Philae toimintakuntoinen: kerännyt dataa vuoden alusta alkaen!

Kuva ESA.

Teksti Ilmatieteenlaitos

Ensimmäisiä Philaen lähettämiä tietoja on nyt ehditty analysoida. Ilmatieteen laitoksen massamuisti näyttää säilyttäneen tietoja Philaen toiminnasta todennäköisesti vuoden alusta lähtien.

Ensimmäinen elonmerkki Philaesta saatiin illalla 13. kesäkuuta, jolloin heikko mutta selkeä radiolinkki syntyi emoalus Rosettan ja laskeutujan välille. Yhteys kesti yhteensä 85 sekuntia. Tietoja on nyt ehditty alustavasti analysoida ja tilanne näyttää erittäin hyvältä. Lyhyen radiolinkkiyhteyden aikana maahan saatiin 300 tietopakettia ja 8000 lisäpakettia on odottamassa siirtoa maahan.

Kerätyt tiedot sisältävät järjestelmän tilannetiedot, lämpötilan ja sähköjärjestelmän tiedot. "Tällä hetkellä näyttää siltä, että Philae aloitti toimintansa jo tämän vuoden alussa ja on tallentanut tietoja massamuistiin siitä lähtien", tutkimuspäällikkö Walter Schmidt kertoo. Philae näyttää toimivan noin 70 minuuttia komeetan reilun 12 tunnin mittaisen päivän aikana.

Ilmatieteen laitoksen rakentama massamuisti kriittisessä roolissa

Philaen CDMS (Command and Data Management System) sisältää Ilmatieteen laitoksessa kehitetyn ja rakennetun massamuistin. Massamuisti on nyt osoittautunut erittäin arvokkaaksi, sillä se on kerännyt ja säilyttänyt dataa jo vuoden alusta vaikka radioyhteyttä maahan ei ole saatu. "Tämä on oikea jymyuutinen paitsi mission, myös Ilmatieteen laitoksen kannalta", tutkimusprofessori Minna Palmroth sanoo.

Euroopan avaruusjärjestön ESAn tutkimusryhmät pohtivat nyt, miten toimintaa jatketaan mahdollisimman tehokkaasti. Ennen kuin ensimmäisiä komentoja tieteellisiä mittauksia varten voidaan Philaelle antaa, tarvitaan kuitenkin pysyvämpi yhteys Rosettan ja Philaen välille. Ensimmäiset mittaukset tulee tekemään Ilmatieteen laitoksen PP-mittalaite. PP-mittalaite keskittyy veden etsintään komeetan pinnalta.

Sunnuntaina 14. Philaeen saatiin lyhyt, muutaman sekunnin mittainen yhteys, josta voitiin todeta, että Philaen lämpötila on noussut -5 asteeseen.  Suurin osa Philaen aurinkopaneeleista toimii tällä hetkellä niin, että saatava teho on parhaimmillaan noin 24 wattia. Radioyhteys vaatii noin 19 wattia toimiakseen. "Tästä voidaan päätellä, että ollaan lähellä sitä, että pysyvämpi radioyhteys voidaan muodostaa Rosettan ja Philaen välille", Walter Schmidt arvioi.

Ensimmäiset tutkimustulokset Rosetasta julkaistu!

Komeetan P67 P :n alueet on nimetty egyptiläisten jumalien
mukaan. Alueiden nimet ja niiden merkitys on selostettu
tekstissä. Kuva ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Rosetta-luotaimen tekemät mittaukset ja kartoitukset komeetta 67P / Churyumov-Gerasimenkosta (67P) on nyt tutkittu ja julkaistu. Tieteellisten julkaisujen määrä kasvaa lähikuukausina merkittävästi, mutta jo nyt julkaistut tulokset ovat merkittävästi yksityiskohtaisempia kuin mitä milloinkaan komeetoista on voitu julkaista.

ESAn Rosetta-luotain saavutti komeetta 67P viime elokuussa ja asettui sitä kiertävälle radalle. Rosetan mukana oli laskeutumisluotain Philae, joka onnistui laskeutumaan komeetalle marraskuun 12. päivänä, mutta onnettomuudekseen kiinnitysjärjestelmät epäonnistuivat kiinnittäessään luotainta komeetan pintaan, joka sinkoutui johonkin varjoisaan koloon. Tämän lisäksi luotain joutui noin 30° kaltevaan asentoon ja sen seurauksena MUPUS (Multipurpose Sensors for Surface AND Subsurface Science) koetin ei onnistunut tunkeutumaan pintaa syvemmälle ja mitä ilmeisimmin myös rikkoontui. Pinta oli odotettua kovempaa jäätä.

Hiilidioksidin ja veden suhde komeetta 67 P:n eri alueilla.
Kuva ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team
MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Kolossaan Philae sai vain 1,5 h auringonvaloa aurinkokennoilleen komeetan 12,4 h pyörähdysajan aikana. Tämän seurauksena akut tyhjenivät muutaman kymmenen tunnin toiminnan jälkeen ja radioyhteys laskeutujaan katkesi 54 tunnin kuluttua laskeutumisesta. Laskeutujan kaikki kymmenen mittalaitetta ehtivät kuitenkin lähettää joitakin tietoja.  ESAn insinöörit uskovat Philaen selviävän äärimmäisestä kylmyydestä ja palaavan toimintakuntoon lähempänä komeetan periheliä ensi elokuussa, kun auringonvaloa on enemmän saatavilla.

Rosetta on jatkanut komeettaytimen havainnointia ja kartoitusta. Tutkijat ovat nimenneet ytimessä esiintyviä ja hieman erityyppisiä alueita muinaisten egyptiläisten jumalien mukaan. Alueita on kaikkiaan 19 erilaista, jotka jakaantuvat viiteen perustyyppiin; alueet ovat pölyisiä^[1], hauraasta materiaalista koostuvia alueita joissa on kuoppia ja pyöreitä alueita^[2], laajoja painumia^[3], laakeita alueita^[4] ja paljastuneita kovapintaisia alueita^[5]. ESA on julkaissut kartan johon nämä erityyppiset alueet on merkitty.

Komeetan haiduttamien kaasujen määrä ja pölyn erottuminen on
merkittävästi lisääntynyt viime kuukausina.
Kuva ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team
MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Aikaisemmat komeettahavainnot ovat tuoneet meille näkemyksen, että komeetan ilmakehä^[6], koma, on hyvin homogeeninen sisältäen tasaisesti vesihöyryä ja muita haihtuvia kaasuja (CO ja CO2 yms.). 67P:n kodalla tämä ei näyttä näin ole, sillä näiden kaasujen keskinäiset määräsuhteet vaihtelevat komeetan pyöriessä ja Rosettan kiertäessä radallaan ydintä. Kaasujen määräsuhteiden vaihtelu oli havaittavissa jo 200 km etäisyydeltä komeetasta jo ennen kuin luotain oli edes asettunut ydintä kiertävälle radalle.

Mielenkiintoinen havainto on myös se, kuinka komeetta kehittää itselleen magneettikentän.  Komeetan lähestyessä Aurinkoa, sen ytimestä haihtuva vesihöyry ionisoituu ultraviolettivalon vaikutuksesta. Vasta syntyneet ionit kiihdyttävät vauhtiaan aurinkotuulen hiukkasten toimiessa kiihdyttimenä. 

Aurinkoa lähestyessää komeettaan kohdistuva aina vain voimakkaampi lämpö nostaa koman tiheyttä ja ionisaatioastetta, jolloin jossakin vaiheessa ilmakehästä tulee sähköä johtava. Tällöin syntyy koko komeetan kattava magneettikenttä, joka luonnollisesti pyrkii pitämään yllä omaa muotoaan. Sen vuorovaikuttaessa aurinkotuulen kanssa syntyy sokkiaalto, joka ohjaa merkittävän osan aurinkotuulen hiukkasista komeetan sivuitse ja hidastaa magneettikenttään päätyvien hiukkasten nopeutta. Näin komeetan magneettikenttä suojaa sen ilmakehää aurinkotuulen rapauttavalta vaikutukselta.

Komeetta 67P / Churyumov-Gerasimenko koostuu kahdesta suuremmasta lohkosta ja niiden välisestä kannaksesta. Pienempi lohko on kooltaan 2,6×2,3×1,8 km ja suurempi lohko 4,1×3,3×1,8 km. Komeetan kokonaistilavuus on 21,4 km³ ja sen kokonaismassa on noin 10 miljardia tonnia. Näin ollen keskitiheys on 470 kg/m³, mikä on tavattoman vähän koska jäästä ja pölystä koostuvan kappaleen keskitiheys pitäisi olla luokkaa 1500–2000 kg/m³. Ainoa oikea päätelmä tästä on se, että komeettaytimen täytyy olla erittäin huokoinen (70–80 %), sen pinnanalaisessa rakenteessa täytyy olla onkaloita jotka ovat jääneet keskenään heikosti toisiinsa liittyneiden kappaleiden väliin.

Huomautukset

[1] Ma’at, Ash ja Babi

[2] Seth

[3] Hatmehit, Nut ja Aten

[4] Hapi, Imhotep ja Anubis

[5] Maftet, Bastet, Serqet, Hathor, Anuket, Khepry, Aker, Atum ja  Apis

[6] Monissa suomenkielisissä teksteissä käytetään myös nimitystä kaasukehä. Aivan tarkkaan ottaen ilmakehän ja kaasukehän välillä on ero, sillä ilmakehä koostuu suurelta osaltaan neutraaleista atomeista ja molekyyleistä, kun taas kaasukehän merkittävin osa on ionisoituneet atomit ja mahdollisesti molekyylit. Sillä, että onko ilmakehässä happea tai ei, ei ole merkitystä! Näin ollen planeetoilla ja kuilla on yleensä ilmakehä ja tähdillä kaasukehä (jos ilmaisua välttämättä halautaan tai tarvitsee käyttää).

Englanninkielisissä teksteissä näiden kahden olotilan välistä eroa ei yleensä tehdä (vaan se selviää asiayhteydestä) ja silloin siellä käytetään sanaa ”atmosphere”.

Rosetta-emoalus jatkaa aktivoituvan komeetan havainnointia

Komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenko. Kuva ESA.

Ilmatieteen laitos 19.11.2014 10:58

67P/Churyumov-Gerasimenko-komeetta saavuttaa kiertoratansa Aurinkoa lähimmän pisteen elokuussa 2015. Tuolloin se on lähempänä Aurinkoa kuin Mars. Komeettaan kohdistuva (Auringon) säteilyteho nousee noin kuusinkertaiseksi verrattuna tämänhetkiseen, jossa komeetta on vielä Marsin ja Jupiterin puolivälissä. Kasvava säteily höyrystää ytimen materiaalia, jolloin komeetan ympärille muodostuu ytimestä pakenevasta vedestä ja muista aineista koostuva huntu, koma. Tästä kasvaa pyrstötähden näkyvä pyrstö säteilypaineen ansiosta.

Rosetta on vasta tiedeohjelmansa alussa ja havainnoi komeetalta pakenevia kaasuja ja pölyä usealla eri mittalaitteella. Havainnoista saadaan yksityiskohtaista tietoa komeetan alkuainepitoisuuksista ja kemiallisesta koostumuksesta. Komeetan aktivoituminen sekä pyrstön muodostuminen ovat yksi keskeisiä Rosetan tutkimuskohteita.

Rosetalla useita Ilmatieteen laitoksen tutkimuslaitteita

Ilmatieteen laitos on osallistunut Rosetta-emoaluksen COSIMA-pölymittalaitteen, sekä ICA- (ionit), MIP- (plasma) ja LAP- (plasma ja elektronit) RPC-plasmamittalaitteiden rakentamiseen. Emoaluksen laitteet ovat hyvässä kunnossa ja jatkavat toimintaansa suunnitellusti. Laitoksella tutkitaan erityisesti Rosetta-emoaluksen COSIMA-mittalaitteen havaitsemia komeetan pölyhiukkasia sekä RPC-mittalaitteiden havaintoja ytimestä pakenevista kaasuista.

"COSIMA on pienoislaboratorio, jolla voidaan mitata yksittäisten pölyhiukkasten alkuainepitoisuuksia. Alkuaineiden perusteella voidaan määrittää, mitä mineraaleja komeetalta löytyy", kertoo Ilmatieteen laitoksen tutkija Riku Järvinen. COSIMA on jo kerännyt useita pölyhiukkasia ja määrittänyt mm. Boris-nimen saaneen pölyhiukkasen koostumusta. Boris sisältää COSIMAn tuottamien tulosten mukaan ainakin natriumia ja magnesiumia.

RPC-mittalaitteet havaitsevat sähköisesti varattuja hiukkasia, sekä komeetan sähkömagneettista ympäristöä eli plasmaa. Mittaukset kertovat siitä, miten komeetta vuorovaikuttaa Auringosta tulevan jatkuvan hiukkasvirran eli aurinkotuulen kanssa. RPC on havainnut komeetan lähellä värähtelevän magneettikentän, jonka aiheuttaa todennäköisesti komeetalta avaruuteen pakenevat ionisoituvat hiukkaset. Signaali on kuunneltavissa ääneksi muutettuna osoitteessa:
https://soundcloud.com/esaops/a-singing-comet

PP-mittalaite havannoi pinnan vesijääkerrosta

Ilmatieteen laitoksen Philae-laskeutujaan toimittamat SESAME/PP-mittalaite ja massamuisti toimivat hyvin laskeutumisvaiheessa ja myös rankan laskeutumisen jälkeen. PP-instrumentin mittaussarja viittaa siihen, että Philaen alla on vähintään osittain huomattava vesijääkerros. Tarkemmat yksityiskohdat ovat vielä analyysoitavana. PP:n sisarlaite SESAME/CASSE havaitsi akustisilla antureillaan, että pinnan lähellä oleva jääkerros on myös yllättävä kova.

Philae seisoo nyt alue "B":n reunassa puolivarjossa, mihin aurinko pääsee vain noin puolitoista tuntia komeetan 12,4 tuntia kestävän päivän aikana. Tämä riittää pitämään elektroniikan elossa niin, että energia riittää ottamaan radioyhteyden Rosettaan tammikuun aikana, jolloin komeetta on lähempänä Aurinkoa. Jos yhteys saadaan syntymään, havaintojen tekoa voidaan jatkaa syksyyn asti, koska nykyinen varjopaikka suojaa samalla laitteita ylikuumenemiselta Auringon lähellä.

Akun loppuminen vaivutti Philaen horrokseen

Kuva ESA.

Ilmatieteenlaitos 15.11.2014 9.17

Uusimpien tietojen mukaan Rosettan laskeutujan toiminta on toistaiseksi päättynyt ja Philae on vaipunut horrostilaan.

Uusimpien tietojen mukaan Rosettan laskeutumisaluksen akku on tyhjentynyt, eivätkä aurinkokennot ole saaneet tarpeeksi valoa. Laskeutujan toiminta on toistaiseksi päättynyt ja Philae on vaipunut horrostilaan.

Philae on toiminut tähän asti hyvin ja lähettänyt havaintoja, jotka on saatu turvallisesti maahan. Viimeisenä mittauksena se ehti porata komeetan pintaa. Philaeen katkesi yhteys viime yönä kesken radiosignaaliyhteyden.Tämä tarkoittaa, että Philae on nyt siirtynyt lepotilaan. Jos aurinkopaneelit tuottavat enemmän sähköä myöhemmin, kun komeetta on tullut lähemmäs Aurinkoa, on mahdollista, että laskeutujaan saadaan vielä uudelleen yhteys.

Philae pompahteli laskeutumisen jälkeen kuitenkin arvioiden mukaan noin kilometrin päähän alkuperäisestä laskeutumispaikasta ja päätyi jonkinlaiseen kuoppaan tai harjanteen juurelle. Sijainnin takia Philae jäi niin varjoisaan paikkaan, että auringon valo ei riittänyt akkujen lataamiseen.

Rosetta jatkaa komeetan tutkimista

Philae on nyt vaiennut, mutta Rosetta-luotain kiertää edelleen komeettaa ja jatkaa sen tutkimista. Se mm. kartoittaa komeetan pintaa ja analysoi siitä irtoavaa kaasua ja pölyä. Myös Philaeta yritetään edelleen löytää Rosetan ottamista kuvista.

Rosetan toiminnan on tarkoitus jatkua ainakin vuoden 2015 loppuun. Sinä aikana luotain seuraa, miten lisääntyvä lämpö saa Aurinkoa lähestyvän komeetan aktiivisuuden lisääntymään, ja miten 67P/Churyumov-Gerasimenko kasvattaa itselleen pyrstön. Ilmatieteen laitos on osallistunut neljän Rosettaan sijoitetun mittalaitteen rakentamiseen. Niistä yksi tutkii komeetan ympäristön pölyä ja kolme plasman eli sähköä johtavan kaasun ominaisuuksia.

Philae sammunee pian valon puutteen takia

67P/Churyumov-Gerasimenko -komeetta on kaksiosainen.
Kuva ESA.

Ilmatieteenlaitos 14.11.2014 9:50 ja 16.20

Rosettan laskeutumisalus pomppasi laskeutumisen jälkeen kahdesti ja päätyi varjoiseen koloon. Tämä vähentää aurinkopaneeleista saatavaa tehoa.

Philae on toiminut tähän asti hyvin ja lähettänyt runsaasti havaintoja, jotka on saatu turvallisesti maahan. Philae pomppi laskeutumisen jälkeen kuitenkin arvioiden mukaan noin kilometrin päähän alkuperäisestä laskeutumispaikasta ja on päätynyt jonkinlaiseen kuoppaan tai jyrkänteen juurelle. Sijaintia komeetalla ei ole vielä onnistuttu paikallistamaan Rosetta-luotaimen kuvista.

Philae päätyi niin varjoisaan paikkaan, että sen aurinkopaneelien saama valo ei riitä toiminnan jatkamiseen ja akut ehtynevät vuorokauden kuluessa. Jos laskeutujaan saadaan yhteys vielä perjantain ja lauantain välisenä yönä, sitä yritetään kääntää niin, että aurinkopaneeleista suurin kääntyisi suuntaan, josta valoa tulee. Tämäkään ei riittäne pitämään laskeutujaa toiminnassa, koska se saa valoa vain parin tunnin ajan komeetan 12-tuntisen pyörähdyksen aikana.

Kun Philaen akuista loppuu virta, se asettuu automaattisesti lepotilaan odottamaan, että aurinkopaneelit tuottaisivat riittävästi sähköä akkujen lämmittämiseen ja lataamiseen. Kun komeetta tulee lähemmäs Aurinkoa, aurinkopaneelien teho kasvaa, ja on vielä mahdollista, että laskeutujaan saadaan uudelleen yhteys myöhemmin.

Viimeiseksi vielä porataan

Uusimpien tietojen mukaan Philae on asettunut komeetan pinnalle tyydyttävän tukevasti. Useimmat mittalaitteet ovat jo saaneet tilaisuuden tehdä mittauksiaan. Perjantai-iltana Philae yrittää vielä kairata pienen näytteen pinnan alta ja analysoida sen minilaboratoriossaan. Poraamisyritys jätettiin viimeiseksi, koska riskinä on, että se voi liikauttaa laskeutujaa epätoivotulla tavalla.

Pora toimii, mutta koska komeetan pinta laskeutujan alla ei ole tasainen, sillä on aika pitkä matka komeettaperään. Jos Rosetta vielä yöllä saa yhteyden Philaeen, saamme toivottavasti tietää, onnistuiko se ottamaan näytteen, kertoi ESA juuri tiedotustilaisuudessaan.

Ilmatieteen laitoksen mittalaite toimii edelleen hyvin

Ensimmäisenä komeetan pinnalle tömähti Ilmatieteen laitoksen valmistama mittalaite, joka mittaa komeetan vesipitoisuutta. Suurin osa Philaen mittalaitteista on voinut tehdä työnsä suunnitelmien mukaan laskeutumisessa sattuneista yllätyksistä huolimatta.  Myös muut tutkimukset ovat jatkuneet suunnitelmien mukaan: MUPUS on tehnyt havaintoja lämmönjohtavuudesta ja  APXS materiaalianalyysejä sekä SESAME /CASSE on tutkinut mekaanisia ominaisuuksia.

Jo ennen Philaen laskeutumisyritystä Rosetta on tuottanut suuret määrät ainutkertaista tietoa komeetoista. Pelkkä saapuminen komeetan kiertoradalle oli ensimmäinen laatuaan avaruuslentojen historiassa. Tuloksien perusteella saadaan enemmän tietoa siitä, kuinka paljon komeetan pintakerroksessa on vesijäätä eri syvyyksissä, kuinka komeetan pyrstö syntyy, ja millaista on komeetan vuorovaikutus aurinkotuulen kanssa. Niiden tietojen avulla on mahdollista ymmärtää paremmin komeettojen kehitystä menneisyydessä ja käyttäytymistä, jos jokin komeetta tulisi törmäyskurssille Maan kanssa.

Rosettan Philae-alus voi hyvin ja lähettää mittaustuloksia

Philaen ensimmäiset kuvat panoraamana.
Kuva ESA/Rosetta/Philae/CIVA

Ilmatieteenlaitos 13.11.2014 14:35

Uusimpien tietojen mukaan Rosettan laskeutumisalus pomppasi laskeutumisen aikana kahdesti. Siitä se huolimatta se voi hyvin ja lähettää mittaustuloksia.

Tänä aamuna Philae oli yhteydessä Rosettaan kolmen tunnin ajan ja laskeutuja toimii hyvin. Philae on myös lähettänyt jo ensimmäisen valokuvan laskeutumispaikastaan. Tämänhetkisten tietojen mukaan Philae on asettunut komeetan pinnalle, mutta on kiinnittynyt siihen heikosti tai ei lainkaan: jalkojen kolmesta ruuvista kaksi on uponnut pinta-ainekseen, ja ankkurointiharppuunat eivät lauenneet laskun yhteydessä.

"Tilanne on hieman riskialtis, koska painovoima pyrstötähdellä on äärimmäisen heikko: 100 kilogramman massainen laskeutuja painaa siellä vain muutamia grammoja. Philaen oma liikehdintä tai esimerkiksi komeetasta purkautuva kaasusuihku voisi saada sen siirtymään tai pahimmassa tapauksessa työntää sen ajelehtimaan avaruuteen", kommentoi Ilmatieteen laitoksen tutkija Tiera Laitinen.

Poraukset lennonjohdon harkinnassa

Ongelmia voi aiheutua poralle, jonka on tarkoitus porata näyte noin 23 cm:n syvyydeltä pinnan alta, sekä anturille, jonka on tarkoitus tunnustella pinnan kovuutta ja muita ominaisuuksia mekaanisesti. Niiden käyttö saattaisi työntää koko laskeutujan irti pinnasta. Lennonjohto harkitsee nyt, voidaanko niitä käyttää.

Jos laskeutujan pitävästä kiinnittymisestä ei saada varmuutta, poran ja tunnusteluanturin käyttöä lykättäneen kunnes muut laitteet ovat saaneet ainakin tärkeimmät mittauksensa tehtyä. Sen jälkeen voidaan alkaa ottaa enemmän riskejä. Lennonjohto myös harkitsee, yritetäänkö ankkurointiharppuunojen laukaisua vielä uudestaan.

Ilmatieteen laitoksen mittalaite toimii hyvin

Ensimmäisenä komeetan pinnalle tömähti Ilmatieteen laitoksen valmistama mittalaite, joka mittaa komeetan vesipitoisuutta. Philae on aloittanut tieteellisten mittausten tekemisen, ja suurin osa sen mittalaitteista voi tehdä työnsä suunnitelmien mukaan heikosta kiinnityksestä huolimatta.

"Tämänhetkisten tietojen mukaan Ilmatieteen laitoksen kehittämä mittalaite on toiminut hyvin ja se on kalibroitunut pienistä häiriöistä huolimatta. Mittaukset tulevat onnistumaan hyvin", arvioi mittalaitteen "isä" Walter Schmidt, Ilmatieteen laitoksesta. Ilmatieteen laitoksen rakentama Philaen massamuistiyksikkö on myös toiminut odotusten mukaisesti. Massamuistiyksikkö käsittelee kaiken kerätyn datan lähetettäväksi emoalukseen ja sitä kautta Maahan.

Jo ennen Philaen laskeutumisyritystä Rosetta on tuottanut suuret määrät ainutkertaista tietoa komeetoista. Pelkkä saapuminen komeetan kiertoradalle oli ensimmäinen laatuaan avaruuslentojen historiassa. Vasta komeetan muodon selvittyä ja kiertoradalta tapahtuneen massan määrittämisen jälkeen on ensimmäistä kertaa voitu laskea komeetan tiheys, joka on hieman alle puolet veden tiheydestä. Tiheys on alustavien tulosten mukaan aiempaa arvioitua pienempi.

Tuloksien perusteella saadaan enemmän tietoa siitä, kuinka paljon komeetan pintakerroksessa on vesijäätä eri syvyyksissä, kuinka komeetan pyrstö syntyy, ja millaista on komeetan vuorovaikutus aurinkotuulen kanssa. Niiden tietojen avulla on mahdollista ymmärtää paremmin komeettojen kehitystä menneisyydessä ja käyttäytymistä, jos jokin komeetta tulisi törmäyskurssille Maan kanssa. Ilmatieteen laitoksen mittarista selvitetään komeetan vesipitoisuutta.

Laskeutumisalus laskeutui onnistuneesti komeetan pinnalle

Taiteilijan näkemys Philae-luotaimesta komeetan pinnalla.
Kuva ESA/ATG medialab.

Ilmatieteenlaitos 12.11.2014 18:20

Euroopan avaruusjärjestön ESAn komeettaluotain Rosettasta lähetetty laskeutumisalus Philae laskeutui onnistuneesti klo 17.34 Suomen aikaa komeetan pinnalle.

Aamupäivällä komeettaluotain Rosettasta matkaan lähetetty Philae-laskeutuja laskeutui seitsemäntuntisen matkan jälkeen komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenkon laskeutumispaikalle, joka sijaitsee komeetan kaksiosaisen ytimen pienemmän puoliskon laella.

Ensimmäisenä komeetan pinnalle tömähti Ilmatieteen laitoksen valmistama mittalaite, joka mittaa komeetan vesipitoisuutta. Tämänhetkisten tietojen mukaan Ilmatieteen laitoksen kehittämä mittalaite ja Ilmatieteen laitoksen rakentama Philaen massamuistiyksikkö ovat toimineet odotusten mukaisesti. Massamuistiyksikkö käsittelee kaiken kerätyn datan lähetettäväksi emoalukseen ja sitä kautta Maahan.

"Onnistunut laskeutuminen on valtava menestystarina, sillä komeetalle ei ole koskaan aikaisemmin laskeuduttu. Ilmatieteen laitoksen rooli on hankkeessa suuri, joten tämä on samalla suuri taidonnäyte suomalaisesta osaamisesta", toteaa Ilmatieteen laitoksen tutkimusprofessori Minna Palmroth.

Komeetan vesipitoisuutta mittaavan PP-laitteen lisäksi Ilmatieteen laitoksessa on rakennettu Philaen massamuistiyksikkö, joka käsittelee kaiken kerätyn datan lähetettäväksi emoalukseen ja sitä kautta Maahan.

Komeettaa tutkitaan maaliskuuhun 2015 asti

Ensimmäiset kuvat ja laskeutumismittaukset lähetettiin suoraan Rosetta-luotaimelle aktiivisen radioyhteyden välityksellä. Kuvat olivat saatavilla maassa jo ennen vahvistusta laskeutumisen onnistumisesta. Laskeutumisen aikana sekä Rosetan kamerat että Philaen CIVA-kamera ottivat useita kuvia, joista ensimmäinen otettiin heti irtoamisen jälkeen klo 10.35. Useat eri laitteet hyödynsivät pitkän laskeutumisajan komeetan lähiympäristön tutkimiseen ja kalibrointien suorittamiseen.

Laskeutumista kuvanneen ROLIS-kameran yksityiskohtaisten kuvien odotetaan olevan saatavilla myöhemmin yöllä, kun valvontatietokone on määritellyt asetuksensa uudelleen komeetan pinnalla tapahtuvia toimintoja varten.

"Tällä välin alkavat kaikkien laitteiden esiohjelmoidut mittaukset, jotka jatkuvat siihen saakka, kunnes pääpatteri tyhjenee 14. marraskuuta. Sen jälkeen Philaen kolme sivupintaa ja yläpinnan peittävät aurinkokennot lataavat ladattavat akut, minkä jälkeen toiminta jatkuu toivottavasti maaliskuun puoleenväliin 2015", kertoo Ilmatieteen laitoksen tutkimuspäällikkö Walter Schmidt.

Tuloksien perusteella saadaan enemmän tietoa siitä, kuinka paljon komeetan pintakerroksessa on vesijäätä eri syvyyksissä, kuinka komeetan pyrstö syntyy, ja millaista on komeetan vuorovaikutus aurinkotuulen kanssa. Niiden tietojen avulla on mahdollista ymmärtää paremmin komeettojen kehitystä menneisyydessä ja käyttäytymistä, jos jokin komeetta tulisi törmäyskurssille Maan kanssa.

Philae-luotainta valmistellaan komeetalle laskeutumiseen

Taiteilijan näkemys Philae-luotaimesta komeetan pinnan
läheisyydessä. Kuva ESA/ATG medialab.

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Rosetta-luotaimen mukana komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenkon kiertoradalla olevaa Philae-luotainta valmistellaan ensi keskiviikkona (12.11.2014) tapahtuvaan irrottautumiseen ja laskeutumiseen komeetalle. Tehtävä ei ole kovinkaan helppo, sillä mitään vastaavaa ei ole aikaisemmin kokeiltu.

Komeetta ja sitä kiertävät luotaimet ovat keskiviikkona 511 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta. Radiosignaalilta kuluu 28 minuutti 20 sekuntia matkan kulkemiseen, joten aivan reaaliajassa tapahtumia emme pysty seuraamaan.

ESAn julkaiseman aikataulun mukaan irrottautuminen tapahtuu 10.46.20 Suomen aikaa. Sen jälkeen Philae lähestyy hiljalleen komeettaa. Matkaa komeetan massakeskipisteeseen on 22,5 km ja laskeutumiseen odotetaan kuluvan aikaa noin 7 tuntia. Jos laskeutuminen onnistuu, niin tieto siitä pitäisi saapua Maahan noin kello 18.02.20 aikaan. Ajat ovat kuitenkin arvioita ja saattavat poiketa jonkin verran suunnitellusta.

Rosettan otama kuva komeetta
67P/Churyumov-Gerasimenkon varjon 
puolelta, joka tulee olemaan kohti
Aurinkoa komeetan ollessa perihelissä.
Kuva ESA/Rosetta/NAVCAM –
CC BY-SA IGO 3.0

Komeetan gravitaatiokenttä on niin heikko, että laskeutumisen onnistuminen ei ole mitenkään varmaa. Jotta Philae pysyisi varmasti komeetan pinnalla, se kiinnitettään pienillä räjähdyspanoksilla toimivilla harppuunoilla, joita on kaksi kappaletta. 

Ennen kuin luotain on luotettavasti kiinnittynyt komeetan pintaan, luotaimen ohjausrakettimoottoreita käytetään noin 15 sekunnin ajan ensi kosketuksen jälkeen. Näin varmistetaan, että harppuunoiden laukaiseminen eikä muutkaan häiriöt heitä luotainta pois komeetalta. Harppuunoiden lisäksi laskutelineissä on jääruuvit, jotka voidaan tarvittaessa kiertää kiinni komeetan pintaan.

Philae laskeutuu J-alueelle

Kuvassa on Philaen laskeutumispaikka.
Kuva ESA.

Komeettaluotain Rosettan laskeutumisosa Philae tulee yrittämään laskeutumista komeetta 67P/Churyumov–Gerasimenko’n pinnalle marraskuun 11. päivänä. 

Laskeutumisesta perinteisessä mielessä tuskin voidaan puhua, sillä pysyäkseen komeetan pinnalla Philaen pitää kiinnittyä siihen jääruuvein. Kiinnittymisen tekee välttämättömäksi komeetan heikko gravitaatio ja ilman sitä laskeutumisluotain voisi lennähtää hallitsemattomasti takaisin avaruuteen pienimmästäkin häiriöstä.

Alue J komeetalla on suhteellisen tasainen, vaikkakin siellä on suurehkoja kiviä ja muita epätasaisuuksia aivan riittävästi suunnitelman epäonnistumiselle. Varalle on valittu paikka C.

Rosetta tai edes Philae eivät ole ensimmäisiä luotaimia, jotka ovat onnistuneet päästä vaurioitta komeettaytimen tai asteroidin läheisyyteen. Vuonna 1986 komeetta Halleyta havaitsi viiden avaruusluotaimen parvi, joista ESAn Giotto-luotain lähestyi komeettaa vain 600 km etäisyyteen. Giotton kuvasaalis jäi vähäiseksi, mutta osoittautui hyvin merkittäväksi. Kuvausten lisäksi Giotto  teki koko joukon merkittäviksi osoittautuneita mittauksia, joten kameran menettäminen ei tieteellisesti ollut kovinkaan merkittävä asia.

Giotton jälkeen tärkeimmäksi asteroidiluotaimeksi muodostui Nasan Near Earth Asteroid Rendezvous, joka lähestyi ja lopulta laskeutui Eros-asteroidille vuonna 2000. Laskeutuminen onnistui hyvin vaikka luotainta ei ollut tällaiseen toimintaan suunniteltukaan.

Seuraava yritys lähestyä komeettoja tehtiin vuonna 2004, jolloin Nasan Stardust-luotain ohitti komeetta Wild-2:n keräten pölynäytteitä aerogeelinäytekehräimeen. Näytteet tuotiin Maahan tammikuussa 2006.

Nasan Deep Impact -luotain ja sen törmäysosa saavuttivat komeetta Tempel 1:n heinäkuussa 2005. Itse luotain keräsin pölynäytteitä ja törmäysosa aiheutti komeetan pinnalla törmäysräjähdyksen, joka kaivoi useiden kymmenien metrien kokoisen kraatterin. Suurin osa kraatterin aineesta sinkoutui ja höyrystyi avaruuteen; pilveä havaittiin itse luotaimesta ja myös maanpinnalla olevissa observatorioissa.

Japanin Hayabusa-luotain lähestyi ja jopa kosketti kahdesti asteroidi 25143 Itokawa’a marraskuun 12. ja 25. päivinä vuonna 2005. Luotaimessa esiintyi teknisiä ongelmia, mutta niistä huolimatta pieni määrä näytteitä saatiin kerättyä ja jopa tuotua Maahan vuonna 2010. 

Monet muutkin avaruusluotaimet ovat ohi mennessään tehneet havaintoja ja ottaneet valokuvia asteroideista. Niistä havainnoista on muodostunut tärkeä tietokanta tutkittaessa niin asteroidien kuin komeettojenkin ominaisuuksia; mitään selkeää rajaa näiden kahden kohderyhmän välille ei voidakaan vetää, sillä asteroideissa on havaittu komeettamaisia ominaisuuksia ja päinvastoin.

Katso myös ESAn tiedotustilaisuus laskeutumispaikasta:

Rosetta käynnistyi pitkästä valmiustilasta

Kuva ESA.

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) komeettaluotain Rosetta käynnistyi 31 kuukautta kestäneestä valmiustilasta eilen. Käynnistymisestä kertova radioviesti otettiin vastaan Nasan Golstonen ja Canberran maa-asemilla kello 20.18 Suomen aikaa. Avoin radioikkuna oli ensimmäinen mahdollinen luotaimen sisäisen ohjelmoinnin antaman käynnistyskomentojen jälkeen. ESAn Darmstadtissa sijaitseva avaruustoimintojen komentokeskus vahvisti käynnistymisen onnistuneen.

Rosetta oli käynnistymisen aikaan 673 miljoonan kilometrin etäisyydellä Auringosta ja 9 miljoonan kilometrin etäisyydellä kohteestaan, komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenko’sta[1]. Ensimmäiset kuvat komeetasta luotaimen pitäisi ottaa toukokuussa, jolloin etäisyys on lyhentynyt kahteen miljoonaan kilometriin. Komeetan kiertoradalle Rosetta asettuu ensi elokuussa. 

Kiertoradalta Rosetta kartoittaa komeettaytimen ja auttaa näin tutkijoita valitsemaan Philaen laskeutumisalueen. Tämän hetkisten suunnitelmien mukaan Philaen pitäisi kiinnittyä komeettaan marraskuun 11. päivänä. Gravitaatio[2] on sen verran heikko, että Philae ei pysyisi komeetan pinnalla, ellei se kairaisi laskeutumisjaloissa olevia jääruuveja komeettaan kiinni.

Philaessa on kaikkiaan kymmenen tutkimusinstrumenttia. Se mm. kairaa näytteitä komeetan pinnan alta noin 23 cm syvyydestä ja analysoi sen pienoislaboratoriossaan.

Rosetta pysyttelee komeetta kiertävällä radalla vuoden 2015 loppupuolelle asti. Sen jälkeen se poistuu Aurinkoa kiertävälle radalle ja sen tutkimuslaitteet sammutetaan. 

Huomautukset

[1] Komeetan periheli on 13.8.2015 ja perihelietäisyys Maan ja Marsin ratojen välissä noin 185 miljoonan kilometrin etäisyydellä Auringosta.

[2] Komeetan ytimen koko on vain noin 4 km.

---

Rosetta lähestyy kohdettaan

Rosetta ja Philae komeetan
kiertoradalla. Kuva ESA.

Euroopan avaruusjärjestö (ESA) laukaisi avaruusluotaimen pitkälle matkalleen maaliskuun 2. päivänä 2004. Luotaimen nimi on Rosetta[1] ja sen päämäärä on asettua komeettaa 67P/Churyumov-Gerasimenko kiertävälle radalle tämän vuoden elokuussa. Rosetan mukana on laskeutumisosa (Philae), joka lähestyy ja yrittää kiinnittyä komeetan jäiseen ytimeen marraskuussa. Jos kaikki menee suunnitelmien mukaan Rosetta ja Philae tekevät havaintoja komeetan lähestyessä periheliään, jonka se saavuttaa 13. elokuuta 2015. Päätettävä päättyy 31.12.2015.

Rosetan pitkä ”talviuni”[2] päätetään parin viikon kuluttua tammikuun 20. päivänä. Tällöin sen havaintolaitteet käynnistetään ja niille tehdään tarkistustestit. Jos ongelmia ei esiinny, kaiken pitäisi olla valmista komeetan kohtaamiseen ja sen kiertoradalle asettumiseen hyvissä ajoin ennen elokuuta.

Rosetta ei ole ollut koko matkansa kymmentä vuotta sammutettuna, vaan se on tehnyt mittauksia ja havaintoja aina tilaisuuden tullessa. Useimmin sen laitteistot ovat olleet käytössä Maan ja Marsin lähiohitusten aikana[3]. Matka-aika muodostui alun perin suunniteltua pidemmäksi, sillä luotaimen alkuperäisenä kohteena li komeetta 46P/Wirtanen[4].

Maan ja Marsin lähiohituksilla muutettiin luotaimen rataa. Ilman niitä Rosettan olisi ollut mahdotonta saavuttaa komeetta. Lähiohitusten lisäksi Rosetta teki kaksi asteroidin ohitusta, joiden aikana luotain teki mittauksia ja otti valokuvia[5].

Rosetta saavuttaa komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenko’n ensi elokuussa. Luotain asettuu komeettaydintä kiertävälle radalle, jossa seuraa komeettaa sen ohittaessa ratansa perihelin.

Philae komeetan pinnalla. Kuva ESA.

Kiertoradalle asettumisen jälkeen seuraava kriittinen tapahtuma on Philae’n irrottautuminen ja laskeutuminen komeetan jäiselle pinnalle. Ytimen massa ja siitä johtuva gravitaatio on niin pien, että laskeutuminen on käytännössä telakoitumista. Jotta Philae pysyisi komeettaytimellä, sen täytyy kiinnittyä siihen. Tätä tarkoitusta varten laskeutumisosan laskutelineissä on jääruuvit, jotka kairaituvat komeetan jäisen pintaan heti laskeutumisen tapahduttua. Jotta kairautuminen mahdollistuisi, laskeutumisosassa on pieni kaasusäiliö ja suutin, josta purkautuvan kaasun reaktiovoima painaa luotaimen komeetta vasten.

Luotaimet toimivat suunnitelmien mukaan koko periheliohituksen ajan aina vuoden 2015 loppuun. Tänä aikana komeetta ja molemmat luotaimet päätyvät takaisin Jupiterin radan tutumaan.

Rosetta on huomattava kansainvälinen yhteistyöprojekti. Koko projektin kustannus on noin miljardin euron luokkaa. Mukana ovat lähes kaikki ESAn jäsenvaltiot ja näiden lisäksi USA, Kanada ja Australia. Suomesta mukana on Patria Finavitec, joka perinteisesti on toimittanut tutkimuslaitteistojen virran- ja tehonhallintaelektroniikkaa. Ilmatieteenlaitoksen planeettattutkimusryhmä on osallistunut kuuden havaintoinstrumentin suunnitteluun ja rakentamiseen. Näiden lisäksi peräti 45 suomalaista alihankkijaa on ollut osallisena projektissa.

Huomautukset

[1] Rosetta: Massa laukaistaessa 2900 kg, Philae 100 kg, koko 2,8×2,1×2,0 m, aurinkopaneelit 14 m pitkiä. Aurinkopaneelien pinta-ala on 64 m². Suuri pinta-ala on tarpeen, sillä Auringon säteilyteho Jupiterin radan tuntumassa on vain noin 4 % siitä mitä se on maapallon kohdalla. 

Rosetassa on kaikkiaan 11 tutkimusinstrumenttia ja Philaessa 9 tutkimusinstrumenttia. Luotaimen tarkoituksena on koota riittävästi havaintoja komeetan lähestyessä ratansa periheliä, jotta tutkijat voivat ymmärtää kaikkea sitä mitä tapahtuu komeetassa radan tässä vaiheessa.

[2] "Talviuni" (engl. hibernation) tarkoittaa luotainten tutkimuslaitteiden asettamista energiansäästötilaan, jolloin ainoastaan toimintakunnon yläpitoon liittyvät toiminnot ovat käytössä. Näitä toimintoja ovat lämmitys ja ongelma- ja vikatilojen valvonta.

[3] Lähiohitukset tapahtuivat: 4. maaliskuuta 2005 ensimmäinen Maan ohitus, 25. helmikuuta 2007 Marsin ohitus, 13. marraskuuta 2007 toinen Maan ohitus, 5. syyskuuta asteroidi 2867 Steins’n ohilento, 13. marraskuuta 2009 kolmas Maan ohilento, 10.heinäkuuta 2010 asteroidin 21 Lutetia’n ohilento, 8.6.20011–20.1.2014 luotain oli "talviuni"-tilassa.

[4] Ariane 5 ECA -kantoraketin ongelmien vuoksi joulukuussa 2002 luotaimen laukaisua päätettiin lykätä, jolloin kohteen laukaisuikkuna tammikuussa 2003 sulkeutui. Jos suunnitelma olisi toteutunut, Rosetta olisi kohdannut 46P/Wirtasen vuonna 2011.

[5] Ensimmäinen asteroidin ohitus tapahtui 5. syyskuuta 2008. Silloin Rosetta ohitti 2867 Steins -asteroidin välimatkan ollessa lyhyimmillään vain 802,6 km. Ohitus tapahtui asteroidin valaistulta puolelta, joten luotain pystyi tekemään havaintoja ja ottamaan valokuvia koko ohituksen ajan. Ohituksen aikana Steins oli 2,14 au etäisyydellä Auringosta ja 2,41 au etäisyydellä Maasta. Kuvien paras erotuskyky oli parempi kuin 2 km.

Toinen asteroidin lähiohitus tapahtui 10. heinäkuuta 2010. Tällöin Rosetta ohitti 21 Lutetian, joka on Steinsä kymmen kertaa suurempi. Lutetian mitat ovat 126×103×95 km. Lähin etäisyys asteroidiin oli 3162 km.