Metsähovin Radiotutkimusasema
VLBI - pitkäkantainterferometria
VLBI, tarkat havainnot
VLBI (Very Long Baseline Interferometry) eli pitkäkantainterferometria viittaa menetelmään, jossa useat radioteleskoopit havaitsevat yhtäaikaisesti samaa kohdetta tallettaen tulokset tarkkojen havaintoaikatietojen kera. Myöhemmin erilliset havainnot yhdistetään sellaisin matemaattisin menetelmin, että saatu tulos vaikuttaa siltä kuin havainnot olisi suoritettu yhdellä valtavan suurella radioteleskoopilla, jonka koko vastaa suurinta teleskooppien välistä etäisyyttä.
Kullakin VLBI-asemalla tulee olla sopivat tekniset laitteet, kuten erittäin tarkka kello ja nauhuri, jolla tallentaa suuret havaintotietomäärät. Aikareferenssinä käytetään maser-kelloa ja tallennusvälineenä magneettinauhoja, joiden pituus voi olla 7 km. Magneettinauhat lähetetään "korrelaattorille", joka yhdistää havainnot ja toimittaa tulokset tutkijalle jatkokäsittelyä ja tulkintaa varten.
Erään havaintojen tekoa koskevan lainalaisuuden voi yksinkertaistaa seuraavasti: mitä suurempi teleskooppi on verrattuna havaittavaan aallonpituuteen, sitä parempi on tarkkuus. Tyypilliset VLBI-havaintotaajuudet ovat välillä 0.3 MHz - 86 GHz (aallonpituudet 90 cm - 3 mm). "Virtuaalisen VLBI-antennin" koko voi olla maapallon läpimitta tai jopa suurempikin, sillä avaruudessa maata kiertää tälläkin hetkellä japanilainen HALCA-antenni, jonka avulla antennien välistä etäisyyttä eli kantaviivaa saadaan kasvatettua jopa yli 20,000 km pitkäksi. VLBI-menetelmällä saavutetaan suurempi erotuskyky kuin millään muulla tähtitieteen havaintomenetelmällä.VLBI-tekniikan rajoituksena on usein huono "herkkyys", mikä johtuu kohteista tulevaa säteilyä keräävän virtuaalisen antennin suhteellisen pienestä pinta-alasta ja suuren, mutta edelleen osittain riittämättömän, tiedontallennuskapasiteetin aiheuttamista rajoituksista. Siksi pienet, mutta voimakkaat eli "kirkkaat" lähteet sopivat paremmin VLBI-tekniikalla havaittaviksi kuin suuret, heikot lähteet. Tälläisiä ovat esimerkiksi kvasaarit tai maserit, joiden yksityiskohtaiseen tutkimiseen VLBI-tekniikan tarkkuus on omiaan.
VLBI Metsähovissa
Metsähovi aloitti VLBI-havainnot vuonna 1991. Nykyisin Metsähovi on jäsenenä eurooppalaisessa VLBI- havaintoverkossa (European VLBI Network, EVN) ja kansainvälisessä millimetritaajuuksiin erikoistuneessa havaintoverkossa (Coordinated Millimetre VLBI Array, CMVA). Lisäksi Metsähovi osallistuu EVN:n ja Yhdysvaltalaisen VLBI-havaintoverkon ( Very Large Baseline Array, VLBA) yhteishavaintoihin.Normaalisti VLBI-mittaukset vievät noin kolmanneksen Metsähovin vuosittaisesta havaintoajasta. VLBI-mittauksia tehdään Metsähovissa taajuuksilla 22 GHz (1.3 cm), 43 GHz (0.7 cm) ja 85 - 115 GHz (3 mm). Vuonna 2001 Metsähovi ja Ranskalais-Espanjalais-Saksalainen (Instituto de Radio Astronomia Milimetrica, IRAM) tekivät ensimmäisinä maailmassa onnistuneen VLBI-kokeen korkealla 147 GHz taajuudella.
Vuonna 2002 147 GHz koe toistettiin. Tällä kertaa mukana oli vielä kaksi teleskooppia Yhdysvalloista: Heinrich Hertz Telescope (HHT) ja Kitt Peak (KP). Ensimmäiset tulokset julkistettiin Bonnissa, 6. EVN Symposiumin yhteydessä. Jälleen kerran saavutettiin maailmanennätys, tällä kertaa tehtiin maailman ensimmäiset Atlantin ylittävät havainnot tällä korkealla taajuudella.
Metsähovista löytyy myös tietotaitoa VLBI-laitteiston ja -ohjelmistojen kehittämiseen ja tekemiseen. Seuraavan sukupolven VLBI-tekniikan kehittämisessä Metsähovin tietämys edustaa alan ehdotonta huippua ja Metsähovilla onkin useita, etupäässä kansainvälisiä yhteisprojekteja meneillään. (Metsähovin kotisivuilta voi löytää englanninkielisiä dokumentteja aiheesta.)
Avaruus-VLBI
Tarkkuutta eli erotuskykyä voi parantaa kasvattamalla teleskooppien välistä etäisyyttä. Japanilaisen VSOP-projektin HALCA-avaruusantenni laukaistiin kiertoradalleen helmikuussa 1997.
Metsähovilaiset osallistuivat VSOP-projektin tieteellisen ohjelman suunnitteluun ja oli tarkoitus, että Metsähovi olisi osallistunut 22 GHz avaruus-VLBI-havaintojen tekoon muiden maanpäällisten teleskooppien kanssa. Valitettavasti juuri HALCAn 22 GHz vastaanotin vahingoittui laukaisussa niin, ettei sitä voi enää käyttää varsinaisiin tähtitieteellisiin havaintoihin. Satelliitin lähetyksen aikoihin Orion-KL:ssä sijaitseva maser-lähde säteili kuitenkin niin voimakkaasti, että vastaanotinta voitiin testata. Myös Metsähovi osallistui testimittauksiin.
Tavallisella 22 GHz VLBI-havaintotaajuudella HALCA olisi mahdollistanut jopa 1000 kertaa Hubble-avaruusteleskooppia tarkemmat havainnot. Sellaisella tarkkuudella olisi voinut erottaa tennispallon kokoisen kohteen kuun etäisyydellä.
Ylemmissä kuvissa on kvasaari 1156+295. Vasemmanpuoleissa kuvassa sitä on havaittu maanpäällisellä VLBA-havaintoverkolla. Oikeanpuoleisessa kuvassa mukana havaintoja tekemässä on ollut HALCA-teleskooppi. Kvasaarista lähtevistä "suihkuista" voi erottaa yksityiskohtia. Vihreä ellipsi kunkin kuvan vasemmassa alalaidassa vastaa virtuaalisen antennin keilan eli tarkan erotuskyvyn alueen kokoa. Pienemmällä keilalla saa tarkemmat havainnot.
Metsähovi on osallisena myös venäläisen Radioastron-avaruusantennin vastaanotinten rakentamiseen ja tieteellisen ohjelman suunnitteluun. Venäjän talousongelmat lykkäsivät laukaisua vuosilla. Vihdoin vuonna 2002 Venäjän Tiedeakatemia ja Venäjän Avaruustutkimuskeskus nostivat Radioastronin tärkeimmäksi Spektrum-satelliittihankkeekseen ja asettivat laukaisupäiväksi 15.3.2006.Suunnitelluista tulevaisuuden avaruus-VLBI-projekteista voi lukea lisää englanniksi esim. U.S. Space VLBI-sivuilta.
mm-VLBI
Havaitsemalla 86 GHz-taajuudella maanpäällisillä teleskoopeilla voi saavuttaa saman tarkkuuden kuin minkä HALCA-telekoopin pidemmät kantaviivat ja 22 GHz vastaanotin olisivat mahdollistaneet.Korkeammilla taajuuksilla (tai toisin sanoen lyhyemmillä aallopituuksilla) havainnointi ei ole kuitenkaan aivan yksinkertaista. Erilaiset vaikeudet kasautuvat. Esimerkiksi ilmassa olevan vesihöyryn tiheyden epätasaisuudet alkavat aiheuttamaan tuntuvaa virhettä havaintoihin, vastaanotintekniikka on vaativampaa, yksittäisen antennin pinnan epätasaisuus häiritsee enemmän, jne.
Etupäässä pohjoisella pallonpuoliskolla sijaitsevat CMVA- teleskoopit tekevät toistuvasti mm-VLBI-havaintoja tällä 86 GHz taajuudella eli 3 mm aallonpituudella. Hiljattain CMVA-antennien määrä on kasvanut, kun VLBA-teleskoopeille on asennettu lisää 86 GHz-vastaanottimia.
Huhtikuussa 1997 Metsähovissa tehtiin ensimmäiset 3 mm CMVA-mittaukset. Viimeisin sessio oli lokakuussa 2001.
