Rosetta-emoalus jatkaa aktivoituvan komeetan havainnointia

Komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenko. Kuva ESA.

Ilmatieteen laitos 19.11.2014 10:58

67P/Churyumov-Gerasimenko-komeetta saavuttaa kiertoratansa Aurinkoa lähimmän pisteen elokuussa 2015. Tuolloin se on lähempänä Aurinkoa kuin Mars. Komeettaan kohdistuva (Auringon) säteilyteho nousee noin kuusinkertaiseksi verrattuna tämänhetkiseen, jossa komeetta on vielä Marsin ja Jupiterin puolivälissä. Kasvava säteily höyrystää ytimen materiaalia, jolloin komeetan ympärille muodostuu ytimestä pakenevasta vedestä ja muista aineista koostuva huntu, koma. Tästä kasvaa pyrstötähden näkyvä pyrstö säteilypaineen ansiosta.

Rosetta on vasta tiedeohjelmansa alussa ja havainnoi komeetalta pakenevia kaasuja ja pölyä usealla eri mittalaitteella. Havainnoista saadaan yksityiskohtaista tietoa komeetan alkuainepitoisuuksista ja kemiallisesta koostumuksesta. Komeetan aktivoituminen sekä pyrstön muodostuminen ovat yksi keskeisiä Rosetan tutkimuskohteita.

Rosetalla useita Ilmatieteen laitoksen tutkimuslaitteita

Ilmatieteen laitos on osallistunut Rosetta-emoaluksen COSIMA-pölymittalaitteen, sekä ICA- (ionit), MIP- (plasma) ja LAP- (plasma ja elektronit) RPC-plasmamittalaitteiden rakentamiseen. Emoaluksen laitteet ovat hyvässä kunnossa ja jatkavat toimintaansa suunnitellusti. Laitoksella tutkitaan erityisesti Rosetta-emoaluksen COSIMA-mittalaitteen havaitsemia komeetan pölyhiukkasia sekä RPC-mittalaitteiden havaintoja ytimestä pakenevista kaasuista.

"COSIMA on pienoislaboratorio, jolla voidaan mitata yksittäisten pölyhiukkasten alkuainepitoisuuksia. Alkuaineiden perusteella voidaan määrittää, mitä mineraaleja komeetalta löytyy", kertoo Ilmatieteen laitoksen tutkija Riku Järvinen. COSIMA on jo kerännyt useita pölyhiukkasia ja määrittänyt mm. Boris-nimen saaneen pölyhiukkasen koostumusta. Boris sisältää COSIMAn tuottamien tulosten mukaan ainakin natriumia ja magnesiumia.

RPC-mittalaitteet havaitsevat sähköisesti varattuja hiukkasia, sekä komeetan sähkömagneettista ympäristöä eli plasmaa. Mittaukset kertovat siitä, miten komeetta vuorovaikuttaa Auringosta tulevan jatkuvan hiukkasvirran eli aurinkotuulen kanssa. RPC on havainnut komeetan lähellä värähtelevän magneettikentän, jonka aiheuttaa todennäköisesti komeetalta avaruuteen pakenevat ionisoituvat hiukkaset. Signaali on kuunneltavissa ääneksi muutettuna osoitteessa:
https://soundcloud.com/esaops/a-singing-comet

PP-mittalaite havannoi pinnan vesijääkerrosta

Ilmatieteen laitoksen Philae-laskeutujaan toimittamat SESAME/PP-mittalaite ja massamuisti toimivat hyvin laskeutumisvaiheessa ja myös rankan laskeutumisen jälkeen. PP-instrumentin mittaussarja viittaa siihen, että Philaen alla on vähintään osittain huomattava vesijääkerros. Tarkemmat yksityiskohdat ovat vielä analyysoitavana. PP:n sisarlaite SESAME/CASSE havaitsi akustisilla antureillaan, että pinnan lähellä oleva jääkerros on myös yllättävä kova.

Philae seisoo nyt alue "B":n reunassa puolivarjossa, mihin aurinko pääsee vain noin puolitoista tuntia komeetan 12,4 tuntia kestävän päivän aikana. Tämä riittää pitämään elektroniikan elossa niin, että energia riittää ottamaan radioyhteyden Rosettaan tammikuun aikana, jolloin komeetta on lähempänä Aurinkoa. Jos yhteys saadaan syntymään, havaintojen tekoa voidaan jatkaa syksyyn asti, koska nykyinen varjopaikka suojaa samalla laitteita ylikuumenemiselta Auringon lähellä.

Akun loppuminen vaivutti Philaen horrokseen

Kuva ESA.

Ilmatieteenlaitos 15.11.2014 9.17

Uusimpien tietojen mukaan Rosettan laskeutujan toiminta on toistaiseksi päättynyt ja Philae on vaipunut horrostilaan.

Uusimpien tietojen mukaan Rosettan laskeutumisaluksen akku on tyhjentynyt, eivätkä aurinkokennot ole saaneet tarpeeksi valoa. Laskeutujan toiminta on toistaiseksi päättynyt ja Philae on vaipunut horrostilaan.

Philae on toiminut tähän asti hyvin ja lähettänyt havaintoja, jotka on saatu turvallisesti maahan. Viimeisenä mittauksena se ehti porata komeetan pintaa. Philaeen katkesi yhteys viime yönä kesken radiosignaaliyhteyden.Tämä tarkoittaa, että Philae on nyt siirtynyt lepotilaan. Jos aurinkopaneelit tuottavat enemmän sähköä myöhemmin, kun komeetta on tullut lähemmäs Aurinkoa, on mahdollista, että laskeutujaan saadaan vielä uudelleen yhteys.

Philae pompahteli laskeutumisen jälkeen kuitenkin arvioiden mukaan noin kilometrin päähän alkuperäisestä laskeutumispaikasta ja päätyi jonkinlaiseen kuoppaan tai harjanteen juurelle. Sijainnin takia Philae jäi niin varjoisaan paikkaan, että auringon valo ei riittänyt akkujen lataamiseen.

Rosetta jatkaa komeetan tutkimista

Philae on nyt vaiennut, mutta Rosetta-luotain kiertää edelleen komeettaa ja jatkaa sen tutkimista. Se mm. kartoittaa komeetan pintaa ja analysoi siitä irtoavaa kaasua ja pölyä. Myös Philaeta yritetään edelleen löytää Rosetan ottamista kuvista.

Rosetan toiminnan on tarkoitus jatkua ainakin vuoden 2015 loppuun. Sinä aikana luotain seuraa, miten lisääntyvä lämpö saa Aurinkoa lähestyvän komeetan aktiivisuuden lisääntymään, ja miten 67P/Churyumov-Gerasimenko kasvattaa itselleen pyrstön. Ilmatieteen laitos on osallistunut neljän Rosettaan sijoitetun mittalaitteen rakentamiseen. Niistä yksi tutkii komeetan ympäristön pölyä ja kolme plasman eli sähköä johtavan kaasun ominaisuuksia.

Philae-luotainta valmistellaan komeetalle laskeutumiseen

Taiteilijan näkemys Philae-luotaimesta komeetan pinnan
läheisyydessä. Kuva ESA/ATG medialab.

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Rosetta-luotaimen mukana komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenkon kiertoradalla olevaa Philae-luotainta valmistellaan ensi keskiviikkona (12.11.2014) tapahtuvaan irrottautumiseen ja laskeutumiseen komeetalle. Tehtävä ei ole kovinkaan helppo, sillä mitään vastaavaa ei ole aikaisemmin kokeiltu.

Komeetta ja sitä kiertävät luotaimet ovat keskiviikkona 511 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta. Radiosignaalilta kuluu 28 minuutti 20 sekuntia matkan kulkemiseen, joten aivan reaaliajassa tapahtumia emme pysty seuraamaan.

ESAn julkaiseman aikataulun mukaan irrottautuminen tapahtuu 10.46.20 Suomen aikaa. Sen jälkeen Philae lähestyy hiljalleen komeettaa. Matkaa komeetan massakeskipisteeseen on 22,5 km ja laskeutumiseen odotetaan kuluvan aikaa noin 7 tuntia. Jos laskeutuminen onnistuu, niin tieto siitä pitäisi saapua Maahan noin kello 18.02.20 aikaan. Ajat ovat kuitenkin arvioita ja saattavat poiketa jonkin verran suunnitellusta.

Rosettan otama kuva komeetta
67P/Churyumov-Gerasimenkon varjon 
puolelta, joka tulee olemaan kohti
Aurinkoa komeetan ollessa perihelissä.
Kuva ESA/Rosetta/NAVCAM –
CC BY-SA IGO 3.0

Komeetan gravitaatiokenttä on niin heikko, että laskeutumisen onnistuminen ei ole mitenkään varmaa. Jotta Philae pysyisi varmasti komeetan pinnalla, se kiinnitettään pienillä räjähdyspanoksilla toimivilla harppuunoilla, joita on kaksi kappaletta. 

Ennen kuin luotain on luotettavasti kiinnittynyt komeetan pintaan, luotaimen ohjausrakettimoottoreita käytetään noin 15 sekunnin ajan ensi kosketuksen jälkeen. Näin varmistetaan, että harppuunoiden laukaiseminen eikä muutkaan häiriöt heitä luotainta pois komeetalta. Harppuunoiden lisäksi laskutelineissä on jääruuvit, jotka voidaan tarvittaessa kiertää kiinni komeetan pintaan.

Rosetta käynnistyi pitkästä valmiustilasta

Kuva ESA.

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) komeettaluotain Rosetta käynnistyi 31 kuukautta kestäneestä valmiustilasta eilen. Käynnistymisestä kertova radioviesti otettiin vastaan Nasan Golstonen ja Canberran maa-asemilla kello 20.18 Suomen aikaa. Avoin radioikkuna oli ensimmäinen mahdollinen luotaimen sisäisen ohjelmoinnin antaman käynnistyskomentojen jälkeen. ESAn Darmstadtissa sijaitseva avaruustoimintojen komentokeskus vahvisti käynnistymisen onnistuneen.

Rosetta oli käynnistymisen aikaan 673 miljoonan kilometrin etäisyydellä Auringosta ja 9 miljoonan kilometrin etäisyydellä kohteestaan, komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenko’sta[1]. Ensimmäiset kuvat komeetasta luotaimen pitäisi ottaa toukokuussa, jolloin etäisyys on lyhentynyt kahteen miljoonaan kilometriin. Komeetan kiertoradalle Rosetta asettuu ensi elokuussa. 

Kiertoradalta Rosetta kartoittaa komeettaytimen ja auttaa näin tutkijoita valitsemaan Philaen laskeutumisalueen. Tämän hetkisten suunnitelmien mukaan Philaen pitäisi kiinnittyä komeettaan marraskuun 11. päivänä. Gravitaatio[2] on sen verran heikko, että Philae ei pysyisi komeetan pinnalla, ellei se kairaisi laskeutumisjaloissa olevia jääruuveja komeettaan kiinni.

Philaessa on kaikkiaan kymmenen tutkimusinstrumenttia. Se mm. kairaa näytteitä komeetan pinnan alta noin 23 cm syvyydestä ja analysoi sen pienoislaboratoriossaan.

Rosetta pysyttelee komeetta kiertävällä radalla vuoden 2015 loppupuolelle asti. Sen jälkeen se poistuu Aurinkoa kiertävälle radalle ja sen tutkimuslaitteet sammutetaan. 

Huomautukset

[1] Komeetan periheli on 13.8.2015 ja perihelietäisyys Maan ja Marsin ratojen välissä noin 185 miljoonan kilometrin etäisyydellä Auringosta.

[2] Komeetan ytimen koko on vain noin 4 km.

---

Rosetta lähestyy kohdettaan

Rosetta ja Philae komeetan
kiertoradalla. Kuva ESA.

Euroopan avaruusjärjestö (ESA) laukaisi avaruusluotaimen pitkälle matkalleen maaliskuun 2. päivänä 2004. Luotaimen nimi on Rosetta[1] ja sen päämäärä on asettua komeettaa 67P/Churyumov-Gerasimenko kiertävälle radalle tämän vuoden elokuussa. Rosetan mukana on laskeutumisosa (Philae), joka lähestyy ja yrittää kiinnittyä komeetan jäiseen ytimeen marraskuussa. Jos kaikki menee suunnitelmien mukaan Rosetta ja Philae tekevät havaintoja komeetan lähestyessä periheliään, jonka se saavuttaa 13. elokuuta 2015. Päätettävä päättyy 31.12.2015.

Rosetan pitkä ”talviuni”[2] päätetään parin viikon kuluttua tammikuun 20. päivänä. Tällöin sen havaintolaitteet käynnistetään ja niille tehdään tarkistustestit. Jos ongelmia ei esiinny, kaiken pitäisi olla valmista komeetan kohtaamiseen ja sen kiertoradalle asettumiseen hyvissä ajoin ennen elokuuta.

Rosetta ei ole ollut koko matkansa kymmentä vuotta sammutettuna, vaan se on tehnyt mittauksia ja havaintoja aina tilaisuuden tullessa. Useimmin sen laitteistot ovat olleet käytössä Maan ja Marsin lähiohitusten aikana[3]. Matka-aika muodostui alun perin suunniteltua pidemmäksi, sillä luotaimen alkuperäisenä kohteena li komeetta 46P/Wirtanen[4].

Maan ja Marsin lähiohituksilla muutettiin luotaimen rataa. Ilman niitä Rosettan olisi ollut mahdotonta saavuttaa komeetta. Lähiohitusten lisäksi Rosetta teki kaksi asteroidin ohitusta, joiden aikana luotain teki mittauksia ja otti valokuvia[5].

Rosetta saavuttaa komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenko’n ensi elokuussa. Luotain asettuu komeettaydintä kiertävälle radalle, jossa seuraa komeettaa sen ohittaessa ratansa perihelin.

Philae komeetan pinnalla. Kuva ESA.

Kiertoradalle asettumisen jälkeen seuraava kriittinen tapahtuma on Philae’n irrottautuminen ja laskeutuminen komeetan jäiselle pinnalle. Ytimen massa ja siitä johtuva gravitaatio on niin pien, että laskeutuminen on käytännössä telakoitumista. Jotta Philae pysyisi komeettaytimellä, sen täytyy kiinnittyä siihen. Tätä tarkoitusta varten laskeutumisosan laskutelineissä on jääruuvit, jotka kairaituvat komeetan jäisen pintaan heti laskeutumisen tapahduttua. Jotta kairautuminen mahdollistuisi, laskeutumisosassa on pieni kaasusäiliö ja suutin, josta purkautuvan kaasun reaktiovoima painaa luotaimen komeetta vasten.

Luotaimet toimivat suunnitelmien mukaan koko periheliohituksen ajan aina vuoden 2015 loppuun. Tänä aikana komeetta ja molemmat luotaimet päätyvät takaisin Jupiterin radan tutumaan.

Rosetta on huomattava kansainvälinen yhteistyöprojekti. Koko projektin kustannus on noin miljardin euron luokkaa. Mukana ovat lähes kaikki ESAn jäsenvaltiot ja näiden lisäksi USA, Kanada ja Australia. Suomesta mukana on Patria Finavitec, joka perinteisesti on toimittanut tutkimuslaitteistojen virran- ja tehonhallintaelektroniikkaa. Ilmatieteenlaitoksen planeettattutkimusryhmä on osallistunut kuuden havaintoinstrumentin suunnitteluun ja rakentamiseen. Näiden lisäksi peräti 45 suomalaista alihankkijaa on ollut osallisena projektissa.

Huomautukset

[1] Rosetta: Massa laukaistaessa 2900 kg, Philae 100 kg, koko 2,8×2,1×2,0 m, aurinkopaneelit 14 m pitkiä. Aurinkopaneelien pinta-ala on 64 m². Suuri pinta-ala on tarpeen, sillä Auringon säteilyteho Jupiterin radan tuntumassa on vain noin 4 % siitä mitä se on maapallon kohdalla. 

Rosetassa on kaikkiaan 11 tutkimusinstrumenttia ja Philaessa 9 tutkimusinstrumenttia. Luotaimen tarkoituksena on koota riittävästi havaintoja komeetan lähestyessä ratansa periheliä, jotta tutkijat voivat ymmärtää kaikkea sitä mitä tapahtuu komeetassa radan tässä vaiheessa.

[2] "Talviuni" (engl. hibernation) tarkoittaa luotainten tutkimuslaitteiden asettamista energiansäästötilaan, jolloin ainoastaan toimintakunnon yläpitoon liittyvät toiminnot ovat käytössä. Näitä toimintoja ovat lämmitys ja ongelma- ja vikatilojen valvonta.

[3] Lähiohitukset tapahtuivat: 4. maaliskuuta 2005 ensimmäinen Maan ohitus, 25. helmikuuta 2007 Marsin ohitus, 13. marraskuuta 2007 toinen Maan ohitus, 5. syyskuuta asteroidi 2867 Steins’n ohilento, 13. marraskuuta 2009 kolmas Maan ohilento, 10.heinäkuuta 2010 asteroidin 21 Lutetia’n ohilento, 8.6.20011–20.1.2014 luotain oli "talviuni"-tilassa.

[4] Ariane 5 ECA -kantoraketin ongelmien vuoksi joulukuussa 2002 luotaimen laukaisua päätettiin lykätä, jolloin kohteen laukaisuikkuna tammikuussa 2003 sulkeutui. Jos suunnitelma olisi toteutunut, Rosetta olisi kohdannut 46P/Wirtasen vuonna 2011.

[5] Ensimmäinen asteroidin ohitus tapahtui 5. syyskuuta 2008. Silloin Rosetta ohitti 2867 Steins -asteroidin välimatkan ollessa lyhyimmillään vain 802,6 km. Ohitus tapahtui asteroidin valaistulta puolelta, joten luotain pystyi tekemään havaintoja ja ottamaan valokuvia koko ohituksen ajan. Ohituksen aikana Steins oli 2,14 au etäisyydellä Auringosta ja 2,41 au etäisyydellä Maasta. Kuvien paras erotuskyky oli parempi kuin 2 km.

Toinen asteroidin lähiohitus tapahtui 10. heinäkuuta 2010. Tällöin Rosetta ohitti 21 Lutetian, joka on Steinsä kymmen kertaa suurempi. Lutetian mitat ovat 126×103×95 km. Lähin etäisyys asteroidiin oli 3162 km.