Agency

Pimeää ja valoisaa: ESA valitsi kaksi suomalaisittain kiinnostavaa tiedelentoa

14/10/2011 850 views 0 likes

Auringon voimakas vaikutus sekä arvoituksellisen pimeän energian olemus ovat ESAn uusimpien kahden tiedemission tutkimuskohteina. ESAn tiedeohjelman komitea valitsi lokakuun alussa Solar Orbiter ja Euclid -missiot toteutettaviksi . Suunnitelman mukaan ne laukaistaan avaruuteen vuosina 2017 ja 2019.

Nyt valitut kaksi tiedemissiota ovat ns. keskikokoisia lentoja, jotka ovat ensimmäiset ESAn 'Cosmic Vision' -strategian (Kosminen visio) vuosien 2015-2025 -suunnitelmassa.

Aurinkoa tutkitaan entistä lähempää

Solar Orbiter käy lähempänä Aurinkoa kuin yksikään aiempi luotain. Sen on tarkoitus auttaa ymmärtämään paremmin sitä, miten Aurinko vaikututtaa ympäristöönsä, sekä monimutkaista prosessia, jolla hiukkasista koostuva aurinkotuuli syntyy ja millaiset mekanismit sitä kiihdyttävät.

Auringon aktiivisuus vaikuttaa aurinkotuulen ominaisuuksiin tekemällä siitä turbulenttia ja flare-purkaukset luovat vahvoja häiriöitä aurinkotuuleen. Hiukkaspurkaukset voidaan nähdä maanpinnalta kasvaneena revontulien aktiivisuutena.

"Suomen kaavailtu osuus Solar Orbiterissa on hiukkasinstrumentti LET (Low Energy Telescope). Se on yksi Solar Orbiterin Energetic Particle Detector (EPD) -kokonaisuuden sensoreista", kertoo Eino Valtonen Turun yliopistosta.

"Turun yliopiston lisäksi projektiin osallistuu tutkijoita Helsingin yliopistosta ja Ilmatieteen laitoksesta sekä useita yrityksiä."

Valtonen johtaa Tekesin rahoittamaa esikehitysprojektia, jonka tavoitteena on osoittaa instrumentin teknologian toimivuus ja varmistaa sen tieteellinen suorituskyky. Projektiin osallistuu lisäksi VTT sekä yritykset Oxford Instruments Analytical, Aboa Space Research ja Ideal PLM. Luotaimen kyytiin tulevan laitteen rahoituspäätöstä ei vielä ole tehty.

"LETin on määrä tutkia Auringon voimakkaita purkauksia sekä heliosfäärin sisäosissa esiintyviä prosesseja ja vallitsevia olosuhteita, joita ei koskaan aikaisemmin ole pystytty suoraan mittaamaan", kuvailee Valtonen.

"Tämän mahdollistaa Solar Orbiterin lähelle Aurinkoa ulottuva rata, joka käy lähimmillään vain 0,28-kertaisella etäisyydellä Auringosta Maahan verrattuna."

Turun yliopistolla on tutkimusaiheesta kokemusta, sillä se oli päävastuussa suomalaisen ERNE-instrumentin toteutuksesta ESAn ja Nasan SOHO-luotaimeen. SOHO on ollut toiminnassa jo 16 vuoden ajan ja lähestyy pian käyttöikänsä loppua. LET-laitteen valinnan kautta saman aihelueen tutkimus saisi jatkoa pitkälle tulevaisuuteen.

Solar Orbiter on määrä laukaista matkaan vuonna 2017 Cape Canaveralin laukaisukeskuksesta yhdysvaltalaisella Atlas-kantoraketilla. Luotaimen toiminta-ajaksi on suunniteltu 7 vuotta.

Pimeän energian olemuksen arvoitus saa valoa

Näkymä syvälle maailmankaikkeuden menneisyyteen

Euclid on suunniteltu tutkimaan maailmankaikkeuden 'pimeää puolta'. Se on avaruusteleskooppi, joka kartoittaa suuren mittakaavan rakenteita ennen näkemättömällä tarkkuudella. Havainnot ulottuvat 10 miljardin valovuoden päähän maailmankaikkeuteen paljastaen yksityiskohtia maailmankaikkeuden laajenemisesta ulottuen kolmeen neljäsosaan maailmankaikkeuden iästä.

"Euclidin tavoite on selvittää nykykosmologian suurinta ongelmaa, 'pimeän energian' mysteeriä eli sitä, miksi maailman-kaikkeuden laajeneminen alkoi kiihtyä noin 5 miljardia vuotta sitten", kertoo Hannu Kurki-Suonio Helsingin yliopistosta. Hän kuuluu Euclid-projektin johtokuntaan ja johtaa sen Suomen osuutta.

"Yleisen suhteellisuusteorian mukaan kiihtyvä laajeneminen edellyttää sitä, että maailmankaikkeuden energiatiheyttä dominoi pimeä energia, joka on jakautunut kaikkialle lähes tasaisesti ja johon liittyy negatiivinen paine", selostaa Kurki-Suonio.

"Yleisessä suhteellisuusteoriassa negatiiviseen paineeseen liittyy 'antigravitaatio' eli painovoima muuttuu vetovoimasta työntövoimaksi, joka saa galaksit loittonemaan toisistaan kiihtyvällä nopeudella. Itse olen tutkinut toista vaihtoehtoa: yleinen suhteellisuusteoria ei olekaan oikea painovoiman teoria hyvin suurilla kosmologisilla etäisyyksillä, vaan itse teoriaa on muokattava."

Euclid pystyy erottamaan nämä kaksi vaihtoehtoista selitystä toisistaan, sillä se havainnoi kiihtyvän laajenemisen ilmiötä kahdella eri tavalla. NISP-instrumentti määrittää laajenemishistoriaa suoraan kartoittamalla galaksien jakaumaa eri aikoina. VIS-instrumentti ottaa kuvia galakseista näkyvän valon alueella ja määrittää kuvissa esiintyvän gravitaatiolinssi-ilmiön avulla pimeän aineen jakauman, jonka kehitystä maailmankaikkeuden laajetessa pystytään arvioimaan. Kehitykseen vaikuttavat sekä laajenemishistoria että painovoimalaki.

Suomeen on määrä perustaa Euclidin tiededatakeskus, joka toteutetaan tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n avustuksella. Mission on määrä kerätä toiminta-aikanaan useita tuhansia teratavuja dataa, joka jaetaan usean datakeskuksen kesken analysoitavaksi. Osana valmistelua kehitetään menetelmiä tuottaa simuloitua Euclidin dataa, jonka avulla kehitetään datan analyysimenetelmiä.

"Suomessa keskitytään simuloimaan Euclidin NISP-instrumentin dataa eli infrapuna-alueen valokuvia ja spektrejä ja osallistutaan lisäksi datan laaduntarkistusmenetelmien kehittämiseen", Kurki-Suonio listaa.

"Projektiin ottaa osaa kosmologian ja tähtitieteen tutkijoita Helsingin, Turun ja Jyväskylän yliopistoista."

Euclid on määrä laukaista Sojuz-kantoraketin kyydissä vuonna 2019 Kouroun avaruuskeskuksesta Ranskan Guayanasta. Sen ensimmäisiä tuloksia odotetaan vuosina 2021 tai 2022 ja kuusivuotisen mission lopulliset tulokset on kaavailtu vuodelle 2027.

Vastauksia suuriin kysymyksiin

Hahmotelma uudesta aurinkoluotaimesta; toteutuva suunnitelma voi olla erilainen

"Solar Orbiterin ja Euclidin valinnalla tiedeohjelma osoittaa jälleen tärkeytensä puhtaille luonnontieteille sekä jäsenmaidensa asukkaiden kiinnostukselle", kommentoi ESAn tieteen ja robottimissioiden johtaja Alvaro Giménez.

Missioiden valinta on vuonna 2004 alkaneen prosessin huipentuma. Tuolloin ESA tiedusteli laajalta tähtitieteen yhteisöltä tavoitteita eurooppalaiselle avaruustutkimukselle alkavalla vuosikymmenellä.

Selvityksen perusteella luotiin Kosminen visio 2015-25 -suunnitelma, joka keskittyy neljään tieteelliseen päämäärään: Elämän ja planeettojen synnyn olosuhteiden selvittämiseen, aurinkokunnan toiminnan tutkimiseen, maailmankaikkeuden peruslakien ymmärtämiseen sekä maailmankaikkeuden alun ja koostumuksen tutkimukseen.