Mihin GOCE putosi? (päivitetty 11.11.)

Päivitys maanantaina 11.11. aamulla maahanpaluun jälkeen: GOCE putosi radallaan viikonlopun aikana alaspäin ennusteiden mukaisesti ja sunnuntaina sen putoamisnopeus vain kiihtyi sitä mukaa, mitä alemmaksi se tuli ja mitä tiheämmäksi yläilmakehän ohut ilma tuli. Satelliitti oli toimintakunnossa loppuun saakka ja vielä klo 0:42 Suomen aikaa siihen oltiin yhteydessä Trollin satelliittiasemalta Etelämantereelta. Silloin se oli 120 kilometrin korkeudessa, mutta ilmakehän kitka kuumensi sitä jo olennaisesti: esimerkiksi keskustietokoneen lämpötila oli noussut 80°C:n tasolle ja akku oli 84°C:n lämpötilassa.

ESA enää toivonut saavansa tuolloin yhteyttä, mutta satelliitti vain pinnisteli. Kenties sen aerodynaaminen muoto sai sen putoamaan hieman hitaammin kuin ennusteet sanoivat. Silti painovoima sai pian yhteyden jälkeen painovoimatutkijasta otteen, ja se putosi Maahan seuraavalla kierroksellaan, oletettavasti noin klo 2.16 Suomen aikaa.

Putoamispaikka on todennäköisesti eteläinen Atlantin valtameri Etelä-Amerikan ja Etelämantereen välillä (pitkäksi kuten itse alla olevassa perjantaisessa jutussamme jo oletettiin).

Lähde: www.satflare.com

Alkuperäinen artikkeli:

Monissa jutuissa ja puheissa on kuluvalla viikolla ihmetelty sitä, miksi putoamisaikaa ja -paikkaa on niin vaikeata määrätä. Joskus tuntuu siltä, että monet eivät halua hyväksyä sitä, että maailma on yhä edelleen varsin monimutkainen, emmekä me ihmiset pysty yksinkertaisesti kaikkeen vaikuttamaan.

GOCEn putoamisen tapauksessa suurimpia epävarmuuksia on kaksi: Auringon aktiivisuus ja satelliitin asento. Käydään seuraavassa näitä tarkemmin läpi.

Ilmakehä suojaa meitä

Lähtökohta on se, että planeettaamme ympäröivä ilmakehä on erinomainen suoja meihin törmääviä luontaisia tai ihmistekoisia kappaleita vastaan. Meteorit ja satelliitit loistavat taivaalla kauniina tähdenlentona, ja tuhoutuvat yleensä siellä kokonaan. Jos kappale on kookas tai jos siinä on kuumuutta hyvin kestävää ainetta (kuten rakettimoottoreita tai polttoainetankkeja), osia törmäävästä kappaleesta saattaa pudota pinnalle saakka. Meteorin kopsahtaminen takapihalle on todennäköisempää kuin avaruusaluksen palasen saaminen pihapiiriin, koska Maahan törmää paljon enemmän aurinkokunnassa haahuilevaa ainetta kuin ihmisen avaruuteen taivaalle sinkoamia laitteita. Maan ilmakehään osuu vuorokaudessa ajankohdasta riippuen 10–210 tonnia ulkoa avaruudesta tulevaa ainetta, mihin verrattuna tonnin painava GOCE ei ole mikään iso asia.

Tyypillisesti törmääjät alkavat hohtaa ilmanvastuksen vuoksi noin 100 kilometrin korkeudessa, vaikka siellä ilmaa on hyvin, hyvin vähän. Mitä alemmaksi kappale vajoaa, sitä enemmän se kuumenee ja sitä kirkkaammin se loistaa valoa, kunnes ilma tulee niin tiheäksi, että ilmanvastus kärventää kappaleen kokonaan - ellei se ole hyvin iso tai tehty kestämään kuumuutta.

Se, että ilmakehällä ei ole tarkkaa ylärajaa, vaan se hiipuu vähitellen vain pois, saa aikaan myös sen, että satelliittien ratanopeus korkeallakin hidastuu hyvin pienen ilmanvastuksen vuoksi koko ajan. Jopa lähes 500 kilometrin korkeudessa oleva avaruusasema putoaa vähitellen alaspäin ja sitä pitää nostaa rakettimoottoreilla ylemmäs.

GOCE on aerodynaaminen

Hyvin matalalla lentänyt GOCE oli tehty hieman aerodynaamiseksi tämän pienenpienen ilmanvastuksen vuoksi. Silti sekin joutui lykkimään itselleen koko ajan lisää vauhtia pienellä rakettimoottorillaan. Sen sähkörakettimoottori toimi kuin perämoottori veneessä, joka koittaa pysytellä paikallaan virrassa.

Se, kuinka paljon tuolla noin 100 kilometrin korkeudessa on ilmaa ja kuinka paljon se hidastaa ratanopeutta, riippuu muun muassa Auringon aktiivisuudesta. Esimerkiksi auringonpurkaus syöksee kohti Maata hiukkasia, jotka saavat yläilmakehän aktiiviseksi (mistä yksi merkki ovat revontulet), ja se saa ikään kuin ilmakehän laajenemaan.

Meteori kuvattuna avaruusasemalta
Kuvassa näkyy ilmakehää maapallon pinnan yläpuolella, sen "päällä" oleva hohde - Auringon säteilyn ohuessa yläilmakehässä aikaansaama heikko valoilmiö – sekä Maahan törmännyt meteori avaruusasemalta nähtynä.

Ensimmäinen epävarmuustekijä GOCEn putoamisnopeutta arvioitaessa on siis Auringon aktiivisuus, joka muuttuu hieman koko ajan. Samaan tapaan kuin revontulia on vaikea ennustaa 100% varmasti, ei Auringon aktiivisuuden vaikutusta yläilmakehän tiheyteen osata kuin arvioida karkeasti etukäteen. Siinä on myös pieniä paikallisia eroja.

ATV putosi hallitusti, GOCE tulee vain osittain hallitusti

Kun aluksessa on toimiva rakettimoottori, joka on suunniteltu vielä ratamuutosten tekemiseen, ei mitään ongelmaa ole alas putoamisessa. Tästä hyvä esimerkki on nyt viikon alussa Maahan pudotettu ATV-rahtialus: se pystyttiin pudottamaan hyvin tarkasti haluttuun aikaan ja paikkaan sopivasti ajoitetulla rakettimoottorien poltolla. Kun alus voidaan sysätä putoamaan halutusti tarpeeksi nopeasti ja suuressa kulmassa alaspäin, voidaan kokemuksen ja ratalaskujen perusteella tähdätä haluttuun paikkaan.

Tällä kerralla ATV:n pudottamisen kanssa jopa hidasteltiin tietoisesti. Järjestyksessään jo neljäs eurooppalainen avaruusrahtari irrottautui Kansainvälisestä avaruusasemasta 28. lokakuuta, mutta sitä ei ohjattu putoamaan saman tien Tyynen valtameren eteläisiin osiin, missä on hyvin vähän liikennettä ja asutusta, ja mitä siksi käytetään usein avaruusalusten hautausmaana. Sen rataa laskettiin hieman alemmaksi ja se pudotettiin ilmakehään vasta silloin, kun avaruusaseman miehistö pystyi kuvaamaan putoamista hyvissä olosuhteissa. Valokuvien avulla opitaan yhä enemmän siitä, miten alus tuhoutuu ilmakehään palatessaan. Mitkä osat tuhoutuvat nopeimmin, mitkä irtaantuvat erikseen milloinkin, mitkä kestävät pisimpään ja niin edelleen. Näiden tietojen avulla voidaan kehittää aluksia, jotka tuhoutuvat yhä paremmin – koska kaikkia aluksia ei voida pudottaa hallitusti.

Tuhoutuva ATV
Kuvassa on ATV:n tuhoutuminen kuvattuna avaruusasemalta. Myös GOCE tulee hajoamaan osiin ja putoamaan tähtisateena alaspäin, mutta vain isoimmat osat selviävät maan pinnalle.

GOCEn tapauksessa aluksen asentoa voidaan (ainakin tällä haavaa) hallita, mutta sitä ei voida pudottaa alas haluttuun paikkaan. Sen polttoaine on loppu, eikä sen moottori olisi ollut siihen edes tarpeeksi voimakas.

Mitä alemmas se putoaa kiertoradallaan, sitä voimakkaammin ilmavastus ottaa siitä kiinni, ja sitä nopeammaksi putoaminen tulee, kunnes rata kaareutuu yhä enemmän ja enemmän alaspäin – ja lopulta GOCE tulee alas. Ja tämä siis riippuu ensinnäkin ilmakehän tiheydestä, ja toiseksi GOCEn asennosta. Mikäli se pysyy pitkittäin, se putoaa alaspäin kuin tikka ja siitä todennäköisesti selviää pinnallekin enemmän osia. Jos aerodynaamiset voimat heittävät sen taas sivuluisuun, niin se putoaa paitsi nopeammin, niin myös hajonnee enemmän osiin ja siten suurempi osa siitä tuhoutuu. Jos se taas alkaa viipottaa ja pyöriä kuin epävakaa lentokone, on tulos jostain näiden väliltä.

Se, milloin lopullinen putoaminen "alkaa" ja kuinka "suoraan alas" GOCE tulee, ovat siis hyvin epävarmoja. Tämänhetkinen arvio on sunnuntain alkuilta tai maanantaiaamu. GOCE on nyt alle 170 km:n korkeudessa ja vajoaa noin 5 km vuorokaudessa (päivitys lauantaina amulla: GOCE putoaa nyt noin 8 km vuorokaudessa).

Suomeen vai Sudaniin?

Minne sitten mahdollisesti GOCE voisi pudota? Valitettavasti melkein minne vain. Se kiertää Maata kiertoradalla, joka kulkee lähes maapallon napojen kautta, koska se on suunniteltu lentämään maapallon joka paikan yläpuolelta. Samalla kun GOCE kiertää radallaan, pyörii maapallo ympäri akselinsa ympäri, ja siten tasokartalle piirrettynä GOCEn rata poukkoilee aaltomaisesti pohjoisesta etelään. Keskimäärin se kulkee yhden paikan päältä joka kolmas vuorokausi, ja rataa voidaan laskea lähes loputtomasti eteenpäin – jos vain ratakorkeus ja -nopeus pysyvät samana.

Nyt rata muuttuu koko ajan, joten tänään laskettu ratakartta ei päde enää huomenna. Ja vaikka nyt voidaan laskea, että GOCEn rata veisi myös Suomen päältä maanantaina (jopa Helsingin yli!), tulee rata muuttumaan sen verran, että laskelmalla on vain viihdearvoa.

Ja vaikka rata veisikin putoamisen aikaan Suomen tienoiden päältä, kannattaa muistaa, että yksi kierros Maan ympäri on noin 40000 km ja siitä Suomen osuus (pituussuunnassa) on 1100 km. Ja kun Suomesta suurin osa on autiota, niin GOCEn sijaan kannattaa pelätä jotain muuta.

Mitä alemmaksi GOCE putoaa ja mitä lähemmäksi putoaminen tulee, sitä paremmin lopullinen putoamispaikka voidaan arvioida. Noin vuorokautta aikaisemmin voidaan jo sanoa hyvin suurella todennäköisyydellä alueet, minne se ei ainakaan tule putoamaan. Lopullinen putoamispaikka lienee selvillä vasta muutamia tunteja ennen tapahtumaa.

Todennäköisimmin GOCE pulahtaa Tyynen valtameren, Intian valtameren tai Atlantin eteläosiin, sillä ne ovat varsin laajoja merialueita. Lisäksi GOCEn rata on hieman soikea ja radan Maata lähin piste on etelässä, ja silloin todennäköisimmin putoaminen alkaa oikeasti.

Lue lisää GOCEsta ja sen tuloksista Tiedetuubin aikaisemmasta artikkelista.


Juttuja samasta aiheesta