Kolmaskin luotain Marsin

Kolmas marsluotain on myös lähdössä kohti punaista planeettaa. Tällä kertaa kyse on Yhdistyneiden arabiemiraattien (UAE) Marsin kiertoradalle asettuvasta Al-Amal (Hope engl. ja Toivo suomeksi) -luotaimesta, jonka tarkoituksena on kerätä tietoa Marsin ilmakehästä. Laukaisun pitäisi tapahtua heinäkuun 15. päivänä avautuvassa laukaisuikkunassa, jonka pituus on kolme viikkoa. Tätä kirjoittaessani laukaisun on määrä tapahtua 16./17. heinäkuuta Suomen aikaa.

Yhdistyneiden arabiemiraattien Hope-luotain. Kuva UAE Mohammed Bin Rashid-avaruuskeskus.

Luotain (EMM) laukaistaan matkalle Marsiin Tanegashima-avaruuskeskuksesta Kagoshimasta, Japanista. Kantorakettina on japanilainen Mitsubishi H-IIA^[1]. Tämä on ensimmäinen kerta, kun UAE yrittää luotaimen lähettämistä toiselle planeetalle ja sen on tarkoitus juhlistaa maan 50 vuotista itsenäisyyttä 2.12.2021. Idea luotaimen lähettämisestä tuli maan hallitukselta, ei tutkijoilta. Mohammed Bin Rashid-avaruuskeskuksen tutkijat ovat saaneet apua luotaimen suunnittelussa ja rakentamisessa Yhdysvalloista etenkin Colorado Boulderin yliopistosta.

Mitsubishi H-IIA -kantoraketti. Kuva Wikimedia Commons.

Luotain asettuu Marsia kiertävälle radalle ensi helmikuussa. Kiertorata on soikea, jonka lähin piste on noin 22 000 km ja kaukaisin piste on noin 44 000 km etäisyydellä Marsista. Kiertoajaksi on suunniteltu 55 tuntia. Radan inklinaatio (kaltevuuskulma ekvaattoriin nähden) on noin 25 astetta.

Havaintoja luotain tekee kauko-uv:n, näkyvän valon ja infrapunavalon aallonpituuksilla. Dataa tulee niin valokuvina kuin spektreinä. Luotaimen on suunniteltu toimimaan vähintään kaksi vuotta. Havainnot on tarkoitus aloittaa toukokuussa 2021 ja niitä voitaneen jatkaa aina vuoteen 2025 asti, ehkä pitempäänkin.

Marsluotaimen massa on noin 1 500 kg ja se sisältää myös polttoaineen. Muodoltaan se on kuutio, jonka mitat ovat 2,37 × 2,90 metriä. Sen yläpintaan on kiinnitetty neljä aurinkopaneelia^[2], jotka tuottavat sähköä noin 600 W teholla. Itse luotain tarvitsee maksimissaan 477 W tehon, joten pieni pelivara on esimerkiksi aurinkokennojen mahdollisesta tehonmenetyksestä.

Luotaimessa on suunta-antenni, jonka halkaisija on 1,5 metriä. Se kykenee lähettämään Maahan signaalia, jonka nopeus vaihtelee 1,6 Mbps ja 250 kbps välillä riippuen Marsin ja Maan välisestä etäisyydestä.

Luotain siis havaitsee nimenomaan Marsin ilmakehää^[3]. Se kartoittaa mm. sitä, että miten Mars on menettänyt ja edelleen menettää ilmakehäänsä, etenkin hapen ja vedyn osalta. Ilmakehässä esiintyvät sääilmiöt ja ilmakehän dynamiikka on myös tutkimuksen kohteena.

Huomautukset

[1] Japanilaisen Mitsubishi H-IIA raketin ensilento tapahtui vuonna 2001. Se on laukaistu kaikkiaan 41 kertaa ja vain yksi lähtö on epäonnistunut. Viimeisin laukaisu tapahtui 2.9.2020, jolloin se vei kiertoradalle japanilaisen tiedustelusatelliitin.

[2] Aurinkopaneelit avataan luotaimen päästyä Marsiin vievälle radalle.

[3] Luotaimessa on kolme pääinstrumenttia Marsin ilmakehän havaitsemiseen:

• EMIRS (Emirates Mars Infrared Spectrometer), joka tekee havaintoa alailmakehästä (pöly ja jääkidepilvet, vesihöyrystä ja lämpötilasta
• EXI (Emirates Exploration Imager) havaitsee alailmakehää näkyvän valon ja ultraviolettivalon aallonpituuksilla, ottaa korkearesoluutioisia valokuvia Marsista, mittaa Marsin vesijään optista paksuutta ilmakehässä, mittaa otsonipitoisuutta koko ilmakehässä ja tuottaa näkyvän valon valokuvia ilmakehän ilmiöistä.
• EMUS (Emirates Mars Ultraviolet Spectrometer) tekee havaintoja ultraviolettivalon aallonpituudella, mittaa CO2 ja O2 pitoisuutta ja vaihtelua, tuottaa 3D tietoa hapen ja vedyn määrästä ja vaihtelusta eksosfäärista (yläilmakehä) ja mittaa suhteellisia muutoksia termosfäärissä.

Kiinalainen luotain on myös lähdössä kohti Marsia

Tämän vuoden laukaisuikkuna Marsiin tulee olemaan myös Kiinan mahdollisuus lähettää kulkija Marsin pinnalle. Laukaisu tapahtunee loppukuusta, heinäkuun 20. ja 25. päivien välissä. Kantorakettina on Kiinan suorituskykyisin kantoraketti Pitkä marssi 5 Y4^[3]. Perille marsluotain pääsee aikaisintaan 11.helmikuuta 2021. Laskeutuminen Marsiin tapahtunee muutaman vuorokauden kuluttua luotaimen asetuttua Marsia kiertävälle radalle.

Kiinan marsluotain kokoonapanohallissa. kuva Wikimedia Commons.

Kiinan marsluotain on nimetty Tianwen-1:ksi^[1][2] ja tiettävästi se pystyy kulkemaan hieman samaan tapaan kuin Kuuhun laskeutunut Yutu-2-luotain. Kiinalaiset ovat valinneet laskeutumispaikaksi kaksi aluetta Utopia Planitialla. Molemmat alueet ovat kooltaan 100 × 40 km ja suhteellisen tasaisia. Tasaisuus ehkä auttaa laskeutumisessa jonkin verran, kun tiettyyn tarkkaan paikkaa on ehkä vaikea päästä näin ensimmäisellä lennolla. Kiina on kuitenkin kehittynyt viime vuosina hurjasti erilaisissa avaruusosaamisissa, joten onnistuessaan lento olisi sille uusi aluevaltaus.

Utopia Planitia on kartan ylöosassa oikealla. Se on hyvin tasaista aluette, luultavasti muinaisen merenpohjaa. Kuva Wikimedia Commons.

Marsin ilmakehä on hyvin ohut (noin 1/100 maapallon ilmakehän tiheydestä). Lisäksi laskeutuminen tapahtuu Marsin ollessa 150 miljoonan km etäisyydellä, joten viestit saapuvat noin 8 minuutin kuluttua niiden lähettämisestä. Tämä viestiliikenteen hitaus vaatii sen, että laskeutuminen on tehtävä täysin automaattisesti. Laskeutumisen hoitaa GNC-laskeutumisproseduuri luotaimen tietokoneessa ja se on kehittynyt versio Chang’e-4 kuuluotaimen ohjausjärjestelmästä, jonka avulla luotain laskeutui Kuun toiselle puolelle Maasta näkymättömiin viime vuonna.

Itse laskeutuminen tapahtuu suunnilleen samalla tavalla kuin mitä NASA käyttää. Luotaimen saapuessa Marsin ilmakehään, sitä suojaa lämpökilpi. Se on muodoltaan tylppä kartio ja se kuumenee useiden tuhansien asteiden lämpötilaan. Lämpökilpi poistetaan ylemmässä ilmakehässä ja vielä tässä vaiheessa yliäänennopeudella putoava luotainta jarrutetaan laskuvarjolla. Aivan pinnalle asti ei laskuvarjolla voida laskeutua, vaan lopulliseen vauhdin jarruttamiseen täytyy käyttää rakettimoottoreita. Tässä vaiheessa käytetään myös laser-käyttöisiä etäisyysmittareita (LIDAR) ja mikroaaltoihin perustuvia tutkia laskeutumisen ohjaamiseen.

NASAn julkaisema suuriresoluutioinen kuva laskeutumisalueesta. Kuva NASA.

Laskeutumisen saavutettua noin 70 metrin korkeuden kulkijaosa erotetaan laskeutumisrungosta. Samaan aikaan 3D-laserskannauksella määritetään alueen kivet ja muuta turvallisen laskeutumisen kannalta välttämättömät maastoesteet. Noin 20 m korkeudessa otetaan avuksi vielä optiset kamerat, joiden avulla tietokone tarkistaa ja valitsee lopullisen laskeutumispaikan.

Yutu-2 luotain on kooltaan ja massaltaan kaksinkertainen verrattuna Kiinan kuukulkijoihin. Massaa sillä on noin 240 kg ja siinä on 13 tutkimuslaitetta kuten navigointi-, topografia- ja monispektrikameroita, maanalaisen havaintotutkan sekä laserin indusoitu hajoitusspektroskopia-instrumentti. Luonnollisesti luotaimessa on mukana myös korkearesoluutioisia kuvantimia (kameroita).

Huomautukset

[1] Nimi Tianwen tarkoittaa suomeksi Taivaallisia kysymyksiä.

[2] Marsluotain on massaltaan noin 3175 kg josta kulkijan osuus on 240 kg. 

[3] Pitkämarssi 5 kantorakettia käytettiin ensimmäisen kerran 2016. Heinäkuussa 2017 tehty toinen laukaisu ei mennyt aivan putkeen, vaan jäi vajaaksi. Tämän jälkeen sen rakettimoottorit ovat suunniteltu ja rakennettu uudelleen ja niitä testattiin viime joulukuussa suoritetulla laukaisulla.

Lisää luettavaa

https://newssearch.chinadaily.com.cn/en/search?query=Tianwen

NASA laukaisee uuden marskulkijan muutaman viikon kuluttua

Avaruusalusten laukaiseminen kohti Marsia on mahdollista noin 26 kuukauden välein. Tänä vuonna laukaisuikkuna avautuu heinäkuun 22. päivänä ja sulkeutuu elokuun 15. Mars 2020 suunnitelman mukaan Persevarance-marskulkija laukaistaan matkaan heinäkuun 30. päivänä^[2], jos sää sen mahdollistaa. Jos viivästyksiä ilmaantuu, laukaisua voidaan yrittää päivittäin aina elokuun alkupuolelle asti. Saapuminen ja laskeutuminen Marsiin tapahtuu helmikuun 18 päivänä 2021, riippumatta siitä milloin lähtö tapahtuu.

Marsin Syrtis Major alue on tumma, hain evää muistuttava alue kuvan yläoikealla. Sen oikeaan reunaan, lähelle kärkeä on suunniteltu Perseverancen laskutrumisalu Jezero-kraatteri. Kuva NASA.

Lähtö

Laukaisualusta on Cape Canaveralin Ilmavoimien tukikohdan laukaisukompleksi 41Floridassa. Lähtö sinällään pitäisi olla rutiini juttu, sillä Alas V kantorakettia on käytetty jo yhdellätoista aikaisemmalla Mars-lennolla.

Atlas V -kantoraketti on juuri laukaistu. Kuva NASA.

Kantorakettina on United Launch Alliance’n (ULA) Atlas V 541. Kantoraketissa on neljä kiinteää ajoanetta sisältävää kiihdytinrakettia, jotka tuovat lisävoiman laukaisun alkuvaiheessa. Ne irrotetaan noin 1 minuutin ja 50 sekunnin lennon jälkeen.

Ylimpänä vaiheena on yksimoottorinen Centaur-raketti, joka irrotetaan ensimmäisestä vaiheesta noin 4 minuutin ja 28 sekunnin lennon jälkeen. Centaurin rakettimoottori käynnistetään noin 10 sekunnin kuluttua irrotuksesta ja sammutetaan noin11 minuutin ja 40 sekunnin kuluttua laukaisusta. Moottori käynnistetään uudelleen, kun lähdöstä on kulunut aikaa 45 minuuttia ja 21 sekuntia, ja sammutetaan ajanhetkellä 52.59. Tämän jälkeen marsluotain irrotetaan kello 57.42, jonka jälkeen se on matkalla kohti Marsia.

Lähdön aikaan Mars on 105 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta ja avaruusaluksen tekemän matkanpituus on 497 miljoona kilometriä.

Laskeutuminen

Laskeutuminen noudattelee jo aikaisemmilla marskulkijoilla noudatettua rutiinia. Ainoa poikkeus on marskulkijan paino, joka on merkittävästi suurempi kuin aikaisemmin. Se puolestaan tuo omat vaikeutensa, sillä lisämassa (126 kg enemmän kuin Curiosityllä) asettaa kaikille laskeutumiseen vaikuttaville laitteille merkittävästi lisäkuormitusta.

Perseverancen laskeutumisalue sijaitsee Jezero-kraatterissa, kuvassa alhaalla oikealla.. Kuva NASA.

Marsia lähestyttäessä laskeutumisosa irrotetaan planeettojen välisestä lennosta huolehtineesta osasta. Tämä tapahtuu noin 10 minuuttia ennen kuin laskeutumisosa saapuu Marsin ilmakehään. Precevarance on suojattu lämpökilvin niin etu- kuin takapuolelta. Laskeutumisosa kuumenee ilmakehän vastustavan voiman vuoksi ja suurin lämpökuorma kohdistuu laskeutumisosaan noin 80 sekunnin kuluttua ilmakehään saapumisen jälkeen. Suurin jarruttava kiihtyvyys puolestaan saavutetaan noin 90 sekunnin kohdalla.

Tämän jälkeen laskeutumisosa jatkaa Marsin ilmakehässä yliäänennopeudella, kunnes noin 4 minuutin kohdalla laskuvarjo avataan. Tällöin laskeutujalla on korkeutta 9 –13 km ja nopeutta noin 420 m/s. Laskuvarjo pudottaa nopeutta suhteellisen nopeasti ja noin 20 sekunnin kuluttua se on pudonnut jo 160 m/s nopeuteen. Tässä vaiheessa myös etupuolen lämpökilpi irrotetaan ja tutkaohjattu laskeutuminen alkaa noin 4,2 km korkeudella. Aikaa tässä vaiheessa laskeutumiseen on kulunut 6 minuuttia 55 sekuntia.

Laskeutujan saavutettua noin 2,1 km korkeuden, kulkija irrotetaan takapuolen lämpökilvestä ja laskuvarjosta. Kulkijan laskeutuminen tapahtuu tämän jälkeen jarruraketein varustetun osan ohjaamana noin 80 – 110 m/s nopeudella. Laskeutuminen jatkuu näin aina siihen asti kun 21,3 metrin korkeus Marsin pinnasta saavutetaan. Nopeus tässä vaiheessa on vain 0,75 m/s. Tällöin kulkija lasketaan roikkumaan vaijereiden varaan ja se saavuttaa pinnan hyvin nopeasti. Jarrurakettiyksikön moottorit käyvät vielä ja se leijuu kulkijan yläpuolella hetken, kunnes vaijerit katkaistaan ja se lentää syrjemmälle, ehkä kilometrin tai kahden etäisyydelle kulkijasta. Laskeutumispaikka on Jezero-kraatteri^[1].

Jezero-kraatteri

Jezero-kraatteri on muinaisen järven pohjaa, jossa on säilynyt joen suistoalue ja sen sedimentit. Kraatteri näyttää syntyneen noin 3,6 miljardia vuotta sitten aikana, jolloin Marsin arvioidaan olleen lämmin ja kostea. Tutkijat odottavat saavansa myöhemmin Maahan tuotavien näytteiden mukana myös fossilisoituneita yksisoluisen elämän merkkejä. Kraatterissa vallinneet olosuhteet ja myöhempi Marsin kehitys on luoneet Jezerosta eräänlaisen aikakapselin, joka on säilönyt menneet tapahtumat sedimentteihinsä.

Perseverancen laskeutumispaikka. Kuva NASA.

Perseverance

Marskulkija on nimetty Perseverance’ksi. suomalaisittain nimi merkitsee Sisua, joka tietysti sopii tällaisille äärimmäisiin olosuhteisiin lähetettäville luotaimille. Kuinka sisukas, tai paremminkin kuinka kestävä kulkija on, näemme sen sitten tulevaisuudessa. Suunnittelun lähtökohdaksi on asetettu tavoitteeksi Marsin vuoden (687 Maan vuorokautta) mittainen työskentelykausi, mutta sitä jatketaan, jos laitteistot pysyvät toimintakuntoisina.

Perseverance suljetaan lämpösuojiin, jotka suojaavat sitä laskeutumisen aikana. Kuva NASA.

Rakenteellisesti luotain muistuttaa aikaisempia kulkijoita, mutta on kooltaan ja massaltaan näitä massiivisempi. Massan lisäys johtuu tietysti suuremmasta tutkimuslaitemäärästä ja ennen kaikkea kulkijan kyvystä kerätä näytteitä Marsin pinnasta. Kairatut näytteet se pakkaa putkiloihin, jotka pudotetaan matkavarrella Marsin pinnalle odottamaan niiden noutamista. Näyteputkiloita laitteistossa on kaikkiaan 43 kappaletta, joten näytteitä saataneen suhteellisen runsaasti. Nämä näytteet pitäisi saapua Maahan vuoden 2031 aikana.

Kulkijan tehtävänä on etsiä mahdollisen elämän jättämiä jälkiä, olivatpa ne millaisia tahansa. Erityisesti tutkijat odottavat näkevänsä kivettyneitä stromatoliittejä, jotka ovat syntyneet pikkuruisten levien kerrostuessa päällekkäin kuin puiden vuosirenkaat. Kraatterin reunat ovat iältään noin 4 miljardin vuoden ikäisiä, joten jos Marsissa on milloinkaan ollut elämään, niin sen jättämiä jälkiä tältä alueelta pitäisi löytyä.

Ei ainostaan astrobiologisia testejä, vaan myös monia muita tutkimuksia sisältyy Perseverancen ohjelmaan. Esimerkiksi tekee havaintoja Marsin geologiasta. Lisäksi luotaimessa on laite MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), jolla yritetään erottaa ilmakehän hiilidioksidista happea.

Tutkimuslaitteisiin kuuluu myös Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA), jolla tehdään havaintoja Marsin säästä ja ilmastosta sekä pinnalla ja ilmakehässä leijuvan pölyn ominaisuuksista. Lisäksi luotaimessa on Mars Science Laboratory Entry, Descent ja Landing instrumentointi 2 (MEDLI2), joka tekee havaintoja laskeutumisen aikana. Laitteisiin on sisällytetty myös pieni mikrofoni, joten tutkijat voivat, nyt ensikertaa, kuulla miltä laskeutuminen kuulostaa.

Perseverance muistuttaa paljon edeltäjiään, mutta on niitä kehittyneempi ja massiivisempi. Kuva NASA.

Perseverancella on kaikkiaan 19 kameraa, jotka ottavat kuvia maisemista ja työkalujen (mm. käsivarsi) toiminnasta ja maaperän ja kivien yksityiskohdista. Lisäksi laskeutumisen aikana on käytettävissä neljä korkean resoluution kameraa. Kuvat käsitellään osittain suoraan Preseverancen suurtehotietokoneessa ja niitä voidaan käyttää apuna kulkijan suunnistaessa vaikeassa maastossa. Tämä nopeuttaa merkittävästi päätöksentekoa ja turvallisen reitin suunnittelua.

Ingenuity

Aivan uusi tutkimuslaitetyyppi Marsissa on helikopteri, joka on nimetty Ingenuity'ksi, joka merkitsee nerokkuutta suomeksi käännettynä. Helikopterissa on kaksi vastakkaisiin suuntiin pyörivää roottoria ja sen akut lataantuvat laitteen omilla aurinkokennoilla. Täyteen ladatuilla akuilla se kykenee noin 90 sekuntia kestävään lentoon Marsin äärimmäisen ohuessa ilmakehässä. Lentokorkeus on vain joitakin metrejä, joten kovin merkittäviä havaintoja se tuskin tekee. Todellinen tieteellinen ja teknologinen läpimurto on kuitenkin se, että jos laite pystyy oikeasti lentämään, niin se avaa aivan uuden tutkimussektorin Marsin tutkimuksessa.

Ingenuity on suorittamassa tutkimuslentoa tässä havainnekuvassa. Kuva NASA.

Helilopteri, tai paremminkin drooni, on massaltaan 1,8 kg ja sen roottorien lapojen kärkiväli on noin 1,2 metriä. Nousuun tarvittava kierrosluku on noin 50 kierrosta sekunnissa, eli noin kymmenkertainen Maan ilmakehässä tarvittavaan kierroslukuun verrattuna.

Lento ilman tutkimuslaitteita olisi lähes hyödytöntä. Niin drooni onkin varustettu pienillä, (matkapuhelimissa käytetyn tyyppisillä) kameroilla, joista yksi on värillinen ja kaksi mustavalkoisia. Jälkimmäisiä käytettään navigointiin.

Drooni joutuu koville Marsin olosuhteissa. Päivällä se lataa akkujaan ja tekee ohjelmaan kuuluvat lennot, mutta yö voi koitua sen kohtaloksi. Lämpötila laskee noin -140 asteeseen, jota ilman elektroniikka ei kestäisi ilman lämmitystä. Niinpä akkuihin varastoituneesta energiasta joudutaankin käyttämään 2/3 elektroniikan lämmittämiseen. Joka tapauksessa Ingenuity’n kesto on rajallinen. Insinöörit eivät tiedä kuinka monta lentoa se onnistuu tekemään ennen kuin lämpötilanvaihtelut tekevät laitteistosta selvää. Maksimoidakseen lentojen määrän, drooni aloittaa tehtävänsä heti Perseverancen laskeuduttua.

Varovaisuus leimaa NASAn suunnitelmia lentojen totutuksessa. Preseverance siirtyy kymmeniä, ellei peräti satakin metriä droonista ennen kuin lento toteutetaan. Kulkija on paljon arvokkaampi kuin drooni ja näiden kahden tutkimuslaitteen keskinäinen törmäys voi olla kohtalokasta koko ohjelmalle. Niinpä lentoja tehdään vain turvavälin ollessa riittävän pitkä ja vain ensimmäisen kuukauden ajan. Insinöörit laskevat, että drooni voisi suorittaa ainakin 50 lentoa jos laitteisto kestää seuraavaan Marsin talveen asti. Joka tapauksessa kulkija jatkaa omaa tehtäväänsä ja jossakin vaiheessa drooni jätetään Marsin pinnalle odottelemaan tulevaisuutta.

Marsin ohuessa ilmakehässä on vaikeaa lentää. Kiinteäsiipinen lentokone ei pystyisi nousemaan siellä, ellei käytettävissä ole erittäin pitkää kiitotietä, jolla lentokone pitäisi saavuttaa erittäin suuren nopeuden ennen kuin kykenee nousemaan siivilleen. Marsin ilmakehän tiheys vastaa sitä, mikä on maapallolla noin 48 km korkeudella. Tästä ilmakehän ohuudesta johtuen laskuvarjoilla ei päästä laskeutumaan aivan pinnalle asti, kuten maapallolla.

Kolmas tapa liikkua Marsin ilmakehässä olisi kaasupallo. Kaasupalloa on kuitenkin tavattoman vaikea täyttää Marsin olosuhteissa. Jos se kuitenkin onnistuisi, niin lähtö voi olla vaikea, sillä nostovoima ja -nopeus ovat pieniä. Lisäksi ilmapallon ohjaileminen on mahdotonta; pallo ja sen tutkimuslaitteet ajautuisivat sinne, minne tuuli kuljettaa.  

Huomautukset

[1] Jezero-kraatteri sijaitsee Isidis Basin luoteisreunalla paikassa 18.38° N 77.58° E tunnetun Syrtis Major muodostelman välittömässä läheisyydessä. Kraatterin halkaisija on noin 49 km ja sen maaston arvellaan olevan savinen joskus miljardeja vuosia sitten tapahtuneen tulvimisen seurauksena. Kraatterin nimi Jezero slaavilaisesta sanasta jezero, joka merkitsee järveä.

[2] NASA ilmoitti uudesta laukaisupäivästä 7. heinäkuuta. Viivästyminen johtuu laukaisualusta, jonka nestehapen putkiston anturit näyttivät menneen epäkuntoon. Viivästyneen laukaisun vuoksi myös laukaisuikkunaa on jatkettu ja se jatkuu nyt aina elokuun 15. päivään asti aikaisemman 11.8. sijaan.

Laukaisun viivästyttäminen oli jo kolmaskerta, sillä ensimmäinen laukaisupäivä oli 17. heinäkuuta. Se kuitenkin jouduttiin siirtämän ensin 20. heinäkuuta ja sen jälkeen 22. heinäkuuta. Näillä näkymin laukaisu siis tapahtuu 30. heinäkuuta.

Betelgeusen himmeneminen sai selityksensä

Orionin tähdistössä sijaitseva Betelgeuse on tuttu jokaiselle tähtiharrastajalle. Tähti on punainen ylijättiläinen ja on kehittymässä hyvää vauhtia supernovaksi. Viime talvena sen kirkkaus kuitenkin himmeni epätavallisen paljon^[3], jollaista ei aikaisemmin oltu nähty.  Tutkijat arvioivat, että himmentymisen olisi voinut aiheuttaa avaruuteen sinkoutunut tähtiaine, joka jäähtyessään pölyksi olisi estänyt tähdestä tulevaa valoa. Tällaiset avaruuspölyn purkaukset kun kuuluvat tähden normaaliin kehittymiseen supernovaksi. Tällä kertaa kyse ei kuitenkaan ollut pölystä.

Betelgeusen himmeneminen oli havaittavissa joulukuussa 2019. Kirkas valkoinen täplä tähden pinnalla on sen napa-aluetta, joka sijaitsee noin 20° näkölinjastamme sivussa. Kuva ESO / M. MONTARGÈS ET AI.

Kansainvälinen tutkijaryhmä ^[1] käytti tutkimuksiinsa Atacama Pathfinder Experiment (APEX) Chilessä ja James Clerk Maxwell-teleskooppia (JCMT) Mauna Kealla Havaijilla. Molemmat kaukoputket käyttävät havaintoihinsa submillimetriaaltoja, joiden aallonpituus on noin tuhatkertainen näkyvän valon aallonpituuksiin verrattuna. Submillimetriaallot läpäisevät helposti avaruuspölypilvet, joten niitä voidaan käyttää yhdessä muiden havaintovälineiden kanssa pölypilvien havaitsemiseen. Tällä kertaa ja hyvin yllättävästi myös himmeneminen (noin – 20 %) havaittiin submillimetriaalloilla. Tämä ei tukenut ajatusta Betelgeusea peittävästä pölypilvestä^[4].

Ainoa järkevä selitys oli, että tähden lämpötila oli pudonnut merkittävästi osassa sen pintaa. Betelgeuse sijaitsee sen verran lähellä (noin 500 valovuoden etäisyydellä^[2]), että se voidaan kuvata noin 10 pikselin kokoisena täplänä. Vain muutaman muun tähden valokuvaaminen tällä resoluutiolla on mahdollista. Jos tähden pintalämpötila kokonaisuutena olisi pudonnut yli 20 %, sen olisi pitänyt näkyä myös tähden koossa noin 10 % pienenemisenä. Merkittävää koon muuttumista ei kuitenkaan havaittu. Ainoaksi selitykseksi siis jäi jättimäinen tähtipilkku, joka kattoi suurimmillaan noin 50 – 70 % näkyvästä tähden pinnasta. Jos pilkun lämpötila olisi noin 400 K viileämpi kuin Betelegeusen pintalämpötila yleensä, tähtipilkun kooksi riittäisi 50 % näkyvästä pinnasta.

Auringon toiminnasta tiedämme, että auringonpilkut voivat olla hyvinkin suuria, jopa useita tuhannesosia Auringon näkyvästä pinnasta. Nämä suurimmat pilkut näkyvät helposti paljain silmin. Auringossa ei ole kuitenkaan koskaan havaittu pilkkua, joka olisi kymmeniä prosentteja näkyvästä pinnasta. Punaiset ylijättiläiset, kuten Betelgeuse, ovat kuitenkin rakenteeltaan aivan toisenlaisia kuin meidän Aurinkomme. Näin ollen valtavat tähtipilkut ovat mitä ilmeisemmin hyvin yleisiä ylijättiläisissä ja ne voivat selittää monia muitakin tähtien himmenemisiä, joita julkisuudessa on ihmetelty.

Huomautukset

[1] Tutkimus on julkaistu ArXib.org -sivuilla ja tutkimusraportin pdf-versio löytyy osoitteesta https://arxiv.org/pdf/2006.09409.pdf

[2] Beltelgeusen etäisyydeksi on määritetty 152 ± 20 pc eli 495 ± 65 valovuotta).

[3] Betelgeusen kirkkaus vaihtelee noin 150–300, 400 vuorokauden ja noin 5,7 vuoden jaksoissa. Kirkkauden vaihtelu on hyvin tavallista ylijättiläisillä ja se johtuu tähden kaasukehän epästabiilisuudesta. Betelgeusen kaasukehän halkaisija vaihtelee 550 – 920 kertaisesti Auringon kokoon verrattuna, eli jopa 1 288 miljoonaan kilometriin (8,6 au). Tätä voi havainnollistaa siten, että laajimmillaan Betelgeusen ulkokehä ulottuisi lähelle Saturnuksen rataa (noin 9 au) Aurinkokunnassamme. Normaalisti se olisi jossain Marsin ja Jupiterin ratojen välissä.

[4] Beltegeusen ympärillä on normaalistikin runsaasti pölyä mutta sen tiheys ei ole riittävä himmentääkseen tähdestä tulevaa valoa merkittävästi.

Lisää viitteitä tetrakvarkista

LHCb-tutkimusryhmä on löytänyt lisää viitteitä tetrakvarkista. Tällä kertaa havainnot oli tehty CERNin tutkimuslaboratoriossa ja niistä raportoitiin CERNissä pidetyssä seminaarissa ja raportti julkaistiin ArXiv-verkkojulkaisussa^[1].

Olisiko uusi tuntematon hiukkanen yksi neljän c-kvarkin muodostama,vai jotain muuta?

Tutkimusryhmä käsitteli uudelleen vuosina 2009–2013 ja 2015–2018 saatua mittausdataa, selvittääkseen mikä aiheuttaa pienen kohouman, joka aikaisemmin oli jätetty tarkempaa analyysiä vaille. Osoittautui, että syy voisi olla neljästä kvarkista koostuva hiukkanen, tetrakvarkki.

Hiukkasen X(6900) massan ja energian perusteella tutkijat ovat päätyneet tulokseen, että se voisi olla kaikkein todennäköisimmin neljästä c-kvarkista muodostunut^[2] hiukkanen. Tosin hiukkasen rakenteesta ei vielä ole tietoa. Sen rakenne voi olla yhden hiukkasen sijaan myös kahdesta charmonium-hiukkasen^[3] yhteenliittymästä tai jostakin muusta, toistaiseksi tuntemattomasta tai vähemmälle huomiolle jääneestä yhdistymisestä.  

Huomautukset

[1] Tutkimuksen pdf-versio löytyy osoitteesta https://arxiv.org/abs/2006.16957

[2] Kvarkkeista ja niiden muodostamista hiukkasista on kerrottu enemmän artikkeleissa

 https://avaruusmagasiini.blogspot.com/2015/07/pentakvarkki-loytynyt.html

https://avaruusmagasiini.blogspot.com/2016/07/hiukkastutkijat-loysivat-kokonaisen.html

[3] Charnomium-hiukkanen koostuu c- ja anti-c -kvarkista.