Proba-3:n ensimmäinen keinotekoinen auringonpimennys

KAK/ESAn tiedote 16.6.2025 — Euroopan avaruusjärjestön Proba-3-missio on julkaissut ensimmäiset kuvansa Auringon koronasta. Operaation kaksi satelliittia, jotka pystyvät lentämään yhtenä avaruusaluksena paikannustekniikan ansiosta, ovat onnistuneet luomaan ensimmäisen "keinotekoisen täydellisen auringonpimennyksen" kiertoradalla. Tuloksena syntyneet koronakuvat osoittavat muodostelmalentotekniikan mahdollisuudet ja tuottavat samalla korvaamatonta tieteellistä tietoa, joka parantaa ymmärrystämme Auringosta ja sen arvoituksellisesta ilmakehästä.

Auringon sisäinen korona näyttää vihertävältä tässä kuvassa, jonka ASPIICS-koronagrafi on ottanut 23. toukokuuta 2025 Proba-3:ssa, ESA:n muodostelmalentolennolla. Tämä näkyvän valon spektrissä otettu kuva näyttää Auringon koronan samalla tavalla kuin ihmissilmä näkisi sen auringonpimennyksen aikana vihreän suodattimen läpi. Karvamaiset rakenteet (streemit) paljastettiin käyttämällä erityistä kuvankäsittelyalgoritmia. Kuva ESA/Proba-3/ASPIICS/WOW.

 

Tämän vuoden maaliskuussa Proba-3 saavutti sen, mitä mikään muu operaatio ei ole aiemmin saavuttanut: sen kaksi avaruusalusta, Coronagraph ja Occulter, lensivät 150 metrin päässä toisistaan täydellisessä muodostelmassa useiden tuntien ajan ilman minkäänlaisia Maasta lähetettyjä ohjauskomentoja. Kohdistettuina ne säilyttivät keskinäisen sijaintinsa millimetrin tarkkuudella - poikkeuksellinen saavutus, jonka mahdollistivat innovatiiviset navigointi- ja paikannustekniikat.

Saavutetun tarkkuuden osoituksena nämä kaksi avaruusalusta käyttävät muodostelmalentoaikansa keinotekoisten täydellisten auringonpimennysten luomiseen kiertoradalla - ne kohdistuvat Aurinkoon siten, että Occulter-avaruusaluksen mukana kuljettama 1,4 metrin kokoinen kiekko peittää Auringon kirkkaan kiekon Coronagraph-avaruusaluksen kohdalla ja heittää 8 senttimetrin levyisen varjon sen optiselle instrumentille ASPIICSille.

Tämän instrumentin, joka on lyhenne sanoista Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun, kehitti ESA:lle teollisuuskonsortio, jota johti Centre Spatial de Liège, Belgia. Kun sen 5 cm:n aukko on varjon peittämä, laite ottaa kuvia Auringon koronasta ilman, että Auringon kirkas valo häiritsee sitä.

Koronan havainnointi on ratkaisevan tärkeää aurinkotuulen eli Auringosta avaruuteen virtaavan aineen jatkuvan virtauksen havaitsemiseksi. Se on myös välttämätöntä, jotta voidaan ymmärtää koronamassapurkausten (coronal mass ejections, CME) toimintaa. Nämä ovat Auringon lähes päivittäin, erityisesti aktiivisuusjaksojen maksimin aikana, lähettämiä plasmapurkauksia, jotka poistuvat Auringosta.

Jos ja kun CME saavuttaa maapallon magneettikentän, ne voivat aiheuttaa upeita revontulia yötaivaalle, mutta ne aiheuttavat myös vakavia uhkia nykyteknologialle. Ne voivat häiritä merkittävästi viestintää, sähkönsiirtoa ja navigointijärjestelmiä maapallolla, kuten toukokuussa 2024.

Tämä kuva on yhdistelmä havainnoista, jotka on tehty 23. toukokuuta 2025 kolmella eri eurooppalaisella instrumentilla eri tehtävissä: Auringon kiekko (keinotekoisesti värjätty keltaisella) Proba-2:n äärimmäisen ultraviolettiteleskoopin (SWAP) kuvaamana, SOHO:n LASCO C2 -koronagrafiitin havaitsema ulompi korona (punaisella) ja Proba-3:n ASPIICS-koronagrafiitin yksityiskohtaisesti kuvaama sisäinen korona (vihreällä), joka täyttää aukot. Kuva ESA/NASA/Proba-2/Proba-3/SOHO/SWAP/ASPIICS/LASCO C2/WOW.

ASPIICSin ensimmäisten havaintokierrosten tuloksena saadut koronakuvat antavat esimakua arvokkaista tiedoista, joita voimme odottaa tältä auringonpimennystä tekevältä tehtävältä. Dietmar Pilz, ESA:n teknologia-, tekniikka- ja laatujohtaja, kommentoi: "Monet teknologiat, joiden avulla Proba-3 pystyi suorittamaan tarkan muodostelmalennon, on kehitetty ESAn yleisen tukiteknologiaohjelman kautta, samoin kuin itse tehtävä. On jännittävää nähdä, että nämä upeat kuvat vahvistavat teknologiamme maailman ensimmäisessä tarkkuusmuodostelmalennossa."

Auringon korona on lämpötilaltaan yli miljoona Kelviniä, paljon kuumempi kuin sen alla oleva Auringon pinta (fotosfääri). Tämä ristiriitainen lämpötilaero on ollut pitkään tiedeyhteisön puheenaiheena. Proba-3:n ASPIICS-ohjelma selvittää tätä mysteeriä tutkimalla koronaa hyvin lähellä Auringon pintaa. Se pystyy myös näkemään enemmän yksityiskohtia, sillä se havaitsee perinteisiä koronagrafeja himmeämpiä piirteitä, mikä johtuu siitä, että havaitsijalle tulevan hajavalon määrä on vähentynyt huomattavasti.

Joe Zender, Proba-3-hankkeen tutkija, lisää: "ASPIICSin ensimmäisten tietojen näkeminen on uskomattoman jännittävää. Yhdessä toisen aluksella olevan laitteen, Daran, mittausten kanssa ASPIICS auttaa osaltaan selvittämään kotitähteämme koskevia pitkäaikaisia kysymyksiä." Digitaalinen absoluuttinen radiometri (Digital Absolute Radiometer, DARA) mittaa Auringon kokonaissäteilyvoimakkuutta eli tarkalleen sitä, kuinka paljon energiaa Aurinko tuottaa kerrallaan. Proba-3:n kolmas tieteellinen laite, 3D Energetic Electron Spectrometer (3DEES), havaitsee Maan säteilyvyöhykkeillä olevia elektroneja ja mittaa niiden alkuperän suuntaa ja energiatasoja.

 

Miten luodaan auringonpimennys

"Olin aivan innoissani nähdessäni kuvat, varsinkin kun saimme ne ensimmäisellä yrittämällä", kommentoi Andrei Zhukov, Belgian kuninkaallisen observatorion ASPIICS-ohjelman päätutkija. "Nyt pyrimme pidentämään havaintoaikaa kuuteen tuntiin jokaisella ratakierroksella."  Kuvat käsiteltiin Belgian kuninkaallisen observatorion isännöimässä ASPIICS Science Operations Centre (SOC) -keskuksessa. Siellä tutkijoiden ja insinöörien tiimi luo koronagraafin toimintakäskyjä tiedeyhteisön pyyntöjen perusteella ja jakaa tuloksena saadut havainnot.

Andrei selittää: "Jokainen täyskuva - joka kattaa alueen peittyneestä Auringosta aina näkökentän reunaan asti - on itse asiassa muodostettu kolmesta kuvasta. Näiden välillä on erona vain valotusaika, joka määrittää, kuinka kauan koronagraafin aukko on alttiina valolle. Yhdistämällä nämä kolme kuvaa saamme täyden näkymän koronasta.

"Keinotekoisen auringonpimennyksen kuvat ovat verrattavissa luonnollisen auringonpimennyksen aikana otettuihin kuviin. Erona on se, että voimme luoda pimennyksen kerran 19,6 tunnin kiertoradalla, kun taas auringon täydellisiä pimennyksiä tapahtuu luonnossa vain noin kerran, hyvin harvoin kahdesti vuodessa. Kaiken lisäksi luonnolliset täydelliset auringonpimennykset kestävät vain muutaman minuutin, kun taas Proba-3 voi pitää keinotekoista pimennystään jopa kuusi tuntia."

Proba-3-operaation johtaja Damien Galano toteaa: "Kaksi avaruusalusta muodosti avaruudessa yhden jättimäisen koronagraafin, jonka ansiosta pystyimme vangitsemaan sisemmän koronan ja havaintojemme hajavalon määrä oli hyvin vähäinen, aivan kuten odotimme.”

"Vaikka olemme vielä käyttöönottovaiheessa, olemme jo saavuttaneet ennennäkemättömän tarkan muodostelmalennon. Tämän ansiosta saimme otettua ensimmäiset kuvat, jotka ovat epäilemättä erittäin arvokkaita tiedeyhteisölle."

”Tähän mennessä saavuttamamme muodostelmalennot suoritettiin itsenäisesti, mutta maavalvontaryhmän valvonnassa, joka oli valmis puuttumaan asiaan ja korjaamaan mahdolliset poikkeamat. Ainoa jäljellä oleva tehtävämme on saavuttaa täysi autonomia, jolloin luottamuksemme järjestelmään on niin suuri, ettemme edes rutiininomaisesti valvo sitä maasta käsin."

 

Uusia mahdollisuuksia "digitaalisiin pimennyksiin"

Proba-3:n henkeäsalpaavat kuvat synnyttävät myös pienen vallankumouksen tavassa, jolla tietokonemallit simuloivat Auringon koronaa ja luovat "digitaalisia pimennyksiä".  Viime vuosina useat laitokset eri puolilla Eurooppaa ovat kehittäneet malleja, joilla voidaan simuloida näitä havaintoja ja antaa tutkijoille mahdollisuus tarkastella Aurinkoa, mutta simulaatioiden luomiseen tarvittava lähdeaineisto puuttuu.  

"Nykyiset koronagraafit eivät pärjää Proba-3:lle, joka tarkkailee Auringon koronaa lähes auringon pinnan reunaan asti. Tähän asti tämä on ollut mahdollista vain luonnollisten auringonpimennysten aikana", sanoo Jorge Amaya, ESA:n avaruussäämallinnuksen koordinaattori.

"Tämä valtava havaintovirta auttaa parantamaan tietokonemalleja entisestään, kun vertailemme ja säädämme muuttujia vastaamaan todellisia kuvia. Yhdessä KU Leuvenin ryhmän kanssa, joka on yhden tällaisen mallin takana, olemme pystyneet luomaan simulaation Proba-3:n ensimmäisistä havainnoista." 

KU Leuvenin COCONUT-ohjelmisto on yksi monista aurinkokoronamalleista, jotka on integroitu ESAn virtuaaliseen avaruussäämallinnuskeskukseen (VSWMC). Se voidaan yhdistää laajaan joukkoon tietokonemalleja, jotka kuvaavat muita Auringon ja Maan välisiä fysikaalisia prosesseja. Kaikkien näiden mallien avulla saadaan kattava kuva planeettaamme vaikuttavista auringon ilmiöistä ja autetaan kansalaisia ja teollisuutta valmistautumaan niihin.

 

Tietoa Proba-3:sta

Proba-3-operaatiota johtaa ESA, ja sen on koonnut espanjalaisen Senerin johtama konsortio, johon osallistuu yli 29 yritystä 14 maasta ja jossa keskeisessä asemassa ovat espanjalaiset GMV ja Airbus Defence and Space sekä belgialaiset Redwire Space ja Spacebel. Satellitit lähetettiin avaruuteen 5. joulukuuta 2024 PSLV-XL-kantoraketilla Satish Dhawanin avaruuskeskuksesta Sriharikotasta Intiasta.

Proba-3 suunnitelmasta ja toiminnasta on aikaisemmin julkaistu Avaruusmagasiinissa artikkeli otsikolla Proba-3 aurinko-observatorio avaruuteen.

 

 

Plutolla yllättävä ilmiö: JWST vahvistaa usvan viilentävän vaikutuksen

KAK – Kaukainen kääpiöplaneetta Pluto on jälleen kerran yllättänyt tutkijat. Vuosikymmenen vanha arvoitus sen ilmakehän kylmyydestä on saanut ratkaisun, kiitos James Webb -avaruusteleskoopin (JWST) tarkkojen havaintojen. Tuore Nature Astronomy -lehdessä julkaistu tutkimus vahvistaa teorian vuodelta 2017: Pluton usvainen huntu ei ainoastaan lämmitä, vaan toimii myös tehokkaana jäähdyttimenä, joka selittää planeetan hyytävät olosuhteet.

Pluto New Horizons -luotaimen kuvaamana suunnilleen sellaisena kuin jos me näkisimme sen omin silmin. Kuva NASA/New Horizons.

Kaikki alkoi heinäkuussa 2015, kun NASAn New Horizons -luotain lensi Pluton ohitse ja lähetti Maahan ensimmäiset tarkat kuvat ja mittaustulokset tästä jäisestä maailmasta. Yksi suurimmista yllätyksistä oli Pluton ilmakehä. Se oli odotettua huomattavasti kylmempi.

Ilmakehämallien mukaan auringonvalon osuessa Pluton typpi- ja metaanipitoiseen kaasukehään sen olisi pitänyt lämmetä noin 100 kelviniin (noin –173 °C). New Horizonsin mittaukset paljastivat kuitenkin todellisen lämpötilan olevan vain noin 70 kelviniä (–203 °C). Jokin mekanismi siis poisti ilmakehästä lämpöä tehokkaammin kuin osasimme odottaa. Mutta mikä?

Vuonna 2017 tutkijat Xi Zhang, Darrell F. Strobel ja Hiroshi Imanaka esittivät Nature-lehdessä julkaistussa artikkelissaan selityksen. Heidän teoriansa mukaan avainasemassa ovat Pluton ilmakehän monimutkaiset hiilivety-yhdisteistä koostuvat usvahiukkaset – samat hiukkaset, jotka antavat Pluton ilmakehälle sinisen hohdon.

Pluton usvainen ilmakehä näkyy tässä osittain vastavaloisessa kuvassa. Kuva NASA/ New Horizons.

Teoria oli kaksijakoinen ja hieman paradoksaalinen:

1. Lämmitys: Kuten aiemmin oli ajateltu, usvahiukkaset imevät itseensä Auringon ultraviolettisäteilyä. Tämä prosessi lämmittää ilmakehän yläosia. Tämä oli odotettu osa yhtälöä.
2. Jäähdytys (uusi oivallus): Zhangin ja kollegoiden mullistava idea oli, että nämä samat usvahiukkaset säteilevät absorboimaansa energiaa erittäin tehokkaasti takaisin avaruuteen, mutta tekevät sen keski-infrapunan aallonpituuksilla. Tämä infrapunasäteily pääsee karkaamaan avaruuteen lähes esteettä, kuljettaen mukanaan valtavan määrän lämpöenergiaa.

Heidän mallinsa mukaan tämä jäähdytysmekanismi oli niin voimakas, että se ylitti reilusti hiukkasten aiheuttaman lämmitysvaikutuksen. Lopputuloksena oli ilmakehä, joka oli juuri niin kylmä kuin New Horizons oli mitannut. Teoria oli vakuuttava, mutta siltä puuttui vielä suora havaintotodiste – kukaan ei ollut havainnut tätä ennustettua infrapunahehkua.

Tässä kohtaa tarinaan astuu mukaan James Webb -avaruusteleskooppi. Sen MIRI-instrumentti (Mid-Infrared Instrument) on suunniteltu havaitsemaan juuri niitä keski-infrapunan aallonpituuksia, joilla Pluton usvan ennustettiin säteilevän.

Juuri julkaistussa Nature Astronomy -artikkelissa "Evidence of haze control of Pluto’s atmospheric heat balance from JWST/MIRI thermal light curves" tutkijaryhmä raportoi havainnoista, jotka osuvat naulan kantaan. JWST mittasi Pluton lämpökäyrää – eli sitä, miten planeetan lämpösäteily vaihtelee sen pyöriessä.

Havainnot paljastivat, että Pluton ilmakehä todellakin säteilee voimakkaasti keski-infrapuna-alueella, juuri kuten Zhangin ja kumppaneiden malli vuodelta 2017 ennusti. Tämä on suora todiste siitä, että usvahiukkaset toimivat Pluton ilmakehän termostaattina ja hallitsevat sen lämpötasapainoa. Usvan jäähdyttävä vaikutus on todellinen ja merkittävä.

Pluton arvoituksen ratkeaminen on merkittävä saavutus, jolla on laajempia vaikutuksia. Se osoittaa, että usvahiukkasilla voi olla yllättävän monimutkainen ja hallitseva rooli planeettojen ilmakehien energiataseessa. Tämä on otettava huomioon, kun tutkimme muita usvaisia kohteita Aurinkokunnassamme, kuten Saturnuksen kuuta Titania.

Mutta havainnon vaikutukset ulottuvat laajemmallekin kuin vain meidän Aurinkokuntaamme. Monet kaukaisista eksoplaneetoista voivat olla usvan peitossa! Pluton tapaus antaa meille uuden työkalun ja ymmärryksen siitä, miten näiden vieraiden maailmojen ilmastot voivat toimia. Usvainen ilmakehä ei välttämättä tarkoita lämmintä, vaan se voi päinvastoin viitata tehokkaaseen jäähdytykseen.

Tämä tarina on myös täydellinen esimerkki tieteellisestä prosessista toiminnassa: ensin arvoituksellinen havainto (New Horizons), sitten selittävä teoria ja ennuste (Zhang et al. 2017), ja lopulta teorian vahvistava ja ratkaiseva havainto (JWST 2025).