Planck-observatorio suljetaan

Taiteilijän näkemys Planckista.
Kuva ESA.

Euroopan avaruusjärjestö (ESA) on päättänyt sulkea LaGrangen pisteen L2 halo rataa kiertäneen Planck-observatorion. Observatorion tehtävänä on ollut kartoittaa kosmisista mikroaaltotaustasäteilyä (CMB)^[3] .

Käytöstä poistaminen vie hieman aikaa, sillä siinä on useita eri vaiheita. Ensimmäinen operaatio tapahtuu tänään käyttämällä observatorion rakettimoottoreita. Poltto antaa Planckille lisävauhtia ja se poistuu haloradaltaan Aurinkoa kiertävälle radalle. Toinen rakettimoottoreiden käyttö on suunniteltu tapahtuvaksi 21. päivänä, jolloin rakettimoottoreita käytetään niin pitkään, että kaikki jäljellä oleva polttoaine tulee käytetyksi loppuun. Tällä pyritään varmistamaan se, että polttoainesäiliöt eivät räjähdä tulevaisuudessa.

Viimeinen kontakti observatorioon tehdään 23. päivänä tätä kuuta, jolloin tehdään ohjelmiston muutos siten, että se ei aktivoidu milloinkaan lopullisen sulkemisen jälkeen. Viimeisimpinä tehtävinä on radiolähettimen sulkeminen ja akkujen irtikytkeminen. Näillä tehtävillä varmistetaan, että observatorio jatkaa Aurinkoa kiertävällä radalla. Seuraavan kerran observatorio lähestyy maapalloa noin 13–14 vuoden kuluttua, jolloin etäisyyttä on lähimmillään noin 10 miljoonaa kilometriä.

CMB-kartta. Kuva ESA.

Planck on kartoittanut kosmista suuritaajuista mikroaaltotaustasäteilyä viisi kertaa ennen kuin havaintoinstrumentin jäähdytykseen käytetty nestemäinen helium loppui tammikuussa 2012. Sen jälkeen observatorio on käyttänyt vielä toiminnassa ollutta matalataajuista CMB-skanneria, jolla se ehti tehdä kartoituksen vielä kolme lisäkertaa. Matalataajuista karttaa käytetään poistamaan pääasiassa Linnunradan aiheuttamat säteilykuviot CMB-kartasta (se on siis eräänlainen tähtivalokuvaajien käyttämä flat-kuva). Ensimmäiset valmiit tutkimustulokset saataneen vuonna 2014.

Erityisen mielenkiintoinen tutkimuskohde on CMB-säteilyn B-mode. Se on alkuräjähdyksen aikaisen inflaation päättymisen aikaan^[1] lähtenyttä valoa, jonka on polaroitunut spiraalimaisesti. Jos sitä on pystytty havaitsemaan ja se voidaan löytää tallennetusta datasta, se on varmasti maailmankaikkeuden kaikkein varhaisinta informaatiota mitä milloinkaan pystytään havaitsemaan. On sanomattakin selvää, että sen havaitseminen ja tutkiminen veisi kosmologisen tutkimuksen aivan uudelle tasolle ja olisi myös Nobel-palkinnon arvoinen löytö.

Planckin kokoamasta datasta on pystytty jo tähän mennessä tuottamaan uuta tietoa, mm:

•  4,9 % maailmankaikkeuden kokonaisenergiasta on meidän tuntemaamme näkyvää ainetta
• 26,8 % on pimeää ainetta
• 68,3 % on pimeää energiaa, jonka ajatellaan olevan maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen aiheuttaja. Pimeän energian määrä on hiveneen pienempi kuin mitä aikaisemmin arvioitiin sen olevan.
•  Hubblen vakiona tunnettu maailmankaikkeuden laajenemista kuvaava kerroin on 67,2 km/s/Mpc^[2]
• Alkuräjähdys on tapahtunut 13,82 miljardia vuotta sitten.

Huomautus

[1] maailmankaikkeuden ollessa 10^–35 sekunnin ikäinen.

[2] Mpc on megaparsek ja yksi parsec on 3,26 valovuotta.

[3] Kosminen mikroaaltotaustasäteily syntyi noin 380 000 vuoden ikäisessä maailmankaikkeudessa kun sen lämpötilaa laajenemisen vaikutuksesta oli laskenut noin 3000 K. Tällöin elektronit pystyivät sitoutumaan atomiytimien orbitaaleille, jolloin fotonit pääsivät etenemään neutraloituneen kaasusta riippumatta. Nykyisin tämä CMB näkyy meille noin 2,7 K lämpötilaisena mikroaaltosäteilynä.

Rekombinaatio ei tapahtunut kaikkialla täysin samanaikaisesti vaan maailmankaikkeuden eri alueilla hivenen eri aikaan, johtuen aineen vähäisistä tiheyseroista. Tiheyserot puolestaan johtuivat vielä varhaisemman (alle 1 sekunnin ikäisen) maailmankaikkeuden kvantti-ilmiöistä. Tästä syystä CMB-kartassa on nähtävissä pieniä lämpötilaeroja. Lämpötilaerot kuvastavat nykyisen havaittavissa olevan maailmankaikkeuden rakennetta.

Nobel-palkinto Higgsin hiukkasen löytäjille

Peter Higgs.
Kuva Wikimedia Commons.

Tämän vuoden Nobel-palkinto on myönnetty brittiläiselle emeritusprofessori Peter Higgs’ille (s. 1929) (Edinburghin yliopisto) ja belgialaiselle emeritusprofessori Francois Englert’ille (s. 1932) (Brysselin vapaa yliopisto) aineen massan aiheuttavan Higgsin kentän teoreettisesta tutkimisesta ja ”löytämisestä” vuonna 1964. 

Kahdestaan nämä herrat eivät työtä tehneet, sillä mukana oli koko joukko muitakin tutkijoita: Englertin tutkijaparina oli Robert Broutin ja kolmantena tutkimusryhmänä olivat Gerald Guralniki, Carl Rirchaerd Hagenin ja Tom Kibblen. Peter Higgs teoreettisena fyysikkona työskenteli yksin.

Teoria tunnetaan Higgsin teoriana ja se täydentää standardimallin hiukkasteoriaa. Standardimalli ei selitä aineen massan olemassa oloa. Higgsin ja Englertin teoriat kuitenkin selittävät, sillä niiden mukaan aineen massan aiheuttaa hiukkasten vuorovaikutus kaikkeuden täyttävän Higgsin kentän kanssa; massiivisten hiukkasten vuorovaikutus on voimakasta ja keveiden hiukkasten lähes olematonta.

Tässä vaiheessa joku saattaa kysyä, että mikä se Higgsin bosoni sitten on jos massa

Francois Englert. 
Kuva Wikimedia Commons.

aiheutuu Higgsin kentästä? Higgsin hiukkanen tai tarkemmin bosoni (H0) on Higgsin kentän ja massallisten hiukkasten välillä tapahtuvan vuorovaikutuksen välittäjähiukkanen eli mittabosoni. Muita tunnettuja bosoneita ovat gluoni (vahva vuorovaikutus), W- ja Z-bosonit (heikko vuorovaikutus) ja fotoni (sähkömagneettinen vuorovaikutus).

Higgsin hiukkasen löytyminen viimevuonna (4.7.2012) CERNin Large Hadron Collider -hiukkaskiihdyttimen ATLAS- ja CMS-hiukkasilmaisimilla oli ratkaiseva askel niin itse Higgsin hiukkasen ja etenkin siihen liittyvän Higgsin kentän olemassa tieteellisessä osoittamisessa. Ennen löytöä hiukkasen olemassa oloa oli sekä tuettu mutta myös vastustettu laajoissa tutkijapiireissä, joten aivan päivän selvää niin teorian vahvistuminen kuin hiukkasen löytyminen ei ollut.

Higgsin kenttä on ominaisuuksiltaan poikkeava muihin kenttiin (esimerkiksi sähkökenttään) nähden. Ilmiö tunnetaan Higgsin mekanismina. Kentät asettuvat energiatilaltaan alhaisimpaan tilaan ns. fysikaalisessa vakuumissa^[1]. Näin esimerkiksi sähkökentän energiatila on nolla. Higgsin kentän vakuumitila poikkeaa kuitenkin nollasta (vaikka onkin energiatilaltaan matalin), joten kenttä ei häviä koskaan.

Higgsin hiukkanen saadaan realliseksi hiukkaseksi vain hyvin suurienergisissä törmäyksissä, sillä sen massa (=energia) peräti 125–127 GeV/c². Viime maaliskuun 14.päivänä Cernissä pidettiin lehdistötilaisuus, jossa tutkimustulokset virallisesti julkaistiin. Toki löytö oli odotettu ja toivottu ja erilaisia huhuja ennen tiedotustilaisuutta liikkui tutkijapiireissä. Löytöä oli liian vaikea pitää salassa kovinkaan pitkää aikaa.

Huomautus

[1] Vakuumi on tila, jossa ei ole sen paremmin alkeishiukkasia(=massaa), mittabosoneita, sähkövarauksia ja siinä olevien kenttien energiatilat ovat arvoltaan mahdollisimman alhaisia (=nolla). Tällaista olotilaa ei käytännössä pystytä valmistamaan mutta teoreettisesti sellainen voisi kyllä esiintyä spontaanisti, jolloin se laajenisi valonnopeudella. 

Vakuumin spontaani ilmaantuminen on ehkä mahdollista vasta hyvin kaukaisessa tulevaisuudessa maailmankaikkeuden ikuisena jatkuvan laajenemisen saavutettua tietty tila, ehkä noin 10¹⁰⁰ vuoden kuluttua. Tässä ollaan kuitenkin hyvin pitkälti spekulaatioiden varassa. Vakuumi ja siihen liittyvä väärä vakuumi sisältyvät kvanttikenttäteoriaan.

Komeetta ISON on vihreä

Kuvan komeetasta nappasi Hubble.
Se on otettu mustavalkoisena ja
värjätty kuvankäsittelyssä.
Kuva Nasa/HST.

Jännityksellä seuraamamme komeetta C/2012 S1 (ISON) näyttää olevan väriltään vihreä. Väri on seurausta lähinnä kahdesta valoa emittoivasta kaasusta: syaanista (CN) ja kaksiatomisesta hiilestä (C₂). Komeetta on vielä liian himmeä näkyäkseen paljain silmin, arvioitu kirkkaus tällä hetkellä on noin 11^m vaikka hajontaa havainnoissa on vielä runsaasti.

Tuoreet havainnot ovat varmistamassa, että ensihavaintojen perusteella tehdyt kirkkausarviot olivat liian optimistisia 1–2 kirkkausluokkaa (magnitudia). Sen sijaan perihelin aikainen kirkkaus näyttäisi kasvaneen ainakin jonkin verran, saavuttaen maksimissaan noin –11^m. Jos tämä toteutuu, niin silloin komeetta olisi helposti nähtävissä päiväaikana vaikka kirkas auringonkilo häikäisee. Tämä kuitenkin on hyvin paljon kiinni siitä, millainen havaintopaikan säätila ja ilmakehän olosuhteet ovat. Utuinen tai yläpilvinen sää hukuttaa taakseen helposti koman, mutta täysin kirkas ja kuulas sää tuo komeetan näkyviin.

Perihelipäivä 28.11.

Päivän aamuna kaikki komeettabongarit odottavat näkevänsä erityisen hienon komeetan nousevan horisontista hieman ennen kello 9 (Tampereen horisontin mukaan). Jos komeetan pyrstö on kehittynyt hyvin ja on kirkas, se voi nousta horisontista tunteja ennen koman nousua. Onko itse pyrstö riittävän kirkas näkyäkseen, onkin sitten jo kokonaan toinen juttu sillä horisontti on ennen auringonnousua hyvin kirkas. Joka tapauksessa kello 7.30 aikoihin pyrstö suuntautuu noin 45° kulmassa komeetasta vasemmalle kohti kappa Ophicus -tähteä Käärmeenkantajassa.

Tuntia myöhemmin komeetta ja Aurinko ovat vielä horisontin alapuolella ja taivas liian valoisa pyrstön näkymiselle. Kello 9 aikaan komeetta on juuri ja juuri horisontin yläpuolella ja Aurinko vielä horisontin alapuolella. Tällöin komeetan koman pitäisi näkyä selvästi. Jos pyrstöä on näkyvissä, niin se kohoaa horisontista vasemmalle kallistuen.

Kuinka komeetta näkyy ensimmäisten aamun tuntien jälkeen, kaikki on kiinni itse komeetan kehityksestä. Jos koma pysyttelee kirkkaana, havaitsemisen päivän aikana voi olla helppoa. Jos taas kirkkaus putoaa hyvin nopeasti, komeetan näkyminen ei ole lainkaan varmaa.

Marraskuun 28.päivän ilta palauttaa komeetan näkyville auringonlaskun (kello 15.15) jälkeen. Jos komeetta on noudattelee ennustettua kirkkautta, sen pitäisi tulla näkyville viimeistään noin puoli tuntia auringonlaskun jälkeen.  Komeetta on tällöin vain alle puolen asteen korkeudessa ja pyrstö suuntautuu ylös oikealle lounaisessa horisontissa. Kovin pitkään komeetta ei kuitenkaan pystytä havaitsemaan sillä se painuu horisontin alapuolelle muutamassa minuutissa (kello 15.51).

29.11.

Seuraavana aamuna ennustettu komeetan kirkkaus kertoo olevan sen verran himmeä, että se ei paljain silmin (eikä kaukoputkellakaan) näy kirkkaalta aamutaivaalta. Tosin, ennuste on tässä kohdassa kaikkein epävarmin ja näkyminen riippuu koman kirkkauden kehityksestä. Oma arvaukseni on, että koma on näkyvissä joskin himmeänä.

Iltapäivällä kello 15.48 aikoihin komeetan pitäisi ilmaantua näkyville länsilounaassa noin parin asteen korkeudella.  Komeetta painuu kuitenkin horisonttiin jo kello 16.12, joten kovin pitkään havaintoja siitä ei pystytä vielä tekemään. Kirkkautta komeetalla on ennustettu olevan 0,4^m.

30.11.

Komeetta voi yrittää havaita aamutaivaalta. Se kohoaa horisontista kello 7.46 ja on kirkkaudeltaan 1,2^m. Tällöin se voi näkyä noin tunnin veran huolimatta kaiken aikaa kirkastuvasta taivaasta.

Iltataivaalle se ilmaantuu kello 15.45 hieman alle neljän asteen korkeuteen läntisessä horisontissa. Komeetan kirkkaus on noin 1,5^m ja se laskee horisonttiin noin 40 minuuttia myöhemmin.

1.12.

Komeetta on himmentynyt ja nyt sen kirkkaudeksi arvioidaan 2^m. Se on kuitenkin sen verran riittävä, että komeetan nousun horisontin yläpuolelle voi nähdä itä-kaakkoisesta horisontista kello 7.23 aikoihin. Näkyvissä sen pitäisi pysytellä arviolta reilun tunnin verran. Pyrstö kohoaa suoraan ylöspäin.

Iltapäivällä komeetta tulee näkyväksi suunnilleen samoihin aikoihin kuin edellisenä päivänä. Korkeutta on noin viisi astetta ja pyrstö suuntautuu noin 45 asteen kulmassa ylös oikealle. Komeetan kirkkaus on kuitenkin pudonnut jonkin verran (2,2^m) joten sään täytyy olla edelleen kirkas ja kuulas.

Kuten monet kerrat olen painottanut, komeetan kirkkauden kehitystä on vaikea arvioida. Erityisen vaikeaa se on auringonhipojille, sillä ne voivat kadota kokonaan perihelin aikana tai jopa ennen sitä. Ne jotka selviävät periheliohituksesta, voivat himmetä nopeasti (kuten tämä ISONin odotetaan tekevän). Toisaalta, komeetan absorboima lämpö voi saada aikaan yllättäviä purkauksia jopa pitkän ajan kuluttua periheliohituksesta. Näin ollen kaikki kirkkausennusteet ovat hyvin spekulatiivisia ja perustuvat oletukseen, että komeetta käyttäytyy kuten komeetat keskimäärin. Niin myös tässä artikkelissa ja blogissa. Jos poikkeamia tapahtuu, toivottavasti ne ovat kirkkaampaan suuntaan.

Euronews, eurooppalainen taivaskanava

Internetistä on mahdollisuus etsiä ja löytää monenmoisia tietolähteitä. Yksi varteenotettavista on Euroopan avaruusjärjestön tuottamat video-ohjelmat jotka julkaistaan Euronews.com’n ja ESAn sivustoilla. Ohjelmatuotannon keskeinen sisältö on niissä tieteellisissä ja teknillisissä hankkeissa, joissa ESA on mukana tavalla tai toisella. Euronews.com puolestaa tuottaa päivittäisiä uutisia hyvin laaja-alaisesti, joten sieltä varmasti löytyy jokaiselle jotakin.

Euronewsin uutistuotanto tehdään monilla kielillä, ei kuitenkaan suomeksi. Äkkipäätä se voisi tuntua ongelmalta, mutta se voi olla oiva tapa oppia ymmärtämään ja ylläpitää omaa kielitaitoaan. Etenkin ESAn tuottamat ohjelmat ovat hyvin selkeäkielisiä ja helposti ymmärrettäviä ja kuvat puhuivat omaa helposti ymmärrettävää kieltään. 

Tiedeuutisiin on helppo siirtyä vaikkapa Science-kanvan välittämänä

http://www.euronews.com/programs/science/

ja meitä tähtiharrastajina kiinnostaa erityisesti ESAn tuotanto. Se löytyy osoitteesta

http://www.euronews.com/programs/space/

tai

http://www.euronews.com/tag/european-space-agency/

Muita Euronewsin avaruustutkimukseen liittyviä videoita löytyy osoitteesta

http://www.euronews.com/tag/space-research/

ja

http://www.euronews.com/tag/space-science/

Edellä esitetyt linkit sisältävät enemmän tai vähemmän valikoituja videoita suuresta valikoimasta, joten kaikkien linkkien seuraaminen ei ole tarpeellista. Valitse vain pari mielenkiintoisinta.

Tässä ESAn tuorein (julkaistu 26.9.2013) Maailmankaikkeuden alun tutkimuksesta.

Copyright ESA / Euronews

Harrastajan tähtitaivas: Kuun puolivarjopimennys

Kuunpuolivarjopimennys
9.2.2009 kello 17.03.
Kuva Kari A. Kuure

Vuorokauden vaihtumisen jälkeen lokakuun 19. päivänä tapahtuu Kuun puolivarjopimennys. Kuten aina, tälläkään kertaa puolivarjopimennyksen havaitseminen ei ole helppoa kahdesta syystä: Ensinnäkin puolivarjopimennyksissä Kuun kirkkaus vähenee vain vähän, ja toiseksi tällä kertaa Kuu ei siirry puolivarjoon täysin, vaan ainoastaan puoliksi. Pimennys näkyy sään salliessa alusta loppuun koko Suomen alueella.

Pimennys alkaa 19.10. kello 0.50.38 Suomen aikaa. Tällöin Kuu on taivaalla kutakuinkin etelässä ja hieman havaintopaikasta riippuen alle 40° korkeudella, Tampereella 38,5°.  Pimennys on syvimmillään kello 2.50.17 jolloin 76 % Kuun halkaisijasta on puolivarjossa, joka kattaa Kuun eteläisen pallonpuoliskon ja osa pohjoisen pallonpuoliskon ekvaattorilta keskileveyksille. Pimennys päättyy kello 4.49.49, jolloin Kuun on jo siirtynyt länsilounaaseen hieman alle 25° korkeuteen (Tampereen horisontissa).

Paljain silmin osittaisen kuunpimennyksen havaitseminen kyllä onnistuu, mutta kirkkauden muutosta on vaikea havaita. Parhaiten pimennyksen saa näkyviin valokuvaamalla, jos kamerassa on käsisäädöt – automaattivalotuksella eroja ei synny.

Ennen pimennystä kuvataan Kuuta oikealla valotuksella siten, että mikään kohta kuunpinnasta ei ole ylivalottunut. Ylivalotuksen huomaa parhaiten esimerkiksi Tycho-kraatterin vaaleasta pohjasta; jos se on täysin valkoinen tai ylivalotuksen merkki vilkkuu sen kohdalla (tai missä tahansa kohdassa), valotusta on vähennettävä. Kun oikea valotus on selvillä, asetetaan kameran valotusarvot käsisäädöistä ja otetaan vielä testi ja ensimmäiset vertailukuvat. Kuuta kuvatessa on syytä käyttää jalustaa!

Pimennyksen alettua, kameran pidetään käsisäätöillä ja muuttamatta valotusta kuvataan Kuuta. Kovin tiheästi kuvia ei ehkä ole tarpeen ottaa, luultavasti kerran 10 minuutissa on riittävä. Kuvat voi ajoittaa siten, että syvimmän pimennyksen aikaan tulee kuva otettua. Näin jatketaan pimennyksen loppuun asti ja sen jälkeen otetaan vielä pari vertailukuvaa.

Kuvankäsittelyssä voi sitten kuvista tehdä kuvamontaasin, eli yhteen isoon kuvaan kootaan koko sarja. Näistä kuvista (jos kuvankäsittelyssä ei ole säädetty kirkkautta eikä kontrastia) syntyy sarja, jossa pimennyksen kulku ja Kuun kirkkauden muutos tulevat näkyville. Tämäkään menetelmä ei ole täysin varma sillä, kirkkauden muutos on todella vähäinen.