Rosetta komeettansa luona

Rosettan vuosi

Suurten löytöretkien aika ei ole suinkaan ohitse, mutta ne ovat muuttaneet muotoaan suurten purjelaivojen, viidakkoretkikuntien ja napajäätiköiden tutkijoiden ajoista. Nykyajan tutkimusmatkaajat kiitävät hiljaa planeettainvälisessä avaruudessa ja toimivat omien aistiemme jatkeina: ne mittaavat ja kuvaavat puolestamme, lähettävät tietonsa Maahan ja tekevät sellaista, mihin itse emme kykene tai mitä emme yksinkertaisesti voi tehdä.

Kuten esimerkiksi lentämään vuosikymmenen kylmässä avaruudessa ja ratsastamaan komeetalla kohti Aurinkoa.

Euroopan avaruusjärjestön Rosetta-luotain lähetettiin matkaan maaliskuussa 2004 ja se saapuu perille komeetta Churyumov-Gerasimenkon luokse tänä vuonna. Toiminta alkaa nyt maanantaina, 20. tammikuuta, kello 12 Suomen aikaa, kun luotain herätetään yli kolme vuotta kestäneestä horroksesta. Sen toiminnat sammutettiin minimiinsä vuonna 8. kesäkuuta 2011, jolloin luotaimen edessä oli matkansa tylsin ja yksinäisin matkalento-osuus.

Suurin syy sähkövirran säästämiseen oli kuitenkin se, että Rosetta on kauimmaksi Auringosta lentänyt aurinkopaneeleista voimansa saava avaruusalus: Jupiterin radan toisella puolella valoa on niin vähän, että ainoa tapa selviytyä  tuosta lennon vaiheesta oli heittäytyä horrokseen.

Kun Rosetta herätetään nyt unestaan, ei siihen olla oltu yhteydessä kahteen ja puoleen vuoteen (tarkalleen ottaen 31 kuukauteen). Vaikka luotain oli lentonsa aikaisemmassa vaiheessakin jo horroksessa, ei näin pitkää toimintojen sammuttamista ole koskaan tehty aikaisemmin. Saati sitten näin kaukana Auringosta.

Philae Churyn pinnalla

Komeetan kohtaaminen toukokuussa, laskeutuminen marraskuussa?

Vielä nyt oikeastaan ainoa toiminnassa oleva laite Rosettan sisällä on tietokone, joka toimii herätyskellona ja valvoo sitä, ettei lämpötila sisällä pääse liian kylmäksi. Jos herätyskello toimii suunnitelman mukaan, ei Rosetta ala työhön suin päin.

Ensin luotain lähettää vain viestin Maahan, että se on herännyt. "Se on vain pelkkä piip, eikä mitään muuta", sanoo Andrea Accomazzo Euroopan avaruusoperaatiokeskus ESOCista. Hän johtaa Rosetta-lennovalvojien ryhmää. "Ensimmäisen piippauksen jälkeen meidän täytyy varsinaisesti herättää Rosetta."

Herätys tapahtuu klo 10 UTC ja sen jälkeen Rosetta alkaa lämmittää itseään ja valmistautua yhteydenottoon, joka tapahtuu iltapäivän lopussa. Koska luotain on noin 800 miljoonan kilometrin päässä Maasta, kestää piippaukselta noin 45 minuuttia saavuttaa Maan. Sen jälkeen lennonjohto lähettää luotaimeen komentosarjan, joka ensin hidastaa luotaimen hidasta pyörimistä, mihin se oli asetettu horrostilan ajaksi, ja alkaa käynnistää vähitellen eri systeemejä.

Päivitys: Nasan Goldstonessa, Kaliforniassa sijaitseva 70-metrinen antenni sai signaalin Rosettasta klo 20:18 Suomen aikaa maanantaina 20. tammikuuta.

Olennaisessa osassa tässä on suomalaistekoinen virranjakolaitteisto, joka toimii ikään kuin Rosettan älykkäänä sähkökeskuksena.

Pitkän horroksen jälkeen käynnistys pitää tehdä hitaasti, huolellisesti ja oikeassa järjestyksessä. Rosettan nukkuessa (ja itse asiassa jo sitä ennen) tätä tärkeää toimenpidesarjaa on pohdittu tarkkaan, käyty moneen kertaan läpi ja simuloitu ESOCissa olevan kaksoiskappaleen kanssa. Tämä, kuten kaikki muutkin tärkeät toimenpideet tehdään ensin kaksoiskappaleella hieman ennen itse Rosettaa, jotta jos jokin menee pieleen, niin toimenpiteen voidaan peruuttaa – avaruudessa pienikin virhe voi olla lennon kannalta kohtalokas.

Noin kahden viikon päästä Rosetta ja sen 24 tutkimuslaitetta sekä kameraa ovat jälleen normaalisti toiminnassa. Silloin luotain alkaa etsiä komeettaansa: sen paikka toki tiedetään varsin hyvin, ratalaskelmien ja maanpäällisten havaintojen perusteella paikkatieto ei ole niin tarkka, että Rosettan voisi näiden tietojen perusteella ohjata kiertämään komeettaa. Siksi komeetta pitää ensin löytää ja sen jälkeen rataa muutetaan siten, että Rosetta päätyy noin toukokuussa "Churyn" (kuten komeetta tuttavallisesti tunnetaan) luokse.

Toukokuussa Rosetta tosin asettuu vasta radalle, joka vie sen sopivasti lähemmäksi komeettaa, jotta se voisi asettua kiertämään komeettaa elokuussa. Temppu ei ole mitenkään helppo. koska Churyn vetovoima on hyvin heikko.

Sen jälkeen, kun Rosetta kiertää komeettaa, aletaan sen mukana lentävälle laskeutujalle etsiä sopivaa laskeutumispaikkaa. Sen tulee olla samanaikaisesti mahdollisimman kiinnostava ja turvallinen; kaksi vaatimusta, jotka usein ovat ristiriidassa toistensa kanssa. Kenties tosin sopiva paikka on löytynyt jo aikaisemmin otetuista kuvista. Laskeutuminen tapahtunee marraskuussa.

Sen jälkeen Rosetta pysyy Churyn luona ainakin vuoden päivät, kun komeetta lähestyy radallaan Aurinkoa ja muuttuu nykyisestä hyisestä jäämöhkäleestä kaasua syökseväksi pyrstötähdeksi.

Takana jo pitkä matka

Kun Rosetta nyt hivuttautuu kohti Churyä, sen etäisyys Maasta on noin 800 miljoonaa kilometriä, 9 miljoonaa kilometriä komeetasta ja matkaa Aurinkoon on 673 miljoonaa kilometriä. Tämä on jotakuinkin neljä astronomista yksikköä ja vastaa noin 2,5 kertaista Marsin ja Auringon keskietäisyyttä. Rosetta on kuitenkin jo hyvin Jupiterin radan sisäpuolella, sillä Jupiterin radan säde on noin 5,2 AU.

Laukaisunsa jälkeen Rosetta on taivaltanut jo 6500 miljoonaa kilometriä, ja se on tehnyt kolme Maan ohilentoa (2005, 2007 ja 2009), yhden Marsin ohituksen (2007) ja tutkinut läheltä kahta asteroidia: vuonna 2008 se ohitti pikkuplaneetta Steinsin 800 kilometrin etäisyydeltä ja vuonna 2010 asteroidi Lutetian 3160 kilometrin päästä.

Planeettojen ohilentojen avulla luotain sai lisää vauhtia, mutta niiden avulla saatiin myös säädettyä ja kalibroitua esimerkiksi kameroita. Tapaamiset asteroidien kanssa olivat puolestaan hyvää harjoittelua harjoitteluna komeetan kohtaamiseen ja sen havaitsemiseen. Lisäksi ne toivat mielekästä toimintaa muutoin kovin monotooniseen matkalentoon.

Rosettan instrumentit

Mopoauton kokoinen avaruusalus

Kolmisen tonnia matkan alussa massaltaan ollut, mitoiltaan 2,8 x 2,1 x 2,0 metriä oleva luotain on saanut nimensä hieroglyfien arvoituksen selvittäneestä Rosettan kivestä, koska sen odotetaan tuovan paljon uutta tietoa aurinkokunnan synnystä ja kehityksestä. Jos komeetat ovat postipaketteja planeettakuntamme vaippavaiheesta, pääsee Rosetta pian postiauton kyytiin ja matkaamaan sen mukana ainakin vuoden, mutta toivottavasti yli puolentoista vuoden ajan.

Vaikka laatikkomainen luotain itse ei olekaan valtava, ovat sen aurinkopaneelit suuret. Niiden kärkiväli on 32 metriä ja pinta-ala 64 neliömetriä. Siivet ovat suuret, koska luotaimen 24 tieteellistä tutkimuslaitetta vaativat paljon virtaa ja sen saamiseen auringonvalosta kaukana Marsin radan toisella puolella  tarvitaan paljon pinta-alaa.
 
Rosetta oli kaukaisimmillaan Auringosta noin 800 miljoonan kilometrin päässä, kun Jupiterin keskietäisyys Auringosta on 741 miljoonaa kilometriä. Siellä Auringon säteilyteho on vain noin 4% siitä mitä sen on Maan seuduilla. Nyt paneelien lasketaan tuottavan noin 400W:n tehon, kun taas parhaimmillaan tehoa tulee 8700 wattia. Onneksi suurin tehontuotto ja tehontarve osuvat jotakuinkin samaan aikaan, silloin kun kaikki tutkimuslaitteet ovat päällä komeetan ollessa lähempänä Aurinkoa. Tämä tapahtuu 13. elokuuta 2015, jolloin Rosettan etäisyys Auringosta on noin 185 miljoonaa kilometriä.

Luotaimen mustanpuhuvassa pinnassa on kaihdinverhoja muistuttavia laatikoita, jotka ovat toinen luotaimen erikoisuus. Koska Rosettan tulee pystyä toimimaan niin kaukana kylmässä avaruudessa kuin lähempänäkin Aurinkoa, on sen lämmönsäteilimet peitetty räppänöin. Kun kaikki sähkölaitteissa syntyvä lämpö halutaan pitää mahdollisimman tiiviisti aluksen sisällä sitä lämmittämässä, suljetaan lämmönsäteilimet, mutta kun lämpöä lähellä Aurinkoa oli liikaa, ne avattiin apposelleen.

Rosettan kyljessä matkaa pieni laskeutuja, joka on nimeltään Philae. Nimi liittyy Rosettaan siten, että Philae on Niilissä oleva saari, mistä löytyneen obeliskin avulla Rosettan kivi pystyttiin tulkitsemaan.

Luotaimessa ja laskeutujassa olevien tutkimuslaitteiden avulla mitataan, kuvataan ja sondataan monipuolisesti niin komeetan ydintä kuin sen ympäristöäkin. Ydintä havaitaan erityisesti neljällä mittalaitteella: ALICE-ultraviolettispektrometri, korkearesoluutioinen kamera OSIRIS, VIRTIS-kuvaspektrometri ja MIRO-mikroaaltoradiometri/spektrometri. COSIMA- ja ROSINA-spektrometrit ja MIDAS-mikroskooppi havaitsevat ytimen koostumusta ja ytimestä irtoavan kaasun sekä pölyn virtauksia. GIADA-niminen laite analysoi pölyä ytimen läheisyydessä, ja RPC-sensoriryhmä kuvaa komeettaa ympäröivän kaasukehän, koman, sisäistä rakennetta ja sen vuorovaikutusta aurinkotuulen kanssa.  Loput kaksi tutkimusvälinettä CONSERT ja RSI käyttävät hyväkseen Rosettan radiolaitteistoja, toinen ytimen sisärakenteen tutkimiseen ja toinen määrittelemään ytimen sisällä olevien massojen jakautumista ja koman rakennetta.

Philae-laskeutujassa on mukana myös täysi paketti havaintolaitteita. Näistä monista eri puolille laskeutujaa sijoitetuista kameroista muodostuva CIVA/ROLIS –järjestelmä ottaa korkearesoluutioisia stereopanoraamakuvia. APXS, COSAC ja Ptolemy analysoivat ytimen pintakerroksen koostumusta.  SESAME-seismometri tutkii pintaa kahden metrin syvyydeltä, ja sen piirteitä tutkii MUPUS-instrumentti.  ROMAP-magnetometri ja CONSERT tutkivat magneettikenttää ja sen vuorovaikutusta aurinkotuulen kanssa.

Komeetasta tehdään siis laajalla skaalalla mittauksia, joiden perusteella saamme paljon tietoa siitä miten komeetta toimii, mikä on sen rakenne ja millainen on sen historia. Näin päästään kiinni aina aurinkokunnan syntyyn saakka.

Mittalaitteiden tekemiseen ovat osallistuneet ESAn jäsenvaltioiden lisäksi ryhmät Yhdysvalloista, Unkarista, Taiwanista ja Venäjältä. Suomi on mukana niin aktiivisesti, että siitä tarkemmin hieman tuonnempana.

Puolipakolla alas pinnalle

Kunhan Rosetta on tutkinut tarpeeksi Chury-komeetan ydintä, päätetään elo-syyskuussa paikka, minne todennäköisesti marraskuussa laskeutuja lähetetään mittauksiaan tekemään.

Kun normaalisti laskeutujat tarvitsevat rakettimoottorit tai laskuvarjon laskeutumisnopeuden hillitsemiseksi, pitää komeetan heikossa painovoimakentässä laskeutujaa suorastaan työntää rakettimoottorilla kohti komeetan pintaa.

Laskeutuminen kestää vartista puoleen tuntiin riippuen siitä, miltä korkeudelta päätämme aloittaa laskeutumisen. Koska Rosetta ja komeetta ovat kaukana Maasta, ei laskeutumista voi kauko-ohjata, vaan Philae toimii automaattisesti. Laskeutumiskäskyn jälkeen lennonjohto voi vain toivoa parasta ja odottaa radioviestiä komeetan pinnalta.

Pintakosketuksen aikaan laskeutuja ankkuroi itsensä pinnalle kahdella harppuunamaisella ankkurilla. Tämän jälkeen sen laskeutumisjaloissa olevat ruuvit kiinnittävät laitteen tiiviimmin pintaan kiinni. Koska komeetan pinnan tarkkaa rakennetta ei tiedetä, on harppuunoissa kaksimetriset vaijerit siltä varalta, että kiinteän pinnan päällä on paksulti höttömäistä ainetta.

Pinta voi olla hyvinkin haperoa jäämurskaa tai kivikovaa kalliota, joten harppuunat on suunniteltu toimimaan mahdollisimman erilaisissa pintamateriaaleissa. Koskaan aikaisemmin avaruuslaitteissa ole tarvittu ankkureita. Jos tarrautuminen Churyn pinnalle ei onnistu, sinkoutuu laskeutuja takaisin avaruuteen.

Vaikeaniminen, mutta kiinnostava komeetta

Täydelliseltä nimeltään 67P/Churyumov-Gerasimenko oleva Rosettan kohdekomeetta on eräs ns. jaksollisista komeetoista, jotka ikään kuin ovat jääneet loukkuun sisempään aurinkokuntaan niiden tullessa liian lähelle Jupiteria. Se on siten suhteellisen “uusi” komeetta sisemmässä aurinkokunnassa, ja koska tätä ennen se on viettänyt koko historiansa kauempana Auringosta, on se säilynyt todennäköisesti hyvin samanlaisena aurinkokunnan alusta alkaen ja siksi se on hyvin mielenkiintoinen kohde.

Komeetta löydettiin syyskuussa 1969 Alma-Atan astrofysikaalisessa instituutissa Kazakstanissa.  Sen havaitsi tähtitieteilijä Klim Tshurjumov Kiovan yliopistosta Ukrainasta kuvista, jotka oli ottanut hänen kollegansa Svetlana Gerasimenko Dushanben astrofysiikan instituutista Tadzikistanista. Suomalaisittain translitteroituna komeetan nimi olisi Tshurjumov–Gerasimenko, mutta se on merkitty virallisiin listoihin englanninkielisen kirjoitusasun mukaan ja siten Tiedetuubi käyttää sitä.

Churyn rata muuttui olennaisesti vuosina 1840 ja 1959, jolloin se ohitti Jupiterin hyvin läheltä. Ohitusten seurauksena komeetta kiertää nyt Aurinkoa soikealla, planeettojen ratatasoon verrattuna hieman kallistuneella radalla. Sen kiertoaika on 6,6 vuotta ja radan Aurinkoa  lähinnä oleva piste (periheli) sijaitsee Maan ja Marsin kiertoratojen välissä. Radallaan se etääntyy Jupiterin rataa kauemmaksi.

Komeetan epämuotoinen ydin näyttää olevan halkaisijaltaan noin 4 km ja tarkoituksena on parkkeerata Rosetta sen ympärille noin 25 km korkeudella olevalle kiertoradalle. Philaen vapauttamista vasten Rosetta lähestyy komeettaydintä noin kilometrin korkeudelle.

Rosetta tutkii komeettaa yli vuoden ajan ainakin joulukuuhun 2015 asti, jolloin se on jälleen jo etääntymässä Auringosta lokakuussa 2015 olleen perihelin ohittamisen jälkeen.

Suomi ja Rosetta

Rosettan tarkempi suunnittelu alkoi samoihin aikoihin 1990-luvulla, kun Suomi liittyi Euroopan avaruusjärjestöön, joten kyseessä on eräs ensimmäisistä eurooppalaisluotaimista, mihin suomalaiset yhtiöt ja tutkijat pääsivät kunnolla mukaan alusta alkaen.

Koko luotaimen toiminnan kannalta olennaisin suomalaisosa on sen koko runkorakenne: Rosettan perusrakenne on Patria-yhtiön rakentamaa komposiittimateriaalia. Patrian elektroniikkaosasto on lisäksi tehnyt luotaimen sähköjärjestelmän virranjakoyksiköt, joista toinen toimittaa sähkövirtaa itse luotaimen eri laitteille, ja toinen sen tieteellisille instrumenteille. Jakoyksiköt huolehtivat osaltaan myös luotaimen lämmönhallinnasta, joka joutuu varsin koville lennon aikana.

Tiedepuolella Ilmatieteen laitos on ollut olennaisessa osassa kuuden itse emoluotaimessa olevan laitteen suunnittelussa ja rakentamisessa. Näistä neljä on kiertolaisessa olevaa mittalaitetta: COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyzer), MIP (Mutual Impedance Probe), LAP (Langmuir Probe) ja ICA (Ion Composition Analyzer). Erityisesti COSIMA on IL:n väen lempilapsi, sillä sen aiempi versio on tutkinut jo komeettaa amerikkalaisen Stardust-luotaimen mukana ja toinen versio toimii parhaillaan Venus Express -luotaimessa.

Philae-laskeutujan laitteista IL on päävastuussa veden etsintään käytettävästä, PP-laitteesta (Permittivity Probe), jonka lisäksi se toimittaa massamuistin laskeutujan muistiyksikköön. PP-laite liittyy laskeutujassa olevaan suurempaan instrumenttikokonaisuuteen, SESAMEen, jonka tehtävänä on mitata komeetan ytimen pintakerrosten ominaisuuksia, erityisesti sähköisiä ominaisuuksia. PP-laitteen anturit ovat ensimmäiset komeetan pintaan osuvat laskeutujan osat, koska laskeutujan laskutelineinä toimivien jalkojen tassut ovat itse asiassa laitteen antureita.

Nyt IL:n väki varautuu ottamaan vastaan tietoja laitteistaan ja aloittamaan niiden analysoinnin. Luvassa on siten jännä vuosi myös Helsingin Kumpulassa.

Artikkelia on päivitetty signaalin saamisen jälkeen ja muutamia lukuarvoja on tarkennettu.

Juttuja samasta aiheesta