Marsin sisäinen rakenne avautuu

NASAn marsluotain Insight, joka laskeutui Marsiin^[1], on tuottanut seismotrillään tietoja Marsissa tapahtuvista järistyksistä. Insight on ensimmäinen luotain, jonka tutkimusinstrumentteihin on seismometri sisällytetty.

Marsissa tapahtuu järistyksiä melko usein. Kuva NASA.

Vaikka Marsin järistykset ovat heikkoja (< 4 magnitudia), niitä kuitenkin tapahtuu suhteellisen runsaasti. Kahden vuoden havaintoaikana Insight on kerännyt havaintoja 733 järistyksestä, joista 35 on ollut riittävän voimakkaita tutkijoiden tarpeisiin. Tutkimus jatkuu edelleen, joten lähivuosina on odotettavissa uusia ja vielä tarkempia tuloksia, mutta jo tähän asti saadut tulokset ovat olleet käänteentekeviä.

Merkittävimmät havainnot ovat ensinnäkin se, että Marsin kova pinta ulottuu 24 – 72 km syvyyteen. Tulos on hieman ohuempi kuin mitä odotettiin, mutta se on merkittävästi paksumpi kuin mitä vastaava pintakerros on Maassa (15 – 20 km). Vain Himalajan alueella kuorikerroksen paksuus on noin 70 km.

Pintakerroksen alla on mantteli, joka näyttäisi olevan varsin yhtenäinen kivikerros ja se ulottuu 1560 km syvyyteen. Siinä voi olla joitakin rakenteita, mutta luultavasti ne ovat niin heikkoja, etteivät näy nyt käytettävissä olevassa datassa. Täytyy muistaa, että Insight’in magnetometri on yksi ainoa käytettävissä oleva laite, joten tarkkuudessa ja havaintojen kattavuudessa on vielä toivomisen varaa.

 

Käsitys Marsin sisäisestä rakenteesta on muutunut hieman aikaisempaan verrattuna. Merkittävä havainto on sulan ytimen koko, joka on suurempi kuin mitä aikaisemmin arvioitiin. Kuva Kari A. Kuure/NASA.

 

Seuraava merkittävä havainto on Marsin ytimen koko. Sen säde näyttäisi olevan peräti 1830 km, joka on merkittävästi suurempi kuin mitä aikaisemmin on arvioitu. On myös huomattava, että tämä ydin näyttäisi olevan sula. Aikaisemmissa arvioissa sen on arvioitu olevan vähintäänkin jähmeä, ellei aivan kiinteä. Laajempi sulaydin merkitsee myös sitä, että sen täytyy olla tiheydeltä aikaisempia arvioita matalampi. Ydin on rautaa ja nikkeliä mutta siihen on sekoittuneena merkittävästi myös rikkiä tai jotain muuta kevyempää ainetta.

Painelaskelmat osoittavat, että paine ei ole riittävä, jotta mineraali nimeltään brigmaniitti pysyisi vakaana. Näyttää siis siltä, että ytimen ympäriltä tämän mineraalin kerros puuttuu kokonaan. Maapallolla tällä kerroksella on suuri merkitys, sillä se hidastaa konvektiota ja toimii lämmön eristeenä. Marsissa kerroksen puuttuminen on mahdollistanut nopean jäähtymisen. Nopea jäähtyminen puolestaan on johtanut konvektion hidastumisen ja siten myös mahdollisen globaalin magneettikentän menetykseen. Niinpä nykyisellä Marsilla ei ole voimakasta magneettikenttää, joka estäisi ilmakehän karkaamisen. Magneettikenttä suojaisi myös jonkin verran kosmiselta säteilyltä.

Maapallolla mannerlaattojen liikkeet toistensa suhteen aiheuttaa kallioperään jännitteitä, jotka purkautuvat maanjäristyksinä. Marsissa pintakerros on yhtä ja samaa laattaa, joten järistysten syyt ovat myös erilaisia. Suurimpana syynä järistyksiin pidetään Marsin laatan vähäisen jäähtymisen aiheuttamaa kutistumista. Suurin ja merkittävin järistysalue on Cerberus Fossae, jonka arvellaan olevan riittävän vulkaaninen vielä nykyisinkin. Sen sijaan Tharsiksen aluella, jossa sijaitsevat mm. kolme suurta tulivuorta, ei näytä järistyksiä tapahtuvan. Tämä voi johtua siitä, että Insight on varjovyöhykkeellä, johon Tharsiksen alueen järistykset eivät heijastu. Useammalla seismometrillä tämäkin alue tulisi katettua, joten lisää uutisia tälläkin tutkimusalueella on varmasti Marsista tulossa.

Insight’in havaitsemat järistykset ovat siis olleet hyvin heikkoja. Se ei kuitenkaan tarkoita sitä, että Marsissa ei koskaan esiintyisi voimakkaampia järistyksiä. Insight’in havaintoaika on ollut vasta pari vuotta, joten on luultava, että tässä ajassa ei välttämättä kovinkaan isoa järistystä esiinny. Jos ja kun havaintoaika pitenee, todennäköisyys suuremman järistyksen havaitsemiselle kasvaa.

 

Huomautukset

[1] Insight laskeutui Marsiin Elysium Planitian alueella 26.11.2018.

 

Insight kokoonpanohallissa. Sen keskellä näkyvä "kupu" on seismometri, joka laskeutumisen jälkeen nostettiin Marsin pinnalle. Kuva JPL/NASA.

 

 

 

Kiinan marskulkija laskeutui onnistuneesti

Kiinan Tianwen-1 luotain kuljetti mukanaan Marsin kamaralle laskeutuvan kulkijan, Zhurong:in. Laskeutuminen on onnistunut varhain lauantaiaamuna (15.5.) ja se tapahtui Utopia Planitian alueelle kiinalaislähteiden mukaan suunnitelmien mukaisesti. Laskeutumisen aikaikkuna oli toukokuun 15. – 19. päivien välinen aika.

Tähän Marsin karttaan on merkitty laskeutuneet luotaimet vuosien varelta. Kiinan Zhurong laskeutumispaikka on ylhäällä oikealla Utopia Planitiassa, ei niinkään kaukana NASAn Perseverancen laskeutumispaikasta. Karttaan on myös merkitty Rosalin Franklinin laskeutumispaikka vuonna 2023. Kuva Wikimedia Commons.

Kuten kaikkien muidenkin Marsiin laskeutuvien luotainten, Zhuronginkin piti suoriutua tehtävästi täysin automaattisesti, sillä radiosignaalin kulku Maan ja Marsin välillä vaatii tällä hetkellä lähes 18 minuuttia.

Zhurong on kuusipyöräinen ja sen massa on noin 240 kg. Sen toiminta-ajaksi on suunniteltu 3 kuukautta.  Energiansa se saa aurinkokennoista.

Laskeutuminen tapahtui aerodynaamisen jarrutuksen jälkeen laskovarjona varassa ja viimeinen nopeuden pudotus nollaan tapahtui aivan pinnan tuntumassa jarruraketeilla. Utopia Planitia valikoitui laskeutumispaikaksi sen suhteellisen tasaisuuden vuoksi, sen arvellaan olleen entistä meren pohjaa. Alueelta on havaittu olevan pinnanalaista jäätä.

Zhurongin havaintoinstrumentteina ovat kameran (NTC) lisäksi multispetraalinen kamera (MSC), maatutka (GPR) joka kykenee havaitsemaan rakenteita 100 metrin syvyyteen, pinnan rakenteiden havaitsin (MSCD) jossa ovat lasertoiminen ja infrapunaisen aallonpituuden spektrometrit, magnetometri (MSMFD) ja sääasema (MMMI).

Kiertoradalla toimivan Tianwen 1 -luotaimen instrumenttivalikoima koostuu kahdesta kaukokartoituskamerasta (MRC ja HRC) joiden erotuskyvyt ovat 100 m ja 2 metriä 400 km korkeudella Marsin pintaa kuvattaessa, Marsin kamaran pinnanalaisten rakenteiden tutkasta (OSR), mineralogisesta spektrometristä (MMS), magnetometristä (MM), ionien ja neutraalien hiukkasten analysaattorista (MINPA) ja energisten hiukkasten analysaattorista (MEPA).

 

Kansainvälistä yhteistyötä

Kiina on saanut apua laitteistojensa kehittämisessä hyvin monelta kansainväliseltä tutkimuslaitokselta.

Ranskan avaruus ja planeettatutkimuksen instituutti (IRAP) on osallistunut laserspektrometrin rakentamiseen ja Ranskan avaruushallinto (CNES) on puolestaan opastanut kiinalaisia tutkijoita laserilla kivien pinnasta tuotetun plasman emittoiman valon analysointiin. Ranskan tutkijat ovat myös avustaneet NASAn tutkijoita ChemCam-laitteiston kehittämisessä Curiosity ja Perseverance -kulkijoihin.

Itävaltalaiset avaruustutkimuksen laitoksen tutkijat ovat osallisia Tianwen 1 kiertorataosan magnetometrin kehittämisessä.

Argentiinaa Kiina on rakentanut syvän avaruuden seuranta-antennin, jonka kautta radioyhteys mars-luotaimeen voidaan muodostaa. Samoin ESAn syvän avaruuden viestintäverkko on ollut kiinalaisten käytössä. Nämä täydentävät Kiinan omaa radianttenniverkkoa.

Yksi toimija kuitenkin puuttuu Kiinan marstukimuksen tukemisessa. Se on NASA, jota ei ole kutsuttu mukaan, ilmeisesti Yhdysvaltain jo useamman vuoden harjoittaman Kiina-politiikan vuoksi. 

Arabiemiraattien Hope-luotain asettui Marsin kiertoradalle

Yhdistyneiden arabiemiraattien ensimmäinen marsluotain Al-Amal (Toivo) on onnistunut ensimmäisessä ja samalla erittäin ratkaisevassa tehtävässään: se asettui Marsia kiertävälle radalle eilen (9.2.2021). 

Al-Amal -marsluotain taiteiljan näkemyksen mukaan. Kuva Arabiemiirikuntien avaruusjärjestö

 

Luotaimen rakettimoottorit käynnistettiin noin 17.30 Suomen aikaa ja poltto kesti 27 minuuttia. Viesti Marsista Maahan kulki 11 minuuttia ja noin 190 miljoona kilometriä, jonka ajan jälkeen saatiin varmistettua jarrutuksen alkaneen. Poltto oli pitkä, sillä luotaimen risteilynopeus (noin 33 km/s) täytyi pudottaa nopeudeksi (noin 5 km/s), jotta asettuminen Marsin kiertoradalle onnistuisi.

Polton pituus oli jännitysmomenttia kohottava tekijä, sillä moottoria ei aikaisemmin ollut käytetty näin pitkään, ainoastaan lyhyisiin ratakorjauksiin lennon aikana. Samalla luotain on Arabiemiraattien avaruusjärjestön ensimmäinen planeettojen välinen luotain, joten teknisen suorituksen onnistuminen oli erittäin tärkeää. Dubaissa ilo olikin ylimmillään, kun uutinen onnistuneesta kiertoradalle asettumisesta julkaistiin. Esimerkiksi Burj Khalifa, tällä hetkellä korkein tornirakennus mitä koskaan on rakennettu, valaistiin punaisilla ja sinisillä laservaloilla muun juhlinnan lisäksi.

Tällä hetkellä Al-Amal -luotain on radalla, jonka alin korkeus on noin 1 000 km ja suurin korkeus noin 50 000 km. Rataa kuitenkin muokataan tulevien viikkojen aikana. Havaintoihin käytettävän radan korkeudet ovat 22 000 km ja 43 000 km, jonka kulkemiseen luotain tulee käyttämään 55 tuntia. Rata on myös 25° kulmassa Marsin ekvaattoritasoon nähden. Lopulliselle radalle tarvitaan vielä ehkä kolme ratakorjausta.

Näin korkeaa rataa ei ole aikaisemmin Marsissa käytetty. Radan etuna on se, että Marsin pinta on havaittavissa, eikä vain pientä kaistaletta siitä. Tällöin esimerkiksi pölymyrskyjen laajuus ja lämpöjakauma saadaan hyvin nopeasti selville ja kartoitettua. Samoin ilmakehän muihin ilmiöihin liittyvät havainnot voidaan tehdä yhdellä kertaa.

Marsin tapahtumia tullaan vielä seuramaan vielä lähipäivinä, sillä Kiinan marsluotain Tianwen-1 yrittää asettua Marsin kiertoradalle vielä tänään ja laskeutumisosa tekee laskeutumisen Marsiin ehkä vasta toukokuussa. NASA luotain, Perseverance, saapuu Marsin ensiviikon torstaina (18.2.2021) ohjataan laskeutumaan suoraan planeetan pinnalle.