Venus Express

Vuosikymmen sitten alkoi matka Venukseen

Ma, 11/09/2015 - 18:16 Markus Hotakainen
Venuksen kaasukehän pyörteilyä

Tasan kymmenen vuotta sitten Euroopan avaruusjärjestön Venus Express -luotain laukaistiin kohti naapuriplaneettaamme. 153 vuorokautta kestäneen matkan jälkeen luotain asettui Venusta napojen kautta kiertävälle radalle, jolla sen kiertoaika oli 24 tuntia. Kaukaisin piste oli etelänavan kohdalla 66 000 kilometrin etäisyydellä ja lähin pohjoisnavan päällä 200 kilometrissä.

Venus Expressin mukana oli myös suomalaista tekniikkaa ja osaamista. Patria suunnitteli ja valmisti luotaimen tehonsäätöjärjestelmän, Ilmatieteen laitos puolestaan oli mukana aurinkotuulen ja Venuksen ionosfäärin hiukkasia tutkivan ASPERA-4-mittalaitteen toteutuksessa.

Luotainlennon keskeisiä tavoitteita oli tutkia Venuksen kaasukehän ilmiöitä ja selvittää siinä tapahtuvia muutoksia. Planeetan pinnalla tuulet puhaltelevat hyvin heikosti, vain joidenkin kilometrien tuntinopeudella, mutta tiheän kaasukehän ansiosta vähäisetkin puhurit ovat varsin voimakkaita.

Pilviverhon yläosissa noin 65 kilometrin korkeudella on sen sijaan käynnissä melkoinen myräkkä. Tuulennopeus voi nousta 400 kilometriin tunnissa, mikä on 60-kertainen verrattuna planeetan pyörimisnopeuteen. Tästä huimasta erosta on seurauksena vinhaa pyörteilyä kaasukehän yläosissa. 

Erityisesti napaseuduilla, missä päiväntasaajan alueilta tullut kuuma kaasu jäähtyy ja alkaa vajota alemmas, on suunnattomia pyörteitä, joista otsikkokuvaan on koottu edustava kavalkadi. Kuvat on otettu etelänavan yläpuolelta helmikuun 2007 (vasemmassa ylänurkassa) ja huhtikuun 2008 (oikeassa alakulmassa) välisenä aikana. 

Pyörteilevät ja alaspäin vajoavat virtaukset painavat pilviverhoa napa-alueilla useita kilometrejä keskimääräistä alemmas, kaasukehän kerroksiin, joissa lämpötila on korkeampi kuin pilvien tasalla normaalisti. 2 000–3 000 kilometrin läpimittaiset pyörteet muuttavat nopeasti muotoaan, kun tuulenpuuskat riepottelevat jatkuvasti paksuja pilviä.

 

 

Venus Expressin pitkä ja arvokkaita tutkimustuloksia tuottanut taival päättyi, kun se sukelsi Venuksen tiheään kaasukehään. Tuhoisaa syöksyä alettiin valmistella jo loppukeväästä 2014, kun luotaimen asennonsäätömoottoreiden polttoaine alkoi olla vähissä. Venus Express ohjattiin radalle, jolla se käväisi kiertoratansa lähimmässä pisteessä yhä syvemmällä kaasukehässä.

Touko–kesäkuussa radan lähin piste aleni vähitellen 130 kilometriin. Samalla pystyttiin tekemään havaintoja ja mittauksia kaasukehän kerroksista, joita ei aiemmin ollut voitu tutkia. Heinäkuussa radan alin piste nostettiin 460 kilometriin, jolloin kiertoaika lyheni hieman yli 22 tuntiin.

Venuksen vetovoima alensi rataa hiljalleen ja marraskuun lopulla sitä oli tarkoitus nostaa niin paljon, että luotain olisi jatkanut toimintaansa vuoden 2015 puolelle. 28. marraskuuta radioyhteys alkoi kuitenkin pätkiä ja vihoviimeinen signaali vastaanotettiin 18. tammikuuta 2015. Luotain oli tuhoutunut. 

Kuvat: ESA/VIRTIS-Venus Express/INAF-IAPS/LESIA-Obs. Paris/G. Piccioni [otsikkokuva]; ESA/C. Carreau

 

 

Venuksessa virtaa sula laava

To, 06/18/2015 - 18:33 Markus Hotakainen

Naapuriplaneettamme Venus on ollut hyvin tuliperäinen maailma. Sen pinnasta noin 80 prosenttia on vain joidenkin satojen miljoonien vuosien ikäisten laavakenttien peitossa ja ympäri planeettaa on satoja sammuneita tulivuoria. Tutkijoita on askarruttanut jo pitkään, onko Venuksessa edelleen vulkanismia. Nyt näyttää siltä, että vastaus on kyllä.

Venuksen pinnan tutkiminen on hankalaa, sillä planeettaa verhoaa paksu ja pysyvä pilviverho. Tutkan avulla on kuitenkin mahdollista kartoittaa maastonmuotoja ja infrapunasäteilyn aallonpituuksilla saadaan tietoa pinnan lämpötilasta.

Jo vuonna 2010 havaittiin Euroopan avaruusjärjestön Venus Express -luotaimen avulla, että kolmen vulkaanisen muodostelman alueella infrapunasäteily oli hieman ympäröiviä seutuja voimakkaampaa. Sen tulkittiin tarkoittavan, että alueiden laavavirrat ovat melko nuoria, kenties alle 2,5 miljoonan vuoden ikäisiä.   

Kaksi vuotta myöhemmin julkaistiin tieto, että vuosina 2006–2007 kaasukehän yläosien rikkidioksidipitoisuus kasvoi selvästi ja väheni sitten hitaasti seuraavien vuosien aikana. Se puolestaan saattoi olla merkki tulivuoritoiminnasta, joka vapautti rikkidioksidia Venuksen kaasukehään. 

Nyt ESAn luotaimen välittämistä tiedoista on laadittu karttoja eri alueiden lämpösäteilystä ja niissä näkyy selviä muutoksia jopa muutaman päivän kuluessa. Havainnot on tehty Venus Expressin VMC-kameralla (Venus Monitoring Camera).

 

 

"Olemme löytäneet useita tapauksia, joissa pinnalla oleva alue äkkiä kuumenee ja jäähtyy sitten taas", toteaa tutkimusryhmää johtanut Eugene Shalygin. Tarkkaillut alueet ovat Ganiki Chasmassa sijaitsevien kuoren halkeamien kohdalla, joten on mahdollista, että lämpötilan nousu on ollut seurausta tuoreista laavapurkauksista. Lähistöltä löytyvät myös esimerkiksi Ozza ja Maat Monsin tulivuoret.

Venuksen pilviverhon takia luotaimen havaintolaitteen tarkkuus ei riitä sadan kilometrin läpimittaista aluetta pienempien yksityiskohtien erottamiseen, mutta tutkijat arvelevat, että tavanomaista voimakkaampi infrapunasäteily on lähtöisin paljon pienemmästä kohteesta. 

 

 

Yllä olevassa kuvasarjassa keskimmäisessä ruudussa erottuvan punaisen ”kuuman pisteen” säteily tulee laskelmien mukaan ainoastaan noin neliökilometrin kokoiselta alueelta. Sen kohdalla lämpötila on ollut korkeimmillaan 830 celsiusastetta, kun se on Venuksen pinnalla keskimäärin 480 astetta. 

"Näyttää siltä, että voimme lopultakin laskea Venuksen vulkaanisesti aktiivisten Aurinkokunnan kappaleiden pieneen joukkoon", päättää Håkan Svedhem, Venus Express -luotainprojektin tutkija.

Venuksen vulkanismista kerrottiin ESAn tiedotteessa ja tutkimus on julkaistu Geophysical Research Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: ESA/AOES Medialab (maisemakuva), E. Shalygin et al ja E. Marcq et al

Venus Express on hiljentynyt

La, 01/24/2015 - 22:10 Jari Mäkinen
Venus Express

Venusta kahdeksan vuoden ajan kiertänyt eurooppalaisluotain Venus Express on vaiennut. Viimeinen yhteys luotaimeen oli 19. tammikuuta. 

On todennäköistä, että sen on syöksynyt pilvisen planeetan paksuun kaasukehään ja tuhoutunut – mutta tämä ei ollut mikään yllätys. Luotaimen polttoaine loppui jo joulukuussa uskaliaan ja vaarallisen ilmajarrutusmanöveerin jälkeen tehdyn ratamuutoksen aikana.

Polttoaineen määrää oli luonnollisesti seurattu tarkasti koko lennon ajan, joten kun viime keväänä tankin tiedettiin olevan jo aika tyhjillään, päätettiin luotaimella tehdä uskaliaita koukkauksia Venuksen kaasukehän yläosiin, koska näin sieltä saataisiin erittäin kiinnostavia mittaustietoja. Tähän uskallettiin ryhtyä luotaimen ollessa joka tapauksessa elinikänsä lopussa.

Samalla haluttiin testata luotaimen tekniikan toimintaa vaativissa olosuhteissa sekä mm. lämpötilojen muuttumista luotaimen sisällä lähiohitusten aikana. Venus Express kävi lähimmillään noin 130 kilometrin korkeudella planeetan pinnasta ja opetti paljon niin ilmajarrutuksen dynamiikasta, luotaimen tekniikan suorituskyvystä ja Venuksen kaasukehästä.

Kerroimme tästä vaarallisesta ilmajarrutusmanöveeristä tarkemmin 18. kesäkuuta jutussamme Koukkaus syvälle Venukseen.

Kuva: Piirros ilmajarruttavasta Venus Express -luotaimesta.

Luotain kesti paljon paremmin kuin uskallettiin toivoa, minkä lisäksi polttoainetta oli tempun jälkeen arvioitua enemmän jäljellä. Tankkien sisällön aivan tarkkaa määrää ei voida sanoa, joten polttoainemittarin näyttämä oli arvio, mutta menovettä oli selvästi vielä yllättävän paljon jäljellä.

Niinpä luotaimen rataa päätettiin nostaa jälleen korkeammalle,  jotta se voisi jatkaa tutkimuksiaan uudelta, kaukaisemmalta kiertoradalta mahdollisimman pitkään. Lennonjohto teki siten suunnitelman ratamuutoksista, jotka piti toteuttaa 23.-30. marraskuuta. 

Venus Express aloitti ratamanöveerit suunnitellulla tavalla, mutta marraskuun 28. päivänä se ei enää käyttänytkään moottoreitaan odotetulla tavalla. Lennonjohto menetti otteensa luotaimesta. Mitä todennäköisimmin polttoaine oli loppunut kesken polton. 

Luotaimeen pystyttiin pitämään epäsaannöllisesti yhteyttä, mutta sitä ei voitu enää ohjata. 

Koska se ei päässyt tavoitellulle kiertoradalle, jäi se kiertämään Venusta soikealla radalla. Aina radan Venusta lähimmässä osassa  kaasukehä jarrutti luotaimen nopeutta, kunnes nyt lähes kahden kuukauden kuluttua, jatkuvasti alaspäin pudonneella radalla kiertämisen jälkeen, planeetta nappasi Venus Expressin huomaansa.

Yllä olevassa kuvassa on Venus Expressin viimeinen radioviesti. Se saatiin 18. tammikuuta noin klo 16 Suomen aikaa, kun luotaimen antenni osoitti suoraan kohti maapalloa.

Sen jälkeen 21. tammikuuta luotaimen radiosignaalin kantoaalto saatiin vähäksi aikaa kuuluviin, mutta viestissä ei ollut tietoa. Kun yhteys luotaimeen olisi normaalisti muodostunut seuraavan kerran 22. tammikuuta, ei siitä enää kuultu mitään.

Ratalaskelmien mukaan Venus Express oli 21. tammikuuta radalla, joka vei sen klo 17:56 Suomen aikaa vain 119,4 kilometrin korkeudelle planeetan pinnasta. Viimeistään silloin, tai kierrosta aikaisemmin tai myöhemmin, kaasukehän kitka hidasti sitä todennäköisesti niin paljon, että se syöksyi alas.

“Tiedämme vain sen, että emme saa luotaimeen enää yhteyttä”, sanoo Venus Express -lennon johtaja Patrick Martin pragmaattisesti. “Se voi olla edelleen kiertämässä Venusta, mutta emme kuule siitä mitään. Jatkamme sen kuuntelua kuitenkin vielä noin viikon ajan kaikelta varalta.”

 

Venuksen pikalinja

Venus Expressin virallinen tarina alkoi vuonna 2002, kun Euroopan avaruusjärjestö päätti sen tekemisestä. Se nimitettiin Venus Expressiksi, koska luotain oli käytännössä kuin kaksoiskappale Mars Express -luotaimesta. 

Vaikka kumpikin Express käytti samaa perusrunkoa, niiden elektroniikka sekä työntövoimalaitteet olivat samanlaisia ja ne muistuttivat toisiaan hyvin paljon, ei Venus ole Mars, ja siksi suunnitelmiin piti tehdä pieniä muutoksia.

Aurinko kuumentaa luotainta Venuksen luona neljä kertaa enemmän kuin Marsissa, siellä ionipommitus on suurempi ja Venuksen painovoimakenttä on Marsin gravitaatiota suurempi. Siis luotaimeen piti saada marsilaiseen veljeensä verrattuna lisää lämpösuojausta, kestävämmät aurinkopaneelit ja enemmän polttoainetta mukaan. Ja tietoliikenteessä pitää lyhyempi välimatka (suurimmillaan vain 1,7 AU verrattuna Marsin kaukaisimpaan etäisyyteen 2,7 AU) sekä Venuksen sijainti aina lähempänä Aurinkoa taivaalla ottaa huomioon.

Kooltaan Venus Express oli noin 1,5 metriä kanttiinsa oleva kuutio, jonka aurinkopaneelien kärkiväli oli kahdeksan metriä. Laukaisun aikaan sen massa oli 1240 kg, mistä 570 kiloa oli polttoainetta ja ruhtinaallisesti 93 kiloa tutkimuslaitteita. Luotaimen tekemiseen osallistui 25 yhtiötä 14 Euroopan maasta; päävastuun laitteesta kantoi Astrium-yhtiön ranskalainen osa. Mukana oli myös suomalaista tekniikkaa, sillä samaan tapaan kuin Mars Expressissä, olivat Venuksen pikalinjan virranjakolaitteet Patrian valmistamia.

Venus-luotaimen mittalaitepakettiin koottiin seitsemän instrumenttia, jotka joko olivat Mars Expressin tai komeettaa parhaillaan tutkivan Rosettan varalaitteita, tai ne tehtiin Venuksen olosuhteet huomioiden samojen suunnitelmien perusteella.

Venuksessa kiinnostavimpia asioita ovat ilmakehä, planeetan plasmaympäristö sekä Venuksen tarkka kuvaaminen, joten mukana on kolme erilaista spektrometriä, ultravioletista infrapunaan näkevä kameralaitteisto, plasmamittari ja magnetometri. Lisäksi luotaimen ja Maan välistä radiolinkkiä voitiin käyttää hyväksi kaasukehän tutkimisessa, sillä signaalissa tapahtuvat pienet muutokset kertovat kaasukehän tiheydestä, lämpötilasta ja paineesta sekä pinnan muodoista ja sähköisistä ominaisuuksista.

Venus Express laukaistiin avaruuteen Baikonurin kosmodromista Sojuz-kantoraketilla 9. marraskuuta 2005 ja se saapui perille pilviplaneettaa kiertämään 162 vuorokautta kestäneen matkan jälkeen 11. huhtikuuta seuraavan vuoden puolella. Luotain asettui kiertämään uutta kotiplaneettaansa jännittävän 53 minuuttia kestäneen päämoottorin polton avulla.

Pari viikkoa kestäneiden ratamanöveerien sarjan jälkeen Venus Express alkoi tutkia uutta kotiplaneettaansa radalla, joka kiersi Venuksen  kerran 24 tunnissa. Sen kaukaisin piste ylettyi 60 000 kilometrin korkeuteen ja läheisin piste liippasi 250 kilometrin päästä planeetasta.  

Tarkoituksena oli alun perin tehdä havaintoja ainakin kahden Venuksen vuoden ajan, siis noin neljän Venuksen päivän ajan, eli jotakuinkin 500 Maan vuorokauden ajan. Vaikka monet uskoivat luotaimen jatkavan toimintaansa vielä tuon ajan jälkeenkin, harva tuskin tuli ajatelleeksi, että se päättäisi toimintansa vasta vuonna 2014 – siis  kuusi vuotta pitempään kuin oli suunnitelmissa.

Lisätietoja Venus Express -luotaimesta ja sen keräämästä suuresta tietomäärästä on ESAn sivuilla.

Koukkaus syvälle Venukseen

Ke, 06/18/2014 - 13:17 Jari Mäkinen
Venus Express ilmajarruttaa

Eurooppalainen Venus Express -luotain on kiertänyt Venusta vuodesta 2006 alkaen ja lähettänyt sieltä päivittäin kuvia ja tietoja, jotka ovat kertoneet paljon uutta pilvien peittämästä naapuriplaneetastamme.

Venus Expressin rata on ollut hyvin soikea, jotta se on voinut havaita Venusta kokonaisuudessaan ja tutkia sitä myös läheltä: 24 vuorokautta kiertoajaltaan olleen radan kaukaisin piste oli 66 000 kilometrin päässä ja läheisin vain 250 km.

Nyt, tästä keskiviikosta alkaen, luotain usutetaan vieläkin lähemmäksi Venusta ja lopulta jopa itsetuhoiselle matkalle planeetan paksuun kaasukehään.

Luotaimen polttoaine alkaa olla lopussa ja sen työ olisi siten joka tapauksessa pian päättynyt, joten sen kahdeksan vuotta kestänyt ura tullaan päättämään hyvin dramaattisesti tutkimalla Venuksen kaasukehää yhä syvemmälle ja syvemmälle ulottautuvin sukelluksin.

Rutiinihavainnot päätettiin jo pari viikkoa sitten ja sen jälkeen luotainta on valmisteltu lentämään Venuksen kaasukehässä. Koskaan aikaisemmin Venukseen – tai mihinkään muuhun planeettaan – ole tehty näin syviä koukkauksia ilman laskeutumista planeetan pinnalle.

"Olemme aikaisemmin käyttäneet planeetan kaasukehää jarruttamiseen siten, että olemme lentäneet sen yläosissa noin 165 kilometrin korkeudessa Venuksen pinnasta, mutta nyt haluamme mennä syvemmälle, mahdollisesti jopa 130 kilometrin päähän pinnasta – ja kenties matalammaksikin", kertoo Venus Express -lennon johtaja Patrick Martin.

Tarkoituksena on luonnollisesti päästä tekemään parempia havaintoja Venuksen omalaatuisesta kaasukehästä sekä sen pilvistä. Lisäksi insinöörit ovat kiinnostuneita näkemään miten luotain ja sen laitteet kestävät hurjaa ilmajarrutusta.

Sukellukset aloitetaan tänään 18. kesäkuuta ja niitä jatketaan nykyisen suunnitelman mukaan ainakin heinäkuun 11. päivään saakka. Tämä aikana luotain koukkaa kullakin kierroksellaan ilmakehän ylempien osien läpi yhä alemmaksi ja alemmaksi uskaltautuen. Samalla se mittaa magneettikenttää, aurinkotuulen voimakkuutta ja analysoi ympärillään olevaa kaasua. Luotaimen toimintaa, lämpötilaa ja painetta tarkkaillaan koko ajan.

On mahdollista, että luotaimen polttoaine loppuu jo ilmajarrutuskampanjan aikana tai se ei kestä kaasukehän aiheuttamaa lisärasitusta, joten kyseessä saattaa olla jo nyt Venus Expressin viimeiset päivät toiminnassa. Toisaalta, mikäli kaikki sujuu hyvin ja polttoaineenkulutus on vähäistä, luotain saattaa olla täydessä toimintakunnossa vielä kampanjan jälkeen. Silloin aikomuksena on nostaa kiertorataa jälleen korkeammaksi ja jatkaa tutkimuksia niin kauan kuin polttoainetta riittää – kenties kuukausiakin.

Suurimmassa vaarassa ilmajarrutusten aikana ovat luotaimen kookas pääantenni sekä sähkölaitteet, jotka joutuvat käyttämään akkuja paljon tavallista toimintaa enemmän. Odotettua suurempi kaasukehän kitka voi myös syöstä luotaimen laskettua syvemmälle ja siten imaista sen syöksymään saman tien alas.

Joka tapauksessa tarkoituksena on päättää luotaimen lento sukellukseen Venuksen kaasukehään, viimeistään loppuvuodesta.

"Venus Express on tuottanut paljon enemmän tietoa naapuriplaneetastamme kuin osasimme odottaakaan ja varmasti se jatkaa yllätysten lähettämistä viimeiseen minuuttiin saakka", toteaa Håkan Svedhem, lennon päätutkija.

Aktiivinen, yllättävä Venus

Venus Express laukaistiin matkaan marraskuussa 2005 ja se on kiertänyt planeettaansa 11. huhtikuuta 2006 alkaen. Se on tutkinut Venusta seitsemän instrumentin avulla, mitaten ja kuvaten sen ionosfääriä, kaasukehää ja pintaa.

"Olemme huomanneet kuinka Venus on muuttunut todella paljon historiansa aikana ja miten monikasvoinen se on", kertoo Svedhem.

“Vaikka Maa ja Venus kehittyivät samaan tahtiin, niistä tuli täysin erilaisia planeettoja. Niillä on kuitenkin paljon samanlaisuuksia."

Venuksen pintalämpötila on yli 450°C ja sen kaasukehä on paitsi kuuma, niin myös tiheä sekä ihmisen kannalta tappava. Siellä saattaa sataa rikkihappoa ja paine on noin 92 kertaa maapallon ilmanpaine pinnalla.

Venus Express on pystynyt mittaamaan aiempaa tarkemmin planeetan kivistä pintaa ja havainnut, että Venuksella on saattanut ainakin olla aikanaan laattatektoninen systeemi Maan tapaan. Lisäksi pinnalla on todennäköisesti ollut myös meriä sekä vettä.

Maan tapaan Venuksen kaasukehän yläosista tihkuu kaasua avaruuteen. Koska mittausten mukaan virtauksessa on kaksi kertaa enemmän vetyatomeja kuin happea, nähtävästi kahdesta vetyatomista ja yhdestä hapesta koostuvat vesimolekyylit rikkoutuvat kaasukehässä mahdollisesti Auringon säteilyn vuoksi.

Nykyisin maapallolla on noin 100 000 kertaa enemmän vettä kuin Venuksessa, mutta aikanaan sitä on ollut todennäköisesti jotakuinkin saman verran kummallakin planeetalla. Venus ja Maahan ovat lähes saman kokoisia ja muodostuivat samoihin aikoihin.

Venus Express on havainnut tarkasti myös planeetan omalaatuisia pilvikerroksia ja niiden ilmiöitä. Rikkihappopilvien yläosat ylettyvät jopa 70 kilometrin korkeudelle pinnasta ja niissä on jättimäisiä pyörteitä ja salamointia.

Venuksen kaasukehä pyörii myös erittäin nopeasti planeetan ympärillä: vain neljässä Maan vuorokaudessa, mikä tietää huimaa tuulen nopeutta. Nopeus on ollut mittausten mukaan myös nousussa, sillä viimeisen kuuden vuoden aikana tuulen keskinopeus on noussut 300 kilometristä tunnissa noin 400 kilometriin tunnissa.

Toisaalta Venuksen pyörimisnopeus on hidastunut 20 vuoden aikana 6,5 minuuttia. Ennen Venus Expressiä tämän mittasi NASAn Magellan-luotain 1990-luvulla.

Magellan kartoitti tutkallaan Venuksen pintaa, ja vaikka Venus Expressissä ei ollut tutkalaitteistoa, on sekin pystynyt saamaan  väläyksiä pinnasta paksun pilvikerroksen läpi. Sen tietojen mukaan jotkut aiemmin havaituista tulivuorista saattavat olla edelleen aktiivisia, ja joka tapauksessa osa laavavirroista on vain 2,5 miljoonaa vuotta vanhoja – mikä geologisesti on varsin lyhyt aika.