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.

Ingenuity lensi toisen kerran

Marsiin laskeutunut Perseverance kulkija vei mukanaan pienen helikopterin, Ingenuity:n. Sen ensilento tehtiin 19.4. ja tämä toinen lento tehtiin eilen (23.4.) iltapäivällä Suomen aikaa. Molemmat lennot olivat onnistuneita ja suunnitelman mukaisia. 

Kuvat otettiin Preseverance:n Mastcam-Z kameralle lentotestin aikana 22.4. iltapäivällä Suomen aikaa. Kuva NASA/JPL.

Ensimmäisen lennon kesto oli 39,1 sekuntia ja korkeus noin 3 metriä. Tämän lennon tarkoitus oli testata sitä, olisiko Marsin ohuessa ilmakehässä ylipäätään lentää tämän tyyppisellä laitteistolla. Lentämistä Marsin olosuhteissa oli testattu Maassa testikammiossa, jossa se oli onnistunut, mutta todellinen lento hieman arvaamattomissa ja hallitsemattomissa olosuhteissa on aina vaikeampaa kuin testitilanteessa.

Ensimmäisen lennon onnistumisen jälkeen vuorossa on sarja testilentoja, joilla jokaisella on määrä tehdä joitain uusia tehtäviä. Eilen tehty toisen lennon korkeus oli suurempi, 5 metriä ja lennon kesto 51,9 sekuntia. Lisäksi kopteria siirrettiin jonkin matkaa sivusuunnassa ja käänteli kameraansa eri suuntiin. Tämän jälkeen se palautettiin lähtöpisteeseen ”lentokentän” keskustaan. Yksin kertainen lentosuunnitelma, mutta sen toteuttaminen autonomisesti Marsin olosuhteissa on ollut teknisesti todella vaativa suoritus.

Jatkoa seuraa muutaman päivänä välein. Tulevilla lennoilla Ingenuity siirtyy aina vain pitempiä matkoja ja lentokorkeutta lisätään. Lentoja on suunniteltu tehtävän vähintään viisi, jos laitteisto pysyy toimintakuntoisena. Odotettavissa on myös lento, jossa helikopteri lentää tuulta vasten. Ilmeisesti viimeisen toteuttavan lennon tarkoitus on lentää niin kauas Perseverance:n läheisyydestä kuin mahdollista radioyhteyden säilyessä.

Lentojen päätyttyä, Preseverance on vasta aloittamassa omaa tutkimusohjelmaansa. Sen tarkoitus on koota yli neljäkymmentä näytettä Marsin kivi- ja maaperästä sekä sulkea ne kapseleihin. Näytteet kootaan yhteen paikaan ja seuraava NASAn ja ESAn yhteistehtävä on tuoda ne maapallolle tutkimuksia varten

Vaikka helikopterilennot eivät ole Perseverance:n tutkimustehtävän tärkeimpiä, ne antavat tutkijoille ja insinööreille arvokkaan kokemuksen Marsin olosuhteissa lentämisestä. Lentolaite pääsee paljon helpommin sellaisille alueille, jonne kulkijalla ei ole mitään asiaa. Lisäksi lentäminen sujuu paljon nopeammin ja havaintoja voidaan tehdä paljon laajemmin kuin mitä pinnalla kulkien olisi mahdollista. Tulevaisuudessa varmaankin nähdään helikopterien olevan erittäin tärkeässä roolissa tulevaisuuden Marsin tutkimusmatkoja (ja muidenkin kohteiden) suunniteltaessa ja toteutettaessa. 

Alla video lennosta. 

 

Komeetta 2I/Borisov havaittiin lähes vuotta ennen löytöään

Tähtivälisestä avaruudesta Aurinkokuntaamme saapunut komeetta 2I/Borisov oli valokuvattu yli 200 kertaa ennen varsinaista löytämistään. Tällaiseen tulokseen ovat tulleet Marylandin yliopiston tutkijat Quanzhi Yen’in johtama tutkimusryhmä.

Ennen löytöä otetuja valokuvia komeetta 2/ Borisovista. Kuva arxiv.org

Tutkimuksessa^[1] ryhmä kokosi Catalina Sky, Pan-STARRS ja Zwicky Transient Facility -laitteistojen kokoamia valokuvia niiltä alueilta, joilla komeetta olisi ollut ennen elokuussa 2019 tehtyä löytämistään. Valokuvia löytyi kaikkiaan 202, joissa komeetta on näkyvissä. Komeetan suurin etäisyys oli varhaisimmassa kuvassa jouluun 13. päivältä 2018 kahdeksan astronomisen yksikön etäisyydellä. Sitä varhaisemmista kuvista komeettaa ei löytynyt.

Valokuvien perusteella tutkijat pystyivät laskemaan mm. komeettaytimen koon. Ytimen säde on enintään 7 km se vapauttaa kaasuja avaruuteen 0,5 –10 km² alueelta. Lisäksi sen koma näyttää syntynee 5 – 7 au etäisyydellä. Aurinkokunnassa olevien komeettojen koma alkaa kehittyä hieman lähempänä Aurinkoa, vain 3 – 5 au etäisyydellä. Ero kertoo siitä, että 2I/Borisov sisältää aurinkokunnan komeettoja enemmän haihtuvia kaasuja kuten hiilidioksidia ja hiilimonoksidia. Ero ei kuitenkaan ole suuren suuri, joten sitä voidaan pitää samankaltaisena kuin Oortin pilvestä ensikertaa Aurinkokunnan sisäosiin tulevat komeetat ovat.

Komeetta 2I/Borisov saavuttaa perihelin (n. 2 au etäisyydellä Auringosta) joulukuun 8. päivänä tänä vuonna. Siihen asti se lähestyy ja Auringon lämpösäteily lisääntyy sillä seurauksella, että komeetasta sublimoituu entistä enemmän niin vesihöyryä kuin muitakin helposti haihtuvia kaasuja. Tästä puolestaan seuraa, että komeetan kirkkaus kasvaa jonkin verran. Rakenteellisesti komeetta pidetään hieman heikompana kuin Aurinkokuntamme komeettoja, joten voi olla, että 2I tarjoaa vielä mielenkiintoista nähtävää.

Huomautukset

[1] Tutkimus on julkaistu https://arxiv.org/abs/1911.05902 (https://arxiv.org/pdf/1911.05902.pdf)

New Horizons-luotain ohitti Ultima Thulen

Nasan planeettaluotain New Horizons on tehnyt onnistuneen ohilennon Kuiperin vyön kappaleen (485968) 2014 MU69, joka tunnetaan nimellä Ultima Thule^[1]. Ohilento tapahtui tammikuun 2. päivän aamuna kello 7.33 Suomen aikaa noin 6,5 miljardin kilometrin etäisyydellä Auringosta ja noin 3 500 km etäisyydeltä kuiperoidista^[2]. Samalla Ultimasta tuli etäisin planeettaluotaimen ohi lentämä kappale aurinkokunnassamme. Ultima Thulen koko on noin 32×16 km.

Vasemmanpuoleinen kuva on yhdistelmä New Horizons -luotaimen LORRI-kameran kuvista, joita luotain otti ennen ohilentoa. Oikealla on taitelijan näkemys Ultima Thulesta ja kuvaan on merkitty myös kappaleen (pää)pyörimisakseli. Kuva NASA/JHUAPL/SwRI/James Tuttle Keane.

Lähestyessään kuiperoidia, New Horizons valokuvasi kohdettaan lähes koko ajan. Ensimmäiset pieniresoluutioiset kuvat on jo vastaanotettu ja niistä on selvinnyt jo parikin Ultimaan liittyvää arvoitusta. Ensinnäkin kuiperoidi näyttää olevan muodoltaan keila, ilmeisesti kahdesta eri kappaleen liittymässä muodostunut.

Kuiperoidin pyörimisakseli on yhdistelmän massakeskipisteen kohdalla lyhyemmän akselin suuntainen ja pyörimisakseli on suunnaltaan sellainen, että se osoitti kohti New Horizons -luotaimen lähestymissuuntaan. Pyörimisasento selittää myös sen, miksi kuiperoidin kirkkauden vaihtelu oli lähes olematonta.

Ultima Thule sijaitsee niin etäällä Auringosta, että se vastaanottaa vain 0,05 % siitä Auringon säteilymäärästä mitä maapallo vastaanottaa ^[3], eli noin 0,7 W/m². Väriltään Ultima on punertava ja sen tiedetään olevan seurausta jääpeitteisen kappaleen pinnalle kertyvästä orgaanisesta materiaalista, joka on väriltään punaisen ruskeaa. Orgaaninen materiaali syntyy ultraviolettivalon vaikutuksesta lähinnä metaanista ja mahdollisesti muista hiilipitoisista molekyyleistä. Kuiperin vyössä punertavan pinnan synty vie miljardeja vuosia.

New Horizons jatkaa lentoaan Kuiperin vyössä. Lähikuukausina luotain lähettää valokuvia ja mittausdataa Maahan. Dataa kertyi ohilennolta niin runsaasti, että viimeisimmät bitit datasta saadaan tutkijoiden käyttöön vasta noin 20 kuukauden kuluttua, siis vuoden 2020 lopulla.

Huomautukset

[1] Ultima Thule nimitys tulee antiikin roomalaisilta, jotka merkitsivät karttoihinsa hallitsemiensa alueiden ulkopuolella olevat maa-alueet tällä nimityksellä. Käännettynä Ultima Thule merkitsee lähinnä ”tunnetun maailman ulkopuolella olevaa”.

[2] Kuiperoidi on asteroidin kaltainen Neptunuksen radan ulkopuolella Aurinkoa kiertävä kappale. Asteroideista poiketen kuiperoidit ovat säilyttäneet kemiallisen ja fyysisen rakenteen aurinkokuntamme alkuajoista lähtien (primitiivinen) ja muistuttavat hyvin paljon planetesimaaleja, joista myöhemmin muodostui planeetat.

[3] Maapallon kohdalla avaruudessa Auringon säteilee noin 1368 W/m² teholla.