Mallinnettu kuva EISCAT_3D-tutkasta, joka koostuu usean tuhannen antennin antennikentän kokonaisuudesta.
Kuvaaja: National Institute of Polar Research (NIPR), Tokio, Japani
Mallinnettu kuva EISCAT_3D-tutkasta, joka koostuu 5 000 antennin antennikentän kokonaisuudesta.

Enontekiö sopiva ympäristö ainutlaatuiselle avaruustutkimukselle

Tunturi-Lappiin rakennetaan 5 000 antennin tutkimusasema, joka yhdistyy kahden muun aseman kanssa ainoa laatuaan olevaksi EISCAT­_3D-sirontatutkaksi. Avaruussäällä on monia vaikutuksia infrastruktuuriin Maan pinnalla, kuten sähköverkkoihin, mihin tutkijat perehtyvät paremmin uudella tutkajärjestelmällä. Enontekiö soveltuu erinomaisesti lähiavaruuden tutkimuksen huippuosaamisen tarpeisiin.

EISCAT_3D-tutkaprojektin rakennusvaihe aloitettiin 2017, ja toukokuussa 2022 antennielementit lähetettiin matkaan kohti Pohjoismaita. Antennijärjestelmät rakennetaan Karesuvantoon Enontekiölle Suomen Lappiin, Norjan Skibotniin ja Ruotsin Kaiseniemelle.

Parhaillaan Karesuvannon kylälle rakennetaan tutkimusaseman asemarakennusta, jossa on työskentely- ja huoltotilat. Syksyllä aloitetaan antennikentän rakentaminen. Arvion mukaan tutkimusasema on käyttökuntoinen alkuvuoden 2023 puolella.

Ainutlaatuinen sirontatutka ensimmäinen maailmassa

EISCAT-järjestö (European Incoherent Scatter Scientific Association) tutkii yläilmakehän ilmiöitä, ja sillä on suuret lautasantennitutkat Sodankylässä, Kiirunassa ja Tromssassa. Kun nykyiset lautasantennit keräävät dataa vain yhdestä suunnasta kerrallaan ja niiden liikuttaminen on mekaanista ja vie aikaa, uusi 3D-sirontatutka kerää valtavat määrät dataa monesta eri suunnasta samanaikaisesti. Tämä tarkoittaa sitä, että uusi järjestelmä tehostaa merkittävästi mittausta.

Kaikki kolme antennikenttää Suomessa, Ruotsissa ja Norjassa muodostavat yhteisen järjestelmän, jonka avulla on mahdollista tuottaa kolmiulotteista kuvaa esimerkiksi tuulennopeudesta 100–400 kilometrin korkeudella. Noin 90 kilometrin korkeudella alkaa termosfääri, jonka alaosassa ilmenevät revontulet. Lähiavaruuden ajatellaan alkavan termosfääristä.

Tutkimushanketta on suunniteltu jo yli kymmenen vuoden ajan. Hanke maksaa noin 70 miljoonaa euroa, josta Suomen Akatemia rahoittaa 12,8 miljoonaa euroa. Mukana ovat myös Ruotsi, Norja, Iso-Britannia, Japani ja Kiina.

3D-tutka on yläilmakehän ilmiöiden tutkimukselle iso kehitysaskel ja järjestelmä on ainoa laatuaan koko maailmassa. Kolmen antennikentän kokonaisuudella voidaan tuottaa esimerkiksi kolmiulotteinen kuva revontulten sähkövirtajärjestelmästä, mitä ei ole aiemmin osattu toteuttaa.

Avaruussään ymmärtäminen tärkeää ihmiskunnalle

Lähiavaruuden ilmiöt vaikuttavat elämäämme Maassa, ja siksi niiden ymmärtäminen paremmin on ehdottoman tärkeää. Paremman ymmärryksen avulla voimme myös varautua avaruussään aiheuttamiin ongelmiin. Avaruussäällä tarkoitetaan avaruudessa tapahtuvia olosuhteiden muutoksia, ja sen ilmiöt johtuvat muun muassa aurinkotuulesta.

Avaruussään ilmiöt voivat esimerkiksi vaikeuttaa radiokommunikointia, sekoittaa navigaatiolaitteita tai aiheuttaa sähköhäiriöitä. Sodankylän geofysiikan observatorion havaintopäällikkö Thomas Ulich mainitsee, kuinka esimerkiksi Finnair on joutunut vaihtamaan Aasian lentojen reittiä kulkemaan napa-alueen läheltä, ja lentoliikenteelle GPS ja radio ovat ehdottomat työkalut, minkä vuoksi on siis tärkeää ennakoida avaruussään vaikutukset.

Auringonpurkaukset voivat hyvin voimakkaina vahingoittaa ja ylikuormittaa sähköjärjestelmiä laajallakin alueella. Purkauksia seuraamalla kyetään ennakoimaan ja ennustamaan suuret ilmiöt ja minimoimaan vahingot. Tiedon avulla myös voidaan suunnitella infrastruktuuria kestämään paremmin avaruussään aiheuttamat häiriötekijät.

Monet asiat ovat riippuvaisia satelliiteista, joita löytyy nykyään lukemattomia lähiavaruudesta. Avaruussäällä on vaikutuksia myös satelliittien toimintaan.

– Ihmiskunta on enemmän kiinnostunut avaruussäästä, kun satelliittien merkitys on noussut huimasti, Ulich sanoo ja jatkaa – Lähiavaruus on erittäin tärkeä meille.

Tutkittavia asioita on monilla eri aikajaksoilla. EISCAT_3D kertoo mitä tapahtuu juuri nyt, esimerkiksi missä revontulia voi nähdä, mutta sen avulla voidaan myös nähdä pitkäaikaisvaikutuksia, kuten kuinka avaruussään vaikutus yläilmakehään ja yläilmakehä itsessään on muuttunut usean vuoden aikana.

EISCAT_3D-sirontatutka rakennetaan Karesuvannolle, Enontekiölle. Lokakuussa 2021 maa-alue oli tasoitettu antennien asentamista varten.
Kuvaaja: EISCAT Scientific Association
EISCAT_3D-sirontatutka rakennetaan Karesuvannolle, Enontekiölle. Lokakuussa 2021 maa-alue oli tasoitettu antennien asentamista varten.

Kolmen valtiorajan Enontekiö sopii huippututkimukseen

Karesuvannon ”revontulitutka” vie hehtaarin verran tilaa. Yksi antennikenttä on halkaisijaltaan noin 80 metriä, ja se vaatii 5 000 antennia kokonaisuuden muodostamiseksi. Monissa pohjoisissa kohteissa on tilaa, mutta mikä tahansa arktinen sijainti ei sovi tutkimusaseman perustamispaikaksi.

Lappi on erinomainen sijainti ilmakehän ja lähiavaruuden tutkimukselle, koska ilmiöt, kuten aurinkotuuli ja sen aiheuttamat revontulet, ohjautuvat maapallon napa-alueille. Thomas Ulich kertoo, että merkittävää sijaintipäätöksen kannalta oli myös se, että Lapissa on valmiiksi toimiva ja kattava infrastruktuuri toisin kuin muissa arktisissa paikoissa. Alue on helposti saavutettavissa. Pohjoismaat ovat demokraattisia valtioita, joissa on stabiili turvallisuustilanne.

Sirontatutkaa varten laskettiin, millä asemien etäisyyksillä saadaan parhain mahdollinen tutkimustulos. Järjestelmä tarvitsee sähköä ja hyvän verkkoyhteyden, joten infrastruktuuri oli tärkeää olla valmiina. Karesuvanto osoittautui täydelliseksi paikaksi. Sodankylän geofysiikan observatorion sijainnin vuoksi maakunnassa on alan asiantuntijoita jo valmiiksi.

Karesuvannon kyläkeskuksen läheisyydestä löydettiin sopiva tontti. Karesuvanto sijaitsee Tunturi-Lapissa, aivan Ruotsin rajan vieressä. Alueen läpi kulkee tie E8, joka kuljettaa Turusta Tromssaan asti. Karesuvannolta voi siis jatkaa pohjoisempaan Kilpisjärvelle ja Norjan rajalle tai siirtyä Ruotsin rajan toiselle puolen. Enontekiön lentoasemalle on matkaa vain noin 50 kilometriä.

Antennikentän rakennus on vaativaa ja pikkutarkkaa työtä. Antennit eivät saa liikkua milliäkään paikaltansa. Tämän vuoksi roudan vaikutus maaperään on selvitetty tarkasti. Selvitysten avulla myös varmistettiin, ettei toiminta haittaa poroelinkeinoa – eivätkä porot tutkimustoimintaa.

Usean vuoden kestävä projekti vaatii monen eri alan osaamista, kuten matematiikkaa, tutkateknologiaa, ilmakehätutkimusta, tietotekniikkaa ja rakentamista. Suomessa hankkeessa ovat mukana Oulun yliopisto ja Sodankylän geofysiikan observatorio, Ilmatieteen laitos, ja Tieteen tietotekniikan keskus CSC.