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 -270�C: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 K��RMEEN� 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. N�KYM�T�NT� 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. T�HTIEN SYNTYM�� 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 ETSIM�SS�... 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 MENNEISYYTT� ETSIM�SS�... 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. YH� SYVEMM�LLE 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