JUICEn RIME-anteeni aukesi viimein

ESAn Jupiteriin matkaava JUICE-luotaimen RIME-antennipuomi on viimein onnistuttu vapauttamaan kiinnikkeistään.

ESAn insinöörit ovat yli kolmeviikkoa yrittäneet erilaisilla keinoilla vapauttaa kiinnijuuttunutta pientä sokkaan, joka esti 16 metristä antennia avautumasta täyteen pituutensa. Keinot olivat luotaimen ravistelua ohjausraketeilla, sen kääntämistä asentoon, jossa auringonvalo lämmitti antennin kiinnityslaitetta ja lopulta täräyttämällä ns. ‘non-explosive actuator’ (NEA) -laitteella kiinnitysjärjestelmää.

Tässä kaaviossa on esitetty JUICEn havaintoinstrumentit, joita on kaikkiaan kymmenen. RIME on 16 metriä pitkä antenni, jolla havaitaan kuiden jäisen pinnan rakennetta aina 9 km syvyyteen asti.
Kuva ESA.

Irrotusyritysten aikana nähtiin, että antennit liikahtivat aina hieman eteenpäin mutta lopullinen irtoaminen saatiin viimein aikaan tällä erityisellä toimilaitteella. Itse asiassa ensimmäinen täräytys irrotti antennin muut osat mutta ei viimeistä palaa, joka vaati vielä toisen täräytyksen.

RIME-antenni on merkittävässä osassa Jupiterin kuiden pintarakenteiden havaitsemisessa. Laitteiston nimi on Radar for Icy Moons Exploration (RIME) ja se ilmaisee sen, että kyse on tutkasta, jolla voidaan kartoittaa kuiden jäisen pintakerroksen rakennetta. Laitteiston tutkaussyvyys on aina 9 km asti.

JUICEn lähtö sujui kuin oppikirjassa

ESAn uusin Jupiter-luotain lähti aikataulun mukaisesti kello 15.14 Suomen aikaa. Laukaisu sujui ennakkosuunnitelmien mukaisesti ja JUICE irrotettiin kantoraketin viimeisestä osasta noin puolituntia lähdön jälkeen.

Ariane 5 on juuri käynnistetty ja JUICE-luotaimen matka kohti Jupiteria on alkamassa. Kuva ESA.

Mitä tapahtuu seuraavaksi?

Kun lähdöstä oli kulunut 50 minuuttia, aurinkopaneelit otettiin käyttöön; kummankin "siiven" avaaminen kokonaan kestää alle minuutin. Nämä valtavat ristinmuotoiset järjestelmät, jotka ovat saaneet inspiraationsa tietoliikennesatelliittien suunnittelusta, varmistavat, että Juice kerää tarpeeksi aurinkoenergiaa pitääkseen kaikki instrumentit toiminnassa Jupiterin etäisyydellä. Aurinkopaneelien koko on valtava, sillä Jupiterin etäisyydellä Auringosta auringonvalon voimakkuus on vain 1/25 siitä, mitä se on Maan etäisyydellä.

Lähdön jälkeen 16 tunnin kuluttua keskivahvisteinen antenni otetaan käyttöön; tämä antenni yhdistää Juicen maan päällä oleviin operaatio-ohjaimiin, kun JUICEn pääantennia antennia käytetään aurinkosuojana. Sitä käytetään myös jäisten kuiden ohilennoilla, jolloin se palauttaa arvokasta dataa painovoimakokeilua varten innokkaasti odottaville tiedemiehille maan päällä.

Viiden vuorokauden kuluttua 16 metriä pitkä Radar for Icy Moons Exploration (RIME) -antenni otetaan käyttöön. Tämä instrumentti tekee mittauksia, jotka auttavat meitä tutkimaan Jupiterin kolmen suurimman jäisen kuun – Europan, Ganymeden ja Calliston – pinnan alla olevaa rakennetta.

10 vuorokauden kuluttua magnetometrin puomi otetaan käyttöön; Tämän 10,6 m pitkän puomin päässä JUICEsta on instrumentti magneettikenttien mittaamiseksi. Puomi pitää mittaussensorin etäällä luotaimen rungosta, jotta se voi tarkkailla Jupiteria ja sen jäisiä kuita ilman rungon sisäisten instrumenttien tuottamia häiriöitä.

12 vuorokauden kuluttua otetaan käyttöön Radio Wave Instrument (RWI) -antennit. Nämä ovat osia Radio and Plasma Wave Investigation (RPWI) -tutkimusta, jolla havaitaan radiosäteilyä ja plasmaympäristöä Jupiterin ja sen jäisten kuiden ympärillä.

Neljä Langmuir-luotainta otetaan käyttöön 13 – 17 vuorokautta laukaisun jälkeen. Nämä laitteet ovat myös osa RPWI:tä, ja niiden päätavoitteena on tarjota keskeistä tietoa plasmaympäristöstä Jupiterin jäisten kuiden ympärillä.

Kaikkien ulkoisten laitteiden ollessa paikoillaan Juice on nyt valmis aloittamaan pitkän ja vaikean matkansa Jupiteriin!

Reitti Jupiteriin

JUICEn reitit Jupiteriin ei ole suora, sillä luotain on ladattu täyteen havaintoinstrumenteilla, joten ajoainetta on hyvin minimaalisesti. Ajoaineen puute korvataan ohjaamalla luotain sarjaan lähiohituksia, joista jokanen kiihdyttää luotaimen vauhtia ja lopulta se pääsee tavoitteeseensa.

Ensimmäinen lähiohitus tapahtuu Maan ja Kuun kanssa yli vuoden kuluttua elokuussa 2024. Sen jälkeen on vuorossa Venus elokuussa 2025 ja sen jälkeen jälleen Maa syyskuussa 2026 ja vielä kerran Maa tammikuussa 2029. Tämän jälkeen vauhtia on kertynyt riittävästi ja luotain saapuu Jupiterin järjestelmään heinäkuussa 2031. 

Perille päästynään se asettuu Jupiteria kiertävälle radalla ja tekee 35 Jupiterin suurien kuiden lähiohitusta. Viimeisenä operaationa JUICE asettuu Ganymeden kiertoradalle, jossa se pysyttelee niin kauan kuin laitteiden kunto ja ohjaukseen tarvittavan ajoaineen määrä mahdollistavat. Aivan viimeisenä operaationaan JUICE muuttaa rataansa ja se ohjataan syöksyyn kohti Ganymeden pintaan. Tämä vihoviimeinen operaatio on välttämätön, jotta luotain ei joskus päätyisi Europaan.

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.

 

 

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.