asteroidi

Video palasten lentoradoista erään tapahtuman jälkeen.

Bennun vuorokausi – eli aika jona se pyörähtää kerran akselinsa ympäri – kestää 4,3 tuntia. Se on riittävän pitkä aika jotta pinnan lämpötila vaihtelee merkittävästi. Varjon kylmyydestä suoraan päivänpaisteeseen joutuva pinta-aines lämpölaajenee, mikä aiheuttanee kivissä ja lohkareissa suuria sisäisiä jännityksiä. Tutkijoiden mukaan kiviaineksen "laukaisu" avaruuteen saattaakin tapahtua jos jännitys johtaa suuren lohkareen halkeamiseen.

Prosessia saattaa tehostaa myös veden sublimoituminen.

Bennun pinta koostuu osaksi hienojakoisista verkkosilikaateista, joiden rakenteessa on myös vettä. Kun tuo aines kuumenee, vesi saattaa alkaa kiehumaan ja aiheuttaa paineen nousua pienissä rakosissa. Myös tämä prosessi voi johtaa spontaaneihin räjähdyksiin Bennun kivissä.

Kuva: Bennun pintaa. Yläoikealla oleva lohkare on n. 15 m korkea.

Tutkijoiden mukaan monet pienemmät "laukaisut" lienevät toissijaisia. Etenkin sellaisten tapausten, jotka sattuvat yöaikaan, uumoillaan johtuvan pinnalle takaisin putoavista heittelekivistä. Törmäykset sinkoavat lisää materiaa ylös.

Tutkijat eivät kuitenkaan voineet sulkea pois tavallisia mutta satunnaisia meteoroiditörmäyksiä. Moisia kappaleita sattuu Bennun kiertoradalle varmasti.

Bennu ei varmastikaan ole ainut asteroidi, jolla tällaista tapahtuu. Yleisyys kuitenkin riippuu siitä, mikä prosessi tarkalleen sinkoaa kiviä ylös.

Lämpötilamuutokset saattavat murentaa kiviä pienemmiksi murskeeksi, mikä helpottaisi satunnaisia meteoroiditörmäyksiä nostamaan pikkukiviä avaruuteen. Moinen prosessi toistuisi aivan kaikilla pienillä asteroideilla.

Jos kyse taas on lähinnä veden aiheuttamasta rakojen paineennoususta, pikkukiviä voi odottaa löytyvän ainoastaan niiden asteroidien ympäriltä, joiden mineraaleissa on merkittävästi vettä mukana.

OSIRIS-REx kartoittaa tällä hetkellä Bennun pintaa. Laitteen lopullinen tarkoitus on kuitenkin tuoda Maahan 60–2000 grammaa Bennun pintamateriaalia. Näytteenoton on määrä tapahtua ensi kesänä. Paluumatka alkaa maaliskuussa 2021 ja näytteiden on tarkoitus olla Maassa syyskuussa 2023.

Hyvällä tuurilla näytteeseen sattuu mukaan myös avaruuteen sinkoutuneita ja takaisin pinnalle pudonneita kiviä. Niiden tunnistaminen voi tosin olla hankalaa.

Bennu kiertää Aurinkoa elliptisellä radalla, joka hipoo sekä Maan että Marsin ratoja. Se on myös yksi niistä harvoista asteroideista, joille on määritetty aivan todellinen törmäysuhka.

Nykytietojen mukaan Bennu saattaa törmätä Maahan ensi vuosisadan loppupuolella (vuosina 2175–2199). Osuessaan Bennu synnyttäisi noin 4,5-kilometrisen kraatterin ja tuhoaisi kaiken kymmenien kilometrien säteeltä. Törmäysenergia vastaisi runsasta 1100 megatonnia TNT:tä.

Törmäysuhka on kuitenkin vain 1/2700, eli alle 0,04 prosenttia. On siis runsaan 99,96 prosentin todennäköisyys ettei se osu Maahan - ainakaan tuolla aikavälillä.

Bennu on nimetty muinaisen Egyptin myyttisen jumallinnun mukaan. Lintu kuvataan usein harmaahaikarana, ja edustaa Aurinkoa, luomista ja uudelleensyntymistä.

Lähteet: Lauretta ja kumpp.: "Episodes of particle ejection from the surface of the active asteroid (101955) Bennu" (Science 2019, maksumuurin takana); Jet Propulsion Laboratoryn tiedote

Osa kuvia alustavasti vilkaisseista tutkijoista epäileekin, että pyrstö on suurelta osin vesihöyryä. Gaultilla olisi tämän idean mukaan runsaasti pinnanalaista jäätä, jota räjähdys olisi nyt höyrystänyt. Kovalla paineella purkautuva höyry pääsisi helposti pakenemaan Gaultin pienestä painovoimasta.

Gaultin 3,5-vuotinen rata on varsin elliptinen ja sen etäisyys Auringosta vaihtelee välillä 1,85 - 2,75 au. Gault kiertää Aurinkoa asteroidivyöhykkeen sisälaidalla. Kivestä ja raudasta koostuvat S-tyypin asteroidit ovat seudulle tyypillisimpiä, mutta poikkeuksiakin on. Osa asteroidivyöhykkeen kappaleista on entisiä komeettaytimiä.

Gault-asteroidin löysivät Carolyn ja Eugene Shoemaker vuonna 1988. He nimesivät sen kuulun asteroiditutkijan, Donald Gaultin mukaan. Vuonna 1999 kuollut Gault kirjoitti uransa aikana noin 80 vertaisarvioitua julkaisua, pääosin asteroiditörmäyksistä. Hän aloitti uransa Nasan kuututkimusprojektissa vuonna 1965.

Perinteisen määritelmän mukaan komeetoiksi kutsutaan erittäin elliptisillä radoilla kiertäviä jäisiä kappaleita, asteroideiksi taas kivisempiä kappaleita. Komeettojen alkuperä on jossain ulommassa aurinkokunnassa, asteroidien taas Jupiterin ja Marin ratojen välissä. Todellisuudessa komeetoilla ja asteroideilla ei kuitenkaan ole mitään selvää rajaa.

Päivitys klo 15.10: ensihavainnon tekijä korjattu. Ilmoitimme aiemmin, että pyrstö löydettiin 8.1. Kanada-Ranska-Havaiji -teleskoopilla.

Lähteet: Minor Solar System Objects -facebook-sivu, vendégcsillag-keresö-blogi (unkariksi)

Otsikkokuva: Alan Hale / Las Cumbres Observatory / South African Astronomical Observatory. Toinen kuva: Richard
Wainscoat / Canada-France-Hawaii Telescope

101955 Bennu, eli 1999 RQ₃₆, on hiilipitoinen Apollo-ryhmään kuuluva pikkuplaneetta, jonka LINEAR-taivaankartoitushanke löysi syyskuussa 1999. Nimensä asteroidi sai egyptiläisen mytologian Bennu-linnulta, joka esiintyi tarinoissa yleensä Auringon, luomisen ja uudelleensyntymän yhteydessä. Virallisesti nimi on lyhenne sanoista "Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer".

OSIRIS-REx on tutkinut jo jonkin aikaa kauempaa Bennua ja joulukuun 16. päivänä se teki jo lähiohituksen, jonka aikana se tuli vain noin seitsemän kilometrin etäisyydelle asteroidin pinnasta.

Tähän mennessä kuvista on voitu nähdä millainen Bennun pinta yleisesti ottaen on: se on epätasaista ja pienten kivien peittämää. Pinnalla on vain yksi suurempi yksityiskohta, etelänavan tuntumassa oleva noin 50-metrinen kivenmurikka.

OSIRIS-REx laukaistiin matkaan syyskuussa 2016 ja sen tarkoituksena on paitsi tutkia ja kuvata Bennua, niin myös tuoda siitä näyte Maahan.

Tarkoituksena on pinnan kartoittamisen ja Bennun massajakautuman määrittämisen jälkeen lähestyä pintaa siten, että luotaimen näytteenottotorvi voisi ottaa näytteen kesällä 2020.

Suunnitelman mukaan luotain lähtee sen jälkeen kohti Maata ja saapuu tänne näyte laskeutumiskapselin sisälle hermeettisesti pakattuna syyskuussa 2023.

Bennu on pienin koskaan läheltä tutkittu Aurinkokunnan pienkappale. Kuva näyttää kuinka suuria ovat suhteellisesti aiemmat tutkitut kohteet.

Ensimmäinen tieto pinnalla olleesta MASCOTista oli hälyttävä: sen tutkimuslaitteet kuumenivat. Samalla itse laskeutuja ei kertonut mitään ylilämmöstä. Lennonjohdossa pääteltiin nopeasti, että tämä johtui siitä, että laskeutuja oli "ylösalaisin".

Niinpä ennalta tehty suunnitelma tehtävistä heitettiin roskiin, ja laskeutuja komennettiin pomppaamaan pinnalla, jotta se kääntyisi oikein päin. Näin kävikin, ja uudesta paikasta saatiin hyviä tutkimustuloksia.

"Kaikki mittalaitteet toimivat hyvin", kertoi Rauer, mutta ei näyttänyt vielä kuvia tai tietoja. Sen sijaan hän totesi iloisena, että "laskeutuja toimi pinnalla peräti noin 17 tuntia". Tänä aikana ennätettiin pomppia pari kertaa lisää, joten lopulta mittauksia saatiin kaikkiaan neljästä paikasta Ruygyn pinnalta.

"Laskeutumispaikkamme oli niin vaikea kuin kuvitella saattaa", Rauer totesi ja näytti kuvaa, missä Ruygun pinnalla tosiaan näkyi valtavasti kivenmurikoita. Siinä missä Hayabusa 1:n tutkima Itokawa oli suurelta osin tasainen, on Ryugu kivien peittämä.

Aurelie Moussi, MASCOT-hankkeen vetäjä Ranskan avaruustutkimuskeskuksessa CNES:issä jatkoi kertomalla, että "edes villeimmissä kuvitelmissamme emme odottaneet näin paljon iloa tästä lennosta."

Olennaisimmat ranskalaisten osat laskeutujassa oli pintaa tutkinut infrapunakamera sekä akku, joka perustui Rosetta-luotaimen Philae-laskeutujan akkuun.

"Odotimme akun toimivan kenties 12 tuntia, mutta siinä riitti virtaa peräti 17 tuntia. Se oli selvästikin todella hyvä."

Moussi oli myös iloinen siitä, että matka luotaimesta pinnalle kesti vain parisenkymmentä minuuttia kahden tunnin sijaan, sillä tämä aika voitiin käyttää tutkimuksiin.

"Lisäksi oli myös hienoa, että MASCOT oli hyvin yhteistyöhaluinen. Yhteys siihen toimi hyvin, paljon paremmin kuin odotimme.

Moussi mainitsi myös koko Hayabusan lentoa viime aikoina haitanneen yllättävän tekijän: taifuunit. Japania on piiskannut monta hirmumyrskyä, jotka ovat heilutelleet yhteydenpitoon käytettyjä antenneja niin paljon, että se on haitannut tietoliikennettä luotaimeen. Siitä huolimatta kaikki on mennyt hyvin.

Nyt vain odotamme konkreettisia MASCOT:in lähettämiä tietoja – ja tietysti lisää kuvia. Nyt koko laskeutumisesta on vain yksi, otsikossa oleva kuva, missä asteroidin röpelöisen pinnan lisäksi näkyy MASCOTin varjo yläoikealla.

MASCOT ei ole kovin suuri: vain noin 30 x 30 x 20 cm.

Toinen samankaltainen laskeutuja lähetetään matkaan joskus ensi vuonna. Se on massaltaan hieman pienempi, mutta kooltaan suurempi. Tämä "Rover-2" -nimellä tunnettava laite on 15 x 16 cm kooltaan ja saa ensimmäisten laskeutujapomppijoiden tapaan virtaa aurinkopaneeleista. Tässä kakkosessa on mukana myös LED-lamppuja, joiden avulla se saa kuvia myös yöaikaan.

Kiinnostavin laskeutujista on kuitenkin MASCOT, liki kymmenkiloinen eurooppalaistekoinen laite, joka kantaa mukanaan kameralaitteiston lisäksi infrapunaspektrometrin, magnetometrin ja radiometrin, joilla toivottavasti saadaan tähän saakka parhaimmat ja tarkimmat tiedot asteroidin pinnalta.

Kerroimme tarkemmin MASCOTista jo pari vuotta sitten ja päivitämme tietoja vielä tällä viikolla ennen keskiviikkoa, jolloin laite on tarkoitus pudottaa Ruygun pinnalle.

Samaan aikaan itse luotain tekee myös havaintoja asteroidin läheltä. Alla on kuvia, jotka Hayabusa 2 otti 21. syyskuuta ollessaan vain 64 metrin päässä asteroidin pinnasta. Tarkkuus on vain noin metrin luokkaa, parhaimmillaan vieläkin vähemmän.

Tuore tutkimus osoittaa, että "perheettömät" asteroidit eivät todennäköisesti olekaan orpoja, vaan niistä vähintään 85 % kuuluu viiteen jo tunnettuun perheeseen (Flora-, Vesta-, Nysa-, Polana- ja Eulalia-ryhmät). Loppujen alkuperä taas lienee muutamassa "haamuperheessä", joista ei ole enää selviä merkkejä. Tutkimus julkaistiin vastikään Nature Astronomy -lehdessä.

Tutkijat päätyivät tulokseen tarkastelemalla asteroidien ominaisuuksia uudella tavalla. He perehtyivät asteroidivyöhykkeen sisäosissa (2,1 - 2,5 astronomisen yksikön päässä Auringosta) kiertävien noin 200 000 asteroidin kokoihin ja ratoihin. Osoittautui, että mitä suurempi asteroidi on, sitä elliptisempi sen kiertorata on, ja sitä pienempi kallistus sen radalla on planeettojen ratatasoon verrattuna. Sama pätee myös asteroidiperheisiin - joista jokaisen voi myös tunnistaa näiden ominaisuuksien perusteella. Tutkimuksessa pystyttiin myös toteamaan jo alueelta tunnettujen 20 perheen keskinäiset sukulaisuudet.

Tutkijoiden mukaan ylivoimaisesti suurin osa "perheettömiltä" vaikuttavista asteroideista siis onkin vain maailmalle ajautuneita tai ajettuja "tuhlaajapoikia". Aiemmin niiden alkuperää ei ole tunnistettu, koska kaoottisesti pakkaa sekoittaneet törmäykset ja uudet hajoamiset ovat hajaannuttaneet perheiden jäseniä niin mittavasti.

96944 asteroidin radan eksentrisyys (eP) vs. inklinaatio (iP). Asteroidiperheet erottuvat tihentyminä. (Z. Knezevic & A. Milani, 2005)

Ainakin sisemmän asteroidivyöhykkeen alkuperä vaikuttaa siis olevan vain kourallisessa Aurinkokunnan alkuaikoina kokoon kyhäytyneessä suurehkossa "esiäidissä". Niiden hajotessa perheet lähtivät levittäytymään ja täyttämään seutua.

"En yllättyisi, vaikka lopulta pystyisimme jäljittämään kaikkien asteroidien alkuperät vain hyvin pieneen emokappaleiden joukkoon", kertoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, emeritusprofessori Stanley Dermott Floridan yliopistosta:

Jos tulkinta osoittautuu oikeaksi, vaikutukset ovat suuret.

Tällöin olisi yhä ilmeisempää, että asteroidit tai oikeammin niiden emokappaleet syntyivät suurina ja protoplanetaarisen kiekon romahtaessa. Useat viimeaikaiset tutkimukset ovat vihjanneet juuri tähän suuntaan, mutta täyttä varmuutta asiasta ei ole ollut.

Samalla varmistuisi, että maahan pudonneet meteoriitit - asteroidien palaset - tulevat alunperin näistä suuremmista emokappaleista, ja moninaiset meteoriittiryhmät voitaisin ehkä lopulta yhdistää. Kenties meteoriittien jaottelu uudistuu jossain vaiheessa kuvaamaan emokappaletta, aluetta emokappaleen sisällä josta meteoriitti on peräisin, sekä kehitysvaihetta jossa kyseinen palanen on irronnut tuolta alueelta emostaan.

Löytö vaikuttanee myös tulevilta asteroiditörmäyksiltä suojautumiseen. Törmäävän asteroidin radan selvittyä pystyttäisiin päättelemään sen todennäköinen koostumus. Näin voitaisiin valita sopivin lähestymistapa törmäysuhan minimoimiseksi. Tiivis rauta-asteroidi kun vaatii erilaiset toimenpiteet kuin vaikkapa harvempi, lähinnä kivimurskasta koostuva kappale.

"Jos joku näistä joskus tulee kohti Maata ja haluamme poikkeuttaa sen rataa, meidän täytyy tietää mistä se on tehty", kuvailee Dermott.

Stanley Dermott tunnetaan myös empiirisen Dermottin lain keksijänä. Se osoittaa jättiläisplaneettojen suurten kuiden noudattavan tiettyä kaavaa. Se muistuttaa hyvin paljon planeettojen etäisyyksiä kuvaavaa Titus-Boden lakia.

Vaikka juuri julkaistu tutkimus vaikuttaakin luotettavalta, asia vaatii lisäselvityksiä. Asteroidiperheen jäsenet vaikuttavat olevan (ainakin pinnaltaan) keskenään jokseenkin samanlaista homogeenista ja differentioitumatonta materiaalia. Voivatko nykyisin niin moninaiset meteoriittityypit sittenkään olla peräisin vain muutamasta kappaleesta? Entäpä mistä emokappaleet aluperin hajoittaneet kappaleet tulivat - Aurinkokunnan ulko-osista, tai kenties jopa kauempaa?

Lähteet: Dermott ja kumpp.: "The common origin of family and non-family asteroids" (Nature Astronomy, 2018, maksumuurin takana); Novaković: "Tracing escapees from collisional families" (Nature Astronomy, 2018, maksumuurin takana); Floridan yliopiston tiedote; Morbidelli ja kumpp.: The Dynamical Evolution of the Asteroid Belt" (arXiv, 2015); Nesvorny, Broz & Carruba: Identification and Dynamical Properties of Asteroid Families (arXiv, 2016).

Otsikkokuva: Don Davis

Kiinan tiedeakatemian Kansallisen avaruustiedekeskuksen professori Li Mingtao ryhmineen esitti idean kilpailussa, jossa etsittiin suunnitelmia innovatiivisista tulevaisuuden teknologioista. Nuorten tutkijoiden innostamiseksi tarkoitettu kisa pidettiin Etelä-Kiinan Shenzenissä. Siihen otti osaa yhteensä 60 projektia.

Motivaatio idealla on tieteen edistäminen, uuden tekniikan luominen sekä asteroidilouhinnan yksinkertaistaminen. Asteroideissa voi olla paljon taloudellisesti hyödynnettäviä aineita. Asteroidin saaminen jokseenkin kokonaisena maanpinnalle olisi myös tieteellisesti arvokasta. Nykyään ainoa keino tutkia asteroidinäytteiden tarkkaa koostumusta on odottaa satunnaisten palasten putoavan maahan meteoriitteina.

Analysoidakseen suunnitelman toteutuskelpoisuutta tutkijaryhmä kohdensi tutkimuksensa noin 6,4-metriseen Maan lähialueilla liikkuvaan asteroidiin. Sen koostumusta tai rakennetta ei vielä tunneta, joten massakin on epäselvä. Karkeasti arvioiden kyse olisi kuitenkin sadoista tuhansista (tai rautaisen kappaleen tapauksessa jopa miljoonasta) kilosta. Tutkijoiden mukaan se olisi kuitenkin siirrettävissä Maahan.

"Tämä kuulostaa scifiltä, mutta uskon että projekti voitaisiin toteuttaa", Li kaavailee. "Toisin kuin asteroideille laskeutuvat ja näytteitä hakevat luotaimet, meidän tavoitteemme on noutaa koko satoja tuhansia kiloja painava asteroidi ja tuoda se Maahan. Tämä muuttaisi mahdolliset törmäysuhan aiheuttajat käytännöllisiksi resurssilähteiksi. Analyysimme osoittaa, että tällaisen pienen asteroidin liikuttelu olisi ainakin teoriassa mahdollista."

Projekti on vasta alkutekijöissään, eikä varmuutta toteutuksesta vielä ole. Analyysin mukaan paras aika laukaista "asteroidin kaappaaja" olisi vuonna 2029. Tuolloin asteroidi saataisiin Maahan noin viidessä vuodessa.

Ajatus on kutkuttava, vaikka mukana onkin monta muttaa ja epävarmuutta. Homman onnistuminen vaatii paljon teknologista kehitystyötä.

Tutkijoiden ensimmäinen haaste on löytää sopiva noudettava kohde. Pieniä asteroideja on vaikea havaita, sillä ne huomataan usein vasta niiden vilahtaessa hyvin läheltä Maata. Siksi Li suunnitteleekin jo Qian Xuesen avaruusteknologian laboratorion teknisen tiimin kanssa useiden satelliittien ryhmää, joka sijoitettaisiin Venuksen radan tuntumaan. Sen avulla voitaisiin havaita ja tutkia hyvin pieniä, noin kymmenmetrisiä Maan lähiasteroideja.

Tutkijoiden mukaan merkittävin ongelma tulee kuitenkin vasta lennon lopussa: kuinka hallita asteroidia ilmajarrutuksen aikana? Kappaleen tulovauhti on noin 12,5 kilometriä sekunnissa, mutta se olisi saatava hidastumaan noin 0,14 kilometriin sekunnissa ennen turvallista maakosketusta.

Muitakin avoimia kysymyksiä on. Alla on nostettu tapetille muutama esimerkki aiheista, joista lähdeuutisessa ei kerrottu mitään. Herää kysymys ovatko tutkijat keskittyneet vain suuriin linjoihin vai onko ongelmakohtia todella pohdittu?

(1) Asteroidit pyörivät, joskus kaoottisestikin. Pyörimistä täytyy vähintäänkin hillitä, jotta kivi saadaan ohjattua uudelle radalle ja törmäyskurssille Maan kanssa. Kaavaillun kuljetussäkin pienikin pyöriminen voisi rikkoa varsin nopeasti.

(2) Kohdeasteroidin rakennetta ei tunneta. Jos kyse on vaikkapa löyhästi kasassa pysyvästä lohkarerykelmästä, ongelma moninkertaistuu, sillä lohkareiden keskinäinen törmäily voi repiä kuljetussysteemin helposti riekaleiksi.

(3) Lasti tätyy pystyä vakauttamaan. On hyvin vaikea kuvitella mitään säkki- tai säiliömateriaa, joka kestäisi satojen tuhansien kilojen massan heittelehtimisen. Tämä tulee vastaan viimeistään ilmajarrutuksen aikana, mutta kenties jo aiemmin pyörimisen pysäyttämisessä tai siirtoradalle kuljetuksessa.

(4) Kohdeasteroidin massaa ei tunneta. Polttoaineen määrä, kuljetussäkin lujuusvaatimukset, sekä lämpökilpikin täytyy käytännössä ylimitoittaa. Kaikki tämä lisää kustannuksia tarpeettomasti.

(5) Ilmakehään tultaessa tulokulman täytyy osua nappiin. Muutoin asteroidi kimpoaa tai palaa oitis lämpökilvestä huolimatta. Huiman lähestymisnopeuden, jättimäisen massan ja massan hitauden vuoksi siirto oikealle radalle ei ole triviaali tehtävä.

(6) Turvallisen laskeutumispaikan määritys vaatii äärimmäistä tarkkuutta. Kuten edellä, suuri massa voi vaikeuttaa tarkkoja ratakorjauksia.

(7) Asteroideissa on halkeamia ja sisäisiä heikkousvyöhykkeitä. Nämä voivat aktivoitua ilmajarrutuksen aikana, mikä johtaisi helposti kappaleen räjähtämiseen ilmakehässä, jopa lämpökilvestäkin huolimatta.

(8) Kohdeasteroidin koostumusta ei tunneta. Ilman kairausta ja tarkkaa laboratorioanalyysiä on mahdotonta sanoa mitä aineita asteroidi todella sisältää. Asteroidin noutaminen olisi näin ollen lähes täydellinen sika säkissä -tilanne.

Se hyvä puoli projektissa kuitenkin on, että puhutaan pienistä kappaleista. Kymmenmetriset asteroidit eivät aiheuta pinnalla suurta uhkaa vaikka jotain menisikin pieleen.

Kirjoittaja on planeettatutkija.

Lähde: XinhuaNet via CGTN (China Global Television Network)

Otsikkokuva: Kevin Gill / Flickr