Tähtitieteen tutkimus on sadassa vuodessa edennyt uskomattomin harppauksin, mutta tutkijat uskovat, että uusien löytöjen kulta-aika on vasta alkamassa.
Kaukaisella tähtitaivaalla, asteroidivyöhykkeellä Marsin ja Jupiterin ratojen välissä, Turku kiitää halki avaruuden.
Samalla vyöhykkeellä Aurinkoa kiertävät myös Tampere, Pori ja Paavo Nurmi.
Nämä ovat eräitä niistä lukemattomista pikkuplaneetoista, joita Turun yliopiston ensimmäinen tähtitieteilijä ja tähtitieteen oppiaineen perustaja Yrjö Väisälä löysi ja nimesi 1930- ja 40-lukujen aikana.
Yrjö Väisälä teki maailman parhaita kaukoputkia ja perusti Turun yliopiston tähtitieteen
Käymme läpi tähtitieteen satavuotista historiaa nykyisen professorin Seppo Mattilan, emeritusprofessori Mauri Valtosen ja dosentti Aimo Sillanpään kanssa samalla kun tutustumme uuteen Yrjö Väisälä -museoon, joka on avattu vuonna 2024 vietettävän 100-vuotisjuhlavuoden kunniaksi.
Valtonen ja Sillanpää kertovat Väisälän olleen aikansa uranuurtaja monella saralla. Aloitetaan tähtitieteestä.
Väisälä oli Turun yliopiston ensimmäinen fysiikan professori ja halusi pian yliopiston perustamisen jälkeen tuoda fysiikan rinnalle myös tähtitieteen. Sen opetus aloitettiin pienimuotoisesti vuonna 1924.
– Voidakseen tutkia ja opettaa tähtitiedettä, Väisälä tarvitsi tietysti korkeatasoisia laitteita. Niiden hankkiminen valmiina ei ollut mahdollista, joten hänen oli suunniteltava ja rakennettava tutkimuslaitteensa itse. Väisälän kaukoputket ja peilit olivatkin sitten parhaimpien joukossa, mitä siihen asti oli maailmassa tehty, Sillanpää kertoo.
Seuraavina vuosikymmeninä alan tutkimus ja opetus Turussa vakiintuivat ja kasvoivat merkittäväksi osaksi suomalaisen tähtitieteen kenttää.
Väisälä löysi tutkimusryhmänsä kanssa yli 800 pikkuplaneettaa tai asteroidia ja useita komeettoja. Suuren osan löydöistä hän teki yhdessä lähimmän kollegansa Liisi Oterman kanssa.
Väisälä (vas.) tutkimusryhmän kanssa Iso-Heikkilän observatoriolla. Ennen observatorion perustamista Väisälän kerrotaan tutkineen tähtiä omilla kaukoputkillaan rakennusten katoilla Turun keskustassa. Yliopisto sijaitsi tuolloin Kauppatorin vieressä.
Ensimmäisen observatorion Väisälä perusti Iso-Heikkilään 1920-luvun puolivälissä. Sen ympäristö kuitenkin muuttui sodanjälkeisen kaupungistumisen myötä liian valoisaksi, ja Väisälä perusti uuden observatorion Tuorlaan vuonna 1952. Tuorlassa Väisälä jatkoi edelleen maailman parhaiden optisten laitteiden valmistusta ja kehitti myös muita merkittäviä mittausmenetelmiä.
Väisälän suunnittelemia kaukoputkia ja mittausvälineitä on koottu esille museon näyttelyyn. Näytteillä on esimerkiksi alkuperäinen Väisälän kehittämä Schmidt-Väisälä-teleskooppi, joka oli aikansa edistynein laajakulmakaukoputki.
Väisälä-museon seinää koristaa tärkeä valokuva Tuorlan observatorion historiasta. Yrjö Väisälä ja Liisi Oterma hiovat kaukoputkien optiikkaa Tuorlan observatorion tunnelihiomossa vuonna 1955.
Tähtitieteen lisäksi Väisälä hyödynsi optiikkaosaamistaan geodesian eli maanmittauksen alalla. Hän tuli esimerkiksi keksineeksi perustan nykyaikaiselle satelliittipaikannukselle.
– Sota-aikana Väisälä näki yötaivaalla kaukaisia pommitusten välähdyksiä, ja oivalsi, kuinka taivaalla olevien valokohteiden avulla voidaan tarkasti mitata pitkiä välimatkoja. Väisälän tähtikolmiomittausmenetelmän avulla pystyttiin mittaamaan aiempaa huomattavasti tarkemmin esimerkiksi mantereiden sijainti toisiinsa nähden ja maapallon ympärysmitta, ja menetelmän periaatteita sovelletaan nykyäänkin GPS-paikannuksen perustana, kertoo museosuunnittelija Jaana Saarikoski.
– Eräs Väisälän keksimä etäisyydenmittausmenetelmä oli niin tarkka, että se toi hänelle kutsun metrin määritelmää uudistaneen kansainvälisen komitean jäseneksi. Vielä tänäkään päivänä tämän Väisälä-komparaattorin tarkkuutta ei olla onnistuttu ylittämään, jatkaa Avaruuspuiston operatiivinen johtaja Peetu Sillanpää.
Turkulaiset tähtitieteilijät jatkavat mittalaitteiden kehittämisen huipulla
Väisälän perintöä pitivät yllä hänen oppilaansa, joista monilla on ollut tärkeä vaikutus tähtitieteessä. Merkittävin Väisälän työn jatkajista oli hänen ensimmäisenä observaattorinaan toiminut Liisi Oterma, joka yhdessä Väisälän kanssa teki lukuisia huomattavia löytöjä.
Otermasta tuli lopulta Suomen ensimmäinen naisprofessori eksakteissa tieteissä, kun hänet valittiin kovatasoisten hakijoiden keskuudesta Väisälän seuraajaksi professoriksi Turun yliopistoon 1965.
Valtonen muistaa Oterman opettajana ja kollegana uransa alkuajoilta ja kertoo, että Otermaa pidettiin erittäin ansioituneena ja pätevänä tieteentekijänä, mutta hänet tunnettiin myös vaatimattomuudestaan.
– Hänestä oli tapana sanoa, että hän vaikenee sujuvasti kahdellatoista kielellä. Hän oli todella lahjakas niin tähtitieteessä kuin kielissäkin, muttei viitsinyt tehdä itsestään numeroa, Valtonen kertoo.
Otermalle oli tärkeää jatkaa Väisälän työtä, mutta samalla hän toi tutkimusta uudelle aikakaudelle edistäen uusien menetelmien kehittämistä ja uusien teleskooppien rakentamista. Oterma myös koulutti uusia tähtitieteilijäsukupolvia jatkamaan huippuluokan avaruusoptiikan osaamista. Haastattelun aikana palataan toistuvasti yhteen parhaista oppilaista, Tapio Korhoseen.
– Turkulaiset tähtitieteilijät ja Korhosen sittemmin perustama Opteon Oy ovat tehneet maailman ylivoimaisesti tarkinta optiikkaa eri puolilla maailmaa sijaitseviin observatorioihin ja avaruusteleskooppeihin. Tapio on maailmalla tähtitieteilijöiden keskuudessa todella tunnettu, Sillanpää kertoo.
Oterman seuraajaksi 1970-luvun lopulla tullut Vilppu Piirola uudisti tutkimusta hänkin, ja toi Turun yliopiston tähtitieteen siihen asti vallinneesta menetelmästä, valokuvauksesta, uusien valosähköisten menetelmien aikaan. Monien turkulaistähtitieteilijöiden tavoin myös Piirola tunnetaan huippuluokan mittalaitteiden kehittäjänä. Useissa kansainvälisissä teleskoopeissa käytetään maailman tarkimpiin lukeutuvia polarimetrejä, jotka ovat Piirolan käsialaa.
Turkulaistutkijat keksivät kaksoismusta-aukon kaukaisen galaksin keskustassa – tutkimus laajenee yhä uusille alueille
Kaukaisen galaksin OJ 287 keskustassa hyvin massiivinen musta aukko kiertää sitä sata kertaa suurempaa jättiläismäistä mustaa aukkoa. Teorian kyseisen galaksin keskustan kaksoismusta-aukosta keksivät alun perin Mauri Valtonen ja Aimo Sillanpää Turun yliopistossa. Teoria on sittemmin vahvistettu useissa kansainvälisissä tutkimuksissa.
Valtoselle aihe löytyi alun perin tähtitieteen ehkä maineikkaimmassa opinahjossa, Cambridgen yliopiston tähtitieteen instituutissa, jossa Valtonen teki väitöskirjansa. Valtosen siirryttyä professoriksi Turun yliopistoon, ryhdyttiin mustien aukkojen pareja etsimään myös Turusta käsin.
– Aimo löysikin yhden heti kun taivaalle katsoi. Tänä päivänä näitä supermassiivisia tuplia pidetään jo kiistattomana ja maailmankaikkeuden uskotaan olevan niitä tulvillaan, mutta meitä ei oikein kukaan ollut uskoa. Aloimme tutkia aihetta neljäkymmentä vuotta liian aikaisin, Valtonen naurahtaa.
– Tullessaan Turun yliopistoon uusien tutkimusalueiden kanssa Mauri muutti oikeastaan koko Turun yliopiston tähtitieteen suuntaa, Sillanpää jatkaa.
Yksi uusien tutkimusalueiden edistäjistä oli Esko Valtaoja, joka tunnetaan paitsi aktiivisena tutkijana, myös ansioituneena tieteen popularisoijana. Valtosen aikana Valtaoja sai aiheekseen kaksoisradiolähteet, joita hän tutki Turun yliopistossa omaan professuuriin etenemiseensä asti.
Komeettatutkimusta uudelle tasolle vei dosentti Harry Lehto, joka toimi Valtosen seuraajana ennen viran vakinaista täyttöä, ja joka osallistui Rosetta-luotaimen tutkimuksiin.
– Rosetta meni ensimmäisenä luotaimena katsomaan komeettaa läheltä, ja kairasi siihen jopa reiän näytteenottoa varten. Harry oli aktiivisesti mukana näytteen analysoinnissa. Tällä tavalla selvitetään aurinkokunnan varhaista historiaa, koska komeetat ovat jäänteitä siitä materiasta, josta myöhemmin muodostui muun muassa maapallo, Valtonen kertoo.
Uudet tutkimusalueet ovat esimerkkejä siitä, miten harppauksin kehittyvä teknologia mahdollistaa tähtitieteen laajentumisen alueille, joita ei aikaisemmalla teknologialla ole voitu tutkia.
Aimo Sillanpää ja Seppo Mattila esittelivät tähtitieteen satavuotiasta historiaa Avaruuspuisto Väisälän uudessa Väisälä-museossa.
Väisälä ja Oterma aloittivat työnsä aikana, jolloin tähtitieteilijät pystyivät havainnoimaan avaruutta vain näkyvän valon alueella. Teknologian kehittyessä tutkimus Turussa laajeni radiotähtitieteeseen ja edelleen UV-, gamma- ja infrapunasäteilyyn.
Uusimpana tutkimusalueena ovat vuonna 2015 ensimmäistä kertaa suoraan havaitut gravitaatioaallot.
– Tähtitieteilijät eivät voi rajoittua enää yhden aallonpituusalueen asiantuntijoiksi, vaan havaintoja tehdään nykyään monilla eri alueilla. Tutkijoiden on yhteistyössä pystyttävä yhdistämään ja tulkitsemaan näitä havaintoja. Se on samalla erittäin kiehtovaa ja haastavaa, Mattila sanoo.
Omassa tutkimuksessaan Mattila on keskittynyt massiivisten tähtien luhistuessa syntyvien supernovaräjähdysten ymmärtämiseen. Parhaillaan Mattila ryhmineen selvittää vastauksia tähtitieteen uusimpiin kysymyksiin kansainvälisessä projektissa, jossa etsitään gravitaatioaaltolähteiden näkyvän valon vastineita. Tälle tutkimukselle ominaista ovat lähes koko yötaivaan jokaöinen monitorointi sekä erilaisten havaintoaineistojen yhdistäminen, joita ei voisi toteuttaa ilman uutta huipputeknologiaa.
Sama pätee laitoksen toiseen keskeiseen tutkimussuuntaan. Professori Juri Poutasen röntgenpolarisaatioaiheinen tutkimus keskittyy esimerkiksi supernovaräjähdysten tuloksena syntyviin neutronitähtiin ja pienempiin mustiin aukkoihin, sellaisiin, jotka ovat muutaman tai korkeintaan muutaman kymmenen Auringon massaisia, kun supermassiivisten mustien aukkojen massa voi vaihdella sadoista miljoonista miljardeihin Aurinkoihin. Tutkimukset perustuvat pitkälti esimerkiksi amerikkalaisen avaruusteleskoopin havaintoihin.
Yhteistyö kansainvälisten observatorioiden ja avaruusjärjestöjen kanssa onkin nykyään kriittinen osa tähtitieteen tutkimusta. Turun yliopistossakin toimii Fysiikan ja tähtitieteen laitoksen rinnalla Suomen ESO-keskus, jonka tehtävänä on vahvistaa koko suomalaista tähtitiedettä hyödyntämällä Euroopan eteläistä observatoriota ESO:a. ESO on yhteiseurooppalainen organisaatio, joka kehittää ja ylläpitää maailman tarkimpia ja edistyneimpiä, täydellisen kuivassa Atacaman autiomaassa sijaitsevia, teleskooppeja jäsenmaiden yhteiseen käyttöön. Suomen ESO-keskuksen johtajana aloitti tänä vuonna Etelä-Afrikan tähtitieteellisestä observatoriosta Turkuun siirtynyt professori Petri Väisänen, joka toimii nykyään myös Kanarian saarilla sijaitsevan ja Turun yliopiston omistaman NOT-teleskoopin johtajana.
Väisäsen tutkimus keskittyy galaksien syntyyn ja kehitykseen, ja erityisesti siihen kuinka uusien tähtien synty ja massiivisten mustien aukkojen kasvu galaksien keskustoissa vuorovaikuttavat. Galaksien elämänkaaren tutkimus on kolmas merkittävä ala turkulaisessa, ja suomalaisessa, tähtitieteessä ja tarvitsee aivan eturintaman teknologiaa parhaisiin tutkimustuloksiin. Niinpä Suomen ESO-keskus, turkulaisia tähtitieteilijöitä ja yrityksiä, on mukana ESO:n suurissa kansainvälisissä instrumenttirakennusprojekteissa, erityisesti uuden Chilessä rakenteilla olevaan jättiläisteleskooppiin liittyvissä hankkeissa.
Fysiikan ja tähtitieteen laitoksen ja Suomen ESO-keskuksen tähtitieteilijöiden yhteistyö on erittäin tiivistä. Väisälän aloittama yhden professorin osa-aikainen opetus ja tutkimus onkin sadassa vuodessa kasvanut monen kymmenen tähtitieteilijän kansainväliseksi yhteisöksi.
Tähtitieteilijät teknologisen kehityksen kärjessä
Teemme haastattelua museossa, jossa ympärillämme on esillä Väisälän merkittävimpiä keksintöjä.
Aivan museorakennuksen vieressä toimiva Turun yliopistosta lähtenyt Opteon Oy jatkaa edelleen Väisälän perintöä huippuluokan avaruusoptiikassa. Osaamisen tasoa kuvaa Sillanpään kertoma esimerkki projektista, jossa Opteonin pieni tiimi päihitti NASAn insinöörit ja onnistui ainoana maailmassa hiomaan vaaditut ominaisuudet avaruusteleskooppia varten tilattuun halkaisijaltaan yli kolme metriseen pääpeiliin.
Haastattelun aikana piirtyvä kuva turkulaisen tähtitieteen ja koko tutkimusalan teknologisista kehitysaskelista on hengästyttävä. Teknologian mukana on muuttunut myös tähtitieteilijän työ.
– Vielä urani alkuaikoina valvoin monet yöt kaukoputken vieressä. Jos taivaalla tapahtui jotain kiinnostavaa, havaintoja oli mentävä tekemään, vaikka olisi mikä pakkanen. Lasilevyjä, joille havainnot kuvattiin, piti vaihtaa pilkkopimeässä läpi yön. Nukkumaan ei päässyt aamullakaan, kun kuvatut levyt piti vielä kehittää, Valtonen kuvailee.
Enää tähtitieteilijä joutuu harvoin valvomaan öitään tai edes pääsee koskemaan teleskooppiin itse. Havaintoja keräävät kansainväliset huipputeleskoopit, joita operoivat tekninen henkilökunta ja paikalliset tähtitieteilijät, ja uusimmissa laitteissa mittaaminen on pitkälti automatisoitu. Tutkijan työ on siirtynyt teleskoopeilta tietokoneen ääreen.
– Joka yö teleskoopit kuvaavat jo käytännössä koko taivasta ja keräävät uutta dataa valtavia määriä. Tutkijat ympäri maailmaa saavat havaintotiedot käyttöönsä reaaliajassa, Mattila kertoo.
Mittalaitteet vaativat usein miljardiluokan investointeja, mutta ilman niitä ei synny uusia löytöjä.
– Tähtitieteilijöiden on kehitettävä uutta teknologiaa voidakseen työntää tiedettä eteenpäin. Samalla edistysaskeleet kuitenkin valuvat muunkin teollisuuden ja yhteiskunnan hyödyksi, Mattila sanoo.
Tähtitieteen kultakausi alkamassa – jättiläisteleskooppi voi tuottaa uusia löytöjä kuin liukuhihnalta
Suomi on ESOn jäsenenä mukana sen uudessa kunnianhimoisessa hankkeessa. Chileen rakennetaan parhaillaan uutta ELT-teleskooppia, jota ESO:n tärkeimmässä hallintoelimessä eli neuvostossa toimiva Mattila kuvaa jättiläiseksi.
Valmistuessaan ELT tulee olemaan maailman tarkin näkyvän- ja infrapunavalon alueella toimiva teleskooppi, ja sen 39 metrin läpimittainen peili on suurin tähän asti rakennettu. Se koostuu monesta sadasta automaattisesti säätyvästä segmentistä.
– Olin ELT:n rakennustyömaalla hiljattain vierailulla, ja rakennelma on melkein käsittämätön. Maanjäristysriskin vuoksi 80-metriä korkea teleskooppirakennus seisoo eräänlaisten kumitassujen päällä. Teleskoopin käyttämällä adaptiivisella optiikalla pystytään sekunnin tuhannesosien aikaskaalalla muuttamaan apupeilin muotoa ja kompensoimaan ilmakehän väreilyä pois. Näin voidaan tehdä havaintoja ikään kuin ilmakehän yläpuolella. Nämä ovat uskomattomia teknologisia läpimurtoja, Mattila kuvaa.
Adaptiivisen optiikan käyttämä teknologia ELT-teleskoopissa on uusinta uutta, mutta teleskoopin teknologian yhdet juuret löytyvät jälleen Turusta. Monen segmentin peilin ideaa kehitti Yrjö Väisälä jo 40-luvulla, jolloin hän rakensi monesta osasta koostuvan säädettävän peilin kaukoputkeen.
– Toteutus oli silloin vielä kankea, kun jokaista yksittäistä peiliä piti säätää käsin avattavilla ruuveilla. Nykyisen kaltainen automaattinen säätäminen ei ollut sen aikaisella teknologialla tietenkään mahdollista, mutta perusidea on sama. Väisälä oli tässäkin edellä aikaansa, Sillanpää sanoo.
Mattila lupaa, että infrapunahavaintoihin keskittyvä ELT-teleskooppi tulee mullistamaan tähtitieteen havaintoja, ja Eurooppa on tässä tieteen kehityksen eturintamassa. Mittalaitteiden kehittämisessä ovat mukana myös suomalaiset.
– Yhdysvallatkin panostaa suuriin teleskooppeihin, mutta tällä hetkellä Eurooppa on selvästi edellä. Osallistuessamme rakentamiseen olemme etulyöntiasemassa, sillä pääsemme tietyn aikaa käyttämään teleskoopin ensimmäisiä havaintoaineistoja. Voidaan sanoa, että mihin tahansa ELT suunnataan, sieltä tullaan tekemään uusia löytöjä. Tulevat vuodet tulevat olemaan todella mielenkiintoisia aikoja tähtitieteelle, Mattila ennustaa.
100-vuotisjuhlavuoden kunniaksi järjestetään 29.1.2025 klo 17 kaikille avoin yleisötapahtuma Avaruuspuisto Väisälän tiloissa. Lisätietoja yleisötilaisuudesta päivitetään Avaruuspuisto Väisälän www-sivuille: https://www.avaruuspuisto.fi/ohjelma/
