sunnuntai 9. lokakuuta 2016

Exomars saapuu Marsiin

Taiteilijan näkemys TGO ja Schiaparellin lähestymisesta
Marsiin. Kuva ESA.
Euroopan avaruusjärjestö (ESA) uusi marsluotain Exomars[1] saapuu  perille Marsiin 19. lokakuuta. Exomars koostuu kahdesta luotaimesta: Trace Gas[6] Orbiter (TGO)[2] asettuu Marsia kiertävälle radalle, ja toinen luotain on Marsiin laskeutuva Schiaparelli, joka irtoaa 16. lokakuuta ja tekee kuusi minuuttia kestävän laskeutumisen Meridiani Planumiin 19.lokakuuta.

TGOn tietieelliset[4] havainnot alkava vasta joulukuussa 2017 ja kestävät luotaimen toiminta-ajan loppuun. Luotaimen tehtävän on kartoittaa Marsin ilmakehän kaasuja kuten jalokaasuja, metaania ja pyrkiä keräämään havaintoja, joiden perusteella tutkijat pystyvät ratkaisemaan mistä lähteestä (geologinen vai biologinen) Marsin ilmakehässä aikaisemmin havaittu metaani on peräisin.

Vuoden 2017 aikana TGO tekee sarjan ilmajarrutuksia[7], joiden tuloksen luotaimen rata muuttuu ympyräradaksi. Luotaimen on tarkoitus toimia myös vuoden 2020 Marsiin laskeutuvan Exomars 2020 Roverin radiolinkkinä sen kulkiessa Marsin pinnalla.

Schiaparelli puolestaan kokeile useita erilaisia laskeutumismenetelmiä laskeutumisen aikana. Ensimmäisessä vaiheessa sen saapuessa Marsin ohueen ilmakehään luotaimen suojana on lämpökilpi. Vauhdin hidastuttua merkittävästi laskeutujan laskuvarjo avautuu, ja lämpökilpi irrotetaan. 

Laskuvarjon varassa luotain leijuu alemmaksi ilmakehään. Ennen Marsin pinnan saavuttamista laskuvarjo irrotetaan ja käyttöön otetaan jarrumoottorit, jotka hidastavat laskeutumisnopeuden nollaan muutaman metrin korkeudessa pinnasta.

Tässä vaiheessa otetaan täysin uusi laskeutumisjärjestelmä käyttöön. Schieparelliin on nimittäin rakennettu ilmatyyny ja muotoaan muuttavia suojarakenteita, jotka luhistuvat kasaan luotaimen pudotessa vapaasti viimeiset parin metrin matka Marsin pinnalle samalla vaimentaen törmäysiskua.

Schiaparelli ei ole pelkästään kokeiluluontoinen laskeutumisalus, vaan sen mukana Marsiin viedään pieni tieteellisten havaintojen instrumenttipaketti[5]. Laskeutuja tekee havaintoja tuulennopeudesta, kosteudesta, ilmanpaineesta ja lämpötilasta laskeutumispaikalla. Luotaimessa on myös sähkökenttiä mittaava laitteisto, jolla pyritään selvittämään Marsissa silloin tällöin koko planeetan kattavien ja paikallisten pölymyrskyjen syntymistä.

Yllä oleva video havainnollistaa Schiaparelli-luotaimen laskeutumisen eri vaiheita. Video ESA.

Huomautukset

[1] Exomars laukaistiin kohti Marsia venäläisellä Proton-M-kantoraketilla  Baikonurista Kazakstanista heti laukaisuikkunan avauduttua maaliskuun 14 päivänä 2016.

[2] TGO kokonaismassa Marsin kiertoradalla on 3732 kg, josta tieteellisiä instrumentteja on 113,8 kg. Luotaimen koko on 3,5×2× m, aurinkopaneelien pituus on 17,5 m.

[3] Schiaparelli kokonaismassa on 600 kg ja halkaisija 1,65 m.

[4] TGOn istrumentit ovat: Ilmakehän kemian tutkimuslaitteisto (ACS), kamerajärjestelmä (CaSSIS), erotuskykyinen epitermisten neutronien ilmaisin (FREND) ja Marsin nadiiri ja peittymistutkimuslaitteisto (NOMAD)

[5] Schiaperellin havaintolaitteet ovat: Ilmakehän laskeutumisaikainen tutkimus- ja analyysilaitteisto (AMELIA), Aerothermaalinen ja radiometrinen sensori paketti (COMARS+), laskeutumiskamera (DeCa), laskeutumislasermittalaitteisto (INRRI), Marsin pinnan pöly- ja ympäristöanalysaattori (DREAMS).

[6] Trace Gas (kaasujäljet) muodostuvat Marsin ilmakehässä olevista kaasuista, joiden kokonaismäärä on alle 1 %. Merkittävin kaasuista on metaani, jota on Marsin ilmakehässä vain 10 miljardisosaa (ppb). Muita kaasuja ovat vesihöyry, typpidioksidi ja asetyleeni.

Metaani on selvästi hieman ongelmallinen kaasu, sillä se pitäisi hävitä Marsin ilmakehästä tyystin noin 400 vuodessa. Näin ollen sitä täytyy vapautua jostakin lähteestä pieniä määriä jatkuvasti, tutkijat vain eivät tunne tätä lähdettä. Metaania syntyy kahdenlaisissa prosesseissa: geologisesti erilaisten vulkaanisten ilmiöiden yhteydessä tai sitten biologisissa prosesseissa kuten bakteerien aineenvaihdunnan tuotoksena.

Mars on kuitenkin ajateltu olevan geologisesti passiivinen planeetta, joten jos kaasulähteeksi paljastuu ei-biologinen alkuperä, tutkijat joutuvat muuttamaan käsitystään planeetan geologian suhteen. Jos taas metaanin lähteenä ovat biologiset prosessit, niin tilanne muuttuu entistä mielenkiintoisemmaksi ja Marsin tutkimus saa uutta puhtia purjeisiin.

[7] TGO asettuu aluksi Marsin kiertoradalle, jonka lähin piste on 250 km korkeudessa Marsin pinnasta ja etäisin piste 100 000 km etäisyydellä.  Kiertoaika tällä radalla on 4 vuorokautta. Tammikuun puolivälissä (2017) TGOn radan inklinaatiota muutetaan 74 asteeseen, jolloin tieteelliset havainnot kattavat käytännöllisesti katson koko planeetan.  

Seuraava vaihe on radan muuttaminen pyöreäksi. Se vaatii satakunta ilmajarrutusta Marsin tiheimpiin ilmakehän osiin ja lopullinen ympyrärata tulee olemaan noin 400 km korkeudella.