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.

 

 

Eurooppalainen JUICE laukaistaan tänään

Euroopan avaruusjärjestö (ESA) laukaisee tänään 13.4.2023 kello 15.15 Suomen aikaan JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) luotaimen kohti Jupiterin järjestelmää. Voit seurata laukaisua ESA Web TV:n sivulta, jossa suoralähetys alkaa kello 14.45 ja jatkuu aina kello 17.05 asti. Kantorakettina on Ariane 5.

Ariane 5 kantoraketti lähtövalmiina Ranskan Guineassa sijaitsevassa Kouroun laukaisukeskuksessa. Raketin lastiruumassa on valmiina JUICE-luotain, joka Maan, Kuun ja Venuksen ohilentojen jälkeen suuntaa kulkunsa kohti Jupiterin järjestelmää, jonka se saavuttanee vuonna 2031. Kuva ESA.

JUICEn tehtävän on kartoittaa Jupiterin järjestelmää, etenkin sen neljä suurinta kuuta ovat havainto-ohjelman tärkeimmät kohteet.

Tutkijoiden erityinen mielenkiinto kohdistuu Europa kuuhun, sillä sen jääpeitteen alapuolella on noin 100 km syvä suolainen meri. Myös muiden isojen kuiden sisäinen rakenne on havainto-ohjelmassa. Vaikka JUICE pyrkii ensisijaisesti kartoittaa veden esiintymistä kuilla, niin sen havaintoinstrumenttivalikoimassa ei ole elämän etsimiseen liittyviä laitteita. Elämän mahdollinen esiintyminen näillä kuilla on kuitenkin taustalla, sillä tietoja veden esiintymisestä, kuiden rakenteesta ja jääpeitteiden paksuudesta voidaan käyttää elämän mahdollisuuden arviointiin.

Jupiterin kolmas kuu, Ganymede, on myös erittäin tärkeässä roolissa JUICEn tutkimusohjelmassa. Saavuttuaan Jupiterin järjestelmään vuonna 2031, JUICE tekee useita kierroksia Jupiterin ympäri ja tekee kuiden lähiohituksia ainakin 35 kertaa. Tämän jälkeen JUICE asettuu Ganymedea kiertävälle radalle. Tehtävän loppuvaiheessa JUICE törmäytetään Ganymeden pinnalle ja tavoitteena näin tehtäessä on se, että luotain ei vahingossa päädy Europan jäiselle pinnalle.

 

 

Uusia kuita Jupiterille

Minor Planet Center (MPC) on kirjannut Scott Sheppard:in (Carnegie Institute for Science) havaitsemat 12 uutta kuuta Jupiterille. Sheppard teki havaintonsa vuosia 2021 ja 2022. Näiden havaintojen myötä Jupiterin kuiden määrä kasvoi 92 kuuhun aikaisemmasta 80:stä ja ylitti Saturnuksen 83 kuun määrän. Havainnot palauttivat kartalle myös kuun S/2003 J 10, josta havaintoja ei oltu saatu 18 vuoteen.

Kaaviossa on esitetty vain osa Jupiteria kiertävien kuiden radoista. Galilein kuiden radat ovat pieniä punaisia ympyröitä kuvan keskellä.

Kaikki nyt havaitut kuut kiertävät Jupiteria hyvin kaukana ja tästä syystä niiden kiertoaika on yli 340 vuorokautta. Yhdeksän näistä kuista ovat kaikkein etäisimpiä ja niiden kiertoaika on yli 550 vuorokautta. Tähän etäiseen ryhmään kuuluu kaikkiaan 71 kuuta. Etäiset kuut ovat todennäköisesti Jupiterin kaappaamia, sillä niiden kiertosuunta on myötäpäivään (takautuva liikesuunta), eli vastakkaiseen suuntaan kuin yleinen kiertosuunta (etenevä suunta) Aurinkokunnassamme on (jos katsotaan järjestelmäämme ratatason yläpuolelta pohjoissuunnasta). Kaikki takautuvaan suuntaan kiertävät kuut ovat hyvin pieniä, vain viisi on halkaisijaltaan suurempia kuin 8 km.

Kolme uusista kuista ovat etenevään suuntaan kiertäviä. Näiden kuiden arvioidaan syntyneen sinne alueelle missä ne edelleenkin ovat. Sheppardin mukaan lähempänä Jupiteria kiertävien pienien kuiden havaitseminen on vaikeaa, sillä Jupiterin kirkas hajavalo peittää alleen himmeiden kuiden havaitsemista.

Jupiterin kuut ovat jakautuneet selviin ryhmiin. Himalia-ryhmään kuuluu (tällä hetkellä) yhdeksän kuuta. Niiden etäisyys Jupiterista on 11—12 miljoonaa km. Kauempana, noin 17 miljoonan km:n etäisyydellä on Carpo-ryhmä, johon kuuluu vain kaksi kuuta. Themisto-kuu (Ø n. 9 km) kiertää Jupiteria Himalia-ryhmän ja Galileon kuiden välisessä aukossa, noin 7,5 miljoonan km etäisyydellä Jupiterista. Tämä aukko näyttää olevan tyhjä muista kuista, mutta havainnot ovat vaikeita hajavalon vuoksi, joka estää pienien, alle 3 km kokoisten kuiden näkymisen. Jupiterin kuiden ryhmiä on kolme muutakin, joista Ananke-ryhmä on runsain, lähes yhtä runsas Pasiphae-ryhmä ja Carme-ryhmä. Kaikki nämä ryhmät kiertävät Jupiteria 15 – 35 miljoonan km etäisyydellä.

Pieni Valetudo-kuu (Ø 1 km) kiertää etenevästi Jupiteria 19 miljoonan km etäisyydellä. Sen rata kuitenkin ylittää muutaman takautuvaan suuntaan liikkuvan kuun radan. Ratojen ylitys muodostaa törmäysvaaran, jolloin törmäävät kuut voivat pirstoutua kokonaan. Kuiden jäännökset voisivat muodostaa ainakin väliaikaisen ja hyvin himmeä renkaan Jupiterin ympärille. Luonnollisesti pirstoutuneen aineen määrä enimmilläänkin olisi hyvin pieni, joten mitään Saturnuksen renkaiden tapaista kirkasta rengasjärjestelmää ei todennäköisesti syntyisi.

Jupiterin kuujärjestelmässä on vielä näiden pienten kuiden lisäksi jo Galileo Galilein löytämät neljä suurta kuuta (Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto) ja niiden ratojen sisäpuolella kiertävät Metis, Adrastea, Amalthea ja Thebe.

Uusia kuita tullaan edelleenkin löytämään niin Jupiterin kuin Saturnuksen kiertoradoilta. Kuiden ratojen lasketa on hieman vaikeaa, sillä niiden rataan vaikuttaa Jupiterin gravitaation lisäksi myös Auringon gravitaatio, joka muokkaa kaiken aikaa pienien kuiden ratoja. Näin ollen ei ole mikään ihme, jos silloin tällöin joku kuu katoaa kartalta löytyäkseen joskus myöhemmin uudelleen.

Astrobiologiaa

JUICE-luotain taiteilijan tulkintana
Jupiterin kiertoradalla. Kuva ESA.

Astrobiologia on suhteellisen uusi tieteenala. Alan tutkijat pyrkivät löytämään menetelmiä, joiden avulla pystyttäisiin päättelemään elämän (olipa se millaista tahansa) esiintymistä maapallomme ulkopuolelta. Tämä lisäksi astrobiologit etsivät "outoa elämää" maapallolta. Outo elämä olisi jotain sellaista, mitä aikaisemmin ei ole onnistuttu tunnistamaan ja se poikkeaisi selvästi maapallon muusta eliökunnasta. Määritelmät ovat aika laveat, mutta se on ymmärrettävää, koska emme tunne muita eliömuotoja kuin maapallolla esiintyvän.

Astrobiologit etsivät elämää esimerkiksi omasta aurinkokunnastamme: Täällä, omalla takapihallamme, saattaa elämää esiintyä Marsissa, mutta sen lisäksi Jupiteria kiertävien kuiden, Europa ja Ganymede, jäisen pinnana alla olevasta merestä. Onpa väläytetty mahdollisuutta, että jonkinlaista elämää voisi olla Saturnuksen Titan kuulla, jossa metaani ja etaani esiintyvät kaikissa olomuodoissa.

Tämä viimeisin vaihtoehto on mahdollinen vain hyvin tarkkojen kriteerien toteutuessa, ja käsittääkseni se on mukana listassa vain sen vuoksi, että emme halua sulkea pois mitään mahdollisuutta vaikka ne olisivat hyvinkin heppoisesti perusteltu. Veden voittanutta liuotinta kun ei ole, joten elämän etsiminen on järkevää aloittaa olosuhteista, jossa vesi voi esiintyä kaikissa kolmessa olomuodossaan.

Neljäs vaihtoehto elämän esiintymiselle on komeetat. Tai tarkemmin sanottuna ne voisivat kantaa mukanaan pitkää talviunta nukkuvia (elämän)itiöitä muista tähtikunnista. Ajatus ei ole uusi, sillä se tunnetaan Panspermia-hypoteesina. Perusteet tälle ajatukselle löytyvät meteoriiteista, joista on löydetty runsaasti monenlaisia aminohappoja, jotka ovat myös Maassa elämän rakennuspalikoita.

Yhdysvallat (Nasa) yhdessä Euroopan avaruusjärjestön (ESA) kansa on rakentamassa JUICE-luotainta, jonka tarkoituksena on etsiä elämän merkkejä Europan ja Ganymedeen jäisen pinnan alta. Luotain laukaistaan pitkälle matkalleen vuonna 2022 ja perille se saapuu vasta 2030. Luotain asettuu aluksi kolmeksi vuodeksi Jupiteria kiertävälle radalla, josta se voi tehdä havaintoja koko Jupiterin järjestelmästä. Jos laitteistot ovat säilyneet toimintakuntoisina, luotain asettuu tämän jälkeen Ganymedea kiertävälle radalle.

Molemmilla kuilla (Europa ja Ganymede)on jäisen pintansa alla nestemäistä, sähköä johtavaa ainetta. Aine on (suolaista)vettä, sillä mikään muu ei vastaa niitä mittaustuloksia, mitä on aikaisemmilla luotaintutkimuksilla saatu. Molemmat kuut kiertävät Jupiteria sen verran lähellä, että kuihin syntyy voimakas vuorovesivoima. Vuoksen ja luoteen vaihtelu kuumentaa kuiden ytimiä ja seurauksena voi olla vulkaanista toimintaa kiviytimen ulkokerroksissa.

Vulkaaninen toiminta valtamerien pohjassa merkitsee ainakin maapallolla ns. "mustien savuttajien" syntymistä. Mustat savuttajat ovat kuumia lähteitä, joista virtaa ympäristöön veden kriittisen lämpötilan saavuttanutta vettä. Superkuumentunut vesi tehostaa veden yleisliuottimen ominaisuutta ja niinpä kallioperän syvyyksistä nouseva vesi sisältää runsaasti siihen liuenneita mineraaleja. Mineraalit saostuvat nopeasti jouduttuaan kosketuksiin kylmän veden kanssa, muodostaen tummaa metalli- ja rikkipitoista sakkaa. Sakka muodostaa tornimaisia rakenteita purkausaukon ympärille.

Runsas metalli- ja rikkipitoisuus houkuttelee bakteereja luokseen. Ne käyttävät ravinnokseen sakan rikkiyhdisteet ja samalla muodostavat alueellisen ja hyvin eksoottisen ekoyhteisön tuottajaportaan. Valtava ravintovara ei tietystikään jää käyttämättä, vaan mikrobikanta toimii lyhyen mutta hyvin tehokkaasti toimivan ravintoketjun alulle panijana. Mustien savuttajien ympäristössä onkin hyvin monipuolista elämää putkimadoista aina kaloihin ja rapuihin asti.

Mustat savuttajat voivat olla arkipäivää Europalla ja Ganymedella. Ainakin termistä energiaa on riittävästi ja Io-kuun vulkaaninen aktiivisuus ja rikkipitoisuus osoittavat meille, että ei myöskään raaka-aineista ole pulaa. Tuoko JUICE merkittäviä todisteita elämästä muualla aurinkokunnassa kuin Maassa, jää nähtäväksi. Jos havainnot tukevat elämän esiintymistä, astrobiologia saa todella siivet alleen ja luultavasti 2030-luvulle tultaessa voidaan olettaa elämän merkkien löytymisen eksoplaneetoilta olevan mahdollista. Pannaan kuitenkin tässä vaiheessa vielä "jäitä hattuun" , sillä edelleenkään emme tunne muuta elämää kuin mitä maapalloa esiintyvä on.