Minna Palmroth: Tungosta taivaalla

26.2.2014

Minna Palmroth on Helsingin yliopiston laskennallisen avaruusfysiikan professori.

'Äiti, mihin me oikein voidaan mennä pakoon', kysyi 6-vuotias tyttäreni kauhuissaan viime marraskuussa. Taivaalta oli putoamassa hallitsemattomasti Euroopan avaruusjärjestön GOCE-satelliitti. Kun GOCE syöksyi Tyyneen valtamereen hän rauhoittui, mutta huolestui toissaviikonloppuna uudestaan kuultuaan, että vanha neuvostoaikainen vakoilusatelliitti oli putoamassa Maahan. 'Äiti, onko niitä nyt alkanut tippua?' Pakko siihen oli vastata totuudenmukaisesti, että on.

Avaruus on täynnä romua. Siellä on vanhoja ehjiä ja rikkoutuneita satelliitteja, kantoraketin kappaleita ja muuta roinaa. Kiertoradalla on yli sata miljoonaa alle sentin kokoista kappaletta ja useampia tuhansia isompia kappaleita. Palaset liikkuvat samalla ratanopeudella kuin alkuperäinen satelliittikin, joten sekä pienet että isot kappaleet viuhuvat ohi useamman kilometrin sekuntivauhtia. Jokainen uusi laukaisu stabiilille radalle lisää romun määrää. Ilmakehän kitkan ulottumattomissa olevat stabiilit radat ovat haluttuja; ne sijaitsevat yli 350 km korkeudella, ja siellä voi roikkua pienillä polttoainekuluilla pitkään. Pahin romuongelma alkaa noin 700 kilometrin korkeudesta.

Avaruusromu on vakava uhka sääennusteille, telekommunikaatiolle ja satelliittipaikannukselle, joista moderni yhteiskunta on kriittisesti riippuvainen. Joka viikko tapahtuu noin 13 000 läheltä piti -tilannetta, ja isomman romun ohittamiseen tarvitaan aina manööveri, joka kuluttaa polttoainetta. Euroopan sääsatelliittiorganisaatio raportoi säännöllisesti instrumenttien epäkunnosta romun takia. Yksi suurimpia uhkia on hiljattain menetetty bussin kokoinen Envisat-tiedesatelliitti, joka kulkee 770 km korkeudessa stabiililla naparadallaan maailman tappiin. Jos romun määrä pysyisi samana kuin nyt, seuraavan 200 vuoden aikana Envisat törmää johonkin kappaleeseen 75% todennäköisyydellä. Kun romun määrä kasvaa laukaisujen määrän jatkuvasti kasvaessa, pienenee aikaikkunan koko ja 200 vuotta onkin yläarvio. Envisat on kuin moottoritiellä ajava rekka, jonka kuolleen kuskin jalka on juuttunut kaasulle. Jos Envisat pirstoutuisi törmäyksessä kuten erään ulkovallan demomielessä ohjuksella räjäyttämä vanha satelliitti, olisi sen rata todennäköisesti lopullisesti - siis todellakin lopullisesti - suljettu tulevilta satelliiteilta. Vaikka 200 vuotta ehkä tuntuu pitkältä ajalta, niin kuitenkin voi kuvitella nykyisen lapsensa lastenlapsien ehkä elävän maailmassa, jossa esimerkiksi sää- ja kommunikaatiosatelliitteja ei voida laukaista enää nykyiseen malliin. Tietenkin Envisat voi törmätä aiemminkin.

Vaikka romun uhka satelliittien radoilla on vakavampi uhka kuin satunnaiset maahansyöksyt, jälkimmäisenä mainitut aina läpäisevät uutiskynnyksen. Newtonin lakeihin tutustuneille saattaisi olla helppoa laskea etukäteen, mihin maahan syöksyvä satelliitti iskeytyy. Näin olisikin, ellei avaruussää vaikuttaisi yläilmakehän kerrosten tiheyteen. GOCE:n painuessa kohti kriittistä korkeutta Aurinko lähetti Maahan päin suuntautuneen massapurkauksen, joka aiheutti magneettisen häiriötilan ja sytytti revontulet etelä-Suomenkin taivaalle. Revontulihiukkaset kantavat sähkövirtaa, joka lämmittää yläilmakehää vähän niin kuin sähkökiuas, jolloin ilmakehä nousee ylöspäin samoin kuin kiukaalle heitetty löyly. Yhtäkkiä satelliitti onkin tiheämmässä kaasussa ja painuu nopeammin alas lisääntyneen kitkan takia. Avaruussään aiheuttama yläilmakehän tiheysvaihtelu on suurin virhelähde ratalaskuissa, ja maahansyöksyarviot voivatkin vaihdella jopa päiviä - toisinsanoen kukaan ei osaa yhtään sanoa, koska ja minne kulloinenkin satelliitti putoaa. Tähän mennessä kukaan ei ole koskaan loukkaantunut putoavan avaruusromun alle, ja romu osuukin todennäköisimmin meriin, jotka täyttävät 70% pallomme pinta-alasta. Se neuvostoaikainen vakoilusatelliitti putosi muuten vahvistamattomien tietojen mukaan Saudi-Arabiaan.

Kävin ennen joulua tapaamassa suomalaisia meppejä Brysselissä, ja kerroin paitsi avaruusromusta, myös suomalaisesta innovaatiosta nimeltä plasmajarru, josta olen aiemminkin blogannut (http://www.aka.fi/fi/Apropos/Blogit/Laatuinnovaatio-avaruusfysiikan-perustutkimuksesta/). Plasmajarrua testataan paraikaa Eestin ensimmäisen satelliitin EstCuben kyydissä, ja ensimmäisiä tuloksia odotellaan lähiviikkoina. Meppitapaamisesta jäi tyytyväinen olo, sillä sain selville, että EU ottaa romun vakavasti ja povaa aiheelle kasvavia markkinoita. Erityisesti kommunikaatiosatelliittien operaattorit haluavat suojata kallista investointiaan. Tällä hetkellä romualalla onkin innostunutta väreilyä, ja kehitteillä on robottihanskoja, verkkoja ja muita uusia tekniikoita. Onnistuessaan plasmajarru saattaa kuitenkin tyhjentää pajatson, sillä se on halpa ja yksinkertainen, suomalaisen fyysikkotaidon hienoimpia ilmentymiä.

Romu vaatisi sääntelyä, mutta ongelmana on alan globaali luonne. Ensinnäkin pitäisi säätää, että kaiken ylösammutun kaman pitää tulla alas tietyssä aikaikkunassa, ettei se jää uhkaamaan tulevia missioita. Nykyinen käytäntö on vähän sama kuin että käytöstä poistetut autot sijoitettaisiin teiden varsille. Ratoihin tulisi suhtautua kuin omaisuuteen, jonka kunnossapito vaatii ponnisteluja. Stabiilien ratojen käytön tulisi olla kallista, sillä siellä kierretään ikuisesti kun taas epästabiililta radalta tullaan luonnollisesti alas polttoaineen loputtua. Avaruussään ennustaminen on romun siivoamistakin vaikeampi juttu, koska se vaatii katkeamatonta ymmärrysketjua Auringosta maan pinnalle - mutta tähän tutkimukseen tulisi panostaa. GOCE:n tapauksessa opimme, että Ilmatieteen laitoksen avaruussäämalli on Euroopan kärkimalli, ja sen avulla laskimme oikein GOCE:n alassyöksyn nopeutuneen kuutisen tuntia Auringon massapurkauksen takia. Tämä oli ehdoton valopilkku muuten loputtoman vaikean tutkimuskenttämme äärellä - se osoittaa, että periaatteessa pystymme ennustamaan kulloisenkin hetken avaruussään oikein ja määrittelemään sen, miten se vaikuttaa paitsi maahansyöksyvien, myös aktiivisten satelliittien radoilla. Operatiiviseen ennusteeseen on kuitenkin matkaa, ja kaikki riippuu tietenkin jokaisen tutkijan painajaisesta, eli tutkimusrahoituksesta... Olkoon EU meille suosiollinen seuraavalla hakukerralla.

Akatemian blogeissa tiedeyhteisöä edustavat vierailevat bloggaajat kirjoittavat tiede- ja tutkimusmaailman ajankohtaisista kuulumisista, tutkijantyön arjesta ja tutkimusaiheistaan. Kirjoittajien näkemykset ovat heidän omiaan.

Blogiarkisto

Viimeksi muokattu 30.8.2017
Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »