ISO - INFRAPUNAOBSERVATORIO T„htien ja et„isten galaksien synty on ollut arvoitus ihmis- kunnalle. T„htiev„liset paksut kaasu- ja p”lypilvet ovat est„- neet kaukaisten t„htien ja t„htien mahdollisten syntyalueiden tutkimisen, kunnes infrapunas„teilyn olemassaolo keksittiin noin kaksi vuosisataa sitten. Englantilainen fyysikko Sir William Herschel l”ysi t„m„n ihmissilm„lle n„kym„tt”m„n valon aallonpituuden, tutkiessaan Auringon spektri„. L„mpimien koh- teiden todettiin s„teilev„n enemm„n infrapunas„teily„ kuin kylmien. N„in kaasu- ja p”lypilvien peitt„m„t kaukaiset t„hdet paljastuivat l„mp”ns„ perusteella. Euroopan Avaruusj„rjest” ESA on valmistelemassa uutta, mullistavaa tekokuuta, ISO- infrapunaobservatoriota (Infrared Space Observatory), joka on tarkoitus laukaista avaruuteen vuonna 1993. Se tulee tarjoa- maan t„htitieteilij”ille yksityiskohtia niin aurinkokunnan l„hiplaneetoista kuin kaukaisista galakseista. ISO tutkii ko- meettoja, galakseja, t„htien syntyalueita sek„ toisia aurinko- kuntia infrapunas„teilyn aallonpituudella. Tutkiessaan Auringon valon spektri„, William Herschel totesi spektrin punaisen alueen s„teilev„n enemm„n l„mp”s„teily„. In- frapunas„teily on kuin l„mp”„. Jokainen maailmankaikkeuden kohde s„teilee jonkin verran energiaa. Mit„ l„mpim„mpi kohde on, sit„ enemm„n se s„teilee energiaa ja n„in infrapunas„tei- ly„. Infrapunas„teily on ihmissilm„lle n„kym„ton s„teilyn la- ji, jonka aallonpituus on hieman pidempi kuin n„kyv„ll„ valol- la, noin 700 nm - 1 mm. Infrapunas„teily oli ensimm„inen n„kym„tt”m„n s„teilyn laji, jonka ihminen l”ysi. T„st„ huolimatta, sit„ on p„„sty tarkem- min tutkimaan vasta 1970-luvun loppupuoliskolla. Ongelmana on ollut vuosikausia riitt„v„n tekniikan puute. Vasta puoli- johdetekniikan kehittyess„ on voitu valmistaa riitt„v„n herk- ki„ infrapunailmaisimia. Maan ilmakeh„ on aiheuttanut my”s oman ongelmansa avaruuden infrapunas„teilyn tutkimiselle. Ilmakeh„ est„„ infrapunas„tei- lyn p„„semist„ maanpinnalle. Ongelmaa on pyritty kiert„m„„n tekem„ll„ havaintoja vuorten huipuilta. Ehk„p„ maailman par- haimpia t„llaisia tutkimuslaitteita on Havaijilla Mauna Kean huipulla noin 4200 metrin korkeudessa, jossa sijaitsee Englan- nin infrapunaobservatorio ja maailman suurin infrapunakauko- putki UKIRT (United Kingdom Infrared Telescope). Havaintoja laitteistolla on voitu tehd„ jollain tavalla, mutta infrapunan „„rimm„ist„, alle 20 mikrometrin aallonpituutta ei ole voitu tutkia. T„t„ arvoituksellista aallonpituutta on voitu tutkia hetkellisesti vain luotauspallojen ja lentokoneiden avulla. KUIN TERMOSPULLO AVARUUDESSA... ISO laukaistaan Kouroun avaruuskeskuksesta Ranskan Guianasta Ariane 4-kantoraketilla elliptiselle radalle, jonka et„isyys Maasta vaihtelee 1000-70000 kilometrin v„lill„. Observatorio kiert„„ Maan 24 tunnissa. ISO:n tutkima aallonpituus on 2.5- 200 mikrometri„. Infrapunas„teilyn tutkiminen Maata kiert„v„ll„ radalla mah- dollistaa koko infrapunas„teilyn aallonpituuden tutkimisen. Maata kiert„v„ll„ radalla observatoriolle on toki tarjolla omat ongelmansa. Observatorion oma infrapunas„teily on er„s n„ist„ ongelmista. Tekokuun laitteistot joudutaan t„m„n vuoksi j„„hdytt„m„„n l„helle absoluuttista nollapistett„ sen oman infrapunas„teilyn est„miseksi. J„„hdytys tapahtuu nestem„isen heliumin avulla, jolloin mittalaitteiden l„mp”tila saadaan l„- helle -270øC:ta. 18 kuukauden toimintaa varten nestem„ist„ he- liumia varataan tekokuun k„ytt””n 2300 litraa. ISO on kuin j„ttil„ism„inen termospullo. Maailman ensimm„inen infrapunatutkimustekokuu IRAS laukais- tiin radalleen vuonna 1983. Kymmenen kuukauden aikana tekokuu teki merkitt„vi„ infrapunal”yt”j„ avaruudesta. 300 p„iv„n ai- kana IRAS l”ysi nelj„nnesmiljoona infrapunas„teilyn kohdetta avaruudesta. Tutkimus k„sitti koko taivaanpallon ja sen avulla voitiin laatia ensimm„inen laaja infrapunakohteiden kartta ko- ko t„htitaivaasta. Tekokuun havainnot olivat noin 100 kertaa laadukkaampia kuin Maan p„„lt„ tehdyt havainnot. ISO jatkaa siit„ mihin IRAS j„i. Observatorion avulla ei pyrit„ yksinomaan etsim„„n uusia avaruuden infraopunakohtei- ta, vaan tutkimaan my”s tarkemmin jo ennest„„n tunnettuja koh- teita. ISO-observatorion elinik„ IRAS:iin n„hden on kaksinker- tainen. ISO:n tutkimuslaitteiden infrapunailmaisintekniikka on kehittyneemp„„ kuin IRAS-tekokuun. ISO:n uskotaankin teke- v„n noin 1000 kertaa laadukkaampia havaintoja maanp„„llisiin havaintoihin verrattuna. ISO:n maa-asema sijaitsee Villafrancassa Madridin l„heisyy- dess„ Espanjassa. Samaa maa-asemaa on aiemmin k„ytetty mm. IUE-ultraviolettitekokuun (International Ultraviolet Explorer) ohjaamiseen. ISO-observatoriolle laaditaan tarkka havaintoai- kataulu ennen sen laukaisua. N„in saadaan havaintoajasta mah- dollisimman tehokasta. Tekokuu tulee olemaan jatkuvassa yhtey- dess„ Maahan. ISO painaa noin 2400 kg. Kokoa tekokuulla on 5.3x2.3 metri„. Tekokuun suuntaustarkkuus on muutamia kaarisekunteja. Tekokuun asennons„„t”j„rjestelm„ mahdollistaa noin 10 tunnin yht„jak- soisen havainnoinnin. Tietokonej„rjestelm„ huolehtii, ettei tekokuun mittalaitteisto osoita koskaan Maata tai Aurinkoa kohti. Aurinkoon suuntaaminen saattaisi vahingoittaa herkk„„ mittalaitteistoa ja Maan l„mp”s„teily puolestaan saattaisi suorastaan muuttaa havaintolaitteiden herkki„ viritelmi„. Tar- vittavan energian tekokuu saa aurinkopaneeliensa avulla, jotka samalla suojaavat tekokuuta kuumuudelta. ISO-observatorio koostuu nelj„st„ havaintolaitteesta: kamera (ISOCAM), fotopolarimetri (ISOPHOT) ja kaksi spektrometri„ (SWS, LWS). Spektrometrit toimivat aallonpituusalueella 3-45 mikrometri„ ja 45-180 mikrometri„. Fotopolarimetrin avulla mi- tataan kohteen kirkkautta aallonpituudella 200 mikrometri„. Kameran kuvausaallonpituus on noin 3-17 mikrometri„. Infrapu- naspektrin avulla voidaan tutkia mm. kohteen kemiallista koos- tumusta, l„mp”tilaa ja liikett„. ISO on infrapunatutkimuksen mittalaitteena varsin tarkka ja tehokas. ISO kykenisi havait- semaan ihmisen noin 100 kilometrin et„isyydelt„ ja mittaamaan j„„kuution l„mp”s„teilyn h„nen k„dest„„n. KUIN KŽŽRMEENŽ INFRAPUNAMAAILMASSA... Ajatellaanpa ihmist„, joka n„kisi maailman infrapunas„teilyn valossa. H„n n„kisi valon samalla tavoin kuin mekin, mutta kaikki tuo valo olisikin l„mp”s„teily„. T„m„ ihminen n„kisi maailman kuin negatiivisena. L„mpim„t kohteet loistaisivat kirkkaina ja kylm„t taas tummina hahmoina. Taivas olisi kirkas y”ll„kin, ihmiset ja el„imet hohtaisivat kirkkaina hahmoina. Kun avaisit j„„kaapin, n„ytt„isi sen sis„lt” pime„lt„, etk„ n„in l”yt„isi sielt„ mit„„n. Luonto on ollut viisas hy”dynt„ess„„n infrapunas„teily„. Joillakin k„„rmelajeilla on silmiss„„n er„„nlaiset infrapuna- ilmaisimet, joiden avulla ne pystyv„t hahmottamaan l„mpim„t kohteet. K„„rmeet ovat kylm„verisi„ matelijoita, joten niiden oma l„mp” ei liiemmin h„iritse t„t„ saalistusominaisuutta. Hy”dynn„mme infrapunas„teily„ l„hes jokap„iv„isess„ el„m„s- s„mme, televisioiden kaukos„„timiss„, kameroissa jne. Avaruut- ta tutkittaessa on infrapunas„teilyll„ erityinen merkityksen- s„: pystymme tutkimaan kohteita, joita n„kyv„ss„ valossa on vaikea tutkia tai kohteita, jotka paljastuvat vain l„mp”s„tei- lyns„ perusteella t„htienv„listen paksujen p”lypilvien takaa. NŽKYMŽT™NTŽ MAAILMANKAIKKEUTTA TUTKIMASSA N„kym„tt”m„n valon aallonpituuksia ovat tutkineet useat te- kokuut. Vuonna 1975 ESA laukaisi COS-B-tekokuun, joka paljasti pulsareiden ja kvasaarien l„hett„m„n gammas„teilyn. Vuonna 1978 laukaistiin ESA:n ja NASA:n yhteisty”n„ IUE-ultraviolet- tekokuu tutkimaan avaruuden ultraviolettis„teilyn kohteita. Vuonna 1983 Euroopan ensimm„inen r”ntgentekokuu Exosat aloit- ti avaruuden r”ntgens„teilykohteiden tarkastelun. Samana vuon- na laukaistiin IRAS-tekokuu tutkimaan infrapunas„teily„. ISO on uuden sukupolven observatorioita. ISO:n kohdevalikoi- maan tulevat kuulumaan mm. novat, jotka ovat yksi kiehtovim- mista kohteista. Ne saattavat hetkellisesti kirkastua n„kyv„n valon aallonpituudella ja himmenty„ sitten yht„kki„ n„kym„tt”- miin. Muilla aallonpituuksilla ilmi” onkin toisenlainen. No- vien on havaittu s„teilev„n eri aallonpituuksilla kehityksens„ eri vaiheissa. Jotta t„llainen ilmi” voitaisiin perusteelli- sesti ymm„rt„„ tulisi ilmi”t„ voida tutkia siis kaikilla aal- lonpituuksilla. ISO auttaa t„m„n palapelin kokoamisessa tut- kimalla novia infrapunas„teilyn aallonpituuksilla. ISO ei tule j„„m„„n suinkaan ainoaksi vastaavanlaiseksi ob- servatorioksi tulevaisuudessa. Euroopan Avaruusj„rjest” on laatinut erityisen Horizon 2000-ohjelman, johon kuuluu mm. FIRST-observatorio (Far Infrared and Sub-millimetre Space Telescope), XMM-observatorio (X-ray Multimirror Telescope) ja SOHO (the Solar Heliocentric Observatory), joka erikoistuu nimenomaan Auringon kaasukeh„n tutkimiseen. TŽHTIEN SYNTYMŽŽ JA KUOLEMAA TUTKIMASSA... Miljoonat t„hdet syntyv„t ja kuolevat Linnunratamme spiraa- lihaaroissa. Esimerkiksi oma Aurinkomme on joskus aikoinaan syntynyt Linnunradassa t„htienv„lisen kaasun ja p”lyn alkaessa kasaantumaan gravitaatiokent„n vaikutuksesta t„hdeksi. T„htienv„lisen kaasun ja p”lyn kasaantuessa, l„mp”tila alkaa nousta pilven keskiosissa paineen vaikutuksesta. L„mp”tila al- kaa kohota varsin korkeaksi ja ydinreaktio alkaa. T„hti ei ole viel„ havaittavissa n„kyv„n valon aallonpituuksilla, vaan se on edelleen paksujen kaasu- ja p”lypilvien ymp„r”im„n„. Synty- nyt t„hti s„teilee infrapunas„teily„, joka paljastuu kaasu- ja p”lypilvien seasta. ISO-observatorion er„„n„ p„„teht„v„n„ on tutkia t„htien syntyalueita sek„ n„in avartaa k„sityst„mme t„htien kehityksest„ ja maailmankaikkeuden olemuksesta. Kuoleva t„hti on samankaltaisten kaasu- ja p”lyker„„ntymien peitt„m„. Elinaikanaan t„hti muuttaa vety„ heliumiksi. Kun vety viimein loppuu t„hden gravitaaiokentt„ ottaa voiton ro- mahduttaen t„hden valkoiseksi k„„pi”ksi, punaiseksi j„ttil„i- seksi tai lopulta supernovaksi. Supernovan r„j„ht„ess„, j„„ siit„ j„ljelle valtaisa kaasupilvi. Infrapunamittaukset pal- jastavat pilvest„ raskaita aineita, kuten nikkeli„, radioak- tiivista kobolttia ja rautaa, supernovan syd„mess„. N„it„ kataklysmisi„ tapahtumia on tarkoitus tutkia my”s ISO- observatorion avulla. Aikaisemmin vastaavanlaista tutkimusta on tehnyt IUE-tekokuu, tutkiessaan vuonna 1987 n„kynytt„ su- pernova 1987A:ta. AURINKOKUNTAMME HISTORIAA TUTKIMASSA... Kuut, pikkuplaneetat ja komeetat ovat muistoja kaukaisesta menneisyydest„, aurinkokuntamme syntyajoilta. Ehk„p„ kaikkein vanhimpia niist„ ovat juuri komeetat p”ly- ja j„„ytimineen. Komeettojen uskotaan olevan per„isin noin viiden miljardin vuoden takaa. ISO-observatorion avulla voidaan tutkia l„hemmin komeettojen ytimi„, niiden l„mp”tilaa ja kemiallista koostu- musta, kun ne l„hestyv„t Aurinkoa. Ent„ kuinka yleisi„ ovat planeetat muilla t„hdill„? Planeet- tojen uskotaan saaneen alkunsa t„hden synnyn yhteydess„ sit„ ymp„r”ineest„ materiakiekosta. T„hden syntyess„, t„hti puhal- taa ulos kosmista materiaa. N„m„ kaasumaiset ainespallot muo- dostavat materiakiekon, joka kiertyy t„hden ymp„rille. Ainek- sen kasaantuessa alkaa muodostumaan planeettoja. Muiden t„h- tien planeettojen havaitsemista vaikeuttaa kohteiden heikko pintakirkkaus. Lis„ksi t„hdet kirkkaalla valollaan heikent„- v„t havaintomahdollisuuksia. Mutta infrapunas„teilyn perus- teella toisten mahdollisten aurinkokuntien olemassaoloa voi- daan tutkia perusteellisemmin. Yksityiskohtaiset tutkimukset auttavat meit„ ymm„rt„m„„n, kuinka planeetat ovat loppujen lopuksi saaneet alkunsa. T„m„ auttaa meit„ my”s oman aurinko- kuntamme tutkimuksessa. MAAILMANKAIKKEUDEN PUUTTUVAA MASSAA ETSIMŽSSŽ... T„hden massan tulee olla v„hint„„n puolet Auringon massasta, jotta se kykenisi aloittamaan el„m„ns„. Jos t„hden massa on liian pieni sen varsinaisen el„m„n aloittamiseen, kutsutaan sit„ ruskeaksi k„„pi”ksi. Ruskeiden k„„pi”iden olemassaoloa ei ole kuitenkaan voitu varsinaisesti osoittaa niiden pienen mas- san ja heikon kirkkautensa vuoksi. On pyritty vain t„ytt„m„„n t„llaisella teorialla puuttuva massa t„hden ja planeetan kehi- tyksen v„lilt„. Ainakin periaatteessa, ruskean k„„pi”n s„tei- lem„ l„mp”energia tekee niist„ havaittavia infrapunas„teilyn aallonpituuksilla. ISO:n havaintojen perusteella pyrit„„n sel- vitt„m„„n ruskeiden k„„pi”iden olemassaoloa t„htien l„heisyy- dess„. Maailmankaikkeuden kokonaismassan selvitt„minen on varsin t„rke„„, koska n„in pyrit„„n k„sitt„m„„n, onko maailmankaik- keus suljettu vaiko avoin. Laajeneeko maailmankaikkeus loput- tomiin vai alkaako jossain vaiheessa j„lleen supistuminen. On- ko maailmankaikkeuden puuttuva massa juuri n„iss„ ruskeissa k„„pi”iss„. ISO auttanee salaisuuden paljastamisessa. MAAILMANKAIKKEUDEN MENNEISYYTTŽ ETSIMŽSSŽ... Kvaasaarit ovat varsin suurimassaisia ja suurienergisia maa- ilmankaikkeuden kohteita. Ne ovat kuin t„hti„, mutta s„teile- v„t energiaa satojen galaksien voimalla. Kooltaan ne ovat kuitenkin huomattavasti pienempi„. Koska maailmankaikkeus laa- jenee, et„„ntyv„t kvasaarit meist„ l„hes valon nopeudella. T„- m„n vuoksi niiden spektriss„ on havaittavissa ns. punasiirty- m„. Valo matkaa kvasaareista Maahan miljardeja vuosia. Tutki- malla t„t„ infrapunas„teily„, voimme tutkia maailmankaikkeuden menneisyytt„. Kvasaarien ytimen„ uskotaan olevan musta aukko, joka aiheuttaisi t„m„n valtaisan energias„teilyn. YHŽ SYVEMMŽLLE AVARUUTEEN Galaksit ovat maailmankaikkeuden rakenneosia. IRAS kartoitti Linnunratamme lis„ksi satoja galakseja infrapunas„teilyn aal- lonpituudella, joita oli Maasta k„sin mahdotonta havaita. IRAS tutki kohteita varsin pinnallisesti, l„hinn„ kartoittaen nii- den sijainteja. ISO:n teht„v„n„ on tutkia tarkemmin n„it„ koh- teita ja antaa vastauksia moniin n„ihin kysymyksiin. Tutkimus- tulosten odotetaan olevan mullistavia ja ainutlaatuisia, jopa niin ainutlaatuisia, ett„ NASA on suunnittelemassa jo vastaa- vanlaista observatoriota SIRTF-tekokuuta (the Space Infrared Telescope Facility), joka jatkaisi ISO:n tutkimuksia sen toi- mintakauden p„„tytty„. Suomennos: Leo Wikholm L„hdeteos: Beatrice Lacoste: Unravelling the mysteries of starbirth ESA Features Nbr 18 (17.12.1990), ESA, France