Hubble 35 vuotta

Tasan 35 vuotta sitten käynnistettiin yksi avaruustutkimuksen merkittävimmistä menestystarinoista: Hubble-avaruusteleskooppi. NASA:n ja Euroopan avaruusjärjestö ESA:n yhteinen hanke on ollut paitsi tieteellinen voimannäyte myös visuaalisesti huikea ikkuna avaruuden syvyyksiin.

Hubble sijoitettiin Maan kiertoradalle 24. huhtikuuta 1990 sukkula Discoveryn (STS-31) kyydissä. Alun perin 15 vuoden toiminta-ajalle suunniteltu teleskooppi ei ole vain ylittänyt odotukset – se on mullistanut ymmärryksemme maailmankaikkeudesta.

Hubble avaruudessa. Kuva NASA/ESA.

Näkyjä valon tuolla puolen

Hubble on tuottanut ennennäkemättömän tarkkoja kuvia galakseista, tähtisumuista, eksoplaneettajärjestelmistä sekä tähtien ja planeettakuntien syntyalueista. Sen ikonisiin saavutuksiin kuuluvat muun muassa Hubble Deep Field ja Ultra Deep Field -kuvat, jotka paljastivat tuhansia galakseja taivaan mitättömältä kaistaleelta.

Tieteellisesti teleskooppi on ollut avainroolissa universumin laajenemisnopeuden mittauksissa, pimeän energian hahmottamisessa ja eksoplaneettojen ilmakehien tutkimuksessa. Hubble on kuvannut supernovia, galaksien törmäyksiä ja tähtien syntyalueita tavalla, jota ei aiemmin pidetty mahdollisena.

Hubblen kameran tarkkuutta on parannettu kahdella huoltolennolla asennetuilla lisälaitteella ja uudella kameralla. Vasemmalla korjaamaton kuva, heti Hubblen kiertoradalle asettamisen jälkeen. Keskellä on samasta kohteesta vuoden 1993 tehdyn ensimmäisen huoltolennon jälkeen vuonna 1994 otettu kuva, joka osoittaa erotuskyvyn korjaantuneen merkittävästi. Kuva oikealla on otettu vuoden 2009 huoltolennolla asennetulla Wide Field Camera 3 -kameralla, joka osoittaa vieläkin suurempaa erotuskykyä. Kuva Wikimedia Commons.

Epäonnesta täysosumaksi

Hubble ei kuitenkaan aloittanut uraansa ongelmitta. Pian laukaisun jälkeen huomattiin, että sen pääpeili oli hiottu väärin – tuloksena oli epätarkkoja kuvia, jotka hädin tuskin ylsivät maanpinnalta otettujen kuvien tarkkuuteen. Vuonna 1993 tehdyllä huoltolennolla astronautit asensivat COSTAR-korjausjärjestelmän, joka palautti kuvanlaadun suunnitellulle tasolle, noin 0,1 kaarisekuntiin. Tämä pelastusoperaatio oli yksi avaruussukkulaohjelman suurista onnistumisista.

Vuosien varrella Hubblea on huollettu viidesti. Viimeisin huoltolento vuonna 2009 toi mukanaan muun muassa uuden Wide Field Camera 3:n. Tämän jälkeen teleskooppi on toiminut ilman mekaanista huoltoa, mutta insinöörit ovat onnistuneet ratkaisemaan etäyhteydellä useita teknisiä ongelmia, kuten gyroskooppivikoja ja järjestelmävirheitä.

Hubble huollettavana ensimmäisellä huoltolennolla vuonna 1993. Kuva NASA.

Hubble & Webb – täydentävä kaksikko

Vuodesta 2021 lähtien Hubble on toiminut rinnakkain James Webb -avaruusteleskoopin kanssa. Siinä missä Webb katsoo infrapuna-aallonpituuksilla kauemmas ja ajallisesti syvemmälle menneisyyteen, Hubble täydentää havaintoja näkyvän valon ja ultraviolettialueen tarkkuudellaan.

NASA on ilmoittanut jatkavansa Hubble-projektia niin kauan kuin se vain teknisesti on mahdollista. Teleskoopin merkitys tiedeyhteisölle ja suurelle yleisölle on valtava: sen kuvista on tullut ikoneita, ja sen löytämät ilmiöt ovat synnyttäneet kokonaisia tutkimusaloja.

NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin 35-vuotispäivän kunniaksi Maan kiertoradalla on tänään julkaistu valikoima vakuuttavia kuvia, jotka Hubble on äskettäin ottanut:

Vasemmalla ylhäällä: Mars-planeetta nähtynä joulukuun 2024 lopulla. Hubblen ainutlaatuisen ultraviolettivalon paljastamat ohuet vesi-jääpilvet antavat punaiselle planeetalle huurteisen ulkonäön.

Ylhäällä oikealla: Planetaarinen sumu NGC 2899. Tämä sumu on muotoiltu säteilyn ja tähtituulten ulosvirtauksesta  valkoisesta kääpiöstä, joka on sumun keskellä.

Vasemmalla alhaalla: Rosette sumu. Tämä on pieni osa valtavaa tähtienmuodostusaluetta. Tummat vetykaasupilvet, joissa on pölyä, näkyvät kuvan poikki.

Alhaalla oikealla: Galaksi NGC 5335, joka on spiraaligalaksi, jonka kiekolla on hajanaisia ​​tähtienmuodostuksen virtoja. Merkittävä palkkirakenne on näkyvissä galaksin keskuksen poikki. Klikkaa kuvaa suuremmaksi! Kuvat NASA, ESA, STScI.

Hubblen tiede ja löydöt viime vuosina

Hubblen avulla tehdyt tutkimukset ja uudet löydöt eivät ole hidastuneet teleskoopin ikääntymisestä ja laiterikoista huolimatta. Eurooppalaiset tähtitieteilijät käyttävät teleskooppia intensiivisesti, ja eurooppalaisten johtamien ohjelmien osuus havainnointiajasta on jatkuvasti yli 15 %, jonka ESAn osallistuminen Hubble-operaatioon takaa heidän monien ehdotustensa, joilla on vahvat tieteelliset ansiot. Merkittävien tutkimusten ja niiden löytöihin, joiden havaintoihin on Hubblea käytetty, on aivan liian pitkä tähän listattavaksi. Tässä kuitenkin joitakin esimerkkejä:

Keskimassainen musta aukko Omega Centauri:ssa, joka on aikaisimpien supermassiivisten mustien aukkojen edeltäjä. Kaukana mistä tahansa isäntägalaksista peräisin olevan poikkeuksellisen kirkkaan valon välähdys, valkoisissa kääpiötähdissä fuusioituva vety ja populaatio III:n tähtien havaitseminen niin kaukaisesta maailmankaikkeudesta kuin Hubble vain pystyy havaitsemaan. Erityinen kohokohta ja osoitus Hubblen uskomattomista kyvyistä oli Earendelin löytö vuonna 2022, joka on kaukaisin koskaan nähty yksittäinen tähti 12,9 miljardin vuoden etäisyydellä menneisyydessä, kun maailmankaikkeus oli alle miljardi vuotta vanha.

Hubblen pitkästä käyttöiästä hyötynyt OPAL-ohjelma juhli aurinkokunnan ulkoplaneettojen tutkimisen vuosikymmentä. Löydöt, kuten todisteet vesihöyryn esiintymisestä Jupiterin kuilla Europa ja Ganymede , Saturnuksen renkaiden "puolat", Jupiterin suuren punaisen täplän koko sekä Uranuksen ja Neptunuksen värit ovat vain joitain tuloksena syntyneitä. Hubble sai huomion myös aurinkokunnan pienemmät kappaleet – ei vähiten asteroidi Dimorphos, DART-asteroidien uudelleenohjaustestin kohteena. Hubble otti kuvia Dimorphoksesta ennen törmäystä ja sen jälkeen Webbin rinnalla, tuottaen myöhemmin elokuvan ”roskista” ja näki törmäyksessä sinkoutuneita lohkareita. Kansalaistieteellinen projekti löysi myös tuhansia asteroidien jälkiä yli kahden vuosikymmenen arkistoiduilla Hubble-tilannekuvilla.

Aurinkokunnan ulkopuolella Hubble on ollut merkityksellinen nopeasti kasvavalla eksoplaneettojen tutkimuksen alalla. Se havaitsi sääolosuhteita eksoplaneetan ilmakehässä, näki uuden ilmakehän muodostumisen Maan kaltaisen kivisen eksoplaneetalle ja löysi pienen eksoplaneetan, jonka ilmakehässä oli vesihöyryä. Vuonna 2021 valmistui myös kuvakokoelma supernova–isäntägalakseista 18 vuoden tutkimuksen ajalta, kuvia, joita käytettiin mittaamaan Hubble-vakiota tähän asti suurimmalla tarkkuudella. Myös tänä vuonna huipentui Andromedan galaksin kaikkien aikojen suurin fotomosaiikki, joka on luotu lähinaapurimme kymmenen vuoden Hubble-havainnoista.

Tässä siis vain muutamia tärkeimpiä havaintoja, joihin on käytetty Hubblea. Voit lukea lisää havainnoista NASA:n ja ESA:n sivuilta.

 

Faktoja Hubble-avaruusteleskoopista

• Nimi: Hubble Space Telescope (HST)
• Lähtö: 24. huhtikuuta 1990, sukkula Discovery (STS-31)
• Radan korkeus: noin 540 km Maan pinnasta
• Massa: noin 11 100 kg
• Pääpeilin halkaisija: 2,4 metriä (monoliitti)
• Aallonpituudet: näkyvä valo, ultravioletti, lähi- ja etäinfrapuna
• Kehittäjät: NASA ja ESA
• Huoltolentoja: viisi vuosina 1993, 1997, 1999, 2002 ja 2009.

 

Merkittäviä virstanpylväitä

• 1990: Laukaisu ja pääpeilivirheen havaitseminen
• 1993: Huoltolento STS-61 – COSTAR-korjauslaitteen asennus
• 1995: Ensimmäinen Hubble Deep Field -kuva julkaistaan
• 2004: Hubble Ultra Deep Field paljastaa galakseja ennennäkemättömällä syvyydellä
• 2009: Viimeinen huoltolento – uusia instrumentteja mukaan lukien Wide Field Camera 3
• 2012: Eksoplaneettojen kaasukehien vesihöyryhavaintoja
• 2021: James Webb avaruusteleskooppi lähetetään – Hubble saa uuden työparin
• 2024: Gyroskooppivika korjataan etäyhteydellä
• 2025: 35-vuotisjuhla ja yhä aktiivinen havaintotyö.

 

Mitä Hubble on opettanut?

• Maailmankaikkeus laajenee kiihtyen: Hubble’n havainnot vahvistivat, että universumin laajeneminen kiihtyy – pimeän energian käsite syntyi.
• Galaksit muuttuvat ajan myötä: Teleskooppi on kuvannut galaksien syntyä, yhdentymistä ja muodonmuutoksia.
• Supermassiivinen musta aukko on jokaisen suuren galaksin ytimessä: Ensimmäiset havainnot ilmiöstä tehtiin Hubblella.
• Tähtien ja planeettojen synty on visuaalisesti tutkittavissa: Teleskooppi kuvasi tähtien syntyalueita ja nuoria planeettakuntia ainutlaatuisella tarkkuudella.
• Eksoplaneettojen ilmakehiä voi analysoida: Hubble onnistui mittaamaan eksoplaneettojen kaasukehien koostumuksia.
• Maailmankaikkeuden ikä tarkentui: Hubble auttoi määrittämään universumin iäksi noin 13,8 miljardia vuotta.

 

Eksoplaneetta 2M1510b kohtisuoralla kiertoradalla

Huhtikuun 16. 2025 ESOn astronomit ilmoittivat löytäneensä ^[1] eksoplaneetan, joka kiertää ruskeiden kääpiöiden ^[2] muodostamaa kaksoistähtijärjestelmää lähes 90 asteen kulmassa tähtien ratatasoon nähden. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tällainen kiertorata on havaittu, mikä tekee löydöstä erityisen merkittävän. Havainto tehtiin Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope (VLT) -kaukoputkella.

Tämä on taiteilijan näkemys eksoplaneetta 2M1510 (AB) b:n epätavallisesta kiertoradasta sen isäntätähden, eli kahden ruskean kääpiön muodostaman parin, kiertoradalla. Vastikään löydetyn planeetan rata on polaarinen, eli kohtisuorassa siihen ratatasoon nähden, jossa kaksi tähteä liikkuvat.

Yksittäisten tähtien ympäriltä on löydetty jo aiemmin polaarisia planeettoja, samoin kuin kaasun ja pölyn polaarikiekkoja, joista kaksoistähtien kiertoradoille voi muodostua planeettoja. ESO:n Very Large Telescope, eli VLT-kaukoputken ansiosta meillä on kuitenkin nyt ensimmäistä kertaa näyttöä siitä, että tällainen planeetta todella on olemassa napakiertoradalla kahden tähden järjestelmässä.

Nämä kaksi ruskeaa kääpiötä näkyvät taivaalla yhtenä ainoana kohteena, mutta tähtitieteilijät tietävät, että niitä on kaksi, koska ne pimentävät ajoittain toisiaan. VLT:n UVES-spektrografilla he mittasivat niiden kiertonopeuden ja huomasivat, että niiden kiertoradat muuttuvat vähitellen. Kun muut selitykset oli suljettu huolellisesti pois, he päättelivät, että polaariradalla olevan planeetan gravitaatio on ainoa tapa selittää havaittu ruskeiden kääpiöiden liike.

Kuva: ESO/L. Calçada.

Tähtijärjestelmä 2M1510 sijaitsee Vaa’an -tähdistössä noin 120 valovuoden etäisyydellä Maasta. Järjestelmä koostuu kolmesta ruskeasta kääpiöstä: sisemmästä kaksoisjärjestelmästä 2M1510Aa ja 2M1510Ab, jotka kiertävät toisiaan 20,9 päivän välein, sekä ulommasta kumppanista 2M1510B, joka kiertää sisempää paria noin 250 au:n etäisyydeltä. Järjestelmä kuuluu nuoreen, noin 45 miljoonan vuoden ikäiseen Argus-liikkuvaan ryhmään, mikä viittaa sen nuoreen ikään.

Uusimmat havainnot paljastivat eksoplaneetan, nimeltään 2M1510b, joka kiertää sisempää kaksoisjärjestelmää lähes kohtisuorassa sen ratatasoon nähden. Tämä "polaarinen" kiertorata on ensimmäinen laatuaan, ja se haastaa nykyiset käsitykset planeettojen muodostumisesta ja dynamiikasta. Planeetan massa ja kiertoaika eivät ole vielä tarkasti määritettyjä, mutta alustavat arviot viittaavat siihen, että sen massa voisi olla yli 10 Jupiterin massaa ja kiertoaika noin 100 – 400 vuorokautta. Havainnot ja tutkimukset edelleen jatkuvat näiltä osin.

Vaikka viime vuosina on löydetty useita kaksoistähtiä kiertäviä eksoplaneettoja, niin tämä on ensimmäinen tunnettu tapaus, jossa eksoplaneetta kiertää kaksoistähtijärjestelmää lähes kohtisuorassa sen ratatasoon nähden. Joitain viitteitä ”polaariradoista” on aikaisemmin havaittu esimerkiksi pölykiekkoja tällaisilla radoilla. Selkeä näyttä on kuitenkin puuttunut.

Näin ollen löytö haastaa nykyiset mallit planeettojen muodostumisesta, jotka yleensä olettavat, että planeetat muodostuvat samassa tasossa kuin niiden isäntästarat. Lisäksi tähtijärjestelmä tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden tutkia planeettojen dynamiikkaa ja vuorovaikutuksia monimutkaisissa tähtijärjestelmissä.

Jatkotutkimukset, kuten pimennysajankohdan vaihteluiden (ETV) seuranta ja astrometriset mittaukset, ovat suunnitteilla vahvistamaan planeetan olemassaolon ja määrittämään sen tarkemmat ominaisuudet. Suora kuvaaminen ei todennäköisesti ole riittävän herkkä havaitsemaan 2M1510b:tä, mutta se voisi paljastaa muita mahdollisia planeettoja järjestelmässä.

Taustaa

Planeettojen oletetaan syntyvän samasta kiekosta kaasua ja pölyä kuin tähdet, joten niiden kiertoradat ovat normaalisti samassa tasossa kuin emotähtensä pyörimisliike. Kun planeetta löytyy melkein kohtisuorasta kiertoradalta kaksoistähtiparia nähden, se rikkoo tätä mallia. Mutta miten näin voi tapahtua? Varmaa vastausta on vaikea tässä vaiheessa antaa mutta vaihtoehtoja radan syntymiselle tai planeetan päätyminen tällaiselle ”polaariradalle” on useita:

1. Kozai–Lidov-resonanssi

Jos järjestelmässä on ulompi kolmas tähti – kuten 2M1510-järjestelmässä on – se voi gravitaation avulla "keikuttaa" sisemmän planeetan rataa. Tämä ilmiö tunnetaan nimellä Kozai–Lidov-resonanssi. Se saa planeetan kiertoradan kallistuskulman ja eksentrisyyden muuttumaan ajan myötä. Pitkän ajan kuluessa planeetta voi päätyä voimakkaasti kallistuneelle, jopa lähes kohtisuoralle radalle.

Tämä vaatii paljon aikaa, mutta 2M1510 on vielä nuori (noin 45 miljoonaa vuotta), joten tämä prosessi voi olla vielä käynnissä tai juuri saanut aikaan nykytilan.

2. Muodostuminen "väärässä" kiekossa

Toinen mahdollisuus on, että planeetta ei syntynytkään tavallisessa protoplanetaarisessa kiekossa. Jos tähdet ovat muodostuneet kaoottisesti esimerkiksi yhteensulautumisen kautta, kaasu- ja pölykiekko voi olla alkujaan vinossa suhteessa tähtien ratoihin. Tällöin myös siitä syntyvä planeetta voi automaattisesti päätyä voimakkaasti kallistuneeseen kiertorataan – se ei olisi siis tullut käännetyksi vaan syntynyt valmiiksi vinossa.

3. Dynaamiset häiriöt syntymän jälkeen

Kolmas vaihtoehto on, että planeetta syntyi tavanomaisella radalla, mutta sen rata muuttui myöhemmin. Syitä muutokseen voisi olla törmäys tai läheltä piti -tilanne toisen massiivisen kappaleen kanssa. Myös (gravitaatio)vuorovaikutus toisten planeettojen tai tähden kanssa muuttaisi ratatason kaltevuutta.

Olipa kaltevan radan syy mikä tahansa, niin useimmat tällaiset poikkeavat radat ovat epävakaita, ja planeetta joko törmää tähtiinsä tai sinkoutuu ulos järjestelmästä. Jos ja kun näemme tällaisen ratakuvion, se on joko tilapäinen (ja ratataso muuttuu vielä myöhemmin), tai erikoisen vakaa (esim. tietynlainen resonanssi pitää sen kasassa), tai juuri sopivalla hetkellä havaittu: universumin aikaskaalassa 45 miljoonaa vuotta on "vauvaikä".

 

Viitteet

1. Science Advances -lehdessä otsikolla “Evidence for a polar circumbinary exoplanet orbiting a pair of eclipsing brown dwarfs. Pääkirjoittaja ja tutkimusryhmän vetäjä on Thomas Baycroft, Birminghamin yliopiston tohtorikoulutettava.

2.  Ruskeat kääpiöt ovat kaasujättiläisplaneettoja suurempia mutta liian pieniä ollakseen varsinaisia tähtiä. Massan yläraja on noin 80 Jupiterin massan tienoilla. Niiden ytimessä ei esiinny vedyn fuusioita, joskin lyhyen aikaa kaikkein massiivisimmissa tähdissä voi esiintyä deuteriumin fuusio. 

Tähtipari muodostaa pimennysmuuttujan, jossa näemme tähdet lähes niiden ratatason suunnasta. Pimentyminen tapahtuu silloin kun toinen tähti peittää toisen. Tähtiparin löysi professori Amaury Triaud’n (Birminghamin yliopisto) tutkimusryhmä vuonna 2018. Hän osallistui myös nyt julkaistuun tutkimukseen. Tähtiparin jatkotutkimukset tuottavat nyt raportoidun löydön ja sitä voidaan pitää sattumalöytönä, sillä eksoplaneettaa ei aktiivisesti etsitty tähtijärjestelmästä.