Valtava golfpallon näköinen kupu kirkkonummelaisen metsän keskellä kätkee sisäänsä Suomen suurimman radioteleskoopin. Valkoisen kuvun tehtävä on suojata halkaisijaltaan 14-metristä teleskooppia sääoloilta, jotta herkkä tutkimusinstrumentti voi jatkaa vuodesta 1974 tekemäänsä havainnointia avaruudesta.

Olemme Aalto-yliopiston Metsä-
hovin radio-observatorioalueella, jossa vallitsee radiohiljaisuus: kaikki langattomat yhteydet pitää olla kytkettynä pois päältä, jotta ylimääräiset radioaallot eivät häiritse tutkimustoimintaa. Täällä tutkijat ja opiskelijat keräävät tietoa esimerkiksi Auringon millimetri- ja mikroaaltosäteilystä. Näitä tietoja voidaan hyödyntää muun muassa tähtien toiminnan ymmärtämiseen sekä sähköverkkojen toimintaan vaikuttavien auringonpurkausten ennustamiseen.

Tutkimusinsinööri Derek McKay on luvannut näyttää meille paikkoja ja esitellä RollResearch Internationalin viime vuosina modernisoimia tutkimusinstrumentteja: suurimman radioteleskoopin, Sun Ant -aurinkoantennin sekä MCA2-radioteleskoopin (Metsähovi Compact Array).

Avuksi avaruustutkimuksessa

Metsähovissa investoinnit tehdään erilaisten lahjoitusvarojen turvin. Tämän vuoksi tutkimusinstrumentit modernisoitiin yksitellen rahoituksen järjestyttyä vuosien 2020–2023 aikana.

”Tarkasti säädellyn budjetin lisäksi meillä oli tiukka aikataulu, sillä tutkimusaika halutaan maksimoida eikä pitkän aikavälin monitorointiin saa tulla liian pitkiä katkoja. Niinpä ulkona olevien teleskooppien kalibrointia tehtiin välillä räntäsateessakin”, McKay muistelee.

Haastavista olosuhteista huolimatta modernisointiprojekti oli erityisen mieluisa RollResearchin operatiiviselle johtajalle, Thomas Widmaierille, joka on ollut lapsesta asti kiinnostunut avaruudesta.

”Olin erittäin iloinen, että saimme Metsähovin modernisointiprojektin. Silloin pääsin ensimmäistä kertaa olemaan konkreettisesti avuksi suomalaisessa avaruustutkimuksessa. Projekti oli mukavalla tavalla haastava ja siinä pääsi tekemään ja oppimaan uusia asioita”, Widmaier kertoo.

Ohjelmointia takapuolituntumalla

Pääteleskoopin edellinen ohjaus oli Metsähovin henkilökunnan ja opiskelijoiden 1990-luvulla tekemä. Widmaeirin tehtävä oli modernisoida ohjausjärjestelmä kaupallisesti saatavilla olevilla komponenteilla varaosien ja teknisen tuen saatavuuden varmistamiseksi. Teknologiatoimittajaksi valikoitui Siemens.

”Siemensin logiikoiden etu on se, että ne soveltuvat hyvin erilaisten monimutkaisten laitteiden ohjaamiseen. Meillä on Simaticeista vuosien positiiviset kokemukset, ja olimme varmoja, että niiden avulla saamme toteutettua tämän projektin”, Widmaier toteaa.

Pääteleskoopissa on kaksi akselia, jotta lautasantenni pääsee nousemaan pystysuunnassa ylöspäin ja pyörimään oman akselinsa ympäri ja näin seuraamaan haluttuja kohteita avaruudessa esimerkiksi muiden observatorioiden ja NASAn antamien koordinaattien perusteella. Sujuvat liikeradat varmistaa neljä moottoria, joista liikkeen aikana yksi vetää ja toinen jarruttaa per liikesuunta.

”Kun teleskooppi vaihtaa pyörimissuuntaa, myös moottorien tehtävät vaihtuvat. Niiden ohjauksen hienosäätöön meni kaksi viikkoa. Käytännössä istuin sen ajan antennin päällä ja testasin ohjelmaa, ja kun en enää tuntenut vaihdoksen hetkellä takapuolessa kolausta, tiesin, että meni hyvin”, Widmaier kertoo naurahtaen.

Modernisoinnin myötä ohjauksen paikoittamisen tarkkuus parani 1–2 tuhannesosa-asteesta 0,5 tuhannesosa-asteeseen.

”Nopeasti laskettuna teleskoopin sivuttaispyörimisliikkeen kehällä on nyt noin miljoona kohtaa, joihin teleskooppi pystyy paikoittamaan itsensä.”

Tieteen tekemisen edellytys

Kun radioteleskooppi havainnoi esimerkiksi aurinkoa, se muodostaa kuvaa pikseli kerrallaan. Modernisoitu ohjausjärjestelmä nopeutti aurinkokartan tekoa 7 minuutista 2 minuuttiin, sillä edestakaiset pyyhkäisyt ja antennin suunnanmuutokset vievät nyt yli kolme kertaa vähemmän aikaa.

Metsähovissa ollaan tyytyväisiä modernisointiprojektien lopputulokseen ja entistä tarkempiin tutkimustuloksiin.

”Projekti oli meille erittäin kriittinen, ja se meni hyvin. Jos teleskooppien ohjausjärjestelmät eivät olisi ajantasaisia ja täsmällisiä eikä teleskoopin massiivinen rakenne kääntyisi haluamaamme kulmaan taivaalla, emme voisi tehdä modernia tiedettä emmekä löytäisi galakseja, joita etsimme”, McKay kertoo.

Tutkimusinstrumentit vaativat Metsähovin henkilökunnalta päivittäistä huolenpitoa: jokainen teleskooppi on oma yksilönsä, jolla on omat erityispiirteensä.

”Meidän tulee pystyä kehittämään niitä, mutta samaan aikaan on oltava todella huolellinen. Teleskoopit ovat herkkiä ja monimutkaisia laitteita, joiden tulee pystyä vastaanottamaan erittäin, erittäin heikkoja radiosignaaleja.”

”Vastaanottimilta vaadittua herkkyyttä kuvaa hyvin se, että jos keräisi yhteen kaikilla maailman radioteleskoopeilla koko radioastronomian historian aikana vastaanotetut radioaallot, olisi niissä vähemmän energiaa kuin yhden vesipisaran putoamisessa”, McKay havainnollistaa.