ESA | Tiedetuubi

Mitä komeetta Churyumov-Gerasimenkon pinnalla oleva Philae-laskeutuja yritti sanoa Rosetta-luotaimelle joulun aikaan – vai yrittikö lainkaan? Yritykset saada yhteys jatkuvat vielä vähän tammikuun ajan.

Kerroimme Tiedetuubissa juuri ennen joulua kuinka Rosetta oli saanut yhteyden komeetan pinnalla olevaan Philaeen ja täsmensimme seuraavana päivänä, että kyseessä saattoikin olla viestin sijaan "pelkkä" interferenssi – vaikka se vaikutti omituiselta.

Uusia yhteyksiä ei sen koommin ole saatu, ja myös jouluisesta viestistä on saatu nyt lisäselvyyttä. Ja ei ole.

Miten Philae ja Rosetta puhuvat keskenään?

Yhteys Philaen ja Rosettan välillä avautuu periaatteessa siten, että yhteydestä vastaava Rosettan sähkösysteemiprosessoriyksikkö (Electrical Support System Processor Unit, ESS) on etsintämoodissa, jossa se lähettää signaaleita alas komeetan pinnale ja odottaa Philaen lähettämää vastausta.

Kun Philaen vastaanotin ottaa vastaan signaalin Rosettalta, se tarkistaa onko sillä tarpeeksi virtaa akuissaan ja onko se muuten kunnossa yhteyden muodostamiseen. Jos on, niin se lähettää vastauksen Rosettaan.

Kun Rosetta havaitsee vastauksen, se avaa yhteyden ja Philae lähettää ensi töikseen (suomalaistekoisessa) muistissaan olevat tiedot järjestelmiensä tilasta. Tämän jälkeen, jos yhteys toimii edelleen, voi Rosetta lähettää laskeutujaan myös käskysarjoja, joilla esimerkiksi ohjataan Philae tekemään uusia havaintoja tai toimimaan jollain halutulla tavalla.

Se, miten hyvin yhteys muodostuu, riippuu Philaen ja Rosettan välisestä etäisyydestä ja liikkeestä. Nyt joulukuusta alkaen Rosetta on ollut vajaan sadan kilometrin päässä komeetasta ja olosuhteet ovat suotuisat yhteyden muodostumiseen. Arvioiden mukaan Philaen laskeutumisalueella on tarpeeksi auringonvaloa sähkövirran tuottamiseen ja lämpötila on tarpeeksi korkea, jotta laskeutuja voi toimia hyvin.

Tämä tilanne jatkuu tammikuun loppuun saakka.

Kuten yllä oleva Philaen lähettämä kuva pinnalta näyttää, on sen laskeutumispaikka varsin jylhän näköinen – siis kaikkea muuta kuin otsikkokuvassa olevan, ennen laskeutumista tehty piirros antoi luvan toivoa.

Mitä joulukuussa tapahtui?

Joulukuun 21. ja 22. päivien välisenä yönä Rosettan vastaanotin aktivoitui, ja lennonjohdossa ennätettiin jo iloita mahdollisuudesta saada jälleen yhteys laskeutujaan.

Eräs iloitsijoista oli Ilmatieteen laitoksen tutkija Walter Schmidt, joka ilmoitti Tiedetuubillekin hyvästä uutisesta.

"Kaikki tietomme tuolloin joulukuussa perustuivat Rosettan vastaanottimen päälle kytkeytymiseen ja siihen, että vastaanottimesta saatiin Rosettaan tietoa", kertoo Schmidt.

"Kun vastaanotin havaitsi taustakohinaa voimakkaamman signaalin ja signaalin kaistanleveys oli vain muutamia kymmeniä kilohertzejä, oletimme signaalin olleen eittämättä laskeutujasta. Mikään saaduista tietopaketeista ei kuitenkaan sisältänyt mitään informaatiota, ja koska myöhemmin joulukuussa saimme muutamia vastaavia signaaleita myös sellaisiin aikoihin, jolloin Philae ei ollut lainkaan luotaimen kuuluvissa, oletamme nyt sähköisten häiriöiden saaneen aikaan nämä merkit signaalista."

"Signaalien alkuperä voi olla myös Rosettan vastaanotinlaitteiston elektroniikassa."

Joka tapauksessa yhteyttä yritetään ottaa tammikuun loppuun saakka, sillä pian sen jälkeen lämpötila laskeutumispaikalla laskee jo alle -51°C:n komeetan liikkuessa kauemmaksi Auringosta ja teoreettisetkin mahdollisuuden saada yhteys alkavat olla pienet.

On myös mahdollista, että Philaen on peittynyt pölyyn ja komeetan pinnalta irronneeseen aineeseen, jolloin sen aurinkopaneelit eivät ole tuottaneet enää kuukausiin tarpeeksi sähköä toimintaan.

Niinpä – kun enää ei ole mitään menetettävää – lennonjohdossa suunnitellaan dramaattisia toimia viimeisiksi yrityksiksi saada yhteys Philaeen. Yksi näistä on lähettää laskeutujaan käsky, jolla se pyöräyttäisi sisällään olevan hyrrän pyörimään.

Hyrrän tarkoituksena oli pitää laskeutujan asento vakiona laskeutumisen aikana ja se onnistui tehtävässään jopa suunniteltua paremmin. Philae pysyi oikein päin, vaikka se pomppi pari kertaa pinnasta takaisin lentoon.

Pyörivä hyrrä saa aikaan sen, että laskeutuja tärähtää ja se saattaa liikahtaa. Näin aurinkopaneelien päällä oleva pöly saattaa ravistua pois, ja jos laskeutuja on huonossa asennossa, se voi kääntyä parempaan asentoon. Tai jos se makaa nyt kyljellään nalkissa jyrkänteen vieressä, kuten nyt oletetaan, saattaa se myös kaatua ja menettää kaikki mahdollisuutensa.

Vaikka Philae olisi edelleen toiminnassa, on myös mahdollista, että se ei vain pysty enää vastaamaan. Heinäkuussa olleiden yhteyksien aikaan oli jo selvää, että ainakin yksi kahdesta vastaanottimesta ja yksi kahdesta lähettimestä olivat rikkoutuneet. Ja lähettimestä toimivassakin oli häiriöitä.

Yhteyttä siis yritetään ottaa aktiivisesti tammikuun loppuun saakka, mutta vastaanotinta Rosetta-luotaimessa pidetään päällä senkin jälkeen siltä varalta, että laskeutuja vielä huhuilisi.

"Yritämme loppuun saakka", vakuuttaa myös Schmidt.

Avaruusteleskooppi Hubblen seuraaja, James Webb Space Telescope on jälleen yhtä askelta lähempänä laukaisuaan avaruuteen, kun Euroopan avaruusjärjestö ESA allekirjoitti Arianespacen kanssa sopimuksen teleskoopin laukaisusta.

Uusi, suurikokoinen superteleskooppi singotaan avaruuteen lokakuussa 2018 Ariane 5 -kantoraketilla.

1960-luvulla kuuohjelman aikaan NASAn johtajana olleen James Webbin mukaan nimetty avaruusteleskooppi on ollut suunnitteilla jo pitkään ja sen monimutkaista peilijärjestelmää on testattu testaamisesta päästyä. Monet teleskooppiin asennettavista havaintolaitteista on jo tehty ja laukaisupäivän päättäminen sekä allekirjoitus laukaisusta on konkreettinen askel eteenpäin hankkeessa.

Teleskooppi on NASAn, ESAn ja Kanadan avaruusviraston yhteishanke, ja laukaisu avaruuteen Arianella on osa ESAn osuutta hankkeesta. Lisäksi eurooppalaisvoimin tehdään teleskooppiin kaksi sen neljästä havaintolaitteesta.

ESA-blogi

James Webb Space Telescope

ESA

Nasa

Ariane

Lue lisää Hubblen seuraaja saa kyydin avaruuteen Arianella

Jari Mäkinen

Päivitys 23. joulukuuta:
Ajantasaista tietoa jatkojutussamme: signaali on saatu, mutta sitä ja sen lähdettä tutkitaan. Philae hyvin todennäköinen, mutta ei 100% varma.

Päivitys klo 20:10
Tilanne heräämisen suhteen näyttää olevan epäselvä. Tieto heräämisestä saatiin aamulla Walter Schmidtiltä ja varmistettiin toisesta lähteestä lennonjohdossa, mutta odotamme edelleen virallista varmistusta asialle. ESA tai laskeutujan tehnyt sekä sen lennohjohtona toimiva DRL eivät ole toistaiseksi varmistaneet heräämistä.

Alla on juttumme muuttamattomana, mutta heräämiseen tulee nähtävästi suhtautua vielä varauksin. Joka tapauksessa juuri näinä aikoin yrityksiä on tehty ja tiedon lähteisiin on normaalisti voitu luottaa varauksettomasti.

--------

Tätä on odotettu! Yli vuosi sitten laskeutuneeseen, Rosetta-luotaimen mukana komeetta Churyumov-Gerasimenkoa tutkimaan lähetettyyn Philae-lasketutujaan on saatu yhteys.

Philaen lennonjohto Kölnissä sai otettua vastaan 10 sekuntia kestäneen yhteyden aikana 51 telemetriapakettia laskeutujasta klo 3:17 Suomen aikaa viime yönä.

Saatu data pitää sisällään ennen kaikkea tietoja laskeutujan tilasta ja olosuhteista, missä se on.

Uutisen suurin merkitys on kuitenkin se, että nyt tiedämme, että laskeutuja on edelleen toiminnassa ja pystyy muodostamaan yhteyden Rosetta-luotaimeen, vaikka todennäköisesti yksi sen lähettimistä ja vastaanottimista on rikkoutunut.

Lennonjohto koettaa nyt Philaen tilan selvittämisen lisäksi lähettää sille ohjeet, joiden mukaan se tekisi heti kuin mahdollista sarjan mittauksia. Näin komeetalta saataisiin edes vähän tietoja; toiveissa on luonnollisesti se, että yhteys voisi olla pysyvämmin ja laskeutujalla voitaisiin tehdä täysi mittaussarja, ottaa kuvia ja mahdollisesti vielä tehdä niin pitemmän aikaa.

"Jos yhteys muodostuu pysyväksi, lataamme laskeutujaan jo ennalta laaditun ohjelman mittauksista ja siinä eräs ensimmäisistä mittauksista on meidän SESAME / PP", kertoo Ilmatieteen laitoksen Walter Schmidt. PP on suomalaisvetoinen tutkimus, missä Schmidt toimii tieteellisenä johtajana.

Rosetta kiertää nyt noin 100 km:n etäisyydellä komeetasta. Kesän jälkeen sen etäisyyttä jouduttiin kasvattamaan, koska komeetta oli ratansa Aurinkoa lähimmässä osassa elokuussa ja silloin se oli aktiivisimmillaan. Silloin se purskautteli kaasua ja pölyä ympärilleen niin runsaasti, että luotaimen oli pysyttävä kauempana. Lisäksi Rosetta kävi tutkimassa erityisesti avaruutta kauempana komeetasta, jotta tiedettäisiin esim. kuinka kauas kaasu- ja pölyplivi ulottuu.

Kuten yllä oleva OSIRIS-kameran ottama kuva osoittaa, ei komeetta ole suinkaan vielä hiipunut. Kuvan ottohetkellä 12. joulukuuta Rosetta oli 104 kilometrin päässä komeesta.

Yhteys Rosettan ja Philaen välillä ensimmäinen sitten heinäkuun 9. päivän. Viime kesänä yhtys onnistuttiin saamaan useampaan kertaan, ennen kuin Philae jälleen mykistyi. Sen jälkeen Rosetta joutui siirtymään kauemmaksi komeetasta, jolloin se ei pystynyt enää "kuulemaan" kunnolla laskeutujaa.

Koska komeetta etääntyy nyt koko ajan Auringosta ja valaistusolosuhteet muuttuvat komeetan pinnalla, ei laskeutujan odotetaan olevan toimintakunnossa enää ensi kevään jälkeen.

Sitä ennen on kuitenkin vielä hyvin aikaa mittauksiin ja kuvauksiin, jos yhteys vain saadaan pidettyä toiminnassa. Jos jo aikaisemmin oli selvää, että tehtävässään yli odotusten suoriutunut Philae on tukevaa tekoa ja sitkeä, niin nyt saatu yhteys vain vahvistaa tätä mielikuvaa.

Palaamme toivottavasti pian asiaan!

Eurooppalainen satelliittinavigaatiojärjestelmä Galileo täydentyy jälleen: nyt laukaisuvuorossa ovat jo satelliitit numeroiltaan 11 ja 12.

Niitä kuljettavan Sojuz-kantoraketin on tarkoitus lähteä matkaan tänään torstaina klo 13:51 Suomen aikaa Kouroun avaruuskeskuksesta.

Kyseessä on kuudes Galileo-järjestelmän satelliittien laukaisu ja jo kolmas tänä vuonna. Tämä on 13. Kouroun avaruuskeskuksesta laukaistava venäläinen Sojuz-raketti.

Lopullisessa Galileo-järjestelmässä on 30 satelliittia kolmella erilaisella kiertoradalla, jotta koko ajan joka puolelta maailmaa olisi muutama satelliitti näkyvissä horisontin yläpuolella. Näistä 24 on koko ajan käytössä ja kuusi satelliittia on varalla.

Nyt jo kolmasosa näistä satelliiteista on jo avaruudessa, kaksi lisää laukaistaan tänään ja 14 tulevaa satelliittia on jo eri vaiheissa valmistusta.

Näiden kahden satelliitin jälkeen enää kaksi satelliittia lisää laukaistaan Sojuz-raketilla, joka pystyy viemään avaruuteen vain kaksi 700-kiloista satelliittia kerrallaan. Sen jälkeen laukaisuihin käytetään Ariane 5 -kantorakettia, joka pystyy kuljettamaan neljä yhdellä laukaisulla.

Näin satelliitteja saadaan taivaalle nykyistä tehokkaammin ja Galileo-järjestelmä saadaan käyttöön vuonna 2019, jos kaikki sujuu hyvin. Rajoitettu käyttö ja systeemin testaaminen alkoi jo viime vuonna ja jatkuu koko ajan paremmin sitä mukaan kun satelliittien määrä avaruudessa kasvaa.

ESA-blog

Galileo

satelliittinavigointi

ESA

sojuz

kourou

Lue lisää Taas lisää Galileo-satelliitteja!

Jari Mäkinen

Komeetta 67P/Churyumov–Gerasimenkoa kohta puolentoista vuoden ajan tutkineen Rosetta-luotaimen lento on ollut tähän mennessä jo uskomaton menestys, mutta koko tutkimusajasta on jäänyt yksi hapan sivumaku: sen upeita, tarkkoja OSIRIS-kameralaitteiston ottamia kuvia on saatu ihasteltavaksi vain muutamia.

Tämä johtuu luotaimen suunnittelun alkuaikoina – kauan ennen sosiaalista mediaa ja internetiä – tehdyistä sopimuksista, joiden mukaan tutkimuslaitteiden valmistaneet ja rahoittaneet tahot saavat niiden tuotokset ensinnä käyttöönsä. Se on ymmärrettävää, sillä etenkin Rosettan kaltaisessa hankkeessa tuloksena on tieteellisesti äärimmäisen kiinnostavia tietoja, ja kenties koko uransa instrumentin rakentamiseen laittaneet tutkijat haluavat päästä ensinnä käyttämään tietoja hyväkseen.

Pieni panttausaika kuvien ottamisen ja julkistamisen välillä onkin ymmärrettävä, mutta OSIRIS-kameran suhteen tämä on ollut tuskaa. Olemme kaikki odottaneet sen ottamia kuvia, koska jo säännöllisesti julkaistuista navigointikameran kuvista on voinut nähdä miten upea kohde Chury on.

Kameran tehnyt saksalaisryhmä on tulkinnut sopimuksia kenties hieman liian pilkulleen, mutta on upeaa, että kuvia aletaan nyt saada säännöllisesti ihasteltavaksi.

OSIRIS-kameralaitteiston korkearesoluutioiset, eri zoom- ja laajakulma-kameroilla otetut kuvat tulevat nettiin tästä alkaen ja näyttävät miltä komeetta on näyttänyt edellisenä päivänä. Kuvat on katsottavissa omalla nettisivullaan ja tieto uuden kuvan saapumisesta on mahdollista tilata sähköpostiin.

Tämä onkin hyvä mahdollisuus, sillä kuvia ei tule ainakaan vielä ihan joka päivä: niiden saaminen riippuu luotaimen ohjelmasta, tiederyhmän toimista ja siitä, että OSIRIS ei välttämättä ota kuvia joka päivä.

Odotettavissa on vähintään kuva viikossa, mutta usein kuva päivässä.

Kuvien mukana on lyhyt tutkijaryhmän jonkun jäsenen tekemä selitys sekä perustiedot, kuten etäisyys komeetasta, kuvan ottoaika sekä kyseisen kuvan resoluutio.

Kuvat tulevat osoitteeseen planetgate.mps.mpg.de:8114/Image_of_the_Day/public ja suora osoite sähköpostilistalle on osiris-pi@mps.mpg.de.

Viime aikoina Suomessakin on puhuttu paljon pienistä nanosatelliiteista, muutaman kilon massaltaan olevista, 10 cm kanttiinsa olevista kuutioista koostuvista pienistä satelliiteista. Suomen ensimmäinen satelliitti Aalto-1 on kolmen kuution kokoinen satelliitti ja eilen julkistettu Reaktor-yhtiön Hello World on kahden kokoinen.

Nanosatelliitit putoavat tehtävänsä jälkeen takaisin Maahan ja tuhoutuvat ilmakehän kitkakuumennuksessa kokonaan.

Yleensä kyseessä on lennon surullisin vaihe, koska suurella työllä tehty satelliitti sulaa ja höyrystyy ilmanvastuksen pätsissä.

Nyt kuitenkin ESAn Hollannissa olevan teknisen keskuksen ESTECin suuressa radiotestaustilassa on pieni satelliitti, jonka tarkoituksena on tutkia juuri sitä, mitä pienelle satelliitille tapahtuu maahanpaluussa. Miten ilmanvastus vaikuttaa siihen ja kuinka se osat tuhoutuvat vähitellen?

Qarman (QubeSat for Aerothermodynamic Research and Measurements on Ablation) on belgialaisen Von Karman -instituutin ESAlle valmistama satelliitti, joka tulee mittaamaan sisäistä ja ulkoista lämpötilaa, painetta ja mm. kirkkautta, jolla ympärillään oleva plasma (kuumenemisen vuoksi sähköisesti varautuneen kaasun) hohtaa.

BLOG

Lue lisää Tämä on Qarman, takaisin Maahan palaava nanosatelliitti

Jari Mäkinen

Aikaisin aamulla klo 6:04 Suomen aikaa Vega-kantoraketti jyrisi matkaan Kouroun avaruuskeskuksesta ja kuljetti pienen Lisa Pathfinder -satelliitin avaruuteen.

Sen laukaisu sattuu sopivasti Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian satavuotisjuhlan aikaan, sillä kyseessä on teorian kuvaamia painovoima-aaltoja tutkiva laite.

Einsteinin mukaan painovoima saa aikaan avaruuden geometrian kaareutumista, ja samaan tapaan tässä avaruuden geometriassa voisi olla aaltoja. Erittäin suurienergiset tapahtumat ja hyvin massiiviset kappaleet voisivat synnyttää tällaisia aaltoja, jotka olisivat vähän kuin laineita veden pinnalla sen jälkeen, kun vaikkapa kivi on pudonnut veteen.

Näitä painovoima-aaltoja on etsitty jo pitkään, mutta niiden havaitseminen on vaikeaa. Suurin ongelma on se, että esimerkiksi kahden toisiaan kiertävän mustan aukon synnyttämät aallot saisivat aikaan sen, että miljoona kilometriä pitkän mitan pituus muuttuisi vain alle yhden ainoan atomin koon verran.

Tällaisen havaitseminen on hyvin hankalaa – mutta jos tässä onnistuttaisiin, avaisi se aivan uuden, kiinnostavan ikkunan maailmankaikkeuden tapahtumiin, sekä vahvistaisi edelleen ymmärrystämme fysiikan perustasta.

Pikku-Liisa ennen LISAa

Paras paikka havaita painovoima-aaltoja on avaruus, koska vain siellä voidaan saada aikaan helposti pitkiä mittaussuoria.

Miljoona kilometriä pitkän mittanauhan sijaan ajatuksena on mitata kaukana toisistaan olevien satelliittien välisen etäisyyden muuttumista laserin avulla.

LISA, eli Laser Interferometer Space Antenna, on Euroopan avaruusjärjestön suunnitelma, missä on itse asiassa kolme satelliittia, jotka mittaisivat jatkuvasti välimatkoja keskenään ja voisivat havaita pienetkin muutokset siinä.

Niiden vaatima tekniikka osoittautui kuitenkin niin vaativaksi (ja kalliiksi), että ESA päätti tehdä periaatetta testaavan pienemmän luotaimen, tiennäyttäjän. Nimeksi tuli siksi LISA Pathfinder.

Sen sisällä on kaksi täysin samanlaista 46 mm halkaisijaltaan olevaa kullasta ja platinasta tehtyä kuutiota, joiden välinen etäisyys on 38 cm. Kuutiot on sijoitettu suojarakenteiden sisään ja niiden välistä etäisyyttä mitataan monimutkaisella lasersysteemillä, joka pystyy erottamaan millimetrin miljardisosan muutokset välimatkassa.

Avaruuden painottomuudessa ja luotaimen sisällä ei mikään muu kuin avaruuden aallot muuta niiden välistä matkaa.

Täydellisen painottomuuden aikaansaaminen on itse asiassa lennon eräs olennaisimpia temppuja, sillä esimerkiksi Maata kiertävällä avaruusasemalla oleva painottomuus on mikropainovoimaa. Suuri asema itsessään vetää kappaleita puoleensa ja Maata kiertävissä satelliiteissa on kiertoradan pienistä muutoksista johtuvia häiriöitä painottomuudessa.

Niinpä LISA Pathfinder ohjataan 1,5 miljoonan kilometrin päähän Maasta ns. Lagrangen pisteeseen 1 (missä yleistäen sanottuna Maan ja Auringon vetovoimat kumoavat toisensa). Tarkalleen ottaen pikkualus tulee kiertämään L1:n ympärillä soikealla, 500 000 km x 800 000 km olevalla radalla.

Sielläkin “Liisan” painovoiman täydellisyydestä täytyy pitää koko ajan keinotekoisesti huolta: sen tarkat kiihtyvyysmittarit seuraavat koko ajan tilannetta ja käyttävät pieniä ohjausrakettimoottoreita noin 10 kertaa sekunnissa, jotta kuutiot pysyvät tarkasti oikeilla paikoillaan ja vain avaruuden geometriassa tapahtuvat muutokset heiluttavat niitä.

Matka L1:n ympärille kestää noin 10 viikkoa. Ensin kahden viikon kuluessa rataa nostetaan vähitellen korkeammaksi viidellä ohjausrakettien poltolla ja kuudennella aloitetaan matka 1,5 miljoonan kilometrin päähän.

Perillä Liisa on helmikuun puolivälissä ja tarkistusten sekä säätöjen jälkeen se aloittaa varsinaisen mittaamisen maaliskuun alussa. Tämänhetkisen suunnitelman mukaan mittauksia tehdään puolen vuoden ajan, mutta mikäli painovoima-aaltoja löydetään ja luotaimen ohjausrakettien polttoainetta riittää, jatkunee toiminta senkin jälkeen.

Laukaisu oli merkittävä myös siksi, että se oli ESAn uuden kevyen Vega-kantoraketin kuudes lento. Samalla se oli viimeinen ns. koelento, joten tästä eteenpäin raketin operoinnista ja sen laukaisujen myynnistä vastaa Arianespace-yhtiö.

Kuva: Alkuperäinen LISA-suunnitelma koostui kolmesta satelliitista, joiden välisiä etäisyyksiä mitattiin tarkasti laserin avulla. Voi olla, että lopullinen LISA tulee olemaan erilainen.

Nyt NASA katsoo vain sivusta: eurooppalainen ExoMars esiteltiin (video)

Se on kolme ja puoli metriä korkea, 4300 kiloa massaltaan oleva ilmestys, joka on tarkoitus singota venäläisellä Proton M -kantoraketilla 14. maaliskuuta ensi vuonna kohti Marsia.

Jari Mäkinen

26.11.2015

Ja nyt se on Cannesissa, Ranskassa, ThalesAlenia Space -yhtiön puhdastilassa, missä se on laitettu kasaan eri puolilta Eurooppaa ja Venäjää saapuneista osista.

Se on moneen kertaan lykkääntyneen ja välillä jo melkein kuopatun ExoMars-hankkeen ensimmäinen luotain sekä sen mukana Marsiin lähetettävä laskeutumistekniikkaa testaava pieni laskeutuja.

ExoMars Itse luotain tunnetaan lyhennenimellä TGO, Trace Gas Orbiter, sillä sen tärkein tehtävä on mitata ja kartoittaa paljon aiempaa paremmin punaisen planeetan kaasukehässä olevia merkkikaasuja. Erityisen kiinnostava sellainen on metaani, koska Marsissa on havaittu omituisia metaanipitoisuuksia: tärkeimmät metaanin tunnetut lähteet ovat tulivuoret sekä pinnan alla hitaasti tapahtuvat mineraalien reaktiot veden kanssa ... ja elämä.

On mahdollista, että pinnanalaiset mikrobit hönkäilevät Marsin kaasukehään metaania, mutta koska viime aikoina on huomattu, että Marsin tulivuoritoiminta on päättynyt varsin myöhään, voi myös olla niin, että siitä peräisin olevaa metaania tihkuu vielä kaasukehään.

TGO onkin varustettu kahdella tarkalla spektrometrillä, jotka mittaavat kaasukehää. Metaanin lisäksi mitattavia kaasuja ovat mm. vesihöyry, typpioksidi sekä asetyleeni, joka sekin voisi viestiä biologisista prosesseista Marsissa.

Lisäksi luotaimessa on tarkka kameralaitteisto, joka pystyy erottamaan vain viisi metriä kooltaan olevia yksityiskohtia, sekä neutroni-ilmaisin, joka voi sondata noin metrin syvyydelle saakka jäätä pinnan alta noin kymmenen kertaa tarkemmin kuin tähän saakka.

TGO ja Schiaparelli lähestyvät Marsia

TGO:n mukana Marsiin matkaa Schiaparelliksi ristitty noin kaksi metriä halkaisijaltaan oleva laskeutuja, jonka tärkein tehtävä on testata tekniikkaa, jota vaaditaan Marsin pinnalle laskeutumiseen.

Lisäksi se mittaa laskeutuessaan ensimmäistä kertaa Marsin kaasukehän tuulia ja ominaisuuksia avaruudesta aina pinnalle saakka, ja pinnalla se jatkaa säätietojen sekä kaasukehän tutkimista muutaman Marsin päivän ajan. Lisäksi mukana on kameralaitteisto, joka kuvaa laskeutumispaikkaa.

Erityisen haastavaksi laskeutumisen tekee se, että se tapahtuu ensi lokakuussa aikaan, jolloin Marsissa on pölymyrskykausi pahimmillaan: laskeutuja saattaa siksi joutua myrskyn kouriin ja siksi sen lämpösuojakilvestä on tehty hieman paksumpi, jotta se kestäisi mahdollisen pölyn törmäykset. Laskeutuminen tapahtuu näillä näkymin 19. lokakuuta 2016.

ExoMars 2018

Esinäytös vuodelle 2018

Schiaparellin testaamaa tekniikkaa on tarkoitus käyttää vuonna 2018 laukaistavan ExoMars-kulkijan (kuva yllä) saamiseen turvallisesti punaisen planeetan pinnalle. Siinä missä nyt Schiaparellin massa on "vain" 600 kg, on ExoMars-kulkijan sekä sen laskeutumislavetin massa noin kaksi tonnia.

Kulkijassa on mukana koko joukko tutkimuslaitteita, jotka ovat joko ensimmäisiä tai paljon aiempia parempia. Kiinnostavin näistä on poralaitteisto, jonka avulla ExoMars voi ottaa näytteitä noin kahden metrin syvyydestä pinnan alta ja tutkia näytteitä pienellä laboratoriolla.

Pinnan alta saatavat näytteet ovat erittäin kiinnostavia, koska siellä ei Auringon ultraviolettisäteily tai avaruudesta tuleva ionisoiva säteily ole vaikuttanut.

ExoMars on myös erikoinen kulkija siksi, että se voi paitsi rullata eteenpäin pyörillään, joissa on sähkömoottorit ja levenevä ulkopinta, niin kykenee käyttämään pyöriä myös kävelemiseen: liikuttamalla tankoja, joissa pyörät ovat kiinni, samaan tapaan kuin hyönteinen liikuttaa jalkojaan, voi kulkija hiippailla pois paikoista, joista se ei ajamalla pääsisi.

Tiukka aikataulu

Ensi vuoden alussa on jälleen noin kahden vuoden välein toistuva aika, jolloin Maasta on edullisinta lähettää Marsiin luotain. Maan ja Marsin sijainnit radoillaan ovat silloin sopivat.

NASA lähettää 4. maaliskuuta matkaan InSight-laskeutujansa, ja TGO:n sekä Schiaparellin parivaljakko lähtee matkaan kymmentä päivää myöhemmin, 14. maaliskuuta. Kuten amerikkalaisella kumppanillaan, on "laukaisuikkuna" varsin lyhyt, eurooppalaisluotaimen tapauksessa vain 12 vuorokautta. Jos venäläinen Proton ei pääse matkaan Baikonurin kosmodromista ennen maaliskuun 26. päivää, eivät luotaimet tavoita Marsia.

Jotta luotain olisi varmasti valmis laukaisuun tuolloin, on sitä valmisteltu nyt yötä päivää matkaan. Juuri ennen joulua luotain, laskeutuja ja kaikki niiden laukaisuvalmistelussa vaadittavat laitteet kuljetetaan Cannesista Torinon lentoasemalle rekoilla, mistä ne lennätetään Antonov-rahtikoneilla Moskovan kautta Baikonuriin.

Siellä tammi-helmikuussa kaksikko valmistellaan matkaan, testataan vielä kerran, tankataan ja asennetaan raketin nokkaan. Ja toivon mukaan laukaisu tapahtuu heti laukaisuikkunan avauduttua 14. maaliskuuta.

Jos näin käy, saapuu luotain Marsiin 16. lokakuuta 2016. Schiaparelli laskeutuu Meridani-tasangolle 19. lokakuuta (se irrotetaan omille teilleen ennen kuin TGO asettuu kiertämään Marsia). Laskeutuja toimii Marsin pinnalla suunnitelman mukaan 19.-23. lokakuuta, ja TGO välittää sen tietoja Maahan.

Joulukuusta 2016 alkaen TGO alkaa käyttää ilmajarrutusta hyväkseen muuttaakseen rataansa matalammaksi, eli se koukkaa välillä Marsin kaasukehän yläosien kautta, jolloin kaasun kitka hidastaa sen vauhtia. Samalla luotain myös kuumenee hieman, mikä on otettu huomioon sen suunnittelussa. Lopulta sen kiertorata on noin 400 km korkeudella pinnasta.

TGO:n suunniteltu toiminta päättyy tammikuussa 2019, mutta siinä on mukana polttoainetta sen verran runsaasti, että periaatteessa se voisi toimia aina vuoteen 2022 saakka – kenties jopa pitempään.

Tekniikan lisäksi haastavaa on ollut (ja osin on vielä edelleen) luotaimen ohjelmistojen tekeminen, sillä TGO on suunniteltu toimimaan erittäin itsenäisesti. Se ei siis vaadi jatkuvaa lennonjohdon paapomista samaan tapaan kuin nykyiset Mars-luotaimet.

Komea kaksikko

Jos TGO-luotainta pääsisi katsomaan toiminnassa, olisi se varsin komea näky, sillä TGO:n aurinkopaneelien kärkiväli on yli 17 metriä ja sen suuri lautasantenni on 2,2 metriä halkaisijaltaan.

Vieläkin upeampaa olisi seurata Schiaparellin laskeutumista Marsiin, sillä se joutuu kokemaan rauhallisen planeettainvälisen lennon jälkeen kuuden minuutin rajun toiminnan, kun se hidastaa 21 000 kilometrin tuntinopeudesta nollaan.

Kun laskeutuja osuu Marsin kaasukehään, on sen korkeus pinnasta noin 122 km. Ensin sen keraaminen lämpösuoja paitsi suojaa sitä kuumuutta vastaan, niin myös jarruttaa vauhtia siinä määrin, että laskuvarjo voidaan avata noin 11 kilometrin korkeudessa. Nopeus on silloin vielä noin 1650 kilometriä tunnissa.

Lämpösuoja irtoaa noin seitsemän kilometrin korkeudessa, minkä jälkeen se alkaa hallita laskeutumista aktiivisesti asennonsäätö- ja jarrutusrakettimoottorien avulla. Laskuvarjo irtoaa noin 1,3 kilometrin korkeudessa. Nyt nopeus on vielä noin 270 km/h.

Tämän jälkeen rakettimoottorit alkavat jarruttaa siten, että laskeutujan nopeus on kahden metrin korkeudessa enää kaksi kilometriä tunnissa, siis vähemmän kuin normaali kävelyvauhti. Rakettimoottorit sammuvat ja Schiaparelli putoaa pinnalle. Sen rakenne on tehty kestämään 11 km/h:n törmäys pintaan.

Näin Marsin "kanavat" ensimmäisenä 1800-luvun lopussa havainnut italialainen tähtitieteilijä Giovanni Schiaparelli pääsee lopulta planeettansa pinnalle ainakin nimellisesti. Alla on hänen tekemänsä kartta Marsista vuodelta 1888.

Schiaparellin Mars-kartta vuodelta 1888

Suosituimmat tänään

Einsteinin rinkeli

Kyllä, se on Mars!

Yllätysten joulukalenteri: Stiglerin laki

Osa 4: Vain yksi on joukosta poissa

Kosminen katoamistemppu

Mikä tekee meistä ihmisiä?

Jari Mäkinen

Tasan vuosi sitten Rosetta-komeettaluotaimen pieni Philae-laskeutuja hiipui Churyumov-Gerasimenkon pinnalla.

Se onnistui paitsi laskeutumaan komeetan ytimen pinnalle, vaikkakin pomppien, ja pystyi käymään läpi lähes kokonaan sille asetetut tieteelliset tavoitteet ennen kuin sen pariston lataus putosi niin alas, että laskeutuja meni automaattisesti uneen.

Viime kesänä laskeutujaan onnistuttiin olemaan uudelleen yhteydessä useampaankin kertaan, mutta sillä ei päästy tekemään uusia varsinaisia havaintoja ennen kuin yhteys jälleen kadotettiin.

Juuri nyt uudelleen lähemmäksi komeettaa tullut Rosetta on jälleen kuuntelemassa uudelleen olisiko Philae edelleen hengissä. Jo kesällä sen radiolaitteissa havaittiin vikaa, joten voi olla, että laskeutuja on hereillä, mutta ei vain pysty kommunikoimaan Rosetta-luotaimen kanssa.

Vuoden kuluessa kuitenkin Philaen huiman pomppulaskeutumisen kulku on onnistuttu selvittämää varsin tarkasti, ja se on paljastunut oletettuakin rajummaksi.

Pieni, pippurinen pikkulaskeutuja sai kestää kovia iskuja ja pyöritystä, mutta tämä vain lisää kunnioitusta sitä ja sen suunnittelijoita kohtaan: kyseessä on ehdottomasti eräs jännimmistä laskeutumisista minkään aurinkokunnan taivaankappaleen pinnalle!

Laskeutumisen kulku selviää alla olevasta videosta.

Philae osui komeetan pinnalla hyvin tarkasti ennalta tarkoitettuun paikkaan Agilkiaksi nimetyllä alueella, mutta se ei onnistunut kiinnittymään pintaan, vaan pomppasi uudelleen lentoon ja päätyi kahden uuden pomppauksen kautta kenossa olevaan asentoon Abydos-nimen saaneelle alueelle.

Kuten Rosetta-tiimi totesikin laskeutumisen jälkeen, he saivat yhden laskeutumisen hinnalla kolme sellaista: jokaisesta kerrasta saatiin hieman lisätietoa pinnasta. Etenkin ensimmäisestä, sillä Rosetta kuvasi pomppausjäljet ja sen kuvista löydettiin myös pinnan päällä “lentänyt” laskeutujakin.

Kolme kiinnittäytymismenetelmää petti

Silti se, että Philae ei onnistunut kiinnittymään pintaan ensimmäisellä kerralla oli luonnollisesti pettymys, sillä tuolla paikalla laskeutujaan olisi todennäköisesti voitu olla yhteydessä pitempään. Siellä sen aurinkopaneelit olisivat varmaankin tuottaneet tarpeeksi sähköä ja yhteydenpito olisi ollut suoraviivaista.

Laskeutujalla oli kolme tapaa kiinnittäytyä komeetan pintaan. Ensimmäinen oli pieni rakettimoottori, joka olisi työntänyt sitä alaspäin pienessä painovoimakentässä. Se, että se ei toiminut, tiedettiin jo laskeutumiseen lähdettäessä, koska moottorin polttoainejohdon avaaminen ei onnistunut yrityksistä huolimatta.

Ongelman ratkaisuyrityksiin olisi kuitenkin mennyt liikaa aikaa ja tulos oli erittäin epävarma, joten laskeutumiseen päätettiin ryhtyä ilman rakettimoottoria.

Valitettavasti vain kaksi muutakin menetelmää pettivät. Pienet harppuunat, joiden tarkoitus oli ankkuroida laskeutuja pintaan, eivät lauenneet. Joko pienet räjähdyspanokset olivat tulleet tehottomiksi pitkän planeettainvälisen lennon aikana, tai niihin laukaisusignaalin vievät johdot olivat haperoituneet.

Kolmas menetelmä, laskeutumisjalkojen päässä olevat ruuvit, eivät puolestaan toimineet, koska laskeutuja pomppasi uudelleen lentoon ja koska pinta oli erittäin kovaa.

Mikäli laskeutujaan saadaan uudelleen yhteys, on lennonjohtajien mukaan eräs ensimmäisistä tehtävistä yrittää uudelleen laukaista harppuunat. Paitsi että ne voisivat kiinnittää Philaen pintaan nykyiselle paikalleen, voisivat harppuunoissa olevat anturit kertoa mikä on lämpötila komeetan pinnan alla.

Uusi yhteysyritys

Chury-komeetan aktiivisuus on ollut laskussa elokuussa olleen perihelin jälkeen ja etenkin viime viikkoina komeetta on rauhoittunut olennaisesti.

Siksi Rosettaa on voitu tuoda vähitellen lähemmäksi komeetan ydintä. Viime viikon lopulla etäisyys oli enää noin 170 km.

Kesällä olleiden yhteyksien tarkempi tutkiminen on paljastanut, että yksi Philaen kahdesta radiolähettimestä ja yksi kahdesta vastaanottimesta eivät toimineet. Lisäksi jäljellä olevan lähettimen kanssa oli ongelmia.

“Toisinaan se ei mennyt päälle suunniteltuun tapaan tai se lakkasi toimimasta aiottua aikaisemmin, joten todennäköisesti menetimme sen vuoksi useita yhteysmahdollisuuksia”, selittää Philaen tekninen johtaja Koen Geurts ESAn tiedotteessa.

“Meillä on nyt aikaa vain noin tammikuun loppuun saakka saada yhteys uudelleen, sillä sen jälkeen laskeutujan sisälämpötila laskee niin alas, että se ei voi toimia. Raja on -51°C.”

Lennon loppua jo suunnitellaan

Samalla kun laskeutujaan yritetään saada vielä yhteyttä, kaavaillaan itse Rosetta-luotaimen ensi vuoden tehtäviä jo tarkasti.

Tarkoituksena on tulla komeettaytimen aktiivisuuden rauhoituttua lähelle ydintä ja kuvata sitä tarkasti hyvinkin läheltä.

Samoin Rosetta aiotaan ohjata ainakin kerran vielä noin 2000 kilometrin päähän komeetasta tutkimaan sen pyrstöä ja ympärillä olevaa kaasua sekä hiukkasia.

Koska Rosetta toimii aurinkopaneeleista saatavalla sähköllä, se ei voi toimia enää pitkään ensi vuoden lopun jälkeen. Komeetan mukana ollessaan se joutuu kauemmaksi Auringosta kuin se oli lentomatkallaan kohti komeettaa. Silloinkin se joutui olemaan horroksessa osan ajasta, koska se ei saanut tarpeeksi energiaa toimiakseen.

Tarkoituksena onkin tuoda luotain hyvin lähelle komeettaa ensi vuoden syyskuun lopussa ja ohjata se törmäämään rauhallisesti komeetan pinnalle hallitusti.

Sitä ennen, todennäköisesti ensi elokuussa, Rosetta ohjataan ensin hyvin soikeille kiertoradoille komeettaytimen ympärillä, jolloin se tulee vain noin kilometrin päähän pinnasta. Näin pinnasta saadaan erittäin tarkkoja kuvia ja kiinnostavia havaintoja.

Sen jälkeen syyskuun lopussa luotain törmäisi pinnalle. Se tekisi havaintojaan loppuun saakka.

Vaikka on todennäköistä, että Rosetta rikkoontuisi törmäyksessä, on mahdollista, että se voisi jatkaa toimintaansa myös pinnalla.

Tähän mennessä luotain on osoittautunut todella kovaksi luuksi.

Avaruussää vaikuttaa myös elämään täällä Maan pinnalla ja ennen kaikkea sillä on vaikutuksia avaruudessa oleviin satelliitteihin sekä niitä hyödyntävään tietoliikenteeseen.

Pieniä myrskyjä tapahtuu säännöllisesti silloin tällöin, kun Auringossa tapahtunut ns. koronan massapurkaus sysää suuren määrän sähköisesti varattua kaasua kohti Maata, mutta toistaiseksi maapallo on hyvällä onnella säästynyt kaikkein voimakkaimmilta tällaisilta iskuilta. Tuorein jättipurkaus tapahtui vuonna 2012, mutta se meni Maan ohitse.

Historiasta tiedetään tapauksia, missä aurinkomyrskyt ovat saaneet aikaan sähkökatkoksia, sekoittaneet voimakkaasti radioliikennettä ja rikkoneet satelliitteja. Hyvin voimakas häiriö – kuten vuoden 2012 purkaus Maahan osuessaan – voisi periaatteessa saada aikaan suuriakin ongelmia etenkin tietoliikenteessä ja sähkönjakelussa, ja siten halvaannuttaa koko yhteiskunnan toiminnan.

Erityisen haavoittuvia ovat pohjoiset maat, kuten Suomi, joskin näissä maissa on myös varauduttu parhaiten häiriöihin.

Siksi Euroopan avaruusjärjestö on tarkkaillut jatkuvasti Auringon toimintaa ja sen mahdollisesti aiheuttamia vaaroja vuonna 2009 perustetulla verkostolla. Nyt sitä ollaan laajentamassa ja parantamassa uudella verkostolla, johon osallistuu tutkijoita 14 maasta ympäri Euroopan.

Tällä haavaa ESAn ympärillämme avaruudessa olevia mahdollisia vaaroja tarkkaileva keskus tuottaa lähes 60 erilaista "tuotetta", jotka yhdistävät mittauksia, havaintoja, ennusteita, hälytyksiä ja asiantuntijoiden tekemiä analyysejä eri tarkoituksia varten tehdyiksi tiedotteiksi. Tarkoituksena on uuden avaruussääverkoston avulla nostaa määrää yli 140 "tuotteeseen" ensi vuonna.

Tärkein tarvittava tieto on reaaliaikaiset havainnot Auringosta ja sen Maan lähiavaruuteen aikaansaamista häiriöistä. Nämä häiriöt ulottuvat toisinaan ilmakehään ja aivan Maan pinnalle saakka. Revontulet ovat näistä konkreettinen, tosin yleensä vaaraton esimerkki.

Havainnot kerätään maa-asemista (joista Sodankylä on yksi) sekä avaruudessa olevista satelliiteista yhteen ja toimitetaan asiantuntijaverkostoon kuuluville keskuksille, jotka toimivat eri ESAn jäsenmaissa jo olevissa avaruussäähän ja siihen liittyviin asioihin keskittyneissä tutkimuslaitoksissa.

Näin kansalliset ja koko Euroopan laajuiset resurssit saadaan toimimaan paremmin yhdessä ja muodostamaan kokonaisuuden, mitä erillisesti tehtynä olisi ollut vaikeaa ja kallista saada aikaan.