Uusia kuita Uranukselle ja Neptunukselle

IAU:n Minor Planet Center ilmoitti helmikuun 23. päivänä kolmesta uudesta kuusta, jotka löytyivät Uranuksen ja Neptunuksen kiertoradoilta. Uranuksen nyt ilmoitettu kuu on S/2023 U1 ja Neptunuksen kaksi kuuta ovat S/2002 N5 ja S/2021 N1.

Animaatio Neptunuksen epäsäännöllisestä kuusta S/2002 N 5 (entinen c02N4), jonka Brett J. Gladman et al. on kuvannut hitaasti liikkuvana 25. magnitudin objektina. ESO:n VLT-FORS1-kuvauslaitteella 3. syyskuuta 2002. Jokainen ruutu on neljän 420 sekunnin valotuksen mediaanipino R-kaistasuodattimella; yksittäisiä valotuksia siirretään hieman seuraamaan kuun liikettä, jotta se näkyy pistelähteenä mediaanipinossa. Vasemmassa alakulmassa näkyvät päivämäärät osoittavat kunkin pinon keskipisteen ajan (1. valotuksen alkamisesta 4. valotuksen päättymisaikaan). Liikkuvat tummat täplät ja käyrät ovat kuvan artefakteja, jotka johtuvat kameran pölystä. Nämä kuvat otettiin osana Gladmanin et al. löytämien Neptunuksen viiden epäsäännöllisen kuun seurantahavaintoja. edellisenä kuukautena (elokuussa 2002), vaikka S/2002 N 5 katosi näiden havaintojen jälkeen, eikä sitä nähty enää ennen syyskuuta 2021. Kuva Brett J. Gladman & ai. /European Southern Observatory.

Kuiden koko ei ole suuren suuri. Uranuksen S/2023 U1 on kooltaan 8 km ja sen kiertoaika on 680,78 vuorokautta. Kuun havaitsi Scott Sheppard (Carnegie Science) tutkimusryhmineen marraskuun 4. päivänä 2023 Magellan teleskoopilla (Las Campanas Observatory, Chile). Joulukuussa tehtyjen lisähavaintojen jälkeen kuun rata saatiin laskettua ja paljastui, että siitä oli tehty aikaisemmin havainto Subaru teleskoopilla (Havaiji) vuonna 2021.

Molemmat Neptunuksen kuut oli löydetty jo aikaisemmin, mutta havaintoja niistä ei kuitenkaan ollut tarpeeksi, jotta radat olisi onnistuttu määrittämään riittävällä tarkkuudella. Seppard havaitsi kirkkaamman kuun lokakuussa 2021 ja sen jälkeen siitä oli tehty lisähavaintoja vuosina 2022 ja 2023. Marina Brozovic ja Bob Jacobson (molemmat NASA Jet Propulsion Laboratory) laskivat havaintojen perusteella radat kuille, jonka jälkeen ne löytyivät parin vuosikymmenen takaisista havainnoista. Uudet havainnot tehtiin VLT teleskoopilla Chilessä ja Gemini North teleskoopilla Havaijilla.

S/2021 N1 on halkaisijaltaan noin 16 – 25 km ja sen kiertoaika Neptunuksen ympäri kestää 27,5 vuotta (10 036,651 vrk). Kuu S/2002 N5 on kooltaan 24 – 38 km ja sen kiertoaika on 8,6 vuotta (3156,556 vrk).

Kuiden määrä Uranuksella on nyt 28 ja Neptunuksella 16. Tulevaisuudessa tehtäneen varmasti uusia havaintoja vielä pienemmistä kuista. Nyt tehdyt löydöt ovat olleet teleskooppinen havaintokyvyn rajoilla ja ne ovat vaatineet näiltä runsaasti havaintoaikaa. Luultavasti uusien kuiden löytäminen jatkuu mutta silloin niitä täytynee etsiä nyt rakenteilla olevilla erittäin suurilla kaukoputkilla niiden valmistuttua.

 

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.

Lucy laukaistiin kohti Jupiterin troijalaisia

NASA laukaisi lauantaina 16. lokakuuta kello 12.34 Suomen aikaa uuden luotaimen kohti Jupiterin kiertoradalla kiertäviä pieniä asteroideja, jotka tunnetaan yhteisellä nimellä troijalaiset [1]. Troijalaiset ovat asteroidien kaltaisia jäänteitä aurinkokuntamme alkuajoilta.

Taiteilijan näkemys Lucy-luotaimen tekemästä troijalaisen ohilennosta. Lucy saa energiansa valtavista aurinkokeinnoista, joiden koko selittyy sillä, että Jupiterin radalla ja kauempanankin Lucyn radalla auringonvalon voimakkuus on alle 4 % siitä, mitä maapallon radalla. Kuva NASA.

Luotain on nimetty Lucyksi ihmiskunnan esi-isäksi nimetyn fossiilisen luurangon mukaan. Fossiilin löydyttyä se on muokannut ihmisen kehityshistoriaa aivan uusille urille ja näin toivotaan käyvän nyt Aurinkokunnan kohdalla. Tutkijat toivovat saavansa entistä tarkemman kuvan siitä, kuinka järjestelmämme on syntynyt ja kehittynyt.

Luotaimen matka tulee olemaan pitkä; ensimmäinen vaihe, joka sisältää kaksi ohilento maapallon kanssa tapahtuu hyvin elliptisellä Aurinkoa kiertävällä radalla. Toisen kierroksen aikana Lucy kohtaa pääasteroidivyöhykkeen asteroidin, joka tunnetaan nimellä Donaldjohansson, huhtikuun 22 päivänä vuonna 2025. Helmikuun 1. päivänä 2027 luotain saavuttaa Jupiterin radan, vaikka planeetta onkin aivan toisaalla. 

Lycy asettuu hyvin soikealle Aurinkoa kiertävälle radalle, joka vie sen useamman troijalaisen läheisyyteen.Tässä kuvaprojektiossa rata näyttää olevan kahdeksikko, mutta se johtuu siitä, että kuvan koordinaatisto on kiinnitetty Aurinko — Jupiter -akseliin  Kuva NASA.

Kesäkuun 13. — syyskuun 8. vuonna 2027 Lucy on Eurybates nimisen troijalaisen läheisyydessä tehden siitä havaintoja. Hyvin pian tämän jälkeen luotain havaitsee Polymele nimistä troijalaista syyskuun 17. — joulukuun 12. 2027. Seuraavan vuorossa on Leucus marraskuun 21. 2027 — kesäkuun 16. 2028, Orus 12.lokakuuta 2028 — 7. tammikuuta 2029. Tämän jälkeen luotaimen matka suuntautuu jälleen kohti maapalloa, jonka se ohittaa jouluun 26. päivänä vuonna 2030.

Tästä alkaa luotaimen tutkimusmatkan toinen vaihe sillä se suuntaa kulkunsa Jupiterin perässä kiertävään troijalaisalueelle. Helmikuu 2. päivä vuonna 2033 Lucy lähestyy Patroclus/Menoetius kaksoisasteroidia ja tekee havaintoja järjestelmästä huhtikuun 30. päivään vuonna 2033.

Toistaiseksi NASA ei ole julkaissut lennon jatkosuunnitelmia vuoden 2033 jälkeiselle ajalle. Jos laitteet pysyvät toimintakuntoisina ja luotaimen ohjauspolttoainetta on riittävästi, niin on hyvinkin mahdollista, että luotain saa uusia tehtäviä. Sopivia asteroideja löytynee hyvinkin helposti.

Huomautukset

[1] Troijalaiset ovat joukko asteroideja, jotka kiertävät planeettojen radan tuntumassa Aurinkoa ja ovat nopin 60 asteen etäisyydessä planeetastaan Auringosta katsottuna. Tunnetuimmat troijalaiset ovat Jupiterilla, joita tunnetaan (27.9.2021) noin 6 506 (L4) ja 4006 (L5). Ne ovat siis jakaantuneet kahteen ryhmään Lagrangen pisteitä L4 ja L5 kiertävälle soikealle radalle. 

Lagrangen pisteet Aurinko — planeetta järjestelmässä. Kuva Wikimedia Commons.

Troijalaisten jakautumien näiden pisteiden tuntumaan muodostaa siis hyvin soikean alueen, joka voi olla 30 — 90 astetta pitkä planeetan läheisyydessä. Vaikka troijalainen voi lähestyä planeetta, varsinaista törmäysvaaraa ei ole, sillä liikerata palauttaa asteroidien takaisin noin 30 asteen etäisyydeltä.

Normaalitilanteessa planeetan radalla ei voi olla pienemmille asteroideille pysyviä ratoja, mutta L4 ja L5 ovat poikkeus, sillä Auringon ja planeetan gravitaatiot yhdessä mahdollistavat näissä sijainneissa olevat kiertoradat. Periaatteessa myös sellainen soikea rata on mahdollinen, jossa asteroidi kiertää molempien (L4 ja L5) pisteiden kautta, jolloin radasta tulee hevosenkengän muotoinen Auringon taitse Lagrangen L3 pisteen kautta. 

Jupterin troijalaiset muodostavat suuren parven asteroideja planeetan radalle. Kuva Wikimedia Commons.

Jupiter ei ole ainoa planeetta, jolla on troijalaisia samalla radalla. Maapallolla on tällä hetkellä yksi tunnettu (2010 TK7) (23.5.2019), Marsilla 9 (8 L5 ja 1 L4 pisteissä) ja Neptunuksella 26 (L4) ja 4 (L5) (27.9.2021).

Saturnuksella e tunneta omia troijalaisia, mutta kahdella sen kuulla on teroijalaisi: Tethys:llä on 2 (Telesto ja Calypso) ja Dieone:lla kaksi (Helene ja Polydeuces).

Pluton ja kuiden koot tarkentuivat

Pluto ja Charon. Kuva NASA-JHUAPL-SWRI.

Pluton koko on määritelty uudelleen. Se on nyt 2 370 km, siis jonkin verran aikaisempia laskelmia suurempi. Aikaisemmin Pluton halkaisijaksi oli määritelty 2 329 km. Vaikka ero vanhan ja uuden arvon välillä ei ole kovin suuri, merkitsee se sitä, että Pluton tiheys on hieman pienempi ja jään osuus hieman suurempi aikaisemmin käytettyihin arvoihin verrattuna. Tarkempi koon määrittely osoittaa sen olevan suurin Neptunuksen radan takaisista suurista kappaleista, plutoideista, sillä Eris on halkaisijaltaan 2 339 km.

Syy aikaisempien mittausten epätarkkuuteen on kahtalainen. Ensinnäkin Pluto on aikaisemmin Hubblen ottamissa kuvissa ollut alle pikselin kokoinen. Toinen asiaan vaikuttava tekijä on ollut Pluton ilmakehä, joka troposfäärin osalta on oletettua ohuempi. Pluton kokoa on määritelty tähdenpeittojen avulla, jolloin ilmakehän tiheys ja sen vaihtelut ovat vaikuttaneet tulokseen.

Charon, jolla ei ole ilmakehää, on osoittautunut olevan juuri aikaisempien mittausten kokoinen, eli 1 208 km halkaisijaltaan. Pluton kaksi muuta kuuta, Nix ja Hydra, ovat kooltaan noin 35 km ja 45 km. Näin ollen ne ovat kirkkaampia kuin mitä aikaisemmin oletettiin, johtuen ilmeisesti niitä peittävästä jääkuoresta. Kaksi muuta pientä kuuta, Kerberos ja Styx, ovat niin pieniä, että niiden koon määrittäminen ei ole mahdollista New Horizon -luotaimen LORRI-kameralla otetuista kuvista, ainakaan vielä. Pieni mahdollisuus niiden koon määrittelyn onnistumiseen on myöhemmin tehtävällä kuvien tarkemmalla analyysillä.

New Horizons valokuvasi Pluton pienet kuut

Alkuperäinen viiden kuvan pino vasemmalla ja oikealla
kaksi käsiteltyä kuvaa. Kuva Nasa/JHUAPL/New Horizons.

Pluton järjestelmää lähestyvä Nasan New Horizons -luotain on onnistunut valokuvaamaan ensimmäistä kertaa kaikki Pluton tunnetut kuut^[1]. Tutkijat ovat kuitenkin valppaana ja etsivät järjestelmästä mahdollisesti vielä pienempiä kuita, jotka ehkä voisivat muodostua uhkaksi luotaimelle sen tehdessä Pluton lähiohitusta muutaman kuukauden kuluttua.

Valokuvaaminen tehtiin Long Range Reconnaissance Imager – kameralla josta käytetään lyhennettä Lorri. Kuvat otettiin huhtikuun 25 ja toukokuun 1. päivien välisenä aikana.  Havainto koostuu viidestä kuvasta joita kutakin valotettiin 10 sekuntia. Kuvat ylivalottuivat mutta raskaalla kuvankäsittelymenetelmillä niistä voitiin poistaa Pluton häiritsevä kilo ja tausta tähdet, joten pienet kuut saatiin näkyville. Ne sijaitsivat juuri siellä missä niiden laskelmien mukaan pitikin sijaita.

Pienistä kuista Kerberos ja Styx löydettiin vuosina 2011 ja 2012. Styx kiertää Plutoa kerran 20 vuorokaudessa ja sen rata sijaitsee Charonin ja Nix-kuiden välissä. Styxin halkaisija on noin 7–21 km. Kerberos kiertää Plutoa kerran noin 32 vuorokaudessa Nix ja Hydra-kuiden välissä ja on noin 10–30 km halkaisijaltaan. Kumpikin kuu on vain muutaman prosentin Nix- ja Hydra-kuun kirkkaudesta.

Huomautukset

[1] Pluton tunnetut kuut ovat: Charon, Stysx, Nix, Kerberos ja Hydra.