Kuusi viestintuojaa avaruudesta

HERÄTKÄÄ!-LEHDEN JAPANIN-KIRJEENVAIHTAJALTA

AVARUUDESTA saapuu jatkuvasti viestintuojia. Ne tuovat mukanaan hämmästyttävää tietoa meitä ympäröivästä suunnattomasta kaikkeudesta. Nämä viestintuojat, joita on kaikkiaan kuusi, kulkevat valon nopeudella eli 300000 kilometriä sekunnissa. Yksi niistä on näkyvä, mutta muita niistä ei ihmissilmä voi nähdä. Mitä ne ovat?

Sähkömagneettinen spektri

Yli 300 vuoden ajan on tiedetty, että kun valo kulkee prisman läpi, se hajoaa sateenkaaren seitsemäksi pääväriksi. Tämä osoittaa, että tavallisessa valossa on kaikki sateenkaaren seitsemän väriä seuraavassa järjestyksessä: punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigo ja violetti.

Valon katsotaan olevan fotoneiksi kutsuttujen massattomien hiukkasten virtaa. Fotoneilla on myös aallon ominaisuuksia. Kahden aallonhuipun välistä etäisyyttä sanotaan aallonpituudeksi. Näkyvän valon aallonpituus on 400–700 nanometriä (nm) eli millimetrin miljoonasosaa, ja valon eri aallonpituudet ilmenevät eri väreinä (ks. s. 15 kuvaa).

Fotoneilla voi kuitenkin olla myös muita aallonpituuksia. Fotonivirroista, joita sanotaan sähkömagneettiseksi säteilyksi, käytetään erilaisia nimiä niiden aallonpituuksien mukaan. Sitä mukaa kuin sähkömagneettiset aallot lyhenevät 400 nanometrin eli näkyvän valon aallonpituuksien alapuolella, ne ilmenevät ultravioletti- eli UV-säteilynä, röntgensäteilynä ja gammasäteilynä. Kun aallot ovat pitempiä kuin 700 nanometriä, niitä ei voi enää nähdä vaan ne ovat sähkömagneettisen spektrin infrapuna- tai radioalueella. Tässä olivatkin nuo ”kuusi viestintuojaa” avaruudesta. Ne kuljettavat mukanaan runsaasti tietoa taivaankappaleista. Katsotaanpa nyt, miten niistä saadaan irti arvokasta tietoa.

Näkyvä valo – ensimmäinen viestintuoja

Siitä lähtien, kun Galilei käänsi vuonna 1610 kaukoputkensa kohti taivasta, vuoteen 1950 asti tähtitieteilijät käyttivät pääasiassa optisia teleskooppeja tutkiessaan kaikkeutta. He olivat perehtyneet vain sähkömagneettisen spektrin näkyvään osaan. Jotkin taivaankappaleet näkyivät hyvin heikosti optisissa teleskoopeissa, ja tähtitieteilijät tallensivat kuvat valokuvausfilmille voidakseen tutkia niitä. Nykyään valokuvausfilmiä 10–70 kertaa tarkemmat sähköiset ilmaisimet, esimerkiksi niin sanottu CCD-kamera (CCD on lyhenne sanoista charge-coupled device), ovat tulossa paljon yleisemmiksi. Näkyvä viestintuoja antaa tietoa tähtien tiheydestä, lämpötilasta, kemiallisista piirteistä ja etäisyydestä.

Valon vangitsemiseksi rakennetaan nykyään entistä suurempia kaukoputkia. Vuodesta 1976 lähtien maailman suurin peilikaukoputki oli Venäjällä sijaitsevan Zelentšukskajan astrofysikaalisen observatorion kaukoputki, jonka peilin halkaisija on 6 metriä. Huhtikuussa 1992 saatiin kuitenkin Mauna Kealla Havaijissa valmiiksi uusi, Keck-niminen optinen peiliteleskooppi.a Yhden yhtenäisen peilin sijasta Keck-teleskoopissa on 36 yhteen liitettyä, kuusikulmaista peiliä. Peilien yhteisläpimitta on 10 metriä.

Parhaillaan on valmisteilla toinen Keck-teleskooppi Keck I:ksi nimetyn alkuperäisen teleskoopin viereen, ja nämä kaksi teleskooppia voivat mahdollisesti toimia optisena interferometrinä. Tämä edellyttää sitä, että nämä kaksi 10-metristä teleskooppia kytketään yhteen tietokoneen avulla, ja näin voidaan saada aikaan yksityiskohtien erotuskyky, joka vastaa yhtä, halkaisijaltaan 85-metristä peiliä.

Japanin kansallinen tähtitieteellinen observatorio rakennuttaa Mauna Kealle parhaillaan 8,3-metristä optista infrapunakaukoputkea, jonka nimi on Subaru (Seulaset-tähtijoukon japaninkielinen nimi). Siihen tulee ohut peili, jota kannattaa 261 tukea, jotka säätävät peilin muotoa kerran sekunnissa, jotta peilipinnan vääristymät voitaisiin korjata. Rakenteilla on muitakin suuria teleskooppeja, joten ensimmäinen viestintuoja – näkyvä valo – välittää varmasti lisää tietoa tulevaisuudessa.

Radioaallot – toinen viestintuoja

Linnunradasta tuleva radioaaltosäteily havaittiin ensi kerran vuonna 1931, mutta vasta vuonna 1950 radioastronomit alkoivat tehdä yhteistyötä optisia teleskooppeja käyttävien tähtitieteilijöiden kanssa. Kun keksittiin, että avaruudesta tulee radiosäteilyä, se mitä optisin teleskoopein ei voitu nähdä, tuli havaittavaksi. Radioaaltoja havainnoimalla voitiin nähdä galaksimme ytimeen.

Radioaaltojen aallonpituus on pitempi kuin näkyvän valon aallonpituus, ja siksi radiosignaalien vastaanottamiseen tarvitaan suuria antenneja. Radioastronomian käyttöön on rakennettu antenneja, joiden läpimitta on 90 metriä tai enemmän. Koska näinkin suurien laitteiden erotuskyky on heikko, tähtitieteilijät kytkevät tietokoneen avulla yhteen joukon teleskooppeja käyttämällä menetelmää, jota sanotaan radiointerferometriaksi. Mitä kauempana teleskoopit ovat toisistaan, sitä tarkempia havaintoja kyetään tekemään.

Yhteen tällaiseen verkkoon kuuluvat Japanissa sijaitseva Nobeyaman radio-observatorion 45-metrinen antenni, Bonnissa Saksassa sijaitseva 100-metrinen antenni ja eräs Yhdysvalloissa sijaitseva 37-metrinen teleskooppi. Tällaisista verkoista käytetään nimitystä VLBI (very long baseline interferometry) eli pitkäkantainterferometria, ja niillä päästään erotuskyvyssä kaarisekunnin tuhannesosaan, eli niillä voidaan erottaa kuun pinnalta rakenne, jonka pinta-ala on 1,8 × 1,8 metriä.b Tällaisten VLBI-verkkojen suuruutta rajoittaa maapallon läpimitta.

Nobeyaman radio-observatorio aikoo mennä tämän viestintuojan vastaanottamisessa askeleen pidemmälle ja sijoittaa kymmenmetrisen radioantennin avaruuteen. Se on määrä laukaista Japanista vuonna 1996, ja se kytketään yhteen Japanissa, Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Australiassa sijaitsevien radioteleskooppien kanssa, jolloin kantalinjaksi saadaan 30000 kilometriä. Tästä verkosta tulee toisin sanoen yksi jättiläismäinen teleskooppi, joka on kolme kertaa suurempi kuin itse maapallo. Sen erotuskyky on 0,0004 kaarisekuntia, mikä merkitsee sitä, että se kykenee havaitsemaan 70 senttimetrin suuruisen kohteen kuusta. Tällä järjestelmällä, josta käytetään nimitystä VSOP (VLBI Space Observatory Programme), tullaan kartoittamaan ja tutkimaan galaksien ytimiä ja kvasaareja, missä hyvin tiheiden mustien aukkojen ajatellaan sijaitsevan. Toisena viestintuojana kaikkeudesta radioaallot suoriutuvat tehtävästään erinomaisesti, ja ne tulevat välittämään edelleen tietoa lähteistään.

Röntgensäteet – kolmas viestintuoja

Ensimmäiset havainnot avaruudesta tulevista röntgensäteistä tehtiin vuonna 1949. Koska röntgensäteet eivät voi tunkeutua maan ilmakehään, tähtitieteilijöiden täytyi odottaa rakettien ja tekokuiden kehittämistä ennen kuin he saattoivat saada tietoa tältä viestintuojalta. Röntgensäteilyä syntyy hyvin korkeissa lämpötiloissa, ja siksi se antaa tietoa tähtien kuumista kaasukehistä, supernovien jäännöksistä, galaksijoukoista, kvasaareista ja teoreettisista mustista aukoista (ks. Herätkää! 22.3.​1992 s. 5–9).

Kesäkuussa 1990 laukaistu röntgensatelliitti Rosat onnistui kartoittamaan koko röntgenuniversumin. Talteen saatu tieto osoitti, että taivaalla oli hajallaan neljä miljoonaa röntgenlähdettä. Näiden lähteiden välissä on kuitenkin tunnistamatonta taustahehkua. Se voisi olla peräisin kvasaarijoukoista; kvasaarien uskotaan olevan niiden galaksien runsasenergiaisia ytimiä, jotka ovat lähellä sitä, mitä jotkut tähtitieteilijät kutsuvat ”näkyvän kaikkeuden reunaksi”. Voimme odottaa, että aikanaan saamme lisää tietoa viestejä tuovilta röntgensäteiltä.

Infrapunasäteily – neljäs viestintuoja

Ensimmäiset infrapunahavainnot tehtiin 1920-luvulla. Koska vesihöyry imee itseensä infrapunasäteilyä, tämän viestintuojan tutkimisessa päästään parhaisiin tuloksiin, kun käytetään Maata kiertäviä satelliitteja. Vuonna 1983 kartoitettiin koko taivaan infrapunasäteily infrapunatekokuun IRASin (Infrared Astronomical Satellite) avulla, ja tuolloin löydettiin 245389 infrapunalähdettä. Nähtävästi noin yhdeksän prosenttia kohteista (22000) on kaukaisia galakseja.

Optisilla teleskoopeilla ei voi nähdä avaruuden kaikkien kaasu- ja pölypilvien läpi. Tämän neljännen viestintuojan avulla on kuitenkin mahdollista ”nähdä” kauemmas pölyn läpi, ja tällä on erityistä arvoa tutkittaessa meidän galaksimme keskustaa. Tiedemiehet aikovat laukaista Maata kiertävälle radalle infrapunateleskoopin (Space Infrared Telescope Facility), joka on tuhat kertaa herkempi kuin IRAS.

Ultraviolettisäteily – viides viestintuoja

Ensimmäinen tähtitieteellinen havainto ultravioletti- eli UV-säteilystä tehtiin vuonna 1968. Otsonikerros estää suurinta osaa tästä säteilystä pääsemästä maan pinnalle. Huhtikuussa 1990 laukaistu Hubble-avaruusteleskooppi on varustettu havainnoimaan sekä näkyvää että ultraviolettisäteilyä, ja se suunnataan kohti 30:tä kvasaaria, jotka ovat kymmenen miljardin valovuoden päässä.c Toisin sanoen viestejä tuovaa ultraviolettisäteilyä tutkimalla voidaan nähdä, millainen kaikkeus oli noin kymmenen miljardia vuotta sitten. Tämän viestintuojan toivotaan tarjoavan ratkaisun moneen kaikkeutta koskevaan arvoitukseen.

Gammasäteet – kuudes viestintuoja

Gammasäteily on suurienergiaista, erittäin lyhytaaltoista säteilyä. Onneksi ilmakehä estää suurinta osaa tästä vahingollisesta säteilystä pääsemästä maan pinnalle. Tämä viestintuoja liittyy kaikkeuden rajuihin tapahtumiin. 5. huhtikuuta 1991 Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallitus lähetti avaruuteen GRO-nimisen gamma-alueen tutkimustekokuun. Se tekee havaintoja kvasaareihin, supernoviin, pulsareihin, teoreettisiin mustiin aukkoihin ja muihin kaukaisiin kohteisiin liittyvistä tapahtumista.

Avaruusaikaan siirtymisen ansiosta tähtitieteilijät kykenevät nyt tekemään havaintoja koko sähkömagneettisesta spektristä, joka ulottuu radioaalloista gammasäteisiin. Tämä on tosiaan kulta-aikaa tähtitieteilijöille. Kun ’kohotamme katseemme korkeuteen’, voimme nyt nähdä – näiden kuuden taivaankappaleista tulevan viestintuojan avulla – kuinka käsittämättömän viisas niiden Luoja on (Jesaja 40:​26; Psalmit 8:​3, 4). Samalla kun tähtitieteilijät jatkavat sen tiedon tulkitsemista, jota nämä viestintuojat kuljettavat mukanaan, meillä on samanlaisia tuntemuksia kuin Jobilla oli yli 3000 vuotta sitten: ”Katso! Nämä ovat hänen teittensä laitoja, ja mitä muuta kuin kuiskaus jostakin onkaan hänestä kuultu!” (Job 26:​14.)

[Alaviitteet]

[Taulukko s. 15]

(Ks. painettu julkaisu)

0,01 nm gammasäteet

0,1 nm röntgensäteet

1 nm

10 nm UV

100 nm

400–700 nm näkyvä valo

1 μm infrapuna

10 μm

100 μm radio

1 mm

1 cm

10 cm

1 m

[Kuva s. 15]

VSOP-avaruusradioteleskoopin avulla on mahdollista erottaa kuusta kohde, jonka läpimitta on 70 cm

[Lähdemerkintä]

VSOP: Nobeyama Radio Observatory, Japan

[Kuva s. 15]

Rakenteilla oleva optinen infrapunateleskooppi Subaru

[Lähdemerkintä]

Subaru: National Astronomical Observatory, Japan