huhtikuu 2020

Hubblen avaruusteleskooppi 30 vuotta - tässä kuusi erikoisjuttua tähtitieteen legendasta

Pe, 04/24/2020 - 12:46 Toimitus
Hubble 30 vuotta -logo

Avaruusteleskooppi Hubble laukaistiin kiertoradalleen Maata kiertämään avaruussukkula Discoveryllä  30 vuotta sitten.

Avaruusteleskooppi Hubble on kallein koskaan tehty tähtitieteellinen havaintolaite, mutta samalla se on myös kaikkein tuotteliain tieteellinen tutkimuslaite, kun lasketaan sillä tehtyjen havaintojen perusteella julkaistujen artikkelien määrä: niitä on yli 15 000, ja näihin on viitattu 738 000 muussa artikkelissa. 

Luvut ovat Hubblen nettisivuilta, enkä epäile niitä lainkaan. Hubblella otettuja kuvia ja tietoja ei ole vain netti pullollaan, vaan sen tekemät 1,3 miljoonaa havaintoa ovat olennainen osa tähtitiedettä viimeisten 30 vuoden ajalta.

Kyllä. Hubble on ollut avaruudessa tänään 30 vuotta. Se kuljetettiin avaruuteen avaruussukkula Discoveryllä lennolla STS-31, joka laukaistiin matkaan 24. huhtikuuta 1990. Siis tänään 30 vuotta sitten. 

STS-31 lähtee matkaan

Harvinainen näky Kennedyn avaruuskeskuksesta: taustalla Discovery lähtee lennolle STS-31 laukaisualustalta 39B ja etualalla noin kahden kilometrin päässä Columbia odottaa alustalla 39A toukokuuksi 1990 suunniteltua lentoaan.

 

Tuo avaruussukkulaohjelman 35. lento sujui hyvin ja Hubble vapautettiin omille teilleen sukkulan rahtiruumasta 25. huhtikuuta 1990. Periaatteessa siis Hubblen 30-vuotisjuhlaa pitäisi juhlia vasta nyt lauantaina, mutta yhtä kaikki: tätä kirjoitettaessa iltapäivällä 24.4.2020 oli Hubble jo kiertoradalla, tosin sukkulan ruumassa.

Se oli eräs merkkipaaluista avaruussukkulan historiassa, koska sukkulan periaatteena oli olla yleiskäyttöinen avaruusrahtari, joka voisi kuljettaa rutiininomaisesti avaruuteen kaikenlaista kamaa satelliiteista avaruusasemien kautta avaruusteleskooppeihin.

Hubbe vapautetaan avaruuteen Discoveryn ruumasta 25.4.1990.

 

Avaruusteleskooppi olikin 1970-luvun alusta alkaen suunnitelmissa. Paitsi että sukkulan ruumaan voitiin asettaa pieniä teleskooppeja kunkin noin viikon kestävän lennon aikana käytettäväksi, pohdittiin irrallisen, sukkulasta avaruuteen jätettävän avaruusteleskoopin tekemistä. 

NASA perustikin jo vuonna 1970 kaksi komiteaa tutkimaan itse teleskoopin suunnittelua ja hankkeen tieteellisiä tavoitteita. 

Ideoista ei ollut puutetta, mutta rahasta oli – etenkin kun sukkulan kehittäminen tuli oletettua kalliimmaksi ja rahaa oli käytettävissä odotettua vähemmän. Presidentti Fordin rajut julkisten menojen leikkaukset vuonna 1974 iskivät erityisesti avaruusteleskoopin tekemiseen ja hanke laitettiin jäihin.

Tähtitieteilijät eivät nielleet päätöstä: he lobbasivat asiansa puolesta niin senaatissa kuin kongressissakin, ja saivat hieman rahaa hankkeen jatkamiseen.

Rahaa oli tosin vain puolet aikaisemmasta, joten teleskooppia pienennettiin. Peilin halkaisija pudotettiin kolmesta metristä 2,4:ään ja Euroopan avaruusjärjestö värvättiin mukaan maksamaan osa viuluista: teleskooppiin tuli yksi instrumentti ja aurinkopaneelit Euroopasta. Vastineeksi tästä ESA sai 15 % osa teleskoopin käyttöajasta.

Eräs ensimmäisistä avaruusteleskooppisuunnitelmista.

 

Lopulta vuonna 1978 teleskooppi sai Yhdysvaltain puolella tarpeeksi rahaa, jotta sen rakentaminen pääsi alkamaan. 

Aikomuksena oli laukaista laite matkaan vuonna 1983, mutta kuten tavallista, hanke viivästyi – osin sukkulalentojen alkamisen viivästymisen vuoksi, mutta osin myös teleskoopin tekemisen hitauden vuoksi.

Viimein vuonna 1990 tähtitieteilijälegenda Edwin Hubblen mukaan nimetty avaruusteleskooppi pääsi avaruuteen. Ja kaikki olivat iloisia.

Kuvapari M100-galaksista näyttää selvästi peilin hiontaongelman: vasemmalla ennen korjausta, oikealla korjauksen jälkeen. 

 

Pahuksen peiliongelma

Ilo vaihtui kuitenkin suureen harmistukseen, kun Hubble otti ensimmäiset kuvansa. Aivan ensimmäisten odotettiinkin olevan huonoja ja epätarkkoja, sillä vasta niiden ottamisen jälkeen laitteita säädettäisiin paremmaksi, mutta varsin pian kävi ilmi, että ennätyskalliin teleskoopin kuva ei vain tarkentunut. 

Itse asiassa tarkentaminen ei paljoa vaikuttanut kuvan epäselvyyteen, koska pian kävi ilmi, että vaikka teleskoopin pääpeili oli kyllä hiottu erittäin tarkasti suunniteltuun muotoon, oli tuo suunniteltu muoto valitettavasti väärä. Peilin reuna-alueet oli hiottu hieman liian lattanaksi; tarkalleen ottaen sieltä lasia oli otettu 2,2 mikronia (eli noin 1/15 ihmisen hiuksen paksuudesta) liikaa. Tästä syystä peilin muodostama kuva oli sumuinen.

Onneksi Hubble oli suunniteltu kiertoradalla huollettavaksi. Huoltolennoilla oli tarkoitus vaihtaa teleskoopin havaintolaitteita ja vaihtaa sen laitteistoja muutenkin paremmiksi. Ensimmäinen suunniteltu huoltolento sai kuitenkin nyt aivan uuden tehtävän, sillä sen päätehtäväksi tuli asentaa teleskoopille silmälasit.

Oikeasti kyseessä oli viidestä pienestä peiliparista koostunut kokonainen laitteisto, jonka tehtävänä oli korjata peilin palloaberraatio. Optiikka vei yhden Hubblen neljästä instrumenttilaatikosta. 

Yksittäiset peilit olivat kooltaan (ja ulkonäöltään) hammaslääkärin peilin kaltaisia, tosin erittäin huolellisesti oikeaan muotoon hiottuja. 

Tämä COSTAR-nimisen laitteiston avulla teleskoopin kolme alkuperäistä instrumenttia pystyivät tekemään jälleen normaalisti havaintoja. 

COSTAR:ia asennetaan paikalleen.

 

Jo ensimmäisellä huoltolennolla havaintolaitteista yksi korvattiin uudella ja paremmalla, ja näin tehtiin myös myöhemmillä lennoilla.

Tämä joulukuussa 1993 tehty huoltolento on merkittävä myös siinä mielessä, että se on ensimmäinen paikan päällä USAssa seuraamani sukkulalento. STS-61 laukaistiin matkaan 2. joulukuuta, ja lentoon käytetty sukkula oli Endeavour. Laukaisun jälkeen pääsin tutustumaan lennon jatkumiseen Houstonissa lennonjohdossa, ja tein tästä aikanaan montakin ohjelmaa Yleisradion tiedeohjelmille nuoren miehen innokkuudella. Toivottavasti ne ovat jossain tallessa (itselläni ei ole valitettavasti noilta ajoilta muutamia valokuvia lukuun ottamatta mitään arkistossa).

Seuraavat huoltolennot tehtiin helmikuussa 1997, joulukuussa 1999, maaliskuussa 2002 ja toukokuu 2009. Viimeinen oli hyvin erikoinen, koska se tehtiin avaruussukkula Columbian onnettomuuden jälkeen ja silloin toinen sukkula oli samaan aikaan lähtövalmiina siltä varalta, että lennolla olleelle sukkula Atlantikselle olisi tapahtunut laukaisun aikaan jotain vastaavaa kuin Columbialle.

Lennoilla teleskooppia huollettiin, sen osia vaihdettiin uusiin, sen havaintolaitteita korvattiin paremmilla ja myös sen aurinkopaneelit vaihdettiin pariinkin kertaa uusiin. 

Nyt avaruudessa oleva Hubble ei siis ole sama kuin se Hubble, joka laukaistiin kiertoradalle 30 vuotta sitten.

 

Hubble vapautetaan sukkulasta huollon jälkeen

Hubble kuvattuna viimeisen huoltolennon päätteeksi.

 

Säästäminen kävi kalliiksi

Periaatteessa avaruusteleskoopin huollettavuus avaruudessa oli erinomainen ajatus. Se, että astronautit saattoivat käydä sitä korjailemassa ja parantamassa oli eräs avaruussukkulan kehittämisen perusajatuksista, mutta valitettavasti se ei toiminut ihan kuten oli tarkoitus.

Avaruussukkuloiden lennättäminen oli kalliimpaa ja hankalampaa kuin 1970-luvulla toivottiin. Utopistisimmissa ajatuksissa sukkulat olisivat lentäneet jopa pari kertaa viikossa, ja silloin tällaiset huollot olisivat olleet rutiinihommia muiden tehtävien seassa. 

Lopulta oli niin, että yhden huoltolennon hinnalla olisi saanut laukaisua avaruuteen kokonaan uuden avaruusteleskoopin perinteisellä raketilla. 

Tästä voi repiä tietysti pelihousunsa ja harmitella hukkaan menneitä mahdollisuuksia sekä kaikkea rahaa, jonka Nasa ja ESA olisi voineet säästää, mutta kolikolla on myös toinen puolensa: tulevaisuudessa tällaiset huollot ovat varmasti rutiinia ja silloin Hubblea sekä sen huoltolentoja kiitellään. Niillä saatiin paljon kokemusta avaruudessa toimimisesta.

Hubblen seuraajan tekeminen ei sekään ole tullut halvaksi, sillä James Webb Space Telescope (JWST) on hurjasti myöhässä aikataulustaan ja ylittänyt suuresti budjettinsa. Kyseessä on ”huoltovapaa” kaukoputki, jonka sijoituspaikaksi tulee Lagrangen piste noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta.

Sen peili on yli tuplasti Hubblen peiliä suurempi halkaisijaltaan ja sen hartioilla on suuria odotuksia kosmologian suurten kysymysten ratkaisemisesta eksoplaneettojen havaitsemiseen.

 

JWST:n mallikappale avaruusnäyttelyssä kuvattuna

JWST:n mallikappale avaruusnäyttelyssä kuvattuna.

 

Jos se saadaan avaruuteen lopulta noin vuoden päästä ja se toimii odotetusti, on se aivan ällistyttävän hieno havaintolaite. Juuri nyt työt teleskoopin kanssa ovat kuitenkin keskeytyksissä koronaepidemian vuoksi; nähtäväksi jää, kuinka paljon tämä vaikuttaa aikatauluun.

Itse Hubble on toiminnassa edelleen avaruudessa, mutta jokin sen tärkeistä systeemeistä saattaa rikkoontua koska tahansa. Tähän saakka lennonjohto on saanut joko ongelmat ratkaistua tai keksinyt temppuja, joilla havaintojen tekoa on voitu jatkaa. 

Nykyinen rahoitus teleskoopin toiminnalle päättyy ensi vuonna, ja sitä seuraava määräaika on 2030-luvun puolivälissä. Jos Hubblea ei voida hivuttaa sitä ennen korkeammalle kiertoradalle, se syöksyy silloin ilmakehään ja tuhoutuu.

Toivottavasti JWST on silloin jo taivalla, ja voimme sanoa valtavan suuren kiitoksen Hubblelle.

---

Tiedetuubi kokosi viisi vuotta sitten Hubblen 25-juhlan kunniaksi juttusarjan avaruusteleskoopin historiasta ja olemuksesta. Niiden avulla voi juhlistaa edelleen tätä tähtitieteen mullistajaa.

Hyvää hubbleilua!

25 kosmista kynttilää Hubblelle


Hubblen huippuhavainnot


Avaruusteleskoopin anatomiaa


Hubblen huoltolennot


Hubblen muodonmuutos


Hubblen seuraaja JWST

Juttu on julkaistu myös Ursan blogina.

-->

Mitä epäonnisesta Apollo 13 -lennosta opittiin?

Pe, 04/17/2020 - 10:58 Jari Mäkinen
Lennojohto Apollo 13 -lennon aikana

Tasan 50 vuotta sitten Apollo 13 -alus oli lähestymässä Maata epäonniseksi muuttuneen lennon päätteeksi. Astronautit Jim Lowell, Fred Haise ja Jack Swigert valmistautuivat laskeutumiseen kylmissään, nälissään ja epätietoisena kohtalostaan. Kolmikko laskeutui lopulta onnistuneesti eteläiselle Tyynelle valtamerelle 17. huhtikuuta 1970 klo 20:07 Suomen aikaa.

Apollo 13 -lento alkoi 11. huhtikuuta 1970, mutta erinomaisen alun jälkeen lento muuttui selviytymiskamppailuksi.

Tarkoituksena oli tehdä kolmas laskeutuminen Kuun pinnalle ja käydä tutkimassa Fra Mauron kraatterialuetta. Siellä oletetaan olevan paljon Mare Imbriumin, eli Sateiden meren aikanaan synnyttäneen törmäyksen materiaalia. Apollo 15 laskeutui lopulta alueelle, mutta Apollo 13:n miehistölle se jäi haaveeksi.

Ongelmat alkoivat klo 05:08 Suomen aikaa huhtikuun 14. päivänä 1970.

Alus oli noin 330 000 kilometrin päässä Maasta ja  lentoa oli kulunut tuolloin 55 tuntia 54 minuuttia ja 53 sekuntia, kun komentomonuudin ohjaajana toiminut Jack Swigert painoi nappia. Lennonjohto oli pyytänyt häntä käynnistämään happitankin sisältöä sekoittaneen moottorin, mikä sai aikaan räjähdyksen. 

Tankki räjähti ja räjähdys vaurioitti paitsi vieressä ollutta toista happitankkia, niin myös sähköä alukselle tuottaneita polttokennoja. 

Lennon komentajana toiminut Jim Lowell sanoi kuuluisat sanansa "Houston, meillä on ongelma" noin kaksi minuuttia räjähdyksen jälkeen, kun kojelaudassa varoitusvalot vilkkuivat punaista ja mittarit näyttivät sähköntuotannon hiipuvan. Pian selvisi, että happea suihkusi avaruuteen, eikä vuotoa saatu loppumaan.

Alus oli tuhoon tuomittu – paitsi että neuvokkaasti miehistö onnistui sammuttamaan komentomoduulin ennen sen akkujen hiipumista, käyttämään kuualusta ratamanöveereihin ja hengissä pysymiseen aina siihen saakka, kun kolmikko palasi jälleen Maan luokse. 

Apollo 13 on onnekkain epäonnistuminen avaruuslentojen historiassa. Vaikka kolmikko ei päässyt laskeutumaan Kuuhun, on lennosta tullut legendaarinen myös siksi, että se opetti paljon. Tai ennemminkin vahvisti muutamia jo aikaisemmin opittuja asioita erittäin hyvin.

Apollo 13 -astronautit (vasemmalta oikealle) Fred Haise, Jack Swigert ja Jim Lowell.

Apollo 13 -astronautit (vasemmalta oikealle) Fred Haise, Jack Swigert ja Jim Lowell.

-

Mitä lennosta opittiin – vai opittiinko mitään?

Ensinnäkin Apollo 13 oli jälleen yksi osoitus siitä, että pienetkin, epäolennaisilta vaikuttavat sattumukset avaruusaluksen rakentamisessa saattavat muodostua suuriksi ongelmiksi myöhemmin.

Räjähtänyt happitankki oli tarkoitus laittaa alun perin Apollo 10 -lennolla käytettyyn huoltomoduuliin, mutta koska siihen haluttiin tehdä muutoksia, laitettiin Apollo 10 -lennolle uudempi tankki ja tämä vanhempi jätettiin pois. 

Tankkien sisällä oli pieniä sekoittimia, joiden avulla lennon aikana aina silloin tällöin tankin sisällä olevaa happea hieman hämmennettiin, ettei siihen tullut klönttejä. Näiden sekoittimien kytkimet haluttiin vaihtaa toisiin.

Töiden yhteydessä tankki pääsi vahingossa putoamaan noin viiden sentin korkeudelta lattialle. Tukevatekoiseen tankkiin ei tullut vaurioita, mutta nähtävästi sen sisällä olleiden sähköjohtojen eristeet liikkuivat sen verran, että johdot jäivät paljaaksi.

Testeissä tätä ei havaittu, etenkin kun happitankin testaus tehtiin hieman eri tavalla kuin olisi pitänyt, joten kun Sweigert kytki lennolla sekoittajan päälle, tuli johtoihin oikosulku ja puhdasta happea sisältäneessä tankissa tapahtui saman tien räjähdys. Ja niin edelleen.

Eli tässä opetus oli lähinnä taas kerran kuistutus siitä, että kriittiset osat pitää testata todella huolellisesti, eikä proseduureista saa poiketa.

Lennonjohtaja Sy Liebercot (oikealla) juuri ennen räjähdystä ja vaurioitunut Apollo 13 -huoltomoduli.

Seymour "Sy" Liebergot oli lennonjohdossa henkilö, joka pyysi miehistöä sekoittamaan happitankkia. Tämä sai aikaan oikosulun tankissa ja räjähdyksen. Kuvassa Sy on juuri ennen tapahtumia, täysin tietämättömänä rikkoutuneesta sähköjohdon eristeestä. Oikealla on kuva huoltomoduulista, joka irrotettiin ennen laskeutumista. Suuri osa sen kyljestä on räjähtänyt irti.

-

Toinen asia on toistaalta juuri proseduureista poikkeaminen. Jokainen Apollo-lento oli tarkkaan suunniteltu etukäteen, ja niin astronautit kuin lennonjohtokin olivat opetelleet käytännössä ulkoa mitä milloinkin pitää tehdä. Lisäksi he olivat käyneet läpi suuren määrän erilaisia vaaratilanteita ja kaikenlaisia vikoja, jotka voisivat tulla lennon aikana vastaan. 

Itse asiassa suurin osa astronauttien koulutuksesta oli ja on edelleenkin juuri tätä: erilaisiin poikkeustilanteisiin varautumista.

Apollo 13:n onnettomuus oli kuitenkin sellainen, että kukaan ei ollut sitä harjoitellut.

Suuri osa räjähdyksen johdosta tulleista vioista ja vikaketjuista oli myös sellaisia, että joko niitä ei osattu ajatellakaan tai niitä ei vain pidetty todennäköisinä. Lennon jälkeen myös epätodennäköisempiä tapauksia alettiin harjoitella.

Tähän liittyy myös se, mitä tapahtui lennonjohdossa. Avaruuslentojen lennonjohdossa suhtaudutaan erittäin nihkeästi hätätilanteessa tehtyihin pikaisiin päätöksiin. Päälennonjohtaja Gene Krantz painottikin heti tapahtumien alkaessa, että "ei tehdä tätä yhtään pahemmaksi arvailemalla". Päätösten täytyy perustua faktoihin.

Mutta kun niitä ei ollut tai tiedot olivat ristiriistaisia, piti päätellä ja improvisoida. Tässä Apollo 13 -lennolla onnistuttiin erinomaisesti, ja etenkin lennonjohdon toiminta on edelleen erinomaisen hyvä esimerkki siitä, miten pitää toimia kriittisessä tilanteessa. Pitää osata priorisoida asioita, viestiä ongelmista ja ratkaisuista selvästi, sekä arvioida koko ajan sitä, miten päätökset vaikuttavat myöhemmin lennolla. 

Tästä hyvä esimerkki oli komentomoduulin akkujen käyttö: niitä piti käyttää vähän aikaa lennon alussa, mutta onneksi lennonjohdossa tajuttiin ajoissa, että akkuja tarvittaisiin myöhemmin laskeutumisen aikana. Pieni ratkaisu heti onnettomuuden tapahduttua pelasti osaltaan miehistön.

Apollo 13 -lennon muistikirjaa.

Fred Haise kertoi myöhemmin myös yhden, yllättävän opetuksen: pidä aina kynä ja tyhjää paperia lähelläsi.

Astronauteilla oli mukanaan paljon paperia, mutta ne olivat täynnä muistiinpanoja, tarkastuslistoja, karttoja tai muuta materiaalia – tyhjää paperia ei ollut juuri lainkaan, ja siksi he joutuivat kirjoittamaan muistiin lennonjohdosta tulleita ohjeita ja numeroita paperien tyhjiin kohtiin ja reunoihin.

Etenkin laskeutumista valmistellessa, miehistön jo ollessa väsynyt ja viluissaan, oli tärkeää kirjata yksinkertaisetkin asiat ylös.

Paperi alkoi olla jopa niin lopussa, että viime vaiheissa miehet kirjoittivat paksummalla kynällä aikaisempien, lyijykynällä tehtyjen muistiinpanojen päälle. 

(Juttu on tehty yhteistyössä Tiedekeskus Tietomaan kanssa)

Jos haluat päästä hyvin Apollo 13 -lennon tunnelmaan mukaan, kuuntele BBC:n aivan erinomainen podcast-sarja 13 minutes to the Moon.

BepiColombo lentää perjantaina aamulla Maan ohi

Ke, 04/08/2020 - 23:53 Jari Mäkinen
Piirros Bepistä Maan luona

Kun lähetämme luotaimia tutkimaan muita planeettoja ja taivaankappaleita, aina välillä ne tulevat matkallaan käymään lähellä maapalloa. Silloin ne pystyvät havaitsemaan omaa kotiplaneettaamme aivan kuten se olisi vain yksi taivaankappale muiden joukossa.

Maa on vain yksi kahdeksasta muusta planeetasta, mutta meille se on erityisen rakas ja tärkeä. Maa tosin on erilainen myös ihan muistakin syistä. 

Ensiksikin se on selvästi sininen planeetta. Sillä on meriä, ilmakehä ja pilviä. Maa ei ole Venuksen kaltainen helvetti, ei Kuun kaltainen käkkärä eikä Marsin kaltainen autiomaa. Maa näyttää luotainten ottamissa kuvissa mukavalta paikalta – varsinaiselta paratiisilta tyhjässä ja kylmässä avaruudessa

Ja sellainen se onkin.

Nyt meitä kohden on tulossa Merkuriusluotain BepiColombo. Lokakuussa 2018 alkanut Euroopan avaruusjärjestön ja Japanin avaruustutkimuskeskuksen lento Aurinkokuntamme sisintä planeettaa kohden kestää pitkään ja pitää sisällään monta ohilentoa: seitsemän vuotta kestävään menomatkaan kuuluu jopa yhdeksän lähiohitusta. 

Ensimmäinen näistä on nyt perjantaina 10. huhtikuuta tapahtuva Maan ohilento, ja sitä seuraa kaksi Venuksen ohitusta ja lopulta kuusi vempautusta Merkuriuksen läheltä ennen kuin luotain asettautuu kiertämään sitä.

Rosetta otti nätin kuvan Maasta 13. marraskuuta 2009.

30 vuotta Maan ohilentoja

Ensimmäinen luotain, joka tuli planeettainvälisestä avaruudesta Maan luokse, oli Halleyn komeettaa tutkinut luotain Giotto, jota ohjattiin kohti toista komeettaa Maan ohilennon avulla. Se lensi ohitsemme 22 730 kilometrin päästä heinäkuussa 1990. 

Maan vetovoimaa voi käyttää luotaimen radan muuttamiseen ja sen ratanopeuden lisäämiseen tai hidastamiseen samaan tapaan kuin muilla planeetoilla oli tehty jo aikaisemmin. Kyse on niin sanotusta painovoima- eli gravitaatiolinkoamista. 

Temppu on periaatteessa hyvin yksinkertainen: kun tiedetään mistä suunnasta luotain on tulossa kohti Maata (tai muuta taivaankappaletta), lasketaan tietokoneilla milloin ja mistä kohdasta kannattaa lentää Maan ohi, jotta tuloksena olisi haluttu ratamuutos. Käytännössä tietysti koko lentorata laukaisusta perille kohdeplaneetalle saapumiseen lasketaan jo etukäteen siten, että ohilennot ovat osa sitä. 

Useissa tapauksissa ilman gravitaatiolikouksia luotain vaatisi suuremman ja voimakkaamman raketin, tai itse luotain voisi olla kevyempi. Melkein kaikki uudet luotaimet käyttävät tätä temppua; Mars ja Venus ovat sen verran lähellä, että niille mentäessä tästä ei ole paljoa iloa.

Ensimmäinen luotain, joka käytti yksikertaista gravitaatiolinkousta, oli neuvostoliiton Luna 3 vuonna 1959. Luotain onnistui kuvaamaan Kuun Maahan näkymättömän puolen siten, että Kuun vetovoimaa käytettiin hyväksi lentoradan vääntämiseen sopivaksi.

Seuraavaksi gravitaatiolinkousta harrasti amerikkalainen Pioneer 10 vuonna 1973, kun se kävi ensimmäisenä lähettämänämme laitteena tutkimassa Jupiteria läheltä. Jättiläisplaneetta käänsi sen rataa ja sinkosi luotaimen ulos Aurinkokunnasta.

Amerikkalainen Mariner 10 puolestaan oli ensimmäinen luotain, jonka rata suunniteltiin vetovoimavempautus mielessä: luotain koukkasi Venuksen luota vuonna 1974 matkallaan kohti Merkuriusta.

Mariner 10 -luotaimella ja nyt ohitsemme kiitävällä BepiColombolla muutakin yhteistä kuin vain päämäärä, sillä Mariner 10:n monimutkaisen lentoradan laski italialainen Giuseppe Colombo – tuttavien kesken Bepi

”Bepi” Colombo hahmottelee lentorataa Merkuriukseen.

Kunnia gravitaatiolinkouksen keksimisestä menee kuitenkin Venäjälle, sillä Juri Kondratjuk kehitteli ajatusta vuosille 1918 ja 1919 päivätyissä kirjoituksissaan.

Ensimmäiset oikein kunnolla gravitaatiolinkousta käyttäneet luotaimet olivat Nasan Voyagerit, kun ne kävivät 1970- ja 1980-luvuilla tutkimassa Jupiteria ja Saturnusta. Voyager 2 teki vielä Uranuksen ja Neptunuksen ohilennot, jotka eivät nekään olisi onnistuneet ilman juuri oikein tehtyjä ohilentoja aiemmin matkalla.

Ohilentoja ei tietenkään tehty vain radan muuttamiseksi, vaan ennen kaikkea ohitettavan planeetan tutkimiseksi. Samalla kun kamerat kävivät ja mittalaitteet surisivat, taivaanmekaniikka huolehti lentoradan muuttumisesta ihan itsekseen.

Nyt maapallon ohilentoja käytetään myös luotaimen kameroiden ja mittalaitteiden testaamiseen ja kalibrointiin.

Juno otti tämän kauniin kuvasarjan Maasta lokakuussa 2013.

Maa saa vierailijan

Ensimmäinen luotain, joka käytti maapalloa gravitaatiolinkousetappina, oli Galileo. Jupiteria kohti lokakuussa 1989 lähetetty luotain pihisti vauhtia Maan lisäksi Venukselta ja toisen kerran maapallolta voidakseen kivuta ylöspäin Aurinkokunnassa. Jupiteria kiertämään se saapui joulukuussa 1995, ja sitä ennen se teki kaksi Maan ohilentoa, ensin joulukuussa 1990 960 kilometrin päästä sekä kaksi vuotta myöhemmin vain 305 km:n etäisyydeltä meistä.

Seuraava suurempi Maan luota matkallaan koukannut luotain oli Saturnusta tutkimaan lähetetty Cassini-Huygens. Se teki ensin kaksi Venuksen ohitusta (huhtikuussa 1998 ja kesäkuussa 1999), kunnes tuli Maan luokse elokuussa 1999. Se teki ohituksensa 1171 km:n päästä.

Kohti komeetta Tšurjumov–Gerasimenkoa lentänyt ESAn Rosetta teki peräti kolme Maan ohilentoa. Maaliskuussa 2005 se oli lähimmillään 1950 km:n etäisyydellä, marraskuussa 2007 hieman kauempana 5700 kilometrin ja kaksi vuotta myöhemmin 2481 kilometrin päässä meistä.

Myös Merkuriukseen lentänyt Nasan MESSENGER käytti Maata hyväkseen elokuussa 2005, kun se teki ohilennon 2348 kilometrin päästä. Siinä missä MESSENGER käytti Maata nopeutensa hidastamiseen, Jupiteria parhaillaan kiertävä Juno kiihdytti vauhtiaan Maan avulla lokakuussa 2013. Junon rata kulki vain 559 kilometrin päässä maapallon pinnasta.

Lisäksi useampi muukin luotain on tehnyt maapallon ohilentoja matkatessaan kohti komeettoja ja asteroideja. Tuorein itse lähettämämme avaruudesta tullut vierailija oli OSIRIS-Rex syyskuussa 2017 matkallaan kohti Bennu-asteroidia.

BepiColombo on nähnyt Maan ja Kuun jo maaliskuun alusta alkaen jopa pienellä ”selfiekamerallaan”.

Bepin voi nähdä taivaalla (periaatteessa)

Nyt maanantaina 6.4. illalla BepiColombo on vielä puolentoista miljoonan kilometrin päässä Maasta. Se tulee lähemmäksi koko ajan vähän yli 30 kilometrin sekuntinopeudella ja tulee menettämään tästä noin 5 km/s ohituksen aikana. Manöveerin tarkoituksena on radan muuttaminen ja nopeuden hidastaminen.

Kartta ohilennon näkyvyydestä

Valmistautuminen tähän ohitukseen alkoi jo helmikuussa, kun luotaimen ohjausrakettimoottoreilla tehtiin pieni hienosäätö rataan. Sen seurauksena BepiColombo olisi 10.4. klo 4:24:58 UTC (eli noin 7.25 Suomen kesäaikaa) lähimmillään Maata, jolloin etäisyys luotaimen ja Maan keskipisteen välillä olisi 19 064 km. Luotaimen etäisyys Maan pinnasta olisi siis 12 693 km. 

Maaliskuussa oli tarkoitus tehdä kolme pikku korjausta rataan, mutta ne eivät olleet tarpeen, koska rata oli alle prosentin tarkkuudella se mikä sen pitikin olla. Tarkistusten jälkeen myös viime lauantaille (4.4.) suunniteltu ratamuutos jätettiin tekemättä.

Luotaimen rata kulkee idästä länteen siten, että radan lähin kohta on Atlantin eteläosan päällä. Lähimmillään ollessaan luotain on periaatteessa harrastajakaukoputkella tai jopa kiikarilla havaittavissa, koska sen kirkkaus on 8 mag. 

Suomesta luotaimen näkeminen ei onnistu, koska paitsi että luotain on huomattavasti himmeämpi (noin 9,2 mag), on sen rata liian etelässä ja valoisa aamutaivaskin tekisi katsomisen mahdottomaksi. Täysikuusta ei siis ole meille lisähaittaa.

Jos luet tätä esimerkiksi Kapkaupungissa, niin silloin kannattaa herätä aikaisin aamulla ja sanoa heippa Bepille. Havaintopaikan mukaan lasketun sijaintikartan voi tehdä täällä: https://bepicolombo.iaps.inaf.it

Lisätietoja ohilennosta on ESA:n sivuilla:
– https://www.cosmos.esa.int/web/bepicolombo-flyby/earth-flyby
– https://www.cosmos.esa.int/web/bepicolombo-flyby/ground-based-observations

Juttu on julkaistu ensin Ursan blogina. Blogissa on myös enemmän kuvia.

Marsilaisia, onko heitä?

Pe, 04/03/2020 - 14:52 Jarmo Korteniemi
Marsilaisia kulkijaa katsomassa. (Sean Savage / Flickr)

Marsilaiset ovat kiehtoneet ihmismieltä jo parisataa vuotta. Osaako nykytiede vihdoin sanoa jotain niistä oikeista Marsin asukkaista?

 

Jo 1800-luvulla kävi selväksi, että Mars on maankaltainen planeetta: Se pyörii, sillä on vuodenajat, napajäätiköt ja kaasukehä, sekä tummia ja vaaleita alueita. Loppu tarinasta piti kuitenkin täyttää oletuksilla, ja mielikuvitus laukkasi niin tutkijoilla kuin yleisölläkin. Laajalle levinnyt uskomus oli, että Marsissa täytyi olla elämää—koska hei, miksi ei, kun onhan meilläkin. (Aikoinaan myös Kuussa ja Auringossa sanottiin asuvan väkeä.)

1800-luvun lopulla sensaatiouutinen kanaaleja rakentavista marsilaisista tavoitti suuren yleisön. Eräät kuuluisat tutkijat raportoivat nähneensä Marsin pinnalla tummia viivoja. Karttoja julkaistiin, viivoja ilmestyi uusiin paikkoihin ja vanhoja pyyhittiin pois. (Pian kävi ilmi, että viivat johtuivat kenties kaukoputkien linssien huonosta laadusta sekä siitä, että ihmisaivot yhdistävät lähekkäin nähdyt pisteet usein viivoiksi. Mutta eihän se estänyt näkemästään vakuuttuneita tutkijoita inttämästä asiaansa.)

Marsilaisten aikakausi oli alkanut. Tavallaan elämme sitä yhä.

Kun keskustelu kääntyy Marsiin, eräs yleisimmistä pohdinnoista on vieläkin "onko niitä marsilaisia oikeasti olemassa". Vastauksen haluaisivat tietää tahoillaan niin "siviilit", scifi-intoilijat, kuin monet Marsiin perehtyneet tutkijatkin.

Ja nyt siis puhutaan oikeista, tieteellisesti todistettavista "marsilaisista". Toisen planeetan eliöistä.

Merkkejä nykyisestä elämästä?

Yksinkertaisinta (jos niin voi sanoa) lienee selvittää, sattuisiko Marsista löytymään jotain yhä aktiivista elämää. Tällä saralla onkin tehty jo monia erittäin mielenkiintoisia ja mahdollisesti "marsilaisiin" viittaavia löytöjä.

Marsiin 1970-luvun lopulla laskeutuneet kaksi Viking-luotainta etsi pinnalta elämän merkkejä. Laitteet keräsivät pintamateriaa, jota sitten lämmitettiin, ruokittiin ravintoliuoksella ja haudotettiin erilaisissa kontrolloiduissa kaasuissa. Tulos hätkäytti: näytteisiin imeytyi ravintoa ja lisäksi niistä vapautui kaasuja. Päivänselviä aineenvaihdunnan merkkejä, sanoivat optimistisimmat.

Ikävä kyllä oikea tulkinta ei ole ihan niin suoraviivainen.

Yhtä Vikingien koetta uusittaessa aiemmin havaittu ilmiö ei enää toistunutkaan. Joissain kontrollitesteissä taas kuumennus ei vaikuttanut tuloksiin, eli vaikka "marsilaisten" olisi pitänyt varmasti olla kuolleita, niiden "aineenvaihdunta" toimi silti yhä. Vikingien tärkein havainto kuitenkin oli, ettei käsittelemättömässä pinta-aineessa ollut orgaanisia yhdisteitä lainkaan. Kaiken kukkuraksi koejärjestelyissä olisi ollut jopa silloisella tekniikalla parantamisen varaa.

Kokonaisuutena tarkasteltuna Vikingien biologiset tutkimukset olivatkin täysin tuloksettomia. Niiden avulla kuitenkin huomattiin miten "marsilaisia" ehkä kannattaisi etsiä. Tai ainakin että kuinka ei kannata.

Sittemmin Marsista on löydetty useita erilaisia ja monimutkaisiakin orgaanisia yhdisteitä. Ne löytyivät Curiosity-kulkijan ajoreitiltä muinaisen kuivuneen järven pohjalta. Löytö todistaa, että elämän syntyyn tarvittavia aineita on ainakin paikoin ollut Marsissa riittävästi tarjolla. Sekä yhä toimiva Curiosity että muutaman vuoden sisällä laukaistavat Perseverance- ja Rosalind Franklin -kulkijat on kaikki suunniteltu etsimään merkkejä erityisesti "marsilaisista" ja niiden elinoloista.

Satelliitit Marsin kiertoradalla taas ovat tunnistaneet planeetan kaasukehästä hivenen metaania, vaikka aineen pitäisi joko hapettua tai hajota sikäläisissä olosuhteissa nopeasti. Sitä täytyy siis jollain tavalla tulla koko ajan lisää. Metaanin määrä tuntuu myös vaihtelevan sekä alueellisesti että vuodenaikojen mukaan. Syy voisikin ehkä olla jonkinlaisen kesäisin aktivoituvan eliöstön aineenvaihdunnassa. Kaiken kukkuraksi Marsin kaasukehässä on myös hieman formaldehydiä, jota syntyy metaanin hapettuessa. Myös sen olemassaolo olisi oivasti selitetty vaikkapa mikrobimattojen toiminnalla.

Sitten ovat vielä Mars-meteoriitit, eli punaiselta planeetalta Maahan sinkoutuneet kivet. Ainakin parista sellaisesta on tähän mennessä löydetty merkkejä, jotka voi erittäin hyvällä mielikuvituksella tulkita mikrobien toiminnan tuotteiksi. Kivet ovat muutamia miljardeja vuosia vanhoja, joten parhaassa tapauksessa meillä olisi näytteitä "marsilaisten" fossiileista.

Mutta.

Kaikki tähän mennessä löydetyt mahdollisen elämän merkit ovat vain aihetodisteita. Ne voidaan selittää myös elottomilla geologisilla ja kemiallisilla prosesseilla. Se on myös kaikkein yksinkertaisin selitys, ja siksi todennäköisin.

Tylsää, eikö?

"Marsilaisten" tunnistus vaatisi täysin kiistattomia todisteita. Siksi kannattaakin pohtia, mistä sellaisia saattaisi löytää.

Missä se elämä oikein piilottelee?

Marsin pinnan olosuhteet ovat erittäin karut. Siellä on hyvin kuivaa ja erittäin kylmää—parhaimmillaankin kuin Etelämantereen kuivimmissa laaksoissa. Auringon ultraviolettisäteily ja kosmiset säteet piiskaavat pintaa koko ajan. Kaasukehä taas hapettaa kaiken. Pinnalla vallitsee niin mitätön paine, että sinne putkahtava vesi kiehuisi saman tien kaasuksi. Kaiken kukkuraksi Marsin pyörimisakseli kääntyilee varsin hektisesti, joten pintaolosuhteet vaihtelevat pitkien aikojen kuluessa radikaalisti.

Toisaalta Marsissa on aivan varmasti elämän tarveaineita: hieman sisäistä lämpöä, orgaanisia yhdisteitä, sekä vettä. Tunnetut vesivarannot (jäätiköt ja pinnanalaiset suolaiset järvet) riittäisivät peittämään planeetan noin 35 metriä paksulla vesikerroksella.

Muinoin Marsin pinnalla virtasi paljon enemmän vettä. Planeetalla oli paksumpi kaasukehäkin. Tulivuoret ja asteroidit kuskasivat pinnalle paljon uutta tavaraa. Kyllä Marsiin olisi ihan hyvin voinut syntyä elämää siinä missä Maahankin. Jos "marsilaisia" joskus kehittyi, olosuhteiden muutokset ja resurssien niukkuus ovat todennäköisesti pitäneet heidät varsin alkeellisina.

Nykyaikoihin asti selvinneet "marsilaiset" olisivat sopeutuneet oloihin ja luultavasti hakeutuneet johonkin suojaisampaan elinpaikkaan. Osa saattaisi myös vajota pitkiksi ajoiksi horrokseen tai vaikkapa jonkinlaiselle itiöasteelle, herätäkseen vasta kun elinpaikan olosuhteet muuttuvat suotuisammiksi.

Pakopaikkavaihtoehtoja on monia. Kallion sisässä olisi kiveä syöville kemotrofisille mikrobeille yllin kyllin tilaa ja popsittavaa. Planeetan sisuksista kumpuaa vielä riittävästi lämpöä tekemään pinnanalaisetkin olot niille mukaviksi. Auringon valoa energianlähteenään käyttävät mikrobit taas voisivat elellä pintakivien rakosissa endoliitteina. Edistyneemmät eliöt saisivat suojaa vaikkapa tuliperäisten alueiden laavatunneleista tai maanalaisista vesivarastoista.

Elämälle suotuisat olosuhteet eivät kuitenkaan tarkoita, että elämää olisi varmasti ollut. Siksi "marsilaisten" etsintä jatkuu yhä.

Juttu on tehty yhteistyössä Tiedekeskus Tietomaan kanssa.

Kirjoittaja on Mars-tutkija.

Otsikkokuva: Sean Savage / Flickr

Kuusi miestä suljettiin puoleksitoista vuodeksi metallisäiliöön – ennätyspitkä eristys vei vapaaehtoiset hulluuden rajamaille

Mars500-miehistöä maskit naamalla

Kymmenen vuotta sitten valmisteltiin Moskovan esikaupunkialueella avaruuslääketieteeseen erikoistuneessa IBMP-instituutissa hyvin erikoislaatuista ihmiskoetta. Mars500 -kokeessa kuusi nuorta miestä laitettaisiin 520 vuorokaudeksi simuloimaan avaruuslentoa Marsiin.

Jari Mäkisen tekemä Tiedeykkönen kertoo kokeesta tarkemmin kahden eurooppalaisosanottajan päiväkirjamerkintöjen avulla ja samasta asiasta on myös juttu YLE Tieteen nettisivuilla:
yle.fi/aihe/artikkeli/2020/04/03/kuusi-miesta-suljettiin-puoleksitoista-vuodeksi-metallisailioon-mita-mars500

Tagit