4/2017

Salapoliisina asteroidien jäljillä

Tutkijatohtori Matti Viikinkosken ansiot asteroidien ominaisuuksien mallintamisessa toivat hänelle kunnianosoituksen, joka on suotu vain harvoille matemaatikoille: hänen mukaansa nimetyn, taivaalla kiertävän oman asteroidin.

Matti Viikinkoski

 

Tutkijatohtori matti Viikonkosken kehittämä ohjelma asteroidien mallintamiseen on vapaasti saatavilla verkosta.

 

Anubis, Brahms, Casablanca, Monty Python, Pavarotti, Rembrandt, Rolling Stones, Tolkien. Tuhansia asteroideja on nimetty muinaistaruston jumalien, kaupunkien, rocktähtien, filmihahmojen sekä kuuluisien kirjailijoiden, säveltäjien, taiteilijoiden ja urheilijoiden mukaan.

Yleensä uuden asteroidin löytäjä saa vapaasti nimetä löytönsä, mutta astronomian alan järjestö International Astronomical Union nimeää silloin tällöin asteroideja myös muiden tieteenalojen ansioituneiden tutkijoiden mukaan. Yksi tämän kunnianosoituksen saaneista matemaatikoista on TTY:n matematiikan laboratorion inversio-ongelmien tutkimusryhmässä työskentelevä tutkijatohtori Matti Viikinkoski.

Jo muutaman kuukauden ajan avaruudessa on kiertänyt hänen mukaansa nimetty asteroidi 11815 Viikinkoski.

Avaruustutkijat koolle Tampereelle 2018

Vapriikissa järjestetään syyskuussa 2018 kansainvälinen Asteroids and Comets – Inside Out Workshop (ACIO18), joka kokoaa Tampereelle tutkijoita eri avaruusprojektien parista. Yksi kokouksen kiinnostavista aiheista tulee olemaan meneillään oleva Deep Interior Scanning CubeSat (DISCUS) -hanke, jossa on mukana TTY:n inversiomatematiikan tutkijoita yhdessä saksalaisen Max Planck -instituutin tutkijoiden kanssa.

DISCUS-hankkeessa on tarkoitus rakentaa bistaattinen avaruustutka ja lähettää se kahden minikokoisen nanosatelliitin kyydissä tutkimaan aurinkokunnassamme kiertävää asteroidia. Satelliittien keräämän tiedon pohjalta voidaan saada selville, mitä asteroidin sisällä on. Kerätyn datan analyysi on tarkoitus tehdä Tampereella.

TTY:llä DISCUS-hanketta ovat olleet ideoimassa Assistant Professor Sampsa Pursiainen ja tohtorikoulutettava Mika Takala. Siinä on tällä hetkellä mukana kaksi saksalaista yritystä: RST GmbH ja MEW-Aerospace.

– Selvitämme parhaillaan mahdollisuuksia laajempaan yritysyhteistyöhön Suomessa ja erityisesti Tampereen seudulla. ACIO2018-kokoukseen ovat tervetulleita sekä tieteilijät että yrityspartnerit, Sampsa Pursiainen kertoo.

 

Maailman monipuolisin asteroidien mallinnusohjelmisto

Viikinkoski on tutkimusryhmässään tehtyjen matemaattisten laskelmien perusteella kehittänyt maailman monipuolisimman asteroidien mallinnusohjelmiston. Sen avulla voidaan tehokkaasti ja perustellusti saada selville asteroidien muodot ja pyörimistilat.

– Kehittämäni ohjelma on vapaasti saatavilla verkosta. Mallintamisen pohjana käytetään kaikkia asteroideista saatavia erilaisia havaintoja, kuten niiden kirkkautta, tutkahavaintoja, isojen kaukoputkien ja radioteleskooppien havaintoja, jne., Viikinkoski kertoo.

Tyypillinen inversio-ongelma on esimerkiksi se, miten määrittää halkaisijaltaan 100 kilometrin mittaisen asteroidin 3D-malli yli 200 miljoonan kilometrin päästä tehdyistä epätäydellisistä havainnoista.

– Asteroidit ovat jäänteitä aurinkokuntamme syntyajoilta. Kun käytämme 3D-mallinnusta, voimme määritellä asteroidin tiheyden ja sen koostumuksen. Tulevaisuudessa asteroidien metallia voidaan hyödyntää louhimalla. Ensimmäinen askel on se, että saadaan selville asteroidin malli ja koostumus. Seuraavaksi voidaan lähettää minisatelliitti asteroidille tekemään lähempää kartoitusta.

Viikinkoski on mukana isossa kansainvälisessä havainnointiohjelmassa, jossa havainnoidaan noin 50 ison asteroidin pinnanmuotoja ja laaditaan mallinnusta niistä.

Käänteistä ongelmanratkaisua salapoliisityönä

Inversio-ongelmien eli käänteisten ongelmien tutkimus on sovelletun matematiikan alaan kuuluva tutkimusala. Sen lähtökohtana on, että ilmiön seuraukset tunnetaan, mutta ei tiedetä mitkä tekijät niihin ovat johtaneet. Siksi asioita joudutaan päättelemään paljolti epäsuorien mittausten avulla.

– Inversio-ongelmien ratkaiseminen perustuu siihen, että löydetään parhaiten mittaustuloksia vastaava matemaattinen malli. Tämä käänteisyys on usein varsin hankalaa, koska käänteisellä ongelmalla voi pelkkien havaintojen perusteella olla monta yhtä hyvää ratkaisua eli mallia. Niistä pitää valita paras sopivien lisäoletusten avulla, kertoo professori Mikko Kaasalainen TTY:n matematiikan laboratoriosta.

Inversiomallinnus on Kaasalaisen mukaan usein salapoliisin työtä, jossa ratkaisevaa on matemaattinen osaaminen. Tämä on erityisen tärkeää silloin, kun havaintoaineisto on vähäistä, kun siinä on paljon kohinaa eli häiriöitä, tai kun se on epäsuoraa, eli sen avulla ei silmämääräisesti tai suoraviivaisesti voi päätellä mistä on kysymys.

– Vähän kuin Sherlock Holmes tai CSI yrittäisi löytää murhaajan pelkän maalijäljen perusteella, Kaasalainen vertaa.

Inversiomallinnuksen ja kuvantamisen huippututkimusta

Inversiomallinnusta voidaan soveltaa kaikenlaiseen mittaamiseen ja kuvantamiseen. TTY:llä tutkitaan sen käyttöä matematiikan ja avaruustutkimuksen lisäksi myös biologiassa ja lääketieteen kuvantamisessa.

TTY on mukana Suomen Akatemian inversiomallinnuksen ja kuvantamisen huippuyksikössä, jolle on myönnetty rahoitus jo sen kolmannelle toimintakaudelle vuosille 2018–2025. Huippuyksikkö on verkosto, johon kuuluu TTY:n lisäksi viisi muuta suomalaista yliopistoa sekä yksi havaintoasema.

Teksti: Leena Koskenlaakso ja Sanna Kähkönen
Kuva: Mika Kanerva

 
Kerro kaverille
Sähköntuotannon tulevaisuus on uusiutuvaa
Sähköntuotannon tulevaisuus on uusiutuvaa
4/2017
Sähköntuotannon tulevaisuus on uusiutuvaa
Hornetit lentävät edullisemmin ja pidempään
Hornetit lentävät edullisemmin ja pidempään
4/2017
Hornetit lentävät edullisemmin ja pidempään
Energianlouhinnalla virtaa vaikeisiin paikkoihin
Energianlouhinnalla virtaa vaikeisiin paikkoihin
4/2017
Energianlouhinnalla virtaa vaikeisiin paikkoihin
Tekniikan tuntemusta ja liiketalouden osaamista kiertotalouteen
Tekniikan tuntemusta ja liiketalouden osaamista kiertotalouteen
4/2017
Tekniikan tuntemusta ja liiketalouden osaamista kiertotalouteen
Mikä kohottaisi puutalot korkeuksiin?
Mikä kohottaisi puutalot korkeuksiin?
4/2017
Mikä kohottaisi puutalot korkeuksiin?
Energiantuotannon hiukkaspäästöt selville
Energiantuotannon hiukkaspäästöt selville
4/2017
Energiantuotannon hiukkaspäästöt selville
Vetytalous askeleen lähemmäksi
Vetytalous askeleen lähemmäksi
4/2017
Vetytalous askeleen lähemmäksi
Yliopistonopettaja ja valmentaja
Yliopistonopettaja ja valmentaja
4/2017
Yliopistonopettaja ja valmentaja

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi