Tiede

Gravitaatioaaltojen metsästyksessä otettiin uusi askel: Lisa Pathfinder -luotain aloitti työn

R. HURT / CALTECH-JPL / HANDOUT
Gravitaatioaaltojen metsästyksessä otettiin uusi askel: Lisa Pathfinder -luotain aloitti työn

Kun kaksi neutronitähteä kiertää vinhasti toistensa ympäri, avaruuteen lähtee painovoima-aaltoja.

Vesa VanhalakkaAamulehti

Euroopan avaruusjärjestön ESA:n painovoima-aaltoja jäljittävä LISA Pathfinder -tutkimusluotain on aloittanut tieteellisen tutkimustyönsä. Pathfinderin lennon merkitys on kasvanut entisestään, sillä vajaat kolme viikkoa sitten kerrottiin, että gravitaatioaaltoja on havaittu ensimmäisen kerran.

LISA Pathfinderin käyttöönoton onnistumisesta kertoo muun muassa BBC.

LISA Pathfinder testaa menetelmää, jonka avulla gravitaatioaaltoja voidaan nähdä myös avaruudessa. Se ei pysty siis oikeasti näkemään mittalaitteidensa läpi hujahtavaa painovoima-aaltoa.

Albert Einstein ennusti painovoima-aaltojen olemassaolon 1915 julkaistussa yleisessä suhteellisuusteoriassaan.

Teoria ennustaa painovoima-aaltoja syntyvät avaruuden erittäin rajuissa tapahtumissa: kun tähti räjähtää elinkaarensa päätteeksi, kun kaksi mustaa aukkoa sulautuu yhdeksi tai kun kaksi pulsaria eli neutronitähteä pyörii vinhasti toistensa ympäri.

Kun gravitaatioaalto etenee avaruudessa, se vääristää avaruutta.

Jo 1950-luvulla osoitettiin, että gravitaatioaaltojen aiheuttama avaruuden vääristymä on havaittavissa oleva ilmiö. Aaltoja ei kuitenkaan oltu aikaisemmin havaittu, sillä avaruudessa matkatessaan ne laimenevat, ja niiden aiheuttama muutos avaruuden kudelmassa on häviävän pieni.

Yhdysvalloissa sijaitsevat kaksi LIGO-havaintolaitetta pyydystivät viime vuoden syyskuussa verkkoihinsa kahden toisiinsa sulautuneen mustan aukon 1,3 miljardia vuotta sitten liikkeelle lähettämän painovoima-aallon.

Tieto löydöstä julkistettiin Washingtonissa 11. helmikuuta. Se oli sensaatio, ja yksi kaikkien aikojen suurimmista tiedelöydöistä maailmankaikkeuden tutkimuksessa. Löytäjät saavat varmasti Nobel-palkinnon.

Uutinen painovoima-aaltojen havaitsemisesta levisi nopeasti kaikkialle maailmaan.

Gravitaatioaaltojen näkeminen on suuri edistysaskel maailmankaikkeuden tutkimisessa, sillä aaltojen avulla voidaan nähdä tapahtumia, joita nykyisin käytössä olevilla teleskoopeilla ja luotaimilla ei nähdä.

Olemassa olevat tutkimuslaitteet näkevät sähkömagneettista säteilyä eri aallonpituuksilla, kuten näkyvää valoa tai infrapunaista säteilyä.

Gravitaatioaallot etenevät avaruudessa sähkömagneettisesta säteilystä riippumatta. Siksi niiden avulla voidaan saada uutta tietoa esimerkiksi mustista aukoista tai aivan ensimmäisistä tapahtumista alkuräjähdyksen jälkeen.

Uuden ikkunan aukeamista maailmankaikkeuteen korosti myös uutisen ensimmäisen aallon näkemisestä maailmalle julkistanut fyysikko David Reize.

LISA Pathfinder matkasi 1,5 miljoonan kilometrin päähän

Euroopan avaruusjärjestön ESA:n LISA Pathfinder -tutkimusluotain lähti matkaan joulukuun alussa. Se saapui niin kutsuttuun Lagrangen 2 -pisteeseen tammikuussa.

Lagrangen 2 -piste sijaitsee 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta. Siellä Maan ja Auringon vetovoima kumoavat toisensa. Siksi luotain pysyy Lagrangen pisteessä paikallaan Maahan nähden.

Luotaimen kyydissä on kaksi halkaisijaltaan muutaman senttimetrin kokoista kulta-platinakuutiota. Kuutiot lilluvat painottomassa tilassa. Niiden liikkeitä ja etäisyyttä toisistaan mitataan kaiken aikaa lasersäteiden avulla.

Tältä kulta-platinakuutiot näyttävät.

Oletus on, että kun gravitaatioaalto kulkee kuutioiden välistä, niiden välinen etäisyys muuttuu hitusen.

Muutosta on todella vaikea havaita, sillä se on suuruudeltaan vain joitakin millimetrin biljoonasosia.

Mahdollista havaitseminen kuitenkin on. Tämän LIGO on osoittanut.

Käyttöönotto aloitettiin kuukausi sitten

LISA Pathfinderin käyttöönotto aloitettiin kuukausi sitten eli 3. helmikuuta.

Koko prosessin jännittävimmät hetket koettiin viikko sitten eli 22. helmikuuta, kun aluksen kyydissä olevat mittakuutiot vapautettiin kellumaan pelkän painovoiman varaan kammioissaan.

Kaiken piti sujua täsmälleen oikein, sillä lähimmillään kuutiot lilluvat vain muutaman millimetrin päässä kammion seinistä.

Tämä onnistui, ja maanantaina Euroopan avaruusjärjestöstä kerrottiin, että kuutiot kelluvat nyt kammioissaan vapaasti pelkästään painovoiman varassa.

Kokeiden ilmoitettiin alkavan tiistaina 1. maaliskuuta.

Kuutioiden pitää koko ajan pysyä tietyssä linjassa toisiinsa nähden. Tämä ei ole helppoa kaukaisessa avaruudessa, sillä vaikka kuutiot ovat eristyksissä painottomassa tyhjiössä, moni voima yrittää koko ajan pökkiä niitä pois paikaltaan.

Kuutioita pökkivät muun muassa Auringon säteilypaine, magneettikentät ja pienimmätkin lämpötilan muutokset. Jopa koekammion sisälle vahingossa pääsevä yksittäinen molekyyli voi tökätä kuution pois paikaltaan.

Jotta kuutiot eivät paikaltaan lipsahtele, Lisa Pathfinder korjailee koko ajan asentoaan kuutioiden suhteen.

Varsinainen tutkimusalus lähdössä vasta 2030-luvulla

Nyt alkavien LISA Pathfinderin testien tavoitteena on osoittaa, että gravitaatioaaltojen havaitseminen on mahdollista myös avaruudessa.

Jos testit onnistuvat, avaruuteen on tarkoitus lähettää varsinainen gravitaatioaaltojen metsästäjä eli kolmesta avaruusaluksesta koostuva LISA-luotain.

LISA:n kolme luotainta asettuvat kolmion muotoon. Kolmion jokaisen sivun pituus on miljoona kilometriä.

ESA
LISA:n kolme luotaina asettuvat kolmioon, jossa jokaisen luotaimen etäisyys toisesta on miljoona kilometriä.

LISA:n kolme luotaina asettuvat kolmioon, jossa jokaisen luotaimen etäisyys toisesta on miljoona kilometriä.

Jos painovoima-aalto sujahtaa muodostelman läpi, se muuttaa luotaimien välistä etäisyyttä hienoisesti, atomin halkaisijaa mitättömämmän matkan.

Tuo muutos mittalaitteiden pitäisi mitata 1,5 miljoonan kilometrin päässä maapallosta.

LISA:n on suunniteltu lähtevän matkaan 2030-luvulla. Tosin mahdollista on, että kun gravitaatioaaltoja on jo nähty, projekti saattaa toteutua aikaisemmin.

Vesa Vanhalakka Twitterissä: @vanhalakka


Kommentit (1)

  • Nimetön

    Mitä hyötyä tosta on ihmiselle. Ilotalossako rahoittajat ylipuhuttiin.

Kirjoita kommentti

Perustele, kirjoita selkeästi, älä vähättele ihmisiä, ÄLÄ HUUDA. Pysy aiheessa ja muista käytöstavat. Kommentit luetaan ja tarvittaessa muokataan ennen julkaisua.

Meillä on nollatoleranssi alatyyliselle ilmaisulle, henkilöön käyvälle arvostelulle ja vihamielisyydelle. Emme julkaise kommentteja, joiden ainoa sisältö on negatiivinen mielipide vailla perusteluja. Jätämme julkaisematta myös ne kommentit, joissa ei lainkaan piitata oikeinkirjoituksesta kuten isoista alkukirjaimista tai välilyönneistä.

Kiitos etukäteen rakentavasta kommentistasi!

Pääaiheet