VTT Uutta | Uutiset 2003

29.10. Suomalaistutkijat kehittivät maailman herkimmän vastaanottimen Planck-satelliittiin


Kosmoksen ääriltä aamusumun ja vaatteiden läpi

VTT:n ja MilliLabin johdolla on kehitetty Planck-satelliittia varten maailman herkin, 70 GHz:n, millimetriaaltovastaanotin. Tulitikkurasian kokoinen vastaanotin mittaa mikroaaltotaustasäteilyä, jonka perusteella tutkijat uskovat selvittävänsä maailmankaikkeuden tarkan iän, koon ja rakenteet. Vastaanotin luovutetaan ESA:lle ensi kesänä.

Planck-vastaanottimien kilohinta on yli 5 miljoonaa euroa. Kallis laite tukee suoraan tieteellistä ja kaupallista laitekehitystä. Samalla tekniikalla nähdään turvatarkastuksissa vaatteiden läpi ja estetään autoja törmäämästä sumussa. Tämän lisäksi tekniikkaa voidaan hyödyntää mm. tarkkojen pilvitutkien rakentamisessa ja tulevaisuuden tietoliikennesovelluksissa.

Vuosisadan tieteelliseksi kokeeksikin mainostettu Euroopan avaruusjärjestön (ESA) kansainvälinen Planck-luotainhanke on Suomen tämän hetken suurin avaruustiedehanke. Vuonna 2007 avaruuteen laukaistava Planck mittaa kosmista mikroaaltotaustasäteilyä. Tämä taustasäteily on heikko kaiku maailmankaikkeuden alkuräjähdyksestä yli 13 miljardin vuoden takaa. Hankkeen tuloksina tutkijat odottavat tarkkoja tietoja maailmankaikkeuden iästä, koosta ja rakenteista.

Planck-luotain koostuu kaikkiaan kymmenestä vastaanottimesta, jotka toimivat 30-857 GHz:n taajuusalueilla. Suomi vastaa MilliLabin ja VTT:n johdolla tärkeän 70 GHz:n vastaanottimien rakentamisesta yhteistyössä Ylinen Electronics Oy:n, AL Safety Design Oy:n ja TKK:n Metsähovin Radiotutkimusaseman kanssa. Suomalaisten rakentamat instrumentit toimivat millimetriaallonpituuksilla, joilla miljardien vuosien aikana maailmankaikkeudessa edennyt ja vaimentunut kosminen taustasäteily on tällä hetkellä voimakkaimmillaan. Säteilystä tutkitaan erityisesti sen pienen pieniä, noin sadastuhannesosa-asteen kokoisia lämpötilavaihteluja, jotka kertovat varhaisen universumin rakenteesta. Heikkojen vaihtelujen erottamisesta selviytyykin vain maailman paras millimetriaaltoteknologia.

Hyvin heikon signaalin mittaamisessa on äärimmäisen tärkeää, että itse vastaanotin lisää signaaliin mahdollisimman vähän kohinaa. Tähän pyritään 70 GHz:n vastaanottimissa kahdella keinolla: etuosa jäähdytetään hyvin matalaan -253 celsiusasteen lämpötilaan ja vahvistinpiirit valmistetaan maailman parhaalla millimetriaaltoteknologialla. Indiumfosfidi-puolijohteesta valmistettavat integroidut millimetriaaltoalueen vahvistimet ovat 70 GHz:n keskeisimmät komponentit, jotka ovat suunnitelleet yhteistyössä MilliLab ja Ylinen Electronics. Tuloksena ovat syntyneet maailman vähäkohinaisimmat 70 GHz:n vahvistimet.

Suomessa Planck-hankkeeseen osallistuu joukko tutkimuslaitoksia ja yrityksiä, joissa sekä rakennetaan tutkimuslaitteita että osallistutaan mittaustulosten analysointiin. Suomen Planck-hankkeen laiterakennusta johtaa professori Jussi Tuovinen MilliLabista, VTT Tietotekniikasta ja havaintoaineiston analysointia professori Kari Enqvist Helsingin yliopiston fysikaalisten tieteiden laitokselta.

Suomalaisten instrumenttien rakennustyö lähestyy jo loppuaan. Laitteet on tarkoitus luovuttaa eteenpäin kesällä 2004. Laiterakennusta johtava tutkimusprofessori Jussi Tuovinen VTT:ltä kertoo viime vuosien olleen erittäin kiivastahtista vastaanottimien kehittämistä. Työ onkin tuottanut ainutlaatuisia tuloksia - eikä näistä vähäisimpänä maailman herkimmän 70 GHz:n vastaanottimen. Äärimmäisen herkkyyden lisäksi vastaanotin on pystytty rutistamaan tulitikkurasian kokoiseksi. Työtä on kuitenkin vielä paljon jäljellä lopullisten avaruusvastaanottimien rakentamisen alkaessa tänä syksynä.

Planck-satelliitin ensimmäisiä tuloksia odotetaan noin vuoden kuluttua laukaisusta. Hankkeen suomalaiset tiederyhmät valmistautuvat parhaillaan havaintoaineiston analyysiin tutkimalla kosmista signaalia vääristäviä astrofysikaalisia kohteita ja kehittämällä taustakohinaa poistavia tietokoneohjelmia sekä havaintojen ymmärtämiseksi tarvittavia teoreettisia työkaluja. Jälkimmäisistä esimerkki on pian alkuräjähdyksen jälkeen tapahtuneen avaruuden valoa nopeamman laajenemisen eli kosmisen inflaation mallien tutkimus.

Suomalaista Planck-hanketta rahoittavat Tekes, Suomen Akatemia, ESA ja hankkeeseen osallistuvat tutkimuslaitokset.

Lisätietoja:

Prof. Jussi Tuovinen, MilliLab, VTT Tietotekniikka
Puh. 040 589 9132
Jussi.Tuovinen@vtt.fi

Prof. Kari Enqvist, Helsingin Yliopisto
Puh. 050 512 0963
Kari.Enqvist@helsinki.fi

Heikki Hannula, Tekes
Puh. 010 521 5857
Heikki.Hannula@tekes.fi



Lisää Planck-hankkeesta:

ESAn Planck-sivut:
http://astro.estec.esa.nl/Planck/

Antares-ohjelman sivut:
http://akseli.tekes.fi/Resource.phx/tivi/antares/index.htx

Antares Planck-sivut:
http://akseli.tekes.fi/Resource.phx/tivi/antares/planck.htx

MilliLab:n Planck-sivut:
http://www.vtt.fi/millilab/pages/Antares_MilliLab.htm

 

Uutta | Uutiset 2003

VTT