ESA:n Hera-operaatio: Marsin ohitus ja matka Didymokselle

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Hera-avaruusalus suorittaa 12. maaliskuuta 2025 merkittävän ohilennon Marsin ohi osana planeettojen puolustamiseen tähtäävää missiotaan. Marsin gravitaatio muuttaa Heran lentorataa, ohjaten sen kohti Didymos-kaksoisasteroidijärjestelmää ja lyhentäen sen matkaa useilla kuukausilla. Tämä manööveri mahdollistaa myös huomattavan polttoainesäästön.

Marsin Deimos-kuu. Kuva Wikimedia Commons.

Marsin ohituksen aikana Hera käyttää ensimmäistä kertaa tieteellisiä instrumenttejaan Deimoksen, Marsin pienemmän ja vähemmän tunnetun kuun, kuvaamiseen. Hera havaitsi Marsin jo kymmenen vuorokautta ennen ohitusta, jolloin planeetta näkyi avaruusaluksen kameroissa noin kymmenen pikselin kokoisena.

Deimos on kooltaan 15 × 12,2 × 10,4 km ja sen keskietäisyys Marsista on 23 463 km. Sen alkuperä on yhä arvoitus: se onkin epäilty olevan Marsin kiertoradalle vangiksi jäänyt Jupiterin radaltaan siirtämä asteroidi. Monien muidenkin planeettojen kiertoradoilla olevat pienet kuut voivat olla kaapattuja asteroideja, etenkin sellaiset, joiden kiertosuunta on pääkiertosuuntaan vastaan.

Hera kuvaa Deimosin Marsista poispäin kääntyneen puolen, ja nämä kuvat voivat tarjota tärkeitä tietoja Japanin vuonna 2026 toteutettavalle Marsin kuiden tutkimusmatkalle (MMX, Martian Moons eXploration Mission).

 

HERAn tekemän Deimos-kuun ohilennon vaiheet. Klikaa kuvaa suuremmaksi yksityiskohtien näkymisen helpottamiseksi. Kuva ESA.

Ohilennon keskeiset vaiheet

• Hera saapuu noin 5 000 kilometrin etäisyydelle Marsin pinnasta ja vain 300 kilometrin päähän Deimoksesta.
• Marsin ohituksen jälkeen avaruusalus ehtii kuvata myös Marsin toista kuuta, Phobosta.
• Heran nopeus Marsiin nähden pysyy ennallaan, mutta sen suunta muuttuu kohti Didymosta polttoainetehokkaalla kurssilla.

ESA järjestää 13. maaliskuuta 2025 webcast-lähetyksen, jossa seurataan Heran ohilentoa ja sen keräämiä kuvia.

Lisätietoja Deimoksesta. Kuva ESA.

 

Gravitaatioavustukset ja tieteelliset tavoitteet

Useimmat ESAn planeettojenväliset lennot hyödyntävät planeettojen gravitaatiota nopeuden lisäämiseksi tai reitin muuttamiseksi ohilennoillaan. Tällaiset gravitaatioavusteiset radat suunnitellaan ESAn lentodynamiikkaryhmässä Saksassa. Visualisoinnit ja kuvantamisen suunnittelutukea tarjoaa ESAC-tiimi Espanjassa.

Heran instrumentit

Heran käyttämät instrumentit yli 1 000 kilometrin etäisyydellä Deimoksesta ovat:

• Asteroidikuvakamera: Kaksi 1020 × 1020 pikselin monokromaattista näkyvän valon sensoria navigointiin ja tieteelliseen tutkimukseen.
• Hyperscout H: Anturi, joka havaitsee valoa laajalla spektrillä. Se kattaa 25 näkyvän ja lähi-infrapunan spektrialuetta.
• Thermal Infrared Imager: Japan Aerospace Exploration Agencyn (JAXA) kehittämä keski-infrapuna-alueella toimiva kamera, joka kartoittaa pintamaisemia.

Kohti Didymosta

Heran Mars-ohitus asettaa sen radalle kohti lopullista määränpäätään, Didymos-kaksoisasteroidijärjestelmää, johon se saapuu vuoden 2026 lopulla. 

Kaavio HERA-luotaimen tehtävästä. Klikkaa kuvaa suuremmaksi. Kuva ESA.

Didymoksen pääasteroidi on 750 ± 100 metriä halkaisijaltaan, kun taas sen pienempi kumppani, Dimorphos, on vain 170 ± 30 m kokoinen. Kappaleiden välinen keskietäisyys on 1,18 ± 0,03 km ja kiertoaika 0,4958 ± 0,0002 vuorokautta (11h 55m 17,3s ± 0,2s ennen ja 11h 22m 03,4s ± 5,0s jälkeen DART-luotaimen törmäystä). Järjestelmä kiertää Auringon 770 vuorokaudessa (2,11 vuotta). Dimorphoksen rata muuttui NASAn DART-mission törmäyksen seurauksena 26.9.2022.

Osana maailman ensimmäistä asteroidin poikkeutuskokeilua Hera tekee yksityiskohtaisen törmäyksen jälkeisen havainnoinnin kohdeasteroidista. Heran lähettämät tiedot auttavat parantamaan ymmärrystämme asteroidien poikkeutustekniikoista ja siten lisäävät maapallon turvallisuutta tulevaisuudessa. Heran tekemien havaintojen avulla tutkijat muuttavat suuren mittakaavan kokeen hyvin ymmärretyksi ja toistettavaksi planeetan puolustustekniikaksi. 

 

 

DARTin törmäyksellä yllättäviä seurauksia

NASA suoritti kaksi vuotta sitten Double Asteroid Redirection Test (DART) -nimellä kulkevan testitörmäyksen^[1], jossa ensimmäistä kertaa tarkoituksellisesti yritettiin muokata asteroidin rataa. Kohde oli Didymos asteroidin kuu Dimorphos. Kohdevalintaan vaikutti sen turvallisuus ja riskien hallinta, sillä oli hyvin epätodennäköistä, että pieni kuu karkaisi suuremman asteroidin kiertoradalta törmäyksen vaikutuksesta. Lisäksi törmäyssuunta valittiin niin, että kuun kiertoaika lyheni, eikä karkaaminen olisi mahdollista.

Dimorphos lähikuvassa juuri ennen DAT-luotaimen törmäystä. Törmäys paljasti kuun olevan kasa kiviä, joka on osittain pääteltävissä myös tästä kuvasta. Kuva NASA.

Törmäys tapahtui 26.9.2022 ja sitä pystyttiin seuraamaan lähes reaaliajassa Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids (LICIAcube) -satelliitin välittämistä kuvista. Lisäksi törmäävä luotain itsekin kuvasi kohdettaan ja viimeinen kuva saatiin vain sekunteja ennen törmäystä.

Kuten aikaisemmin on kerrottu, törmäys onnistui ja se tulokset olivat yllättäviä, sillä kuun kiertoaika lyheni peräti 33 minuuttia ja 15 sekuntia. Tulos oli odottamaton, sillä tutkijat olivat arvioineet kiertoajan lyhenevän enintään muutaman minuutin tai peräti vain joitakin sekunteja. 

Toinen ja todella yllättävä vaikutus oli kuun muodon muuttuminen. Ennen törmäystä se oli hieman litistynyt pallo. Törmäys muutti sen muodon kolmiakseliseksi ellipsoidiksi, siis suunnilleen sellaiseksi kuin mitä venynyt vesimeloni on. Näin voimakkaasta muodon muuttumisesta voidaan päätellä, että kuu on todellisuudessa vain löyhästi keskinäisen gravitaation vaikutuksesta yhteen liittyneitä kiviä.

Tähtitieteilijät ovat jatkaneet törmäyksen ja sen vaikutuksen tutkimuksia. Yksi tuoreimmista tutkimuksista on tohtori Eloy Peña-Asensio’n johtaman työryhmän tekemä simulaatio^[2] törmäyksen irrottamien heitteiden reiteistä. Simulaatiot perustuivat LICIAcube-satelliitin kokoamaan aineistoon heitteiden määrästä, kappaleiden koosta ja liikesuunnasta ja radoista.

Simulaatioissa käytettiin 3 miljoonaa heitekappaletta, joiden kooksi valittiin 10 cm, 0,5 cm ja 30 µm. Lisäksi simulaatioita tehtiin kahdella nopeusvalinnalla, jotka olivat 1 – 1 000 m/s ja 1 – 2 km/s. Tulosten mukaan Marsin läheisyyteen (Marsin Hillsin palloon) suurimmat ja samalla hitaimmat (450 m/s) kappaleet voisivat päätyä 13 vuodessa. Nopeammat (770 m/s) kappaleet tavoittaisivat Marsin lähiympäristön noin seitsemässä vuodessa.

Maan Hill´n pallon^[3] alueelle päätyisi kooltaan noin 10 cm muta myös kaikkein pienimpiä kappaleita. Maapallon ne tavoittaisivat 1,5 km/s nopeudella aikaisintaan seitsemän vuoden kuluttua. Erot hiukkasten koossa ja nopeudessa selittyvät niiden lähtöpaikasta kuun pinnalla suhteessa törmäyspaikkaan. Alkuperäisissä simulaatioissa ei tätä eroa juurikaan näkynyt mutta tarkemmissa simulaatioissa lähtöpaikalla näyttää olleen suuri merkitys.

Dimorphos'ista irronneet kappaleet ovat kooltaan sen verran pieniä, että niistä ei ole vaaraa maapallolle missään muodossa, vaan ilmakehään saapuessaan ne aiheuttavat vain tavanomaisia meteoreja. Tätä onkin jo ehditty spekuloimaan, että heiteparvesta voisi muodostua uusi, ihmisen aikaansaama meteoriparvi^[4] ja sille on jo ehdotettu nimeä dimorphosidit (tai jotain sinnepäin). Simulaation perusteella mahdollisen parven todellista rataa, radianttia ja ajankohtaa ei voi päätellä.

Viitteet

[1] Avaruusmagasiinissa on tästä tapahtumasta uutisoitu mm. seuraavissa artikkeleissa:

https://avaruusmagasiini.blogspot.com/2022/09/dartin-tormays-havaittiin-maanpinnalta.html

https://avaruusmagasiini.blogspot.com/2022/09/dart-luotain-tormaa-ensiyona.html

https://avaruusmagasiini.blogspot.com/2022/09/dart-onnistui-tormayksessaan.html

https://avaruusmagasiini.blogspot.com/2022/09/liciacube-lahetti-kuvia-tormayksesta.html

https://avaruusmagasiini.blogspot.com/2023/03/eson-teleskoopeilta-on-saatu.html

https://avaruusmagasiini.blogspot.com/2022/10/dart-luotaimen-tormayksen-vaikutukset.html

https://avaruusmagasiini.blogspot.com/2022/09/webb-ja-hubble-tallensivat.html

[2] Tutkimus tullaan julkaisemaan Planetary Science Journal tiedejulkaisussa: Delivery of DART Impact Ejecta to Mars and Earth: Opportunity for Meteor Observations. Artikkeli on toistaiseksi luettavissa osoitteessa https://arxiv.org/abs/2408.02836v1

[3] Tähtien, planeettojen ja kuiden Hill’n pallo on suunnilleen kappaleen gravitaation aikaansaama alue, jossa sen gravitaation voimakkuus on suurin. Jos tällä alueella on toinen kappale niin sen radan täytyy sijaita Hill’n alueella kokonaisuudella, jotta rata olisi stabiili. Maapallon Hill’n pallon säde on noin 1,5 miljoona km. Kuun rata sijaitsee tämän pallon sisällä ja tästä syystä se ei karkaa Aurinkoa kiertävälle radalle.

[4] Maan Hill’n pallon sisään joutuneiden pienkappaleiden ei välttämättä tarvitse päätyä maapallon ilmakehään, vaan niiden radat voivat poiketa vain jonkin verran alkuperäisestä, jonka jälkeen ne voivat poistua maapallon vaikutuspiiristä.

ESO:n teleskoopeilta on saatu ensimmäiset tulokset DARTin asteroiditörmäyksen jäljistä

eso2303fi — Tutkimustiedote - suomennos Pasi Nurmi

Kaksi tähtitieteilijäryhmää ovat havainneet ESO:n Very Large Telescope, eli VLT-kaukoputken avulla NASAn Double Asteroid Redirection Test (DART) luotaimen ja asteroidi Dimorphosin törmäyksen vaikutuksia. Ohjattu törmäys oli planetaarisen puolustuksen testi, mutta sen lisäksi se antoi tähtitieteilijöille ainutlaatuisen mahdollisuuden oppia lisää asteroidien koostumuksesta tutkimalla siitä irronnutta materiaa.

Nämä kuvat, jotka on otettu ESO:n Very Large Telescope kaukoputken MUSE-instrumentilla osoittavat, miten törmäyspilvi kehittyi NASAn DART-luotaimen törmättyä asteroidi Dimorphosiin.

Ensimmäinen kuva otettiin 26. syyskuuta 2022 juuri ennen törmäystä, ja viimeinen kuva otettiin lähes kuukautta myöhemmin 25. lokakuuta. Tänä aikana ympärille kehittyi useita rakenteita, kuten ainekasaumia, spiraalimaisia rakenteita ja Auringon säteilyn työntämä pitkä pölyhäntä. Kuvissa oleva valkoinen nuoli osoittaa Auringon suunnan.

Dimorfos kiertää Didymos-nimistä isompaa asteroidia. Valkoinen vaakapalkki vastaa 500 kilometriä, mutta asteroidit ovat vain yhden kilometrin päässä toisistaan, joten ne eivät näy näissä kuvissa erillisinä.

Taustalla näkyvät säteet johtuvat takana olevien tähtien näennäisestä liikkeestä havaintojen aikana teleskoopin seuratessa asteroidiparia.

Kuva ESO/Opitom et al.

DART-luotain törmäsi 26. syyskuuta 2022 asteroidi Dimorphosiin kokeessa, jonka tarkoitus oli testata kykyä muuttaa asteroidin suuntaa hallitusti. Törmäys tapahtui 11 miljoonan kilometrin päässä Maasta, niin lähellä, että sitä voitiin tarkkailla useilla kaukoputkilla yksityiskohtaisesti. Kaikki neljä Chilessä sijaitsevaa ESO:n 8,2-metristä VLT-teleskooppia havaitsi törmäyksen jälkeisiä vaiheita, ja ensimmäiset tulokset näistä VLT-havainnosta on nyt julkaistu kahdessa tieteellisessä julkaisussa.

"Asteroidit ovat jäännöksiä siitä perusmateriasta, mistä kaikki aurinkokuntamme planeetat ja kuut ovat muodostuneet", Brian Murphy sanoi. Hän on tohtoriopiskelija Edinburghin yliopistossa Isossa-Britanniassa, ja ollut mukana toisessa tutkimuksista. DARTin törmäyksen jälkeensä jättämän materiaalipilven tutkiminen voi siten kertoa, miten aurinkokuntamme on muodostunut. "Asteroidien välisiä törmäyksiä tapahtuu luonnollisesti, mutta niitä ei koskaan tiedetä etukäteen", Cyrielle Opitom, tähtitieteilijä myös Edinburghin yliopistossa ja toisen artikkelin pääkirjoittaja, jatkoi. "DART on todella hieno mahdollisuus kontrolloidun törmäyksen tutkimiseksi, melkein kuin laboratoriossa".

Opitom ja hänen tutkimusryhmänsä seurasivat törmäyspilven kehittymistä kuukauden ajan ESO:n VLT:n Multi Unit Spectroscopic Explorer eli MUSE-instrumentilla. He huomasivat, että törmäyspilvi oli sinisempi kuin itse asteroidi ennen törmäystä, mikä viittaa siihen, että pilvi saattaa koostua hyvin pienistä partikkeleista. Törmäystä seuranneina tunteina ja päivinä muodostui muita rakenteita, kuten ainekasaumia, spiraalimaisia rakenteita ja pitkä Auringon säteilyn poispäin työntävä häntä. Spiraalit ja häntä olivat punaisempia kuin alkuperäinen pilvi, joten ne saattavat koostua suuremmista partikkeleista.

Opitomin tiimin pystyi MUSEn avulla havaitsemaan kaasujen spektrin, josta erottui eri alkuaineiden spektriviivat. He etsivät erityisesti happea ja törmäyksen paljastamasta jäästä peräisin olevaa vettä. He eivät kuitenkaan löytäneet mitään. "Asteroidien ei odoteta sisältävän merkittäviä määriä jäätä, joten vesijäämien havaitseminen olisi ollut todellinen yllätys", Opitom kertoi. He etsivät myös jälkiä DART-luotaimen polttoaineesta, mutta eivät löytäneet mitään. "Tiesimme, että se oli kaukaa haettua", hän sanoi  "koska propulsiojärjestelmän tankkeihin jäävän kaasun määrä ei olisi kovinkaan suuri. Lisäksi osa siitä olisi mennyt havaintojen alkaessa liian kauas, jotta MUSE olisi pystynyt sitä havaitsemaan".

Toista tutkimusryhmää johti Armaghin observatorion ja planetaarion tähtitieteilijä Stefano Bagnulo Britanniasta, ja he tutkivat, miten DARTin törmäys muutti asteroidin pintaa.

"Havaitessamme aurinkokuntamme kohteita katselemme niiden pinnan tai ilmakehän sirottamaa auringonvaloa, joka muuttuu osittain polarisoituneeksi valoksi", Bagnulo kertoi. Tämä tarkoittaa, että valoaallot heilahtelevat erityisesti tiettyyn suuntaan eivätkä sattumanvaraisesti. "Asteroidin asento suhteessa meihin ja Aurinkoon paljastaa tietoa sen pinnan rakenteesta ja koostumuksesta".

Tarkkaillessaan asteroidia Bagnulo kollegoineen käytti VLT:n FOcal Reducer/low dispersion Spectrograph 2, eli FORS2-instrumenttia ja he havaitsivat, että polarisaation taso laski yhtäkkiä iskun jälkeen. Samanaikaisesti systeemin kokonaiskirkkaus kasvoi. Yksi mahdollinen selitys tälle on se, että törmäys paljasti asteroidin sisältä koskemattomampaa materiaalia. "Ehkä törmäyksen vaikutuksesta irronnut materia oli kirkkaampaa ja vähemmän polarisoivaa kuin pinnalla oleva materia, koska se ei ollut koskaan altistunut aurinkotuulen ja Auringon säteilyn vaikutuksille", Bagnulo sanoi.

Toinen mahdollisuus on, että törmäys tuhosi pinnalla olevia partikkeleita, jolloin törmäyspilveen päätyi paljon pienempiä hiukkasia. "Tiedämme, että tietyissä olosuhteissa pienet partikkelit heijastavat valoa tehokkaammin ja ovat tehottomampia polarisoimaan valoa", Zuri Gray kertoi, tohtoriopiskelija myös Armaghin observatoriossa ja planetaariossa.

Bagnulon ja Opitomin johtamien tutkimusryhmien tutkimukset osoittavat VLT:n mahdollisuudet, kun sen eri instrumentteja käytetään yhdessä. Törmäyksen jättämiä jälkiä havaittiin MUSEn ja FORS2:n lisäksi kahdella muulla VLT-instrumentilla, mutta näiden tietojen analysointi on vielä kesken. "Tässä tutkimuksessa hyödynnettiin ainutlaatuista tilaisuutta, kun NASA lähetti törmääjän kohti asteroidia", Opitom kertoi lopuksi, "Havaintoja ei voida toistaa millään tulevalla tutkimuslaitteella. Tämä tekee VLT:n avulla törmäyksen aikana saadut tiedot erittäin arvokkaiksi asteroidien ominaisuuksien ymmärtämisessä".

Lisätietoa

Ensimmäisen tutkimuksen tulokset on esitelty artikkelissa: “Morphology and spectral properties of the DART impact ejecta with VLT/MUSE”, joka julkaistaan Astronomy & Astrophysics (doi:10.1051/0004-6361/202345960) julkaisussa.

Toisen tutkimuksen tulokset liittyvät artikkeliin “Optical spectropolarimetry of binary asteroid Didymos-Dimorphos before and after the DART impact”, joka julkaistaan Astrophysical Journal Letters (doi:10.3847/2041-8213/acb261) lehdessä.

DART-luotaimen törmäyksen vaikutukset ylittivät odotukset

NASAn Double Asteroid Redirection Test (DART) -tutkimusryhmän kahden viime viikon aikana keräämien tietojen analyysi osoittaa, että avaruusaluksen kineettinen vaikutus Dimorphosin muutti onnistuneesti asteroidin kiertorataa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun ihmiskunta on muuttanut tarkoituksella taivaankappaleen liikettä, ja ensimmäinen täysimittainen asteroidin poikkeutustekniikan testaus.

Tämä NASAn Hubble-avaruusteleskoopin 8. lokakuuta 2022 ottama kuva osoittaa, että Dimorphosin pinnalta irtoaa pölyä edelleen 285 tuntia DARTin törmäyksen jälkeen. Irtoavalla materiaalilla on pieni oma vaikuksensa asteroidin kiertorataan. Pyrstön muoto on myös muuttunut ajan myötä. Kuva NASA/ESA/STScI/Hubble.

”Meillä kaikilla on velvollisuus suojella kotiplaneettamme. Loppujen lopuksi se on ainoa, joka meillä on", sanoi NASAn johtaja Bill Nelson. "Tämä tehtävä osoittaa, että NASA yrittää olla valmis kaikkeen, mitä universumi meille tarjoaa. Tämä on vedenjakaja planeetan puolustukselle ja koko ihmiskunnalle, mikä osoittaa NASAn poikkeuksellisen tiimin ja kumppaneiden sitoutumista ympäri maailmaa."

Ennen DARTin törmäystä Dimorphosilla kesti 11 h 55 minuuttia kiertää sitä massiivisempi Didymos-asteroidi. DARTin tarkoituksellisesta törmäyksestä Dimorphosiin syyskuun 26. päivästä lähtien tähtitieteilijät ovat käyttäneet maan päällä olevia teleskooppeja mitatakseen kuinka paljon kiertoaika on muuttunut. Nyt tutkintaryhmä on vahvistanut, että avaruusluotaimen törmäys muutti Dimorphoksen kiertoaikaa 32 minuutilla, mikä lyhensi sen 11 h 23 minuuttiin. Tämän mittauksen epävarmuusmarginaali on noin plus tai miinus 2 minuuttia.

Ennen kohtaamistaan ​​NASA oli laskenut Dimorphoksen onnistuneen kiertoratajakson muutokseksi vähintään 73 sekuntia. Nämä varhaiset tiedot osoittavat, että DART ylitti tämän vähimmäisvertailuarvon yli 25-kertaisesti. 

"Tämä tulos on yksi tärkeä askel kohti DARTin vaikutuksen täydellistä ymmärtämistä kohdeasteroidiin", sanoi Lori Glaze, NASA:n planeettatiedeosaston johtaja NASA:n päämajassa Washingtonissa. "Kun uutta tietoa tulee joka päivä, tähtitieteilijät voivat paremmin arvioida, voitaisiinko DARTin kaltaista tehtävää käyttää tulevaisuudessa (maapallon) asteroideilta suojelemiseen, jos löydämme uhkaavan asteroidin, ja miten se tapahtuisi. ”

Tutkintaryhmä hankkii edelleen tietoja maassa sijaitsevista observatorioista ympäri maailmaa – sekä NASA Jet Propulsion Laboratoryn Goldstonen planeettatutkan Kaliforniassa ja National Science Foundationin Green Bank Observatoryn Länsi-Virginiassa olevista tutkista. He päivittävät kiertoaikamittauksia säännöllisillä havainnoilla parantaakseen sen tarkkuutta.

Tärkeintä on nyt määrittää liikemäärän muutoksen tehokkuutta DARTin noin 6,25 km/s törmäyksestä kohteensa kanssa. Tämä sisältää lisäanalyysin useiden kymmenien tonnien massaisen heitteen vaikutuksesta, joka sinkoutui avaruuteen törmäyksen seurauksena. Tämän pölyn sinkoutumisen aiheuttama rekyyli vahvisti huomattavasti DARTin törmäyksen vaikutusta.

Jotta voidaan onnistuneesti ymmärtää ulospurkautuvan pölyn vaikutusta, tarvitaan lisätietoja asteroidin fysikaalisista ominaisuuksista, kuten sen pinnan ominaisuuksista ja kuinka kiinteä se on. Näitä asioita tutkitaan edelleen.

"DART on antanut meille kiehtovia tietoja sekä asteroidin ominaisuuksista että kineettisen iskun tehokkuudesta planeettapuolustusteknologiana", sanoi Nancy Chabot, DART-koordinointijohtaja Johns Hopkins Applied Physics Laboratorysta (APL) Laurelissa, Marylandissa. "DART-tiimi jatkaa työskentelyä tämän runsaan datan parissa ymmärtääkseen täysin tämän ensimmäisen planeettapuolustustestin asteroidien ratojenmuutokseen."

Tätä analyysiä varten tähtitieteilijät jatkavat DARTin kuvaamista ja Italian avaruusjärjestön Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids (LICIACube) -kuvien tutkimista Dimorphosista asteroidin massan ja muodon arvioimiseksi. Noin neljän vuoden kuluttua Euroopan avaruusjärjestön Hera-projektin on myös suunniteltu suorittavan yksityiskohtaisia ​​havaintoja sekä Dimorphosista että Didymosista, keskittyen erityisesti DARTin törmäyksen jättämään kraatteriin ja Dimorphoksen massan tarkkaan mittaukseen.

Havaintodataa NASAn DART-tiimi on saanut Goldstone Green Bankin observatoriosta, Swope-teleskooppilta Las Campanasin observatoriolta Chilessä, tanskalaiselta teleskoopilta La Sillan observatoriolta Chilestä ja Las Cumbresin maailmanlaajuiselta teleskooppiverkkostolta Chilestä ja Etelä-Afrikasta.

LICIACube lähetti kuvia törmäyksestä

Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids lyhemmin LICIAcube on lähettänyt ensimmäiset kuvansa törmäyksestä. Niissä näkyy, kuinka voimakkaan räjähdyksen DART-luotain sai aikaan Didymos asteroidin pienen Dimorphos kuun pinnalla. Räjähdys aiheutui pelkästään luotaimen kineettisestä energiasta, sillä luotaimessa ei ollut räjähdysainetta.

DART-luotaimen osuma synnytti voimakkaan räjähdyksen ja se muodosti myös selkeän säteiskuvion. Etualan kirkas alue on Didymos asteroidi, jonka kuu Dimorphos on. Kuva (ASI/NASA).

Törmäys aiheutti valtavan pölypilven, jota pystyttiin havaitsemaan maanpinnalta. LICIAcube seurasi DART-luotainta muutaman minuutin viipeellä ja pystyi valokuvaamaan koko tapahtumasarjan. Erityisen mielenkiintoista kuvissa on se, että törmäyksen roiskeet muodostivat säteitä törmäyskraatterin ympärille. Tällaisia säteitä on aikaisemmin nähty Kuussa mm Tycho ja Copernicus kraattereiden ympärillä.

DARTin osumatarkkuus oli erittäin hyvä. Luotain oli suunnattu asteroidin keskipisteeseen ja tutkijat päättelivät kuvista, että se osui vain 17 metriä suunnitellusta kohdasta sivuun. Osumatarkkuutta voidaan pitää erittäin hyvänä, sillä koko asteroidin halkaisija on vain noin 160 metriä. Tikkataulussa (engl. dart board) häränsilmä on suhteellisesti samankokoinen alue keskipisteessä.

 

DARTin törmäys havaittiin maanpinnalta useasta paikasta

NASA DART-luotain törmäsi onnistuneesti Dimorphos-nimiseen Didymos asteroidin kuuhun varhain tiistaiaamuna Suomen aikaa. Törmäystä havaittiin myös maanpinnalta useassa observatoriossa itäisellä pallonpuoliskolla. Törmäyksen ajateltiin kasvattavan asteroidikuun kirkkautta jonkin verran, mutta lopulta kirkastumisen lisäksi observatorioissa havaittiin kirkkaan pölypilven eteneminen avaruuteen. Tässä suhteessa törmäys ja sen havaitseminen onnistuivat yli odotusten. Havaintoja pystyttiin tekemään Intian valtameren ympäristössä mm. Etelä-Afrikasta ja La Reunionin saarelta Les Makes Observatorista (oheinen video).

 

DARTin massa oli noin 570 kg ja törmäysnopeus noin 6,3 km/s. Tutkijat arvioivat, että törmäyskraatterin halkaisija saattaisi olla jopa 14 metriä. Riippuen asteroidin koostumuksesta, jopa lähes koko törmäyskraatteri on tyhjentynyt avaruuteen. Jos näin on käynyt, niin kuin havaintojen valossa näyttää tapahtuneen, pölyä ja kiveä pilvessä on ollut valtava määrä.

Törmäyskraatterista saadaan kuvia vasta vuoden 2026 joulukuussa, kun Euroopan avaruusjärjestön Hera-luotain aloittaa asteroidiparin havainnot. ESA lähettää Hera-luotaimen avaruuteen loka-marraskuussa 2024. Hera-luotain kuljettaa mukanaan kaksi cube-satelliittia (Milani ja Juventas). Milanin rakentajaryhmä on 12 yrityksestä ja tutkimuslaitoksesta Italiasta, Tšekistä ja Suomesta. Suomalaiset tutkijat ovat VVT:ltä ja Helsingin yliopistosta. Juventasin rakentaja ovat Luxenburgista, Tanskasta, Romaniasta ja Puolasta.

Spaceweather.com sivulla on julkaistu ATLAS-observatorion julkaisema video törmäyspilvestä. Atlas observatorio julkaisi videon alun perin Tvitterissä.

DART-luotain törmää ensiyönä

 Törmäysajankohta on kello 2.14 Suomen aikaa.

Taiteiljan näkemys DARTin lähetymisestä törmättävään asteroidiin. Kuva JHU Applied Physics Laboratory.

DARTin kohteena on kaksoisasteroidi Didymos, joka tarkoittaa kreikaksi "kaksosta". Didymos on hyvä ehdokas ensimmäiseen planeettapuolustuskokeeseen, vaikka se ei olekaan törmäyskurssilla Maahan eikä siksi aiheuta todellista uhkaa planeetalle. Järjestelmä koostuu kahdesta asteroidista: suuremmasta Didymos-asteroidista (Ø 780 m) ja pienemmästä kuuasteroidista Dimorphos (Ø 160 m). Tällä hetkellä Dimorphoksen kiertoaika Didymosin ympäri on 11 tuntia ja 55 minuuttia. Asteroidien massakeskipisteitten välinen etäisyys on noin 1,18 kilometriä. Astroidiparin kiertoaika on 770 vrk ja radan etäisin piste on noin 2,27 au etäisyydellä Auringosta. Didymos oli maapallon läheisyydessä edellisen kerran vuonna 2003 ja seuraava kertaa joudumme odottelemaan aina vuoteen 2063 asti.

Asteroidipari on pimentävä binääri, mikä tarkoittaa, että Dimorphos kulkee Didymoksen edestä ja takaa kiertäessään suurempaa asteroidia Maasta katsottuna. Näin ollen maanpinnalla olevilla teleskoopeilla voidaan havaita yhdistetyn Didymos-järjestelmän kirkkauden säännöllistä vaihtelua Dimorfoksen kiertoradan määrittämiseksi. Törmäyksen jälkeen tämä sama tekniikka paljastaa Dimoprhosin kiertoradan muutoksen verrattuna mittauksiin ennen törmäystä. DART-iskun ajoitus syyskuussa 2022 valittiin siten, että Maan ja Didymosin välinen etäisyys on lyhin, jotta havainnot olisivat korkealaatuisia. Didymos on noin 11 miljoonan kilometrin ​​etäisyydellä Maasta DART-iskun aikaan.

DARTin törmäys tapahtuu kohtisuoraan asteroidin pintaan ja niiden liikesuunnat ovat vastakkaiset. Pieni cube-sateelliitti ottaa valokuvai tapahtumasta. Kuva JHU Applied Physics Laboratory.

Didymoksen kiertorata ei leikkaa Maan kiertorataa missään pisteessä ja DARTin törmätessä Dimorphosille antama impulssi on niin vähäinen, ettei se juurikaan vaikuta asteroidin kiertorataan. Dimorphoksen massaa ei ole määritetty suoraan, mutta asteroidin tiheydestä ja koosta tehdyillä oletuksilla Dimorphosin massaksi on arvioitu noin 5 × 10⁹ kg. DARTin kineettisen vaikutuksen aiheuttama muutos on suunniteltu muutamaan kiertorataa hieman lähemmäksi Didymosia.

DARTin törmäystä ei tehdä aivan ”sokkona”, sillä se on kuljettanut mukanaan italilaista cube-satelliittia Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids (LICIACube). Satelliitti irrotettiin CARTista pari viikkoa sitten ja se on sen jälkeen tehnyt pienen ratamuutoksen, sillä sen tarkoitus on lentää Dimorphoksen ohi. LICIACubessa on kaksi kameraa, joilla se kuvaa törmäystä ja sen aiheuttamaa pölypilveä. Kuvista tutkijat voivat varmentaa törmäyksen onnistumisen maanpinnalta tehtävien havaintojen lisäksi.

Reaaliaikaisia kuvia saadaan myös törmäävästä DARTista, sillä tutkijat arvoivat viimeisen kuvan tulevan vain muutamaa sekuntia ennen törmäystä. Pari viimeistä minuuttia ennen törmäystä on dramaattisia, sillä kuvissa näkyy kohdeasteroidi kasvavan vauhdilla. Noin 2 minuuttia ennen törmäystä Dimorphos näkyy halkaisijaltaan vain noin 45 pikselin kokoisena. Minuuttia myöhemmin se on jo 90 pikselin kokoinen ja koko kasvaa tuplaksi aina jäljellä olevan ajan puolittuessa. Viimeisimmän kuvan tarkkuudeksi arvioidaan noin 9 cm/px asteroidin täyttäessä koko kuvakentän.

Tilasto tunnettujen Maata uhkaavien asteroidien määrästä ja törmäysten taajuudesta.

DARTin törmäyttäminen asteroidiin on tekniikkakoe. Asteroidijärjestelmä on hyvä koekenttä sen selvittämiseksi, onko luotaimen törmäytys tehokas tapa muuttaa asteroidin kurssia, jos ja kun Maata uhkaava asteroidi löydetään tulevaisuudessa. Toistaiseksi yksikään tunnettu yli 140 m asteroidi ei ole törmäyskurssilla Maan kanssa. Tähän arvioon liittyy kuitenkin suuri epävarmuus, sillä tällä hetkellä arviolta vain noin 40 prosenttia näistä asteroideista on havaittu.