SPHEREx-avaruusobservatorion lähtö onnistui

NASAn uusin astrofysiikan observatorio SPHEREx on matkalla tutkimaan maailmankaikkeutemme syntyä ja galaksien historiaa sekä etsimään elämän aineksia galaksistamme. SPHEREx, joka on lyhenne sanoista Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer, lähti 11. maaliskuuta kello 20.10 PDT SpaceX:n Falcon 9 kantorakettilla Space Launch Complex 4 East -laukaisukeskuksesta Vandenbergin avaruustukikohdasta Kaliforniassa.

Havainnekuva SPHEREx avaruusobservatoriosta Maan kiertoradalla. Kuva NASA.

SPHERExin mukana Falcon 9 -aluksessa oli neljä pientä satelliittia, jotka muodostavat viraston PUNCH-operaation (Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere), joilla havaitaan, miten Auringon ulompi ilmakehä muuttuu aurinkotuuleksi.

"Kaikki NASA:n tieteessä on sidoksissa toisiinsa, ja sekä SPHERExin että PUNCHin lähettäminen yhdellä raketilla kaksinkertaistaa mahdollisuudet tehdä uskomatonta tiedettä avaruudessa", sanoi Nicky Fox, NASA:n tiedeosaston apulaispäällikkö Washingtonin päämajassa. "Onnittelut molemmille tutkimusryhmille, jotka tutkivat kosmosta kaukaisista galakseista lähitähtiimme. Odotan innolla, mitä tietoja heiltä saadaan tulevina vuosina."

SPHERExiä hallinnoivan Etelä-Kaliforniassa sijaitsevan NASA:n Jet Propulsion Laboratory -laboratorion lennonjohto sai yhteyden avaruusobservatorioon kello 21.31 PDT. Observatorio aloittaa kaksivuotisen päätehtävänsä noin kuukauden mittaisen tarkastusjakson jälkeen, jonka aikana insinöörit ja tutkijat varmistavat, että avaruusalus toimii asianmukaisesti.

"Se, että uskomaton SPHEREx-tiimimme piti tämän tehtävän aikataulussa, vaikka Etelä-Kalifornian maastopalot pyyhkäisivät yhteisöämme, on osoitus heidän merkittävästä sitoutumisestaan syventää ihmiskunnan ymmärrystä maailmankaikkeudestamme", sanoi Laurie Leshin, NASA JPL:n johtaja. "Odotamme nyt innokkaasti SPHERExin koko taivaan kattavan tutkimuksen tieteellisiä läpimurtoja - mukaan lukien näkemyksiä siitä, miten maailmankaikkeus on saanut alkunsa ja missä elämän ainekset sijaitsevat."

PUNCH-satelliitit erottuivat onnistuneesti toisistaan noin 53 minuuttia laukaisun jälkeen, ja maanpäälliset lennonjohtajat ovat saaneet yhteyden kaikkiin neljään PUNCH-avaruusalukseen. Nyt PUNCH aloittaa 90 päivän käyttöönottojakson, jonka aikana neljä satelliittia asettuvat oikeaan kiertoratamuodostelmaan ja instrumentit kalibroidaan yhdeksi "virtuaaliseksi instrumentiksi" ennen kuin tutkijat alkavat analysoida kuvia aurinkotuulesta.

Molemmat avaruusalukset on suunniteltu toimimaan matalalla Maan kiertoradalla, Auringon synkronisella kiertoradalla päivä-yö-linjan (joka tunnetaan myös terminaattorina) yläpuolella, jotta Aurinko pysyy aina samassa asennossa avaruusalukseen nähden. Tämä on välttämätöntä, jotta SPHERExin teleskooppi pysyy suojassa Auringon valolta ja lämmöltä (molemmat estäisivät sen havainnot) ja jotta PUNCHilla on selkeä näkymä kaikkiin suuntiin Auringon ympäri.

Laaja-alaisten tieteellisten tavoitteidensa saavuttamiseksi SPHEREx luo 3D-kartan koko taivaankannesta kuuden kuukauden välein, mikä tarjoaa laajan perspektiivin täydentämään sellaisten avaruusteleskooppien työtä, jotka havainnoivat pienempiä osia taivaasta yksityiskohtaisemmin, kuten NASAn James Webb -avaruusteleskooppi ja Hubble-avaruusteleskooppi.

Tehtävässä käytetään spektroskopiaksi kutsuttua tekniikkaa, jolla mitataan etäisyyttä 450 miljoonaan galaksiin lähiuniversumissa. Niiden laajamittaiseen jakaumaan vaikutti hienovaraisesti lähes 13,8 miljardia vuotta sitten tapahtunut kosminen inflaatio, joka sai maailmankaikkeuden laajenemaan vähintään 10²⁶-kertaiseksi sekunnin murto-osassa alkuräjähdyksen jälkeen ajan hetkellä 10^-36 sekuntia. Joidenkin teorioiden mukaan laajeneminen saattoi olla jopa 10³⁰−10⁵⁰ -kertainen tai enemmän. Kosminen inflaatio päättyi ajan hetkellä 10^-32 sekuntia, jolloin maailmankaikkeuden lämpötila oli lähellä Plackin lämpötilaa 1,42×10³² K.

Tehtävässä mitataan myös kaikkien maailmankaikkeuden galaksien kollektiivista kokonaishehkua, mikä antaa uutta tietoa siitä, miten galaksit ovat muodostuneet ja kehittyneet kosmisen ajan kuluessa.

Spektroskopia voi myös paljastaa kosmisten kohteiden koostumuksen, ja SPHEREx havaitsee kotigalaksimme piilotettuja varastoja, joissa on jäätynyttä vesijäätä ja muita molekyylejä, kuten hiilidioksidia, jotka ovat välttämättömiä elämälle sellaisena kuin me sen tunnemme.

"Ihmiset ovat koko historian ajan kyselleet sellaisia kysymyksiä kuin 'Miten pääsimme tänne?' ja 'Olemmeko yksin?'", sanoo James Fanson, SPHEREx-projektin johtaja JPL:ssä. "Minusta on uskomatonta, että elämme nyt aikana, jolloin meillä on tieteelliset välineet, joiden avulla voimme alkaa vastata niihin."

NASA:n PUNCH tekee maailmanlaajuisia 3D-havaintoja Aurinkokunnan sisäosasta ja Auringon ulommasta ilmakehästä eli koronasta, jotta saadaan selville, miten sen massasta ja energiasta muodostuu aurinkotuuli, varattujen hiukkasten virta, joka puhaltaa Auringosta ulospäin kaikkiin suuntiin. Tehtävässä havaitaan avaruussääilmiöiden, kuten koronamassapurkausten, muodostumista ja kehittymistä, sillä ne voivat synnyttää energeettisen hiukkassäteilyn myrskyjä, jotka voivat vaarantaa avaruusaluksia ja astronautteja.

"Planeettojen välinen tila ei ole tyhjä tyhjyys. Se on täynnä myrskyisää aurinkotuulta, joka huuhtelee Maata", sanoo tehtävän päätutkija Craig DeForest Southwest Research Instisuutista. "PUNCH-operaation tarkoituksena on vastata peruskysymyksiin siitä, miten auringon kaltaiset tähdet tuottavat tähtituulet ja miten ne aiheuttavat vaarallisia avaruussääilmiöitä täällä maapallolla."

 

 Aikaisemmat uutiset

SPHEREx aloittaa tehtävänsä
PUNCH-observatoriot lähdössä
 

Asteroidi 2024 YR4 sujahtaa Maan ohi

Viime päivinä ja viikkoina jännityksessä pitänyt asteroidi 2024 YR4 ei tule törmäämään maapalloon, vaan menee läheltä ohi. Törmäystodennäköisyydeksi lasketaan tätä kirjoittaessani 0,28 prosenttia ja sen Torino asteikon lukema on 1 (Palermo asteikolla –1,23). Todennäköisesti nämäkin luvut tulevat pienenemään. Tällä hetkellä ohitusetäisyydeksi lasketaan 241 449 km, joskin virherajat ovat edelleen suuria, näillä näkymin ohittaminen tapahtuu 730 ja 532 247 km välillä.  

Toisaalta hyvin mielenkiintoista on se, että asteroidi voi törmätä Kuuhun. Tälle tapahtumalle lasketaan 1 prosentin todennäköisyyttä. Prosenttiluku ei kuitenkaan kerro sitä, että kuinka läheltä se Kuun ohittaa. Ratalaskujen mukaan lähin etäisyys vain 16 602 km, mutta laskennallisesti virherajat mukaan ottaen lyhyimmillään 1 011 km ja maksimietäisyys olisi 328 953 km. Ratalaskujen tarkentuessa kevään aikana nämä luvut tulevat todennäköisesti hieman muuttumaan.

NASAn InSight-luotain hiljeni

NASAn Jet Propulsion Laboratoryn (JPL) lennonjohtajat eivät ole saaneet yhteyttä laskeutujaan kahden peräkkäisen yrityksen jälkeen, minkä vuoksi he päättelivät, että avaruusaluksen aurinkoenergialla toimivista akuista oli loppunut energia.

InSight:n viimeinen selfie 24. huhtikuuta 2022. Luotain on peittynyt paljon enemmän pölyyn kuin joulukuussa 2018, pian laskeutumisen jälkeen otetussa ensimmäisessä selfiessä – tai sen toisessa selfiessä, joka otettiin maalis- ja huhtikuussa 2019. Kuva NASA.

NASA oli aiemmin päättänyt julistaa operaation päättyneeksi, jos laskeutuja epäonnistuu kahdessa viestintäyrityksessä. Virasto jatkaa luotaimen signaalin kuuntelemista varmuuden vuoksi, mutta sen kuulemista tässä vaiheessa pidetään epätodennäköisenä. Edellisen kerran InSight oli yhteydessä Maahan 15. joulukuuta.

InSight on lyhenne sanoista Interior Exploration with Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Luotaimen tehtävä oli havaita Marsin sisöisan syviä rakenteita. Laskeutujatiedot ovat tuottaneet tietoja Marsin sisäkerroksista, sen vaimentuneen magneettidynamon pinnan alla olevista yllättävän vahvoista jäännöksistä, laskeutumisalueen säästä ja havaita Marsin järistystoimintaa.

Luotaimen erittäin herkkä seismometri yhdessä ranskalaisen avaruusjärjestön Center National d'Etudes Spatialesin (CNES) ja ETH Zürichin hallinnoiman Marsquake Servicen päivittäisen valvonnan kanssa havaitsi 1 319 maanjäristystä, mukaan lukien meteoroidien törmäyksistä aiheutuneet järistykset.

Tällaiset vaikutukset auttavat tutkijoita määrittämään planeetan pinnan iän, ja seismometrin tiedot tarjoavat tutkijoille tavan tutkia planeetan kuorta, vaippaa ja ydintä.

Seismometri oli viimeinen havaintoinstrumentti, joka pysyi päällä, kun luotaimen aurinkopaneeleille kerääntynyt pöly vähensi vähitellen sen energiaa.

Kaikki marstehtävät kohtaavat haasteita, eikä InSight ollut poikkeus. Luotaimen marsperään kaivautuva sondi – lempinimeltään "myyrä”, oli tarkoitus tunkeutua noin 5 metrin syvyyteen. Se veti perässään useita antureita sisältänyt nauha, joka olisi mitannut planeetan sisältä tulevaa lämpöä. Näistä mittauksista tutkijat olisivat laskeneet energian määrän, joka on jäljellä Marsin muodostumisesta.

Muilla lennoilla nähtyä löysää hiekkaista maaperää varten suunniteltu myyrä ei pystynyt kuitenkaan saamaan pitoa InSightia ympäröivässä yllättävän tiiviistä marsperästä. Saksan ilmailukeskuksen (DLR) toimittama instrumentti onnistui tunkeutumaan lopulta noin 40 cm pinnan alle, keräten arvokasta tietoa Marsin maaperän fysikaalisista ja lämpöominaisuuksista matkan varrella. Tästä on hyötyä kaikissa tulevissa ihmis- tai robottitehtävissä, jotka yrittävät kaivautua pinnan alle.

Myyrän saatiin tungettua niin pitkälle kuin mahdollista, kiitos JPL:n ja DLR: n insinöörien, jotka käyttivät laskeutujan robottikäsivartta vasarana. Pääasiassa instrumenttien asettamiseen Marsin pinnalle tarkoitettu käsivarsi ja sen pieni kauha auttoivat myös poistamaan pölyä InSightin aurinkopaneeleista tehon vähentyessä.

NASA/JPL hallinnoiman InSightia kehittelyssä ja toiminnan valvomisessa oli mukana useita eurooppalaisia toimijoita:

CNES ja Saksan ilmailukeskus (DLR). CNES toimitti Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) -instrumentin, jonka päätutkija tuli IPGP:stä (Institut de Physique du Globe de Paris). IPGP:ltä tuli myös merkittävä panos SEIS-järjestelmään. Myös Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) Saksassa; Sveitsin liittovaltion teknologiainstituutti (ETH Zurich) Sveitsissä; Imperial College London ja Oxford University Yhdistyneessä kuningaskunnassa olivat mukana laitetoimittajina. Lisäksi DLR toimitti Heat Flow and Physical Properties -paketin (HP 3), jossa oli merkittävä panos Puolan tiedeakatemian avaruustutkimuskeskuksella (CBK) ja Puolan Astronikalta, sekä espanjalainen Centro de Astrobiología (CAB) toimitti sääaseman lämpötila- ja tuulianturit.

Asteroidin lähiohitus

Sunnuntaiaamuna (16.8.2020) kello 7.09 Suomen aikaa maapallon ohitti pieni asteroidi 2020 QG vain hieman alle 3000 km korkeudelta^[1]. Asteroidin kooksi arvioitiin 2 – 5 meträ, joten kovin suurta vahinkoa (jos lainkaan) se ei olisi saanut aikaan, vaikka joitakin kappaleita olisikin päätynyt maanpinnalle, tai tässä tapauksessa eteläiseen Tyyneen mereen asti.

Asteroidin lähiohitus tapahtui sunntaina kello 4.09 UTC aikaan. Kuva esittää astyroidin rataa (valkoinen viiva) suhteessa maapallon rataan (sininen viiva). Lisäksi kuvaan on merkitty Kuun rata. Pisteet viiveoilla esittävät kohteiden paikkoja ko. ajanhetkellä. Kuvakaappaus JPLn Small-Body Database Browserista.

Suurin ongelma tässä tapauksessa oli kuitenkin se, että asteroidi havaittiin vasta kun kuusi tuntia oli kulunut lähiohituksesta. Se lähestyi maapalloa ns. Auringon suunnasta, joten sen havaitseminen optisilla kaukoputkilla oli ja on mahdotonta. Vaikka maapallolla on toiminnassa kymmeniä asteroidien etsimis- ja kuvausohjelmia, yksikään niistä ei voi tehdä havaintoja ja löytöjä päivätaivaalta.

Lähivuosina tähän saattaa tulla muutos, sillä NASA on kehittämässä avaruuskaukoputkea, joka tekisi asteroidien etsintää avaruudesta, jolloin valoisa ilmakehä ei häiritse havaintoja. Tosin NASAn tehtävänä on etsiä vain yli 140 metrisiä järkäleitä, joiden lasketaan aiheuttavan kaupunkien kokoisella alueella merkittävää tuhoa ja ihmishenkien menetyksiä. Hyvällä onnella paljon pienemmätkin asteroidit tulevat havaituksi ennen maapallon ohitusta. NASAn avaruuskaukoputken arvioidaan valmistuvan vuoteen 2025 mennessä.

Mitä voitaisiin tehdä, jos NASAn alarajalle sijoittuva asteroidi havaitaan olevan suoralla törmäyskurssilla maapallon kanssa? Maapallon pinta-alasta noin 70 % on merta ja sen lisäksi on jonkin verran asumattomia vuoristoja, aavikkoja ja erämaita, joten törmäävän asteroisin mahdollisuus osua asutuskeskuksiin on suhteellisen pieni (ei kuitenkaan nolla). Tämä osumismahdollisuus oli melkein toteutua helmikuussa 2013 Tšeljabinskin kohdalla. Kaikeksi onneksi lähes 20 metrin asteroidi meni kuitenkin ohi ja pirstoutui ilmakehässä hieman kaupungin ulkopuolella. Vaurioita kuitenkin syntyi paineaallon vaikutuksesta ja yli tuhat ihmistä loukkaantui mm. särkyvistä ikkunoiden sirpaleita.

Vastausta kysymykseen on hieman vaikea antaa, sillä kaikki mahdolliset toimenpiteet vaativat aikaa toteuttamiseen. Usein aikaa ei kuitenkaan ole käytettävissä kovin paljoa, sillä nykyisin uudet asteroidit löydetään yhä useammin vain hyvin lyhyen ajan varoitusajalla ennen lähiohitusta. Esimerkiksi heinäkuussa 2019 havaittiin 130 metrinen asteroidi 2019 OK alle viikkoa ennen, kun se ohitti maapallon vain 72 400 km etäisyydeltä. Nykytekniikalla torjuntaan vaaditaan aikaa yleensä kymmeniä vuosia, joskus vielä pitempään. Kaiken lisäksi ensimmäistäkään testiä käytettävien torjuntatoimien toimivuudesta ei ole tehty, joten toistaiseksi olemme vain hyvän onnen varassa.

 

Huomautukset

[1] Ohitusetäisyydeksi JPL:n Small-Body Database Browser antaa 6,22×10^-5 au eli noin 9 305 km maapallon keskipisteestä, joka vastaa noin 2 945 km korkeutta. 

Huomaa, että mainitun sivuston ratapiirroksia tekevä ohjelma laskee mm etäisyyksiä hyvin pienellä tarkkuudella. Samalta sivulta löytyy taulukkomuodossa tarkemmat luvut.