ANTARES- rahoitetut hankkeet Avaruustutkimusohjelma ANTARES 2001-2004 Suomen Akatemia rahoittaa oheisia tutkimushankkeita yhteensä noin 4,6 miljoonalla eurolla, jonka lisäksi Tekes rahoittaa osaa hankkeista yhteensä noin 6,3 miljoonalla eurolla. Mukaan valitut konsortiot eli yhteishankkeet: Suomen Planck-luotain-konsortio Konsortion johtaja: Enqvist Kari, professori, Helsingin yliopisto yhteystiedot: 050 512 0963, Kari.Enqvist@helsinki.fi Mattila Kalevi, professori, Helsingin yliopisto Tuovinen Jussi, tutkimusprofessori, Valtion teknillinen tutkimuskeskus VTT yhteystiedot: 040-5899132, Jussi.Tuovinen@vtt.fi Urpo Seppo, johtaja, Teknillinen korkeakoulu Valtaoja Esko, professori, Turun yliopisto Myönnetty rahoitus: 845 904 Planck-luotain on Euroopan avaruusjärjestön (ESA) kansainvälinen satelliittihanke (http://astro.estec.esa.nl/planck/), jolla pyritään laatimaan ennennäkemättömän tarkka lämpötilakartta koko avaruuden täyttävästä kosmisesta mikroaaltosäteilystä. Säteily syntyi 300 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, ja näemme sen saapuvan meille noin 13 miljardin valovuoden takaa. Sen Planck-luotaimella mitattavista pienistä lämpötilavaihteluista uskotaan voitavan lukea kaikki maailmankaikkeuden oleelliset parametrit: massaenergia, pimeän aineen määrä, avaruuden laajenemisnopeus sekä se, laajeneeko maailmankaikkeus loputtomiin vai romahtaako se joskus kasaan. Alkuräjähdyksestä peräisin olevan säteilyn eristämiseksi lämpötilakartasta täytyy erotella pois galaksien ja muun etualan mikroaaltosäteily. Tällä tavoin Planck antaa arvokasta tietoa myös astrofysikaalisista kohteista. Kyseessä on vuosikymmenen merkittävin eurooppalainen kosmologinen tutkimus. Suomalaiset osallistuvat Planck-hankkeeseen sekä laiterakentajina että tiedeosaajina. VTT:n ja Teknillisen korkeakoulun yhteislaboratorio Millilab johtaa 70 GHz mikroaaltovastaanottimien rakentamista (http://www.vtt.fi/millilab). Tiedeosallistumista koordinoidaan Helsingin yliopistosta ja kansallisesta Fysiikan tutkimuslaitoksesta (http://www.physics.helsinki.fi/~tfo_cosm/), ja mukana ovat lisäksi Metsähovin radiotutkimusasema, Tuorlan observatorio (Turku) sekä Helsingin yliopiston Observatorio. Planck-satelliitin laukaisu tapahtuu vuonna 2007. Uudet mallintamisen ja data-analyysin menetelmät satelliiteilla tapahtuvassa metsien inventoinnissa Konsortion johtaja: Holmström Lasse, johtaja, Helsingin yliopisto yhteystiedot: p. (09) 191 22776, 050 5637465, llh@rolf.helsinki.fi Hallikainen Martti, professori, Teknillinen korkeakoulu Tomppo Erkki, professori, Metsäntutkimuslaitos
Myönnetty rahoitus: 365 288 Poikkitieteellisessä tutkimushankkeessa kehitetään uusia menetelmiä satelliittien avulla tapahtuvaa metsien kaukokartoitusta varten. Hankkeessa ovat mukana tutkimusryhmät Helsingin yliopiston Rolf Nevanlinna -instituutista, Metsäntutkimuslaitoksen valtakunnan metsien inventointi - tutkimusohjelmasta sekä Teknillisen korkeakoulun avaruustekniikan laboratoriosta. Tilastollisia kuvankäsittely- ja hahmontunnistusmenetelmiä sovelletaan metsien inventointiin, joka tapahtuu optisella ja mikroaaltoalueella toimivilla, satelliitteihin sijoitetuilla sensoreilla. Hankkeessa rakennetaan myös matemaattinen malli tutkasignaalin puustosta tapahtuvalle sironnalle. Kehitettyä mallia sekä uusia tilastollisia analyysimenetelmiä sovelletaan kehitteillä olevan tutkateknologian tuottamaan uudentyyppiseen mittausaineistoon. Pöly, planeettojen kaasukehät ja plasmat Konsortion johtaja: Kallio Esa, FT, Ilmatieteen laitos yhteystiedot: p.(09) 1929 4636, Esa.Kallio@fmi.fi Mursula Kalevi, professori, Oulun yliopisto Myönnetty rahoitus: 461 376 Tutkimusprojekti koostuu kolmesta painopistealueesta: (1) Marsin ja Titanin ilmakehät ja niiden vuorovaikutus aurinkotuulen kanssa, (2) komeettojen ja kuun sekä tähtienvälinen pöly, sekä (3) avaruusplasman ominaisuudet aurinkokuntamme eri ympäristöissä. Tutkimus perustuu tieteelliseen yhteistyöhön useissa Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja Yhdysvaltojen avaruusjärjestön (NASA) avaruusohjelmissa: Mars Express-luotaimessa Marsiin, Cassini-Huygens-luotaimessa Saturnuksen Titan-kuuhun, SMART-1-luotaimessa Kuuhun sekä Rosetta-, Stardust- ja Contour-komeettaluotaimissa. Näiden avaruusprojektien odotetaan antavan seuraavien 15 vuoden aikana ainutlaatuisia uusia mittaustuloksia. Esimerkiksi Mars- ja Titanhankkeiden odotetaan tuovan lisävalaistusta elämän olemassaoloon ja komeettahankkeiden aurinkokuntamme syntyyn liittyviin kysymyksiin. Avaruussää ANTARES-ohjelmassa Konsortion johtaja: Koskinen Hannu, professori, Helsingin yliopisto yhteystiedot: p. (09) 191 50675, 050 523 1738, Hannu.Koskinen@fmi.fi Nygren Tuomo, professori, Oulun yliopisto Pirjola Risto, dosentti, Ilmatieteen laitos Valtonen Eino, dosentti, Turun yliopisto Myönnetty rahoitus: 415 261 Avaruussäällä tarkoitetaan maapallon lähiavaruuden vaihtelevia sähkömagneettisia ja hiukkasolosuhteita, jotka voivat vaikuttaa avaruudessa ja Maan pinnalla oleviin teknisiin laitteisiin
ja olla haitallisia ihmisten terveydelle. Avaruussäälle alttiita ovat muun muassa satelliitit, tietoliikennejärjestelmät, sähköverkot sekä öljy- ja kaasuputket. Avaruussää voi myös vaikuttaa ilmakehään ja siten tavalliseen säähän. Tässä hankkeessa tutkitaan koko avaruussääketjua Auringossa tapahtuvista hiukkaspurkauksista maapallon magnetosfäärin kautta ilmakehän ylimpiin osiin ja maanpinnalla oleviin laitteisiin asti. Erityisiä painopisteitä ovat Auringon hiukkaspurkausten vuorovaikutus maapallon magnetosfäärin kanssa, korkeaenergiaiset hiukkaset maapallon lähiavaruudessa, revontulipurkaukset ja magneettiset myrskyt sekä avaruussään vaikutukset ionosfäärissä, sähköverkoissa ja kaasuputkissa. Tutkimus liittyy läheisesti hankkeessa mukana olevien Helsingin, Turun ja Oulun yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen tutkimusryhmien monipuolisiin tutkimusohjelmiin. CLUSTER ja MIRACLE: Aurinkotuuli-magnetosfääri-ionosfäärisysteemin mesoskaalarakenne Konsortion johtaja: Mursula Kalevi, professori, Oulun yliopisto Yhteystiedot: p. (08) 5531366, 050 688365, Kalevi.Mursula@oulu.fi Pulkkinen Tuija, tutkimusprofessori, Ilmatieteen laitos Myönnetty rahoitus: 567 080 Cluster-Miracle-konsortio tutkii Maan lähiavaruuden (aurinkotuuli, magnetosfääri, ionosfääri) rakennetta ja siinä esiintyviä sähkömagneettisia ilmiöitä. Tutkimuksessa käytetään erityisesti hyväksi neljän Cluster-II-satelliitin mittauksia sekä maanpinnalla tehtyjä revontulien ja magneettisten häiriöiden havaintoja. Keskeinen kysymys on miten Auringon lähettämän hiukkasvirran eli aurinkotuulen energia kulkeutuu Maan lähiavaruuteen ja ylempään ilmakehään. Neljällä Cluster-satelliitilla voidaan nyt ensimmäisen kerran tutkia avaruuden pienehkön mittakaavan (mesoskaalan, n. 100-10 000 km) ilmiöitä, sekä erottaa näiden ilmiöiden ajallinen ja paikallinen vaihtelu. Cluster-satelliiteilla tullaan saamaan ratkaisevan uutta tietoa muun muassa erilaisten plasma-alueiden rajapintojen rakenteesta ja dynamiikasta. Ohjelma on tärkeä osa myös tutkittaessa ja ennustettaessa ns. avaruussäätä ja sen vaikutuksia teknokulttuuriin. Euroopan avaruusjärjestön Cluster-satelliitit laukaistiin viime kesänä ja niiden tieteellinen tutkimusvaihe alkoi helmikuussa 2001. Oulun yliopisto on mukana kahdessa Clusterin yhdestätoista tieteellisestä laitteesta. Muun muassa sähkökenttiä mittaava EFW-laite on pääosin rakennettu Oulussa. Ilmatieteen laitos ylläpitää laajaa Miracle-havaintoketjua, jolla on mittauspisteitä eri puolella Fennoskandiaa. Kaukokartoitusaineistojen yhdistäminen fysikaalisiin ympäristömalleihin Konsortion johtaja: Pulliainen Jouni, dosentti, Teknillinen korkeakoulu yhteystiedot: p. (09) 451 2373, pulliainen@avanet.hut.fi Sucksdorff Yrjö, johtaja, Suomen ympäristökeskus Myönnetty rahoitus: 192 272
Ympäristön tilan seuranta Suomessa perustuu nykyisellään pääasiassa havaintoihin yksittäisissä seurantapisteissä. Lisäksi yhteiskunnallisesti ja taloudellisesti tärkeiden ympäristömuuttujien käyttäytymistä ja kehitystä ennustetaan fysikaalisten ympäristömallien avulla. Esimerkiksi Suomen ympäristökeskuksen vesistömallia käytetään operatiivisesti jokivirtaamien ennustamiseen, millä on suuri merkitys tulvien ehkäisyssä ja vesivoimataloudessa. Samaten vedenlaadun kehitystä, kuten myrkyllisten sinilevien kasvua järvi- ja merialueilla, pyritään ennustamaan hydrodynaamisten vedenlaatumallien avulla. Ympäristömallien sekä ympäristön tilan seurantatiedon puutteena on kuitenkin, niin Suomessa kuin maailmanlaajuisestikin, tuotetun tiedon huono alueellinen kattavuus ja edustavuus. Satelliittikaukokartoitus tarjoaa ratkaisukeinon tähän ongelmaan. Kehittyneimmillään optisen, infrapuna- ja mikroaaltoalueen satelliittihavainnot pyritään yhdistämään suoraan ympäristömalleihin nk. assimilaatiomenetelmiä käyttäen. ASSIMENVI-hankkeessa tutkitaan ja kehitetään assimilaatiotekniikoita vedenlaadun ja hydrologisen seurannan tueksi. Tavoitteena on saada aikaan menetelmiä, jotka parantavat nykyisten ympäristömallien tarkkuutta ja käyttökelpoisuutta. Menetelmät kehitetään ja testataan Suomen olosuhteissa, mutta itse metodologia on käyttökelpoista globaalisti. Hankkeen puitteissa tehdäänkin yhteistyötä useiden ulkomaisten tutkimusorganisaatioiden kanssa, muun muassa JPL:n (USA) ja DLR:n (Saksan avaruustutkimuslaitos). Pienikokoisia virtausilmiöitä Marsissa Konsortion johtaja: Savijärvi Hannu, professori, Helsingin yliopisto yhteystiedot: p. (09) 191 22421, Hannu.Savijarvi@helsinki.fi Kulmala Markku, professori, Helsingin yliopisto Siili Tero, TKT, Ilmatieteen laitos Myönnetty rahoitus: 509 440 Projektissa on tarkoitus mallintaa entistä tarkemmin Marsin pienikokoisia paikallisia virtausilmiöitä kuten rinnetuulet ja jäätikön reunan "merituulet". Erityisesti pöly ja kosteus, niiden kulkeutuminen, sekoittuminen, tuotto- ja tuhoprosessit ja vaikutus muun muassa säteilynkulkuun ja mahdollisiin pintasumuihin ovat mielenkiinnon kohteena. Työvälineenä on Marsin ilmakehän numeerinen säänennustusmalli rajoitetulle alueelle, jonka reuna-arvot saadaan Marsin ilmastomalleista. Tuloksina voidaan saada muun muassa laskeutumissääennusteita tuleville lennoille, ja tietoa eri alueiden, muun muassa napa-alueiden paikallistuulista. Suurenergia-astrofysiikka ja avaruustähtitiede Konsortion johtaja: Vilhu Osmi, dosentti, Helsingin yliopisto yhteystiedot: p. (09) 1912 2801, 050 584 1445, Osmi.Vilhu@helsinki.fi Huovelin Juhani, dosentti, Helsingin yliopisto Muinonen Karri, akatemiatutkija, Helsingin yliopisto Pekola Jukka, akatemiaprofessori, Jyväskylän yliopisto Turunen Jari, professori, Joensuun yliopisto Valtaoja Esko, professori, Turun yliopisto
Myönnetty rahoitus: 865 139 Konsortioon kuuluu tähtitieteilijöitä ja fyysikoita Helsingin, Turun, Jyväskylän ja Joensuun yliopistoista. Ryhmässä tutkitaan taivaankappaleiden lähettämää röntgen- ja gammasäteilyä sekä rakennetaan tarkoitukseen sopivia mittalaitteita. Tutkimuskohteita ovat muun muassa Linnunradan mikrokvasaarit ja neutronitähdet, aktiiviset galaksiytimet sekä auringon purkaukset, joita kaikkia voidaan parhaiten havaita tällä aallonpituusalueella. Konsortio valmistautuu kolmen rakentamansa avaruuslaitteen laukaisuun vuosina 2002-2004. Nämä ovat ESA:n INTEGRAL-satelliittiin tuleva JEM-X, Venäjän SRG-satelliittiin sijoitettava SIXA sekä ESA:n SMART-1 (kuuta kiertävään) -luotaimeen sijoitettava XSM. SIXA:n ja JEM- X:n tärkeimpiä havaintokohteita ovat mustat aukot ja neutronitähdet, kun taas XSM on räätälöity auringon röntgensäteilyn havaitsemiseen. Konsortiossa kehitetään myös uutta teknologiaa ESA:n ja NASA:n uuden sukupolven hankkeisiin. Näitä ovat muun muassa ESA:n XEUS-hankkeeseen kehitettävät suprajohtavat mikrokalorimetrit (TES) sekä NASA:n kokotaivaan kameraan (AXM) sopivat GEM-kalvot. Konsortiolta on myös pyydetty Tanskan ROEMER-minisatelliitin tiedonsiirron suunnittelua. Mukaan valitut yksittäisten tutkimusryhmien hankkeet: Pimeän aineen tutkimuksia avaruudesta Hankkeen vastuullinen johtaja: Flynn Chris, professori, Turun yliopisto yhteystiedot: p. (02) 2744 260, cflynn@astro.utu.fi Myönnetty rahoitus: 140 336 Suurin osa galaksimme tähdistä - myös Aurinko - kiertää Linnunradan keskustaa ympyränmuotoisilla radoilla. Näkyvän aineen vetovoima ei kuitenkaan riitä pitämään tähtiä tällaisilla radoilla. Tästä päätellään, että Linnunradassa on oltava kymmenisen kertaa enemmän näkymätöntä (ns. pimeää) ainetta kuin näkyvää. Pimeä aine saattaa koostua esimerkiksi hiukkasista ja/tai himmeistä tähdistä. Viimeisen vuosikymmenen aikana ns. mikrolinssi-ilmiö on paljastanut, että läheisyydessämme saattaa hyvinkin olla runsaasti himmeitä tähtiä, joiden massa olisi noin puolet Auringon massasta. Hankkeemme tarkoitus on selvittää, mitä nämä toistaiseksi näkymättömät kohteet voisivat olla, tai ainakin tutkia, mitä ne ehdottomasti eivät ole. Aiomme ratkaista asian avaruudesta tehdyillä optisilla havainnoilla. Käytämme muun muassa Euroopan avaruusjärjestön ESA:n Hipparcossatelliitin ja ESA:n ja NASA:n yhteistyöhankeen Hubble-avaruuskaukoputken mittauksia. Tulemme käyttämään myös ESA:n hiljattain ohjelmaansa hyväksymän GAIA-satelliitin tuloksia, sillä GAIA tulee mittaamaan Linnunradan tähtien radat ja massajakautuman hyvin tarkkaan. Tutkimusta tehdään Tuorlan Observatoriossa, jossa projektiin osallistuu vastuullisen johtajan lisäksi
neljä henkeä. ISO- ja Odin -avaruusteleskoopeilla tehtävä tutkimus: tähtienvälinen aine ja tähtien synty Hankkeen vastuullinen johtaja: Mattila Kalevi, professori, Helsingin yliopisto yhteystiedot: p. (09) 1912 2947, mattila@cc.helsinki.fi Myönnetty rahoitus: 211 464 Linnunradan tähtienvälinen aine ja molekyylipilvet kuuluvat nykytähtitieteen keskeisiin tutkimusalueisiin ja tähtien synty on yksi sen suurista avoimista ongelmista. Tutkimme tähtienvälisten molekyylipilvien fysikaalisia olosuhteita (lämpötila, tiheys, sisäiset liikkeet) ja kemiallista koostumusta sekä erityisenä painopistealana niissä tapahtuvaa tähtien syntyä. Tutkimuskohteemme ovat useimmiten näkymättömissä valon aallonpituuksilla, joten havainnoissa on käytettävä infrapuna (1-300 mikrometriä)- sekä (ali)millimetriaallonpituusalueen(0,3-3 mm) teleskooppeja. Käytämme tutkimuksessamme tehokkaasti hyödyksi kolmea avaruusteleskooppia ja yhtä vuoren huipulla olevaa radioteleskooppia, joihin Suomi on osallistunut merkittävillä rahoitusosuuksilla: (1) Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Infrared Space Observatory (ISO, laukaisu 1998); (2) Ruotsin, Suomen, Kanadan ja Ranskan alimillimetriaallonpituusalueen avaruusteleskooppi Odin (laukaistiin 20.2.2001); (3) ESA:n Planck Surveyor (laukaisu 2007); (4) Swedish-European Southern Observatory Submillimetre Telescope (SEST, toiminta alkoi 1987). Mesosfäärin kemiallinen aeronomia ja stratosfäärin otsoni Hankkeen vastuullinen johtaja: Turunen Esa, FT, Oulun yliopisto yhteystiedot: p. (016) 619 837, esa@sgo.fi Myönnetty rahoitus: 55 771 Projektin tavoitteena on: 1) Tutkia Auringosta ja magnetosfääristä saapuvien suurenergisten hiukkasten vaikutusta mesosfäärin ja ylästratosfäärin otsonikemiaa. 2) Määrittää suurenergisten hiukkasten presipitaation osuus mesosfäärin ja ylästratosfäärin otsonituhoon käyttäen ilmakehän yksityiskohtaista kemiallista mallia ja Euroopan avaruusjärjestön ESA:n avaruusohjelman satelliittia ENVISAT-1 sekä skandinaavisten satelliittien Oersted ja Odin mittausaineistoja. --------- Suomen Akatemian rahoitus yhteensä 4 629 331