Vuosi kulunut Envisatin laukaisusta

Envisat, jonka nimi tulee sanoista Environmental satellite, on kymmenen erilaista havaintolaitetta sisältävä avaruusalus, joka kykenee tarkkailemaan ja mittaamaan Maan pinnan, merien, ilmakehän ja jäätikköalueiden olemusta sekä ilmiöitä paremmin kuin mikään aikaisempi satelliitti.

Täsmälleen vuosi sitten Envisat saavutti lopullisen ratansa noin 800 kilometrin korkeudessa, noustuaan sinne hiljalleen kolmen päivän ajan matalammalle kiertoradalle tehdyn laukaisun jälkeen. Ariane 5 nosti satelliitin täsmälleen aiotulle radalle, joka vie sen napa-alueiden kautta maapallon ympäri kerran noin puolessatoista tunnissa. Näin ollen Envisat ylittää täsmälleen saman Maan pinnalla olevan paikan kerran 35 vuorokaudessa ja kykenee kartoittamaan laitteillaan koko planeettamme kerran kolmessa vuorokaudessa. Kuluneen vuoden aikana Envisat on ennättänyt kiertämään Maan jo noin 5000 kertaa.

Kymmenen havaintolaitteen paketti

Satelliitti itse on lähes kaupunkibussin kokoinen hopean, mustan ja kullan värinen noin neljä metriä halkaisijaltaan oleva laatikko, jonka kokonaispituus suuren tutka-antenninsa ja aurinkopaneelinsa kanssa avaruudessa on 28 x 10 metriä.

Envisat pitää sisällään ja pinnallaan kymmenen erilaista instrumenttia, jotka havaitsevat atmosfääriä, biosfääriä, hydrosfääriä, geosfääriä ja cryosfääriä, eli miltei kaikkea mitä on Maan pinnalla ja ilmakehässä. Sillä on suuri kuvantava tutka, ASAR, joka pystyy kartoittamaan Maan pintaa hyvin tarkasti. Kun tutkakuvat yhdistetään korkeustietoihin, voidaan maan pinnan liikkeitä mitata senttien tarkkuudella.

MERIS-spektrometrinsä avulla Envisat kykenee kuvaamaan meriä ja ranta-alueita sekä määrittämään meren väriä ja lämpötilaa. Näiden tietojen avulla voidaan seurata esimerkiksi El Ninon syntyä ja kehitystä. Ja mikroaaltoradiometrillä voidaan sondata ilman kosteutta maan tai meren päällä.

Varsinaisia ilmakehätutkimuslaitteita ovat MIPAS, SCIAMACHY ja GOMOS, jotka mittaavat erilaisten kasvihuonekaasujen määriä ilmakehässä. Näistä GOMOS on suomalaisittain kiinnostavin, koska sen on suunnitellut ja rakentanut Ilmatieteen laitos yhdessä ranskalaisen Service d'aéronomien kanssa. GOMOSin elektroniikasta vastaa Patria Oyj ja sen ohjelmistoja on ollut tekemässä Space Systems Finland Oy.

Kaikki havaintolaitteet toimivat erinomaisesti. Niiden testaaminen ja kalibrointi kesti kuukausien ajan laukaisun jälkeen, sillä työ vaati suurta tarkkuutta ja erilaisia toimintoja oli runsaasti: esimerkiksi ASAR-tutka voi toimia viidessä erilaisessa toimintamoodissa sekä kaikkiaan 37 erilaisessa alimoodissa.

Instrumenttien kalibrointi vaati lisäksi runsaasti erilaisia joka puolella maapalloa tehtyjä mittauksia - niin ilmakehäsondauksia, merenpintamittauksia kuin muitakin havaintoja. Vertaamalla paikan päällä tehtyjä mittauksia Envisatin havaitsemiin mittauksiin voitiin päätella instrumenttien oikea toiminta ja ne kyettiin säätämään mahdollisimman tarkasti sellaisiksi, että satelliitin lähettämät tiedot ovat mahdollisimman tarkkoja ja korkealaatuisia.

Onnistunutta ongelmanratkaisua

Mikään satelliitti ei toimi täydellisesti heti alusta alkaen, vaan niihin joudutaan tekemään lennon aikana pieniä muutoksia ja korjauksia. Teknisesti Envisatissa ei ole ollut käytännöllisesti katsoen mitään vikaa, mutta esimerkiksi sen tietokoneiden ohjelmistot on päivitetty kuluneen vuoden aikana muutamaan kertaan. Viimeisimmän syyskuussa tehdyn päivityksen jälkeen Envisat toimii hyvin ja samoin kaikkien instrumenttien toiminta on odotetun kaltaista.

Suomalaisittain kiinnostavan GOMOS-mittalaitteen yllätys oli sen tarkkuus: se kykenee mittaamaan ilmakehän koostumusta jopa 5 kilometrin korkeuteen saakka ja sen tärkeimmällä mittausalueella 80-100 kilometrin korkeudessa oleva otsonikerros pystytään erottelemaan olennaisesti aikaisempaa tarkemmin. GOMOSin tulevaisuus näyttää siten hyvältä.

Täysin ongelmitta ei GOMOSkaan ole selvinnyt, sillä sen CCD-kennojen (joilla havaitaan ilmakehän taakse peittyvän tähden valoa ja mitataan sen spektrin avulla ilmakehän sisältämiä aerosoleja) herkkyys avaruudesta saapuville sähköisesti varatuille hiukkasille, protoneille. Hiukkasten vaikutusta on kyetty pienentämään ohelmistoteknisesti varsin hyvin, mutta se on vaatinut runsaasti lisätyötä. Myös ilmakehän pyörteisyyden luonne on yllättänyt GOMOS-ryhmän tutkijat ja asian selvittely on vielä kesken.

Artemis-tietoliikennesatelliitin saapuminen paikalleen oletettua myöhemmin on hidastanut Envisatin tietojen siirtoa maahan. Sen sijaan että tietoja olisi siirretty Artemiksen kautta suoraan Envisatin tietokeskukseen, ovat mittaustiedot ja kuvat otettu vastaan pääasiallisesti ESAn Kiirunassa, Ruotsin Lapissa, sijaitsevalla maa-asemalla. Kiirunan taakan keventämiseksi Huippuvuorille pystytettiin väliaikainen vastaanottopiste, jonka kautta tietoja kyettiin myös välittämään tutkijoille.

Envisatin tuottaman suuren tietomäärän vastaanotto sekä jakaminen tutkijoille on osoittautunut myös alunperin oletettua suuremmaksi työksi, minkä vuoksi erityinen Envisatin tiedonkäsittelysysteemi (Envisat’s Payload Data Segment, PDS) on toiminut kapasiteettinsa rajoilla. Siksi systeemi ei ole ollut tarpeeksi luotettava, vaan siihen tehtyjen parannusten lisäksi koko systeemiin on lisätty uusia alijärjestelmiä sekä koko tiedonsiirtomenettelyä on tehostettu. Näin ollen Envisatin tietokannat on kyetty avaamaan tutkijoiden ja muiden satelliitin tietoja tarvitsevien käyttöön vuoden 2002 viimeisen neljänneksen aikana.

Samanaikaisesti myös satelliitin instrumenttien säädöt ja kalibroinnit saatiin päätökseen, joten Envisat aloitti varsinaisen työrupeamansa vuoden 2002 lopussa. Satelliitin lähettämistä tiedoista tuotetaan kaikkiaan 73 erilaista eri tarpeisiin räätälöityä tietopakettia, joita tutkijat pääsevät käyttämään Internetin, satelliittilinkin, romppujen ja pian myös DVD-levyjen avulla. Pelkästään ASAR-tutkahavaintoja ja MERIS-instrumentin tietoja käyttää hyväkseen yli 800 tutkimusryhmää ympäri maailman.

Satelliitin lennonvalvonnasta vastaavilla insinööreillä on lisäksi erinomainen uutinen vuosipäivän juhlallisuuksiin: suunnitellun viiden vuoden sijaan satelliitilla näyttää olevan elinaikaa jäljellä kenties jopa yhdeksän vuotta!

Kymmenen silmää taivaalla

Kuluneiden 12 kuukauden aikana Envisat on havainnut kiertoradaltaan useita erilaisia kiinnostavia ja uutisotsikoissakin olleita tapahtumia, niin luonnonilmiöitä kuin ihmisen aiheuttamia onnettomuuksiakin. Sen havaintojen avulla on kyetty seuraamaan tapahtumia ja avustamaan pelastustoimissa, joista seuraavassa muutamia esimerkkejä:

• 150 kilometriä pitkä oljyvana, joka lähtee uponneesta öljytankkeri Prestigestä. Envisat kuvasi tapahtumia ASAR-tutkallaan marraskuussa ja osoitti kuinka laajalti öljyvahinko on vaikuttanut Espanjan rannikkoon.

• ASAR kuvasi elokuussa Elben laakson tulvia Saksassa, Itävallassa ja Tsekin tasavallassa. Kuvien avulla pelastustoimia pystyttiin koordinoimaan ja tilanteen kehittymistä seuraamaan. Tietoja luovutettiin hallitusten ja pelastusviranomaisten käyttöön kansainvälisen suuronnettomuussopimuksen pohjalta.

• Uuden jäävuoren synty Etelämantereella näkyy hyvin Envisatin ottamassa kuvien sarjassa toukokuusta lokakuuhun.

• Tulivuori Etnan purkaantuminen Sisiliassa ja kasviplanktonin leväkukinnat Kanadassa, Norjassa ja Senegalissa kuuluvat MERIS-instrumentin komeimpiin kuviin.

Muiden Envisatin havaintolaitteiden tulokset eivät ole visuaalisesti yhtä vaikuttavia, mutta tutkijoille niidenkin lähettämät tiedot ovat olleet tärkeitä ja kiinnostavia. Esimerkiksi Etnan purkauksen tieteellisesti jännimmät tulokset kirjasi ilmakehän aerosoleja mittaava SCIAMACHY, joka havaitsi vuoresta päässeen rikkidioksidin leviämisen tuulen mukana itäistä Välimerta ja Afrikkaa kohden. GOMOS havaitsi puolestaan otsonin määrää Etelämantereen päällä ja auttoi osaltaan ennustamaan tarkalleen oikein etelänavan päällä olevan otsoniaukon ennenaikaisen rikkoontumisen.

Sensorisynergiaa

Yksittäisten tutkimustietojen sijaan kiinnostavinta Envisatin mittalaitteissa on niiden tarjoama mahdollisuus erilaisten havaintojen yhdistämiseen. Näin erilaisista luonnonilmimöistä saadaan aikaisemmin hyvin hankalasti saatavilla ollutta tietoa yhdellä silmäyksellä. Esimerkiksi tutkakorkeusmittarin, mikroaaltoradiometrin ja satelliitissa olevan DORIS-nimisen seurantalaitteen avulla on onnistuttu tuottamaan huipputarkka maailmanlaajuinen kartta meneillään olevasta En Niño -ilmiöstä, joka tulee vaikuttamaan lähiaikoina olennaisesti moniin maapallon sääilmiöihin.

Toinen hyvä esimerkki tietojen yhdistämisestä on hurrikaani Isidoresta tehdyt havainnot. Kun pyörremyrsky liikkui Meksikon lahden halki viime syyskuussa, onnistuivat tutkijat tekemään Envisatin havaintojen perusteella siitä tarkan kolmiulotteisen mallin sen yläosista aina alimpiin meren pinnalla oleviin kerroksiin. Tämän avulla on mahdollista ymmärtää paremmin miten myrsky toimii ja kehittyy.

Tärkeimmät sovellukset ovat kuitenkin vasta tulossa, sillä tutkijat eivät ole vielä keksineetkään kaikkia mahdollisuuksia tietojen yhdistämiseen ja erilaisiin ilmiöihin, joiden havainnoinnissa Envisatin sensoripatteristosta olisi hyötyä.

Johannesburgin maininkeja

Envisatin ensimmäisen vuoden aikana pidettiin myös tärkeä ympäristöä käsitellyt kansainvälinen kokous, Kestävän kehityksen maailmankokous (World Summit on Sustainable Development, WSSD) viime elokuun lopussa ja syyskuun alussa. Envisat on olennainen osa ESAn Maan havainnointiohjelmaa, joten sen merkitys on suuri myös ympäristön tilan seuraamisessa. Sen tietojen perusteella voidaan ainakin periaatteessa maailman johtajien ympäristötietoisuuden tasoa parantaa, koska avaruudesta kyetään havaitsemaan selvästi erilaisia ympäristön tilaa osoittavia ilmiöitä. Avaruustekniikalla on tärkeä osuus kestävän kehityksen rakentamisessa ja seurannassa.

Kokouksen jälkeen ESAn toimihenkilöt huomasivat WSDD:n 54-sivuisessa loppupäätelmässä kymmenkunta viittausta avaruudesta tehtyihin Maan havainnointihin, mikä osaltaan osoittaa kokouksen todenneen avaruustekniikan tärkeyden.

Katse eteenpäin

Vuosi sitten, kun Envisat laukaistiin, edessä oli vielä suuri työ, ennen kuin satelliitista saadaan tarkkoja havaintoja jatkuvalla rutiininomaisella tahdilla. Nyt Envisat lähettää päivittäin suuren määrän erilaisia tutkimustietoja, jotka auttavat tutkijoita selvittämään paremmin planeettamme toimintaa ja ympäristömme tilaa. Tietojen avulla poliittiset päättäjät ja muut vaikuttajat voivat halutessaan toimia siten, että yhteiskuntamme ja sen talous voisivat toimia ympäristöämme mahdollisimman vähän rasittavasti. Envisatin avulla pystymme saamaan Maasta kattavan kuvan niin fyysisenä paikkana kuin omana kauniina kotiplaneettanamme.

Lisää tietoa Envisatista ja GOMOSista

GOMOSin tutkimustuloksia tullaan julkistamaan enemmänkin tämän maaliskuun lopussa, kun sitä ja sen mittauksia esitellään Heurekan 22.3. avautuvassa "Tieteen avoimet kysymykset" -näyttelyssä. Sunnuntaina 23.3. GOMOSin suomalaisosuuden johtaja Erkki Kyrölä (Ilmatieteen laitoksen aeronomian yksikön johtaja) pitää Heurekassa yleisöesitelmän, jossa kerrotaan erityisesti Envisatin tuloksista. Ilmatieteen laitos avaa myös tapahtuman yhteydessä uuden Envisatia esittelevän www-sivuston, josta saadaan tarkempia tietoja myös näille sivuille myöhemmin.

Kysymyksiin Envisatista ja GOMOSista vastaa Erkki Kyrölä, puh. 09-19294640 ja sähköposti Erkki.Kyrola@fmi.fi