Komeetan ohitus Hubblen kuvissa

Komeetta Siding Spring Hubblen
kuvaamana.

Kuva NASA, ESA, PSI, JHU/APL, STScI/AURA

Nasa on julkaissut kuvan komeetta 2013 A1 Siding Spring Marsin ohituksesta. Kuva on komposiittikuva, johon on yhdistetty kolme eri kohdetta: Mars, komeetta ja taustataivas. Näistä taustataivas on synteettinen.

Komeetta Siding Spring ohitti Marsin viime sunnuntai-iltana (19.10.2014) kello 21.28 Suomen aikaa. Tällöin Marsin ja komeettaytimen välinen etäisyys oli ainoastaan 135 900 km, eli suunnilleen kolmas osa Maan ja Kuun välisestä etäisyydestä. Pienimmillään Marsin ja komeetta ytimen (joka ei näy kuvissa)etäisyys Maasta katsottuna oli vain 1,5 kaariminuuttia. Kuvassa komeetta ja Mars ovat tällä etäisyydellä toisistaan.

Oheinen kuva on siis kolmesta kuvasta koottu, sillä teknisesti tällaisen kuvan ottaminen olisi ollut mahdotonta. Kuvassa näkyvä komeetta valokuvattiin Hubblella 18. ja 19. päivinä ja Mars on kuvattu 18. päivänä. Tausta tähtitaivas on valmistettu Palomar Digital Sky Survey:n projektin tähtikuvista ja se on skaalattu Hubblen kuvakentän mukaiseksi.

Marsin ja komeetan välinen kirkkausero oli suuri, joten jos Mars olisi valotettu oikein, komeettaa tuskin olisi kuvassa näkynyt ja jos komeetta olisi valottunut oikein, Mars olisi hurjasti ylivalottunut. Lisäksi komeetta liikkui suhteessa Marsiin, joten jompikumpi kohde olisi tullut liike-epäteräväksi.

Kuvien yhdisteleminen ei ole mitenkään väärin tai vääristelyä, etenkin silloin, kun yhteen kuuluvista kohteista toinen tai jotkut kohteet ovat selkeästi himmeämpiä kuin toiset. Itsekin olen ko. menetelmää käyttänyt esimerkiksi tässäkin blogissa julkaisemissani aurinkokuvissa, joissa Auringon reunalla näkyvät prominenssit ovat kirkkaudeltaan vain noin tuhannesosa siitä kirkkaudesta millä Auringon fotosfääri näkyy.

Tutkijat valmistautuvat komeetan Marsin ohitukseen

Havainnekuva komeetan tekemästä Marsin ohituksesta.
Kuva Nasa.

Lokakuun 19. päivän iltana (Suomen aikaa) komeetta C 2013 A1 (Siging Spring) ohittaa Marsin vain 139 500 km etäisyydeltä. Ohitusetäisyys vastaa suunnilleen kolmasosaa Maan ja Kuun välisestä keskietäisyydestä. Marsin ja komeettaytimen välinen etäisyys on lyhin kello 21.27 Suomen aikaa ja kohtaamisnopeus on 56 km/s.

Komeetan C 2013 A1 löysi Rob McNaugth tammikuun 3. päivänä 2013 Sidin Spring’in observatoriossa Australiassa. Arkistoista löytyneiden lokakuun 4. 2012 otettujen ja uudempien havaintojen avulla komeetan rata pystyttiin nopeasti määrittämään, jolloin kävi ilmi, että se tulee ohittamaan Marsin hyvin läheltä lokakuussa 2014. Alkuun pidettiin mahdollisena, että komeetta olisi voinut jopa törmätä Marsiin, tosin tämä vaihtoehto saatiin suljettua pois suhteellisen nopeasti.

Komeetta on aikaisemmin tuntematon ja se on ensimmäistä kertaa aurinkokuntamme sisäosassa. Tästä syystä tutkijat ovat hyvin kiinnostuneita komeetan rakenteesta ja sen sisältämistä kaasuista. Lähiohitus Marsin kanssa tarjoaa myös mahdollisuuden tehdä havaintoja hyvin läheltä itse komeettaa, sillä Marsin kiertoradalla on viisi ja pinnalla kaksi havaintoihin kykenevää tutkimusluotainta.

Kaksi uusinta luotainta ovat Nasan Maven ja Intian Mars-luotain. Jo vuosia Marsin kiertoradalla olleet luotaimet ovat Mars Odyssey Orbiter ja Mars Reconnaissance Orbiter. Euroopan avaruusjärjestön Mars Express on myös edelleen toimintakuntoinen. Marsin pinnalla havaintoja tekevät marskulkijat Opportunity ja Curiosity. Opportunityn mahdollisuudet havaintoihin ovat hieman rajoittuneet lähinnä käytettävissä olevan sähköenergian riittävyydestä johtuen. Sehän saa käyttöenergiansa sähköä tuottavista aurinkopaneeleista ja niiden pölyisyydestä riippuu kuinka paljon sähköä luotaimella on akuissaan yöaikaan.

Kuva Nasa.

Vaikka itse komeettaydin ei törmääkään Marsiin, niin sitä ympäröivä koma ja ennen kaikkea pöly- ja kaasupyrstöt tulevat kohtaamaan Marsin harvan ilmakehän.  Vaikka Marsin ilmakehän on hyvin ohut, niin jos siihen syöksyy suurehkoja kappaleita, ne aiheuttavat meteori-ilmiöitä. Tutkijoita kuitenkin kiinnostaa enemmän mitä hienojakoinen pöly saa aikaan Marsin ilmakehälle, vai saako aikaan mitään havaittavaa. Erityisesti Nasan Maven-luotaimen mittauksista ovat ratkaisevassa asemassa..

Pölypyrstössä olevat kappaleet ovat merkittävä uhka Marsin kiertoradoilla oleville luotaimille. Niinpä niiden rataa on muutettu siten, että ne ovat suojassa pahimman pölymyrskyn aikana. Suurin vaurioitumisriski alkaa noin 90 minuuttia lähimmän ohituksen jälkeen ja vaaraa riittää parinkymmenen minuutin ajan. Törmäysriski on kuitenkin hyvin minimaalinen, sillä luotaimet ovat suurimman riskin aikana aivan pölypyrstön reunan tuntumassa, jossa uhkaavia kappaleita on vain vähän.

Komeetan ja Marsin välistä kohtaamista ei havainnoida yksistään Mars-luotaimilla, vaan myös maapallolla ja etenkin Maan kiertoradalla olevat observatoriot (8 kpl) Hubblesta alkaen ovat varattu havaitsemaan Marsissa tapahtuvia ilmiöitä. Sen lisäksi tietysti maanpinnalla olevat observatoriot tekevät havaintoja.

Marsin näkyminen Suomessa

Kaavio komeetan radasta ohityúksen
aikana. Kuva NAsa.

Komeetan ohituksen aikaan Mars ja komeetta C/2013 A1 eivät ole näkyvissä Suomen horisontin yläpuolella. Tampereella Mars laskee horisonttiin kello 19.25. Komeetta lähestyy Marsia eteläiseltä tähtitaivaalta, joten sitäkään ei pystyä ennen ohitusta havaitsemaan. Ohituksen jälkeenkin komeetan havaitseminen voi olla todella vaikeaa tai uskaltaisinpa väittää se olevan mahdotonta, sillä komeetta ei ole mitenkään erityisen kirkas. Ohituksen aikaan sen kirkkaus on parhaimmillaankin vain 8^m ja ohituksen jälkeen se himmenee. Iltataivas on kuitenkin hyvin vaalea, joten läheltä horisonttia näin himmeitä kohteita ei pysty näkemään. Ohituksen jälkeen komeetan elongaatio pienenee ja konjunktiossa se on 17.12., jolloin kulmaetäisyys Aurinkoon on vain noin 11 astetta.

Kuun Oceanus Procellarum -alueen syntytapa uusiksi

Kuun näkyvässä valossa (vsemmalla), Kuun pinnan korkeudet
(keskellä, sininen alankoa, punainen ylänköä ja vuoria) sekä
GRAIL-luotainten gravitaatiomittauksiin perustuva
gravitaatiogradienttikartta (sininen basalttia).
Kuva NASA/GSFC/JPL/Colorado School of Mines/MIT.

Nasan tutkijat ovat analysoineet parisen vuotta sitten toimintansa päättäneiden GRAIL-luotainten ^[1] tekemiä gravitaatiomittauksia. Niiden mukaan Kuun pinnalla on laaja kuusikulmio, joka on peittynyt mare-alueiden metallipitoisella basaltilla. Muodostuma haastaa nykyisen käsityksen siitä, että Oceanus Procellarum (Myrskyjen valtameri) olisi muodostunut ison asteroidin törmäyksessä.

 Nykyisin Oceanus Procellarum on kooltaan noin 721×485 km kokoinen tumma mare-alue, joka on hyvin tasainen. Suurimmat korkeuserot ovat vain 80 m luokkaa.  Alue on myös kemialtaan muista Kuun mare-alueista hieman poikkeava. Vallitsevan käsityksen mukaan alue olisi syntynyt, kuten muutkin mare-alueet, asteroidin iskeytymisessä syntyneen kraatterin täyttyessä tummalla, metallipitoisella basaltilla. Alueen epätavallinen tasaisuus tukee tätä näkemystä.

GRAIL-luotainten tekemien korkeusmittausten perusteella tutkijat ovat todenneet tasaisen alueen olevan Oceanus Procellarumia laajempi, halkaisijaltaan jopa 2600 km. Gravitaatiomittausten perusteella tätä tasaista aluetta ympäröi basaltin täyttämien laaksojen kehä, joka näyttäisi muodostavan lähes neliön. Tarkkaan katsottuna kehä kuitenkin on muodoltaan kuusikulmio, joka on vääristynyt Kuun pallonmuotoisuuden vuoksi. Kuusikulmio on tyypillistä alueille (myös Maassa ja muilla planeetoilla ja kuilla), jotka ovat syntymisensä jälkeen kutistuneet.

Nasan GRAIL-projektin päätutkijat Maria Zuber’in tulkinnan mukaan Oceanus Procellarumin alue olisikin täyttynyt (ja muodostunut hyvin tasaiseksi) alueen kutistumisen myötä syntyneiden hautavajoamien synnyttämien tulivuorten laavan virratessa alueelle. Tutkija Jeff Andrews-Hanna’n (Colorado School of Mines Golden, Colorado) mukaan havainto haastaa tai on ristiriidassa aikaisemman törmäysteorian kanssa. Aikaisemmin tästä on ollut pinnamuotoihin perustuvia vihjeitä, mutta GRAIL-luotainten gravitaation gradienttihavainnot ovat vahvin osoitus alueen todellisesta alkuperästä. Jos törmäysteoria olisi oikea, aluetta pitäisi ympäröidä reunavallit ^[2] ja muodoltaan sen pitäisi olla pyöreä.

Huomautukset

Havainnekuva GRAIL-luotaimista
tehtävissään Kuun kiertoradalla.
Kuva NASA/JPL-Caltech.

[1] Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) oli kahdesta (GRAIL A (Ebb) ja GRAIL B (Flow) muodostettu tutkimusluotainpari, joka laukaistiin kohti Kuuta syyskuussa 2011. Kuun matalalle ja napojen kautta kulkeneelle kiertoradalle luotaimet asettuivat 31.12.2011 ja 1.1.2012. Kiertoradaltaan luotaimet kartoittivat Kuun pinnan korkeutta ja tekivät gravitaatiomittauksia. Tehtävä sai hieman jatkoaikaa, mutta 17.12.2012 luotaimet ohjattiin törmäämään Kuuhun.

[2] Isokokoiset törmäyskraatterit ovat usein muodoltaan monimuotoisia. Törmäyksen seurauksena syntynyt kraatteri saa reunavallit, jotka kuitenkin romahtavat heti kohta törmäyksen jälkeen. Usein romahtamisia tapahtuu useampaankin kertaan. Tällöin puhutaan terassoitumisesta. Isokokoiset törmäyskraatterit saavat myös keskusvuoren, joka syntyy törmäyksen painevaikutuksen lakattua kraatterin keskialueen ponnahtaessa ylöspäin sokkiaaltojen ja kivenpuristumisessa syntyneen paineen vaikutuksesta. Oceanus Procellarumin tapauksessa sen paremmin reunavalleja kuin keskusvuortakaan ei ole pystytty osoittamaan.

Harrastajan tähtitaivas: Lokakuu 2014

Syksyisellä iltataivaalla Linnunrta
näyttää kulkevan koillisesta lounaaseen.

Lokakuussa ilta pimenee yöksi jo suhteellisen varhain. Tämä osaltaan helpottaa harrastajia, sillä yövalvomisen määrää voi vähentää. Havaintokelit eivät kuitenkaan iltataivaalta ole kovinkaan kehuttavia, joten jos vain mahdollista, varsinaiset havainnot voisikin siirtää aamuyölle.

Kaikille harrastajille voin suositella iltaisin etsiytymista pimeään paikkaan ihastelemaan Linnunrataa. Se ulottuu koillisesta lounaaseen kulkien keskitaivaan kautta ja näkyy hohtavana utumaisena vyönä. Sen eteläosassa voi tarkkasilmäinen havaitsija tumman vyön ("Suuri repeämä"), joka on spiraalihaaroissa esiintyvää pimeää ja kylmää pölyä ja se estää Linnunradan kirkkaimpien osien näkymisen meille. 

Linnunradan keskustan suunta on Jousimiehen tähdistössä juuri ja juuri sen verran etelässä, että se ei koskaan nouse Suomessa horisontin yläpuolelle. Etelän maissakaan suoraa näköyhteyttä galaksimme keskustaankaan ei ole, sillä sekin peittyy tummiin pölypilviin.

Aurinko on Tampereen horisontin yläpuolella kuukauden alkupuolella noin 11,5 tuntia ja loppupuolella noin 8,5 tuntia. Auringon näennäinen koko on noin 32 kaariminuuttia.

Kuun vaiheet. Kasvava puolikuu 1.10. kello 19.33, täysikuu 8.10. kello 10.51, vähenevä puolikuu 15.10. kello 19.12, uusikuu 23.10. kello 21.57. ja toinen kasvava puolikuu 31.10. kello 2.48.

Merkurius näkyy aamutaivaalla kuukauden jälkipuoliskolla. Aluksi sen nousuaika horisontista on niin lähellä auringonnousua, että havaintojen tekeminen on lähes mahdotonta. Merkurius nousee 19.10. jo puoli tuntia ennen auringonnousua, joten sen havaitseminen lienee mahdollista. 

Kuukauden loppuun mennessä nousuaikoihin kertyy eroa jo 2 tuntia 13 minuuttia. Kuukauden lopulla elongaatio on kasvanut 18,3 asteeseen ja planeetan kirkkaus on –0,2^m . Planeetta näkyy tällöin myös suhteellisen suurena kohteena, kulmahalkaisija on 7,4 kaarisekuntia.

Venus näkyy lähellä Aurinkoa ja sen vuoksi näkyvissä vain päiväaikana. Planeetan kirkkaus on ”vain” –3,8^m , joten paljain silmin sitä on vaikea havaita. Sen sijaan tietokoneohjatulla kaukoputkella se pitäisi löytyä kuvakenttään suhteellisen helposti.

Kuukauden loppupuolella päivähavainnoissa pitäisi olla erityisen varovainen, sillä Venuksen ja Auringon välinen etäisyys on lyhyimmillään vain 1 aste. Venuksen yläkonjunktio on 23.10. kello 21.36. Suositeltavaa onkin tehdä havaintoja Venuksesta vain valokuvaamalla. Yläkonjunktion aikaan Venus näkyy 9,7 kaarisekunnin kokoisena.

Mars on näkyvissä iltataivaalla, sillä se laskee horisonttiin noin tunnin auringonlaskun jälkeen. Kuukauden loppupuolella planeetta painuu horisonttiin noin kaksi tuntia auringonlaskun jälkeen.  Valitettavasti Mars on hyvin etelässä Jousimiehen tähdistössä, joten sen näkyminen sijoittuu vain lähelle horisonttia, jonka vaalea taivas tekee Marsin näkymisestä lähes mahdottoman. Pienenä kohteena (kulmahalkaisija vain noin 5,8 kaarisekuntia) mitään yksityiskohtia näissä olosuhteissa ei pysty näkemään. Marsin kirkkaus on noin 0,9^m.

Komeetan lähiohitus saattaa saada aikaan
Marsin paikallisten magneettikenttien
alueilla revontulien esiintymistä. Kuva
Nasan tuottamasta videosta.

Mars on tässä kuussa erityisen suuren mielenkiinnon kohteena, sillä komeetta C/2013 A1 (Siding Spring) ohittaa 19.10. kello 21:28 planeetan hyvin läheltä. Laskelmat osoittavat ohitusetäisyyden olevan lyhyimmillään vain 132 000 km. Aikaisemmin pidettiin mahdollisena, että komeetta voisi jopa törmätä Marsiin, vaikkakin mahdollisuudet tähän olivat hyvin pienet. Nyttemmin törmäysmahdollisuus on suljettu täydellisesti pois. Komeetan ja Marsin välinen kohtaamisnopeus on 56 km/s.

Jupiter sijaitsee Kravun tähdistössä ja on hyvin näkyvissä aamuyöstä. Kuukauden alussa se nousee noin 1.30 tietämillä ja kuukauden lopulla jo heti kohta kello 23 jälkeen. Jupiterin kirkkaus on –1,8^m ja kulmahalkaisija noin 35 kaarisekuntia.

Saturnus laskee horisonttiin noin tunti auringonlaskun jälkeen koko kuukauden ajan. Saturnuksen kirkkaus on noin 0,7^m ja kulmahalkaisija 15,4 kaarisekuntia. Saturnus sijaitsee Vaa’an tähdistössä.

Uranus on Kalojen tähdistössä ja horisontin yläpuolella koko yön. Kuukauden loppupuolella Uranuksen lasku horisonttiin tapahtuu noin 2,5 tuntia ennen auringonnousua. Uranuksen kirkkaus on 5,7^m ja kulmahalkaisija 3,7 kaarisekuntia. Uranus on suhteellisen helppo kohde havaittavaksi pienelläkin kaukoputkella tai kiikarilla. Tosin planeetan tunnistaminen tähtien joukosta vaatii hyvän tähtikartan tai tietokoneohjatun kaukoputken. Riittävän kirkkaasta kuvasta Uranus on tunnistettavissa sinivihreästä väristään.

Neptunus on Vesimiehessä ja nousee koko kuukauden ajan ennen auringonlaskua. Etelämeridiaanin planeetta ylittää vielä iltayön tunteina, joten parempia havaintomahdollisuuksia voi odottaa vasta vuosien kuluttua. Horisonttiin planeetta painuu aamuyöstä: kuukauden alussa noin 3 tuntia 20 minuuttia ennen auringonnousua ja kuukauden lopulla kello 1 aikoihin. Planeetan kirkkaus on 7,8^m ja kulmahalkaisija 2,3 kaarisekuntia.

Intian Mars-luotain saavutti Marsin

MOM-luotain. Kuva ISRO.

Intian avaruusorganisaation (Indian Space Research Organisation, ISRO) viime marraskuussa matkaan lähetetty Mars Orbiter Misson (MOM) -luotain on asettunut tänään Marsia kiertävälle radalle. Luotaimen tarkoituksena on tehdä havaintoja Marsin ilmakehästä, erityisesti metaanin esiintyvyydestä. Lisäksi luotain tekee havaintoja ja kartoittaa Marsin pinnanmuodoista, rakenteista ja pinnan mineraaleista.

Tieteellisten tavoitteiden lisäksi MOM-luotaimen teknologiset haasteet ovat olleet ISROlle merkittäviä. Etenkin itse luotaimen suunnittelu ja rakentaminen on ollut merkittävä haaste, sen matkaaminen Marsiin yli 300 vuorokautta ja etenkin luotaimen asettuminen Marsin kiertoradalle ovat olleet aivan uusia asioita Intialle. Niinpä onkin merkittävää, että ISROn insinöörit ovat onnistuneet tehtävässään ensimmäisellä kerralla.

Kaavio Marsin kiertoradallea
asettumisesta. Kuva ISRO.

MOM-luotain on nyt asettunut Mrasin kiertoradalle, jonka matalin piste sijaitsee vain noin 423 km (suunniteltu 366 km) korkeudella Marsin pinnasta (periapsis). Etäisin piste (apoapsis) puolestaan sijaitsee noin 80 000 km etäisyydellä.

Hieman samanlaista strategiaa käytettiin luotaimen laukaisussa. Laukaisun jälkeen luotain asettui Maata kiertävälle radalle, jonka lähin piste oli noin 250 km ja etäisin piste noin 23 500 km korkeudella.

Kuuden perättäisen ajomoottorikäynnistyskerralla rataa muutettiin niin, että lopulta luotain päätyi hyperboliselle radalle; irtaantui maapallon gravitaation vaikutuksesta (1.12.2013) ja lähti kohti Marsia. Marsin radan saavuttamiseksi, luotaimen rata oli suunniteltu mahdollisimman vähän energiaa eli ns. Hohmannin siirtorataa käyttäväksi. Radan käyttäminen kuluttaa mahdollisimman vähän polttoainetta, mutta se on myös hitain tapa siirtyä planeetalta toiselle [1].

MOM-luotaimen siirtorata Marsiin.
Kuva ISRO.

MOM-luotaimessa on viisi tutkimusinstrumenttia: värikamera (MCC), jolla luotain valokuvaa Marsia; infrapunaisen aallonpituuden lämpökamera ja spektrometri (TIS), jolla tehdään Marsin pinnan mineraalien kartoitusta; metaanitunnistin (MSM) ilmakehässä mahdollisesti esiintyvän metaanin havainnointiin; yläilmakehän havaintolaitteisto (MENCA), jolla havainnoidaan sähköisesti neutraaleja atomeja ja molekyylejä Marsin yläilmakehästä ja Lyman alfa-fotometri, jolla havainnoidaan ilmakehän deuterium/vety-suhdetta. Tällä laitteella pyritään erityisesti selvittelemään Marsin ilmakehän ja veden menetysprosessia vuosimiljardien aikana.

MOM-luotain laukaistiin matkaan Intian kehittämällä nelivaiheisella PSLV-C25-kantoraketilla. Se pystyy viemään matalalle radalle (LEO) noin 3 250 kg ja GTO-radalle noin 1 410 kg kuorman. MOM-luotaimen laukaisumassa oli 1 337 kg. Kantorakettia on käytetty 27 kertaa, joista 25 on onnistunut täysin. Laukaisuista yksi epäonnistui osittain (29.9.1997) ja yksi kokonaan (20.9.1993). Tänä vuonna (2014) Intia on käyttänyt kantorakettia kaksi kertaa vieden avaruuteen yhteensä 6 satelliittia.

Huomautukset

[1] Intian MOM-luotaimelle sopivia laukaisuikkunoita olivat marraskuu 2013 (jolloin luotain laukaistiin), tammikuu 2016, toukokuu 2018 jne. johtuen Marsin radan elliptisyydestä. Laukaisu täytyi tapahtua noin puoli vuotta ennen oppositiota (8.4.2014) ja rata suuntautui Marsin radan pisteeseen, jossa planeetta tuli olemaan noin 300 vrk kuluttua laukaisusta.  Tarkat päivämäärät ja ajoitukset tehdään luonnollisesti kullekin luotaimelle erikseen.

Minimienergiaradat ovat mahdollisia vain noin 26 kuukauden välein toistuvina Marsin opposition aikoihin, jolloin Maan ja Marsin välinen etäisyys on lyhyin. Erityisesti heinä–elokuussa tapahtuvat oppositiot lyhentävät planeettojen välisen etäisyyden mahdollisimman lyhyeksi.