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. 

 

 

ESA:n BepiColombo ohitti ensimmäisen kerran Merkuriuksen

Euroopan avaruusjärjestön BepiColombo luotain ohitti ensimmäisen kerran Merkuriuksen 1.10.2021 kello 23.34 UTC. Ohilento sujui suunnitellusti planeetan yöpuolelta, joten lähietäisyydeltä ei valokuvia voitu ottaa. Ensimmäiset kuvat luotain otti noin 5 minuuttia ohituksesta ja viimeisimmät noin 4 tunnin kuluttua.

BepiCombon ensimmäiset kuvat Merkuriuksesta otettiin valvontakameroilla, jolloin kuvissa näkyy myös luotaimen rakenteita. Kuva ESA.

Mitä kuvissa sitten näkyy? Kuvat otettiin matalaresoluutioisilla (1024 × 1024 px) ohjauskameroilla, joten Merkuriuksen lisäksi kuvissa näkyy luotaimen rakenteita. Kamerat ovat mustavalkoisia, mutta Merkurius itsessään on hyvin tumman harmaa, joten mustavalkoisuus ei kovinkaan paljoa haittaa tässä vaiheessa lentoa.

Kuva ESA.

 

BepiColombon on määrä asettua Merkuriusta kiertävälle radalle joulukuun 25. päivä vuonna 2025. Sillä on kuitenkin vielä liikaa nopeutta, joten ennen kiertoradalle asettumista sitä on saatava vähennettyä. Nopeuden hidastaminen ja radan muuttaminen tapahtuu sarjalla Merkuriuksen lähiohituksia. Jokaisella lähiohituksella luotaimen kineettinen energia vähenee ja kaikkien kuuden ohituksen suorittamisen jälkeen luotain on valmis siirtymään kiertoradalle. Nyt tapahtuneen ohilennon jälkeen Merkurius ohitetaan 23.6.2022, 20.6.2023, 5.9.2024, 2.12.2024 ja 9.1.2025.

BepiColombo laukaistiin matkalle Merkuriukseen 20.10.2018. Ensimmäisen kerran sen rataa muokattiin maapallon lähiohituksella 10.4.2020. Tämän jälkeen oli vuorossa kaksi Venuksen ohitusta: 15.10.2020 ja 10.8.2021. Tämän jälkeen päästiinkin jo Merkuriuksen lähelle ja sen ohitus siis tehtiin 1.10.2021. Kiertoradalla BepiColombon tehtävä jatkuu aina 1.5.2027 asti. Jos laitteistot pysyvät toimintakuntoisena, tehtävää voidaan jatkaa 1.5.2028 asti. Sen jälkeiseen aikaa ei vielä ole suunnitelmia tehty, mutta toimivaa laitteistoa avaruustutkimuksessa ei yleensä ole hylätty, vaan se pidetään toiminnassa aina siihen asti, kunnes laitteistoista valtaosa on sammunut.

Lähiohitusten avulla voidaan muokata planeettojen välisten lentojen ratoja ilman suurien polttoainemäärien käyttöä. Jos matkataan ulkoplaneetoille, lähiohituksilla siirretään planeettojen kineettistä energiaa luotaimille, jolloin niiden nopeus kasvaa jopa suhteellisen suureksi verrattuna lähtönopeuteen. Vastaavasti sisäplaneetoille mentäessä energiaa pitää luovuttaa luotaimelta, jotta haluttu rata saavutettaisiin ja asettuminen kiertoradalle olisi mahdollista. Jos nopeuden muutokset tehtäisiin polttoainetta kuluttamalla, sitä tarvittaisiin yleensä niin paljon, että varsinaisten tutkimuslaiteiden osuus luotaimen kokonaismassasta olisi hyvin vähäinen. Näin tieteelliset tavoitteet ja koko luotainlennon mielekkyys olisi kyseenalaista.

Merkurius muistuttaa ulkoisesti hyvin paljon Kuuta. Merkuriuksen pinta on peittynyt kraattereihin ja Auringon paahtaman puolen lämpötila saattaa kohoaa jopa 400 °C lämpötilaan. Vastaavasti yöpuolella pintalämpötila putoaa jopa –200 °C lämpötilaan. Näin suuret lämpötilaerot johtuvat ilmakehän lähes täydellisestä puuttumisesta. Merkuriuksen ilmakehä onkin määritelty eksosfääri-ilmakehäksi, sillä se koostuu lähinnä yksittäisistä happi- , natrium- ja vetyatomeista. Vastaavat olosuhteet maapallon ilmakehässä saavutetaan noin 600 km korkeudessa.

Mielenkiintoinen yksityiskohta on Merkuriuksen magneettikenttä. Se ei ole kovinkaan voimakas, Mariner 10 luotaimen tekemien mittausten mukaan kenttävoimakkuus planeetan päiväntasaajalla on noin 300 nT (maapallon kenttävoimakuus on noin 50 000 nT).

Merkuriuksen magneettikentän synty on arvoitus, johon tutkijat toivovat saavansa varman vastauksen BepiColombon tekemien havaintojen avulla. Magneettikentän olemassaoloon on kaksi vaihtoehtoa: se on joko remanenssikenttä tai se syntyy sähköjohtavan ytimen pyörimisessä.

Magneettikenttä voi olla remanenssikenttä (jäännöskenttä) aikaisemmin vallinneista magneettisista olosuhteista. Tällöin paikallisesti magneettikentän voimakkuus voi vaihdella, riippuen kunkin kohdan kallioperän rautapitoisuudesta.

Magneettikenttä on dipolikenttä, ja sen magneettiset navat ovat pyörimisakselin napojen suunnassa, joten voi olla, että magneettikenttä syntyykin sulan ytimen pyörimisestä. Merkurius on kuitenkin niin pieni, että se olisi jäähtynyt jo aikoja sitten liian kylmäksi sulaytimen ylläpitämiseksi. Sulaydin voi kuitenkin saada lisäenergiaa vuorovesivoimien synnyttämän sisäisen kitkasta. 

Merkurius kiertää Auringon ympäri noin 88 vrk:ssa ja pyörähtää itsensä ympäri noin 56 vuorokaudessa. Näistä muodostuu (synodisen) vuorokauden pituudeksi 116 vrk. Pyöriminen ja Auringon aiheuttama vuorovesivoima voi olla juuri ja juuri riittävä sulaytimen ylläpitoon ja heikon magneettikentän synnyttämiseen.

Merkuriuksen pyöriminen ja kiertoaika muodostavat mielenkiintoisen ilmiön, jos olet planeetan ekvaattorilla sellaisella pituuspiirillä, jossa Aurinko on zeniitissä ja planeetta itse on ratansa perihelissä. Tällöin keskipäivällä Aurinko näyttää ohittavan zeniitin, mutta pysähtyy ja palaa jonkin matkaa takaisin zeniitin yli. Jonkin ajan kuluttua suunta vaihtuu ja tällä kertaa Aurinko näyttää siirtyvän zeniitin yli ja laskee aikanaan horisonttiin.

Jos tutkimusmatkaaja kumppanisi on asettunut myös ekvaattorille, mutta hänen sijaintinsa pituuspiiri poikkeaa omastasi 90°. Jos hän on havaintopaikastasi itään, niin hän voi kokea mielenkiintoisen auringonlaskun. Aurinko kyllä laskee aluksi aivan normaalisti horisonttiin, mutta hetken kulutta se nouseekin jonkin matkaa horisontin yläpuolelle, mutta laskee sen jälkeen horisonttiin, eikä enää palaa. Jos taas toinen tutkimusmatkaajakumppanisi on sijoittunut asemastasi 90 ° länteen, hän kokee vastaavan kaksinkertaisen auringonnousun. Tätä ilmiötä voit tutkia sellaisella tähtikarttaohjelmalla, jossa voit valita havaintopaikaksi Merkuriuksen pinnan.

Schiaparelli näyttää räjähtäneen

MRO-luotaimen ottamat värikuvat laskeutumis-
luotaimen törmäyspaikasta ja laskuvarjosta.
Kuva ESA.

Euroopan avaruusjärjestön Schiaparelli-laskeutumisluotain näyttää räjähtäneen törmättyään Marsin pintaan 19. lokakuuta. Tällaiseen tulokseen ESA on tullut, tutkittuaan marraskuun 1. päivänä Mars Reconnaissance Orbiter -luotaimen ottamia värikuvia.

Värikuvat paljastavat vaaleita kappaleita putoamispaikan ympäristössä ja itse törmäyskohdasta lähtee säteittäisesti tummia juovia, joita tutkijat arvelevat räjähdyksen aiheuttamaksi nokivanoiksi ja siirtyneeksi pintamateriaaliksi. Tutkijat ovat siinä käsityksessä, että luotaimen jarrutus moottoreilla ehti kestää vain kolme sekuntia ennen törmäystä. Suunnitelmissa oli 30 sekunnin jarrutus, joten polttoainetta oli ehtinyt kulua vain noin 10 % joten tömäys 84 m/s nopeudella räjäytti kaiken käyttämättömän polttoaineen.

Noin 900 metrin etäisyydellä törmäyskohdasta etelään on laskuvarjo, jolla luotaimen vauhtia hidastettiin ennen rakettimoottoreiden käynnistystä. Se irrotettiin yhdessä takimmaisen lämpökilven kanssa suunnitelmien mukaisesti. Laskuvarjo putosi Marsin pinnalle ja lämpökilpi on ankkuroinut sen paikoilleen. Itse varjo lepattelee Marsin tuulten osuessa siihen.