Asteroidien sisärakenne selville tomografisen tutkan avulla – tiedosta apua aurinkokunnan syntyvaiheiden selvittämisessä ja asteroidien torjunnassa

Sorsa tutki ilmiötä sekä simulaatioiden että laboratoriossa pienoismallin avulla suoritettujen tomografisten tutkamittausten avulla. Tutkimuksen tulokset ovat osa Euroopan avaruusjärjestön (ESA) tulevan Hera-avaruusmission tomografisen Juventas-tutkan kehitystä ja tuleviin oikeisiin asteroidia kuvantaviin mittauksiin valmistautumista.

Asteroidit ovat aurinkoa kiertäviä pieniä, kooltaan sadan metrin ja jopa satojen kilometrien välillä olevia kivisiä kappaleita, jotka ovat muodostuneet aurinkokunnan alkuhetkillä. Niitä tutkimalla voidaan saada tietoa aurinkokunnan synty- ja varhaisvaiheista.

– Pieni osa asteroideista kulkee radalla, joka voi uhata törmäyksellään Maata. Näiden kappaleiden törmäysuhan torjumisen kannalta on tärkeää tuntea tällaisen asteroidin rakenne, jotta sen torjumiseen voidaan valita sopivimmat keinot, Liisa-Ida Sorsa kertoo.

Perustutkimuksen näkökulmasta asteroidien rakennetta tutkimalla voidaan saada tietoa aurinkokunnan syntyvaiheista. Lisäksi osassa asteroideista voi esiintyä arvokkaita metalleja, joiden ympärille on viime vuosina ilmestynyt asteroidien sisältämän malmin etsintään tähtääviä liikeyrityksiä, jotka tarvitsevat tietoa sisärakenteesta kohdentaakseen malminetsinnän oikein.

Matemaattisilla menetelmillä 3D-kuva asteroidin sisärakenteesta

Tomografinen kuvantaminen tutkalla on kolmiulotteisen viipalekuvauksen menetelmä, jossa asteroidia luodataan radioaaltosignaalilla asteroidia kiertävästä satelliitista. Asteroidin läpi tai kautta kulkeva signaali tallennetaan vastaanottavassa tutkassa. Näiden vastaanotettujen tutkasignaalien avulla voidaan matemaattisten menetelmien avulla muodostaa kolmiulotteinen kuva kappaleen sisärakenteesta.

– Väitöskirjatutkimukseni mukaan erityisesti tomografisella tutkalla voidaan havaita kappaleen sisällä olevat tyhjiöonkalot ja halkeamat sekä vaikkapa metalliset alueet, joissa tutkan sähkömagneettinen aalto on reagoinut muusta ympäristöstä poikkeavalla tavalla johonkin yksityiskohtaan, Sorsa toteaa.

Tällä hetkellä on käynnissä Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja yhdysvaltalaisen NASA:n yhteinen Maahan kohdistuvien törmäysuhkien torjumiseen tähtäävä AIDA-yhteistyöavaruusmissio (Asteroid Imact and Deflection Assessment). NASA:n johtama DART-osuus missiosta (the Double Asteroid Redirection Test) on laukaistu ja on matkalla kohti kohdettaan, kaksoisasteroidisysteemi Didymosta, jonka se saavuttaa lokakuussa 2022. DART:ssa on mukana törmäytin, jolla kohdeasteroidin lentorataa muutetaan.

Lokakuussa 2024 laukaistaan AIDA-yhteistyön eurooppalainen vaihe eli Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Hera-missio kohti samaa kohdetta. Siinä on mukana Juventas-tutka, jolla voidaan suorittaa tomografinen tutkamittaus kohdeasteroidista. Liisa-Ida Sorsan väitöskirjassa on kehitetty matemaattisia menetelmiä tällaisen mittauksen analysointia varten. Lisäksi on osoitettu sekä simulaatioiden että laboratoriossa tehtyjen pienoismallimittauksen avulla, että Juventas-tutkan kaltaisella tutkimusasetelmalla voidaan saada selville kohdeasteroidin sisärakenne.

Diplomi-insinööri Liisa-Ida Sorsan matematiikan alaan kuuluva väitöskirja Full-Wave Radar Tomography of Complex, High-Contrast Targets: Imaging the Interior Structure of a Small Solar System Body tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 29.10.2021 kello 12.00 Hervannan kampuksen Tietotalon salissa TB109 osoitteessa Korkeakoulunkatu 1. Vastaväittäjänä toimii yliopistotutkija Anne Virkki Helsingin yliopistosta. Kustoksena toimii Tenure Track -professori Sampsa Pursiainen Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnasta.