perjantai 21. joulukuuta 2018

New Horizons lähestyy Ultima Thulea

Nasan New Horizons -luotain on lähestymässä Kuiperin vyön kohdetta Ultima Thule. Luotain tekee sen ohilennon uuden vuoden yönä. Valmistautuessaan ohilentoon, luotain on ottanut kuvia kuiperoidista jo kolmen kuukauden ajan. Kuvien avulla tutkijat ovat pyrkineet selvittämään sen pyörimisaikaa ja mahdollisesti myös sen muodon.

New Horizons -luotaimen ottama kuva Ultima Thule -kuiperoidista.
Kuva NASA/JHUAPL/SwRI.


Kuiperinvyön kappaleet eivät yleensä ole pyöreitä, vaan pikemminkin pitkulaisia tai jopa kahdesta kappaleesta koostuvia. Valokuvien avulla tehdyssä valokäyrässä ei kuitenkaan ole havaittavissa vähäistäkään vaihtelua, mikä sinällään on vähintäänkin pieni yllätys. Mahdollisia selityksiä on useita, mutta yksikään niistä ei ole kovin todennäköinen.

Ensimmäinen mahdollisuus on se, että Ultima Thulen pyörimisakseli on suoraan lähestyvää luotainta. Paitsi, että tämä on epätodennäköistä, niin se vaatisi jonkin erityisen prosessin kuiperoidin kehityshistoriassa.

Toinen selitys voisi olla se, että kuiperoidin ympärillä olisi komeettamainen koma, ilmakehä, joka koostuu haihtuvista kaasuista ja vapautuvasta pölystä. Jälleen selitys olisi mahdollinen, mutta se vaatisi jonkin ylimääräisen lämmönlähteen syntyäkseen. Auringon lämpö kaukana Neptunuksen radan ulkopuolella ei kuitenkaan ole riittävä selitys.

Kolmas, vielä oudompi selitys olisi se, että Ultima Thule koostuisikin pienistä kuita, joiden valokäyrät sulautuisivat yhteen muodostaen muuttumattoman kirkkauden. Tällaista erillisistä kappaleista kostuvaa ryhmää ei vain ole koskaan havaittu aurinkokunnassamme (eikä muuallakaan).

Ohilennon jälkeen olemme jo selkeästi viisaampia tämäkin asian suhteen. Ensimmäiset kuvat saadaan ensivuoden alussa, jotka varmaankin ratkaisevat valokäyrän mysteerin.



lauantai 8. joulukuuta 2018

Kiinalainen kuuluotain lähti matkaan


Kiina laukaisi Chang’e-4 luotaimen kohti kuuta eilen (7.12.2018) kello 20.23 Suomen aikaa (8.12.2018 kello 02.23 paikallista aikaa). Kantorakettina oli Pitkä Marssi 3B ja laukaisu tapahtui Lounais-Xichangin avaruuskeskuksesta.


Kuva Kiinan kuukulkijasta Credit: CASC/China Ministry of Defense

Lentoaika Kuuhun on yllättävän pitkä, nimittäin ainakin 27 vuorokautta. Laskeutuminen on suunniteltu tapahtuvaksi ensivuoden ensimmäisten päivien aikana, jolloin ollaan aika lähellä uutta kuuta. Laskeutumisajankohta saattaa aiheuttaa hieman hämmennystä, sillä tavallisesti Kuuhun laskeudutaan vaiheen ollessa lähempänä täyttä kuuta. Selitys onkin siinä, että Chang’e-4-luotaimen laskeutumisalue sijaitsee Kuun toisella puolella sijaitsevan Etelänapa-Aitken -tasangon (SPA) keskellä olevaan Von Karman -kraatteriin (176,245° E 44,451 S), jonka halkaisija on noin 180 km.

Kuun Maasta poispäin olevalle puolelle ei ole aikaisemmin laskeuduttu, ja hyvästä syystä. Kaikenlainen radioliikenne luotaimen ja Maan välillä on estynyt Kuun itsensä vuoksi. Kiinalaiset ovat ratkaisseet tämän ongelman siten, että he ovat lähettäneet viime toukokuussa radio-linkkiluotaimen Maa-Kuu-järjestelmän muodostamaan Lagrangen L2 -pisteeseen.

Chang’e-4 laskeutuu Kuuhun mukanaan kulkijaluotain. Se on koottu Chang’e-3 luotaimen osista, joten se pystyy tekemään samat testit ja havainnot kuin aikaisempi luotain viisi vuotta sitten. Näiden lisäksi laskeutumisosan avulla tehdään joitakin matalataajuisen radiosäteilyn havaintoja suojassa Maasta tulevalta radiosäteilyltä (ihmisen tuottamat ja revontulien aiheuttama radiosäteily). Kuun toinen puoli onkin erinomainen paikka juuri radiotähtitieteen keinoin tehtäviin tutkimuksiin.

Tutkimuslaitteistojen mukana on pieni kasvihuone, jonka avulla kiinalaiset tutkijat pyrkivät selvittämään kuinka Kuun säteilyolosuhteet vaikuttavat kasvien ja muun eloperäisen materiaalin elintoimintoihin, kuten itämiseen. Mukana kokeessa on peruna ja joitakin siemeniä, joiden itämistä siis tarkkaillaan. Mukana on myös silkkiperhosen munia, joiden kuoriutumista toukaksi kiinalaiset tarkkailevat.

Tieteellisten tutkimusten päätavoitteena on perinteisempiä tutkimuskohteita. Niitä varten luotaimessa on kameroita ja erilaisia spektrometrejä, joilla kartoitetaan alueen topografiaa, pinnan kemiallista rakennetta ja pyritäänpä tekemään havaintoja myös muutaman metrin matkalta pinnan alapuolelta. Vastaavaa tutkimusta ei tietystikään ole aikaisemmin tehty Kuussa ja sen tarkoituksena on selvittää se, miksi Kuun toinen puoli on erilainen kuin Maahan näkyvä puoli. Tutkijoilla on useita teorioita mutta puuttuvat havainnot toiselta puolen vaikeuttavat eri hypoteesien välistä vertailua ja tarkan tiedon saamista.

Kiina on tehnyt pitkäjännitteistä työtä kuututkimuksen suhteen. Niinpä seuraavana Chang’e-5 luotaimen tehtävänä tulee olemaan näytteen noutaminen Kuusta jo ensivuoden aikana. Laukaisun pitäisi tapahtua alkuvuodesta. Pidemmän tähtäimen suunnitelmissa kiinalaisilla on miehitetyn kuunlennon tekeminen. Sen aikataulua on vielä avoin, mutta aikaisemmin kiinalaislähteet ovat puhuneet 2020-luvusta, mahdollisesti jo sen alkupuolella. Kiinalla on kuitenkin vielä pitkä matka avaruusteknologiansa kehittämisessä miehitettyjen kuulentojen toteutumiseen, mutta varmasti sellainen tulee suhteellisen lyhyen ajan sisällä tapahtumaan.




tiistai 27. marraskuuta 2018

Editysaskel: Insight-luotain laskeutui Marsiin


NASAn uusin Mars-luotain Insight on laskeutunut onnistuneesti Marsin Elysium tasangolle, lähelle Marsin ekvaattoria planeetan länsiosassa. Avaruusmatka oli kestänyt noin puoli vuotta, sillä matkaan luotain laukaistiin toukokuun 5. päivänä Ilmavoimien Vanderbergin laukaisukeskuksesta Kaliforniasta.

Insight-luotain Marsin pinnalla. Havainnekuva NASA.


Laskeutuminen oli koko lennon vaikein vaihe, sillä se on monivaiheinen ja kaikkien laitteiden täytyy suoriutua tehtävästään täydellisesti. Luotain saapui Marsin ilmakehään hyvin suurella nopeudella (5,5 km/s). Vaikka Marsin ilmakehä on tiheydeltään vain 1 % maapallon ilmakehästä, se vastustaa samalla tavalla avaruudesta putoavien kappaleiden liikettä. Ilman kompressoituu ja kuumentaa laskeutuvan luotaimen ympärillä olevia kaasuja useiden tuhansien asteiden lämpötilaan ja tältä kuumuudelta tutkimuslaitteisto oli suojattu lämpökilvillä.

Lämpökilven etureuna kohtaa suurimman kuumuuden, jolloin se kuumenee korkeaan lämpötilaan. Lämpökilpi on kuitenkin ablatiivinen eli se haihtuu ja kuten tunnettua, haihtuminen sitoo lämpöä. Näin tässäkin tapauksessa, lämpökilven haihtuminen ja kuluminen mahdollisti hyötykuorman säilyvän toimintakuntoisena ja lämpötilaltaan normaalina.

Lämpökilvin suojattuna luotain laskeutui Marsin ilmakehässä yliääninopeudella, kunnes vauhti oli alentunut riittävästi, jotta laskuvarjo voitiin avata. Tämä tapahtui noin 11 km korkeudessa, jolloin laskeutumisnopeus oli noin 385 m/s. Heti laskuvarjon avauduttua, nyt tässä vaiheessa ylimääräisenä painolastiksi muuttunut lämpösuoja poistettiin noin 10 km korkeudella ja laskutelineinä toimivat luotaimen kolme jalkaa vapautettiin. Laskeutumistutka käynnistyi noin 6 km korkeudella.

Laskeutumisen viimeinen vaihe käynnistyi siinä vaiheessa, kun laskeutuminen oli edennyt noin 1 km korkeuteen. Laskeutumisvauhti oli pudonnut tässä vaiheessa noin 60 m/s. Silloin laskuvarjo ja siihen vaijerilla kiinnitettynä ollut yläpuolinen lämpösuoja irtosivat. Välittömästi tämän jälkeen luotaimen kaksitoista jarrurakettia käynnistyi. Jarruraketteja pystyttiin säätämään lennon edistyessä ja itse luotainta käännettiin niin, että aurinkopaneelit tulivat mahdollisimman edulliseen asentoon (itä-länsisuuntaan) sähköenergian turvaamiseksi. Oikea asento varmisti, että luotaimen työkalut kuten käsivarsi ei varjosta paneeleita.

Laskeutumisvauhti oli 7,7 m/s noin 50 metrin korkeudella ja lähestyminen tapahtui vakionopeudella. Kosketus Marsin pintaan tapahtui vielä hitaammalla vauhdilla noin 15 sekuntia myöhemmin. Kohtaamisnopeus oli noin 2,24 m/s ja se otettiin vastaan laskutelineiden iskunvaimennuksen avulla.

Kaikki edellä kerrotut toimenpiteet olivat ohjelmoitu luotaimen päätietokoneeseen, sillä yhteys Maahan pitkän viiveen vuoksi ei ollut mahdollinen. Lisäksi tulipallona ilmakehään syöksyvä luotain ei olisi edes saanut syntymään minkäänlaista radioyhteyttä, sillä hehkuva ja sähköäjohtava plasma toimii erittäin tehokkaana radioyhteyksien estäjänä.

Laskeutumista seurattiin kahdella pienoisatelliitilla (CubeSat) MarCO-A ja MarCo-B, jotka vietiin avaruuteen samalla kantoraketilla kuin Insight-luotainkin. Pienoissatelliitit ovat 10 cm sivunmittaisia kuutioita ja tarvitsemansa sähköenergia ne saavat avattavista aurinkopaneeleista. Niiden erikoisuus on tietoliikenteeseen käytetty antennijärjestelmä, joka on muodoltaan taso. Antennin rakenteen ansiosta radiolähetys on hyvin suunnattua, joten pienoissatelliitti ei tarvitse massiivista ja suhteellisen tehotonta lautasantennia tietoliikenteeseensä.

X-bandin tasoantenni ei ole ainoa antenni, vaan laitteessa on myös avattava UHF-antenni, jonka avulla satelliitti seurasi Insight-luotaimen laskeutumista. UHF-laitteisto pystyi vain ottamaan vastaan saapuvan signaalin mutta X-bandin laitteistossa ovat molemmat: lähetin ja vastaanotin.

Molemmissa pienoissatelliiteissa on myös kamerat, jonka laajakulmankameran kuvakentän laajuus on 139 astetta ja kapeakenttäisen kameran kuvakenttä on 6,8 astetta laaja. Kamerat on suunnattu UHF-antennin suuntaan eli kohti Marsia laskeutumisosan laskeutumisen aikaan. Kameroista MarCo-A:n kapeakenttäinen kamera todettiin toimimattomaksi heti laukaisun jälkeen, joten tältä osin matkassa oli hieman huonoa tuuria. Kaikkien kameroiden kuvan koko on vaatimattoman tuntuisesti 752 × 460 pikseliä.

Pienoissatelliitit siis mahtuvat kämmenelle, mutta niissä on paljon laitteita jo mainittujen kameroiden ja antenni-radiolaitteiden lisäksi. Satelliitin varusteisiin kuuluu suunnistamisessa käytettävä tähti-jäljitin, aurinkotunnistin, gyroskooppi ja reaktiopyörät, joiden avulla säädetään satelliitin suuntausta ja asentoa. Satelliitin propulsiojärjestelmä toimii paineistetulla kaasulla (R236FA, 
hexafluropropaania), joka on sitä samaa ainetta, jota käytetään kylmälaitteissa tai tietokonekeskusten sammutinlaitteissa. Suuttimia yhdessä satelliitissa on kahdeksan kappaletta. Satelliittien laitteiden kuntoa, lämpötilaa ja toimintaa valvottiin koko lennon ajan Maasta Marsiin. Lämpötilan säätöön satelliiteissa on lämmittimiä, useita lämpömittareita, lämpösuojia herkille laitteille ja jäähdyttimet liian lämmön poistamiseen.

Kaiken kaikkiaan pienoissatelliitit ovat täydellisiä tutkimusluotaimia, jotka oli suunniteltu lähinnä tarkkailemaan Marsin laskeutunutta Insight-luotainta laskeutumisaikana. Vaikeus siinä oli oikea ajoitus, satelliittien piti suorittaa Marsin ohilento sekunnilleen oikeassa aikataulussa, jotta niistä olisi saatu suurin mahdollinen hyöty tutkijoiden ja insinöörien käyttöön. Huomatkaa kuitenkin, että Insight-luotaimen laskeutuminen tai toiminta ei ollut mitenkään riippuvaista pienoissatelliittien toiminnasta tai olemassa olosta.

Insight-luotaimen tutkimuslaitteisto on hyvin monipuolinen. Erityisen ilahduttavaa on, että laitteistoon on saatu mahdutettua seisminen tutkimuslaitteisto, jolla voidaan jäljittää Marsissa tapahtuvia seismisiä ilmiöitä (järistyksiä) ja määrittää havaittujen järistysaaltojen suunta ja taajuus hyvin laaja-alaisesti. Seisminen laitteisto on koottu erilliseen yksikköön, joka asetetaan Matsin kamaralle työkalukäsivarren avulla.

Seisminen tutkimuslaitteisto on nostettu käsivarren avulla laskeutuneen luotaimen viereen ja lämpötilaa mittaava laitteisto on kaivautunut marsperään. Kuva NASA.


Seisminen tutkimuslaitteisto ei ole pelkästään monipuolinen seismometri, vaan se myös voi tärisyttää Marsin kamaraa. Kamaran rakenne ja liike tietysti havainnoidaan ja siitä tutkijat voivat päätellä hyvin monia asioita marsperän rakenteesta, tiheydestä ja koostumuksesta.

Toinen ja aikaisemmin Marssiin lähettämätön tutkimuslaitteisto on marsperän lämpöjakaumasta tehtävät mittaukset. Mittauslaitteiston ydin on itsekaivautuva mittauselin, joka pyrkii mittaamaan marsperän lämpöjakauman kerroksittain. Mittaus ulotetaan jopa 5 metrin syvyyteen mutta onnistuakseen sen on kaivauduttava kuitenkin vähintään 3 metrin syvyyteen.

Laitteistoon kuuluu myös lämmitin, jonka avulla tutkijat pyrkivät selvittämään marsperän lämmönjohtavuuden. Eri syvyyksistä suoritettu lämpötilamittaukset yhdessä lämmönjohtavuuden kanssa paljastavat lämpövuon suuruuden, joka virtaa kohti Marsin pintaa. Tästä puolestaan on mahdollista selvittää Marsin ytimen lämpötila ja mahdollisesti se, mikä on lämmön lähde ja sitä tietä myös Marsin sisäinen rakenne.

Kolmas lennon päätavoitteista on selvittää Marsin pyörimistä. Sen testaamiseen ei kuitenkaan tarvita erillistä laitteistoa, sillä tarvittavat tiedot saadaan koottua luotaimen ja Maan välisen radioliikenteen avulla. Marsin pyörimisakselin vähäiset muutokset näkyvät vastaanotetun signaalin taajuuden hyvin vähäisenä muutoksena. Mars prekessoi samalla tavalla kuin Maa, vaikkakin yhteen kierrokseen kuluu noin 165 000 vuotta (Maan noin 26 000 vuotta). Prekessiotutkimuksen avulla voidaan määrittää Marsin rautasydämen koko ja muita sen ominaisuuksia.

Marsin pyörimisen tarkkailuun sisältyy myös alle vuodenmittaisen nutaation havaitseminen. Nutaattio on hyvin vähäistä ja vaikea havaita. Maapallon pyörimisakselin suunta vaihtelee noin 10 metrin halkaisijaltaan olevalla alueella vuoden aikana. Marsin nutaatio on luultavasti huomattavasti vähäisempää, koska Marsin ytimen uskotaan olevan huomattavasti jähmeämpää kuin maapallon sulassa tilassa oleva ulkoydin. Aikaisempien radiotutkimusten mukaan Marsilla on erittäin tiheä ydin ja sen ulkopuolella voi olla jonkin verran sulaa. Kuinka iso kiinteä ja sula ytimet ovat, toivottavasti selviää tämän liikkumattoman luotaimen avulla.¨

Tutkijat odottavat mielenkiinnolla selvittävänsä muistuttaako Marsin rakenne enemmän Maata vai Kuuta. Kuva NASA.


Tavanomaisempia tutkimuslaitteita edustaa laitteisto, joka tekee mittauksia magneettikentästä, tuulen nopeudesta, lämpötilasta ja ilmakehän paineesta. Marsin pinnalla ei ole aikaisemmin tehty mittauksia magneettikentästä, sillä ne on aina tehty kiertoradalta.

Luotaimen ympäristöä valokuvataan kameroilla mutta mittauksia tehdään myös radiometrillä (säteilymittaus). Kamerat tuottavat kuvia, joiden avulla tutkijat pystyvät seuraamaan Marsin vuodenaikojen vaihtelun aiheuttamia muutoksia luotaimen ympäristössä.

Tulevaisuutta ajatellen Insight-luotaimeen on kiinnitetty vain 5 cm halkaisijaltaan oleva kupu, jossa on kahdeksan laserheijastinta. Heijastimet ovat rakenteeltaan sellaisia, että siihen osunut valo heijastuu tulevan valon suuntaan. Näin avaruudesta laitteeseen kohdistuneen lasersäteen avulla voidaan määrittää laitteiston tarkka sijainti. Myös muut tutkimukset ovat mahdollisia. Vastaavanlaisia heijastimia vietiin Kuuhun Apollo-ohjelman aikana ja niiden avulla on onnistuttu selvittämään mm. se, että Kuu etääntyy Maasta noin 3,82 cm vuodessa.




lauantai 10. marraskuuta 2018

Kirjauutuus: Filosofiaa ajasta


Carlo Rovelli
Ajan luonne
Suomentanut Hannu Karttunen
Sidottu, 240 sivua
Ursa ry 2018
ISBN 978-952-5985-60-3

Jokaisella on jonkinlainen käsitys ajasta. Joskus se kuluu nopeasti ja joskus se tuntuu mataavan loputtoman hitaasti. Nuorilla on erilainen aikakäsitys ja ikäihmisillä aivan toinen. Vaikka aika on jokaiselle tuttu, harva kuitenkaan tulee ajatelleeksi mitä aika on!

Carlo Rovellin kirja Ajan luonne ei oikeastaan anna vastausta tähän kysymykseen, vaikka kovasti yrittää. Rovellin mukaan aika on perättäisiä tapahtumia ja kytköksiä, sipaistaan hieman valokartioita ja kvattifysiikkaa mutta loppujen lopuksi hän päätyy filosofioimaan, eli siis kertomaan mitä mahdollisesti historiasta tutut henkilöt ovat ajasta sanoneet.

Ajan varsinaista fysiikan ymmärtämään luonnetta kirjailija ei käsittele kovinkaan paljoa eikä syvällisesti. Luultavasti kirjoittaja ei ole edes halunnut tehdä kirjasta varsinaisesti luonnontieteellistä, vaikka kirjan alkupuolisko viittaakin siihen suuntaan. Kirjoittaa on teoreettinen fyysikko, joten ainakin lähtökohdiltaan hänellä olisi ollut mahdollisuus tehdä puhtaasti luonnontieteellinen populaariteos.

Kirjasta voisivat olla kiinnostuneet henkilöt, jotka ovat taipuvaisia filosofiointiin ja lukevat mielellään filosofista kirjallisuutta. Heille mielenkiintoisia lukuhetkiä!

Kari A. Kuure

maanantai 29. lokakuuta 2018

Kirjauutuus: Zoomataan universumiin


Caleb Schart

Zoomataan universumiin
Kuvitus Ron Miller
Suomennos Suvi Syrjä
Nidottu 224 sivua
Ursa ry 2018
ISBN978-952-5985-59-7

Maailmankaikkeuden ja ihmisen mittakaavat ovat räikeässä ristiriidassa keskenään. Ihmisen on vaikea ymmärtää kuin pitkät etäisyydet maailmankaikkeudessa ovat tai kuinka pieniä kaikkein pienimmät asiat ovat! Kirjan kirjoittajan mukaan ihminen on omassa mittakaavassaan maailmankaikkeuden kaikkein pienimmän ja kaikkein suurimman puolivälissä.

Maailmankaikkeuden halkaisija on kirjoittajien mukaan 1027 metriä ja lyhin mitta on 10-35 metriä. Näin ollen näiden kahden ääripään väliin mahtuu 62 dekadia. Nämä dekadit muodostavat kirjan rungon maailmankaikkeuden koosta Plankin etäisyyteen, jokainen dekadi on oma tarinansa.

Kirjan tarina alkaa koko maailmankaikkeuden mittakaavasta matka jatkuu viisi dekadia kerallaan kohti pienuutta. Matkalla käsitellään maailmankaikkeuden rakenteet, galaksi, tähdet oma aurinkokuntamme ja samalla myös eksot. Matka jatkuu ihmisen mittakaavan kohteiden esittelyyn ja sitten syöksytään hurjaa vauhtia aina vain pienempien yksityiskohtien kuvailuun. Lopulta kohdataan atomit ja alkeishiukkaset. Matka päättyy Plankin mittayksikköön. Matkan ohessa tutustutaan moniin mielenkiintoisiin kohteisiin.

Kirjan eriomaisena puolena on näyttävä ja hyvin havainnollinen kuvitus. Se on niin loistelias, että teksti jää helposti kuvituksen varjoon. Toisaalta, kun teksti on luettu, kirja toimii erinomaisena kuvakirjana, jonka pariin voi palata aina uudestaan.
Kari A. Kuure

perjantai 26. lokakuuta 2018

Marsin Arsia Mons ei ole aktivoitunut


Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Mars Express on valokuvannut mielenkiintoisen pilven yhden Marsin korkeimman tulivuoren huipulla. Valokuvassa näyttäisi siltä, että tulivuori olisi aktivoitunut ja se syöksee savua Marsin ilmakehään.

Orografinen pilvimuodostelma Arsia Monsilla. Kuva ESA/Mars Express.


Todellisuudessa Marsissa ei ole esiintynyt vulkaanista aktiivisuutta satoihin miljooniin vuosiin, ja tilanne ei ole muuttunut mitenkään – Arsia Mons ei ole aktiivinen! Arsia Mons on kuitenkin osaltaan aiheuttanut pilvimuodostelman, sillä sen korkeus ohjaa ilmavirtauksia ylöspäin. Ylempänä ilmakehässä lämpötila on alempi, jolloin nousevaan ilmavirtauksessa alkaa vesihöyryn tiivistyminen. Tiivistymistä helpottaa viime kesä- ja heinäkuussa vallinnut pölymyrsky, jonka jäljiltä Marsin ilmakehässä on vielä runsaasti pieniä pölyhiukkasia, jotka toimivat tiivistymisytiminä.

Arsia Mons sijaitsee Thrasis alueella. Kuva ESA/Mars Express.


Ylöspäin virtaavalla ilmamassalla on inertiaa (hitautta), jolloin se joutuu korkeammalle kuin sen tiheys tai lämpötila edellyttäisi. Tästä seuraa nostovoiman katoaminen ja ilmamassa alkaa laskeutua, jolloin se lämpenee ja pilvet haihtuvat. Alaspäin laskeutuva ilmamassa saavuttaa jälleen tiheytensä ja lämpötilansa mukaisen korkeuden mutta jälleen inertia pakottaa ilmamassan alemmaksi. Alaspäin mennessään ilmamassa lämpenee ja lopulta aloittaa uuden nousun. Kierto jatkuu vielä monta kertaa, kunnes se rauhoittuu. Tapahtumaa kutsutaan orografiseksi (orographic) ja se tuottaa Arsia Monsin tapauksessa noin 1500 km pitkän pilvimuodostelman, joka kauempaa katsottuna näyttää erehdyttävästi tulivuoren aiheuttamalta vulkaaniselta pilveltä.

Faktat

Arsia Mon sijaitsee Marsin Tharsis alueella.

Arsia Monsin korkeus on 17,8 km Marsin keskipinnasta ja halkaisija noin 250 km.

Arsia Monsin kaldera on halkaisijaltaan noin 110 km.

Arsia Monsin ikä on noin 700 miljoonaa vuotta.

Arsia Monsin rinteiltä on havaittu laajoja aukkoja, jotka ovat sisäänkäyntejä laajempaan luolaverkostoon. Aukot havaittiin ensikerran vuonna 2007 ja aukoille on annettu nimet Dena, Chloë, Wendy, Annie, Abbey, Nikki ja Jeanne (kuvassa A–F). Luolasto on ilmeisesti laavaputkia, joiden katto on romahtanut paikka paikoin.

Aukkoja laavaputkiin Arsis Monsin alueella. Kuva NASA.




lauantai 13. lokakuuta 2018

Kirjauutuus: Revontulibongarin opas


Minna Palmroth, Jouni Jussila & Markus Hotakainen

Revontulibongarin opas
Sidottu 201 sivua
Kustantaja Into
ISBN 978-952-264-994-2
Kirjastoluokitus 55.5

Revontulien bongaus tai harrastaminen on kasvattanut suosiotaan viime vuosina eikä pelkästään meillä Suomessa vaan myös kaikkialla maailmalla. Lapin matkailu on saanut voimakkaan piristysruiskeen japanilaisista ja kiinalaisista turisteista, jotka tulevat Suomen Lappiin ihastelemaan yöllistä valoshowta. Toivoisikin, että Lapin turistit saisivat rahoilleen vastinetta ja he näkisivät kunnon revontulishown.

Mutta revontulia nähdään muuallakin Suomessa kuin vain Lapissa. Tosin ne käyvät harvinaisemmiksi sitä mukaan, kun etelään päin Lapista tullaan, mutta Tampereellakin saamme nauttia useista kymmenistä revontulinäytelmistä vuosittain, jopa näin Auringon aktiivisuusminimin aikaan.

Revontulien bongaus alkaa olla jo suurien joukkojen harrastustoimintaa, joten kasvavaan tarpeeseen on julkaistu kirja Revontulibongarin opas. Sen kirjoittajat ovat todellisia asiantuntijoita avaruustieteen professori Minna Palmroth, entinen revontulitutkija ja revontulien aktiivinen valokuvaaja Jouni Jussila, sekä tähtitieteen popularisoijana tunnetuksi tullut tiedetoimittaja Markus Hotakainen.

Kirjaan on koottu kaikki revontulibongauksessa tarvittavat tiedot. Jos niitä hyödyntää, niin revontulien näkeminen ja valokuvaaminen ei ainakaan jää siitä kiinni, että ei tiedä milloin revontulia taivaalla on näkyvissä. Harrastamisesta tulee myös paljon mielenkiintoisempaa, kun tietää mitä kaiken taivaalla näkyvän takana on ja millaisia fysiikan prosesseja on päämme yläpuolella menossa!

Kirjan lopusta löytyvät nettilinkit tärkeimpiin internetsaitteihin, joissa kerrotaan revontulien ja aavaruussään tilasta. Ottamalla linkit käyttöön, jokainen voi itse tehdä oman revontuliennusteensa ja jonka osuessa kohdalleen voi olla oikeassa paikassa oikeaan aikaan ja toivon mukaan myös toimivan kameran kera. Mikään ei ole hienompaa kuin itse otetun hienon revontulikuvan katselu ja esittely perheen jäsenelle ja harrastuskavereille.

Kirjan teksti on hyvin selkeää, todella mietittyä ja jokaisen luettavissa, vaikka fysiikan tunnit olisi tullut koulussa nukuttua! Teksti lisäksi kirjassa on runsas ja todella upea kuvitus, johon kuvat on saatu suomalaisilta revontulien valokuvaajilta.

Kirja kuuluu selkeästi jokaisen revontulista kiinnostuneen kirjahyllyyn tai paremminkin hiirenkorville luettuna työpöydälle valmiina jälleen käyttöön. Suosittelen mitä lämpimimmin!

Kari A. Kuure

maanantai 1. lokakuuta 2018

Auringon aktiivisuusminimi supistaa ilmakehää

Auringon aktiivisuusminimi lähestyy nopeasti, olemme tällä hetkellä siitä vain muutaman kuukauden päässä! Aktiivisuusminimillä on merkittäviä vaikutuksia maapallolle, yksi merkittävimmistä on yläilmakehän termosfäärin ha mesosfäärin kylmeneminen ja supistuminen.

Ilmakehän ominaisuudet eri korkeuksilla. Lämpötila ja tiheys vaihtelevat korkeuden mukaan ja etenkin termosfäärin lämpötilaan vaikuttaa Auringon emittoiman EUV ja FUV-säteilyn määrä. Nämä aaltopituudet imeytyvät termosfäärin molekyyleihin ja lämmittävät sitä. UV-säteilyn määrä riippuu hyvin voimakkaasti Auringon aktiivisuudesta. Kuva NASA.


Ilmakehän viilenemistä on seurattu NASAn Langleyn tutkimuskeskuksessa (LRC) ja mittauksia on tehty Nasan TIMED-satelliitissa olevalla SABER-laitteistolla. Laitteisto mittaa ilmakehän infrapunaisen säteilyn määrä avaruuteen. Erityisesti tätä säteilyä emittoin hiilidioksidi (CO2 ja typpioksidi (NO), jotka kaasut toimivat merkittävinä tekijöinä 100–300 km korkeudella energiatasapainon kannalta. Tämän termosfäärikerroksen lämpötilan mittaaminen on mahdollista vain avaruudesta.

Termosfääri viilenee aina Auringon aktiivisuusminimin aikana. Viilentynyt ilmakehä supistuu ja aiheuttaa vähemmän kitkaa Maata kiertäville satelliiteille. Kun kitka vähenee, satelliittien radan eivät vajoa aivan yhtä nopeasti kuin aktiivisuusmaksimin aikaan, jolloin satelliitit pystyvät olemaan toiminnallisilla radoillaan aikaisempaa pidempään. Se on hyvä uutinen! Sen sijaan huono uutinen on se, että myös avaruusromu pysyttelee kiertoradalla aikaisempaa pidempään ja aiheuttaa vaaratilanteita, törmäyksiä ja vaurioita kaikkiin avaruudessa lentäviin laitteisiin, myös Kansainväliselle avaruusasemalle.

Termosäärin ilmastoindeksi. Infrapunasäteilyn teho avaruuteen watteina vaihtelee voimakkaasti Auringon aktiivisuuden mukaan. Aktiivisina kausina se on kymmenkertainen minimin säteilytehoon nähden. Kuva NASA/Langley Research Center/Martin Mlynczak & al.


Termosfäärin tutkijat ovat kehitelleet Termosfäärin ilmastoindeksin (Thermosphere Climate Index, TCI), joka kertoo säteilytehon watteina, jonka typpioksidi säteilee avaruuteen. Säteily teho on korkea Auringon aktiivisuusmaksin aikaan ja matala minimin aikaan. Tutkimusryhmän vetäjä Martin Mlynczak kertoo tällä hetkellä termosfäärin olevan kylmä käsillä olevan aktiivisuusminimistä johtuen.

TIMED-satelliitti on toiminut avaruudessa seitsemäntoista vuotta. Tutkimusryhmä on kuitenkin laskenut ja määrittänyt TCIn lukemat aina 1940 lähtien. Tällöin Auringon toiminta oli hyvin aktiivista ja esimerkiksi auringonpilkkujaksolla 19 TCI-lukemat olivat moninkertaisia nykyisiin verrattuna.





perjantai 21. syyskuuta 2018

Vulcan löytyi


Scifi-elokuvien ystävät tuntevat Star Trek elokuvasarjasta tutun Mr. Spock’in. Hän oli kotoisin planeetalta, jonka nimi oli Vulcan. Vulcanin sijainniksi sarjan ideoija Gene Roddenberry (+ kolme tähtitieteilijää) mainitsee tähden 40 Eridani A.

Eksoplaneettoilla vallitsevista olosuhteista tiedetään toistaiseksi vain hyvin vähän. Laskelmilla voidaan arvioida mahdollinen lämpötila, mutta muista olosuhteisiin vaikuttavista tekijöistä tiedetään todella vähän. Kuva NASA Ames/JPL-Caltech.


40 Eridani (Keid) sijaitsee noin 16 valovuoden etäisyydellä Aurinkokunnasta ja se on paljain silmin näkyvä (Mv= 4,4). Todellisuudessa tähti on kolmoistähti, joista A tähti on jonkin verran Aurinkoa pienempi ja B ja C tähdet ovat kääpiöitä, joka kiertävät toisiaan. B- ja C-tähden kiertoaika A-tähden ympäri on noin 8 vuotta ja etäisyys noin 400 au. A-tähden kumppanit löysi William Herschell vuonna 1783.

Sattumaa tai ei, nyt tähtitieteilijät ovat löytäneet eksoplaneetan juuri 40 Eridani A kiertoradalta. Planeetta on massaltaan noin 8-kertainen Maahan verrattuna (koko noin kaksinkertainen) ja etäisyys tähteen on vain noin 0,224 au. Yhteen kierrokseen (planeetan vuosi) kuluu aikaa noin 42 vuorokautta ja rata on hyvin pyöreä.

Tällaisen eksoplaneetan löydyttyä, tutkijat pyrkivät myös aina laskemaan sen elinkelpoisuuden. 40 Eridani A:n ikä on noin 4 miljardia vuotta, lämpötila noin 5 300 K ja luminositeetti 0,46× Auringon kirkkaus. Jos kirkkauden ja lämpötilan perusteella lasketaan planeetan vastaanottama energiatiheys (irradiance), niin se hieman vähemmän kuin mitä Maa vastaanottaa Auringolta

Eksoplaneetan etäisyys tähdestään on 0,224 au ja Maan vastaanottama säteilytiheys saavutettaisiin 0,211 au etäisyydellä A-tähdestä. Näin ollen voidaan olettaa, että eksoplaneetan keskilämpötila (jos sen pyörimisaika ei ole lukkiutunut kiertoaikaan) on kuta kuinkin samaa luokkaa kuin maapallolla, riippuen mahdollisen ilmakehän koostumuksesta ja pyörimisnopeudesta. Joissakin sopivissa olosuhteissa planeetalla voisi esiintyä vettä kaikissa sen olomuodoissa kuten maapallolla.

Vulcanin sijainnin valintaa vaikutti se, että Roddenberry ja kumppanit harkitessaan planeetan sijaintia saivat tietää, että Epsilon Eridani (ensimmäinen vaihtoehto) oli alle miljardin vuoden ikäinen. Ilmiselvästi sen kiertoradalla olevalla planeetalla ei voinut olla yksisoluisia kehittyneempää elämän muotoa, jos elämän kehittyminen veisi yhtä pitkään kuin maapallolla.


keskiviikko 12. syyskuuta 2018

Kirjauutuus: Maailmankaikkeuden rakenne


Heikki Oja
Maailmankaikkeuden rakenne
ISBN 978-952-5985-56-6
Sidottu 95 sivua
Piirroskuvitus


Professori Heikki Oja on tunnettu populaari kirjojen kirjoittaja, jonka laaja tuotanto on ollut Ursan kustantamissa kirjoissa tärkeänä osana. Heikki Ojan uusin kirja Maailmankaikkeuden rakenne kertoo lyhyesti ja ytimekkäästi sen mitä tiedämme maailmankaikkeudesta tällä hetkellä. Kirja perustuu Ojan pitämiin luentoihin ja on siten erittäin ymmärrettävää ja selkeäkielistä tekstiä.

Kirjassa on alle sata sivua, mutta siihen on saatu mahdutettua seitsemän luentoa ja vielä lyhyt kysymys ja vastausosio. Luennot, siis kirjan luvut, käsitelevät maailmankaikkeuden syntyä ja kehitystä, muotoa, koko ja sisältöä, menneisyyttä, ihmisen asemaa, pimeää ainetta ja pimeää energiaa. Paljon eri aiheita mutta niissä on kuitenkin kerrottu kaikki oleellinen.

Maailmankaikkeuden rakenne on pieni kirjanen. Se on sopivan kokoinen mahtuakseen vaikkapa takin taskuun ja on helppo ottaa luettavaksi, vaikka aamuisin bussiin työmatkalle. Luvut ovat myös sopivan lyhyitä, jolloin bussimatkan aikana yhden luvun ehtii hyvinkin lukea. Ursan hinta jäsenille on 12 € ja kirjakauppahinta 15 €.

Kirjaa voi suositella luettavaksi kaikenikäisille niin vasta-alkajille kuin jo pitkään tähtitiedettä seuranneille.

Kari A. Kuure

torstai 12. heinäkuuta 2018

Kirjauutuus: Maailmanloppu peruttu


Esko Valtaoja
Maailmanloppu peruttu
Kootut kolumnit II

Ursa ry 2018
ISBN 978-952-5985-53-5
nidottu 288 sivua
8,00 / 10,00 €

Ursan ry on julkaissut Esko Valtaojan muutaman viimevuoden aikana julkaisemat kolumnit kirjana. Kolumneja on kerätty suurimmaksi osaksi Turun Sanomista ja Seura-lehdestä.  Näiden lisäksi on muutamia kolumneja tai kirjoituksia muutamista muista lähteistä. Kaikkiaan tekstejä on 109. Ja kuten alaotsikosta voi päätellä, tämä on Valtaojan toinen kolumnikokoelma, ensimmäinen oli nimeltään Ensimmäinen koira Kuussa.

Kolumnien suuri määrä voi hieman häkellyttää, mutta ei syytä huoleen. Jokainen kolumni on vain parin kolmen sivun mittainen, joten yhden jutun voi helposti lukaista kerta istumalla. Ja kuten aina, Valtaojan teksti on teräväpiirtoista analyysiä ja kritiikkiä aikamme ilmiöistä, tapahtumista, politiikasta kuin yleisestä mielipiteestä. Tekstistä löytyy myös huumoria ja tietysti pieni twisti tieteeseen.

Vaikka yksittäiset jutut ovat lyhyitä, niin kirjaa on vaikea laskea käsistään, niitä tuleekin luettu useita yhtenä iltana tai sateisena kesäpäivänä kun muut hommat eivät paina lomaillessa mökillä tai kaupungissa.

Valtaoja itse kuvailee teostaan kirjan takakannessa seuraavasti: ”Kolumnini koettavat ylläpitää ja edistää järkeä, tiedettä ja humanismia. Ja jotta homma ei menisi liian paskantärkeäksi, maustan kaikkea itselleni luontaisilla periaatteilla: näsäviisaalla kaikkitietävyydellä, ärsyttämisen halulla, ihmettelyllä, ylimielisyydellä, rakkaudella maailmaan ja huonolla huumorilla. Ole samaa mieltä, ole eri mieltä, ihastu, raivostu tai haukottele – mutta muista ajatella.  

Valtaojan kuvailu kirjastaan osuu nappiin, se on kaikkea tätä. Suosittelen kesälukemiseksi mitä lämpimimmin – Kari A. Kuure.



perjantai 15. kesäkuuta 2018

Suomalaisten johtama tutkimus johti merkittävään havaintoon


Relativistinen suihku mustasta aukosta.
Kuva (Mattila, Perez-Torres, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF)
Tuorlan observatoriossa työskentelevän tähtitieteilijän Seppo Mattilan[2] johtama kansainvälinen [1] mustan aukon läheisyydessä riipiytyvän tähden synnyttämästä ainesuihkusta
tutkimusryhmä on tehnyt merkittävän havainnon

Kaksi galaksia, jotka tunnetaan luettelotunnuksella ARP 299, törmäävät toisiinsa noin 150 miljoonan valovuoden etäisyydellä. Törmäyksen vaikutuksesta galaksin ytimessä olevan supermassiivisen mustan aukon vaikutuspiiriin joutuneet tähdet riipiytyvät hajalle ja materia päätyy kertymäkiekkoon mustan aukon ympärille.

Varsinainen havainto käsittää noin kahden auringonmassaisen tähden hajoamista 20 miljoonan auringonmassaisen musta aukon läheisyydessä. Lähestyessään mustaa aukkoa tähteen syntyy vuorovesihäirötapahtumaksi (tidal disruption event, TDE) kutsuttu ilmiö. Itse ilmiötä on havaittu harvoin ja koskaan aikaisemmin havainnot eivät ole olleet näin tarkkoja.

"Emme ole koskaan ennen kyenneet suoraan havaitsemaan suihkun muodostumista ja kehitystä yhdestä näistä tapahtumista", kertoi astronomi Miguel Perez-Torres Andalusian Astrofysiikan instituutista Granadassa Espanjassa.

Vuorovesivoimat riipivät lähestyneen tähden kokonaan ja aine joutuu mustaa aukkoa kiertävään kertymäkiekkoon. Kiekossa tiheys ja lämpötila ovat hyvin korkeat ja kertymäkiekko säteileekin hyvin voimakkaasti lähes kaikilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla. Kertymäkiekosta aine siirtyy hiljalleen mustan aukon tapahtumahorisontin yli itse mustaan aukkoon.

Kaikki kertymäkiekkoon päätynyt aine ei kuitenkaan päädy mustaan aukkoon, vaan voimakkaan magneettikentän vaikutuksesta osa aineesta siirtyy musta aukon pyörimisakselin navoille ja syöksyy avaruuteen lähes valonnopeudella.

Ensimmäiset havainnot tehtiin vuonna 2005 jolloin havaittiin Arp 299-B AT1 nimettyä tapahtumaa Kanariansaarten La Palmalla sijaitsevalla William Herschel -infrapunateleskoopilla. Havainto tehtiin 30. tammikuuta (2005). Seuraava havainto tehtiin 17. heinäkuuta Kansallisen tiedesäätiön (NSF) Very Long Baseline Array eli VLBA-radioteleskoopilla.

Ajan kuluessa kohde pysytteli kirkkaana niin infrapuna- kuin radiotaajuuksilla, mutta ei ollut havaittavissa näkyvän valon tai röntgensäteilyn aallonpituuksilla” kertoo Seppo Mattila. Hänen mukaansa ”Todennäköinen selitys on se, että tähtienvälinen paksu kaasu- ja pölypilvet lähellä galaksin keskustaa absorboivat säteilyn näillä aallonpituuksilla ja säteilevät sen edelleen infrapunaisella aallonpituusalueella”.

Kymmenen tutkimusvuoden jälkeen tutkijat olivat kyenneet seuraamaan suihkun kehitystä niin infrapunaisensäteilyn kuin radioaaltojen aallonpituuksilla ja he havaitsivat suihkun etenevän suurella nopeudella (yhdessä suunnassa) kuten oli odotettavissakin kun kyseessä on relativistinen suihku.

Tutkijat ovat jo pitkään arvioineet, että TDE-ilmiöt ovat paljon yleisempiä kuin mitä olemme pystyneet havaitsemaan. Suurin osa galakseista pitää keskellään supermassiivista mustaa aukkoa mutta ne kätkeytyvät pöly- ja kaasupilvien taakse ja ovat ”näkymättömiä” kuten Arp299 ja oman Linnunratamme keskustassa oleva Sagitarius A*. Seppo Mattilana mukaan havainto on vain jäävuoren huippu toistaiseksi meille piilossa olevan TDE-ilmiöiden joukosta. Tulevat havainnot tulevat lisäämään tietämystämme ilmiöstä merkittävästi.

Huomautukset

[1] Tutkimus “A dust-enshrouded tidal disruption event with a resolved radio jet in a galaxy merger” julkaistiin Science tiedejulkaisussa 14.6. 2018 (eaao4669 DOI: 10.1126/science.aao4669).

[2] Seppo Mattilan lisäksi mukana tutkimuksessa on ollut useita suomalaisia tutkijoita. Kaikkiaan artikkelin kirjoittajiksi on merkitty 36 tutkijaa 26 eri tutkimuslaitoksesta tai yliopistosta.

Kuva (Mattila, Perez-Torres, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF)

keskiviikko 13. kesäkuuta 2018

Marsin pölymyrsky huolestuttaa NASAa

Marsin pölymyrsky vuodelta 2001. Kuva NASA.

Marsissa riehuu pölymyrsky. Sellaista ei ole kovin usein nähty, ehkä kerran vuosikymmenessä jos
silloinkaan. Pölymyrskyt yleensä esiintyvät silloin kun Marsin eteläisellä pallonpuoliskolla on kesä. Näin on juuri nyt ja kaiken lisäksi planeetta lähestyy myös periheliään, jolloin Auringon lämpösäteily luo oivalliset olosuhteet koko planeetan kattavalle pölymyrskylle. Edellisen kerran koko planeetan kattava pölymyrsky oli vuonna 2001.

Myrsky on kehittynyt hyvin nopeasti. Viikko sitten myrskyn pinta-ala oli 18 miljoonaa neliökilometriä ja nyt jo 41 miljonaa nelikilometriä. Koko Marsin pinta-ala on 145 miljoona neliökilometriä, joten varsin tuntuvasta pölymyrskystä on kysymys. Kaiken lisäksi Auringon lämmittävä vaikutus lisääntyy vielä kuukauden päivät, sillä planeetta on perihelissä 31. heinäkuuta . Näin ollen pölymyrkyllä on hyvät mahdollisuudet laajeta koko planeetan kattavaksi.

Nasan huoli liittyy Opportunity-kulkijaan. Se saa energiansa aurinkokennoilla se sijaitsee nyt keskellä pölymyrskyä. Luotain on ollut säästötilassa kesäkuun 6 päivästä alkaen. Pölymyrsky estää auringonvalon pääsyn aurinkokennoille ja näin ollen luotaimen tärkeimpiä toimintoja pidetään yllä vain akkujen varassa. NASA toivoo, että luotain selviää pölymyrskyssä, sillä sen toiminta on ollut hyvin tuloksellista ja tutkimukselle tärkeään.

NASAn toisen luotaimen, Curiosityn, tilanne on parempi. Ensinnäkin se saa energiansa lämpöydinparistosta ja se on toisella puolella planeettaa ja ei aivankaan vielä ole joutunut pölymyrskyyn. Lämpöydinpariston turvin luotain selviää todennäköisesti erinomaisesti jos pölymyrsky laajenee luotaimen sijaintipaikkalle.



keskiviikko 2. toukokuuta 2018

Aurinko käy yhä oudommaksi

Tänävuonna Auringossa on ollut hyvin vähän pilkkuja.
Kuva NASA/SDO.

Auringon edellisestä aktiivisuusminimistä ei ole kulunut vielä kymmentä vuotta mutta siitä huolimatta tähtemme näyttää siirtyneen aktiivisuusminimiin. Tänä vuonna täysin pilkuttomia vuorokausia on ollut jo 60 % ja luku näyttää kasvavan hyvää vauhtia. Edellisen kerran näin vähäistä toimintaa Auringossa oli vuonna 2009, jolloin saavutettiin pilkuttomien vuorokausien määrässä 71 %. Ja se oli silloin vuosi aktiivisuus minimin jälkeen.

NOAAn Avaruussään ennustekeskus SPWC kertoo Auringon aktiivisuuden hiipuneen ennätysnopeasti – paljon nopeammin kuin mitä ennusteet ovat odottaneet. Ennusteen mukaan tasoitettu auringonpilkkuluku olisi huhti-toukokuussa noin 15. Todellisuudessa tasoitettu auringonpilkkuluku on ollut paljon alempi. Ennusteet laatii NOAA's Solar Cycle Prediction Panel, johon kuuluvat NOAA, NASA, US Air Force, sekä yliopistoja ja muita organisaatioita, joiden tehtäväkenttään Auringon aktiivisuus kuuluu.



Auringon aktiivisuudesta tehdään 54 erilaista ennustetta aina historiallisen datan ekstrapoloinnista alkaen ja päätyen huippukehittyneisiin tietokonemalleihin Auringon magneettisesta dynamon toiminnasta. Valitettavasti yksikään näistä malleista ei täysin selitä sitä, mitä Auringossa tapahtuu!

Auringonpilkkujakso 24 näyttää saavuttaneen minimin
huomattavan aikaisin. Kuva 
WDC-SILSO,
Royal Observatory of Belgium, Bryssels.

Auringon aktiivisuuden vaihtelu on osa Auringon normaalia toimintaa. Jaksollisuuden havaitsi tähtitiedettä harrastanut Samuel Heinrich Schwabe vuonna 1843. Schwaben tarkoituksena oli löytää Merkuriuksen radan sisäpuolella olettu planeetta, jota kutsuttiin Vulkanukseksi. Tässä hän ei onnistunut (kuten ei kukaan muukaan) mutta siinä sivussa hän havaitsi auringonpilkkujen jaksollisuuden, jonka hän määritti noin 10 vuodeksi.

Auringon pilkkujen määrää on seurattu tarkasti 1700-luvun alusta alkaen ja muilla menetelmillään voidaan määrittää auringonpilkkujen ja Auringon aktiivisuutta pitkälle menneisyyteen.

Tutkijat odottavat mielenkiinnolla mitä tapahtuu kun nykyinen jakso 24 päättyy. Muistissa on vuonna 2009–2009 saavutettu minimi, joka oli epätavallisen syvä. Auringonpilkkujen määrä oli epätavallisen vähäinen, aurinkotuuli oli heikkoa ja Auringon kokonaissäteilyssä (irradianssi) koettiin syvä minimi ja erityisesti uv-säteilyn määrä oli noin 20 % vähäisempi kuin edellisen minimin aikana vuonna 1996.

Auringon viimein toivuttua syvästä minimistä, ”kohmelo” oli melkoinen. Maksimikausi 2012–2015 jäi aikaisemmista aktiivisuuksista merkittävästi, huippuaktiivisuus jäi alle puoleen 1900-luvun vuosista. Näyttäisi siltä, että Aurinko on siirtymässä hyvin matalan aktiivisuuden kauteen, joka kestäisi mahdollisesti hyvin pitkään.

Aurinko näyttää myös himmentyneen aktiivisuusminimin lähestyessä. Himmentymistä on mitattu SOHO-observatorion VIRGO laitteistolla vuodesta 1996 alkaen ja sitä ennen useilla (mm. Solar Radiation and Climate Experiment, SORCE) satelliiteilla vuodesta 1978 lähtien. 

Uusin mittalaitteisto vietiin Kansainväliselle avaruusasemalla viime joulukuussa. Laitteisto on Total and Spectral solar Irradiance Sensor  ja tunnetaan lyhenteellä TSIS-1.Se kartoittaa Auringon kokonaissäteilyn määrää. Laitteistossa on toinenkin instrumentti. Se tunnetaan nimellä Spectral Irradiance Monitor ja sen tehtävänä on kartoittaa säteilyn energiat aallonpituuksittain uv-, näkyvän ja ir-aallonpituusalueilla. Kovin suurta eroa verrattuna edellisiin minimeihin ei ole, mutta kuitenkin se on selvästi havaittavissa. 

Auringon irradianssi (TSI) ja auringonpilkkujaksoilla
on kiinteä yhteys: minimin aikana Auringon säteilemä
energia on hieman vähäisempää kuin maksimin
aikana. Kuva SDO.
Mittaustulokset osoittavat, että Aurinko on himmentynyt viimeisten 35 vuoden aikana. Himmeneminen on ollut vähäistä mutta selvästi havaittavissa. Auringonpilkkujaksojen aikana keskimääräinen irradianssin vaihtelu on ollut 0,09 %. Huipusta minimiin vaihtelu on ollut laajempaa, sillä se on noin 0,3 %. Sekään ei tunnu paljolta, mutta suurimmat prosenttiluvut tulevatkin uv-säteilyn aallonpituuksilla ja sillä on puolestaan huomattava merkitys maapallon termosfäärin tilaan ja otsonin määrään. Se on myös enemmän kuin mikään planeettamme mikään yksittäinen luonnollinen lämmönlähde (esimerkiksi radioaktiiviset aineet Maan ytimessä) tuottavat.

Auringon aktiivisuuden väheneminen aiheuttaa muitakin muutoksia kuin irradiansin heikkenemistä. Uv-säteilyn määrän väheneminen johtaa yläilmakehän jäähtymiseen, jolloin se supistuu. Tämä merkitsee sitä, että satelliitteihin kohdistuva kitka vähenee mutta niin tapahtuu myös avaruusromulle. Tästä puolestaan seuraa, että romu pysyy avaruudessa pitempään kuin Auringon aktiivisina aikoina.

Merkittävin ja ehkä näkyvin muutos on se, mitä tapahtuu kosmiselle hiukkassäteilylle. Aktiivisina kausina Auringon magneettikenttä yhdessä voimakkaamman aurinkotuulen kanssa aiheuttaa kosmiselle säteilylle merkittävän jarruttavan tekijän ja tänne aurinkokuntamme sisäosiin kosmista säteilyä ei pääse läheskään niin paljo kuin minimien aikana. Minimien aikana maapallon ilmakehään osuu merkittävästi enemmän kosmista säteilyä kuin muulloin, viimeaikaiset mittaukset (SpaceWeather.com ja Earth to Sky Calculus) kertovat noin 13 % kasvua vuodesta 2015 lähtien. Kosminen säteily lisää maapallon pilvien muodostumista ja näin sillä on oma vaikutuksensa säätilaan ja jossain määrin myös ilmastoon.

Kosmisen säteilyn aiheuttama säteilymäärä on
kasvanut noin 13 % vuodesta 2015 alkaen.
Kuva SpaceWeather.com ja 
Earth to Sky Calculus
Onneksi kosminen säteily ei pääse suoraan maapinnalle asti. Säteilyn hiukkasten törmätessä maapallon ilmakehän yläosiin, se aiheuttaa sekundääristen hiukkasten vyöryn, jotka pääsevät maanpinnalle asti.

Sekundääristen hiukkasten energia on kuitenkin sen verran pieni, että merkittävää säteilykuormitusta maapinnalla ei synny. Sen sijaan lentokoneiden miehistöt ovat alttiina tälle säteilylle.

Säteilyn voimakkuus on 10 – 11 km (35 000 jalan) korkeudella noin 40-kertainen maapinnan tilanteeseen verrattuna. Toki, matkustajatkin saavat oman osansa säteilystä mutta miehistöön se kohdistuu säännöllisesti jokaisella lennolla. Yhdellä lennolla elimistöön imeytyy säteilyä suunnilleen saman verran kuin mitä hammaslääkärissä otetuissa röntgenkuvissa saadaan. Kansainvälisesti lentävän henkilöstö onkin luokiteltu työssään säteilylle altistuviksi. Luokituksen on tehnyt International Commission on Radiological Protection, ICRP.

Aikaisempia artikkeleita aiheesta


maanantai 16. huhtikuuta 2018

NASA laukaisee uuden planeettaetsijän avaruuteen


Taiteilijan näkemys TESS-observatoriosta avaruudessa.
Kuva NASA.
NASAn uusin eksoplaneettoja etsivä avaruusobservatorio Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) laukaistaan sääolojen sen mahdollistaessa avaruuteen.

Laukaisuun päästiin viimein 19.4.2018 kello 01.51 Suomen aikaa Cape Canaveralissa olevalta Ilmavoimien laukaisukeskuksesta Floridasta. Kantorakettina oli Spase X yhtiön Falcon 9 ja laukaisualusta oli numero 40.

Laukaisuikkuna oli vain 30 sekunnin mittainen, joten huono sää esti suunnitellun laukaisun aikaisemmin. Alun perin laukaisu olisi pitänyt tapahtua 16.4. mutta sitä siirrettiin kolmella vuorokaudella myrskyisän sää vuoksi.

Laukaisun jälkeen TESSin rataa muutetaan siten, että sen etäisin kohta Maasta kasvaa joka kierrokselta. Lopulta observatorio lentää Kuun ohi ja silloin sen rata muuttuu noin 30 asteen kulmaan maapallon ekvaattoritasosta. Yhteen kierokseen maapallon ympäri TESSiltä kuluu 13,7 vuorokautta. Rata on erikoinen, sillä sitä ei ole koskaan aikaisemmin käytetty Maata kiertävälle satelliitille! 

Rata on laaja mutta erikoisuus on siinä, että TESSin kiertoaika on 2:1 Kuun kiertoajan kanssa. Kiertoradan valinnalla varmistetaan maksimaallinen havaintoaika ja lisäksi observatorio on edelleen maapallon magneettikentän suojaavan vaikutuksen alueella, jolloin kosmisen säteilyn vaurioittava vaikutus vähenee merkittävästi.

TESSin neljä kameraa yhdessä kartoittavat 96×24 asteen
kenttää kerrallaan 27 vuorokauden ajan.
Kuva NASA.
TESSin tarkoitus on kartoittaa koko tähtitaivas seuraavien kahden vuoden aikana. Se käyttää samaa menetelmää kuin mitä Kepler-observatoriossa käytettiin, eli se mittaa tähtien kirkkautta. Jos kirkkaudessa havaitaan muutoksia, niin niiden aiheuttaja voi olla aikaisemmin tuntematon eksoplaneetta. Kirkkauden lisäksi TESS määrittää lähitähtien planeettojen ilmakehien spektrejä. Erityisesti tutkijat etsivät spektreistä niitä planeettoja, joiden ilmakehästä on vesihöyryä, happea ja metaania, siis kaasuja, jotka liitetään maapalolla esiintyvään elämään.

Jos sopivalla etäisyydellä tähdistään olevia eksoplaneettoja löytyy ja niiltä havaitaan ilmakehä, niin jatkotutkimukset tehdään James Webb avaruusteleskoopilla (JWST). JWST laukaistaan avaruuteen vuonna 2020.

TESSissä on kaikkiaan neljä laajakenttäistä kameraa havaintovälineenä. Kunkin kameran kuvakentän sivun pituus on 24 astetta ja neljän kameran kentät muodostavat yhdessä 96×24 asteen sektorin. Tätä sektoria kamerat kuvaavat yhden kierroksen ajan. Koko seuranta käsittää kaikkiaan noin 200 000 aurinkokuntamme lähitähteä. Tutkijat odottavat TESSin kartoituksen tuovan tietoja vähintään 300 maapallon kokoisesta ja supermaa -planeetoista. Supermaa-planeettojen koko on tässä yhteydessä rajoitettu enintään kaksinkertaiseksi verrattuna maapalloon.

Radan maapalloa lähimmässä osassa observatorio käännetään tietoliikennettä varten muutaman vuorokauden ajaksi. Tällöin kaikki mittaukset radioidaan Maahan. 
TESSin kartoittamat alueet taivaanpallosta
vuorokausina. Kuva NASA.


TESS kartoittaa yhtä kohdealuettaan vähintään 27 vuorokauden ajan. Havaintojakson jälkeen havaintoaluetta muutetaan siten, että se on jonkin verran päällekkäin edellisen havaintokentän kanssa. Näin jatkettaessa ensimmäisen toimintavuoden aikana tulee kartoitetuksi puolet taivaanpallosta ja seuraavana vuotena toinen puolisko. Observatorion kääntöakselin napa-alueet ovat jatkuvasti seurattuja. Tutkijat odottavat saavansa tietoja eksoplaneettojen lisäksi noin 20 000 muusta avaruuden kohteesta ja kappaleesta.

Lisätietoja