Asteroidi 2024 YR4 sujahtaa Maan ohi

Viime päivinä ja viikkoina jännityksessä pitänyt asteroidi 2024 YR4 ei tule törmäämään maapalloon, vaan menee läheltä ohi. Törmäystodennäköisyydeksi lasketaan tätä kirjoittaessani 0,28 prosenttia ja sen Torino asteikon lukema on 1 (Palermo asteikolla –1,23). Todennäköisesti nämäkin luvut tulevat pienenemään. Tällä hetkellä ohitusetäisyydeksi lasketaan 241 449 km, joskin virherajat ovat edelleen suuria, näillä näkymin ohittaminen tapahtuu 730 ja 532 247 km välillä.  

Toisaalta hyvin mielenkiintoista on se, että asteroidi voi törmätä Kuuhun. Tälle tapahtumalle lasketaan 1 prosentin todennäköisyyttä. Prosenttiluku ei kuitenkaan kerro sitä, että kuinka läheltä se Kuun ohittaa. Ratalaskujen mukaan lähin etäisyys vain 16 602 km, mutta laskennallisesti virherajat mukaan ottaen lyhyimmillään 1 011 km ja maksimietäisyys olisi 328 953 km. Ratalaskujen tarkentuessa kevään aikana nämä luvut tulevat todennäköisesti hieman muuttumaan.

Asteroidi 2024 YR4 törmäystodennäköisyys nostetiin 3,1 prosenttiin

Päivitys 21.2.2025. Uusimpien havaintojen mukaan törmäyksen todennäköisyys on laskenut 0,27  prosentiin.

Päivitys 20.2.2025. Uusimpien havaintojen myötä törmäyksen todennäköisyys on laskenut 1,5 prosenttiin.

Tuoreimpien havaintojen mukaan asteroidin 2024 YR4 todennäköisyys törmätä maapalloon jouluna 2032 jouduttiin nostamaan aikaisemmista arvioista nyt 3,1 prosenttiin. Lukema ei ole kovin suuri, sillä tarkoittaahan se sitä, asteroidi sujahtaa maapallon ohi 96,9 prosentin todennäköisyydellä. Tämä puolestaan on hyvin korkea todennäköisyys ja jossakin muussa asiassa näin suurella todennäköisyydellä esiintyvää ilmiötä pidettäisiin täysin varmana tapahtumana.

Torinon asteikko kuvaa PHA asteroidien aiheuttamaa riskiä. 2024 YR4 riski on luokiteltu 3,1. Asteikon keltainen väri kertoo sen, että asteroidia on tarkkailtava. Kuva Wikimedia Commons.

Aikaisemmin näin korkeaa todennäköisyyttä ja vielä siten, että havaintojen määrän kasvaessa todennäköisyys törmäykseen myös kasvaisi, ei ole koskaan havaittu. Hetkellisesti asteroidi 99942 Apophis:n törmäys vuonna 2029 tai 2036 heti löydön jälkeen vaikutti todennäköiseltä, mutta se poistui tästä kategoriasta parin vuorokauden kuluttua lisähavaintojen myötä. Nyt Apophisin törmäystodennäköisyydeksi lasketaan 2,4 prosentiksi.

Asteroidi 2024 YR4 havaitseminen on hieman ongelmallinen, sillä se löydettiin 27.12.2024. Se oli kuitenkin Maata lähimpänä pari vuorokautta aikaisemmin 25.12.2024. Sen jälkeen siitä on etsitty aikaisempia havaintoja ja tällä hetkellä ainoa aikaisempi havainto samalta hetkeltä, kun se oli Maata lähimpänä. Edelleen asteroidista on suhteellisen vähän havaintoja ja se on siirtymässä hiljalleen päivätaivaalle kevään kuluessa. Samaan aikaan sen kirkkaus himmenee etäisyyden kasvaessa ja huhtikuussa 2025 olisi havaittavissa vain suurimmilla käytössä olevilla kaukoputkilla, jos silloinkaan.

Asteroidin kiertoaika on 3,99 vuotta, joten seuraavan kerran se tulee maapallon läheisyyteen vuoden 2028 syksyllä. Silloin se on lähimmillään meitä noin 20-kertaisen Kuun keskietäisyydellä, eli yli 7 miljoonan km etäisyydellä. Silloin törmäysvaaraa ei ole. Valitettavasti etäisyys on silloin liian suuri, jotta siitä olisi mahdollista saada tutkahavaintoja. Arecibon antennilla se olisi onnistunut mutta, kuten muistetaan, se romahti vuonna 2020. Tutkahavaintojen perusteella saataisiin asteroidin rata määritettyä erittäin tarkasti, paljon tarkemmin kuin optisilla teleskoopeilla.

Mahdollinen törmäysalue on esitetty kartassa punaisella viivalla. Jos törmäysmahdollisuus osoittautuisi todelliseksi, maa-alueella väestö pitäisi evakuoida vähintään 100 km etäisyyteen tai mieluummin vielä kauemmaksi. Mereen tapahtuva törmäys aiheuttaisi tsunameja, joiden vaikutukset ulottuisivat hyvin laajalle alueelle rannikoilla. Törmäys aiheuttaisi törmäyspaikasta riippumattomia ilmastovaikutuksia useiden vuosien tai jopa useamman vuosikymmen ajaksi.

Asteroidin havaitseminen 2028 perihelin läheisyydestä lienee mahdollista maanpinnalla optisilla teleskoopeilla. Silloin viimeistään saataneen riittävästi havaintoja asteroidin radan tarkkaan määrittämiseen. Jos silloin sen rata todetaan törmäysradaksi, jää hyvin vähän aikaa törmäyksen estämiseksi. Luultavasti sitä ei edes yritettäisi ja ainoaksi tehtävissä olevaksi asiaksi jäänee asukkaisen evakuoiminen törmäysalueelta. Jos törmäyspaikka on meressä, joita on monta (Intian valtameri, Keski-Atlantti ja Tyynimeri) rantavaltioissa ongelmaksi muodostuu hyvin korkeat tsunamiaallot, jotka saisivat valtavaa tuhoa aikaan.

Torinon asteikko

Torinon asteikolla kuvataan asteroidien aiheuttamaa riskiä. Taulukko koostuu törmäysenergian määrän ja törmäystodennäköisyyden perusteella. Tällä hetkellä törmäysenergia asteroidille 2024 YR4 on noin 10 Mt TNT räjähteenä, siis noin 1000-kertaisesti Hiroshiman tuhonneen atomipommin energia (13 TNT-Kt) vuonna 1945.

Edellä esitettyjen tietojen pohjalta voidaan päätellä, että Torinon asteikon lukemaksi muodostuu 3,1. Tämä tarkoittaa sitä, että asteroidia on tarkkailtava asteikon määritelmän mukaisesti.

3. Löydetty Maan lähiohittaja, jolla on yli 1% todennäköisyys törmätä Maahan ja aiheuttaa paikallista tuhoa. Vaatii tähtitieteellistä tarkkailua. Alueen viranomaisille ilmoitettava, jos mahdollinen törmäys on alle 10 vuoden päässä. On mahdollista, että uudet havainnot alentavat kohteen luokitusta luokkaan 0.

 

Muita artikkeleita aiheesta

Asteroidi 2024 YR4 lähiohittaa maapallon joulukuussa 2032

Asteroidien lähiohitus on arkipäivää

Tungosta Maan ympärillä

Uhkakuva avaruudesta

OSIRIS-Rex:lle uusi tehtävä

Apophis poistetiin ESAn riskiluettelosta

Apophis ohitti Maan

 

Ensimmäiset 3D-havainnot eksoplaneetan ilmakehästä ovat paljastaneet ainutlaatuisen ilmaston

 ESOn tiedote, suomennos Pasi Nurmi ESO SCIENCE OUTREACH NETWORK JA UNIVERSITY OF TURKU, TURKU, FINLAND

Tähtitieteilijät ovat ensimmäistä kertaa tehneet havaintoja Aurinkokunnan ulkopuolisen planeetan ilmakehän läpi ja kartoittaneet sen 3D-rakennetta. Yhdistämällä Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) kaikki neljä kaukoputkea tutkijat ovat havainneet voimakkaita tuulia, jotka kuljettavat mukanaan eri alkuaineita, kuten rautaa ja titaania. Tuulet muodostavat planeetan ilmakehään monimutkaisia sääilmiöitä. Löytö avaa mahdollisuuden näiden outojen maailmojen kemiallisen koostumuksen ja sään yksityiskohtaiseen tutkimiseen.

Tylos (tai WASP-121b) on kaasujättiläiseksoplaneetta, joka sijaitsee noin 900 valovuoden päässä Peräkeulan-tähdistössä. Tutkijat ovat pystyneet tutkimaan sen ilmakehää ja paljastamaan sen 3D-rakenteen ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) ESPRESSO-instrumentin avulla. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tämä on ollut mahdollista aurinkokunnan ulkopuoliselta planeetalta. 

Tylosin ilmakehä jakaantuu kolmeen kerrokseen, joista alimpana on rautatuulet, sitten hyvin nopea natriumsuihkuvirta ja lopuksi ylempi kerros vetytuulia. Tällaista ilmastoa ei ole ennen nähty millään planeetalla.

Kuva: ESO/M. Kornmesser

”Planeetan ilmakehän käyttäytyminen haastaa käsityksemme siitä, miten sää toimii - ei vain maapallolla vaan kaikilla planeetoilla. Tämä tuntuu olevan kuin scifiä”, sanoi Julia Victoria Seidel, Chilessä sijaitsevan EUROOPAN ETELÄISEN OBSERVATORION (ESO) tutkija ja tänään NATURE-lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja.

Planeetta WASP-121b (tunnetaan myös nimellä Tylos) sijaitsee noin 900 valovuoden päässä Peräkeulan-tähdistössä. Se on erittäin kuuma Jupiter, kaasujättiläinen, joka kiertää tähteään niin lähellä, että sen vuosi kestää vain noin 30 tuntia. Lisäksi planeetan toinen puoli on polttavan kuuma, koska se on aina tähteä kohti, kun taas toinen puoli on paljon viileämpi.

Tutkimusryhmä on nyt kurkistanut syvälle Tylosin ilmakehään paljastaen eri kerroksissa esiintyviä erillisiä tuulia muodostaen ilmakehän 3D-rakenteen kartan. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tähtitieteilijät ovat pystyneet tutkimaan aurinkokuntamme ulkopuolisen planeetan ilmakehää näin perusteellisesti ja yksityiskohtaisesti.

”Se, mitä löysimme, oli yllättävää: suihkuvirta kierrättää ainetta planeetan päiväntasaajan ympärillä, kun taas erillinen virtaus ilmakehän alemmissa kerroksissa siirtää kaasua kuumalta puolelta viileämmälle puolelle. Tällaista ilmastoa ei ole koskaan aiemmin nähty millään planeetalla”, sanoi Seidel, joka on myös tutkijana LAGRANGEN LABORATORIOSSA, joka on osa ranskalaista OBSERVATOIRE DE LA CÔTE D'AZURIA. Havaittu suihkuvirta peittää puolet planeetasta, ja sen kohdatessa Tyloksen kuuman puolen se kiihtyy ja sekoittaa rajusti ilmakehän yläosaa. ”Jopa Aurinkokunnan voimakkaimmat hurrikaanit vaikuttavat siihen verrattuna rauhallisilta”, hän lisäsi.

Eksoplaneetan ilmakehän kolmiulotteisen rakenteen selvittämiseksi tutkimusryhmä käytti ESO:n VLT:n ESPRESSO-instrumenttia, jonka avulla ESO:n neljän suuren yksikköteleskoopin valo yhdistettiin yhdeksi signaaliksi. Tämä VLT:n yhdistetty toimintamoodi kerää neljä kertaa enemmän valoa kuin yksittäinen teleskooppi, mikä paljastaa kohteesta himmeämpiä yksityiskohtia. Havaitsemalla planeettaa yhden kokonaisen tähden ylikulun ajan, ESPRESSO pystyi havaitsemaan merkkejä useista eri alkuaineista, ja siten tutkimaan ilmakehän eri kerroksia.

”Pystyimme VLT:n avulla tutkimaan eksoplaneetan ilmakehän kolmea eri kerrosta yhdellä kertaa”, sanoi yksi tutkimuksen tekijöistä Leonardo A. dos Santos, apulaistähtitieteilijä SPACE TELESCOPE SCIENCE INSTITUTESSA Baltimoressa, Yhdysvalloissa. Tutkimusryhmä seurasi raudan, natriumin ja vedyn liikkeitä, minkä ansiosta he pystyivät tarkkailemaan planeetan ilmakehän syvissä, keskikerroksissa ja matalissa kerroksissa sijaitsevia tuulia. ”Tällaisia havaintoja on hyvin haastavaa tehdä avaruusteleskoopeilla, mikä korostaa eksoplaneettojen maanpäällisten havaintojen tärkeyttä”, hän lisäsi.

On mielenkiintoista, että havainnot paljastivat myös suihkuvirran alapuolella olevan titaanin olemassaolon, kuten ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS -lehdessä julkaistussa oheistutkimuksessa korostetaan. Tämä oli toinen yllätys, sillä aiemmat havainnot planeetasta olivat osoittaneet, että tätä alkuainetta ei ole, joka johtuu mahdollisesti siitä, että se on piilossa syvällä ilmakehässä.

”On todella uskomatonta, että pystymme tutkimaan useita yksityiskohtia, kuten planeetan kemiallista koostumusta ja säämalleja, näin kaukaa”, sanoi Bibiana Prinoth, RUOTSIN LUNDIN YLIOPISTON ja ESO:n tohtorikoulutettava, joka johti oheistutkimusta ja on yksi NATURE-artikkelin kirjoittajista.

Pienempien, maankaltaisten planeettojen ilmakehän selvittämiseksi tarvitaan kuitenkin suurempia teleskooppeja. Niihin kuuluu muun muassa ESO:n ELT-teleskooppi (Extremely Large Telescope), joka on parhaillaan rakenteilla Chilen Atacaman autiomaassa. ”ELT tulee muuttamaan merkittävästi planeettojen ilmakehän tutkimista”, Prinoth sanoi. ”Tämän kokemuksen jälkeen minusta tuntuu, että olemme paljastamassa uskomattomia asioita, joista voimme nyt vain haaveilla.”

Uusiutuvan novan T CrB purkaus lähestyy

Thüringenin osavaltion observatorio (Saksa) on havainnut^[1] aktiivisesti uusiutuvaa novaa T Corona Borealista (T CrB). Se on purkautunut noin 80 vuoden syklillä ja viime vuonna havaittiin sen kirkkauden himmeneminen. Historiallisesta datasta selviää, että himmeneminen on ennakkomerkki tulevasta purkauksesta. Purkauksen odotettiin tapahtuvan viime vuoden lopulla, mutta purkauksesta ei ole ollut mitään havaintoja.

Nyt, parin viime viikon aikana, Thüringenissä on havaittu H-alfa (656,0 nm) ja H-beeta (486,0 nm) aallonpituuksilla spektriviivojen merkittävää kirkastumista. Kirkastumisen huiput ovat viimeisten havaintojen mukaan noin viisinkertaisia perustasoon nähden. Spektriviivojen efektiivinen leveys on kaksinkertaistunut tammikuun loppupuolen ja helmikuun alkupuolen välisenä aikana. Vastaavaa kirkastumista ei kuitenkaan ole havaittu nova visuaalisessa kirkkaudessa.

H-alfa spektriviivat osoittavat merkittäviä muutoksia, jotka johtuvat lähestyvästä novapurkauksesta. Vastaavia muutoksia on havaittu monella muulla aallonpituudella. Kuva Thüringenin osavaltion observatorio.

 

Novan emissiospektrissä on edellisten tapahtumien lisäksi havaittu spektriviivoja, joiden esiintyminen edellyttää vähintään 40 000 K lämpötilaa. Nämä He I (587,56678 nm) ja He II (476,86 nm) spekriviivat ovat peräisi kertymäkiekosta. Näyttääkin siltä, että kertymäkiekossa on tapahtunut tiivistymistä, nopeuden kasvua ja lämpötilan nousua. Nämä tapahtumat myös ennakoivat lähestyvää purkausta.

Kevätkausi 2025

Corona Borealis -tähdistö sijaitsee korkealla pohjoisella tähtitaivaalla ja osa siitä on sirkumpolaarinen, siis osa siitä ei laske horisontin alapuolella lainkaan. T CrB sijaitsee kuitenkin tähdistön eteläosassa ja tästä syystä se käväisee horisontin alapuolella noin kolmen tunnin ajan, joka vuorokausi. Vuoden ajasta sitten riippuu se, milloin tämä tapahtuu.

Helmikuussa T CrB on korkeimmillaan (transit) on aamun tunteina. Korkeimmillaan nova on aina 54,3° korkeudessa. Helmikuussa se on riittävän korkealla novahavaintoja ajatellen aamuyön aikana, jolloin astronomista pimeyttä riittää noin kello 6 asti.

Maaliskuussa korkein hetki on siirtynyt pari tuntia aikaisemmaksi, joten havaintoja voisi aloitella alkaen kello 3 aikoihin. Toki sitä voi havainnoida koko yön.

Huhtikuussakin riittää vielä pimeitä öitä ainakin Etelä-Suomen alueella. Tampereella astronominen pimeys päättyy 17.4. päivän tienoilla ja Helsingissäkin 21.4. aikoihin. Novan on korkeimmillaan aamuyön tunteina ja havainnot voisi ajoittaa jo puoliltaöin alkavaksi.

Toukokuussa yötaivas on vaalentunut merkittävästi. Astronominen hämärä päättyy Tampereella 6.5. ja Helsingissä 11.5. Astronomisen hämärän aika on kyllä vielä riittävän pimeä, jotta nova näkynee paljain silmin, jos se saavuttaa ennustetun m_v=2 kirkkauden. Silloin sitä kuitenkin täytyy havaita sen ollessa korkeimmillaan, sillä ilmakehä vähentää kohteiden näkyvää kirkkautta jopa Dm_v= 1,5. Nova on kuitenkin horisontin yläpuolella koko lyhyen yön ajan, joten havainnot voisi ajoittaa yön pimeimpään hetkeen puoliltaöin alkavaksi.

Kesäyöt ovat liian valoisia muualla kuin aivan etelärannikolla, jotta novaa voisi havaita. Kesäkuussa nova on korkeimmillaan jo ennen vuorokauden vaihtumista, joten ajoittamalla havainnot yön pimeimmille tunneille, niin etelärannikolla siitä ehkä voisi tehdä havaintoja ainakin alkukuusta.

 

Lisää luettavaa

Tässä artikkelissa on kerrottu T CrB:sta perusteellisemmin

Kerran elämässä: T Coronae Borealis kirkastuu lähiaikoina

 

Viitaukset

[1] Observatoriossa tässä käytössä on ollut Alfred Jensch teleskooppi, jonka pääpeilin halkaisija on 2 metriä.

Aurinkomyrsky synnytti kaksi uutta ja väliaikaista säteilyvyötä Maan ionosfääriin

Toukokuun 10. päivänä alkanut aurinkomyrsky tuotti niin runsaasti energisiä protoneita ja elektroneita, että niistä syntyi väliaikaisesti kaksi uutta Van Allenin vyötä maapallon ionosfääriin. Energisistä protoneista, joiden energia oli välillä 6,8 – 20 MeV muodostunut vyö sijoittui noin kahden Maan säteen (2 R_⊕) etäisyydelle pallomme keskipisteestä. Elektroneista, joiden energia oli 1,3 – 5 MeV sijoittui laajemmalle alueelle, joka alkoi noin 2,5 Maan säteen etäisyydestä ja päättyi 3,5 Maan säteen etäisyyteen. Tavallisesti tällä etäisyydellä ei esiinny relativistisia elektroneja.

Kaksi uutta säteilyvyöhykettä, jotka on merkitty violetilla, säilyivät kuukausia toukokuun 2024 aurinkomyrskyn jälkeen. (NASA/Goddardin avaruuslentokeskus/Kristen Perrin).

Uusi protonipilvi vaikutti hyvin stabiililta, se oli havaittavissa yli kuukauden magneettisen myrskyn jälkeen ja tutkijat arvioivat sen olevan vielä havaittavissa vuodenkin jälkeen.

Van Allenin vyöhykkeet ovat protoneista ja elektroneista koostuvia varattujen hiukkasten vöitä Maan magnetosfäärissa. Alempi vyöhyke sijaitsee 1 000 – 12 000 km korkeudella tai L = 1,2 – 3 R_⊕ etäisyydellä. Tämä alempi vyöhyke koostuu pääosin protoneista. Van Allenin vyöhykkeen hiukkasia ei alle 200 km korkeudessa juurikaan esiinny mutta Etelä-Atlantin anomalian alueella niitä esiintyy kaikkein runsaimmin tällä korkeudella. Etelä-Atlantin anomalia johtuu siitä, että Van Allenin vyöhykkeet ovat symmetrisiä magneettikentän keskiakselin (keskipisteen) suhteen, joka poikkeaa jonkin verran Maan barysentrisestä keskipisteestä. Etäisyyttä tästä magneettisesta keksipisteestä merkitään kirjaimella L.

Ulompi Van Allenin vyöhyke sijaitsee 13 000 – 60 000 km korkeudella (L = 3 – 10 R_⊕ etäisyydellä magneettisesta keskipisteestä) ja se ulottuu noin 65 ° leveyspiirille. Se sisältää elektroneja (joiden energia on 0,1 – 10 MeV) ja protoneja, joiden energia ylittää 100 MeV. Elektronitiheys on suurin L= 4 – 5 R_⊕ ja se heikkenee nopeasti ulospäin mentäessä.

Kaavio, jossa näkyy Van Allenin säteilyvyöhykkeiden sijoittelu. (Booyabazooka/Wikimedia Commons/Public Domain) (Booyabazooka/Wikimedia Commons/Public Domain).

Van Allenin vyöhykkeet saavat täydennystä aurinkotuulesta ja kosmisesta säteilystä. Vyöhykkeet menettävä elektroneja ja protoneja Maan ilmakehään, johon ne ovat kosketuksessa alimmilta osiltaan. Ulompi vyöhyke on sisempää suurempi ja sen hiukkastiheys vaihtelee voimakkaasti kulloisen avaruussään mukaan. Uloimmassa vyöhykkeessä on myös erilaisia ioneja kuten alfahiukkasia ja O⁺ happi-ionea.

Säteilyvyöhykkeistä johtuen Maata kiertävät satelliitit ja tutkimusluotaimet ovat alttiina kaiken aikaan voimakkaalle hiukkasäteilylle. Esimerkiksi Kansainvälisellä avaruusasemalla miehistöön kohdistuu vähintään 25 sievertin vuosittainen säteilyannos.

Kolmas säteilyvyöhyke havaittiin vuonna 2013 ja se sisältää runsaasti energeettisiä hiukkasia. Tämä vyöhyke saa hiukkasensa koronamassapurkauksista, joten sen havaitseminen magneettisen myrskyn jälkeen ei ollut pelkkä sattuma. Hiukkaset ovat hyvin nopeita.

PUNCH-observatoriot lähdössä

PUNCH-observatorioiden laitekohtaiset havaintokohteet. Kuva NASA.

Polarimeter to UNify the Corona and Heliosphere, eli lyhyemmin PUNCH on NASA:n Small Explorer (SMEX) -tehtävä, jonka tarkoituksena on ymmärtää paremmin, miten Auringon koronan massa ja energia muuttuvat Aurinkokunnan täyttäväksi aurinkotuuleksi.

Joka sekunti yli 300 000 tonnia plasmaa lähtee Auringosta ja poistuu avaruuteen. Tästä poistuvasta plasmasta muodostuu aurinkotuuli ja se vaikuttaa kaikkeen Aurinkokunnassa, myös Maahan. Se aiheuttaa kauniit revontulet, se aiheuttaa myös avaruussään, joka pahimmillaan saattaa uhata sähköverkkoja, satelliitteja ja astronautteja. PUNCH seuraa ensimmäistä kertaa aurinkotuulta jatkuvasti koko avaruuden läpi, jotta voimme ymmärtää paremmin Aurinkoa, aurinkotuulta ja niiden vaikutuksia ihmiskuntaan.

Neljä PUNCH -observatorioita sijoitetaan aurinkosynkroniselle Maata kiertävälle radalle. Kuva NASA.

Kukin neljästä PUNCH-avaruusaluksesta on hieman yli metrin pituinen, ja siinä on yksi instrumentti +Z-kannella (jota pidetään lennon aikana zeniitin suuntaan). Kukin avaruusalus tukee kolmiakselista suuntausta (muutaman kaarisekunnin tarkkuudella), nopeaa tiedonvälitystä kaksikaistaisella downlinkillä, kiertoradan korjaustyöntövoimaa ja kehittynyttä autonomista vikakorjausta. Neljä avaruusalusta laukaistaan ja asetetaan kiertoradalle yhdestä kantoraketista.

PUNCH neljä observatoriota sijoitetaan 570 km korkeudella olevalle aurinkosynkroniselle radalle siten, että jokaisella luotaimelle on hyvä näkyvyys Auringon suuntaan. Lähdön jälkeen seuraa kolmen kuukauden jakso, jonka aikana laitteet otetaan käyttöön ja niiden toiminta tarkistetaan ja kalibroidaan. Sen jälkeen observatoriot siirretään lopulliseen asemaan Maan kiertoradalla ja kuvaaminen aloitetaan.

Kuvantamisen aikana kuvien kuvaussuuntaa käännetään synkronoidusti 30 astetta aina kun observatoriot ovat siirtyneet radallaan kolmekymmentä astetta.

Havaintolaitteet

Observatorioista yhdellä on kapeakenttäkamera (Narrow Field Imager, NFI), joka kuvaa rengasmaisen kuvakentän (FOV) Auringon ympäriltä. Kolmella observatoriolla on laajakenttäkamera (Wide Field Imager, WFI). Nämä kamerat ovat rakenteellisesti korografeja, sillä niiden kohde on Auringon korona ja jos Aurinko olisi näkyvissä kuvissa, niin silloin koronaa ei näkyisi.

PUNCH-observatorioiden kuvakentät, jotka ovat nimetty kameroiden mukaan. Keltainen piste kuvan keskellä on Aurinko ja kehät ovat kuvakenttien rajat. NFI-observatorion kuvakentässä oleva Aurinko on estetty näkymästä peitinlevyllä. WFI-oservatorioissa Aurinko ei suoranaisesti ole kuvakentässä mutta sen aiheuttama hajavalo on "sammutettu" kameran hajavalo estoilla (baffle) ja valoansoilla (light trap). Kuva NASA.

Kaikkien neljän observatorioiden toiminta on synkronoitu lennon aikana. Kahdeksan minuutin välein kukin PUNCH-luotain ottaa seitsemän kuvaa: yhden polarisoimattoman kuvan ja kuusi polarisoitua kuvaa kahdessa kolmen kuvan sarjassa. Kuvat yhdistetään maassa 3D-kuviksi. PUNCHilla on avoimen datan politiikka, ja kaikki tiedot ovat vapaasti kaikkien käytettävissä mihin tahansa tarkoitukseen.

Lisäksi yhdessä observatoriossa on opiskelijoiden toimittama röntgenspektrometri, STEAM. Se on sijoitettu NFI observatorioon.

NFI-kamera muistuttaa eniten perinteistä kaukoputkea. Koronagrafiksi sen tekee Auringon peittävä peitinlevy. Kuva NASA.

Narrow Field Imager (NFI) on pienikokoinen ulkoisesti peittävä koronagrafi, jonka kuvakenttä on samanlainen kuin SOHO/LASCO-C3:n: 6 – 32 R_☉ taivaalla. Ulkoinen varjostin estää suoraa auringonvaloa pääsemästä optiseen pääaukkoon, joka tarkastelee Auringon ympärillä olevaa koronaa ja tähtikenttää yhdistelmälinssijärjestelmän avulla. Polarisaatio erotetaan käyttämällä polarisoivaa suodatinpyörää (PFW), ja kuvasensori on CCD-tyyppinen (CCA), jossa on 2k × 2k pikselin aktiivinen ilmaisinalue.

 

WFI-kameran "hallitsevana elementtinä" on sen hajavaloa estävät rakenteet. Kuva NASA.

Wide Field Imager (WFI) on STEREO/HI:hen perustuva laajakenttäinen heliosfäärikamera (HI). Se kuvaa taivasta 18 – 180 R_☉ alueelta. HI-mallit ovat analogisia koronagraafien kanssa, mutta niiden kuvan muoto on neliö eikä pyöreä. WFI heikentää suoraa auringonvaloa yli 16 suuruusluokkaa. Laajakenttäakromaattinen optiikka perustuu kuuluisaan Naglerin okulaariin käänteisellä geometrialla. Polarisaatiossa ja havaitsemisessa käytetään samoja PFW- ja CCA-malleja kuin NFI:ssä.

STEAM edistää ymmärrystä auringonpurkauksista ja auttaa selvittämään, miksi Auringon korona on paljon kuumempi kuin Auringon pinta, mittaamalla keskeisten alkuaineiden pitoisuuksia ja lämpötilaa auringonpurkauksissa ja aktiivisilla alueilla. Tämä tehdään mittaamalla Auringon röntgenspektriä hiljaisissa olosuhteissa, näkyvillä aktiivisilla alueilla ja auringonpurkausten aikana.

PUNC observatorioiden toiminta aika on noin 2 vuotta. Niiden piti lähteä avaruuteen jo kaksi vuotta sitten, mutta Covid-19 pandemia myöhästytti laitteiden valmistumista. Nyt aikaisin lähtöpäivä on helmikuun 27. päivä. Kantorakettina on SpaceX yhtiön Falcon 9 ja lähtö tapahtuu Vanderbergin avaruuskeskuksesta Kaliforniasta. Yhtä aikaa samalla kantoraketilla viedään avaruuteen myös SPHERex -observatorio.

 

SPHEREx aloittaa tehtävänsä

NASAn uusi maailmakaikkeuttahavaitseva tutkimusluotain SPHEREx on valmistunut ja sen on määrä lähteä avaruuteen helmikuun 27. päivänä yhdessä PUNC-avaruusobservatorioiden kanssa SpaceX yhtiön Falcon 9 kantoraketilla. Lähtöpaikka on Vandenberg Space Force Base Kaliforniassa.

Havainnekuva SPHEREx -observatoriosta Maata kiertävällä radalla. Kuva NASA/JPL.

Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer (SPHEREx) -tehtävä on suunniteltu kaksivuotiseksi, ja sen rahoitus on 242 miljoonaa dollaria (ei sisällä laukaisukustannuksia).

Observatorio tekee havaintoja sekä optisessa että lähi-infrapuna-valossa. Tähtitieteilijät keräävät tehtävän avulla tietoja yli 450 miljoonasta galaksista sekä yli 100 miljoonasta tähdestä omassa Linnunradassamme. Jotkut kohteet ovat niin kaukana, että niiden valo on kestänyt 10 miljardia vuotta saapuakseen Maahan. Linnunradasta kartoitetaan vettä ja orgaanisia molekyylejä tähtijoukoista ja erityisesti tähtien syntymisalueilta.

Tavoitteet

SPHEREx tekee havainnot koko taivaan alalta kuuden kuukauden välein käyttäen Maan satelliiteista ja Marsin avaruusaluksista omaksuttuja tekniikoita. Tehtävä luo kartan koko taivaasta 102 eri aallonpituusalueilta, mikä ylittää huomattavasti aiempien koko taivaan kattavien karttojen aallonpituuksien määrän. Se myös yksilöi kohteita, joita voidaan havaita yksityiskohtaisemmin muilla avaruusobservatorioilla, kuten NASAn James Webb -avaruusteleskoopilla ja Wide Field Infrared Survey Telescope -teleskoopilla.

SPHEREx on NASA:n Medium Explorer -tehtävä, jonka tarkoituksena on

· kartoittaa inflaation fysiikkaa mittaamalla inflaation jälkiä aineen kolmiulotteisessa laajamittaisessa jakautumisessa
· jäljittää galaktisen valontuotannon historiaa mittaamalla syvällä monikaistaisella mittauksella suuren mittakaavan klusteroitumista
· tutkia veden ja biogeenisten jäiden runsautta ja koostumusta tähtien ja planeettakiekkojen muodostumisen alkuvaiheissa.

SPHERExillä saadaan lähi-infrapunan 0,75 – 5,0 µm:n spektrejä koko taivaalta. Se toteuttaa yksinkertaisen instrumenttirakenteen, jossa on yksi havaintomoodi, jolla kartoitetaan koko taivas neljä kertaa sen nimellisen 25 kuukauden mittaisen tehtävän aikana. SPHERExillä on myös vahvaa tieteellistä synergiaa muiden operaatioiden ja observatorioiden kanssa, ja sen tuloksena syntyy rikas spektriarkisto, josta on hyötyä lukuisissa tieteellisissä tutkimuksissa.

SPHEREx-avaruusteleskooppi valottaa inflaatioksi kutsuttua kosmista ilmiötä.

Ensimmäisen 10^-36 sekunnin aikaan alkuräjähdyksen jälkeen maailmankaikkeuden koko kasvoi 10²⁴ -kertaiseksi. Tämä inflaatioksi kutsuttu lähes hetkellinen tapahtuma tapahtui lähes 14 miljardia vuotta sitten, ja sen vaikutukset näkyvät nykyään universumin aineen laajamittaisessa jakautumisessa. Kartoittamalla yli 450 miljoonan galaksin jakautumisen SPHEREx auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin tämän äärimmäisen kosmisen tapahtuman taustalla olevaa fysiikkaa.

Observatorio mittaa lähellä ja kaukana sijaitsevien galaksien yhteistä loistetta.

Tutkijat ovat yrittäneet arvioida kaikkien galaksien kokonaisvalotehoa kosmisen historian aikana tarkkailemalla yksittäisiä galakseja ja ekstrapoloimalla ne maailmankaikkeuden triljooniin galakseihin. SPHEREx-avaruusteleskooppi käyttää toisenlaista lähestymistapaa ja mittaa kaikkien galaksien kokonaisvalonhehkua, mukaan lukien galaksit, jotka ovat liian pieniä, liian hajanaisia tai liian kaukana, jotta muut teleskoopit voisivat helposti havaita niitä. Yhdistämällä tämän kokonaishehkun mittaaminen muiden teleskooppien yksittäisiä galakseja koskeviin tutkimuksiin tutkijat saavat täydellisemmän kuvan kaikista maailmankaikkeuden tärkeimmistä valonlähteistä.

Linnunradasta etsitään elämän keskeisiä rakennusaineita.

Elämää sellaisena kuin me sen tunnemme, ei olisi olemassa ilman veden ja hiilidioksidin kaltaisia perusaineita. SPHEREx-observatorio on suunniteltu etsimään näitä molekyylejä jäätyneinä tähtienvälisissä kaasu- ja pölypilvissä, joissa tähdet ja planeetat muodostuvat. Tehtävä määrittää näiden jäisten yhdisteiden sijainnin ja runsauden galaksissamme, mikä antaa tutkijoille paremman käsityksen niiden saatavuudesta vasta muodostuvien planeettojen raaka-aineissa.

Rakennekaavio SPHEREx:n suojakartiosta ja havaintolaitteistosta. Kuva NASA/JPL.

SPHEREx lisää NASAn avaruusteleskooppien ainutlaatuisia vahvuuksia.

NASAn Hubblen ja Webbin kaltaiset avaruusteleskoopit ovat zoomanneet maailmankaikkeuden moniin kolkkiin ja näyttäneet meille planeettoja, tähtiä ja galakseja korkealla resoluutiolla. Mutta joitakin kysymyksiä - kuten kuinka paljon valoa kaikki maailmankaikkeuden galaksit yhdessä säteilevät? - voidaan vastata vain tarkastelemalla kokonaisuutta. Tätä varten SPHEREx-observatorio tuottaa karttoja, jotka kattavat koko taivaan. SPHERExin havaitsemia tieteellisesti kiinnostavia kohteita voidaan sitten tutkia tarkemmin Hubblen ja Webbin kaltaisilla kohdennetuilla teleskoopeilla.

SPHEREx-observatorio tekee kaikkien aikojen värikkäimmän koko taivaan kartan.

SPHEREx-observatorio "näkee" infrapunavalon. Ihmissilmä ei voi havaita tätä aallonpituusaluetta, ja se on ihanteellinen tähtien ja galaksien tutkimiseen. Spektroskopiaksi kutsutun tekniikan avulla teleskooppi voi jakaa valon sen eri väreihin (yksittäisiin aallonpituuksiin) ja näin mitata kosmisten kohteiden etäisyyttä ja saada tietoa niiden koostumuksesta.

SPHERExin spektroskooppisen kartan avulla tutkijat voivat havaita todisteita galaksissamme olevista kemiallisista yhdisteistä, kuten vesijäästä. He eivät ainoastaan mittaa maailmankaikkeutemme galaksien lähettämän valon kokonaismäärää, vaan myös havaitsevat, kuinka kirkas tämä kokonaishehku oli kosmisen historian eri vaiheissa. Lisäksi he kartoittavat satojen miljoonien galaksien 3D-sijainnit tutkiakseen, miten inflaatio on vaikuttanut maailmankaikkeuden nykyiseen laajamittaiseen rakenteeseen.

Avaruusaluksen kartiomainen rakenne auttaa sitä pysymään kylmänä ja näkemään heikot kohteet.

Tehtävän infrapunateleskoopin ja -ilmaisimien on toimittava noin –210 °C lämpötilassa. Tämä johtuu osittain siitä, että ne eivät pysty tuottamaan omaa infrapunavaloa, joka saattaisi peittää kosmisten lähteiden heikon valon. Kylmänä pitämiseksi ja samalla avaruusaluksen suunnittelun ja toiminnan yksinkertaistamiseksi SPHEREx käyttää täysin passiivista jäähdytysjärjestelmää - sähköä tai jäähdytysaineita ei käytetä normaalin toiminnan aikana. Keskeistä tämän saavutuksen mahdollistamisessa on kolme kartiomuotoista fotonisuojaa, jotka suojaavat teleskooppia Maan ja Auringon lämmöltä, sekä suojien alla oleva peilirakenne, joka ohjaa lämpöä laitteesta ulos avaruuteen. Nämä fotonisuojat antavat avaruusalukselle sen tunnusomaiset ääriviivat.

Havaintolaitteet

SPHEREx:n teleskoopin kaaviollinen rakenne. Valo kulkee pääpeilin M1 jälkeen kahden apupeilin  M2 ja M3 kautta. Sen jälkeen on edessä säteenjakaja joka jakaa aallonpituuden perusteella saapuvan valon eri havaintoinstrumentteihin. Yläkuvassa on teleskoopin kokoonpano ja kuvakentän jakaminen eri aallonpituuksiin kiinteiden suodattimien avulla. Kuva NASA/JPL.

SPHEREx on toteutettu yksinkertaisella ja vankalla rakenteella, joka maksimoi aallonpituuksien läpimenon. Tämä tapahtuu ilman liikkuvia osia, lukuun ottamatta aukon kannen kertaluonteista poistamista.

SPHERExin suunnittelussa käytetyt ominaisuudet ovat osoittautuneet tehokkaiksi aiemmissa tehtävissä, ja niihin kuuluvat muun muassa seuraavat:

· 20 cm:n täysalumiininen teleskooppi, jossa on laaja 3,5° x 11° laaja kuvakenttä, joka on jaettu kahdesti säteenjakajan kautta.
· Kuusi 2K x 2K HgCdTe-ilmaisinrivistöä. Nämä H2RG-matriisit on hyväksytty James Webb -avaruusteleskoopin avaruushavaintoja varten, ja ne perustuvat pitkään menestyksekkääseen historiaan avaruuslaitteissa, joissa on käytetty pienempiä matriiseja.
· Kuusi lineaarista läpäisevää suodatinta (LVF) spektrien tuottamiseen. Kunkin lähteen spektri saadaan liikuttamalla teleskooppia LVF:n aallonpituuden vaihtelusuunnassa erillisin askelin. Tätä menetelmää demonstroitiin New Horizonsin LEISA-järjestelmällä, jolla saatiin erinomaisia spektrikuvia Jupiterista ja Plutosta.

Kansainvälinen yhteistyö

SPHERExin tutkija tohtori Jamie Bock johtaa tutkimusta. Kalifornian teknologiainstituutti ja Jet Propulsion Laboratory kehittävät SPHERExin hyötykuorman. Avaruusaluksen toimitti BAE Systems (aiemmin Ball Aerospace).

Korea Astronomy and Space Science Institute toimitti kryogeenisen testikammion, joka ei lennä. Tiedot asetetaan julkisesti saataville infrapunakäsittely- ja analyysikeskuksen kautta.

Caltech/JPL:n ja kansainvälisten tutkijoiden lisäksi SPHEREx-tiimiin kuuluu tutkijoita eri puolilta maata sijaitsevista yliopistoista ja tutkimuslaitoksista. Mukana ovat mm. UC Irvine, Ohion valtionyliopisto, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Arizonan valtionyliopisto, Arizonan yliopisto, Rochesterin teknillinen korkeakoulu, Argonnen kansallinen laboratorio ja Johns Hopkinsin yliopisto.