Infapunatähtitiedettä avaruudesta jo 20 vuotta

Kaikki alkoi vuonna 1800, kun saksalaista syntyperää ollut englantilainen tähtitieteilijä William Herschel löysi infrapunasäteilyn. Havainnoidessaan lämpömittarilla Auringon lämmityskykyä hän tuli hajoittaneeksi valon spektriksi, eli eri väreihin. Silloin hän huomasi lämpötilan kohoavan spektrin punaista päätä lähestyttäessä, ja lämpötila jatkoi nousuaan vaikka mitään näkyvää valoa ei enää ollut edes havaittavissa. Myöhemmin tiedemiehet nimittivät nämä näkymättömät lämpösäteet infrapunavaloksi.

Seuraava askel otettiin vuonna 1856, kun kuninkaallisen tähtitieteilijän tointa hoitanut skotlantilainen Charles Piazzi Smythe keksi infrapunavalon käyttökelpoisuuden tähtitieteessä. Hän kiipesi Teide-vuorelle Tenerifalla havaitakseen Kuun lähettämää infrapunasäteilyä. Sir Smythen käyttämät havaintolaitteet olivat kuitenkin hyvin alkeellisia, eiväkä niissä tapahtunut paljoakaan kehitystä seuraavaan sataan vuoteen.

Vasta viime vuosisadan loppupuolella infrapunatähtitiede hypähti kunnolla eteenpäin, kun tähtitieteilijät Gerry Neugebauer ja Robert Leighton tekivät 1965 ensimmäisen laajan infrapunamittauksen maailmankaikkeudesta. He käyttivät havaintojensa tekemiseen armeijan ei-salaiseksi luokiteltuja yönäköjärjestelmiin kehitettyjä infrapunateknologioita. Aluksi he löysivät kymmenen vain infrapunaisessa näkyvää kohdetta, mutta neljä vuotta myöhemmin kohteiden lista oli kasvanut jo tuhansiin. Tämä osoitti kyvin kuinka infrapunatähtitiede voi täydentää näkyviltä aallonpituuksilta tuttua kuvaamme maailmankaikkeudesta.

Ilmakehän vesihöyry estää kuitenkin infrapuna-aaltojen etenemistä hyvin tehokkaasti, joten ilmameren pohjalta avaruuden havaitseminen infrapunaisen valon alueella on hyvin hankalaa. Tämän vuoksi infrapunateleskoopit on sijoitettu joko korkeiden vuorien huipuille tai laukaistu kokonaan ilmakehän ulkopuolelle avaruuteen.

Ensimmäinen kunnollinen avaruuteen lähetetty infrapunateleskooppi oli Hollannin, Ison-Britannian ja Yhdysvaltojen yhteinen satelliitti nimeltä IRAS (Infrared Astronomical Satellite). IRAS havainnoi maailmankaikkeutta yhdentoista kuukauden ajan 1983 ja löysi noin 500 000 infrapunakohdetta.

Jo ennen IRASin laukaisua, ESA oli aloittanut jo ennen IRASin laukaisua sen seuraajan suunnittelun. ISOn (Infrared Space Observatory) oli tarkoitus havaita IRASin havaitsemia kohteita tarkemmin, ja se suoriutuikin tehtävästään erinomaisesti. Se jopa ylitti odotukset ja on osoittautunut onnistuneimmaksi infrapunateleskoopiksi tähän päivään mennessä.

ISOn insrumentit näyttivät selvästi miten samanlainen aurinkokuntamme kemiallinen koostumus on toisiin tähtijärjestelmiin verrattuna. Lisäksi se löi tähtitieteilijät ällikällä löytämällä aurinkokunnasstamme tuplasti niin paljon asteroideja kun oli aikaisemmin havaittu. Se havaitsi myös vettä ja orgaanisia molekyylejä kaikkialta avaruudesta. Olennaisinta ISOn näkökyvyssä oli inforapunavalon kyky tunkeutua tähtienvälisen pölyn läpi; näkyvän valon alueella taivasta havainnoivat kaukoputket eivät olisi koskaan voineet nähdä avaruuteen yhtä selvästi ja tehokkaasti.

Myöhemmin tässä kuussa NASA jatkaa infrapunateleskooppien listaa laukaisemalla avaruuteen uuden observatorion nimeltä SIRTF (Space Infrared Telescope Facility). Samalla ESA valmistautuu SIRTF:in jälkeiseen aikaan rakentamalla uudelle teleskoopille seuraajaa, Herscheliä. Herschel tulee olemaan kaikkien aikojen kehittynein infrapunateleskooppi ja hyvän kuvan sen tehokkuudesta saa katsomalla sen peiliä: se on 1.5 kertaa NASAn ja ESAn yhteisen Hubblen avaruusteleskoopin peilin kokoinen. Aika näyttää, mitä näkymättömiä salaisuuksia Herschel tulee aikanaan löytämään. Herschel tulee varmasti paljastamaan tähtien ja kokonaisten galaksien synnyn tavalla ja tarkkuudella, josta infrapunatähtitieteen uranuurtajat eivät edes osanneet uneksia.

Erityisten infrapunateleskooppien lisäksi monet muutkin tulevat havaintolaitteet näkevät myös infrapunaisin silmin avaruutta. Hubblen avaruusteleskoopin korvaajaksi rakennettava JWST-teleskooppi (James Webb Space Telescope) ja jopa ESAn maankaltaisten planeettojen havainnointiin tarkoitettu Darwin-satelliitti tulee sisältämään infrapunavalolle herkkiä instrumentteja. Paras tapa havaita muiden planeettojen ilmakehiä ja mahdollisia merkkejä elämästä on keskittyä tutkimaan kohteen lähettämää valoa sen infrapuna-aallonpituudella, joten tähtitieteilijät ovat innokkaita laajentamaan havaintolaitteidensa näkökykyä myös vanhojen kunnon lämpösäteiden puolelle.

20 vuoden aikana infrapunataivaan tutkimus on hypännyt kengurunloikan eteenpäin ja seuraavat kaksi vuosikymmentä pitävät sisällään varmasti ainakin saman määrän yllätyksiä. Miltähän maailmankaikkeus näyttää aikanaan vuonna 2023?