 

Tuolla Mercury-lennolla käytettiin jo alusta, joka olisi kyennyt jo kuljettamaan yhden lentovalmiista astronauteista avaruushyppäykselle, mutta varmuuden vuoksi lento päätettiin tehdä ilman ihmistä kyydissä. 

Sen sijaan mukaan laitettiin siis simpanssi nimeltä Ham. Nelivuotias simpanssi oli koulutettu lentoa varten ja kesti sen rasitukset erinomaisesti. Itse lento kesti 16 minuuttia ja siitä painottomuutta oli noin seitsemän minuuttia. Alus kohosi 173 kilometrin korkeuteen ja lensi parhaimmillaan noin 21 000 kilometriä tunnissa olleella nopeudella.

Lentonsa aikana Ham paineli nappuloita ja väänteli vipuja ohjaamossa, ja sai palkinnokseen banaanipuristeita. Hänen elintoimintojaan tarkkailtiin ja lennon jälkeen oli viimeistään selvää, että myös ihminen pystyisi toimimaan normaalisti avaruuslennon aikana. 

Jo ennen Hamin lentoa monet vaativat ihmisen lähettämistä lennolla avaruuteen, koska näin USA olisi "voittanut" avaruuskilpailun toisen erän, ihmisen lähettämisen avaruuteen. Vaikka hyppäyslento olisi ollut paljon vaatimattomampi suoritus kuin lento kiertoradalla Maan ympäri, olisi näyttänyt julkisuudessa hyvältä. 

Sen sijaan maailma sai katsella tänään 55 vuotta sitten kuvia iloisesti nauravasta Hamista, joka lyhyen avaruusuransa jälkeen jäi eläkkeelle Yhdysvaltain kansalliseen eläintarhaan pääkaupunki Washingtoniin ja kuoli siellä kunnioitettavassa 17 vuoden iässä vuonna 1983.

Alla on vielä kuva Hamista juuri ennen avaruusmatkaansa.

Ensimmäinen amerikkalainen avaruudessa oli lopulta Alan Shepard, joka teki samanlaisen hyppäyslennon kolmea kuukautta Hamin jälkeen (ja paria viikkoa Gagarinia myöhemmin) toukokuun 5. päivänä. 

Kaukaisella kääpiöplaneetalla on oletettua enemmän vesijäätä. Luotaimen LEISA-instrumentilla (Ralph/Linear Etalon Imaging Spectral Array) tehty infrapunakartoitus osoittaa, että vesijäätä on runsaasti ja laajoilla alueilla.

Instrumentti rekisteröi Pluton infrapunaspektrin vartin välein, kun luotain oli runsaan 100 000 kilometrin etäisyydellä. Yksittäiset mittaukset on nyt yhdistetty kartaksi, joka kertoo veden määrän koko pallonpuoliskolla, jota luotain ohilennon aikana pystyi tarkastelemaan. 

Vesijää muodostaa Pluton ”peruskallion”, jonka päällä olevien muiden jäisten yhdisteiden esiintymisessä tapahtuu vuodenaikojen mukaisia vaihteluita. Vasen kartta kuvaa spektrihavaintoihin perustuvaa puhtaan vesijään määrää, mutta mittauksia on sotkenut etenkin metaanijää: se peittää vesijään spektrijäljet alleen.

Oikeanpuoleisessa kartassa pohjana on mallinnus, jossa on otettu huomioon myös muiden jäiden osuus. Silloin niiden vaikutus voidaan eliminoida ja tuloksena on vesijään todellinen runsaus. Ja se osoittautui huomattavasti aiemmin arveltua suuremmaksi. 

Joillakin alueilla vesijäätä ei näy tarkemmankaan kartoituksen perusteella. Esimerkiksi Pluton "sydämen" eli Sputnik Planumin kohdalla sitä ei näyttäisi esiintyvän käytännössä lainkaan. Tutkijoiden mukaan syynä on se, että syvällä olevan vesijään päällä on paksu kerros metaani-, typpi- ja hiilimonoksidijäätä.

Vesijään kartoituksesta kerrottiin New Horizons -luotaimen kotisivulla.

Kuva: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Joulukuun ensimmäisenä päivänä vuonna 2013 laukaistu ja kahta viikkoa myöhemmin Kuun pinnalle pehmeästi laskeutunut kiinalainen Chang’e 3 -alus oli ensimmäinen Kuun pinnalle laskeutunut ihmisen tekemä laite sitten vuoden 1976. Sen mukana Kuuhun saapui pieni Yutu-niminen (kirjaimellisesti Jade-kaniini) kulkija, joka ajeli vähän aikaa laskeutujan luona, kunnes se pysähtyi paikalleen.

Sekä laskeutuja että kulkija ovat kuitenkin edelleen toiminnassa ja lähettelevät välillä kuvia sekä tietoja Maahan.

Laitteiden lähettämästä tieteellisestä annista ei ole tarkkaa tietoa, mutta niiden kuvia on nyt saatavilla suuri määrä. Kuvien julkaisu liittyy Kiinan kuututkimusohjelman aikomukseen lisätä yleisön kiinnostusta ja osallistumista tuleviin kuulentoihinsa. Seuraavana ovat vuorossa vuonna 2018 Chang'e 4 -laskeutuja ja kulkija, jotka on tarkoitus lähettää Kuun Maahan näkymättömälle takapuolelle.

Tammikuun alussa Kiina julkisti myös kilpailun yleisölle tutkimuslaitteesta, joka voitaisiin asentaa mukaan aluksien tietoja Maahan välittävään luotaimeen. Kilpailu on avoin vain kiinalaisille, mutta myös muiden maiden osallistuminen on mahdollista – kunhan vain hankkeet tehdään yhteistyössä kiinalaisten kanssa.