Hyppää pääsisältöön

Uusi kuva Saturnuksesta ihastuttaa – näin likinäköisestä tötteröstä tuli maailmankuulu avaruuskuvaaja

Saturnus -planeetta
Saturnus -planeetta Kuva: ESA/Hubble Saturnus (planeetat)

Hubblen ottama kuva Saturnuksesta on ihastuttanut kautta maailman. Mutta tämä avaruuskuvien tuottelias puurtaja on itse asiassa jo ikäloppu.

Viime viikolla ihasteltiin uusinta Hubble-avaruusteleskoopin julkaistua kuvaa. Hubble otti 20. kesäkuuta kauniin kuvan Saturnuksesta, kun se oli lähimmillään Maata tänä vuonna.

Vaikka kuva otettiin juhannuksen edellä, vasta 12. syyskuuta 2019 se päästettiin julkisuuteen. Kuvia otetaan jatkuvasti ja suuri osa niistä tulee myös nettiin Hubblen kotisivuille, mutta toisinaan helmistä tehdään tiedotteita ja ne päästetään suuren yleisön katseltavaksi suuremman rummutuksen säestämänä.

Ja Saturnus-kuvan rummuttamiseen on syytäkin! Kuvassa näkyy erinomaisesti pieniäkin yksityiskohtia ja se on yksinkertaisesti kaunis. Matkaa meidän ja rengasplaneetan välillä oli "vain" noin 1,36 miljardia kilometriä, olimme siis tällä kierroksellamme Auringon ympäri lähimpänä Saturnusta. Koska renkaat näkyvät nyt juuri nätissä kulmassa (27°) täältä meiltä päin katsottuna, on kuvakin erinomaisen upea.

Yleisestikin ottaen Hubblella otetut kuvat pääsevät usein paraatipaikoille, koska ne ovat tarkkoja, näyttäviä ja kaikin puolin edustuskelpoisia. Niitä katsoessa kuitenkin kannattaisi muistaa, että Hubble tekee myös muunlaisia havaintoja ja monet niistä ovat jopa tärkeämpiä kuin nämä postikorttikuvat.

Samoin kannattaisi myös uhrata pari ajatusta tälle jo legendaariselle havaintolaitteelle itselleen.

Avaruusteleskooppi
Vuonna 2009 tehdyllä viimeisellä huoltolennolla Hubblesta otettu kuva. Alun perin sen kaksi aurinkopaneelia olivat paljon suuremmat, mutta uuden paneelitekniikan ansiosta pienemmät paneelit tuottavat jopa enemmän virtaa. Avaruusteleskooppi Kuva: ESO/Hubble Hubble-avaruusteleskooppi

Hubble on itse asiassa jo ikäloppu. Se vietiin avaruuteen avaruussukkula Discoveryllä huhtikuussa 1990. Sen jälkeen sitä on käyty monta kertaa korjaamassa ja huoltamassa, viimeisen kerran toukokuussa 2009. Koska näihin remppareissuihin on käytetty avaruussukkulaa, eivätkä sukkulat ole enää käytössä, on Hubble nyt jo ikään kuin yliajalla. Viimeisin arvio sen toiminnan päättymisestä oli 2014, mutta vaikka osa sen systeemeistä on jo rikkoontunut, tämä sissi jaksaa vain jatkaa toimintaansa.

Ja hyvä niin, koska sen seuraajan lähettäminen avaruuteen on koko ajan viivästynyt. Tämänhetkisen arvion mukaan uusi avaruusteleskooppi laukaistaan ensi vuonna.

Hubblen valtti on avaruudessa oleminen

Kooltaan Hubblen avaruusteleskooppi ei ole suuri. Se on tähtitieteellinen havaintolaite, joka on varustettu 2,4 metriä läpimitaltaan olevalla peilillä, ja joka on kokonaisuudessaan kooltaan noin kaupunkibussin kokoinen (tarkalleen 13,2 metriä pitkä ja 4,2 metriä leveä + aurinkopaneelit). Sen suunnittelu aloitettiin jo 1970-luvun lopussa.

Avaruusteleskooppi
Hubblen avaruusteleskooppi on 13 metriä pitkä ja sen sisällä on halkaisijaltaan 2,4 metriä oleva peilikaukoputki. Massaa sillä on noin 11 tonnia. Avaruusteleskooppi Kuva: ESO/Hubble Hubble-avaruusteleskooppi

Esimerkiksi Kanariansaarilla oleva yhteispohjoismainen teleskooppi NOT on jotakuinkin saman kokoinen, kun mittarina on teleskoopin pääpeilin koko, mutta Hubblesta tekee etevämmän se, että se on ilmakehän ulkopuolella.

Siellä se pystyy katsomaan avaruudessa olevia kohteita ilman ilman aiheuttamaa häiriöisyyttä kuvassa. Ilmakehä lisäksi estää joitain aallonpituuksia saapumasta maapallon pinnalle, mikä on erittäin hyvä asia meidän kannaltamme, mutta tähtitieteellisten havaintojen kannalta hankalaa: esimerkiksi infrapunavalon alueella havaintoja kannattaa tehdä vain joko korkeiden vuorten huipuilla tai avaruudessa, eikä ultravioletin alueella havaintoja voi tehdä Maan päällä oikeastaan lainkaan.

Koko avaruusteleskooppihanke meinasi tyssätä heti alkuunsa

Ensimmäisen kerran ajatuksen avaruudessa olevasta optisen alueen teleskoopista heitti tähtitieteilijä Lyman Spitzer vuonna 1946, jolloin avaruuslennot olivat vielä pelkkää haavetta. Kun avaruusaika alkoi 1960-luvun alussa, käänsi Spitzer ison vaihteen päälle ja lobbasi avaruusteleskooppi-ideaansa voimaperäisesti, ja vuonna 1962 sellaisen ottaminen kansalliseen avaruusohjelmaan oli lähellä. Paria vuotta myöhemmin Spitzer nimitettiin johtamaan työryhmää, jonka tarkoitus oli suunnitella tuollainen teleskooppi ja pohtia mitä kaikkea tieteellisesti kiinnostavaa sillä voitaisiin tehdä.

1970-luvun alussa Nasa oli kovin kiireinen Apollo-kuulentojen loppuun saattamisen ja tulossa olevan avaruussukkulan suunnittelun kanssa, mutta silti heti vuonna 1970 Nasa alkoi vielä vakavammin pohtia avaruusteleskooppia.

Ideana oli nyt laittaa avaruusteleskooppi ja avaruussukkula laitettiin kimppaan siten, että avaruusteleskooppi voitaisiin mahduttaa sukkulan rahtiruumaan. Sukkulan rahtiruumasta kaavailtiin monikäyttöistä paikkaa, missä kuljetettaisiin satelliitteja avaruuteen, mihin voitaisiin laittaa pieni tutkimuslaboratorio sukkulan lennon ajaksi ja siellä käytettäväksi suunniteltiin joka tapauksessa pieniä teleskooppeja. Miksi ei sitten isoakin, joka jätettäisiin avaruuteen tekemään itsenäisesti havaintoja?

Ideoista ei ollut puutetta, mutta rahasta oli – etenkin kun sukkulan kehittäminen tuli oletettua kalliimmaksi ja rahaa oli käytettävissä odotettua vähemmän. Presidentti Fordin rajut julkisten menojen leikkaukset vuonna 1974 iskivät erityisesti avaruusteleskoopin tekemiseen ja hanke laitettiin jäihin.

Paitsi että tähtitieteilijät eivät nielleet päätöstä. He lobbasivat asiansa puolesta niin senaatissa kuin kongressissakin ja saivat lopulta hieman rahaa hankkeen jatkamiseen.

Rahaa oli vain puolet aikaisemmasta, joten teleskooppia pienennettiin. Peilin halkaisija pudotettiin kolmesta metristä 2,4:ään ja Euroopan avaruusjärjestö värvättiin mukaan maksamaan osa viuluista. Teleskooppiin tuli yksi instrumentti ja aurinkopaneelit Euroopasta. Vastineeksi tästä ESA sai 15 % osan teleskoopin käyttöajasta.

Vuonna 1978 teleskoopin rakentaminen alkoi, ja silloin aikomuksena oli laukaista laite matkaan vuonna 1983, mutta kuten tavallista, hanke viivästyi. Osasyynä oli sukkulalentojen alkamisen viivästyminen, mutta pääosin syynä oli teleskoopin tekemisen hitaus.

Viimein vuonna 1990 Edwin Hubblen mukaan nimetty avaruusteleskooppi pääsi avaruuteen.

Peili on hiottu väärin!

Varsin pian innostus vaihtui tyrmistykseen, koska Hubblen kuvia ei saatu millään tarkoiksi. Suuri ja kallis avaruusteleskooppi ei pystynyt tekemään kunnollisia havaintoja.

Syyksi paljastui hyvin yksinkertainen, mutta typerä virhe: peili oli hiottu hieman väärin, ja kaiken lisäksi sama virhe oli päässyt lipsahtamaan laatua tarkistaneisiin laitteisiin, joten tarkoissa testeissä peili todettiin muodoltaan täydellisesti "oikeaksi" – tosin se ei ollut oikea.

Hubblen kaksi kuvaa
Kuvapari näyttää selvästi, kuinka ilman "piilolasejaan" Hubble olisi ollut oikeastaan käyttökelvoton. Väärään muotoon hiotun peilin tuottama sumuisa kuva on saatu kuntoon ensin monimutkaisella korjausoptiikalla ja nyttemmin havaintolaitteiden sisällä olevan optiikan avulla. Hubblen kaksi kuvaa Kuva: ESO/Hubble Hubble-avaruusteleskooppi

Onneksi Hubble oli suunniteltu huollettavaksi ja korjattavaksi. Yksi vaihtoehto olisi ollut tuoda laite avaruussukkulalla takaisin Maahan peilinvaihtoa varten, mutta tälle keksittiin näppärä vaihtoehto: piilolasit. Tai tarkalleen ottaen kyseessä oli monimutkainen pienistä peileistä koostettu laite, joka korjasi peilin muotovirheen ennen kuin valo johdettiin tutkimuslaitteille.

Hubblessa oli laukaisun aikaan neljä havaintolaitetta asennettuna sen takaosassa olevaan tilaan. Siellä oli kaksi kameraa, fotometri ja spektrografi, joista fotometri uhrattiin uudelle linssisysteemille nimeltään COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement). Nyttemmin havaintolaitteet on vaihdettu uusiin, ja koska niissä peilin muotovirhe on otettu jo huomioon, on COSTARin sijalla oikea havaintolaite. Niitä on saatu mukaan myös alkuperäistä enemmän: kameroita ja mittalaitteita on nyt siinä kaikkiaan kuusi.

Astronautti korjaa Hubblea
Onneksi lähes kaikki Hubblen osat on tehty astronauttien käsiteltäviksi. Sen havaintolaitteet, kuten esimerkiksi kamerat ovat tällaisia vaatekaapin kokoisia laatikoita, joita voitiin hyvin vaihtaa uusiin. Tässä tosin astronautti kuljettaa ensimmäisellä huoltolennolla korjausoptiikkaa sisältänyttä COSTAR-laitetta. Astronautti korjaa Hubblea Kuva: ESO/Hubble Hubble-avaruusteleskooppi

COSTAR asennettiin teleskooppiin ensimmäisellä huoltolennolla vuonna 1993. Toinen lento tehtiin vuonna 1997, kolmas 1999 ja neljäs lento vuonna 2002.

Viidennen lennon tekeminen oli pitkään epävarma, koska sukkula Columbian onnettomuuden jälkeen avaruussukkuloilla ei haluttu lentää muualle kuin avaruusasemalle, missä miehistö olisi voinut olla turvassa, mikäli sukkulan lämpösuojaan olisi tullut ongelmia nousun aikana. Columbian tuhoutuminen johtui siitä, että osia sen lämpösuojasta oli rikkoontunut.

Hubble-lento päätettiin kuitenkin tehdä, mutta sen aikana toinen avaruussukkula oli lähes lähtövalmiina siltä varalta, että miehistö täytyisi käydä pelastamassa avaruudesta. Atlantis-sukkulan lento STS-125 lokakuussa 2008 sujui kuitenkin hyvin.

Avaruusteleskooppi
Hubble telakoituna avaruussukkulan rahtiruumaan. Korjauslennoilla sukkula tuli Hubblen viereen ja se otettiin kiinni sukkulan robottikäsivarrella. Käsi kuljetti Hubblen ruumassa olleeseen telineeseen ja vapautti korjausten jälkeen Hubblen taas omille teilleen avaruuteen. Avaruusteleskooppi Kuva: ESO/Hubble Hubble-avaruusteleskooppi

Sen jälkeen teleskoopin odotettiin toimivan ainakin vuoteen 2014 saakka, mutta onneksi se on edelleen kohtalaisen hyvässä kunnossa. Vaikka Hubble toimii edelleen, se saattaa hiipua kuitenkin milloin tahansa. Jokin kriittinen systeemi saattaa rikkoontua, jolloin se joko ei pysty enää olemaan yhteydessä Maahan tai jatkamaan havaintojaan.

Todennäköisesti sen käyttäminen loppuu joka tapauksessa sen jälkeen, kun sen seuraaja JWST laukaistaan avaruuteen. Tämän piti tapahtua vuosia sitten, mutta nykyisen suunnitelman mukaan tämä pahasti aikataulustaan myöhässä oleva laite lähetettäneen avaruuteen lokakuussa 2021.

Uusi avaruusteleskooppi

JWST eli James Webb Space telescope, tulee katsomaan avaruutta näkyvän valon sekä infrapunaisen aallonpituuksilla. Se soveltuu erinomaisesti monenlaisten kohteiden havaitsemiseen, alkaen aina kaukana universumin alkuaikoina syntyneistä galakseista päätyen nyt kehittyviin tähtiin sekä planeettajärjestelmiin niiden ympärillä.

Kuten nyt Hubblella, voidaan sen seuraajalla tehdä havaintoja myös oman aurinkokuntamme kohteista, kuten asteroideista, komeetoista, planeetoista ja niiden kuista.

JWST:ssa on suuri 6,5 metriä halkaisijaltaan oleva peili, joka on liian suuri laukaistavaksi kantoraketilla yhtenä kappaleena. Siksi peili on tehty osista, jotka laukaistaessa ovat nipussa, mutta jotka avaruudessa avautuvat tarkasti oikeille paikoilleen muodostamaan optisesti virheettömän, yhden suuren peilin.

Teleskoopin massa on 6,6 tonnia ja se sijoitetaan 1,5 miljoonan kilometrin päähän Maasta Lagrangen pisteeseen 2 – siis Auringosta katsottuna Maan “varjopuolelle”.

JWST lähetetään matkaan eurooppalaisella Ariane 5 -kantoraketilla, ja sen tekemisessä on Euroopalla myös suuri osuus.

Hanke on kovasti myöhässä, mutta ihan paniikkia ei kuitenkaan ole Hubblen kannalta. Vaikka nykyinen avaruusteleskooppi saattaa tiltata koska tahansa, tulee sen loppu varmasti kuitenkin vasta vuonna 2032, koska silloin Hubblen kiertorata on vajonnut sen verran matalammaksi, että tuollakin korkeudella olevan hyvin harvan ilman kitka alkaa hidastaa sen vauhtia siinä määrin, että se putoaa alas ja tuhoutuu ilmakehässä.

avaruutta
Tämä on huimin Hubblen ottama kuva, vaikka se ei ole niin näyttävä kuin on esimerkiksi tuore Saturnus-kuva. Kyseessä on niin sanottu Hubble Ultra Deep Field -kuva, mikä on pieni palanen taivasta Sulatusuunin tähdistössä, eli alueelta, missä ei ole oikeastaan lainkaan Linnunradan tähtiä ja siksi sinne katsomalla näkee kauaksi galaksienväliseen avaruuteen. Vanhimmat kohteet tässä ovat 13 miljardin vuoden ikäisiä ja kuvassa on yli 10 000 kohdetta, joista suurin osa on erittäin kaukaisia galakseja. Kuva on koottu 800 erillisestä kuvasta, jotka otettiin Hubblen ACS- ja NICMOS-kameroilla vuosina 2003 ja 2004. Kuvaa on "valotettu" yhteensä 15,8 vuorokautta. avaruutta Kuva: ESO/Hubble avaruus,Hubble-avaruusteleskooppi

Mihin tarvitaan enää teleskooppeja Maan päällä?

Euroopan eteläisen observatorion (ESO) ELT-hanke on jättisuuri maan pinnalle rakennettava teleskooppi.

Kyseessä on lähes 40 metriä halkaisijaltaan olevalla peilillä varustettu havaintolaite, jonka ympärillä oleva kupoli on ison jalkapallostadionin kokoinen ja jonka odotetaan aloittavan toimintansa vuonna 2025.

Teleskoopin osia ollaan jo tekemässä täällä Euroopassa ja laitteen sijoituspaikalla Chilessä Atacaman autiomaassa ovat rakennustyömaalla pohjustukset jo pitkällä. Eräs suurimmista nykyisistä tähtitieteellisistä observatorioista, ESO:n Very Large Telescope sijaitsee aivan ELT:n vieressä ja uusi laitos käyttääkin hyväkseen sen infrastruktuuria.

ELt-teleskoopin kaavakuva
ELT on kerrostalon kokoinen kaukoputki. Sen pääpeili on halkaisijaltaan liki 40 metriä, ja ainoa tapa tehdä näin suuri peili on koota se osista. Se koostuukin kaikkiaan 798 kappaleesta pienempiä 1,45 metriä halkaisijaltaan olevista kuusikulmaisista peileistä. Pääpeilin lisäksi teleskoopin optisessa systeemissä on neljä muuta peiliä. ELt-teleskoopin kaavakuva Kuva: ESO avaruusteleskoopit,peilikaukoputket,Extremely Large Telescope

Jos kerran uusi, nykyistä isompi avaruustelekooppi on pian lähdössä matkaan ja olosuhteet avaruudessa ilmakehän ulkopuolella ovat niin erinomaiset, voikin kysyä miksi maanpäällisiä havaintolaitteita enää tehdään. Eikö aika ole ajanut niistä jo ohitse?

Vastaus on yksinkertainen – tai oikeastaan kaksiosainen. Ensinnäkin tähtitieteessä koko on yksi tärkeä kriteeri, ja näin valtavan teleskoopin rakentaminen avaruuteen maksaisi todella paljon. Mitä suurempi on peilin pinta-ala, sitä enemmän valoa se pystyy keräämään ja sitä heikompivaloisia kohteita sillä voidaan nähdä. Kirkkaammista kohteista iso teleskooppi pystyy myös puristamaan enemmän irti tietoa.

Toiseksi nykyisin on olemassa erittäin hyvin toimivia adaptiivisia optisia systeemeitä, joiden avulla voidaan ilmakehän vaikutuksia vähentää olennaisesti. Kun valo kulkee ilman läpi, se taipuu, väreilee ja muuttuu; paljain silmin katsottuna tämä on tähtien tuikkimista taivaalla, mutta vaikka se on romanttista, se on todella ikävä asia tähtitieteellisten havaintojen kannalta.

Kun tietokoneen avulla seurataan teleskooppiin tulevaa valoa tai tarkkaillaan ilmaa teleskoopin havaintosuunnassa laserin avulla, voidaan tieto valoaaltorintamassa olevista muutoksista ottaa huomioon ja johtaa valo erikoiseen, nopeasti värähtelevään ja muotoaan muuttavaan peiliin, joka pystyy vähentämään olennaisesti tähden tuikkimista. Parhaimmillaan häiriöt voidaan poistaa niin hyvin, että teleskooppi on melkein kuin avaruudessa.

ELT-telskooppi verrattuna Turun tuomiokirkon kokoon
ELT:n koko verrattuna Turun tuomiokirkkoon. ELT-telskooppi verrattuna Turun tuomiokirkon kokoon Kuva: ESO avaruusteleskoopit

Isoissa teleskoopeissa on yleensä myös suurikokoisia ja erittäin herkkiä havaintolaitteita, jotka ovat toisinaan lähes avaruusteleskoopin kokoisia. Yleisimmin nämä havaintolaitteet ovat kameroita tai spektrometrejä, eli niillä otetaan kuvia tai hajotetaan valo osiin ja katsotaan kuinka paljon kohteesta tulee valoa eri aallonpituuksilla. Eri alkuaineet, kemialliset yhdisteet ja fysikaaliset olosuhteet jättävät sormenjälkensä spektriin, ja siten sen perusteella voidaan kertoa paljon havaittavasta kohteesta.

Maanpäällisiä kaukoputkia on myös helppoa ja edullista huoltaa, korjata ja parantaa. Monet ovatkin arvostelleet erityisesti Hubblen avaruusteleskooppia siitä syystä, että sen ja sen huoltolentojen sekä parannusten hinnalla olisi pystytty tekemään monta upeaa jättiteleskooppia Maan päälle.

Jos lasketaan yksinomaan rahaa, niin näin onkin: kun ELT:n hintalapussa lukee noin 1000 miljoonaa euroa, on Hubble tullut maksamaan tähän mennessä noin kymmenkertaisesti.

Tiedeykkösessä jättiteleskoopeilla havaitsemisesta kertoo tähtitieteilijä Petri Väisänen, joka on työssä Etelä-Afrikassa ja hänen työvälineenään on kymmenmetrinen SALT-teleskooppi. Se on tällä hetkellä maailman viidenneksi suurin kaukoputki. Hubblen hinnalla olisi sellaisia voitu rakentaa noin 50 kappaletta.

Lue myös - yle.fi:stä poimittua

Tiede

Uusimmat sisällöt - Tiede