röntgentähtitiede

Merkuriukseen matkaavan BepiColombon suomalaismittalaite käynnistettiin – havahtui toimimaan saman tien

Ke, 12/12/2018 - 20:53 Jari Mäkinen
Iloisia naamoja ESOCissa

Kohti Merkuriusta matkalla oleva Bepi-Colombo -luotain kiihdyttää pian eteenpäin ionimoottorit kuumina. Sen mittalaitteita on myös vähitellen käynnistetty, ja myös suomalaistekoinen SIXS on nyt kytketty päälle.

Otsikkokuvassa on pelkkää hymyä. Seppo Korpela (oik), Eero Esko ja Arto Lehtolainen viettivät viime viikolla itsenäisyyspäivää Saksassa, Darmstadtissa sijaitsevassa Euroopan avaruusoperaatiokeskus ESOCissa, missä muun muassa Bepi-Colombo -luotainta hallitaan.

SIXS-mittalaitteesta osaltaan vastaava kolmikko ei ole suinkaan siellä jatkuvasti, mutta nyt kun laite kytkettiin päälle ensimmäisen kerran avaruudessa luotaimen laukaisun jälkeen, oli parempi olla paikan päällä lennonjohdossa siltä varalta, että jokin menee vikaan. Ja kaikki sujui hyvin.

SIXS, eli Solar Intensity X-ray Spectrometer on suomalaistekoinen mittalaite, jonka tärkein tehtävä on tarkkailla Auringosta tulevaa röntgensäteilyä, jotta brittiläinen MIXS-spektrometri (Mercury Imaging X-ray Spectrometer (MIXS) voi toimia kunnolla. MIXS tulee kartoittamaan Merkuriuksen pintaa, mutta SIXS pystyy tekemään kiinnostavia havaintoja myös matkan aikana – se kun havaitsee Auringosta ja muista taivaan kohteista tulevaa röntgensäteilyä.

"Saamme heti alkuun pitkän mittausjakson, joka johtuu osittain siitä että halutaan varmistaa mittalaitteen tietojenkäsittely-yksikön stabiili toiminta", kertoo laitteen päätutkija, Helsingin yliopiston dosentti Juhani Huovelin.

Aivan ilman yskimistä ei käynnistys kuitenkaan sujunut: samaa elektroniikkaa jakava kaksikko MIXS/SIXS sammui ja käynnistyi itsekseen yllättäen 7. joulukuuta, mutta tämä ei aiheuta suurta huolta. Kyseessä oli todennäköisesti kosminen säde, joka sai laitteen boottaamaan itsekseen. On aivan normaalia, että avaruusluotaimissa mutkikkaiden tieteellisten tutkimuslaitteiden käynnistäminen saa normaalisti aikaan pieniä ongelmia alussa, mutta niistä päästään nopeasti eroon. Tämä on osaltaan syynä SIXS:n pitkään mittajaksoon nyt alussa, sillä näin mahdollinen ongelma selviää toivottavastisaman tien ja se saadaan ratkaistua mahdollisimman aikaisessa vaiheessa.

Ongelmanratkaisin lisäksi tuloksena on paljon kiinnostavia havaintoja: "Jos kaikki menee hyvin, saamme lähipäivien aikana paljon mittaustietoja", toteaa Huovelin.

SIXS:ssä on kaksi hieman erityyppistä havaintolaitetta, sivusuuntaan katsova SIXS-P ja kohti taivasta suunnattu SIXS-X. Koska SIXS kuluttaa hyvin vähän sähkövirtaa, voidaan sitä pitää päällä pitkä aikaa – aina siihen saakka, kunnes ensimmäinen pitkä ionimoottorien käyttä alkaa.

Viimeisen puolentoista kuukaiden aikana myös muita luotaimen laitteita ja alijärjestelmiä on käynnistelty lokakuun 20. päivänä tapahtuneen laukaisun jälkeen. Mitään hälyttävää ei ole tullut eteen, joskin suurtehoantennin suuntaus sai lennonjohdossa aikaan aluksi normaalia suurempaa huolestumista: nyt kaikki toimii kuitenkin hyvin. Antenni avattiin jo 21. lokakuuta ja toimii nyt kuten pitää.

Myös luotaimen ionimoottoreita on jo testattu. Ne ovat toimineet juuri odotetusti ja niiden ensimmäinen pitkä käyttö alkaa joulukuun 17. päivänä. Puolisen vuotta kestävän käytön tarkoituksena on ohjata luotain kohtaamaan maapallo ensimmäisessä ohilennossa huhtikuussa 2020. Ohilennon avulla luotaimen rataa muutetaan ja sen nopeutta kiihdytetään, jotta se voisi saapua lopulta perille Merkuriusta kiertämään vuonna 2025.

Hitomi onkin hengissä – japanilaiset koettavat saada hallintaan

To, 03/31/2016 - 10:47 Jari Mäkinen


Japanin avaruustutkimustoimisto JAXA kertoo, että sen menetetyksi jo oletetty röntgenteleskooppi Hitomi on edelleen toiminnassa ja se on lähettänyt radiosignaaleita.


 

JAXAn kansainvälisen strategiasta ja koordinaatiosta vastaava johtaja Masaki Fujimoto totesi tiistaina, että japanilaisten havaintojen mukaan Hitomi on edelleen "pääosin" kunnossa, vaikka yhteys siihen menetettiin maaliskuun 26. päivänä, se alkoi pyöriä ja sen ympäriltä on havaittu kappaleita.

On selvää, että tuliterälle teleskoopille on tapahtunut jotain, mutta vaurioiden laajuus ei ole vielä selvillä.

Fujimoton mukaan JAXA ei ole menettänyt toivoaan ja että "mikäli satelliitti ei ole pahasti vaurioitunut, voimme saada sen jälleen hallintaan."

 

Japanilaiset tarkkailevat satelliittiaan nyt tiiviisti ja kuulivat sen lähettävän signaalia ainakin maanantaina 28. ja tiistaina 29. maaliskuuta. Tämä osoittaa ainakin sen, että satelliitti ei ole täysin sammunut.

Hitomi oli täydessä toimintakunnossa, kun jotain tapahtui 26. maaliskuuta.

"Se toimi täysin normaalisti siihen saakka, kun yhteys menetettiin", sanoi Fujimoto.

Ongelmat alkoivat siten, että satelliitin asento alkoi muuttua yllättävästi. Sen jälkeen sen aurinkopaneelit eivät enää osoittaneet kohti Aurinkoa ja virransaanti alkoi ehtyä. Lopulta yhteys Maahan katkesi.

29.3. Hitomin luota havaittiin ylimääräisiä kappaleita, mikä viittaa siihen, että joko jokin kappale on törmännyt siihen tai satelliitti itse on hajonnut. Kenties sen polttoainetankki on räjähtänyt – tai jotain muuta. 

Yhdysvaltain asevoimien avaruusoperaatiokeskus, avaruudessa olevia kappaleita tarkkaileva toimisto, kertoo puolestaan törmäyksen olevan varsin epätodennäköinen vaihtoehto. Sen mukaan satelliitin luona on viisi kappaletta, jotka ovat mitä todennäköisimmin peräisin itse Hitomista.

Japanilaiset ovat onnistuneet saamaan aikaisemmin lähes kuolleita avaruusluotaimiaan takaisin toimintaan varsin yllättävästi, joten toivoa Hitominkin suhteen on edelleen olemassa. Tosin todennäköisyys teleskoopin saamiseen täysin normaaliin toimintaan on erittäin pieni.

Tärkeintä olisikin saada se siinä määrin hallintaan, että painava laite voitaisiin tuoda varmasti turvallisesti tuhoutumaan ilmakehän kitkakuumennuksessa.

Juuri nyt: Japanin uusi röntgenteleskooppi pyörii ja yhteys menetetty

Ma, 03/28/2016 - 14:17 Jari Mäkinen
Hitomi

Japanin vasta viime kuussa avaruuteen lähettämä upouusi röntgenteleskooppi Hitomi (Astro-H) on vaikeuksissa. Eilen sunnuntaina Japanin avaruustutkimusjärjestö JAXA kertoi menettäneensä lauantaina yhteyden satelliittiin ja nyt tuoreimmat havainnot kertovat Hitomin olevan omituisessa pyörimisliikkeessä.

Näyttää siltä, että Hitomi on lisäksi hajoamassa osiin, sillä havaintojen mukaan sen ympärillä on aiemmin havaitsemattomia kappaleita. Toistaiseksi ei ole tietoa siitä onko jonkin kappale osunut avaruudessa Hitomiin ja saanut aikaan sen rikkoutumisen sekä yhteyden menettämisen siihen, vai onko siinä itsessään tapahtunut esimerkiksi räjähdys. 

Hitomi laukaistiin avaruuteen viime helmikuun 17. päivänä ja sen käyttöönotto oli hyvässä vauhdissa. Nyt saatavilla olevien tietojen mukaan mitään ei ole enää tehtävissä, vaan japanilaisten uusi röngtenteleskooppiylpeys on mennyttä. Sen oli tarkoitus jatkaa Japanin vahvoja perinteitä röntgentähtitieteessä.

Teleskooppi kiertää Maata 580 kilometrin korkeudessa, missä siitä ei ole suoraa vaaraa toisille satelliiteille. Se ei ole myöskään vaarassa pudota Maahan useaan vuoteen; silloin tosin suurikokoinen, hallitsemattomasti syöksyvä röntgenteleskooppi saattaa mahdollisesti olla haitallinen.

Kun pienempi saksalaisen röngtensatelliiti RoSAT putosi vuonna 2011, seurattiin tilannetta tiiviisti, mutta onneksi satelliitti putosi asumattomille seuduille – mikä onkin todennäköisintä, koska suurin osa maapallosta on merta ja mantereillakin vain pienet alueet ovat asuttuja. Röntgensatelliitit ovat ongelmallisia sen vuoksi, että niiden röntgensäteitä heijastamaan tehdyt teleskooppiosat ovat hyvin tiiviitä ja raskaita.

Japani on ampumassa röntgenjättiläistä taivaalle

Pe, 02/12/2016 - 14:17 Jari Mäkinen
Astro-H


Japanin avaruushallinto JAXA on laukaisemassa avaruuteen uutta, suurikokoista röntgensäteilyn aallonpituusalueella tähtitaivasta tutkivaa avaruusteleskooppia. Astro-H oli tarkoitus lähettää matkaan tänään, mutta laukaisua lykättiin huonon sään vuoksi.


Lähes kaikki tähtitaivaan kohteet lähettävät näkyvän valon lisäksi muita sähkömagneettisen spektrin säteitä, ja itse asiassa monet kohteet ovat kirkkaampia muilla aallonpituusalueilla. Osaa säteistä, kuten infrapunasäteilyä, ultraviolettia, röntgenaaltoja ja gammasäteitä voi havaita kunnolla vain avaruudesta, sillä maapallon ilmakehä ei päästä näitä (onneksi) tänne Maan pinnalle saakka.

Kun ensimmäiset röntgensäteet avaruudesta havaittiin 1940-luvulla, oli kyseessä hieman samankaltainen elämys kuin painovoima-aaltojen löytyminen; uusi ikkuna avaruuteen avautui.

Nyt röntgentaivasta tutkitaan rutiininomaisesti avaruudessa olevilla teleskoopeilla, joskin aivan viime aikoina ei suurikokoisia röntgenalueen avaruusteleskooppeja ole lähetetty kiertoradalle. Edelleen suurimmat – ja yhä toiminnassa olevat – teleskoopit Chandra ja XMM-Newton laukaistiin avaruuteen vuonna 1999, ja tuorein havaintolaite, NuSTAR on puolestaan varsin pienikokoinen.

Parhaillaan japanilaisen H-2A -kantoraketin nokassa Tanegashiman avaruuskeskuksessa lähtöään odottava Astro-H on puolestaan keskikokoinen röntgensatelliitti, mutta sen odotetaan saavan parempia tuloksia kuin jo kohta 20 vuotta vanhat Chandra ja XMM-Newton.

Astro-H:n massa laukaisun aikaan on 2,7 tonnia ja siinä on kaikkiaan neljä röntgenalueella toimivaa teleskooppia: kaksi niistä havaitsevat "pehmeää" röntgensäteilyä energia-alueella 0,3-12 keV ja toiset kaksi on viritetty "kovaa" röntgensäteilyä varten, eli havaitsemaan energia-aluetta välillä 5-80 keV.

Pehmeän alueen teleskoopit ovat polttoväliltään 5,6 metriä ja kovan alueen 12 metriä. 

Röntgenteleskoopit ovat tyypiltään sellaisia, että korkeaenergisemmän säteilyn havaitseminen vaatii käytännössä pitemmän polttovälin. Tätä menetelmää hyödyntäen satelliitin kovan alueen teleskooppien polttoväliä voi vielä pidentää kuudella metrillä, jolloin päästään havaitsemaan jopa 600 keV:n aluetta.

Teleskoopit pystyvät niin ottamaan kuvia kuin myös viipaloimaan havaitsemaansa säteilyä pienempiin aallonpituusalueisiin, eli tekemään spektroskooppisia havaintoja.

Halkaisijaltaan suurin teleskooppi on 45 cm, eli se ei ole kovin suuri optisen alueen kaukoputkiin verrattuna, mutta röntgenteleskoopiksi se on kookas.

Astron-H ja sen osat: kovan röntgensäteilyn (HXT) ja pehmeän säteilyn (SXT-S, SXT-I) teleskooppiosat, kovan säteilyn (HXI) ja pehmeän säteilyn (SXI) kamerat, pehmeän säteilyn spektrometri (SXS) ja gammasädemittari (SGD).

 

Uusi laukaisuyritys piakkoin

Raketin laukaisu oli tarkoitus tehdä tänään perjantaina klo 10.45 Suomen aikaa, mutta 53 metriä korkean raketin laukaisua päätettiin siirtää tuonnemmaksi laukaisupaikalla olleen huonon sään vuoksi.

Japanin avaruushallinto JAXA ei ole ilmoittanut vielä milloin uusi yritys tapahtuu, mutta laukaisupaikka on varattu tätä varten alustavasti kuun loppuun saakka. Todennäköisimmin laukaisua koetetaan uudelleen ensi viikon alussa. 

Teleskooppi on tarkoitus laukaista 575 kilometrin korkeudessa olevalle kiertoradalle.

Sen odotetaan toimivan ainakin vuosikymmenen ajan havaiten maailmankaikkeuden kaikkein rajuimpia ilmiöitä mustista aukoista ja pyörivistä neutronitähtien ympärillä olevista kerääntymäkiekoista tähtien räjähdyksiin ja kaukaisten galaksien erilaisiin elämänvaiheisiin.

Mukana satelliitin tekemisessä ja sen tieteellisessä työssä on tutkijoita Japanin lisäksi Euroopasta, Kanadasta ja Yhdysvalloista.

Japani on röntgenkonkari

Japanilla on pitkät perinteet röntgensatelliittien lähettämisessä, sillä maan ensimmäinen röntgenteleskooppi Hakucho lähetettiin vuonna 1979. Sen jälkeen japanilaiset ovat tehneet ja laukaisseet koko joukon suurempia satelliitteja (Hinotori, Tenma, Ginga ja ASCA), joilla he ovat voineet jatkaa tauotta röntgenhavaintojen tekemistä parin vuosikymmenen ajan. 

Pitkään sarjaan tuli tauko vuonna 2000, kun maan viidennen röntgenteleskoopin, Astro-E:n, laukaisu epäonnistui. Perinteen mukaan satelliitit tunnetaan koodinimellä siihen saakka kun ne ovat avaruudessa, ja silloin niille annetaan "lopullinen" nimi. Samaan tapaan Astro-H tullaan ristimään uudelleen, kun se on onnellisesti kiertoradalla.

Tuorein japanilainen röntgensatelliitti on Astro-E:n seuraaja Astro-E II, eli Suzaku, joka lähetettiin avaruuteen kesällä 2005.

Lisäksi Japanilla on kansainvälisellä avaruusasemalla taivasta koko ajan kuvaava röntgenmonotori MAXI, jonka tekemisessä oli mukana myös suomalainen Oxford Instruments Analytical Oy. Suomalaiset toimittivat laitteeseen 12 röntgensäteilyä havaitsevaa ilmaisinta.

Onnea 15-vuotias XMM-Newton

Ke, 12/10/2014 - 17:53 Jari Mäkinen
XMM Newton

Tänään tulee kuluneeksi 15 vuotta siitä, kun XMM-Newton -röntgenteleskooppi laukaistiin avaruuteen. Tämä suuri röntgensäteiden aallonpituusalueella tähtitaivasta tutkiva avaruusteleskooppi on edelleen toiminnassa, ja muistuttaa osaltaan siitä, että aikanaan Suomikin oli merkittävä avaruuslaitteiden rakentaja.

Syy siihen, miksi tähtitieteilijät haluavat tutkia maailmankaikkeutta myös röntensäteiden aallonpituusalueella on se, että röntgensilmin maailma ympärillämme näyttää erilaiselta.Tähtien sijaan taivaalla loistaisivat aktiiviset galaksit, neutronitähdet, supernovajääneet ja muut eksoottiset kohteet.

Röntgenteleskoopit pitää viedä avaruuteen, koska (onneksi) ilmakehä suojaa meitä avaruudesta tulevalta säteilyltä. XMM on hyvin soikealla kiertoradalla (noin 10 00 x 110 000 km) Maan ympärillä, jotta se voisi olla pitkä aikaa kerrallaan kauempana maapallosta katsomassa kohteitaan.

XMM-Newtonin peiliNimi XMM tulee sanoista X-ray Multi-Mirror telescope, eli sen sydämenä on omalaatuinen hyvin suurienergisiä röntgensäteitä heijastava peili. Röntgenpeili on vähän kuin suppilo, joka koostuu peräkkäisistä hyperbolin ja paraabelin muotoisista osista, joiden ansiosta röngensäteet saadaan käännettyä polttopisteeseen. Näitä tötteröitä on useita sisäkkäin, jolloin saadaan aikaan kunnollinen kuva kohteesta lähestulkoon samaan tapaan kuin optisella peilillä. XMM:n tapauksessa 58:n sisäkkäisten, erittäin tarkasti oikean muotoisten peilien pinnoitus on tehty kullalla, joten teleskoopilla on aivan kirjaimellisesti kultainen sydän. Näitä on mukana kaikkiaan kolme – mistä nimi Multi-Mirror, eli monipeilinen – ja niiden yhteenlaskettu pinta-ala on 120 neliömetriä, eli enemmän kuin tenniskentän pinta-ala.

Havaintolaitteina on kolme CCD-kameraa ja kaksi spektrometriä, sekä lisäksi mukana XMM:ssa on 30 cm näkyvän valon kaukoputki, jonka avulla voidaan kuvata samanaikaisesti tarkkailtavaa kohdetta.

Lisänimen Newton se sai myöhemmin, koska teleskoopilla haluttiin kunnioittaa fysiikan suurmiestä Isaac Newtonia.

Tähän mennessä XMM-Newtonin avulla on tehty 3884 tieteellistä julkaisua ja se on tehnyt merkittäviä havaintoja niin aurinkokunnan kohteista kuin syvän taivaan ilmiöistä. Esimerkiksi vanhin koskaan havaittu supernova on löydetty XMM:lla ja sen avulla on voitu selvittää neutronitähden pintarakennetta.

Vaikka teleskooppia ei suunniteltu taivaan kartoittamiseen, keksivät XMM:n tiedetiimin jäsenet pitää teleskooppia käynnissä myös silloin, kun se siirtyy kohteesta toiseen. Näin se pyyhki ikään kuin ohimennen suuria osia taivaalta ja näistä tiedoista on koottu kattava taivaan röntgenkohteiden kartasto nimeltään 2XMM. Luettelossa on 247 000 röntgenlähdettä komeetoista aina kaukaisiin aktiivisiin galakseihin, joista on spektrejä ja kirkkauskäyriä.

Ja työ siis jatkuu edelleen: kymmeneksi vuodeksi toimimaan suunniteltu teleskooppi on edelleen täysissä voimissaan, ja sen annetaan toki jatkaa vielä työtään niin kauan kuin mahdollista.

Mustanpuhuva avaruusteleskooppi

XMM-Newton on periaatteessa pitkä töttörö, missä on patti molemmissa päissä ja isot aurinkopaneelit sivuillaan. Keskusputki on itse kaukoputhen putkiosa ja havaintolaitteet – joihin peilin kuva fokusoidaan – ovat "yläosassa" olevassa suuremmassa patissa. "Alaosan" patissa ovat puolestaan polttoainesäiliöt, tietoliikennelaitteet ja kaikki muut kotitalousvälineet, jotka pitävät teleskoopin oikealla radallaan ja toiminnassa. 

XMM on edelleen suurikokoisin ESAn tiedesatelliitti ja se täytti Ariane 5:n koko suuren kärkikartion. Pituutta teleskoopilla on kymmenen metriä korkea ja se on noin 4,5 metriä halkaisijaltaan. Sen massa oli laukaisun aikaan polttoaineineen noin neljä tonnia. Avaruuteen se laukaistiin siis 10. joulukuuta 1999; kyseessä oli Ariane 5:n neljäs lento.

Samoihin aikoihin XMM-Newtonin kanssa laukaistiin avaruuteen myös amerikkalainen Chandra, samankaltainen röngenteleskooppi. Myös Chandra on edelleen toiminnassa, ja itse asiassa se ennätti aikanaan toimintaan hieman ennen eurooppalaista kollegaansa. Teleskoopeilla on kuitenkin eroja: siinä missä Chandra on parempi kohteiden kuvaamisessa, on XMM parempi spektrihavainnoissa. Ne näyttävät mistä aineesta kohde on tehty, millaiset olosuhteet siellä on ja kuinka kohde liikkuu. Ne eivät ole aina yhtä kauniita, mutta usein paljon informatiivisempia.

Suomalaisilla oli varsin näyttävä osa teleskoopin tekemisessä, sillä suuren satelliitin koko suuri keskusputki on suomalaista tekoa. Sen valmisti silloinen Finavicomp, Patrian ammoinen tytäryritys, jonka toimipaikka oli Kuoreveden Hallissa. Kyseessä on edelleen suurin koskaan siviilisatelliittiin tehty hiilikuiturakenne.

Toinen olennainen suomalaisosa on elektroniikkayksikkö, koka pitää huolta teleskoopin peiliosaston lämpötilasta, eli sen vastuulla on satelliitin sydämen lämpötila. Sen valmisti Tampereella silloinen Finnyards, joka kuuluu nykyisin myös  Patriaan.