Jupiterluotain Junon edessä odotusta ja balettia

Lennonjohto juhlii
Lennonjohto juhlii
Jari Mäkinen

Juno-luotain asettui eilen aamulla kiertämään Jupiteria pitkän planeettainvälisen lentonsa päätteeksi. Ensimmäisiä kuvia joudutaan vielä odottelemaan ainakin huomiseen, sillä luotaimen tutkimuslaitteet – kamerat mukaan luettuna – olivat Jupiteriin saapumisen aikana poissa päältä. Varsinainen kuvashow alkaa marraskuun alussa, vaikka jo sitä ennen saadaan maistiaisia jättiläisplaneetasta.

Kaikki siis sujui tiistaina 5.7. aamulla kuuden tienoilla (Suomen aikaa) juuri suunnitellulla tavalla. Junon pieni brittitekoinen rakettimoottori syttyi ja hidasti luotaimen menoa siinä määrin (tarkalleen 542 m/s, eli 1951,2 km/h), että se jäi kiertämään jättiläisplaneettaa. Viesti rakettimoottorin polton onnistumisesta saatiin klo 6.53.

Tarkalleen ottaen poltto kesti sekunnin oletettua lyhemmän aikaa, "vain" 2102 sekuntia ohjelmoidun 2103:n sijaan – mutta tämä ei ole mikään ongelma.

Noin 35-minuuttisen polton aikana Juno oli kääntynyt siten, että sen rakettimoottori osoitti menosuuntaan. Tämä tarkoitti sitä, että luotaimen aurinkopaneelit eivät osoittaneet kohti Aurinkoa, joten luotaimen eräs ensimmäisistä tehtävistä jarrutuspolton jälkeen oli kääntää paneelinsa jälleen kohti Aurinkoa. 

Samalla Juno hidasti jälleen pyörimistään viidestä kierroksesta minuutissa takaisin normaaniin kahteen kierrokseen. Luotain pysyy oikeassa asennossa avaruudessa hyrrän tapaan pyörimällä hitaasti akselinsa ympäri, mutta nopeutta nostettiin jarrutuspolton ajaksi, jotta asento pysyisi paremmin oikeana.

Saapuminen Jupiteriin oli elokuussa 2011 tapahtuneen laukaisun jälkeen luotaimen lennon tärkein tapahtuma, ja vaikka Juno oli juuri oikeassa suunnassa ja täydessä kunnossa ennen jarrutuspolton alkua, oli tunnelma ennen rakettimoottorin käynnistymistä hyvin jännittynyt.

Vaikka kaikki näytti olevan hyvin, oli epävarmaa kuinka moottori toimii oletaan viisi vuotta toimetta avaruudessa. 

Jupiterin ympäristö on myös vaarallinen paikka: siellä on voimakasta säteilyä, paljon varattuja hiukkasia sekä eri kokoisia kivenkurikoitakin. Luotain olisi saattanut törmätä johonkin tai mennä sekaisin säteilystä. 

Nyt NASAn Jet Propulsion Laboratoryssä, Pasadenassa, Kaliforniassa, sekä luotaimen valmistaneen Lockheed Martin -yhtiön tiloissa Denverissä olevat lennonjohtajat, ja Junon tutkimusohjelmasta vastaavan, Teksasissa sijaitsevan SouthWest Research Instituten tutkijat herättelevät luotaimen vähitellen toimintaan. Junon laitteet ja systeemit tarkistetaan ja kalibroidaan, ja rutiininomaiset havainnot Jupiterista aloitetaan vasta ensi vuoden alussa.

Eräs suuren yleisön kannalta kiinnostavimmista laitteista on JunoCam, kamera, jonka kuvauskohteiden päättämiseen kuka tahansa meistä voi vaikuttaa. Kamera kuvasi jo Jupiteria luotaimen lähestyessä sitä, ja tuloksena oli alla oleva video:

Kamera tulee ottamaan todennäköisesti henkeäsalpaavia kuvia Jupiterista, ja mikä tärkeintä, se näkee kuin ihmissilmä. Muut kamerat on viritetty ennen kaikkea muille aallonpituusalueille, koska näin Jupiterista, sen ilmakehästä ja sitä kiertävistä kuista saadaan enemmän tietoa.

Ylläoleva 1500 kuvasta koottu video kattaa noin 17 vuorokautta ennen kuin kamera sammutettiin viime viikon lopussa.

Edessä ratabalettia

Juno on nyt hyvin soikealla kiertoradalla Jupiterin ympärillä. Radan kiertoaika on 53 vuorokautta, ja sitä säädetään lähemmäksi lopullista "tieteentekorataa" ensimmäisen kerran lokakuun 20. päivänä.

Luotain on silloin jo toisen kerran eilisen saapumisensa jälkeen lähellä Jupiteria – radan Jupiteria lähimmässä kohdassa, niin sanotussa perijovessa – nykyisellä radallaan; ensimmäisellä kerralla elokuun 27. päivänä ei rataa muuteta, vaan Juno ohjelmoidaan ottamaan kuvia ja tekemään ensimmäisiä tieteellisiä tutkimuksiaan.

Vaikka kuvia Jupiterista saadaan kenties jo huomenna, on ensimmäisiä lähikuvia odotettavissa siis vasta tuolloin elokuun lopussa. Sitä seuraavan, lokakuisen perijoven aikana tehdään ratamuutos, ja se on sen verran tärkeä ja aktiivinen manöveeri, että silloin tutkimuslaitteita ei käytetä.

Sen jälkeen tutkimuslaitteet ja kamerat kalibroidaan ja luotain aloittaa 37. kierroksen ajaksi suunnitellun tutkimusohjelmansa. Koska yksi kierros kestää tuolloin 14 Maan vuorokautta, on työrupeama 20 kuukauden mittainen. Tuolloin joka kierroksella luotain tulee vain noin 4600 kilometrin korkeudelle Jupiterin kaasukehän yläosista, joten se tulee saamaan todella tarkkoja kuvia ja hyviä havaintoja siitä. Kauempana planeetasta ollessaan Juno voi havaita kuita, Jupiterin ympäristöä sekä sen renkaita – kyllä, Jupiterillakin on renkaat!

Rata on suunniteltu myös siten, että luotain pysyy myös kaukana Jupiterin ympärillä olevien säteilyvöiden kaikkein voimakkaimmista osista.

Yllä olevassa kuvassa ovat Junon erilaiset radat: tarkalleen kaksi ensimmäistä vihreää saapumisen jälkeistä rataa kestävät 53,5 Maan vuorokautta, ja sen jälkeen rataa muutetaan sinisiksi 14 vuorokautta kestäviksi radoiksi, joilta luotain tekee varsinaiset havaintonsa.

Rata muuttuu koko ajan hieman siten, että sen kaukaisin piste hivuttautuu kohti Jupiteria. Lopulta luotain on tarkoitus ohjata syöksymään Jupiteriin 37. kierroksensa päätteeksi 21. helmikuuta vuonna 2018. Vaikka lennon jatkaminen voisi periaatteessa olla mahdollista rataa muuttamalla ennen syöksyä, on todennäköistä, että tämänkertainen seikkailu Jupiterissa päättyy helmikuussa 2018.

Piirroksessa on punaisella merkitty Jupiterin suurimpien kuiden radat.

Juno-luotain saapui Jupiteriin

Juno-luotain saapui Jupiteriin

NASAn planeettaluotain Juno saapui tiistaina 5.7.2016 aamulla Suomen aikaa Jupiterin luo ja asettui sen kiertoradalle. Ensimmäisiä kuvia Jupiterista odotetaan vasta parin päivän päästä, jos kaikki sujuu tästä eteenkinpäin hyvin; varsinaiset rutiininomaiset tieteelliset havainnot alkavat vasta ensi vuoden alussa, kun luotaimen rataa on säädetty sopivaksi. 

Videolla kerrotaan lyhyesti Junosta ja Jupiteriin saapumisesta, ja alla olevista jutuista voi lukea aiheesta hieman enemmän. Tiedetuubi seuraa tapahtumia luonnollisesti koko ajan tämän jälkeenkin.

Jari Mäkinen
05.07.2016

https://www.youtube.com/embed/g2oNmKg9zMs

JUICE ja Jupiterin jääkuut

Jari Mäkinen

Junon jälkeen seuraava kiinnostava Jupiteria tutkiva luotain on Euroopan avaruusjärjestön JUICE, eli Jupiterin jäisten kuiden tutkija (Jupiter Icy Moon Explorer). Sen ja Junon lennot on suunniteltu siinä määrin yhteisesti eurooppalaisten ja amerikkalaisten välillä, että kummallakin luotaimella on omat kiinnostuksen kohteensa: Junolla Jupiter ja JUICElla sen suurimmat kuut.

Juno lähestyy Jupiteria
Juno on säteilynkestävä avaruusluotain
Mitä kiinnostavaa Jupiterissa vielä on?

JUICE laukaistaan näillä näkymin matkaan vuonna 2022 ja se, kuten Junokin, ohjataan perille Jupiteriin pitkää reittiä pitkin. Näin matkalla saadaan lisäpotkua planeettojen ohilennoista ja luotain voi siten olla painavampi kuin olisi voinut olla suoraan Jupiteriin mentäessä.

Noin kolme tonnia massaltaan oleva, suurilla aurinkopaneeleilla varustettu luotain saapuisi perille Jupiteriin vuonna 2030 ja kierrettyään vähän aikaa Jupiterin ympärillä kuita kuvaamassa ja tutkimassa, se asettuisi lopulta vuonna 2033 kiertämään Ganymedes-kuuta. Näin se pääsisi lopulta tutkimaan aitiopaikalta kuun kiertoradalta eräs kiinnostavimmista Jupiterin kuista.

Kaikki Jupiterin suurimmat kuut – Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto – ovat planeetan kokoisia kuita, joista Io on selvästi aktiivinen ja vulkaaninen, mutta muut ovat rauhallisempia jääpintaisia maailmoita. Erittäin todennäköisesti niiden pinnan alla on nestemäistä vettä, missä ainakin periaatteessa voisi olla alkeellista elämää.

JUICEn tarkoituksena on tutkia tarkasti millaisia jääkuut ovat ja sondata mahdollisimman syvälle niiden pintojen alle. Mukaan on tulossa 11 tutkimuslaitetta Euroopasta, Yhdysvalloista ja Japanista, joiden joukossa on "normaalien" kameroiden, spektrometrien, magneettikenttämittarin, hiukkastutkimuslaitteiden ja radioiden lisäksi myös 16-metrisellä antennilla tutka, joka pystyisi sondaamaan jopa yhdeksän kilometrin syvyyteen.

Venäläiset ovat ehdottaneet mukaan vielä otettavaksi pientä laskeutujaa, joka voisi lähettää tietoja Ganymedeen pinnalta usean vuoden ajan.

Tutkan vaatiman tehon vuoksi luotaimeen suunnitellaan todella suuria aurinkopaneeleita, joiden pinta-ala olisi noin 100 m2. Vertailun vuoksi: Junon paneelien pinta-ala on noin 60 m2 ja Rosetta-luotaimen noin 64 m2.

Lego-ukot lähestyvät Jupiteria

Lego-ukot JUNO-luotaimessa
Lego-ukot JUNO-luotaimessa
Junon rata
Jari Mäkinen

NASAn JUNO-luotain lähestyy Jupiteria ja asettuu kiertämään jättiläisplaneettaa 4. heinäkuuta. Mukana luotaimessa on tutkimuslaitteita sekä kolme pientä Lego-ukkoa, jotka liittyvät Jupiter-nimen planeetalle antaneeseen antiikin Kreikan mytologiaan. JUNO avaa uuden kappaleen Jupiterin tutkimuksessa.

JUICE ja Jupiterin jääkuut
Juno on säteilynkestävä avaruusluotain
Mitä kiinnostavaa Jupiterissa vielä on?

Viime kesänä näihin aikoihin jännitettiin Plutoa lähestyvää New Horizons -luotainta, ja nyt on vuorossa Juno sekä Jupiter.

Kyseessä on kaksi aivan erilaista lentoa, eri tyyppistä luotainta ja kaksi täysin toistaan poikkeavaa maailmaa: kääpiöplaneetta Pluton ohi lennettiin ensimmäistä kertaa (ja viimeistä pitkiin aikoihin), kun taas jättiläisplaneetta Jupiteria on tutkittu jo seitsemällä luotaimella aikaisemmin ja seuraavaa luotainta ollaan jo rakentamassa.

New Horizons oli pieni ydinparistolla toimiva luotain, kun taas Juno on suurilla aurinkopaneeleilla varustettu jättiläinen. Jupiter on aurinkokuntamme suurin planeetta, jonka sisään kaikki muut Aurinkoa kiertävät kappaleet saataisiin helposti mahtumaan, Pluto taas on eräs niin pieni, että se jouduttiin "alentamaan" planeettakategoriasta kääpiöplaneetaksi.

Mitä tapahtuu 4. heinäkuuta?

Vaikka Jupiteria onkin tutkittu jo ennenkin, ei Junon saapuminen Jupiteria kiertämään ole vaaratonta. Luotain joutuu käyttämään kuuden vuoden ajan toimettomana ollutta rakettimoottoriaan 35 minuutin ajan heittääkseen itsensä planeettainväliseltä siirtoradalta kiertoradalle Jupiterin ympärillä. Säteilykenttä Jupiterin lähellä on erittäin voimakas ja se saattaa saada Junon sekaisin, vaikka se onkin luonnollisesti suojattu erittäin hyvin.

Itse asiassa kaikki on jo päätetty etukäteen ja Juno lentää jo nyt kohti Jupiteria autopilotilla lennonjohdon sille jo aiemmin lähettämien käskyjen mukaan. 

Jupiter ja sen kuita Junon JunoCam-kameran näkemänä 21. kesäkuuta.

 

Rakettimoottorin suojakuori avattiin kesäkuun 20. päivänä ja polttoaineputkien venttiilit avattiin 27. kesäkuuta. Seuraavana päivänä tankit paineistettiin ja 29. kesäkuuta luotaimen tutkimuslaitteet kytkettiin pois päältä odottamaan saapumista Jupiteriin.

Eilen Junon päätietokone aloitti radalleasettumisohjelman ja lennonjohto ilmoitti kaiken sujuneen hyvin. Nyt siis vain odotellaan, ja varmastikin Los Angelesin luona Pasadenassa, Jet Propulsion Laboratoryssä, rystyset ovat jo valkoisina jännityksestä.

Toiminta alkaa kunnolla heinäkuun 5. päivänä klo 6.18 Suomen aikaa (heinäkuun 4. päivänä 20.18 illalla Kalifornian aikaa), kun Junon rakettimoottori herää henkiin. Tai siis 48 minuuttia aikaisemmin, sillä lennon ajoista puhuttaessa käytetään aikaa, jolloin tieto siitä saadaan Maahan. Oikeasti signaalin saapuessa ratapolton alkamisesta Maahan on koko JOI-koodilla tunnettu (Jupiter Orbit Insertion) manöveeri jo tapahtunut.

Ennen polton alkamista on luotain kääntyneenä moottori menosuuntaan, joten rakettimoottori jarruttaa vauhtia ja hidastaa nopeutta sekä kääntää lentorataa siten, että luotain jää kiertämään Jupiteria. 

Jos moottori ei toimi kunnolla, luotain suhahtaa Jupiterin ohi. Jos moottori käy liian pitkään, Juno sukeltaa Jupiteriin. Mikäli moottori toimii yli 20 minuutin ajan, riittää jarrutus siihen, että Juno jää kiertoradalle Jupiterin ympärillä, mutta silloin lennonjohdolta menee kovasti aikaa ja tutkimustoimintaan varattuja resursseja radan saamiseksi sopivaksi. 30-minuuttinen poltto riittää saamaan radan sen verran hyväksi, että se voidaan muuttaa kätevästi tutkimustoimintaan sopivaksi.

Radalle asettumisen aikana luotain ei ota kuvia eikä tee muitakaan tutkimuksia. Mikäli jostain syystä se menisi sekaisin ratapolton aikana tai juuri sitä ennen, niin se on ohjelmoitu käynnistymään automaattisesti ja jatkamaan toimintaa saman tien. Aikaa tosin tähän boottaukseen kuluu noin kahdeksan ja puoli minuuttia.

Lähes välittömästi radalle asettumisen jälkeen lennonjohto alkaa säätää rataa ja tutkimuslaitteet käynnistetään (jos kaikki sujuu hyvin) kahden päivän kuluttua Jupiteriin saapumisesta, siis ensi keskiviikkona.

Junon rata

Juno on tarkoitus asettaa kiertämään Jupiteria sen napojen kautta kulkevalle soikealle kiertoradalle, jolta se pystyy tutkimaan koko planeettaa ja tekemään ohilentoja sen kuiden luona. Samalla se on suojassa Jupiteria päiväntasaajan kohdalla ympäröiviltä säteilyvöiltä.

Lähimmillään planeetta Juno on tällä radalla noin 4300 kilometrin päässä, mistä se pystyy tekemään jo hyvin tarkkoja ja kiinnostavia havaintoja.

Yksi kierros radalla kestää 14 Maan vuorokautta ja Junon ensisijaisen mission aikana tarkoitus on tehdä 37 kierrosta. 518 vuorokautta ei kuulosta pitkältä, mutta se on lähes kaksi vuotta. Jos luotain on hyvissä voimissa vielä helmikuussa 2018, sen lentoa todennäköisesti jatketaan. Lopulta se kuitenkin ohjataan syöksymään Jupiteriin.

Mukana LEGO-ukkoja ja Galilei

Vaikka luotaimien massa lasketaan hyvin tarkasti ja jokaisen osan tekemisessä pyritään mahdollisimman suureen keveyteen, on tapana kuitenkin laittaa planeettaluotaimien mukaan aina jotain pientä hauskaa. Esimerkiksi ESAn Mars Express -luotaimessa on Ferrari-autojen punaista väriä ja New Horizons -luotaimessa on Pluton löytäneen Clyde Tombaughin tuhkaa. Monissa luotaimissa on mukana levy, jossa on esimerkiksi yleisön lähettämiä tervehdyksiä tai kuvia.

Usein näitä muistoesineitä käytetään luotaimen tasapainoitusmassoina, joten ne eivät ole "ylimääräisiä" kappaleita; kun luotain on suunniteltu pyörimään avaruudessa (näin sen asennonsäätö esimerkiksi planeettainvälisessä lennossa on helpompaa), joudutaan mukaan joka tapauksessa lisäämään pieniä kappaleita, joilla saadaan luotain tasapainoon.

Junon tapauksessa mukana on kolme pientä LEGO-ukkoa, jotka muistuttavat roomalaisten Jupiter-kuningasta, hänen Juno-vaimoaan ja ensimmäiset kunnolliset havainnot Jupiterista tehnyttä Galileo Galileita. Jupiterin suurimmat kuut on nimetty Galilein mukaan Galilein kuiksi, koska hän näki ne ensimmäisenä kaukoputkellaan. Galilei-ukolla on kädessään luonnollisesti tuo kaukoputki.

Vaikka Juno on mytologian Jupiter-kuninkaan vaimon nimi, on luotaimen nimi virallisesti JUpiter Near-polar Orbiter, eli "Jupiterin lähes polaariradalla oleva kiertolainen".

Juno on säteilynkestävä avaruusluotain

JUNO ja Jupiter
JUNO ja Jupiter
Jari Mäkinen

Kaikki aikaisemmat Jupiteria tutkineet ja sen seuduillekin lähetetyt luotaimet ovat käyttäneen voimanlähteenään ydinparistoa, mutta nyt Juno luottaa aurinkopaneeleihin: se on merkki siitä, että paneelit ovat tulleet paremmiksi ja elektroniikka vie vähemmän virtaa kuin ennen vanhaan. Juno on monessa muussakin suhteessa jännä avaruuslaite.

Juno lähestyy Jupiteria
JUICE ja Jupiterin jääkuut
Mitä kiinnostavaa Jupiterissa vielä on?

Jos Junoa voisi katsella sen vierestä avaruudessa, tekisi se varmasti vaikutuksen. Sen runko on noin 3,5 metriä korkea ja saman verran leveä, ja sen kolme pitkää aurinkopaneelia ovat kukin lähes kolme metriä leveitä ja yhdeksän metriä pitkiä. Luotaimen aurinkopaneelien kärkiväli on siis noin 20 metriä, eli luotain mahtuisi nipin napin tenniskentälle – vain komeettaa tutkivassa Rosetta-luotaimessa on isommat aurinkopaneelit.

Luotaimen massa laukaisun aikaan oli tarkalleen 3625 kiloa.

Juno laukaistiin matkaan Cape Canaveralista Atlas V -kantoraketilla elokuun 5. päivänä vuonna 2011 ja se lensi Jupiteriin pitkää planeettainvälistä reittiä pitkin.

Matkallaan se poikkesi Maan luokse lokakuussa 2013, jolloin se nappasi kotiplaneetaltaan hieman lisää vauhtia, jolla se pääsi nousemaan aurinkokunnassa aina Jupiteriin saakka. Lähimmillään Juno oli Maata vain 559 kilometrin etäisyydellä.

Junon tutkimuslaitteet

Junossa on kaikkiaan yhdeksän erillistä tutkimuslaitetta tai kameraa:

  • Magneettikenttämittari (MAG)
  • Kuudella aallonpituudella toimiva mikroaaltoradiometri, joka tutkii Jupiterin kaasukehää (MWR)
  • Varattuja ja energeettisiä hiukkasia mittaavat laitteet (JADE ja JEDI)
  • Plasma-aaltotutkimuslaite (Waves)
  • Ultraviolettivalon alueella toimiva kamera ja spektrometri (UVS)
  • Infrapuna-alueella toimiva  kamera ja spektrometri (JIRAM)
  • Luotaimen radiolaitteiston avulla voidaan lisäksi mitata luotaimen sijaintia ja sijainnin muutoksia hyvin tarkasti ja tämän avulla voidaan laskea painovoimakentässä olevia vaihteluita.
  • Laajakulmakamera (JunoCam)

Tutkimuslaitteiden käyttäminen aurinkopaneeleista saatavalla sähköllä vaatii "vain" kuuden tunnin ajan päivänpaistetta, joka Jupiterin etäisyydellä on noin 25% siitä kuinka paljon Auringosta saadaan energiaa Maan luona.

Luotaimen rata on siksi suunniteltu sellaiseksi, että se on mahdollisimman vähän Jupiterin varjossa. Rata kulkee varsin tarkasti planeetan napojen kautta, koska silloin luotain pystyy myös tekemään havaintoja koko Jupiterin pinnasta sekä tutkimaan myös monia kuita ohilennoilla. 

Rata on omiaan myös pitämään Junon mahdollisimman paljon poissa Jupiterin ympärillä olevista hyvin voimakkaan säteilyn alueista. Silti luotain joutuu varsin voimakkaan säteilypommituksen kohteeksi, ja sen vuoksi sen tietokoneet ja herkin elektroniikka on pakattu erityiseen, hyvin tehokkaasti suojattuun kammioon luotaimen rungon sisälle.

Alla olevalla videolla on Junon kaunis Maan ohilento kuvina musiikin säestämänä...

 

Mitä kiinnostavaa Jupiterissa vielä on?

Jari Mäkinen

Jupiter on aurinkokuntamme suurin planeetta ja sitä on tutkittu paljon niin maanpäällisin kaukoputkin, avaruusteleskoopein kuin luotaiminkin. Silti siinä ja sitä kiertävissä kuissa on edelleen paljon tuntematonta.

Juno lähestyy Jupiteria
Juno on säteilynkestävä avaruusluotain
JUICE ja Jupiterin jääkuut

Ensimmäinen Jupiteria läheltä tutkinut luotain oli amerikkalainen Pioneer 10, joka lensi planeetan ohitse vuonna 1973. Vaikka siltä odotettiin paljon uutta tietoa, oli Jupiterin sekä sen kuiden monimuotoisuus tutkijoille yllätys. Sen jälkeen seitsemän muuta luotainta on käynyt tutkimassa jättiläisplaneettaa läheltä, ja niistä vain yksi, Galileo, on viipynyt planeetan luona pitempään.

Galileo asettui kiertämään Jupiteria joulukuussa 1995 ja tutki sitä ja Jupiterin kuita aina syyskuuhun 2003 saakka, jolloin luotain ohjattiin syöksymään hallitusti Jupiterin kaasukehään. Luotain oli käynyt jo vanhaksi ja epäluotettavaksi, joten lento haluttiin päättää kunniakkaasti Galileon vielä toimiessa. Samalla tutkijat halusivat varmistaa sen, ettei luotain vahingossakaan pääse törmäämään johonkin Jupiterin kuista, joita halutaan päästä tutkimaan koskemattomina joskus myöhemmin.

Pitälti Galileon ansiosta Juno-lennon tutkijaryhmä osaa odottaa jo paljon.

Ensiksikin halutaan määrittää tarkasti Jupiterissa olevien hapen ja vedyn määrä, koska näiden suhteesta voidaan päätellä miten Jupiter ja muut kaasujättiläiset ovat aikanaann syntyneet.

Toiseksi kiinnostaa Jupiterin ytimen massa. Tästä voidaan saada havaintoja luonnollisesti vain epäsuorasti, mutta silti: tämäkin auttaa selvittämään Jupiterin syntyhistoriaa.

Eräs tapa mitama ytimen massaa on kartoittaa tarkasti Jupiterin painovoimakenttä, mikä sinällään on myös erittäin kiinnostavaa. Sen avulla voidaan päätellä myös muita Jupiterin rakenteeseen liittyviä asioita sekä pohtia miten kaasu liikkuu planeetan sisällä.

Jupiterin magneettikentän tutkiminen puolestaan auttaa muodostamaan malleja siitä, miten planeetan ns. dynamo toimii. Kuinka Jupiterin magneettikenttä siis syntyy ja pysyy yllä, vaikka sen pitäisi periaatteessa olla nykyisin erilainen? 

Tähän liittyen eräs kiinnostavimmista kysymyksistä on planeetan napa-alueiden magneettikentän rakenne ja olemus. Luotain myös tutkii Jupiterin revontulia; otsikkokuvassa niitä on Hubble-avaruusteleskoopin kuvaamana, mutta Juno luonnollisesti voi tutkia niitä läheltä paljon paremmin ja eri mittalaitteilla. Jupiteria tutkitaan erityisen tarkasti nyt myös maanpäällisin teleskoopein, jotta niiden keräämiä tietoja voidaan yhdistää luotaimen saamiin havaintoihin.

Eräs lennon tärkeimmistä tehtävistä on yksinkertisesti seurata globaalisti koko ajan Jupiterin kaasukehän yläosien koostumusta, lämpötilaa, rakennetta ja dynamiikkaa – siis kuvata ja mitata kaasukehää oikeastaan koko ajan.

Luotaimen avulla tutkitaan myös Jupiterin pyörimistä ja liikettä radallaan Auringon ympärillä.

Lisäksi Juno tutkii ja kuvaa tarkasti Jupiterin kuita, etenkin kaikkein kaikkein kiinnostavimpia, suuria, kenties jääpinnan alla meren sisäänsä kätkeviä kuita. Näiden tarkempi nuuskiminen jää kuitenkin Euroopan avaruusjärjestön tekeillä olevan JUICE-luotaimen tehtäväksi; euroluotain ja Juno ovat tietyssä tapaa toistensa kilpailijoita, mutta niiden päätutkimuskohteet on jaettu siten, etteivät ne tekisi samoja asioita aivan samalla tavalla.

Alla on Jupiterin vulkaanisen Io-kuun pintaa Galileo-luotaimen kuvaamana.

Sukellusrobotti Europan jäänalaiseen valtamereen

Sukellusrobotti Europan jäänalaiseen valtamereen

Eräs aurinkokuntamme jännittävimmistä paikoista on jättiläisplaneetta Jupiteria kiertävää suuri kuu, Europa. Todennäköisesti sen jäisen pinnan alla on koko suuren kuun kattava valtameri. Tutkijat haluaisivat luonnollisesti lähettää luotaimen sitä tutkimaan – mutta hankkeessa on monia varsin suuria ongelmia. 

Jari Mäkinen
17.06.2016

ILATutkijat ja insinöörit eri puolilla maailmaa ovat pohtineet jo jonkin aikaa erilaisia tapoja, joilla Europan pinnanalaista valtamerta voitaisiin tutkia. Ongelmana on paitsi se, että laskeutujan lähettäminen Jupiterin kuun pinnalle on varsin vaikeaa, niin myös se, että laitteen pitäisi pystyä porautumaan useita kilometrejä paksun jään läpi ja sukelluslaitteen tulisi toimia autonomisesti pimeydessä jään alla.

Koska vesi hyydyttää radiosignaalin varsin tehokkaasti, ei sukellusrobotti voisi olla kätevästi yhteydessä laskeutujaan; kilometrejä pitkän kaapelin päässä kulkeva sukelluslaite ei sekään ole kovin käyttökelpoinen.

Tähän saakka ehdotetut systeemit Europan meren tutkimiseen ovat olleet varsin ristiriitaisia. Poralaitteet kykenivät tekemään vain hyvin kapeita reikiä, kun taas kaikki hahmotellut sukellusrobotit ovat olleet melkeinpä suurempia kuin toteuttamiskelpoiset laskeutujat. 

Nyt kuitenkin saksalaisilla on ratkaisu – ja sitä esiteltiin ensimmäistä kertaa julkisesti ILA-messuilla kesäkuun alussa Berliinissä. Tarkalleen ottaen kyseessä on Saksan ilmailu- ja avaruushallinnon (DLR) avustuksella työskennelleen, Bremenissä sijaitsevan Saksan kansallisen tutkimuskeskuksen tekoälytutkimusosaston robotiikkainnovaatiokeskuksen (DFKI) hanke ja mukana sen suunnittelussa on ollut Max Planck -instituutin Göttingenissä oleva aurinkokuntatutkimusryhmä.

Sukellusrobotti ei ole vain pelkkä suunnitelma, vaan jo toimiva laite. Sitä on testattu suuressa vesialtaassa sisätiloissa ja suunnitelmissa on lähteä sen kanssa seuraavaksi ulos. Laitetta ILAssa esitellyt Marius Wirtz toivoi, että seuraavassa vaiheessa (lue: jos saadaan lisärahoitusta) robottia voitaisiin testata vaikkapa talvella jossain Suomen järvessä ja sen jälkeen napa-alueilla. 

Europan tutkimisen lisäksi autonominen, kovia kestämään rakennettu sukellusrobotti voisi täydentää myös tavallisia merentutkimuksessa käytettäviä liitimiä sekä auttaa muun muassa tutkimaan Etelämantereen jääkannen alla olevia, pitkään ulkomaailmasta eristyksissä olleita järviä.

Miten Europa-sukellus tapahtuisi?

Yllä oleva video kertoo pääkohdat sukellusrobotin tehtävästä, mutta tässä tapahtumien kulku hieman tarkemmin:

1. Se kuljetettaisiin Europan pinnalle laskeutujalla, jossa se voisi olla esimerkiksi keskellä pystyssä ajoainetankkien väliin jäävässä tilassa.

2. Kairasysteemi alkaa tunkeutua jään läpi jäätä sulattamalla, ei reikää siihen poraamalla. Yhden pitkän kairan sijaan kyseessä on siis pitkulainen sukkula, jonka sisällä sukellusrobotti on ja joka on yhteydessä laskeutujaan – ja sitä kautta Maahan – pitkällä kaapelilla. 

3. Kun robotin sisältämä sukkula saapuu jään alareunaan, se kiinnittyy siihen ja avaa alapäässään olevan luukun. Sieltä vapautuu veteen pieni parvi autonomisia minirobotteja, jotka levittäytyvät ympäristöön ja kiinnittyvän jään alapintaan.

4. Sukellusrobotti työntyy esiin. Samalla erityinen suunnistusmajakka tulee näkyviin. Koska radiosignaali etenee hyvin huonosti vedessä, on majakka ennen kaikkea visuaalinen: siinä on kirkas valo, mutta myös lentokoneiden mustissa laatikoissa käytettävän radiolähettimen kaltainen laite, joiden avulla sukellusrobotti voi löytää takaisin lähtöpaikalleen. Tässä auttaa myös robotissa oleva tarkka gyroskooppisuunnistuslaitteisto.

5. Robotti on kiinni pidikkeessä, mutta yhteydenpito siihen tapahtuu esim. bluetooth- tai wifi-linkin välityksellä. Kummankin kantama riittää hyvin, kun robotti on kiinni pidikkeessään ja etäisyys lähettimen ja vastaanottimen välillä on vain vajaa kymmenen senttiä. Myös robotin akkujen lataaminen tapahtuu langattomasti; näin robotissa ei täydy olla riskialttiita reikiä ja niin yhteydenpito kuin lataaminenkin onnistuvat, vaikka robotti ei olisikaan täsmälleen paikallaan pidikkeessä.

6. Sukellusrobotti pystyy toimimaan täysin autonomisesti. Paitsi että se ei voisi olla sukelluksissa ollessaan yhteydessä Maahan tai edes laskeutujaan, kestää radioviestiltä 33-53 minuuttia saavuttaa Maa, joten kauko-ohjaaminen ei tulisi kyseeseen missään tapauksessa. Robotti ohjelmoidaan siis tutkimaan kaikkea kiinnostavaa, mutta erityisesti merenalaisia lähteitä, jotka voisivat olla samanlaisia kuin maapallolla merten syvyyksissä olevat "mustat savuttajat" – kuumat lähteet, joiden ympäristössä voisi olla elämää.

7. Sukellustensa välissä robotti tulee takaisin lähtöpaikkaansa siirtämään tietonsa laskeutujan kautta Maahan ja lataamaan akkujaan. Periaatteessa laite voisi toimia niin kauan kuin se saa aina uudelleen sähköä.

Yksityiskohtia sukellusrobotista:

Valonheittimet, kaikuluotaimet ja kamerat rungon alapuolella.

Nenässä oleva voimakas valonheitin ja kamerat.

Peräsin ja sen suojassa oleva työntövoimalaitteisto (potkuri, koska vesisuihkusysteemi on liian vaarallinen veteen, jonka koostumusta ei tunneta).

Kuvia sukellusrobotista altaassa

Kuvat: Jari Mäkinen ja DFKI

Jupiter kiskoo Junon luokseen

Juno-luotain Jupiterin luona
Juno-luotain Jupiterin luona
Markus Hotakainen

Aurinkokuntaa hallitsee Aurinko valtaisalla vetovoimallaan. Pienimpienkin kiertolaisten vaikutus on kuitenkin merkittävä, jos menee riittävän lähelle.

Planeetoista ylivoimaisesti suurin eli Jupiter ei ole mikään vähäinen tekijä kotikulmiemme kiertoliikkeissä, mutta silti senkin vetovoimavaikutus jää vähäiseksi Aurinkoon verrattuna.

Juno-luotain laukaistiin elokuussa 2011 kohti Jupiteria ja vasta nyt – tarkkaan ottaen neljä päivää sitten – jättiläisplaneetan vetovoima alkoi vaikuttaa aluksen kulkuun enemmän kuin Auringon gravitaatio.

Perillä Juno on jo reilun kuukauden kuluttua. 4. heinäkuuta luotain sytyttää päämoottorinsa 35 minuutiksi, mikä vähentää sen nopeutta 542 metriä sekunnissa eli noin 2 000 kilometriä tunnissa.

Juno asettuu Jupiteria napojen kautta kiertävälle radalle, jolla se tutkii planeetan kaasukehää, magneettikenttää ja revontulia sekä sisäosien rakennetta ja syntyä. 

Kunkin noin tunnin kestävän kierroksen aikana luotain kulkee lähimmillään 5 000 kilometrin korkeudella pyörteilevien pilvikerrosten yläosista.

Luotaimen nimi tulee antiikin mytologiasta. Ylijumala Jupiter verhoutui pilviin peitelläkseen kyseenalaisia touhujaan, mutta hänen vaimonsa Juno näki pilvien läpi ja sai selville Jupiterin todellisen luonteen. Samaan pyrkii myös kohdakkoin perille pääsevä planeettaluotain.

Kuva: NASA/JPL-Caltech

Jupiteriin törmäsi vastikään asteroidi tai komeetta

Kuva: TimOve / Flickr / Jarmo Korteniemi
Kuva: TimOve / Flickr / Jarmo Korteniemi
Jarmo Korteniemi

Kaksi tähtiharrastajaa onnistui maaliskuun puolessavälissä havainnoimaan, kuinka asteroidi törmää Jupiteriin.

Maaliskuun 16. ja 17. päivien vaihteessa Jupiterissa mäjähti: planeetan kaasukehän yläosaan törmäsi suuri lohkare. Ei mikään valtava, ehkä vain kymmeniä tai sata metriä läpimitaltaan, mutta kuitenkin riittävä aiheuttamaan vähintäänkin muutaman TNT-megatonnin räjähdyksen.

Jupiter oli tuolloin kiertonsa Maata lähimmillä seuduilla (ja on tätä kirjoitettaessa toki vieläkin). Runsaat puoli tuntia räjähdyksen jälkeen sieltä lähteneet fotonit tallentuivat maapallolla kahden tähtiharrastajan kameroihin. Alla video tapahtumasta:

Jos videolla näkyvä välkähdys ei vaikutakaan kovin kummoiselta, kannattaa ajatella mittakaavaa. Jupiter on läpimitaltaan runsaat yksitoista kertaa Maata suurempi. Kuumana hehkuva heittelepilvi on läpimitaltaan tuhansia kilometrejä.

Toistaiseksi ei ole mitään keinoa selvittää, oliko törmääjä asteroidi vai komeetta. Eikä sillä oikeastaan ole väliäkään, sillä raja on hyvin häilyvä.

Suomessa kello oli jo hieman yli 02:18. Mikäli joku sattui tuolloin kuvaamaan suurinta planeettaa, taltioinnit kannattaa käydä läpi tarkasti!

Lisätietoa Jupiter-törmäyksestä löytyy Suomen Kraatterit -sivustolta.

Otsikkokuva: TimOve / Flickr / Jarmo Korteniemi

Auringon myrskyt sytyttävät Jupiterin röntgenrevontulet

Jupiterin revontulet
Jupiterin revontulet
Markus Hotakainen

Jupiterissa esiintyy revontulia siinä missä Maassakin. Ne ovat keskittyneet samaan tapaan planeetan napaseuduille, mutta ovat paljon voimakkaampia.

Jättiläisplaneetan revontulet roihahtavat tavallistakin kirkkaammiksi, kun Auringossa tapahtuu voimakkaita purkauksia. Hiukkaspilven osuessa Jupiterin magneettikenttään revontulien kirkkaus röntgenalueella on kahdeksan kertaa normaalia suurempi. Silloin ne päihittävät Maan pohjantulet energiamäärissä monisatakertaisesti.

Kun koronan massapurkauksen seurauksena Auringosta singahtaa voimakas hiukkaspuhuri, Jupiterin magnetosfäärin saavuttaessaan se painaa sitä kasaan parin miljoonan kilometrin verran. Samalla se saa aikaan Jupiterin napaseuduilla voimakkaita röntgenalueen revontulia, jotka kattavat Maan kokonaispinta-alaa suuremman alueen.

Kuvapari on yhdistetty Hubble-avaruusteleskoopin ottamista näkyvän valon alueen kuvista ja Chandra-röntgenobservatorion havainnoista. Kahden 11 tunnin havaintojakson aikana kerättiin tietoja, joiden avulla paikallistettiin röntgensäteilyn lähde. 

Samalla määritettiin alueet, joilta on tarkoitus tehdä tarkempia havaintoja sekä Chandralla että Euroopan avaruusjärjestön XMM-röngensatelliitilla. Niiden avulla tarkastellaan yksityiskohtaisemmin Auringosta tulevien hiukkaspurkausten ja Jupiterin magnetosfäärin vuorovaikutusta. 

Jupiterin reposista kerrottiin NASAn uutissivuilla.

Kuva: NASA/CXC/UCL/W. Dunn et al [röntgen], NASA/STScI [näkyvä valo]

Tilaa aihepiirin Jupiter RSS-syöte