Metsähovin radioteleskooppi on katsonut 50 vuotta Aurinkoon – pitkät havaintosarjat ovat avaruustutkimuksen arvotavaraa
Verkkoportin avauduttua sireeni ulvahtaa soimaan ja koneääni huomauttaa, että tulijan kännykkä tai läppäri on päällä ja hamuilee yhteyttä verkkoon. Täällä ei käytetä langattomia laitteita ja soitetaankin vain lankapuhelimilla. Radioaallot kuuluvat pelkästään tutkimukselle.
Syrjäisen tien päässä Kirkkonummella kohoava jättiläispallo – tai Kurpitsa, kuten ensimmäiset pystyttäjät sen nimesivät – kätkee suojiinsa Aalto-yliopiston Metsähovin radio-observatorion suuren teleskoopin.
Halkaisijaltaan 14-metrisellä lautasantennilla on otettu vastaan avaruuden radiosäteilyä korkeilla taajuuksilla huhtikuusta 1974 alkaen.
Kurpitsa suojelee teleskooppia huonon sään lisäksi Auringon lämpösäteilyltä. Vaikka Auringon seuraaminen on Metsähovin päätehtäviä, teleskooppia ei voisi ulkosalla suunnata noin vain kohteeseensa, sanoo Metsähovin johtaja Joni Tammi.
– Jos ihminen katsoo kiikarilla Aurinkoa, se on todennäköisesti viimeinen asia, jonka hän koskaan näkee. Hänen verkkokalvonsa palaa. Samoin voisi käydä radioteleskoopillekin, hän vertaa.
Antenni keräisi lämpösäteilyn yhteen pisteeseen, mikä voisi sulattaa elektroniikkaa ja vaurioittaa laitteita, jotka Metsähovissa muutenkin halutaan pitää hyvin kylmässä lämpötilassa, jopa lähellä absoluuttista nollapistettä.
– Radioaallot kulkevat kuvun läpi, ihan samalla tavalla kuin kännykän radioaallot tulevat seinän läpi, mutta haitallinen lämpösäteily jää ulkopuolelle. Itse asiassa meidän teleskooppimme on yksi harvoja lautasteleskooppeja, jotka voidaan kääntää suoraan Aurinkoon keräämään sieltä dataa, Tammi kertoo.
Metsähovi on paitsi Suomen ainoa radioastronominen tutkimuslaitos, niin lajissaan yksi harvoja Euroopassa eikä perin tavallinen koko maailmassakaan, kertoo Joni Tammi.
Metsähovin pisimmät yhtäjaksoiset havaintosarjat ovat maailman ykkösluokkaa, yli 40 vuoden mittaisia. Auringon lisäksi täällä seurataan aktiivisia galakseja.
– Niiden keskustassa on supermassiivinen musta aukko, joka tuuttaa sieltä kauhealla vauhdilla plasmasuihkuja. Niitä me tutkimme, Tammi kertoo.
Kolmas pääasia Metsähovissa on interferometria. Siinä kytketään yksittäisiä teleskooppeja yhteen suuriksi virtuaaliteleskoopeiksi.
Metsähovi on ollut jo pitkään mukana erilaisissa kansainvälisissä pitkäkantainterferometriaverkoissa.
Pitkäkantainterferometrian ansiota on sekin, että mustista aukoista on saatu kuvia. Fyysisenä teleskoopin pitäisi olla maapallon kokoinen. Uusin kuva julkaistiin viime kuussa.
Sopivasti syrjäinen Metsähovi etsittiin paikaksi, kun lisääntynyt ula-radiopuhelinliikenne ja muut häiriöt haittasivat mittauksia, jotka olivat alkaneet 1950-luvulla Helsingin Viikissä.
Tähtitiede ei vielä silloin ollut keskiössä.
– Professori Martti Tiuri korosti 1960-luvulla virkaanastujaispuheessaan silloisessa Teknillisessä korkeakoulussa, että Suomeenkin piti saada tekokuututkimusta ja -osaamista, kertoo Joni Tammi.
Tiuri oli nähnyt maailmalla radioteleskooppeja ja halusi Suomen mukaan kehityksen kärkeen.
– Silloin keskityttiin nimenomaan tekniikan kehittämiseen. Kokeiltiin, saadaanko välitettyä signaaleja, voidaanko nähdä satelliitteja ja pystytäänkö niiden kanssa kommunikoimaan.
Sellainen tutkimus oli kiinnostavaa tieteilijöiden lisäksi Posti- ja lennätinlaitokselle ja Yleisradiolle, jotka lähtivät hankkeeseen mukaan.
– Vaikka tieteelliset havainnot ovat aina olleet toiminnan ytimessä, 10-15 viime vuotta on menty yhä enemmän radio-observatoriotoimintaan. Keskitytään tähtitieteeseen, avaruustutkimukseen. Tekniikan kehittyminen ja kehittäminen painottuu nykyään vähän eri asioihin, Tammi sanoo.
Muutoksesta kertoo myös nimi: Metsähovin radiotutkimusasemasta tuli kolme vuotta sitten myös viralliselta nimeltään radio-observatorio.
Normaali kaukoputki mittaa kaukaisen galaksin tai tähden kirkkautta ja sen vaihtelua näkyvällä valolla. Metsähovissa tehdään samaa ihmissilmälle näkymättömällä radiovalolla.
Metsähovi keskittyy siihen, missä se on poikkeuksellisen hyvä: sitkeään seurantaan. Niin syntyneillä pitkillä aikasarjoilla on suuri arvo koko maailmassa.
– Meidän teleskooppimme on ominaisuuksiltaan sellainen, ettei meidän kannata yrittää herkimpiä mittauksia esimerkiksi jostain tietystä kaasusumusta. Näillä meidän taajuuksilla kannattaa keskittyä siihen, että havaitsemme tiettyjä kohteita vuodesta toiseen, Tammi kertoo.
Kun jokin avaruusteleskooppi ottaa tarkan kuvan vaikkapa kvasaarista, Metsähovilla on tarjota tuokiokuvalla kymmenien vuosien havainnointiin perustuva konteksti.
Auringosta Metsähovilla on jo miltei puolen vuosisadan mittainen aikasarja – siitäkin huolimatta, ettei Aurinko ei näytä koskaan tekevän mitään mielenkiintoista, Joni Tammi sanoo.
– Ainoa poikkeus on auringonpimennys, ja silloinkin se on se eteen tuleva Kuu, jonka me huomaamme. Aurinko on taivaankappaleista tylsin, jos tarkkaillaan pelkästään näkyvää valoa.
Radioteleskoopille Aurinko näyttää kuitenkin aivan toiselta. Siellä on purkauksia ja aktiivisia alueita ja aina jotakin käynnissä, Tammi kuvailee.
– Me haluamme ymmärtää nimenomaan sitä, miten Aurinko muuttuu pitkällä aikavälillä. Ei vuodessa tai päivässä, ei välttämättä edes kymmenessä vuodessa, vaan Auringolle ominaisesta 11 vuoden syklistä toiseen, 50 vuoden aikaskaalalla.
Se on erittäin olennaista tietoa, kun mietitään esimerkiksi sitä, miten ihminen vaikuttaa ilmastonmuutokseen, Tammi sanoo.
– Jotta ymmärrämme ilmastonmuutoksen kokonaisuuden ja ihmisen osuuden siinä, meidän pitää pystyä poistamaan taustalta Auringon vaikutus esimerkiksi sadan vuoden ajalta.
Auringon aktiiviset alueet liikkuvat ja kehittyvät, ja osa purkautuu tavalla, joka synnyttää revontulia mutta myös ongelmia satelliiteille ja sähköverkoille.
– Jos haluamme tietää, milloin kannattaa laukaista satelliitti tai varautua sähkökatkoksiin, niin niihinkin ennustuksiin tarvitaan tätä pitkän aikasarjan ymmärrystä, sanoo Joni Tammi.
Auringossa tapahtuvalta purkaukselta kestää pari päivää lentää 150 miljoonan kilometrin matka Maahan. Pitkien aikasarjojen ansiosta voidaan tulevaisuudessa ehkä ennustaa, mikä aktiivinen alue osoittautuu ongelmaksi viikon päästä.
Mikään observatorio tai teleskooppi ei toki pysty yksinään keräämään kylliksi tietoa auringonpurkausten ennustamiseen. Tarvitaan useita laitteita, jotka katsovat samaa kohdetta eri tavoilla. Metsähovilla on jatkossakin uutta annettavaa.
Mittalaitteisto kehittyy, iloitsee Joni Tammi.
– Olemme saaneet uusia radioteleskooppeja ja tilanneet pääteleskooppiin uuden vastaanottimen, joka mullistaa tutkimuksemme parin vuoden päästä ihan kokonaan.
Tähtitiede ei sittenkään ole syönyt Tammen yöunia, kuten hän ehti ammatinvalinnastaan ajatella. Onneksi löytyi kaksi porsaanreikää, hän sanoo.
Ensimmäinen on se, että hänestä tuli teoreetikko. Astrofysiikkaan keskittyneenä hän tekee töitä tietokoneella eikä vietä öitä kaukoputken takana. Toinen on hänen työpaikkansa. Radio-observatorion teleskooppi näkee päivälläkin ongelmitta ilmakehän läpi.
Metsähovin teknisten saavutusten lisäksi Tammi on iloinen ihmisten kiinnostuksesta.
– Meillä oli muutama vuosi sitten varainhankintakampanja. Ihmiset antoivat tuloistaan kymppejä, jotkut satasia, jotkut vielä enemmän. Oli tosi hienoa huomata, että ihmisiä oikeasti kiinnostaa se, mitä meidän laitteilla voidaan tehdä ja löytää.
Tutkimuksellisesti säväyttävimmäksi hetkeksi Metsähovin historiassa hän valitsee Messier 87 -galaksin keskustan supermassiivisen mustan aukon kuvan julkaisemisen vuonna 2019, maailman ensimmäisen kuvan mustasta aukosta.
Siinä huipentui Metsähovissakin osaltaan 40 vuoden työ.
– Olimme vähän niin kuin ornitologi tai lintubongari, joka näkee ensimmäistä kertaa linnun, jonka äänen hän on kuullut pitkän aikaa, nähnyt jätöksiä ja jälkiä lumessa ja hänellä on ollut teoria siitä, miltä se näyttää, minkä kokoinen se on ja mitä se syö.
Mitä Metsähovin johtaja antaisi syntymäpäivälahjaksi kaitsettavalleen, jos budjetti venyisi mielin määrin?
– No se interferometria on se, mihin maailman radioastronomia on menossa. Yhden ison teleskoopin sijasta rakennamme monta pientä laajalle alueelle, Joni Tammi vastaa.
Metsähovin pihalla seisoo jo kaksi halkaisijaltaan 5,5-metristä teleskooppia, jotka on juuri saatu kytkettyä toimimaan yhdessä niin, että niiden virtuaalinen yhteiskoko on 47 metriä.
– Niitä käytetään kuitenkin erillisinä teleskooppeina siihen asti, että korrelaattori-tietokone valmistuu, Tammi kertoo.
Kolmannen teleskoopin rakentaminen alkaa kesällä, ja neljäskin on toiveissa, jos rahoitusta riittää.
Tulevan oman interferometrin tarkkuutta ei kuitenkaan voi eikä kannata verrata suoraan 14-metriseen fyysiseen teleskooppiin, sillä toimintataajuus on eri, Tammi huomauttaa.
Tähtitiede ei ole halpaa. Sellainen hienomekaniikka ja mikroelektroniikka, joita Metsähovin laitteissa tarvitaan, on äärimmäisen tarkkaa mittatilaustyötä. Aika vähän on pystytty ostamaan mitään valmista, Joni Tammi kertoo.
– Summat ovat… no, anteeksi vain kaikki, ne ovat tosi tähtitieteellisiä. Vastaanotin, jota meille parhaillaan rakennetaan Saksassa, maksaa 1,6 miljoonaa euroa. Atomikello on ainoa laite, jonka voimme vain tilata, ja tilaamiseenkin on mennyt ehkä vuosi.
Vanhat atomikellot alkavat olla siinä kunnossa, että tarvitaan yksi uusi, vaikka sekin maksaa satojatuhansia euroja. Ilman äärimmäisen tarkkoja atomikelloja ei ole interferometriaa. Tammi vertaa niitä metronomiin, joka antaa musiikille tahdin.
– Korona-ajassa oli se yksi hyvä puoli, että ihmiset oppivat tekemään asioita yhdessä hajautetusti. Pianisti oli vaikka Saksassa ja huilisti Australiassa. Laulaja oli ihan eri aikavyöhykkeellä Kiinassa ja toinen jossakin muualla.
Kukin nauhoitti osuutensa metronomin tahdistamana, ja kun osuudet koottiin yhteen, kuulosti siltä kuin olisi oltu samassa huoneessa tai konserttisalissa.
– Pitkäkantainterferometri toimii oikeastaan ihan samalla tavalla. Yksittäiset teleskoopit ympäri maailmaa kääntyvät katsomaan samaa kohdetta ja mittaamaan samaa dataa. Atomikello antaa niille tietyn taajuussignaalin ja taajuusreferenssin.
Supertietokone koostaa datasta lopputuloksen. Vuoden 2019 huimassa tiedeuutisessa se näytti tältä:
