NASAn Psyche-luotain lähti kohti Psyche-asteroidia

NASAn Psyche-avaruusalus on matkalla samannimiseen metallipitoisen asteroidin kiertoradalle. Luotaimen lähtö onnisti suunnitelmien mukaisesti perjantaina 13.10. 2023 kello 17.19 Suomen aikaa SpaceX Falcon Heavy -raketilla laukaisualustalta 39A:lta NASAn Kennedyn avaruuskeskuksessa Floridassa.

Havainnekuva Psyche-luotaimesta saman nimisen asteroidin kiertoradalla. Luotain saa käyttövoimansa aurinkokennoista, joiden koko on valtava itse luotaimeen verrattuna. Tämä johtuu siitä, että asteroidin rata on sijoittunut pääasteroidivyöhykkeelle, jossa auringonsäteilyn voimakkuus on vain murto-osa siitä, minkä maapallo vastaanottaa. Kuvan NASA.

Luotaimessa on mukana NASAn Deep Space Optical Communications -teknologian kokeiluversio syväavaruuden laserviestintälaitteistosta, joka voisi tukea tulevia tutkimustehtäviä tarjoamalla enemmän kaistanleveyttä tiedonsiirtoon kuin perinteinen radiotaajuusviestintä.

Elokuussa 2029 avaruusalus asettuu Psyche-asteroidin kiertoradalle. Asteroidin halkaisija on 279 kilometriä ja se on ainoa metalliluokan asteroidi, jota on koskaan tutkittu. Psychen korkean rauta-nikkelimetallipitoisuuden vuoksi tutkijat uskovat, että se voi olla planetesimaalin osittainen ydin, varhaisen planeetan rakennuspalikka. Tavoitteena on tehdä havaintoja ja mittauksia 26 kuukauden ajan.

Kuuden vuoden 3,6 miljardin kilometrin matkansa Marsin ja Jupiterin väliselle pääasteroidivyöhykkeelle, Psyche tuottaa propulsiovoimansa aurinkosähköisesti. Työntövoima tuotetaan ksenonin varattuja ioneja kiihdyttämällä voimakkaassa sähkökentässä hyvin suureen nopeuteen. Näin syntyvä propulsiovoima on heikko mutta ionimoottorin käyttöaika on pitkä, joten suuri kokonaisimpulssi mahdollistaa suuret nopeudet ja erittäin tehokkaan ajoaineen käytön. Marsin ohituksella luotaimen lentonopeutta edelleen ja tarvittavan ajoaineen määrää saadaan näin vähennettyä.

Tehtävän ensimmäiset 100 vuorokautta on käyttöönottovaihe, jonka aikana tarkistetaan ja säädetään kaikki lentojärjestelmät. Erityisesti varmistetaan, että ionimoottori toimii suunnitellusti.

Luotaimessa on useita instrumentteja havainnointiin – magnetometri, gamma- ja neutronispektrometri sekä monispektrisen kuvannin (siis hyvin kehittynyt ja monitoimintoinen kamera) – joiden aktiivinen tarkistus alkaa noin kuuden viikon kuluttua. Tänä aikana kuvannin ottaa ensimmäiset kuvat kalibrointia varten kohdistettuna tavallisiin tähtiin ja tähtijoukkoon käyttäen useita eri valotuksia ja useilla eri suodattimia.  Psyche-tiimi julkaisee raakakuvat internetissä kaikkia nähtäväksi.

Ensimmäinen mahdollisuus käynnistää optisen viestintätekniikan kokeiluversio on odotettavissa noin kolmen viikon kuluttua, jolloin Psyche olisi noin 7,5 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta. Tämä on NASAn ensimmäinen suuren tiedonsiirtonopeuden optisen tai laserviestinnän testi Kuuta kauemmaksi. Testilaitteistolla ei kuitenkaan välitetä Psychen varsinaisen tehtävän aikana kerättyjä tietoja, vaan ne välittyvät tavallisina radioaaltoina Maahan.

Lisätietoja NASAn Psyche-lennosta on osoitteessa:

https://www.nasa.gov/psyche

 

ESO kuvasi aurinkokuntamme suurimpia asteroideja

eso2114fi — Valokuvan julkistus — Pasi Nurmi

12. lokakuuta 2021

Tähtitieteilijät ovat kuvanneet 42 asteroidia, jotka ovat Marsin ja Jupiterin välisen asteroidivyöhykkeen suurimpia kohteita. Havainnot on tehty Euroopan eteläisen observatorion Chilessä sijaitsevalla Very Large Telescope (ESO:n VLT) kaukoputkella. Koskaan aiemmin näin suurta asteroidien joukkoa ei olla kuvattu yhtä tarkasti. Havainnot ovat paljastaneet, että kohteiden muodot ovat hyvin vaihtelevia pallomaisesta muodosta koiranluuta muistuttavaan muotoon. Havainnot auttavat tähtitieteilijöitä selvittämään aurinkokuntamme asteroidien alkuperää.

Asteroidit yhteiskuvassa. Kuva ESO.

Nämä yksityiskohtaiset kuvat 42:sta kohteesta ovat asteroiditutkimuksessa harppaus eteenpäin. Maanpäälliset teleskoopit ovat tehneet tämän mahdolliseksi, ja tutkimus on osaltaan vastannut perimmäiseen kysymykseen elämästä, maailmankaikkeudesta, ja kaikesta ^[1].

”Vain kolme suurta asteroidivyöhykkeen asteroidia on tähän mennessä kuvattu erittäin tarkasti: Ceres, Vesta ja Lutetia. Nasan avaruusluotaimet Dawn ja Rosetta sekä Euroopan avaruusjärjestö ovat vierailleet näissä kohteissa”, Pierre Vernazza, Laboratoire d'Astrophysique de Marseillesta Ranskasta, kertoi. Hän on johtanut Astronomy & Astrophysics -lehdessä tänään julkaistua asteroiditutkimusta. ”ESO-havaintomme ovat tuottaneet tarkkoja kuvia useista kohteista, joita on yhteensä 42.”

Aikaisempi yksityiskohtaisten asteroidihavaintojen pieni määrä tarkoitti sitä, että keskeiset ominaisuudet, kuten asteroidien 3D-muoto tai tiheys, olivat pääsääntöisesti tuntemattomia. Vernazza tutkimusryhmineen paikkasi vuosien 2017 — 2019 aikana tätä aukkoa tekemällä asteroidivyöhykkeen suurten asteroidien perusteellisen kartoituksen.

Suurin osa heidän 42:sta kohteestaan on kooltaan suurempia kuin 100 km. Tutkimusryhmä kuvasi erityisesti lähes kaikki asteroidivyöhykkeen asteroidit, jotka ovat suurempia kuin 200 kilometriä, joita 23:sta havaittiin 20. Tutkimusryhmän kaksi suurinta tutkimuskohdetta olivat Ceres ja Vesta, jotka ovat halkaisijaltaan noin 940 ja 520 kilometriä. Kaksi pienintä asteroidia olivat Urania ja Ausonia, joista kumpikin on vain noin 90 kilometriä.

Tutkimusryhmän rekonstruoitua kappaleiden muodot ryhmä ymmärsi, että havaitut asteroidit voidaan jakaa pääasiassa kahteen luokkaan. Jotkut ovat lähes täysin pallomaisia, kuten Hygiea ja Ceres, kun taas toisilla on erikoisempi, ”pitkulainen” muoto. Näiden kiistaton kuningatar on “koiranluu”-asteroidi Kleopatra.

Ceres ja Vesta ESOn VLT teleskoopilla kuvattuna. Molempia asteroideja on kuvattu luotaimista, mutta maanpinnalta niiden kuvaaminen on vaikeusasteeltaan selvästi vaativampi. Tällä tarkkuudella asteroideja ei ole aikaisemmin kuvattu ilmakehän läpi. Kuva ESO.

Yhdistämällä asteroidien muodot ja massat tiimi havaitsi, että tiheydet vaihtelivat merkittävästi koko otoksessa. Neljän vähiten tiheän asteroidin, kuten Lambertan ja Sylvian, tiheydet ovat noin 1,3 grammaa kuutiosenttimetrissä, joka vastaa suunnilleen hiilen tiheyttä. Suurimmat tiheydet, kuten Psychen ja Kalliopen, ovat vastaavasti 3,9 ja 4,4 grammaa kuutiosenttimetrissä, mikä ylittää timantin tiheyden (3,5 grammaa kuutiosenttimetrissä).

Suuri tiheysero viittaa siihen, että asteroidien koostumus vaihtelee merkittävästi, mikä antaa tähtitieteilijöille tärkeitä vihjeitä niiden alkuperästä. ”Havaintomme tukevat voimakkaasti ajatusta, että näiden kohteiden paikat ovat selvästi muuttuneet niiden muodostumisen jälkeen. Lyhyesti sanottuna tällainen valtava vaihtelu koostumuksessa voidaan ymmärtää vain, jos kappaleet ovat peräisin aurinkokunnan eri alueilta”, Josef Hanuš, Kaarlen yliopistosta Prahasta Tšekistä ja yksi tutkimuksen tekijöistä, sanoi. Tulokset tukevat erityisesti teoriaa, jonka mukaan vähiten tiheät asteroidit muodostuivat kaukaisilla alueilla Neptunuksen kiertoradan ulkopuolella ja siirtyivät sieltä nykyiselle paikalleen.

Ausonia ja Urania ovat pienimmät nyt kuvatut asteroidit. Kuva ESO.

Asteroidi havainnot olivat mahdollisia ESO:n VLT-laitteeseen asennetun Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE)-instrumentin herkkyyden ansiosta ^[2]. ”Aikaisempaa paremman SPHERE:n havaintotarkkuuden ansiosta, ja siitä, että asteroidivyöhykkeen suurien asteroidien muodoista oli aikaisemmin hyvin vähän tietoa, pystyimme merkittävästi edistämään tätä tutkimusalaa”, Laurent Jorda, yksi tutkimuksen kirjoittajista ja myös Laboratoire d'Astrophysique de Marseillesta, sanoi.

Tähtitieteilijät pystyvät havaitsemaan tarkasti vielä enemmän asteroideja tulevalla ESO:n Erittäin suurella kaukoputkella (ELT), jota parhaillaan rakennetaan Chilessä ja jonka on määrä aloittaa toimintansa myöhemmin tällä vuosikymmenellä. ”Tulevat ELT:n havainnot asteroidivyöhykkeen kohteista mahdollistavat läpimitaltaan 35 — 80 kilometrin suuruisten asteroidien havaitsemisen niiden sijainnista riippuen. Näissä voidaan havaita noin 10 — 25 kilometrin kokoisia kraattereita”, Vernazza sanoi. ”SPHERE:n kaltaisen instrumentin olemassaolo myös ELT:ssä antaisi meille mahdollisuuden kuvata samanlaisia kohteita jopa kaukaisessa Kuiperin vyöhykkeessä. Tämä tarkoittaa, että pystymme tutkimaan paljon suuremman joukon pieniä kappaleita ja niiden geologista historiaa maasta käsin.”

 

Huomautukset

[1] Douglas Adamsin Linnunradan käsikirja liftareille kirjassa numero 42 on vastaus ”elämän, maailmankaikkeuden ja kaiken äärimmäiseen kysymykseen”. Tänään 12. lokakuuta 2021 tulee kuluneeksi 42-vuotta kirjan julkaisusta.

[2] Kaikki havainnot on tehty Zürich IMaging POLarimeter (ZIMPOL)-laitteella, joka on näkyvillä aallonpituuksilla toimiva kuvantamispolarimetri ja osa SPHERE-instrumenttia.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty Astronomy & Astrophysics lehdessä julkaistavassa artikkelissa (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202141781).