ESA:n BepiColombo ohitti ensimmäisen kerran Merkuriuksen

Euroopan avaruusjärjestön BepiColombo luotain ohitti ensimmäisen kerran Merkuriuksen 1.10.2021 kello 23.34 UTC. Ohilento sujui suunnitellusti planeetan yöpuolelta, joten lähietäisyydeltä ei valokuvia voitu ottaa. Ensimmäiset kuvat luotain otti noin 5 minuuttia ohituksesta ja viimeisimmät noin 4 tunnin kuluttua.

BepiCombon ensimmäiset kuvat Merkuriuksesta otettiin valvontakameroilla, jolloin kuvissa näkyy myös luotaimen rakenteita. Kuva ESA.

Mitä kuvissa sitten näkyy? Kuvat otettiin matalaresoluutioisilla (1024 × 1024 px) ohjauskameroilla, joten Merkuriuksen lisäksi kuvissa näkyy luotaimen rakenteita. Kamerat ovat mustavalkoisia, mutta Merkurius itsessään on hyvin tumman harmaa, joten mustavalkoisuus ei kovinkaan paljoa haittaa tässä vaiheessa lentoa.

Kuva ESA.

 

BepiColombon on määrä asettua Merkuriusta kiertävälle radalle joulukuun 25. päivä vuonna 2025. Sillä on kuitenkin vielä liikaa nopeutta, joten ennen kiertoradalle asettumista sitä on saatava vähennettyä. Nopeuden hidastaminen ja radan muuttaminen tapahtuu sarjalla Merkuriuksen lähiohituksia. Jokaisella lähiohituksella luotaimen kineettinen energia vähenee ja kaikkien kuuden ohituksen suorittamisen jälkeen luotain on valmis siirtymään kiertoradalle. Nyt tapahtuneen ohilennon jälkeen Merkurius ohitetaan 23.6.2022, 20.6.2023, 5.9.2024, 2.12.2024 ja 9.1.2025.

BepiColombo laukaistiin matkalle Merkuriukseen 20.10.2018. Ensimmäisen kerran sen rataa muokattiin maapallon lähiohituksella 10.4.2020. Tämän jälkeen oli vuorossa kaksi Venuksen ohitusta: 15.10.2020 ja 10.8.2021. Tämän jälkeen päästiinkin jo Merkuriuksen lähelle ja sen ohitus siis tehtiin 1.10.2021. Kiertoradalla BepiColombon tehtävä jatkuu aina 1.5.2027 asti. Jos laitteistot pysyvät toimintakuntoisena, tehtävää voidaan jatkaa 1.5.2028 asti. Sen jälkeiseen aikaa ei vielä ole suunnitelmia tehty, mutta toimivaa laitteistoa avaruustutkimuksessa ei yleensä ole hylätty, vaan se pidetään toiminnassa aina siihen asti, kunnes laitteistoista valtaosa on sammunut.

Lähiohitusten avulla voidaan muokata planeettojen välisten lentojen ratoja ilman suurien polttoainemäärien käyttöä. Jos matkataan ulkoplaneetoille, lähiohituksilla siirretään planeettojen kineettistä energiaa luotaimille, jolloin niiden nopeus kasvaa jopa suhteellisen suureksi verrattuna lähtönopeuteen. Vastaavasti sisäplaneetoille mentäessä energiaa pitää luovuttaa luotaimelta, jotta haluttu rata saavutettaisiin ja asettuminen kiertoradalle olisi mahdollista. Jos nopeuden muutokset tehtäisiin polttoainetta kuluttamalla, sitä tarvittaisiin yleensä niin paljon, että varsinaisten tutkimuslaiteiden osuus luotaimen kokonaismassasta olisi hyvin vähäinen. Näin tieteelliset tavoitteet ja koko luotainlennon mielekkyys olisi kyseenalaista.

Merkurius muistuttaa ulkoisesti hyvin paljon Kuuta. Merkuriuksen pinta on peittynyt kraattereihin ja Auringon paahtaman puolen lämpötila saattaa kohoaa jopa 400 °C lämpötilaan. Vastaavasti yöpuolella pintalämpötila putoaa jopa –200 °C lämpötilaan. Näin suuret lämpötilaerot johtuvat ilmakehän lähes täydellisestä puuttumisesta. Merkuriuksen ilmakehä onkin määritelty eksosfääri-ilmakehäksi, sillä se koostuu lähinnä yksittäisistä happi- , natrium- ja vetyatomeista. Vastaavat olosuhteet maapallon ilmakehässä saavutetaan noin 600 km korkeudessa.

Mielenkiintoinen yksityiskohta on Merkuriuksen magneettikenttä. Se ei ole kovinkaan voimakas, Mariner 10 luotaimen tekemien mittausten mukaan kenttävoimakkuus planeetan päiväntasaajalla on noin 300 nT (maapallon kenttävoimakuus on noin 50 000 nT).

Merkuriuksen magneettikentän synty on arvoitus, johon tutkijat toivovat saavansa varman vastauksen BepiColombon tekemien havaintojen avulla. Magneettikentän olemassaoloon on kaksi vaihtoehtoa: se on joko remanenssikenttä tai se syntyy sähköjohtavan ytimen pyörimisessä.

Magneettikenttä voi olla remanenssikenttä (jäännöskenttä) aikaisemmin vallinneista magneettisista olosuhteista. Tällöin paikallisesti magneettikentän voimakkuus voi vaihdella, riippuen kunkin kohdan kallioperän rautapitoisuudesta.

Magneettikenttä on dipolikenttä, ja sen magneettiset navat ovat pyörimisakselin napojen suunnassa, joten voi olla, että magneettikenttä syntyykin sulan ytimen pyörimisestä. Merkurius on kuitenkin niin pieni, että se olisi jäähtynyt jo aikoja sitten liian kylmäksi sulaytimen ylläpitämiseksi. Sulaydin voi kuitenkin saada lisäenergiaa vuorovesivoimien synnyttämän sisäisen kitkasta. 

Merkurius kiertää Auringon ympäri noin 88 vrk:ssa ja pyörähtää itsensä ympäri noin 56 vuorokaudessa. Näistä muodostuu (synodisen) vuorokauden pituudeksi 116 vrk. Pyöriminen ja Auringon aiheuttama vuorovesivoima voi olla juuri ja juuri riittävä sulaytimen ylläpitoon ja heikon magneettikentän synnyttämiseen.

Merkuriuksen pyöriminen ja kiertoaika muodostavat mielenkiintoisen ilmiön, jos olet planeetan ekvaattorilla sellaisella pituuspiirillä, jossa Aurinko on zeniitissä ja planeetta itse on ratansa perihelissä. Tällöin keskipäivällä Aurinko näyttää ohittavan zeniitin, mutta pysähtyy ja palaa jonkin matkaa takaisin zeniitin yli. Jonkin ajan kuluttua suunta vaihtuu ja tällä kertaa Aurinko näyttää siirtyvän zeniitin yli ja laskee aikanaan horisonttiin.

Jos tutkimusmatkaaja kumppanisi on asettunut myös ekvaattorille, mutta hänen sijaintinsa pituuspiiri poikkeaa omastasi 90°. Jos hän on havaintopaikastasi itään, niin hän voi kokea mielenkiintoisen auringonlaskun. Aurinko kyllä laskee aluksi aivan normaalisti horisonttiin, mutta hetken kulutta se nouseekin jonkin matkaa horisontin yläpuolelle, mutta laskee sen jälkeen horisonttiin, eikä enää palaa. Jos taas toinen tutkimusmatkaajakumppanisi on sijoittunut asemastasi 90 ° länteen, hän kokee vastaavan kaksinkertaisen auringonnousun. Tätä ilmiötä voit tutkia sellaisella tähtikarttaohjelmalla, jossa voit valita havaintopaikaksi Merkuriuksen pinnan.

Ensimmäiset matalaresoluutioiset kuvat Ultima Thulesta

Nasa julkaisi ensimmäiset matalaresoluutioiset kuvat Ultima Thulesta. Kuvat vahvistavat oletuksen, että kuiperoidi on muodostunut kahdesta kappaleesta. Hieman hämmästyttävää on, että kappaleet ovat lähes pallon muotoisia. Yleensä kymmen–parinkymmenen kilometrin kokoiset kappaleet poikkeavat muodoltaan pallosta merkittävästi. Selitys saattaa olla kappaleiden primitiivisyydessä, ne ovat säilyttäneet noin 4,6 miljardia vuotta sitten syntyessään saaneen muodon.

Ultima Thule matalaresoluutioisessa kuvassa. Vasemmalla alkuperäinen kuva ja oikealla kuvankäsittelyn terävöityksen jälkeen. Kuva (NASA/JHUAPL/SwRI).

Nyt julkaistut kuvat ovat on otettu noin puoli tuntia ennen ohilennon hetkeä. Julkistetut kuvat ovat matalaresoluutioisia versioita, sillä täyden resoluution kuvien lähettäminen Maahan kestää pitkään. Luotain sijaitsee yli kuuden valotunnin etäisyydellä (noin 6,5 miljardia km) ja jotta signaali tulisi ymmärrettävässä muodossa Maahan asti, sen bittimäärä sekunnissa pitää olla hyvin alhainen. Luotaimen lähettimen teho on vain 15 W.

Nasa on nimennyt (485968) 2014 MU69 kuiperoidin osat Ultimaksi (isompi pallukka) ja Thuleksi (pienempi pallukka). Jääkö nimet viralliseen käyttöön jää nähtäväksi, IAU saattaa hylätä ehdotetut nimet. Näin on käynyt melko monta kertaa aikaisemminkin.

New Horizons -luotaimen rata vei sen ensin Pluton ohilenntoon ja sen jälkeen Ultima Thulen ohilentoon. Nasa tekee päätöksen luotaimen toiminnan jatkamisesta ehkä vuonna 2020. Energiaa sen lämpöydinpgeneraattorissa riittää vielä vuosikymmeneksi. Kuva NASA.

Nix ja Hydra

New Horizons otti Pluton ohituksen aikana kuvia myös Pluton pienistä kuista. Tässä Nasan julkaisemat ja aikaisempaa erotuskykyisemmät kuvat.  

Nix-kuusta otettu kuva on värikuva ja tässä versiossa sen värejä on vahvistettu. Kuva on otettu heinäkuun 14. päivänä noin 165 000 km etäisyydeltä Nix-kuusta. Kuun mitat ovat noin 42×36 km ja yksityiskohdat noin 3 km kokoisia.

Hydrasta otettu kuva on monokromaattinen. Se otettiin myös heinäkuun 14. päivänä, jolloin luotaimen etäisyys kuusta oli 231 000 km. Kuu on 55 km pitkä ja pienimmät yksityiskohdat kuun pinnalla on noin 1,2 km kokoisia.

Kuva NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.

Metaanijäätä ja tarkkoja kuvia

Ralph-spektrometrillä tuotettu kuva Pluton metaanijäästä.

Aikaisemmista tutkimuksista on ollut selvää, että Plutolla on metaanijäätä. Nyt New Horizons -luotaimen Ralph-spektrometri on kartoittanut metaanijään esiintymisen. Erityisen paljon metaanijäätä näyttää esiintyvät Pluton pohjoisnavan alueella ja ekvaattorilla olevilla tummilla alueilla.

Ralphin värikanavat edustavat erilaisia aallonpituuksia: sininen kanaa mittaa aallonpituuksia 1,62–1,7 µm (1 620–1 700 nm), jolla metaanijään absorptiovaikutus on keskivahva; vihreän kanavan aallonpituuksilla 1,97–2,05 µm (1 970–2 050 nm)  metaanijää ei absorptoi ja punaisen kanava aallonpituudet 2,30–2,33 µm (2 300–2 330 nm)puolestaan absorptoituvat erittäin voimakkaasti. Kuvassa näkyvä absorptiospektri on voimakkaampi vihreällä kanavalla kuin punaisella kanavalla vaikka imeytyminen ko. aallonpituuksilla on hieman vähäisempää.

Vuoristoa Plutossa. Juiput kohoavat noin 3,5 km korkeuteen
ympäristöään korkeammalle.

Ehkä yllättävin havainto Pluton pinnalla ovat lähellä ekvaattoria sijaitsevat vuoret, joiden korkeus on noin 3 500 metriä. Tutkijat eivät odottaneet näin suuria korkeuseroja Plutolta löytyvän. Vuorten täytyy olla muodostuneet vesijäästä, sillä metaanijää ei ole riittävän lujaa näin korkeiden vuorien muodostamiseen edes Pluton heikossa gravitaatiokentässä.  Lisäksi vuorien alueen pinta näyttäisi olevan enintään noin 100 miljoonan vuoden ikäistä, joten tutkijat arvelevat Pluton olleen geologisesti aktiivinen vielä hyvin lyhyen aikaa sitten, todennäköisesti se on sitä vielä nykypäivänä.

Syy Pluton aktiivisuuteen ei vielä ole selvillä. Aurinkokuntamme suurten planeettojen jääkuut saavat energian aktiivisuuteensa vuorovesivoimista, mutta Plutolla tämä ei ole mahdollista. Pluton ja Charonin pyörimisajat ovat lukkiutuneet kiertoaikaan ja näin ollen niiden samat puolet ovat jatkuvasti toisiaan kohti. Tällaisissa olosuhteissa kappaletta lämmittävää energiaa vuorovesivoimilla ei saa syntymään.

Charonin näkyvimmät maamerkit ovat napa-alueen tumma
alue ja keskileveyksillä oleva hautavajoama.

Charonkin tuotti pienen yllätyksen tutkijoille. Kuun pinta näyttää olevan lähes kraatteriton. Tämä yleensä merkitsee sitä, että pinta on nuori. Toinen odottamaton havainto oli noin 1 000 km pituinen hautavajoama jolla on syvyyttä 7–9 km. Tämä merkitsee sitä, että myös Charon on täytynyt olla geologisesti aktiivinen hautavajoaman syntyaikoihin.

Mielenkiintoista tilanteessa on se, että kaksi kappaletta, jotka sijaitsevat kaukana aurinkokuntamme ulko-osassa ovat mitä ilmeisimmin olleet geologisesti aktiivisia vielä lyhyen aikaa sitten. Asia vaatii selvästikin tutkimuksiin hieman panostamista, sillä jokin syy aktiivisuudelle täytyy olla.

Matalaresoluutioinen kuva Hydrasta.

Pluton kuu Hydra on osoittautunut epäsäännöllisen muotoiseksi. Sen koko on noin 43×33 km ja sen pinnalta on havaittavissa kirkkauden vaihteluita. Tässä vaiheessa kuva Hydrasta on lähinnä pikselimössöä, mutta lähitulevaisuudessa saamme nähtäväksemme tarkempia kuvia. Hydran pinnan uskotaan olevan vesijäätä.

Artikkelin kaikki kuvat: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.

Ohi meni

Kuva Plutosta on otettu 13. heinäkuuta New Horizons -luotaimen
LORRI-kameralla. Kuvan ottohetkellä luotain lähestyi
Plutoa ja oli siitä 768 000 km etäisyydellä. Alkuperäinen kuva on
monokromaattinen ja väri on lisätty Ralph-instrumentin
kokoaman datan perusteella. Monokromaattinen LORRI-
kameran (Long Range Reconnaissance Imager) kuvat ovat
suuriresoluutioisia. Kuva NASA/APL/SwRI.

Nasan New Horizons -luotain on ohittanut Pluton suunnitelmien mukaisesti noin 12 500 km etäisyydeltä Pluton pinnasta. Nasan tiedote itse ohilennosta oli hyvin niukka ja nyt odotellaan New Horizons ”soittoa kotiin”. Tämän odotetaan tapahtuvan noin kello 4 Suomen aikaa ensiyönä. Yhteys Maahan jää lyhyeksi, sillä luotain jatkaa Pluton järjestelmän havainnointia ja valokuvien ottamista. Huomenna kello 8-11 Suomen aikaan luotain on yhteydessä Maahan Nasan DSN-verkoston kautta.

Pluton kuvat paranevat

Heinäkuun 11. päivänä otetu kuva Plutosta.
Kuva NASA/Johns Hopkins University Applied Physics
Laboratory/Southwest Research Institute

New Horizons –luotain lähestyy Plutoa vauhdilla. Eilen se oli enää 4 miljoonan kilometrin etäisyydellä ja luotaimen ottamissa kuvissa näkyy jo monia pinnan yksityiskohtia. Yksityiskohtien paljastuminen selittää myös aikaisemmin näkyneet tummat täplät. Pluton pinta on selvästi törmäyskraattereiden peittämä, etenkin tummilta kohdiltaan. Vaaleiden alueiden pinnanmuodot eivät ole vielä tässä vaiheessa yhtä helposti määriteltävissä.

Ensi tiistaina New Horizons –luotain ohittaa Pluton vain 12 500 km etäisyydeltä, mutta kiireisimmän ohilennon aikana luotain ei pysty lähettämään ottamiaan kuvia ja mittausdataa Maahan. Ne lähetetään vasta ohilennon jälkeen kun luotaimen ohjelma sen mahdollistaa. Nasan insinöörit haluavat välttää heinäkuun 4 päivänä esiintyneen tilanteen, jossa luotaimen tietokonetta kuormitettiin liiaksi useilla samanaikaisilla tehtävillä.  Ohilennon aikana suoritetaan yli 380 000 erilaista mittausta ja tehtävää.

New Horizons lähestyy Plutoa pohjoiselta pallonpuoliskolta, sillä Pluton pohjoisnapa on tällä hetkellä suunnilleen kohti Aurinkoa. Seuraavassa kaaviossa kaikki ajat ovat UTC-aikoja ja Suomen ajaksi ne voidaan muuttaa lisäämällä 3 tuntia. 

Pluton oihilennon aikataulu. Kuva NASA/Johns Hopkins University Applied
Physics Laboratory/Southwest Research Institute.

Epäidenttiset kaksoset

Kuva NASA/Johns Hopkins University Applied
Physics Laboratory/Southwest Research Institute.

Pluto ja Charon (Kharon) ovat epäidenttiset kaksoset. Ne kiertävät toisiaan 6,3 vrk:n kiertoajalla yhteisen painopisteen ympäri, joka sijaitsee näiden kahden kappaleen välisessä avaruudessa. Mitä ilmeisimmin niillä on pitkä yhteinen historia, mutta niiden syntytapa muistuttaa hyvin paljon toista kahden kappaleen systeemiä aurinkokunnassamme, nimittää Maan ja Kuun syntyä.

Pluton halkaisija on kumppaninsa Charonin halkaisijaa tuplasti suurempi (noin 2 329 / 1 210  km). Pluton pintaa peittää eksoottiset jäät, kuten typpi, metaani ja hiilimonoksidi (häkä) jäisessä muodossaan, Charonin pinta on muodostunut vesijäästä. Pluton pinta on hieman punertava ja siltä löytyy hyvin tummia laikkuja ja niiden vastapainoksi myös aivan kirkkaita alueita. Punertava sävy johtuu monimutkaisista orgaanisista yhdisteistä, joita syntyy aina kun hiilipitoisia aineita on kiertolaisten pinnalla. Niiden muodostumiseen tarvittava energia tulee Auringosta uv-säteilynä. Charonilla näitä orgaanisia yhdisteitä ei ole ainakaan siinä määrin, että ne vaikuttaisivat pinnan väriin.

Pluto. Pluton alareunassa näkyvä vaalea alue on
kuvankäsittelyssä syntynyt keinotekoinen, jolla ei ole
vastinetta todellisuudessa. Kuva NASA/Johns Hopkins University
Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.

Pluto on jäätynyt kivipallo (tiheys 1 750  kg/m³) kun taas Charon on jääpallo (tiheys noin 1 200  kg/m³), kiveä siellä on vain puolet massasta. Vesijään lisäksi Charonilla on pieniä määriä ammoniakkia ja sen yhdisteitä. Ehkä merkillisin ero näiden kahden kappaleen välillä on Pluton ohut ilmakehä, Charonilla vastaava ei ole. Pluton ilmakehä on myös syy miksi New Horizons on enää kolmen vuorokauden etäisyydellä tästä erikoisesta järjestelmästä.

Nasa oli jo kerran lakkauttamassa koko missiota, mutta tutkijat ja heidän tukijansa Yhdysvaltojen kongressissa saivat rahakirstujen vartijat vakuuttuneeksi, että nyt jos koskaan pitää Pluto-luotain rakentaa. Syy kiireeseen oli se, että Pluton ilmakehän ajatellaan ”romahtavan” kun kappale etääntyy Auringosta. Kääpiöplaneetta oli perihelissä vuonna 1989 ja sen jälkeen se on etääntynyt kauemmaksi tullen samalla kaiken aikaa kylmemmäksi. Lämpötila on niin alhainen (vain 43±10 K), että ilmakehän kaasut tiivistyvät (siis ”romahtavat”) Pluton jäiselle pinnalle kunnes ne jälleen sublimoituvat (haihtuvat sulamatta nesteeksi) uudelleen ilmakehäksi. Tämä tosin tapahtuu vasta uuden perihelin aikaan noin 250 vuoden kuluttua.

Charon, jäästä muodostunut kuu.
Kuva NASA/Johns Hopkins
University Applied Physics Laboratory/
Southwest Research Institute.

Pluton geologista historiaa ei tunneta kovinkaan tarkasti. Pienen kääpiöplaneetan ja sen viiden kuun synty on hämärän peitossa mutta osa tutkijoista uskoo sen muistuttavan omaamme. Maapallo ja Kuu saivat nykyiset massansa noin 4,5 miljardia vuotta sitten valtavassa törmäyksessä. Näin on esitetty tapahtuneen myös Plutolle ja Charonille. Onko esitetty tapahtumaketju oikea, se saataneen selville New Horizons –luotaimen tekemistä havainnoista lähivuosina.

Plutolla on tumma ”Valas” ja vaalea ”Sydän”

Kuva NASA/Johns Hopkins University Applied Physics
Laboratory/Southwest Research Institute.

Heinäkuun 8. päivän aamuna tutkijat saivat vastaaotetuksi viimeisimmän kuvan Plutosta alueelta jonka New Horizons –luotain ”näkee” ohilentonsa aikana. Kuva otettiin edellisenä päivänä noin 8 miljoonan kilometrin etäisyydeltä. Kuva oli samalla myös ensimmäinen heinäkuun 4. päivänä tapahtuneen vikasietotilasta palautumisen jälkeen.

Pitkä tumma alue on nimetty epävirallisesti ”Valaaksi” ja sen vieressä oleva kirkas alue on muotonsa mukaan saanut nimen ”Sydän”. Alueen halkaisija on noin 2000 km. Kuvassa näiden alueiden yläpuolella on keskikirkkausalue, joka on Pluton napa-aluetta.

Kuva NASA/Johns Hopkins University Applied Physics
Laboratory/Southwest Research Institute.

New Horizons toimii jälleen

Kuva NASA/Johns Hopkins University Applied Physics
Laboratory/Southwest Research Institute.

Nasa Pluto-luotain New Horizons oli hetken aikaa pois toiminnasta heinäkuun 4. päivänä. Luotain siirtyi yllättäen suojatilaan ”vaikeasti havaittavissa olevasta ajoitusongelmasta johtuen” suoritettaessa komentosekvenssiä. Ongelma esiintyi, kun luotain oli valmistautumassa Pluton ohilentoon. Samaa tai samankaltaistakaan operaatiota ei enää ole tulossa ennen ohilentoa.

Oheisen kuvan luotain otti heinäkuun 3. päivänä LORRI-kamerallaan. Kuva oli mustavalkoinen mutta väri-informaatio saatiin Ralph-instrumentin aikaisemmin kokoamasta datasta. Kuvanottohetkellä luotain oli 7,8 miljoonan km etäisyydellä Plutosta.

Plutossa tummia laikkuja

Pluto ja Charon värikuvassa. Kuva Nasa/JPL.

Nasa on julkaissut värikuvia Pluton eri puolilta. Kuvissa Pluto näkyy hieman punertavana, mutta sen ekvaattorilla on tummia laikkuja joiden välissä on vaaleampia alueita. Toistaiseksi tutkijoilla ei ole selkeää käsitystä siitä mitä laikut voisivat olla. Tummien alueiden halkaisijat ovat noin 500 km.

New Horizons -luotaimen instrumentit ovat tehneet ensimmäisiä havaintoja kohteestaan. Valokuvista (kameroita on kaksi: LORRI ja Ralph Color Imager) etsitään Plutolla mahdollisesti esiintyviä pilviä. Pilvet saattavat olla mahdollisia, sillä Nasan SOFIA lentokoneeseen sijoitetulla infrapuna-alueella toimivalla teleskoopilla on onnistuttu havaitsemaan Pluton ilmakehän. Tutkijat ovat havainnoista innoissaan, sillä ilmakehän on pelätty romahtavan ennen kuin New Horizons ehtii perille. Ilmakehän romahtaminen tarkoittaa sitä, että siinä olevat kaasut tiivistyvät Pluton pinnalle jääksi, kun etäisyys Aurinkoon kasvaa riittävän suureksi.

Pluton ilmakehää tutkitaan myös PEPPSI-instrumentilla. Se tekee havaintoja luotaimen läheisyydessä olevista ioneista, jotka ovat peräisin Pluton ilmakehästä. Ionisoituneet kaasukehän atomit karkaavat aurinkotuulen mukaan Plutosta ja näin mahdollistaa ilmakehän tutkimisen.

New Horizons on vielä noin 15 miljoonan kilometrin etäisyydellä mutta matka lyhenee 14 km joka sekunti.

New Horizons, vain kaksi viikko Plutoon!

New Horizons -luotaimen ottamia kuvia Plutosta
lähestymisvaiheen aikana. Kuva NASA/JPL.

Nasan New Horizons -luotain on lähestymässä matkansa tärkeintä kohdetta, Pluton järjestelmää. Pluto on eriskummallinen aurinkokuntamme merkillinen kohde, jonka tutkijat arvelevat koostuvan suurelta osin erilaisista jäistä[1]. Eikä siinä vielä kaikki, Plutolla on viisi kuuta, joista Charon kiertää sitä hieman yli kuudessa vuorokaudessa. 

Vuorovesivoima on lukinnut molempien kappaleiden pyörimisen yhtä pitkäksi kuin yksi kierros järjestelmältä kestää ja tästä seuraa, että molemmat kappaleet kääntävät aina saman puolen toisiaan kohti.

Vaikka matka-aikaa on jäljellä vain kaksi viikkoa, valokuvat Plutosta ja sen seuralaisista ovat vielä varsin vaatimattomia. Pluto näkyy kuvissa vain muutaman kymmenen pikselin kokoisena. Plutoa ei ole koskaan aikaisemmin pystytty kuvaamaan edes tällä tarkkuudella.  Ohilennon aikana otettavien kuvien tarkkuus on sitten aivan omaa luokkansa. NASA ilmoittaa kuvissa näkyvien kohteiden kooksi noin 50 metriä.  Ensimmäiset kuvat ja mittausdataa saadaan maapallolle noin vuorokausi ohilennosta.

Pluton ohilento tapahtuu heinäkuun 14. päivänä noin 12 500 km etäisyydeltä Pluton pinnasta. 

Havainnot ohilennon aikana tehdään New Horizons -luotaimen tietokoneen ohjaamina, sillä yhteyttä Maahan ei ole, ja signaalin kulkuaika Plutosta Maahan on 4 tuntia 25 minuuttia. Pluton etäisyys Maasta ohilennon aikana on noin 4,77 miljardia kilometriä (32 au).

Pluto on määritelty kääpiöplaneetaksi ja sen lasketaan kuuluvaksi Kuiperin vyön kohteisiin. Se on näistä kohteista suurin tunnettu. Pluton etäisyys Auringosta vaihtelee suuresti johtuen radan soikeudesta: lähimmillään se on noin 4,4 miljardin kilometrin ja etäisimmillään jopa 7,7 miljardin kilometrin etäisyydellä. Sen keskietäisyys on 5,9 miljardia kilometriä eli noin 40 au.

Vuosina 1979–1999 Pluto oli lähempänä Aurinkoa kuin Neptunus. Vaikka Pluto tuleekin lähemmäs kuin Neptunus, törmäysvaaraa ei ole, sillä Pluton radan kaltevuus on 17 astetta. Pluton pyörimisakseli on kallistunut 118 astetta ekliptikan kohtisuorasta, eli se muistuttaa pyörimisellään Uranusta (noin 98°).

Pluton erikoisuuteen kuuluu myös se, että sillä on äärimmäisen ohut ilmakehä. Ilmakehä on suurimmaksi osaksi typpeä, mutta siitä on löydetty jälkiä metaanista, hiilimonoksidista ja muutamista hiilivedyistä. Ilmakehän paine on vain 1/50 000 maapallon ilmakehän paineesta. Pluton pintamateriaalin jäiden on havaittu muodostuneen jo mainittujen aineiden jäistä, lämpötila on noin -233 °C.

Pluton halkaisija on 2 380 ± 25 km. Charonin halkaisija on 1 200 km ja sen pinta muodostuu suurimmaksi osaksi vesijäästä johon on sekoittunut jonkin verran ammoniumhydraatteja.

New Horizons -luotaimen havainnot Pluton neljästä muusta kuusta (Hydra, Nix, Styx ja Kerberos) jäävät vähäisiksi. Pluton ohituksen jälkeen luotain tekee edelleen havaintoja järjestelmästä aina ensi tammikuuhun asti. Sen jälkeen sille etsitään uusi tai uusia Kuiperin vyön kohteita ohilentoa varten. Joitakin kandidaatteja on löydetty mutta valintaa ei vielä ole tehty.

Huomautukset

[1] Koostumuksen arvellaan olevan noin 65 % kiveä ja 35 % jäitä.

Juno suojatilaan ohilennon aikana

Ohilento Intian valtemeren yli.
Kuva ESA.

Nasan Juno-luotain ohitti suunnitellusti maapallon myöhään  keskiviikkoiltana Suomen aikaa. Ohitus tapahtui Intian valtameren yläpuolella noin 561 km korkeudella. Ohilennon aikana Juno joutui kuitenkin suojatilaan siinä vaiheessa hieman ennen kuin se tuli ESAn Perth’issä sijaitsevan maa-aseman horisontin yläpuolelle.

Suojatila ei sinällään ole mikään katastrofi, vaan nimenomaan luotaimen tietokoneen määrittelemän tila, jossa se ja havaintolaitteet sietävät vikojen esiintymistä. Suojatilan aikana tietokone lähettää signaalia alentuneella datanopeudella, mutta tietokone silti pysyy toiminnassa. 

Toistaiseksi syytä suojatilaan siirtymiselle ei ole ilmoitettu. Vaihtoehtoa on kuitenkin useita alkaen kosmisen säteilyn aiheuttamasta väliaikaisesta häiriöstä päätyen laitevikaan. Suojatilaan siirtyminen on voinut tapahtua myös ohjelmistovirheestä. Laitevikaa lukuun ottamatta vian korjaaminen pitäisi onnistua suhteellisen helposti.

Suojatilaan siirtymisen jälkeen luotaimen elektroniset laitteet tarkistetaan ennalta suunnitellun tarkistusohjelman mukaisesti. Jos kaikki laitteet toimivat, suojatilasta palataan normaaliin toimintaan tarkistusohjelman suorittamisen jälkeen. Avaruudessa olevat satelliitti ja luotaimet päätyvät suojatilaan huomattavan usein, joten sitä on pidettävä aivan normaalina toimintana.

Juno teki ohilentonsa aikana runsaasti mittauksia ja otti valokuvia maapallon lähiavaruudesta. Ensimmäiset kuvat ja datatiedostot pitäisi olla tätä kirjoitettaessa (perjantaiaamuna) radioituna Maahan. Milloin kuvia sitten julkaistaan, riippuu siitä kuinka paljon USA:n julkisen sektorin sulkeminen toimintoja haitta. Ainakin Nasa on suljettuna.

Aivan ilman kuvia ei meidän tarvitse olla, sillä Paul Cox niminen harrastaja onnistui Kanarian saarilla olevalla etäohjattavalla kaukoputkella valokuvaamaan himmeän luotaimen. Hän julkaisi kuvista tehdyn videon netissä. Se löytyy osoitte1sta

http://tinyurl.com/l2y55h5

http://tinyurl.com/moa7vsu

joista jälkimmäinen on tiedostokooltaan pienempi. Videossa näkyy luotaimen liike tähtitaivaalla.

Törmääkö komeetta Marsiin?

Jos komeetta törmäisi Marsiin,
sen ilmasto muuttuisi varmasti.
Olisiko muutos lämopimämpään
vai kylmempään, se on vain arvailujen
varassa.
Kuva Nasa.

Viime aikoina ovat avaruuden kiertolaiset järjestäneet jännittäviä hetkiä. Jokaisen mieleen on varmasti jäänyt helmikuun 15. päivä, jolloin Tseljabinskin yllä hajosi pieni asteroidi ja lähes samaan aikaa hieman suurempi kappale lensi maapallon ohi hyvin läheltä.


Tilanne toistuu puolentoista vuoden kuluttua, ei Maassa vaan Marsissa. Komeetta C/2013 A1 (Siding Spring) järjestää marsilaisille jännityksen täyteisiä hetkiä ensivuonna (2014)lokakuun 19. päivän iltana kello 21–22 aikoihin Suomen aikaa (aikamäärityksessä on hieman alle tunnin virhemarginaali), kun se lennähtää Marsin ohi hyvin läheltä. Toistaiseksi ratamäärityksissä on sen verran epävarmuutta, että tarkkaa ohitusetäisyyttä ei pystytä laskemaan ja pieni törmäyksen mahdollisuus on olemassa. Tutkijat ovat arvioineet, että on olemassa 1:2000 mahdollisuus törmäykseen eli 1999 tapauksessa se menee Marsin ohi.

Laskennallisesti ohilento näyttäisi tapahtuvan noin 120 000 km etäisyydeltä mikä vastaa suunnilleen yhtä kolmasosaa Maan ja Kuun välisestä keskietäisyydestä. Yläraja ohitusetäisyydelle on noin 333 000 km eli suunnilleen Kuun etäisyys silloin kun se on lähimmillään Maata.

Komeetan ytimen kokoa ei tunneta, mutta arvioiden mukaan se on jotain 1–3 km välillä. Komeetan vauhti Marsin suhteen on melkoisen suuri, noin 56 km/s. Suuri nopeus on merkitsevässä asemassa laskettaessa törmäysenergiaa. Tutkijat arvelevat sen vastaavan noin 35 megatonnia TNT räjähdettä. Tätä voisi verrata vaikkapa dinosaurukset tuhonneeseen asteroidin törmäykseen, jossa vapautui 100 megatonnin räjähdystä vastaava energia.  Tseljabinskin yllä hajonnut asteroidi vapautti vain 470 kilotonnin räjähdystä vastaavan energiamäärän ja ensimmäiset atomipommit olivat vain 15 ja 20 kilotonnin luokkaa.

Komeetan ohittaessa Marsin näinkin läheltä, se voi hyvin vaikuttaa merkittävästi planeetan hyvin ohueen ilmakehään. Joka tapauksessa komeetan ytimen ympärillä olevasta komasta pölyä ja kaasua päätyy Marsin ilmakehään. Ohilento saa aikaan merkittävän meteorisateen Marsin ilmakehässä. Ilmakehässä tapahtuvat muutokset ovat sen verran voimakkaita, että Marsin pinnalla olevien luotainten tekemistä mittauksista muutokset on helppo havaita.

Tutkijat odottavat näkevänsä Marsin ilmakehässä mahdollisesti esiintyviä revontulia. Marsin magneettikenttä on hyvin heikko ja se ei muodosta mitään yhtenäistä kenttää, kuten maapallolla. Näin ollen aurinkotuuli ei keskity mihinkään erityiseen kohtaan, kuten magneettisten napojen tuntumaan, joten jos siellä esiintyy revontulia, niin ne ovat äärimmäisen heikkoja. Komeetasta irronnut kaasu voi muuttaa tilanteen hetkeksi pelkästään ilmakehään törmäävästä hiukkasmäärästä johtuen. Marsin ilmakehän voi loimuta revontulissa kauttaaltaan muutaman tunnin ajan, ehkä pitempäänkin.

Mars-luotaimista Opportunity voi olla vaikeuksissa (edellyttäen, että se on edelleen toimintakuntoinen), sillä se saa käyttöenergiansa aurinkokennoista. Ilmakehässä leijuva pölymäärä voi nousta suureksi, etenkin jos törmäys tapahtuu, ja se estää auringonvalon pääsyn Marsin pinnalle. Viime elokuussa Marsiin laskeutunut Curiosity sen sijaan voisi selvitä hieman paremmin, sillä se saa käyttöenergiansa lämpöydingeneraattorista.

Marsin havaitseminen ei kuitenkaan ole näiden kahden luotaimen varassa, vaan myös kiertoradoilla olevat luotaimet (Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Odyssey ja Mars Express) välittävät komeetan ohituksesta tietoja. Nasa on laukaisemassa myös uuden luotaimen, jonka tarkoituksena on tehdä havaintoja Marsin ilmakehästä. MAVEN-luotain laukaistaan matkaan tämän vuoden marraskuussa ja perillä se tulisi olemaan joitakin viikkoja ennen komeetan ohilentoa. Valitettavasti kovinkaan paljoa käyttökelpoista tietoa luotain ei voi välittää, sillä sen laitteita ohilennon aikana otetaan vasta käyttöön, ehkä kuitenkin jotain.

Entä jos komeetta todella törmää Marsiin? Silloin planeetan ilmakehän koostumus muuttuisi merkittävästi. Törmäyksessä kohoaisi ilmakehään valtavamäärä hienojakoista tomua ja vettä, jotka yhdessä muuttaisivat Marsin nykyisen ilmaston hetkessä. Aluksi ilmakehässä leijuva tomu varmasti estäisi auringonvalon pääsyn Marsin pinnalle, näin viilentäen sen. Hieman pidemmällä ajalla ilmakehässä leijuva tomu itse lämpenisi ja mitä se puolestaan saisi aikaa, on vielä arvailujen varassa.

Jos tomu laskeutuisi nopeasti Marsin pinnalle, ilmastolliset vaikutukset voisivat olla vähäiset. Jos hienojakoista tomua jäisi leijumaan vuosikausiksi, niin lopputulos voisi olla se, että Mars lämpenisi, ilmakehä tulisi kosteammaksi ja tiheämmäksi. Tilanne siis muistuttaisi Marsin maankaltaistamista, jota on ehdotettu tehtäväksi juuri ohjaamalla joku komeetta tai asteroidi törmäämään Marsiin. Luonto voisi hoitaa tämä ihmisen puolesta.

Puolitoista vuotta on pitkä aika, ja sinä aikana saadaan komeetasta paljon enemmän tietoja kuin mitä tähän asti on saatu. Mitä enemmän tietoja on ratalaskelmien tekemiseen, sen tarkemmin ohitusetäisyys (tai törmäys) tiedetään.

Olisi mielenkiintoista tehdä havaintoja Marsista ja komeetasta silloin kun ne ovat lähimmillään. Marsin kirkkaus on 0,9^m ja komeetan noin 0^m (kirkkausyksikköä eli magnitudia). Fyysisesti komeetan koma tulee olemaan paljon suurempi kuin Mars, joten Maasta havaittuna näkymä voisi olla mielenkiintoinen.

Valitettavasti meillä Suomessa ei juuri ohilennon näkymiä pystytä näkemään. Mars nousee iltapäivällä kello 14.55 ja laskee vain muutaman tunnin kuluttua kello 19.25. Auringon laskun jälkeen on siis vain puolisentoista tuntia Marsin laskuun, joten jotain sentään voitaisiin nähdä jos olisi kirkasta horisonttiin asti etelän ja lounaan välisessä horisontissa. Komeetta lähestyy Marsia eteläisen tähtitaivaan suunnasta, joten emme pysty havaitsemaan sitäkään ennen kuin ohilennon jälkeen.