Peittyvät tähdet paljastavat planeettojen salaisuuksia

Stellar occultation at Venus
Stellar occultation at Venus
5 Marraskuu 2007

Tähtien peittymisen seuraaminen Maasta käsin voi olla romanttista, mutta kun avaruusalus tarkkailee tähtiä kiertoradalla, voi se saada selville uutta tietoa planeetan ilmakehästä.

Menetelmä tunnetaan nimellä tähtiokkultaatio. Ilmakehätutkija Jean-Loup Bertaux (Ranskan kansallisesta tieteellisen tutkimuksen laitoksesta ehdotti ensimmäisenä menetelmän käyttämistä ESA:n avaruuslennolla. Tähtiokkultaatio tarkoittaa sitä, että tähti liikkuu tutkittavan planeetan reunan taakse. Menetelmää on käytetty aikanaan taivaankappaleiden koon mittaamiseen tai tarkan ajan määrittämiseen, sillä tähden peittyminen planeetan tai Kuun taakse on selvä, helposti havaittava ilmiö: tähti vain katoaa näkyvistä - paitsi silloin, kun välissä on kohteen pintaa peittävä kaasukehä.

Kun tähdet loistavat ilmakehän yläpuolella, ne säteilevät laajalla aallonpituusalueella. Avaruusaluksen kiertoradan kuljettaessa tähteä planeetan ympäri se näyttää laskeutuvan alaspäin planeetan ilmakehän taakse. Ilmakehä toimii kuten suodatin vaimentaen tietyt aallonpituudet tähden säteilystä. Tämä menetelmä perustuu siihen, että tutkimalla mitä aallonpituuksia kaasukehä estää pääsemästä lävitseen saadaan tietoa kaasussa olevista molekyyleistä ja atomeista.

Venus, Earth and Mars
Venus, Earth and Mars

ESA:lla on tällä hetkellä satelliitit kolmen planeetan ympärillä tutkimassa näiden planeettojen ilmakehiä. Jokainen satelliiteista tuottaa ainutkertaisia tietoja.

Maapalloa kiertävässä ESA:n Envisat-satelliitissa käytetään instrumenttia nimeltä GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars, maapallon otsonikerroksen valvonta tähtiokkultaation avulla). Laite on suomalaisittainkin hyvin kiinnostava, sillä se on tehty yhteistyössä suomalaisten yhtiöiden kanssa. Patria on valmistanut GOMOSin tietokoneet, Space Systems Finland on tehnyt sen ohjelmistot ja Ilmatieteen laitos on paitsi ollut mukana laitteiden suunnittelussa, niin se myös osallistuu tietojen tutkimiseen. Nimensä mukaisesti instrumentin avulla on tarkoitus tutkia, onko otsonin määrä lisääntymässä nyt, kun haitallisten kemikaalien käyttöä on rajoitettu. Vuodesta 2002 lähtien GOMOS-instrumentin avulla on tarkkailtu noin 400 tähteä, jotka peittyvät päivittäin maapallon taakse. Tällä tavalla pyritään laatimaan kartta maapallon ilmakehän otsonikerroksesta kaikille pituus- ja leveysasteille.

Artist's impression of Envisat
Artist's impression of Envisat

Bertauxin mukaan vielä on liian aikaista sanoa, onko otsonikerros palautumassa. Tietämys kuitenkin lisääntyy, ja välineellä voidaan havaita muita ilmiöitä, jotka edistävät ilmakehän otsonin määrän lisääntymistä. Tammi-helmikuussa 2004 GOMOS havaitsi suuren typpidioksidikerääntymän 65 kilometrin korkeudessa. Typpidioksidin havaitseminen ilmakehästä on tärkeää, koska se voi tuhota otsonikerrosta. Havaintoa seuraavien kahden kuukauden aikana GOMOS tarkkaili, miten kaasukerros laskeutui 45 kilometriin tuhoten selvästi otsonia laskeutuessaan. Samalla tutkijat saivat yhden puuttuvan palasen otsonipalapeliin.

ESA:n Mars Express on yksinkertaistettu tähtiokkultaatioinstrumentti. Itse asiassa Bertaux'n alkuperäinen ajatus oli käyttää okkultaatiota Marsin kaasukehän tutkimiseen, mutta tämä toteutui vasta Maan ilmakehän havainnoinnin jälkeen. Aina siitä lähtien kun Mars Express laskeutui Punaiselle planeetalle vuonna 2003 SPICAM (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, Marsin ilmakehän ominaisuuksia tutkiva spektroskooppi) on havainnut yli 1000 tähdenpeittoa. Tämän työn tuloksena on saatu erittäin tarkkoja tietoja Marsin ylemmästä ilmakehästä, jossa on näkyvissä pysyviä utukerroksia.

Mars Express artist's impression
Mars Express

Tieteellisten tutkimustulosten lisäksi tiedoista on käytännön hyötyä tuleville tutkimusmatkoille. Tutkija Bertauxin mukaan Marsin ilmakehäprofiilien tuntemus on tärkeää laskeutumisalusten laskuvarjojen suunnittelussa.

Uusin tulokas näiden instrumenttien sarjassa on Venus Express -satelliitissa oleva SPICAV (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus, Venuksen ilmakehän ominaisuuksia tutkiva spektroskooppi). Venuksen ilmakehä on huomattavasti tiheämpi kuin Maan tai Marsin. SPICAV pystyy selvittämään ilmakehän lämpötila- ja tiheysprofiilit maapallolla odottaville tutkijoille, joiden tutkimustuloksia arvellaankin julkaistavan hyvin pian.

Artist's impression of Venus Express orbiting Venus
Venus Express

“Mielestäni tähtiokkultaatiomenetelmä on nyt läpikotaisin testattu, ja sen pitäisi näin olla käyttökelpoinen pitkän aikavälin tutkimuksissa”, Bertaux toteaa.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.