taivaanmekaniikka

Koska Maa ja Mars kiertävät radoillaan eri tahtia, olemme aina hieman eri kohdissa tämän lähinnä olon aikaan. Tästä eteenpäin vuoteen 2027 saakka mennään vain huonompaan suuntaan, sillä silloin (helmikuun 19. päivänä) Maa ja Mars ovat toisistaan 101,39 miljoonan kilometrin päässä toisistaan – tämä lähes kaksi kertaa enemmän kuin tänä vuonna.

Tästä vaihtelevuudesta johtuen matkaaminen Marsiin on toisinaan helpompaa ja toisinaan vaikeampaa. Mitä lähemmäksi Maa ja Mars tulevat, sitä raskaampia luotaimia voidaan lähettää sinne helposti. Kun matka on lyhyempi, se vaati vähemmän energiaa, ja siksi samalla raketilla voidaan laukaista matkaan isompi laite.

Tänä vuonna tosin tätä erinomaista oppositiota ei käytetty täysin hyväksi, sillä kohti Marsia laukaistiin vain yksi luotain, pinnalle laskeutuva InSight. Kuten ratamatemaatikot ovat laskeneet, on se juuri nyt jotakuinkin puolimatkassa. Sehän laukaistiin matkaan toukokuun alussa ja saapuu perille marraskuun lopussa.

Vuoden 2003 erinomainen oppositio käytettiin paremmin hyväksi, sillä silloin Nasa lähetti matkaan kaksi kulkijaa, Spiritin ja Opportunityn, ja Euroopan avaruusjärjestö Mars Express -luotaimen.

Taivaanmekaanisen kiertoratatilanteen voi nähdä myös taivaalla, sillä kauriin tähdistössä oleva Mars on varsin kirkas, vaikkakin Suomesta katsottuna se on hyvin matalalla. Etelä-Suomen horisontin yläpuolella punaplaneetta viihtyy vain viitisen tuntia.

Muilta osin meidän kannaltamme ei oppositiolla ole mitään merkitystä muille kuin meille friikeille.

Marsin pinnalla tosin lähellä Aurinkoa oleminen näkyy siten, että sen lämpenevän kaasukehän tuulet nostavat lentoon paljon hiekkaa. Siksi Marsissa on nytkin meneillään jo pitkälle toista kuukautta jatkuva pölymyrsky. Se on pitkiin aikoihin suurin ja voimakkain.

Otsikkokuva näyttä tilanteen varsin konkreettisesti: auringonvalosta riippuvainen Opportunity-kulkija on edelleen hiljaa, mutta sen ydinparistosta sähköä saava serkku Curiosity toimii varsin normaalisti.

Paitsi että sen kuvaamat maisemat ovat edelleen aika sumuisia.

Otsikkokuvan kuvat on tosin kuvattu täältä Maan päältä, mutta ne näyttävät hyvin eron ennen myrsyä ja nyt sen aikana.

*

Otsikkokuvassa on Mars kuvattuna kesäkuussa ja heinäkuussa 2018, ennen pölymyrskyn alkamista ja sen jatkuessa. Juuri nyt ei Marsista siis kannata tehdä tarkkoja havaintoja, vaikka oppositiot normaalisti sopivat hyvin tähän tarkoitukseen.

Vuonna 2016 tehty video näyttää hyvin mistä on kyse. Lopun taivaankatsomiskohtaan ei kannata nyt kiinnittää huomiota.

Numeroista innostuneille voi todeta vielä sen, että tänään Maan ollessa kaukaisimmillaan Auringosta, on Maan ratanopeus 29,5 kilometriä sekunnissa, eli 106 376 kilometriä tunnissa. Keskimäärin nopeus on 30 km/s.

Jos vauhti tuntuu suurelta, niin taivaanmekaniikan yksinkertaisten lakien mukaan laskettuna tämä vauhti ei ole paljoakaan verrattuna lähempänä Aurinkoa kiertäviin planeettoihin. Venuksen nopeus on keskimäärin 35 km/s ja Merkuriuksen yli 47 km/s. Ja samalla Aurinkokuntamme kiitää noin 200 kilometrin sekuntinopeudella (720 000 km/h) Linnunradan keskustan ympäri.

Kaikkien sisäplaneettojen radat ovat varsin pyöreitä, vain Merkurius on selvemmin soikea. Tarkalleen mikään niistä ei kuitenkaan ole aivan pyöreä.

Vaikka kaikki näyttää siis kesäisen seesteiseltä ja rauhalliselta, kiidämme avaruudessa kovaa vauhtia. Yllättäen siis nyt kesällä olemme siis kaukana Auringosta. Vuodenajathan johtuvat maapallon pyörimisakselin kaltevuudesta, ei kiertoradan lievästä soikeudesta – ja kun sanotaan, että nyt on kesä, niin kannattaa muistaa, että eteläisellä pallonpuolella on nyt talvi.

Radan soikeus vaikuttaa kuitenkin siihen, että laskennallisesti täällä pohjoisella pallonpuolella kesä on viisi päivää pitempi kuin talvi; ratanopeus kun on kaukana ollessa hieman pienempi.

Tätä kiertoradan kaukaisinta pistettä kutsutaan apheliksi. Pohjana on kreikan sanat apo, joka tarkoittaa "kaukana", ja helios, joka puolestaan tarkoittaa Aurinkoa. Aurinkoa kiertävän radan läheisin piste sen sijaan on nimeltään periheli sanan peri, eli "lähellä" mukaan. Näitä sanoja muutetaan aina sen mukaan, mitä kappaletta kierretään: esimerkiksi Maan tapauksessa nämä ovat apoogeum ja perigeum.

Otsikkokuvassa on Aurinko kuvattuna tänään Big Bearin aurinko-observatoriolla GONG-teleskoopilla. Kuva näyttää Auringon näkyvän valon alueella ja kuten näkyy, ei siinä ole juurikaan tänään pilkkuja. Olemme Auringon aktiivisuusminimissä.

Kuva näyttää Maan ja Marsin sijainnit radoillaan Auringon ympärillä 22. toukokuuta sekä seuraavien sekä kahden edellisen opposition aikaan. Kuten kuva näyttää, ovat radat soikeita, pullean ellipsin muotoisia, ja että planeettojen välinen etäisyys voisi olla pienempikin kuin nyt – kyse ei ole siis mitenkään erityisestä tapauksesta.

Viime aikojen paras oppositio tapahtui vuonna 2003, jolloin Maan ja Marsin välinen etäisyys oli vain 55,68 miljoonaa kilometriä. Tästä eteenpäin seuraavat oppositiot vuonna 2018 ja 2020 ovat myös koko ajan "parempia", ja vuonna 2020 etäisyys on pienimmillään 62,12 miljoonaa kilometriä.

Silloin olemme lähekkäin lokakuun puolivälissä, ja tämä tarkoittaa myös sitä, että noin kolme-neljä kuukautta aikaisemmin lähetetään matkaan luotaimia kohti Marsia. Perille ne saapuvat kolme-neljä kuukautta opposition jälkeen.

Mars-luotaimet kannattaa lähettää aina siten, että ne ovat jotakuinkin puolimatkassa opposition aikaan, koska näin planeettainvälinen lentomatka on lyhyin ja matkaan saadaan joko massiivisempi luotain tai pienempi voidaan singota matkaan pienemmällä raketilla.

Tässä oppositiossa ainoa matkaan lähetetty alus oli ESAn ja Venäjän Exomars, joka on suurin koskaan kohti punaista planeettaa lähetetty luotain. Kahdesta lennosta koostuvan Exomars-hankkeen toinen lento, Marsin pinnalle laskeutuva kunnianhimoinen kulkija, oli tarkoitus lähettää matkaan vuoden 2018 opposition aikaan, mutta se on lykätty vuoteen 2020.

Silloin laukaistaan myös NASAn seuraava suuri kulkija, Curiosity-rooverin kaltainen uusi kulkija.

Nämä kaikkein parhaat opposition luotaimien laukaisujen kannalta ovat myös aikoja, jolloin Mars on kirkkaimmillaan, komeimmillaan ja suurimmillaan taivaalla. Nämä toistuvat 15-17 vuoden välein, jolloin peräkkäin on yleensä kaksi tai kolme "hyvää" oppostitiota.