Rosetta selvitti pinnanalaisen komeettamysteerin

Ke, 02/10/2016 - 18:50 Jari Mäkinen


Komeettojen ytimet näyttävät olevat höttöisiä ja kovapintaisia, eikä Rosetta-luotaimen tutkittavana oleva Churyumov-Gerasimenko ole poikkeus. Se on kuitenkin ensimmäinen komeetta, jonka sisuksista on saatu hyvin tarkkaa tietoa.


Kaikkiaan kahdeksaa komeettaa on tutkittu avaruusluotaimien avulla, ja näissä kaikissa tapauksissa komeetan ydin on herättänyt luonnollisesti eniten kysymyksiä.

Komeetat ovat jäisiä kappaleita, jotka ovat ikään kuin jätteitä siitä kun Aurinkokunta syntyi noin 4,6 miljardia vuotta sitten.  Jään lisäksi niissä näyttää olevan pölyä ja kiveä, ja siksi niiden voisi olettaa olevan hieman vettä tiheämpiä – jos ytimet ovat tiivistä ainetta.

Koska mittausten mukaan komeettaytimien tiheys on kuitenkin hyvin pieni, on niiden oltava sisältä huokoisia tai jopa osittain onttoja. 

Nyt, ensimmäistä kertaa komeettatutkimuksen historiassa, on ydintä pystytty sondaamaan pitkän ajan kuluessa eri puolilta ja hyvin tarkasti. 

Luotaimen CONCERT-radiotutkimuslaite on paljastanut jo aikaisemmin, että kaksiosaisen komeetan “pää” on varsin tiukkaa tavaraa ainakin muutaman kymmenen metrin resoluutiolla tutkittuna. 

Viime viikolla Nature-lehdessä julkaistussa artikkelissa saksalainen Martin Pätzoldin johtama tutkimusryhmä kertoo osoittaneensa edelleen, ettei Churyumov-Gerasimenkon koko ytimessäkään ole suuria onkaloita. 

Ytimen tiheys on pieni, vain 533 kg/m3. Luku on saatu yksinkertaisesti siten, että luotaimen rataa tarkasti tutkimalla on voitu ytimen massaksi arvioida hieman alle 10 000 miljoonaa tonnia ja OSIRIS-kameralaitteiston kuvien avulla tehdyn tarkan kolmiulotteisen mallin mukaan ytimen tilavuus on  18,7 km3.

Pätzoldsin ryhmä sai tuloksensa tutkimalla hyvin tarkasti Rosetta-luotaimen radiosignaalin Doppler-siirtymää, joka johtuu siitä kun komeetan ydin vaikuttaa luotaimen kiertorataan vetovoimallaan.

Kun luotain on kiertänyt komeettaydintä eri alueiden päällä ja eri korkeuksilla, on ytimen massajakautumasta saatu siten muodostettua kartta; suuret sisäiset “tyhjät” alueet olisivat saaneet aikaan niin olennaisia muutoksia luotaimen lentoradassa, että ne olisi havaittu radiosignaalin taajuutta analysoimalla.

Radiosignaalin siirtymän paljastamisen teknisen haastavuuden lisäksi ratamuutosten laskeminen oli varsin mutkikasta.

“Meidän täytyi ottaa huomioon Auringon ja planeettojen vaikutukset lentorataan, kuten myös kääpiöplaneettojen ja asteroidien vetovoimat”, kertoo Pätzold.

“Newtonin lait kertovat tarkasti miten luotain liikkuu painovoimakentässä ja onneksi nämä kaikki pienetkin painovoimavaikutukset otetaan nykyisin rutiininomaisesti huomioon luotaimen lentorataa suunniteltaessa ja seurattaessa.”

Mutta tässä ei ollut kaikki: tutkijat ottivat myös huomioon Auringon säteilypaineen ja sen, kuinka paljon komeetasta suihkuava kaasu vaikuttaa lentorataan. Nämä molemmat ikään kuin työntävät luotainta pois radaltaan.

Lisäksi mukana oli myös onnea, sillä komeetan omituinen kaksiosainen muoto teki mittaamisesta ennalta arvioitua helpompaa.

Tutkijaryhmä oli laskenut aikaisemmin, että muutokset signaalissa olisivat tarpeeksi suuria havaittaviksi vain jos luotain kiertäisi komeettaydintä alle 10 kilometrin korkeudessa olevalla radalla. 

Laskelmat olivat perustuneet kuitenkin sille oletukselle, että ydin olisi jotakuinkin pyöreä. Kaksiosaisena se sai kuitenkin aikaan huomattavasti selvempiä vaikutuksia, ja niinpä tutkijat alkoivat saada kunnollisia havaintoja jo silloin, kun etäisyys komeetasta oli noin 30 km.

10 kilometrissä tulokset olivat siten olennaisesti parempia kuin osattiin toivoakaan. 

Ja parempaa on tiedossa ensi syyskuussa, kun Rosetta ohjataan törmäämään hallitusti komeettansa pintaan: mitä lähemmäksi luotain tulee, sitä paremmiksi radiosignaalin Doppler-havainnot tulevat.

Lennonjohtajille tosin matalalento tulee olemaan hyvin haastavaa – ja meille kaikille Rosettan lentoa innolla seuranneille tilanne tulee olemaan samaan aikaan haikea ja iloinen. Huikea seikkailu on saamassa upean lopun.

*

Otsikkokuvassa on kooste Rosettan navigointikameran kuvista elokuusta marraskuuhun vuonna 2014. Kuvat ylhäällä vasemmalla on otettu noin 100 kilometrin etäisyydeltä, kun alhaalla keskellä on kuvia vain 10 ja 8 kilometrin etäisyydeltä otettuina.

Toinen kuva näyttää Churyumov-Gerasimenkon ja sen kaksiosaisen pyrstön kuvattuna 19. tammikuuta 2016 La Palmalla olevalla 2,5-metrisellä Isaac Newton -teleskoopilla. (Kuva: Alan Fitzsimmons / Isaac Newton Telescope)