Planck-satelliitti pohjaa Nobelilla palkittuun tutkimukseen
Tämän vuoden fysiikan Nobelin fysiikan palkinto myönnettiin amerikkalaisille tähtitieteilijöille John C. Mather ja George F. Smoot heidän vuonna 1989 NASAn COBE-satelliitilla tekemästä avaruuden mikroaaltotaustasäteilyä koskeneesta tutkimuksestaan. ESAn Planck-satelliitti tulee mittaamaan taustasäteilyä vieläkin tarkemmin ja tarjoaa mahdollisesti materiaalia vielä kolmanteen Nobel-palkintoon – ensimmäinen Nobel annettiin taustasäteilyn löytämisestä jo vuonna 1978.
Taivaan taustasäteily on joka puolelta avaruutta tulevaa hyvin heikkoa, lähes saman voimakkuista radiosäteilyä, joka on taajuudeltaan mikroaaltojen alueella sähkömagneettisessa spektrissä. Säteily on syntynyt aikanaan maailmankaikkeuden alkupamauksessa ja vaikka aikoinaan se oli hyvin suurienergistä, on se "viilentynyt" säteilyksi, joka vastaa kolmen kelvinin lämpötilassa olevan ns. mustan kappaleen lähettämää säteilyä.
Kun taustasäteily löydettiin 1960-luvulla, näytti se olevan täsmälleen samanlaista joka puolella avaruutta. Maailmankaikkeuden syntyä pohtineet teoreetikot eivät kuitenkaan saaneet laskelmissaan taustasäteilyn arvoksi täsmälleen samaa arvoa kaikkialle, joten he ennustivat, että taustasäteilyssä on pienenpieniä eroavaisuuksia, jotka johtuvat alkupamauksen pienistä epätasaisuuksista. Eroavaisuudet taustasäteilyssä olisivat siten ikään kuin kaikuja nykyisin havaittavan maailmankaikkeuden ainejakautumasta, ja näitä äärimmäisen pieniä taustasäteilyn eroavaisuuksia tutkimalla saataisiin tietoa koko kosmoksen alkuhetkistä.
Nyt palkitut tutkijat John Mather ja George Smoot ehdottivat jo 1970-luvun alussa NASAlle satelliittia, joka pystyisi mittaamaan taustasäteilyä paljon tarkemmin kuin pystyttiin havaitsemaan maanpäälisin radioteleskoopein. COBE-satelliitti (Cosmic Background Explorer) toteutui vasta 1980-luvun lopussa, mutta se mullisti astrofysiikan todistamalla teoreetikkojen ennustamat eroavaisuuden taustasäteilyssä todellisiksi.
COBE-satelliittia seurasi 2000-luvun ensimmäisinä vuosina amerikkalainen WMAP-satelliitti, joka mittasi tarkemmin taustasäteilykartan, ja seuraavaksi työtä jatkaa ESAn Planck. “Nobel-komitean antama tunnustus Matherin ja Smootin työlle vahvistaa osaltaan mikroaaltotaustasäteilyn tutkimuksen tärkeyttä", sanoo Planck-projektin tutkija Jan Tauber. "Planckin avulla pystymme mittaamaan taustasäteilyä aivan uudella tarkkuudella ja voimme viedä tutkimusta eteenpäin."
Siinä missä COBE todisti taustasäteilyssä olevat vaihtelut ja sen, että maailmankaikkeus syntyi superkuumasta kaasusta, pääsee Planck tutkimaan varhaista maailmankaikkeutta jo yksityiskohtaisemmin. Sen mittauksista pystytään periaatteessa näkemään jo miten galaksit muodostuivat alun kuumasta kaasupallosta.
Planck on suunniteltu havaitsemaan taustasäteilyn lämpötilaeroja kymmenen kertaa aikaisempaa herkemmin ja sen tekemä kartta taustasäteilystä tulee olemaan noin 50 kertaa COBEn kertaa tarkempi. Nämä yhdistäen voi sanoa, että Planck on tuhat kertaa tehokkaampi kuin COBE. George Smoot, toinen tuoreista nobelisteista, on mukana myös Planck-hankkeessa.
Planck on itse asiassa kuin avaruuteen sijoitettava herkkä radioteleskooppi, missä parabolipeilin keräämää säteilyä havaitaan kahdella radiovastaanottimella. Vastaanottimia on kaksi, LFI ja HFI, joista LFI toimii matalilla aallonpituuksilla välillä 11,1–3,9 mm (27–77 GHz) ja HFI puolestaan suurilla taajuuksilla alueella 3,6 – 0,3 mm (84 GHz – 1 THz).
Näistä toinen, LFI, on valmistettu suurelta osin Suomessa. Radiolaitteen vaativimpien osien kehitystyötä johti VTT:n MilliLab ja niiden rakentamisesta ja testaamisesta vastasi Elektrobit Microwave Oy. Lisäksi Suomesta Planck-hankkeeseen osallistuvat Helsingin ja Turun yliopistot, TKK:n Metsähovin Radiotutkimusasema sekä Fysiikan tutkimuslaitos.
