Huomisen tekniikkaa tänään |
|
Kosmisen mikroaaltotaustan tarkat havainnot edellyttävät, että
laitteet on suunniteltu huolellisesti. Planck-satelliitilla ja
sen havaintolaitteistolla onkin varsin tiukat vaatimukset, ja
esimerkiksi sen vastaanottimissa käytetään uusinta ja hienointa
tekniikkaa. Ensinnäkin satelliitin pitää havaita koko taivas,
tavoitteena on havaita vahintään 90 prosenttia siitä. Toiseksi,
sen suuntaustarkkuuden pitää olla tarpeeksi hyvä erottamaan
mikroaaltotaustan lämpötilaerot. Kolmanneksi, laitteiston, kuten
vastaanottimien, itsensä aiheuttamien häiriöiden pitää olla pieniä,
jotta ne eivät häiritse mittauksia.
Planck-satelliitti toimii taajuusalueella 30 - 857 GHz. Taajuusalueen
pitää olla laaja, jotta etualan häiriölähteiden vaikutus saadaan
poistettua mahdollisimman tehokkaasti. Tämä kuitenkin merkitsee sitä,
että vastaanottimien pitää rakentaa kahta eri tekniikka käyttäen.
Alemmilla taajuuksilla ne ovat "tavallisia" radiovastaanottimia ja
korkeammilla taajuuksilla bolometrejä . Tavoitteena on hyvä herkkyys,
jotta mikroaaltotaustan
pienetkin epässäännöllisyydet saadaan mitattua. Planck tulee olemaan
vähintään 10 kertaa herkempi kuin COBE, joka ensimmäisenä karkeasti
mittasi taustasäteilyä 1992.
Teleskooppi
Planck-satelliitin reflektoriteleskoopin pääpeili on halkaisijaltaan
1.5 metriä. Apupeilin halkaisija on noin 0.8 metriä ja se on sijoitettu
sivuun pääpeilin akselista.
Teleskooppia ympäröi säteilysuojus (näkyy ylemmässä kuvassa), jonka tarkoitus on estää hajasäteilyä
häiritsemästä mittauksia ja auttaa laitteistoa pysymään viileänä.
Hajasäteilyä tulee sekä Auringosta että planeetoista, ja myös satelliitista
itsestään.
Vastaanottimet LFI ja HFI
Alemman taajuuden vastaanottimet (Low Frequency Instrument eli LFI)
toimivat taajuuksilla 30, 44, 70 ja 100 GHz. Kullakin taajuudella
on useampi vastaanotin (4, 6, 12 ja 34 kappaletta).
Korkeamman taajuuden vastaaottimet (High Frequency Instrument HFI)
puolestaan toimivat taajuuksilla 100, 143, 217, 353, 545, 857 GHz.
Eri taajuuksilla on vastaanottimia 4, 12, 12, 6, 6 ja 6 kappaletta.
HFI-laitteisto sijoitetaan LFIn sisälle.
70 GHz:n vastaanottimet (12 kpl) rakennetaan Suomessa (Millilab, Ylinen
Electronics Co., Metsähovi). Nämä integroiduilla millimetrialueen
piireillä toteutettavat vastaanottimet ovat vain tulitikkurasian kokoisia.
Kosmisen mikroaaltotausta lähettämä heikon heikko säteily pitää vahvistaa,
jotta sitä voidaan tutkia. Vahvistuksen pitää olla miljoonakertainen !
Koska taustasäteily on hyvin kylmää (3 Kelviniä eli -270 C), pitää
myös vastaanottimien olla jäähdytettyjä jotta vaadittava herkkyys
saavutettaisiin.
Rata
Satelliitti laukaistaan Ariane 5 -kantoraketilla yhdessa Herschel-
satelliitin kanssa (ne ovat aluksi kiinni yhdessä, mutta erotetaan
ennen lopullista rataansa). Planck asetetaan elliptiselle kiertoradalle
Maan ja Auringon välisen Lagrangen pisteen (L2) ympäri. Tämä piste
sijaitsee noin 1.5 miljoonan kilometrin päässä Maasta, pois päin
Auringosta. Teleskooppi saadaan näin sopivasti sijoitettua
osoittamaan kohti avaruutta, jolloin edessä ei ole havaintoja haittaavia
esteitä, hajasäteilyn määrä on mahdollisimman pieni ja lämpötalous tasainen.
Satelliitti pyörii ympäri, jolloin 70 asteen kulmassa satelliittiin
nähden oleva teleskooppi havaitsee siivun taivasta. Joka päivä satelliitin
asentoa muutetaan hieman, ja noin puolen vuoden kuluttua koko taivas on
havaittu kertaalleen. Herkkyyden lisäämiseksi on tarpeen havaita taivas
kahteen kertaan. On arvioitu, että koko tehtävän suorittamiseen laukaisusta
viimeiseen havaintoon asti kestää vähintäänkin 15 kuukautta.