ISO - INFRAPUNAOBSERVATORIO

Thtien  ja etisten galaksien synty on ollut arvoitus  ihmis- 
kunnalle. Thtievliset paksut kaasu- ja plypilvet ovat est- 
neet kaukaisten thtien ja thtien mahdollisten  syntyalueiden 
tutkimisen,  kunnes infrapunasteilyn  olemassaolo  keksittiin 
noin  kaksi  vuosisataa sitten.  Englantilainen  fyysikko  Sir 
William Herschel lysi tmn ihmissilmlle nkymttmn  valon 
aallonpituuden, tutkiessaan Auringon spektri. Lmpimien  koh-
teiden  todettiin  steilevn enemmn  infrapunasteily  kuin 
kylmien. Nin kaasu- ja plypilvien peittmt kaukaiset thdet 
paljastuivat  lmpns perusteella.  Euroopan  Avaruusjrjest
ESA  on  valmistelemassa uutta,  mullistavaa  tekokuuta,  ISO-
infrapunaobservatoriota (Infrared Space Observatory), joka  on  
tarkoitus  laukaista avaruuteen vuonna 1993. Se tulee  tarjoa- 
maan  thtitieteilijille  yksityiskohtia  niin  aurinkokunnan 
lhiplaneetoista kuin kaukaisista galakseista. ISO tutkii  ko- 
meettoja, galakseja, thtien syntyalueita sek toisia aurinko-
kuntia infrapunasteilyn aallonpituudella. 

  Tutkiessaan Auringon valon spektri, William Herschel totesi 
spektrin punaisen alueen steilevn enemmn lmpsteily. In- 
frapunasteily  on  kuin lmp.  Jokainen  maailmankaikkeuden 
kohde  steilee jonkin verran energiaa. Mit lmpimmpi  kohde 
on, sit enemmn se steilee energiaa ja nin  infrapunastei- 
ly. Infrapunasteily on ihmissilmlle nkymton steilyn  la- 
ji, jonka aallonpituus on hieman pidempi kuin nkyvll valol-
la, noin 700 nm - 1 mm. 

  Infrapunasteily oli ensimminen nkymttmn steilyn laji, 
jonka ihminen lysi. Tst huolimatta, sit on psty  tarkem- 
min tutkimaan  vasta  1970-luvun  loppupuoliskolla.  Ongelmana  
on  ollut vuosikausia riittvn tekniikan puute. Vasta  puoli- 
johdetekniikan kehittyess on voitu valmistaa riittvn  herk- 
ki  infrapunailmaisimia.  

  Maan ilmakeh on aiheuttanut mys oman ongelmansa  avaruuden 
infrapunasteilyn tutkimiselle. Ilmakeh est infrapunastei- 
lyn  psemist maanpinnalle. Ongelmaa on  pyritty  kiertmn 
tekemll  havaintoja vuorten huipuilta. Ehkp maailman  par-
haimpia  tllaisia 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 
rimmist,  alle 20 mikrometrin aallonpituutta ei ole  voitu 
tutkia.  Tt 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  etisyys 
Maasta  vaihtelee 1000-70000 kilometrin vlill.  Observatorio 
kiert  Maan 24 tunnissa. ISO:n tutkima aallonpituus on  2.5- 
200 mikrometri.
  
  Infrapunasteilyn tutkiminen Maata kiertvll radalla  mah- 
dollistaa  koko infrapunasteilyn  aallonpituuden  tutkimisen. 
Maata  kiertvll  radalla observatoriolle on  toki  tarjolla 
omat  ongelmansa. Observatorion oma infrapunasteily  on  ers 
nist ongelmista. Tekokuun laitteistot joudutaan tmn vuoksi 
jhdyttmn  lhelle  absoluuttista nollapistett  sen  oman 
infrapunasteilyn estmiseksi. Jhdytys tapahtuu  nestemisen 
heliumin avulla, jolloin mittalaitteiden lmptila saadaan l- 
helle -270C:ta. 18 kuukauden toimintaa varten nestemist he- 
liumia  varataan  tekokuun kyttn 2300 litraa. ISO  on  kuin 
jttilisminen termospullo.

  Maailman ensimminen infrapunatutkimustekokuu IRAS  laukais- 
tiin radalleen vuonna 1983. Kymmenen kuukauden aikana  tekokuu 
teki merkittvi infrapunalytj avaruudesta. 300 pivn  ai- 
kana  IRAS lysi neljnnesmiljoona infrapunasteilyn  kohdetta 
avaruudesta. Tutkimus ksitti koko taivaanpallon ja sen avulla 
voitiin laatia ensimminen laaja infrapunakohteiden kartta ko- 
ko  thtitaivaasta. Tekokuun havainnot olivat noin 100  kertaa 
laadukkaampia kuin Maan plt tehdyt havainnot.

  ISO  jatkaa  siit mihin IRAS ji. Observatorion  avulla  ei 
pyrit  yksinomaan etsimn uusia avaruuden  infraopunakohtei- 
ta, vaan tutkimaan mys tarkemmin jo ennestn tunnettuja koh- 
teita. ISO-observatorion elinik IRAS:iin nhden on kaksinker-
tainen.  ISO:n  tutkimuslaitteiden  infrapunailmaisintekniikka 
on kehittyneemp kuin IRAS-tekokuun. ISO:n uskotaankin  teke- 
vn  noin 1000 kertaa laadukkaampia havaintoja  maanpllisiin 
havaintoihin verrattuna.

  ISO:n maa-asema sijaitsee Villafrancassa Madridin  lheisyy- 
dess  Espanjassa.  Samaa maa-asemaa on aiemmin  kytetty  mm. 
IUE-ultraviolettitekokuun (International Ultraviolet Explorer) 
ohjaamiseen. ISO-observatoriolle laaditaan tarkka  havaintoai- 
kataulu ennen sen laukaisua. Nin 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 
asennonstjrjestelm  mahdollistaa noin 10 tunnin  yhtjak- 
soisen  havainnoinnin. Tietokonejrjestelm  huolehtii,  ettei 
tekokuun  mittalaitteisto  osoita koskaan Maata  tai  Aurinkoa 
kohti.  Aurinkoon suuntaaminen saattaisi vahingoittaa  herkk 
mittalaitteistoa  ja  Maan lmpsteily  puolestaan  saattaisi 
suorastaan muuttaa havaintolaitteiden herkki viritelmi. Tar- 
vittavan energian tekokuu saa aurinkopaneeliensa avulla, jotka 
samalla suojaavat tekokuuta kuumuudelta.

  ISO-observatorio koostuu neljst 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,  lmptilaa ja liikett. ISO on  infrapunatutkimuksen 
mittalaitteena varsin tarkka ja tehokas. ISO kykenisi  havait- 
semaan ihmisen noin 100 kilometrin etisyydelt ja  mittaamaan 
jkuution lmpsteilyn hnen kdestn.

  KUIN KRMEEN INFRAPUNAMAAILMASSA...

  Ajatellaanpa ihmist, joka nkisi maailman infrapunasteilyn 
valossa.  Hn  nkisi valon samalla tavoin kuin  mekin,  mutta 
kaikki  tuo valo olisikin lmpsteily. Tm  ihminen  nkisi 
maailman  kuin  negatiivisena. Lmpimt  kohteet  loistaisivat 
kirkkaina ja kylmt taas tummina hahmoina. Taivas olisi kirkas 
yllkin,  ihmiset ja elimet hohtaisivat kirkkaina  hahmoina. 
Kun  avaisit jkaapin, nyttisi sen sislt  pimelt,  etk 
nin lytisi sielt mitn.

  Luonto  on  ollut viisas  hydyntessn  infrapunasteily. 
Joillakin krmelajeilla on silmissn ernlaiset  infrapuna- 
ilmaisimet,  joiden avulla ne pystyvt  hahmottamaan  lmpimt 
kohteet. Krmeet ovat kylmverisi matelijoita, joten  niiden 
oma lmp ei liiemmin hiritse tt saalistusominaisuutta.

  Hydynnmme infrapunasteily lhes jokapivisess  elms- 
smme, televisioiden kaukostimiss, kameroissa jne. Avaruut- 
ta tutkittaessa on infrapunasteilyll erityinen  merkityksen- 
s:  pystymme tutkimaan kohteita, joita nkyvss  valossa  on 
vaikea tutkia tai kohteita, jotka paljastuvat vain lmpstei- 
lyns perusteella thtienvlisten paksujen plypilvien takaa.

  NKYMTNT MAAILMANKAIKKEUTTA TUTKIMASSA

  Nkymttmn valon aallonpituuksia ovat tutkineet useat  te- 
kokuut. Vuonna 1975 ESA laukaisi COS-B-tekokuun, joka paljasti 
pulsareiden  ja  kvasaarien lhettmn  gammasteilyn.  Vuonna 
1978 laukaistiin ESA:n ja NASA:n yhteistyn  IUE-ultraviolet- 
tekokuu  tutkimaan avaruuden  ultraviolettisteilyn  kohteita. 
Vuonna 1983 Euroopan ensimminen rntgentekokuu Exosat  aloit- 
ti avaruuden rntgensteilykohteiden tarkastelun. Samana vuon- 
na laukaistiin IRAS-tekokuu tutkimaan infrapunasteily.

  ISO on uuden sukupolven observatorioita. ISO:n kohdevalikoi- 
maan  tulevat kuulumaan mm. novat, jotka ovat yksi  kiehtovim- 
mista kohteista. Ne saattavat hetkellisesti kirkastua  nkyvn 
valon aallonpituudella ja himmenty sitten yhtkki nkymtt- 
miin.  Muilla aallonpituuksilla ilmi onkin toisenlainen.  No- 
vien on havaittu steilevn eri aallonpituuksilla kehityksens 
eri  vaiheissa. Jotta tllainen ilmi voitaisiin  perusteelli- 
sesti ymmrt tulisi ilmit voida tutkia siis kaikilla  aal- 
lonpituuksilla.  ISO auttaa tmn palapelin kokoamisessa  tut- 
kimalla novia infrapunasteilyn aallonpituuksilla.

  ISO ei tule jmn suinkaan ainoaksi vastaavanlaiseksi  ob- 
servatorioksi  tulevaisuudessa.  Euroopan  Avaruusjrjest  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 kaasukehn tutkimiseen.

  THTIEN SYNTYM JA KUOLEMAA TUTKIMASSA...

  Miljoonat thdet syntyvt ja kuolevat Linnunratamme  spiraa- 
lihaaroissa.  Esimerkiksi oma Aurinkomme on  joskus  aikoinaan 
syntynyt Linnunradassa thtienvlisen kaasun ja plyn alkaessa 
kasaantumaan gravitaatiokentn vaikutuksesta thdeksi.

  Thtienvlisen kaasun ja plyn kasaantuessa, lmptila alkaa 
nousta pilven keskiosissa paineen vaikutuksesta. Lmptila al- 
kaa kohota varsin korkeaksi ja ydinreaktio alkaa. Thti ei ole 
viel  havaittavissa nkyvn valon aallonpituuksilla, vaan  se 
on edelleen paksujen kaasu- ja plypilvien ymprimn. Synty- 
nyt thti steilee infrapunasteily, joka paljastuu kaasu- ja 
plypilvien  seasta. ISO-observatorion ern ptehtvn  on 
tutkia  thtien  syntyalueita sek nin  avartaa  ksitystmme 
thtien kehityksest ja maailmankaikkeuden olemuksesta.

  Kuoleva thti on samankaltaisten kaasu- ja  plykerntymien 
peittm.  Elinaikanaan  thti muuttaa vety  heliumiksi.  Kun 
vety  viimein loppuu thden gravitaaiokentt ottaa voiton  ro- 
mahduttaen thden valkoiseksi kpiksi, punaiseksi  jttili- 
seksi  tai lopulta supernovaksi. Supernovan  rjhtess,  j 
siit  jljelle valtaisa kaasupilvi. Infrapunamittaukset  pal- 
jastavat  pilvest raskaita aineita, kuten nikkeli,  radioak- 
tiivista kobolttia ja rautaa, supernovan sydmess.

  Nit kataklysmisi tapahtumia on tarkoitus tutkia mys ISO- 
observatorion  avulla. Aikaisemmin vastaavanlaista  tutkimusta 
on  tehnyt IUE-tekokuu, tutkiessaan vuonna 1987 nkynytt  su- 
pernova 1987A:ta.

  AURINKOKUNTAMME HISTORIAA TUTKIMASSA...

  Kuut,  pikkuplaneetat ja komeetat ovat muistoja  kaukaisesta 
menneisyydest, aurinkokuntamme syntyajoilta. Ehkp  kaikkein 
vanhimpia  niist ovat juuri komeetat ply-  ja  jytimineen. 
Komeettojen  uskotaan  olevan perisin noin  viiden  miljardin 
vuoden takaa. ISO-observatorion avulla voidaan tutkia lhemmin 
komeettojen  ytimi, niiden lmptilaa ja kemiallista  koostu- 
musta, kun ne lhestyvt Aurinkoa.

  Ent kuinka yleisi ovat planeetat muilla thdill? Planeet- 
tojen  uskotaan saaneen alkunsa thden synnyn yhteydess  sit 
ymprineest materiakiekosta. Thden syntyess, thti  puhal- 
taa ulos kosmista materiaa. Nm kaasumaiset ainespallot  muo- 
dostavat materiakiekon, joka kiertyy thden ymprille.  Ainek- 
sen  kasaantuessa alkaa muodostumaan planeettoja. Muiden  th- 
tien  planeettojen havaitsemista vaikeuttaa  kohteiden  heikko 
pintakirkkaus.  Lisksi thdet kirkkaalla valollaan  heikent- 
vt  havaintomahdollisuuksia. Mutta  infrapunasteilyn  perus- 
teella  toisten mahdollisten aurinkokuntien olemassaoloa  voi- 
daan  tutkia perusteellisemmin. Yksityiskohtaiset  tutkimukset 
auttavat  meit  ymmrtmn, kuinka planeetat  ovat  loppujen 
lopuksi saaneet alkunsa. Tm auttaa meit mys oman  aurinko- 
kuntamme tutkimuksessa.

  MAAILMANKAIKKEUDEN PUUTTUVAA MASSAA ETSIMSS...

  Thden massan tulee olla vhintn puolet Auringon massasta, 
jotta  se kykenisi aloittamaan elmns. Jos thden  massa  on 
liian  pieni sen varsinaisen elmn  aloittamiseen,  kutsutaan 
sit ruskeaksi kpiksi. Ruskeiden kpiiden olemassaoloa ei 
ole kuitenkaan voitu varsinaisesti osoittaa niiden pienen mas-
san ja heikon  kirkkautensa vuoksi. On pyritty vain tyttmn 
tllaisella teorialla puuttuva massa thden ja planeetan kehi- 
tyksen vlilt. Ainakin periaatteessa, ruskean kpin  stei- 
lem  lmpenergia tekee niist havaittavia  infrapunasteilyn 
aallonpituuksilla. ISO:n havaintojen perusteella pyritn sel- 
vittmn ruskeiden kpiiden olemassaoloa thtien  lheisyy- 
dess.

  Maailmankaikkeuden  kokonaismassan selvittminen  on  varsin 
trke,  koska nin pyritn ksittmn, onko  maailmankaik- 
keus suljettu vaiko avoin. Laajeneeko maailmankaikkeus  loput- 
tomiin vai alkaako jossain vaiheessa jlleen supistuminen. On- 
ko  maailmankaikkeuden puuttuva massa juuri  niss  ruskeissa 
kpiiss. ISO auttanee salaisuuden paljastamisessa.

  MAAILMANKAIKKEUDEN MENNEISYYTT ETSIMSS...

  Kvaasaarit ovat varsin suurimassaisia ja suurienergisia maa- 
ilmankaikkeuden kohteita. Ne ovat kuin thti, mutta  steile- 
vt  energiaa  satojen galaksien voimalla.  Kooltaan  ne  ovat 
kuitenkin huomattavasti pienempi. Koska maailmankaikkeus laa- 
jenee, etntyvt kvasaarit meist lhes valon nopeudella. T- 
mn vuoksi niiden spektriss on havaittavissa ns.  punasiirty- 
m. Valo matkaa kvasaareista Maahan miljardeja vuosia.  Tutki- 
malla tt infrapunasteily, voimme tutkia maailmankaikkeuden 
menneisyytt. Kvasaarien ytimen uskotaan olevan musta  aukko, 
joka aiheuttaisi tmn valtaisan energiasteilyn.

  YH SYVEMMLLE AVARUUTEEN

  Galaksit ovat maailmankaikkeuden rakenneosia. IRAS kartoitti 
Linnunratamme lisksi satoja galakseja infrapunasteilyn  aal- 
lonpituudella, joita oli Maasta ksin mahdotonta havaita. IRAS 
tutki kohteita varsin pinnallisesti, lhinn kartoittaen  nii- 
den sijainteja. ISO:n tehtvn on tutkia tarkemmin nit koh- 
teita ja antaa vastauksia moniin nihin 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 ptytty.

Suomennos: Leo Wikholm

Lhdeteos:  
  Beatrice Lacoste: Unravelling the mysteries of starbirth 
  ESA Features Nbr 18 (17.12.1990), ESA, France