|
|
Mitä on painovoima? 
Tieteen kehitystä ei voida ennustaa, mutta tieteellinen läpimurto fysiikassa saattaa olla hyvinkin ovella; Euroopan avaruusjärjestö on suunnitellut sarjan ainutlaatuisia koelaitteita ja satelliitteja, joiden avulla tiedemiehet uskovat pääsevänsä käsiksi painovoiman perusolemusta käsitteleviin kysymyksiin. Painovoiman olemus on paljolti edelleen hämärän peitossa, sillä osa avaruuden ilmiöistä ei tunnu noudattavan lakeja ja teorioita, joiden mukaan nykyisin hahmotamme maailmaa - havainnot eivät tue käsitystämme painovoimasta ja sen käyttäytymisestä, joten fyysikot haluaisivat kiihkeästi tutkia painovoiman olemusta huomattavasti nykyistä tarkemmin.
Painovoima, eli gravitaatio on yksi neljästä luonnon perusvoimasta. Se muokkaa maailmankaikkeutta ympärillämme ja mahdollistaa planeettojen, tähtien ja galaksien muodostumisen. Painovoiman vaikutuksesta planeetat pysyvät radoillaan, satelliitit kiertävät maapalloa ja pysymme itse kiinni planeettamme pinnassa. Gravitaatio säätelee kokonaisten galaksien pyörimistä ja vaikuttaa maailmankaikkeuden kehitykseen.
Viime aikoina havaintojen tarkkuuden parannuttua olennaisesti, on eteemme kuitenkin tullut yhä enemmän tapauksia, jolloin painovoima ei toimi odotetulla tavalla. Yksi tällaisista mysteereistä on niin kutsuttu "Pioneer-poikkeama", joka on saanut nimensä Nasan Pioneer 10 ja 11 -luotainten mukaan. Luotaimet lentävät parhaillaan ulospäin aurinkokunnasta, ja niiden etääntymisnopeuden on havaittu hidastuvan jostain tuntemattomasta syystä. Sama ilmiö on sittemmin havaittu Jupiteria kiertävän Galileo-luotaimen ja Aurinkoa kiertävän Ulysses-aluksen liikkeissä.
Jos luotaimien hidastuminen on paikallinen havainto, niin koko maailmankaikkeuden laajenemisen odotettua nopeampi hidastuminen kummastuttaa kosmologeja. Universumissa tuntuu olevan "liian paljon gravitaatiota". Vaikka hidastuminen voidaan havaita, ei sen aiheuttavan voiman alkuperää ole voitu määritellä. Yksi looginen selitys voisi olla ns. puuttuvan massan ongelma, eli toistaiseksi tähtitieteilijät ovat havainneet vain osan siitä kaikesta aineesta, minkä maailmankaikkeus teoreettisesti pitää sisällään. Näin ollen puuttuva massa, pimeä aine tai toistaiseksi tuntemattomat eksoottiset alkeishiukkaset voivat selittää osan hidastumisesta, mutta silti peruskysymys on olemassa: miksi painovoima vaikuttaa voimakkaammin kuin sen pitäisi?
Avaruus on ihanteellinen paikka tutkia olemassaolevia teorioita ja testata uusien toimimista. Kiertoradan näennäisessä painottomuudessa tutkijat voivat havaita kaikkein heikoimpia voimia ja mitata niitä äärimmäisen tarkasti. Sen vuoksi ESA on kehittänyt sarjan kunnianhimoisia avaruuslentoja, joiden tarkoitus on testata pääasiassa yleistä suhteellisuusteoriaa ja sen ennustamia painovoima-aaltoja. Gravitaatioaallot ovat avaruuden geometriassa eteneviä aaltoja, jotka toimivat periaatteessa samaan tapaan kuin laineet järven pinnalla; kun pudotat kiven veteen, lähtee siitä rengasmaisesti aaltoja ympärille. Samaan tapaan voimakkaat ilmiöt avaruudessa, kuten supernovat tai neutronitähtien törmäykset, saavat aikaan gravitaatioaaltoja, joita periaatteessa olisi mahdollista havaita - jos vain mittalaitteet ovat hyvin tarkkoja. Toistaiseksi yrityksistä huolimatta avaruuden aaltoja ei olla havaittu, mutta on mahdollista, että maanpääliset mittalaitteet ovat olleet aivan liian epäherkkiä. Aaltojen löytyminen olisi vahva todiste yleisen suhteellisuusteorian paikkansapitävyydestä.
ESAn yksinään rahoittamien Gaia- ja BepiColombo-luotaimien tarkoitus on havaitasuhteellisuusteorian toimintaa toisella tavalla. Ne mittaavat miten materia vääristää avaruutta, jolloin voidaan periaatteessa todeta ovatko tulokset yhtäpitäviä yleisellä suhteellisuusteorialla saatujen teoreettisten arvojen kanssa.
Kvanttigravitaatio on herättänyt paljon kiinnostusta, koska sen tarkoitus on yhdistää Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttifysiikka. 60-luvulla hahmoteltu kvanttifysiikka on eräs nykyfysiikan pääteorioista, sillä se selittää kaikki fysiikan perusvoimat gravitaatiota lukuunottamatta. Kvattiteorian mukaan avaruus on rakeinen, jos sitä tarkastellaan tarpeeksi pienessä mittakaavassa; avaruus näyttää hyvin läheltä katsottaessa koostuvan hiekkarannan tapaan hyvin pienistä jyväsistä. Hyper, yksi ESAn suunnitteilla olevista satelliiteista, on suunniteltu tutkimaan juuri tätä teoriaa, sillä avaruuden "rakaisuuden" toteaminen on eräs sen päätehtävistä muun gravitaatiotutkimuksen ohella. Lisäksi ESA suunnittelee alustavasti satelliittia, jonka tarkoitus on tutkia Pioneer-ilmiötä tarkemmin.
Näiden lentojen avulla ESA on voimakkaasti mukana painovoiman tutkimuksessa ja voi olla osaltaan tekemässä seuraavaa suurta vallankumousta fysiikassa - sekä maailmankuvassamme.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
