NASAn Europa Clipper-luotain lähetettiin kohti Jupiterin Europa-kuuta

Maanantaina (14.10.2024) NASA lähetti uusimman Jupiterin järjestelmää ja erityisesti Europa-kuuta havainnoivan planeettojen välisen luotaimensa. Kantorakettina oli SpaceX yhtiön Falcon Heavy Block 5. Massaa Clipperillä on 6 065 kg (3 241 kg / 2 750 kg) ja se saa käyttövoimansa isoista (14,2 × 4,1 m²) aurinkokennoista, jotka tuottavat sähköä noin 600 watin teholla Jupiterin kiertoradalla.

NASAn Euroa Clipper lähdössä Falcon 9 Heavy-kantoraketilla maanantaina 14.10.2024. Kuva NASA/Clipper.

Matka Jupiteria kohti ei mene aivan suoraan, sillä massiivinen Europa Clipper-luotain tarvitsee lisänopeutta, jotta matka-aika ei kasvaisi kohtuuttoman pitkäksi. Lisänopeutta luotain saa käyttämällä Marsia ja Maata gravitaatiolinkoina. Marsin ohitus tapahtuu helmikuussa 2025 ja maapallon ohi luotain suihkaisee joulukuussa 2026. Jupiterin kiertoradalle Clipper asettuu huhtikuussa 20230.

Jupiterin kiertoradalle asettumiseen se käyttää jarruttamiseen jälleen gravitaatiolinkoa. Toisin sanoen, luotain lähestyy Jupiteria sellaisella radalla, että se joutuu luovuttamaan energiaansa planeetalle. Tämän seurauksena Clipperin rata tulee olevaan erittäin soikea ja sitä täytyy säätää aktiivisesti rakettimoottoreilla jonkin verran, jotta Europa-kuun lähiohitukset tulevat tapahtumaan ja toistumaan. Kaikkiaan luotain tekee 49 kierrosta Jupiterin ympäri. Lähimmillään Clipperin ja Europa-kuun jäsen pinnan välinen etäisyys on noin 25 km.

Europa Clipper -luotaimen malli. Kuva Wikimedia Commons.

Jupiterin ympäristö on erittäin vaikea mille tahansa luotaimelle. Jupiterin laaja ja voimakas magneettikenttä säteilyvyöhykkeineen kuormitta elektronisien laitteiden kestävyyttä merkittävästi. Tästä syystä Clipperin rata pidetään erittäin soikeana, jotta elektronisten laitteiden toiminta-aika ei lyhenisi liian nopeasti. NASA arvio luotaimen kestävän Jupiterin olosuhteita noin neljän vuoden ajan.

Glipperin on tarkoitus tehdä tarkkoja havaintoja seuraavasti:

Määritetään Europan jäisen kuoren paksuus ja ymmärretään, miten Europan valtameri on vuorovaikutuksessa pinnan kanssa.

Määritetään Europan valtameren koostumusta sen määrittämiseksi, onko siinä aineksia, jotka mahdollistavat ja ylläpitävät elämää.

Havaitaan, miten Europan pinnanmuodot ovat muodostuneet, ja etsitään merkkejä viimeaikaisesta toiminnasta, kuten liukuvia kuorilaattoja tai vettä avaruuteen purkautuvia savupiippuja.

Luotaimessa on laaja valikoima tieteellisiä instrumentteja (yhteensä 9 kpl) edellä lueteltujen tavoitteiden saavuttamiseksi:

1. Kamerajärjestelmät EIS, E-THEMIS:

Clipper käyttää muun muassa suuritarkkuuksisia kameroita kartoittaakseen Europan jäistä pintaa ja sen alla mahdollisesti olevaa valtamerta. Nämä laitteet pystyvät havaitsemaan pinnan kemiallista koostumusta ja etsimään merkkejä jäästä purkautuvasta vedestä tai muista prosesseista.

2. Spekrometrit Europa-UVS, MISE:

Europa Clipperin spektrometri ja spektrografi analysoivat tulevaa infrapuna- ja ultraviolettivaloa purkaakseen tuon tiedon ja paljastaakseen Europan pinnan koostumuksen ja Europan lähellä avaruudessa olevien hiukkasten koostumuksen.

3. Tutka ja gravitaatio Gravity/Radio Science , REASON:

Painovoimakokeessa analysoidaan avaruusaluksen Maahan lähettämien signaalien taajuussiirtymiä (samoja signaaleja, joita käytetään viestinnässä ja navigoinnissa) Europan sisäisen rakenteen tutkimiseksi. Tutkalaite lähettää radiolähetyksiä Europan jäiseen kuoreen ja analysoi heijastuneita signaaleja "nähdäkseen" sisäisiä piirteitä.

 4.      Magnetometri ja plasmainstrumentit ECM, PIMS:

Näiden avulla mitataan Europan magneettikenttää, jonka perusteella voidaan saada tietoa valtameren syvyydestä ja suolapitoisuudesta. Näiden mittausten avulla voidaan päätellä, kuinka vahvasti suolainen vesi johtaa sähköä, mikä antaa vihjeitä valtameren koostumuksesta.

5. Kemialliset analyysit: MASPEX, SUDA:

Näillä instrumenteilla tutkitaan kuun pintakerroksesta mahdollisesti purkautuvia kaasuja ja hiukkasia, kuten vesihöyryä tai muita yhdisteitä, jotka voisivat kertoa biologisista tai geologisista prosesseista.

Luotaimen tehtävä ei ole tarkoitus etsiä elämää, vaan kartoittaa elämän mahdollisuuksia maapallon ulkopuolella. Clipper ei voi laskeutua Europan pinnalle, sillä jäänalainen meri voi ylläpitää eläviä organismeja. Jos näin on, Clipperin mukanaan tuomat mikrobit voisivat saastuttaa tai jopa tuhota alkuperäisen mikrobikannan. Clipper on tietysti desinfioitu erittäin perusteellisesti, mutta täysin mikrobeista tuskin on päästy eroon. Ja vaikka Jupiterin järjestelmän avaruusympäristö on erittäin tappava elämälle, jossakin suojaisassa kolossa mikrobien elossa säilymisen mahdollisuus on olemassa neljän toimintavuoden ajan.

Mitä siis tapahtuu Clipperille kun sen toiminta-varsinaisesti päättyy? Jos luotain on neljän vuoden jälkeen toimintakuntoinen ja sillä on riittävät ajoainevarat, niin tehtävän jatkaminen on silloin mahdollista ja jopa todennäköistä.

Jos havaintoinstrumentteja on tuhoutunut merkittävästi tai jostakin muusta syystä luotainta ei enää voitaisiin käyttää, se todennäköisesti ohjattaisiin törmäämään Kallistoon tai Ganymedeen. Molemmat kuut ovat kauempana Jupiterista kuin Europa, joten niiden mahdollisuus ylläpitää nestemäistä vettä on paljon pienempi kuin Europalla. Näin ollen nämä uloimmat kuut voisivat sopia luotaimen loppusijoituspaikaksi. Yksi vaihtoehto on, että luotain ohjattaisiin Jupiteriin viecälle radalle. Aikaisemmin Galileo- ja Cassini-luotaimet on tuhottu tällä tavalla.

 

 

Varhaisesta maailmankaikkeudesta löytyi yllätys

Leidenin yliopiston observatoriossa (Alankomaat) opiskeleva Lucie E. Rowlandin johtamat tutkimusryhmä on tehnyt erikoisen löydön hyvin varhaisesta maailmankaikkeudesta – täysin kehittyneen ja Linnunradan kaltaisen galaksin.

REBELS-25:ksi kutsuttu galaksi näyttää yhtä järjestäytyneeltä spiraaligalaksilta kuin nykyiset galaksit, mutta näemme sen sellaisena kuin se oli maailmankaikkeuden ollessa vain 700 miljoonaa vuotta vanha. Tämä on yllättävää, sillä nykyisten galaksien muodostumista koskevien käsitystemme mukaan tällaisten varhaisten galaksien odotetaan olevan kaoottisempia. REBELS-25:n pyöriminen ja rakenne havaittiin Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) -teleskooppiverkoston avulla, jossa Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on mukana yhteistyökumppanina.

Kuvassa näkyy galaksi REBELS-25 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) -teleskooppiverkoston havaitsemana, ja kuvan päälle on asetettu infrapunakuva muista tähdistä ja galakseista. Infrapunakuvan on ottanut ESO:n VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy). Tutkijat löysivät uudessa tutkimuksessa todisteita siitä, että REBELS-25 on selvästi pyörivä kiekkomainen galaksi, joka on havaittu vain 700 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tämä tekee siitä kaukaisimman ja varhaisimman tähän mennessä löydetyn Linnunradan kaltaisen galaksin.

Kuva ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland et al./ESO/J. Dunlop et al. Ack.: CASU, CALET.

 

Nykyään näkemämme galaksit ovat muuttuneet paljon alkuperäisistä kaoottisista, ja eri osista koostuneista galakseista, joita tähtitieteilijät yleensä havaitsevat maailmankaikkeuden varhaisessa vaiheessa. "Galaksien muodostumista koskevan käsityksemme mukaan odotamme, että useimmat varhaiset galaksit olisivat pieniä ja sotkuisen näköisiä", sanoi Jacqueline Hodge, Alankomaiden Leidenin yliopiston tähtitieteilijä ja yksi tutkimuksen kirjoittajista.

Nämä sotkuiset, varhaiset galaksit sulautuvat toisiinsa ja kehittyvät tasaisemmiksi uskomattoman pitkän ajan kuluessa. Nykyisten teorioiden mukaan on kulunut miljardeja vuosia ennen kuin galaksista on tullut yhtä järjestäytynyt kuin oma Linnunratamme, jossa on pyörivä kiekko ja spiraalihaarojen kaltaisia selkeitä rakenteita. REBELS-25:n havainto kuitenkin kyseenalaistaa tämän aikakäsityksen.

Tutkimuksessa, joka on hyväksytty julkaistavaksi Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehdessä, tähtitieteilijät havaitsivat, että REBELS-25 on kaukaisin koskaan löydetty selkeästi pyörivä kiekkomainen galaksi. Tästä galaksista meille saapuva valo on lähtenyt liikkeelle maailmankaikkeuden ollessa vain 700 miljoonan vuoden ikäinen, joka on vain viisi prosenttia maailmankaikkeuden nykyisestä 13,8 miljardin vuoden iästä. Siten REBELS-25:n selkeä pyöriminen oli odottamatonta. "Kun näemme galaksin, jolla on näin paljon yhtäläisyyksiä oman Linnunratamme kanssa ja jota pyöriminen dominoi, kyseenalaistaa käsityksemme siitä, miten nopeasti varhaisen maailmankaikkeuden galaksit kehittyivät nykyään havaittaviksi järjestäytyneiksi galakseiksi", sanoi Leidenin yliopiston tohtorikoulutettava ja tutkimuksen pääkirjoittaja Lucie Rowland.

Sama tutkimusryhmä havaitsi REBELS-25:n alun perin jo aiemmissa havainnoissa, jotka tehtiin myös Chilen Atacaman autiomaassa sijaitsevalla ALMA:lla. Tuolloin se oli jännittävä löytö, sillä siinä oli viitteitä galaksin pyörimisestä, mutta datan resoluutio ei ollut riittävän hyvä, jotta havainto olisi ollut varma. Jotta galaksin rakenteesta ja liikkeestä saataisiin enemmän tietoa, tutkimusryhmä teki ALMA:lla jatkohavaintoja korkeammalla resoluutiolla, mikä vahvisti galaksin ennätyksen olevan totta. "ALMA on ainoa olemassa oleva teleskooppi, jonka herkkyys ja resoluutio riittävät tähän", sanoi Renske Smit, brittiläisen Liverpool John Mooresin -yliopiston tutkija ja yksi tutkimuksen yksi kirjoittajista.

Yllättäen havainnot antoivat vihjeitä myös kehittyneemmistä piirteistä, jotka muistuttivat Linnunradan piirteitä. Näitä ovat sen keskellä oleva sauvarakenne ja jopa spiraalihaarat, vaikka tämän vahvistamiseksi tarvitaankin lisää havaintoja. "Lisätodisteiden löytäminen kehittyneemmistä rakenteista olisi jännittävää, sillä se olisi kaukaisin galaksi, jossa tällaisia rakenteita on tähän mennessä havaittu", Rowland sanoi. 

Tulevat REBELS-25:n havainnot muiden löydettävien varhaisten pyörivien galaksien kanssa voivat muuttaa käsitystämme galaksien varhaisesta muodostumisesta ja koko maailmankaikkeuden kehityksestä.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa nimeltään “REBELS-25: Discovery of a dynamically cold disc galaxy at z=7.31”, joka julkaistaan Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehdessä.