1990-luvun alussa olin mukana Spectrum-Röntgen-Gamma (SRG)
-hankkeessa, jonka tarkoitus oli rakentaa avaruuteen laukaistava
röntgenteleskooppi. Mukana oli Neuvostoliiton avaruustutkimuslaitos
IKI, saksalaisia tutkijoita, ja suomesta VTT ja Outokumpu.
Suomalaisten mielenkiinto johtui siitä, että Outokumpu kehitti
yhdessä VTT:n kanssa röntgensäteilyn ilmaisimia. Outokummun
kiinnostus puolestaan liittyi malminetsinnän ja jalostuksen
tarpeisiin: röntgensäteilyn avulla voi tehdä tarkkoja mittauksia
näytteiden mineraalipitoisuudesta.
Se oli perestroikan aikaa, suuren innostuksen ja luovuuden aikaa,
ainakin avaruuspuolella (ks. kirjoitus Kosmisen instituutinvieraana). Neuvostoliiton laajasta tiedemaailmasta putkahteli
läntiseen julkisuuteen tutkijoita ja akateemikkoja, jotka tuntuivat
pystyvän vaikka mihin. Puuhamiehenä oli Rashid Sunjajev,
tataaritaustainen astrofyysikko, joka myöhemmin siirtyi Max Planck-
instituuttiin Saksaan. Muistan hänet hyvin, isokokoinen mies. Sitten
Neuvostoliiton hajottua projekti kuoli, sille ei enää ollut
rahoitusta. SRG ei koskaan lähtenyt lentoon.
Paitsi
ehkä se lähtee kuitenkin. Yllättäen oli Nature- lehdessä
artikkeli juuri samasta venäläis-saksalaisesta Spectrum-RG-
avaruusteleskoopista. Hanke on näköjään noussut kuolleista. Se
tulee tuottamaan keski- ja suurienergisen röntgensäteilyn (0,2 - 30
keV) kartan meitä ympäröivästä avaruudesta. Ja hankkeen vetäjänä
on edelleen Rashid Sunjajev, nyt Max Planck- instituutin
astrofysiikan osaston johtaja. Tai taitaa olla jo virastaan
eläkkeellä, mutta hankkeestaan hän on jaksanut pitää kiinni.
SRG:n laukaisu tapahtuu Baikonurista 20. kesäkuuta 2019 Proton-M
raketilla.
Tieteelliset
instrumentit ovat tavattoman kiehtovia, sillä niissä ilmenee
ihmisen luovuus ja kekseliäisyys äärimmäisessä muodossa.
Avaruuden röntgensäteily oli pitkään tuntematonta, sillä se ei
pääse maan pinnalle ilmakehän läpi. Vasta ilmapallokokeilla ja
1950- luvun satelliiteilla havaittiin, että avaruudessa säteilee.
Oma aurinkommekin tuottaa röntgensäteitä, ja erityisen runsaasti
niitä tulee galaksien ytimistä ja mustista aukoista. Mutta voisiko
olla mahdollista rakentaa röntgenteleskooppi, joka kuvaisi noita
avaruuden kohteita? Se ehkä näkisi asioita, joista muuten ei
saataisi mitään tietoa.
Tässä
on fysikaalisia ongelma. Röntgensäteily on läpitunkevaa. Se ei
piittaa linsseistä, ja peilitkin se läpäisee. Mutta aikanaan
havaittiin, että jos röntgensäde osuu sileään metallipintaan
hyvin loivassa alle kahden asteen kulmassa, se heijastuu siitä tutun
heijastuslain mukaisesti. Vuonna 1952 saksalainen fyysikko Hans
Wolter esitti tämän periaatteen mukaisesti jopa kolme erilaista
peilikonstruktiota. Niissä röntgensäde heijastuu kaksi kertaa
loivasta metallipinnasta ja fokusoituu polttopisteeseen. Wolter-peili
on eräänlainen ohuista samakeskisistä metallikuorista koottu
linssi. Kuin suuresta sipulista leikattu paksu viipale. Sellaisen
valmistaminen riittävällä tarkkuudella on äärimmäisen vaikeaa -
mutta mahdollista. Linssin polttopisteeseen tulee kuvaa muodostava
anturi, digikameroistakin tuttu CCD-kenno, joka jäähdytetään
kylmäksi kohinan vaimentamiseksi.
SRG-
lyhenteen G-kirjain tulee gammasäteistä. Ne ovat erittäin kovia
röntgensäteitä, joita niiden läpitunkevuuden takia ei voi kuvata
Wolter-peilillä. Alun perin teleskoopissa piti olla myös
gammakameroita, mutta ne on jätetty pois nyt laukaistavasta
satelliitista. Kovilla gammasäteillä kuvaaminen onnistuu kuitenkin,
ja se on täysin erilaista tekniikkaa.
Gammakameran
idea perustuu tuttuun neulanreikäkameraan. Kuvakennon eteen
asetetaan säteilyn pidättävä levy, johon tehdään pieni reikä.
Tällainen kamera muodostaa gammasädekuvan, aivan samaan tapaan kuin
optinen neulanreikäkamera. Ongelmana on sen pieni herkkyys: pienestä
reiästä tulee vain hyvin vähän säteilyä. Voidaan tietysti tehdä
useita reikiä, mutta silloin niiden muodostavat kuvat sekoittuvat,
ja oikean kuvan muodostaminen on vaikeaa.
Ratkaisuna on käyttää
peittävän levyn asemasta niin sanottua koodattua maskia. Siinä on
vuorotellen aukkoja ja säteilyä pidättäviä alueita. Maskin
aukkojen jakautumisella on tietynlainen matemaattinen rakenne, eli
maskilla on jyrkkä autokorrelaatio. Eri suunnista tulevat säteet
kumoavat toisiaan, ja vain suoraan edestä tulevat säteet tulevat
esiin. Ihme kyllä, tällainen kamera muodostaakin oikean
gammasädekuvan, jonka erottelukyky on samaa luokkaa kuin maskin
"rakeisuus".
Tällaista laitetta sanotaan koodatun maskin kameraksi, "coded
aperture mask camera". Erilaisia maskeja käytetään, niillä
on erilaisia ominaisuuksia.
SRG
ei ole ensimmäinen röntgenteleskooppi, niitä on laukaistu
avaruuteen jo puolenkymmentä. Uusimpana tulokkaana laitteella on
joitain ainutlaatuisia ominaisuuksia. Se tuottaa uutta tietoa
fysiikan eri alueista, kuten mustista aukoista, galaksien ytimistä, universumin suuren mittakaavan ominaisuuksista ja ehkä myös pimeästä aineesta.
Tiede ei edisty
ainoastaan ajattelemalla paremmin ja kehittämällä uusia
matemaattisia malleja. Se edistyy myös rakentamalla yhä parempia
tutkimuslaitteita, Tämä on pitkä perinne, joka alkoi jo
1600-luvulla.
(Myöhempi lisäys: SRG-röntgenteleskooppi laukaistiin avaruuteen Baikonurista 13.7.2019, ja se on aloittanut tietieteellisen havainto-ohjelmansa.)
 |
| ESA:n Integral- gammasatelliitin koodimaski |
