Professori Karri Muinonen saa miljoonarahoituksen Euroopan tutkimusneuvostolta

Professori Karri Muinonen saa vahvasti kilpaillun Euroopan unionin ERC Advanced Grant -rahoituksen sähkömagneettisen sironnan tutkimukseen nimeltä SAEMPL (Scattering and absorption of electromagnetic waves in particulate media eli Sähkömagneettisten aaltojen sironta ja absorptio partikkeliväliaineissa). Muinosen työssä käsitellään sähkömagneettisten aaltojen sirontaa aina ultravioletista näkyvän valon kautta radioaaltoihin, ja kohteina ovat ennen kaikkea Aurinkokunnan pienkappaleet, lähiavaruuden asteroideista aina komeettoihin ja Neptunuksen takaisiin kohteisiin saakka. Kyseisten kappaleiden pintojen katsotaan olevan kosmisen pölyn peittämiä.

Karri Muinonen on johtavia sähkömagneettisen sironnan tutkijoita maailmassa. Teoreettisen fysiikan väitöskirjassaan vuonna 1990 Helsingin yliopiston Observatoriolla hän esitti koherenttiin takaisinsirontaan perustuvan selityksen ilmakehättömien Aurinkokunnan kohteiden sirontailmiöille lähestyttäessä tähtitieteellistä oppositiota (esimerkiksi täyden Kuun tilanne). Tuolloin kohteiden sirottama valo vahvistuu voimakkaasti ja polarisoituu Auringon, kohteen ja havainnoitsijan määräämään tasoon. Ilmiöt olivat vailla fysikaalista selitystä yli 50 vuoden ajan.

Sähkömagneettinen sironta pallomaisesta partikkelista ratkaistiin Maxwellin sähkömagnetiikan yhtälöistä tarkasti Gustav Mien toimesta vuonna 1908. Muinonen julkaisi vuonna 2004 numeerisen Monte Carlo -menetelmän pallomaisista partikkeleista koostuvan väliaineen moninkertaiselle sironnalle. Tätä askelta voidaan verrata Mien työhön 1900-luvun alussa. Muinosen alkuperäinen menetelmä perustuu sähkömagneettisen sironnan vastavuoroisuuden periaatteeseen, mikä rajoittaa sironneiden kenttien suhteita tilanteessa, jossa lähde (Aurinko) ja mittari (havainnoitsija) vaihtavat paikkaansa. Tämä Muinosen kehittämä säteilynkuljetusyhtälöön ja koherenttiin takaisinsirontaan perustuva menetelmä on ainutlaatuinen.

Muinonen on Gaussin satunnaispallon tilastollisen geometrian pääkehittäjä: Gaussin pallo on johdattanut sirontatutkimusta pallomaisista partikkeleista kohti epäsäännöllisiä partikkeleita. Elsevier palkitsi Gaussin partikkeleiden sirontaa koskevan julkaisun vuonna 2010 yhtenä neljästä merkittävimmästä julkaisusta alan johtavassa kansainvälisessä lehdessä (Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer).

Euroopan tutkimusneuvoston rahoittamassa SAEMPL-projektissa Muinosen alkuperäistä laskentamenetelmää yleistetään erityisesti partikkeleiden välisen vuorovaikutuksen osalta. Teoreettis-numeerisen tutkimuksen rinnalla projektissa kehitetään käänteentekeviä sironnan laboratoriomittauksia. Mittaukset ovat monissa tapauksissa ainoa menetelmä teoreettis-numeeristen tutkimusten todentamiseksi. Uusissa mittauksissa hyödynnetään atomivoimamikroskopiaa ja nanoteknologiaa ja hallitaan pölypartikkeleiden ja niiden muodostamien väliaineiden mittaus kokonaisvaltaisesti näkyvässä valossa ja lähi-infrapuna-alueella. Samalla mitattavat kohteet luonnehditaan fysikaalisesti. Kokeellinen osuus viedään läpi läheisessä yhteistyössä Geodeettisen laitoksen kanssa.

Sirontamenetelmiä tullaan soveltamaan Aurinkokunnan pienkappaleiden ominaisuuksien johtamiseen mm. ESO:n teleskoopeilla sekä vuonna 2013 laukaistavalla ESA:n Gaia-avaruusluotaimella tehtävistä havainnoista. Niin ikään menetelmiä sovelletaan vuonna 2015 laukaistavan Merkuriukseen matkaavan ESA:n BepiColombo-luotaimen mittausten tulkinnassa. Planeetta Maan kaukokartoitus voi hyödyntää uusia sirontamenetelmiä monissa sovelluksissa. Radioalueella uudet sirontamenetelmät voivat johtaa geodeettisen GPS-paikannuksen tarkentumiseen, kun radioaaltojen sirontaa GPS-antenneja ympäröivistä kohteista voidaan mallintaa entistä tarkemmin.

Tieteellisellä uralla pitkälle edistyneille, kaikkein ansioituneimmille ja kokeneille huippututkijoille tarkoitetun Advanced Grantin yhden hankkeen maksimirahoitus on 2,5 miljoonaa euroa, poikkeustapauksissa kuitenkin enintään 3,5 miljoonaa euroa. Se myönnetään enintään 5 vuodelle. Ainoana arviointiperusteena on tutkimussuunnitelman ja hakijan saavutusten erinomaisuus. Muinoselle myönnetty rahasumma 2.75 miljoonaa euroa on erityisen suuri, koska tutkimusta varten rakennetaan edellä kuvattu sirontalaboratorio Helsingin yliopiston fysiikan laitokselle.

Professori Karri Muinonen on fysiikan laitoksella tähtitieteen oppiainevastaava. Hänen professuurinsa ala on planetaarinen tähtitiede ja geodesia, ja professuurin rahoittavat yhdessä Helsingin yliopisto ja Geodeettinen laitos.

Lisätiedot: Karri Muinonen, puhelin 050 415 5474, karri.muinonen@helsinki.fi

ERC:n kotisivut http://erc.europa.eu/

Ystävällisin terveisin

Minna Meriläinen-Tenhu, tiedottaja, puhelin (09) 191 51042