IM-1 -luotain lähti kohti Kuuta

SpaceX Falcon 9 -raketti, joka kuljettaa Intuitive Machinesin Nova-C-kuulaskeutujaa, lähetettiin kohti Kuuta  NASA:n Kennedy Space Centerin laukaisualustalta 39A Floridassa kello 7.05 Suomen aikaa eilen torstaina (15.2.2024). Osana NASAn CLPS-ohjelmaa (Commercial Lunar Payload Services, kaupalliset Kuun hyötykuormapalvelut) ja Artemis-kampanjaa Intuitive Machinesin ensimmäinen kuulento vie Kuuhun NASAn tieteellisiä ja kaupallisia hyötykuormia tutkimaan pakokaasujen ja pinnan vuorovaikutusta, avaruussään ja kuunpinnan vuorovaikutusta, radioastronomiaa, tarkkuuslaskeutumisteknologiaa sekä viestintä- ja navigointisolmua tulevaa autonomista navigointiteknologiaa varten.

Falcon-9 kantoraketti vei IM-1 -luotaimen avaruuteen. Kuva NASA TV.

Lähdön jälkeen, noin kello 7.53 laskeutumisalus irrotettiin Falcon 9:n toisesta vaiheesta. Lennonvalvonta vahvisti, että se sai viestintäyhteyden laskeutujaan yhtiön Houstonissa sijaitsevasta operaatiokeskuksesta. Kuuluotain on vakaa ja sen sähkötuotanto aurinkokennoilla on toiminnassa.

Matkalla Kuuhun NASAn mittalaitteet mittaavat kryogeenisen polttoaineen määrää sen käytön aikana, ja laskeutuessaan kohti Kuun pintaa ne keräävät tietoja luotaimen ja pinnan vuorovaikutuksesta sekä testaavat tarkkuuslaskeutumistekniikoita.

Havainnekuva IM-1 -luotaimesta. 

Laskeutumisen jälkeen NASA:n laitteet keskittyvät havaitsemaan avaruussään ja Kuun pinnan vuorovaikutusta sekä radioastronomiaa. Nova-C-laskeutumisaluksen mukana on myös heijastimia, jotka edistävät Kuun paikannusmerkkien verkostoa viestinnän ja navigoinnin mahdollistamiseksi tulevia itsenäisiä navigointitekniikoita varten.

Laskeutumisaluksessa on muun muassa seuraavat NASA:n tieteelliset tutkimukset:

·         Lunar Node 1 Navigation Demonstrator: Pieni, CubeSat-kokoinen koelaite, joka demonstroi autonomista navigointia, jota tulevat laskeutumisalukset, maanpinnan infrastruktuuri ja astronautit voisivat käyttää, ja joka vahvistaa digitaalisesti niiden sijainnin Kuussa suhteessa muihin avaruusaluksiin, maa-asemiin tai liikkuviin kulkijoihin.

·         Laser-heijastinryhmä: Kahdeksan heijastimen muodostama kokoelma, joka mahdollistaa tarkan laserkeilauksen, jolla mitataan kiertävän tai laskeutuvan avaruusaluksen ja laskeutumisaluksen heijastimen välinen etäisyys. Joukko on passiivinen optinen instrumentti, ja se toimii pysyvänä sijaintimerkkinä Kuussa vuosikymmeniä eteenpäin.

·         Navigointidoppler Lidar tarkkaa nopeuden ja etäisyyden mittausta varten: Lidar-pohjainen (Light Detection and Ranging) ohjausjärjestelmä laskeutumista varten. Tämä laite toimii samoilla periaatteilla kuin tutka, mutta se käyttää kolmen optisen teleskoopin kautta lähetettyjä laserpulsseja. Se mittaa nopeuden, suunnan ja korkeuden suurella tarkkuudella laskeutumisen ja laskeutumisen aikana.  

·         Radiotaajuinen massamittari: teknologiaekokeilu, jolla mitataan avaruusaluksen säiliöissä olevan polttoaineen määrää matalan painovoiman avaruusympäristössä. Anturitekniikan avulla mittalaite mittaa kryogeenisen polttoaineen määrän Nova-C:n polttoaine- ja hapettimen säiliöissä ja tuottaa tietoja, joiden avulla voidaan ennustaa polttoaineen käyttöä tulevissa lennoissa.  

·         Radioaaltohavainnot Kuun pinnan fotoelektronikka: Laitteella havainnoidaan Kuun pinnan ympäristöä radiotaajuuksilla, jotta voidaan määrittää, miten pinnan lähellä tapahtuva luonnollinen ja ihmisen aiheuttama toiminta on vuorovaikutuksessa ja voi häiritä siellä tehtävää tiedettä.

·         Stereokamerat Kuun pintahavaintoja varten: neljän pienen kameran sarja, jolla otetaan kuvia, jotka osoittavat, miten Kuun pinta muuttuu avaruusaluksen pakokaasujen vuorovaikutuksesta laskeutumisen aikana ja sen jälkeen.

Intuitive Machinesin Nova-C-luokan Odysseus-kuulaskeutuja laskeutuu Kuun etelänavan alueelle lähelle Malapert A -nimellä tunnettua kraatteriin torstaina 22. helmikuuta. Tämä suhteellisen tasainen ja turvallinen alue sijaitsee muuten voimakkaasti rapautuneella eteläisellä ylängöllä Kuun Maasta näkyvällä puolella. Laskeutuminen Malapert A:n lähelle auttaa myös tehtävän suunnittelijoita ymmärtämään, miten kommunikoida ja lähettää tietoja takaisin Maahan paikasta, jossa Maa on matalalla Kuun horisontissa.

Saturnuksen Mimas-kuulla onkin valtameri jäisen pinnan alla

Tutkimustyö, jota johti tohtori Valéry Lainey Observatoire de Paris-PSL:stä ja julkaistiin Naturessa (maksumuuri), paljastaa "nuoren" valtameren, joka muodostui vain 5–15 miljoonaa vuotta sitten.

Cassini-luotain valokuvasi Mimasin myös infrapunaisen valon aallonpituuksilla. Kuvaukset paljastivat, että kuun lämpöjakauma on hyvin erikoinen. Oletuksena on vasemmassa yläkulmassa oleva kaavio lämpöjakaumasta mutta oikealla ylhäällä on se mitä todellisuudessa havaittiin. Alarivissä on vasemmalla Mimas näkyvässä valossa ja oikealla näkyvän valon ja infrapunaisen valon yhdistelmäkuva. Selittyykö lämpöjakauma valtameren olemassaololla, vai täytyykö siihen etsiä aivan uudenlainen selitys? Vastausta emme vielä tiedä. Kuva NASA/JPL.

"Mimas on pieni kuu, vain noin 396 kilometriä halkaisijaltaan, ja sen voimakkaasti kraatteroitunut pinta ei antanut minkäänlaista vihjettä alla olevasta merestä", sanoo tohtori Nick Cooper, tutkimuksen toinen kirjoittaja ja kunniatutkija tähtitieteen yksikössä Lontoon Queen Mary -yliopiston fysikaalisten ja kemiallisten tieteiden korkeakoulussa. "Tämä löytö lisää Mimasin eksklusiiviseen kuiden kerhoon, joilla on sisäiset valtameret, mukaan lukien Enceladus ja Europa, mutta ainutlaatuisella erolla: sen valtameri on huomattavan nuori, ja sen arvioidaan olevan vain 5-15 miljoonaa vuotta vanha."

Nuori ikä, joka on määritetty yksityiskohtaisella analyysillä Mimasin vuorovesivuorovaikutuksista Saturnuksen kanssa, viittaa äskettäin muodostuneeseen valtamereen, joka perustuu odottamattoman epäsäännöllisyyden löytämiseen sen kiertoradalla. Tämän seurauksena Mimas tarjoaa ainutlaatuisen ikkunan valtamerten muodostumisen alkuvaiheisiin.

Havainto tehtiin analysoimalla NASAn Cassini-avaruusaluksen tietoja, joka havaitsi Saturnusta ja sen kuita yli vuosikymmenen ajan. Tutkimalla tarkasti Mimasin kiertoradan vähäisiä ​​muutoksia tutkijat pystyivät päättelemään piilotetun valtameren olemassaolon ja arvioimaan sen koon ja syvyyden.

Havainto viittaa siihen, että jopa pienet, näennäisesti passiiviset kuut voivat sisältää piilotettuja valtameriä, jotka pystyvät ylläpitämään elämän kannalta välttämättömiä olosuhteita.

Miksi sitten valtameri on nuori, sillä itse kuu on paljon vanhempi, joten valtamerenkin pitäisi olla muutamaa kymmentä miljoonaa vuotta vanhempi? Vastaus liittyy Mimasin rataan. Sen on ajateltu olleen lähes pyöreä mutta Saturnuksen kahden muun kuun, Enceladuksen ja Tethysin kanssa kieroaikaresonanssiin joutuneen Mimasin rata muuttui enemmän elliptiseksi. Pyöreällä radalla vuorovesivoiman vaikutus kuuhun oli vähäinen ja se pysyi kylmänä, jäisenä kappaleena.

Elliptisellä radalla oleva Mimas alkoi lämmetä vuorovesivoiman muuttaessa kuun ytimen muotoa jatkuvasti. Rata muutos tapahtui arviolta 50 miljoona vuotta sitten. Lämmennyt ydin sulatti sen ympärillä olevaa jäätä ja vasta muutama miljoona vuotta sitten, sula meri saavutti noin 20 – 30 km syvyyden.

Mimasin pyöriminen itsensä ympäri on synkronista sen kiertoaikaan Saturnuksen ympäri. Toisin sanoen, se kääntää aina saman puolen kohti Saturnusta, siis samaan tapaan kuin Kuu kääntää aina saman puolen kohti Maata. Mimas ei kuitenkaan aivan täydellisesti noudata suuntaustaan kohti Saturnusta, vaan sillä on sen verran suuri libraatio (asennon huojahtelu), että se ei noudata kiinteän kappaleen käyttäytymistä, vaan se selittyy nestemäisellä merellä jääpeitteen alla.

Tutkijat tekivät toisenkin simulaation Mimasin rakenteesta. Sen mukaan nykyiset ratamuutokset selittyisivät sillä, että kuun kivinen ydin olisi muodoltaan hyvin litistynyt munamainen tai lähes pannukakkumainen. Tämä ei tunnu kovinkaan järkevältä oletukselta, joten paljon parempi selitys kuun ratamuutoksille on sula valtameri jääkuoren alla.