avaruusluotaimet

Asteroidilento Hera toteutuu, Aurinkoa tarkkaileva L5 ei vielä – Euroopan avaruusjärjestön ministerikokous teki päätöksiä

Pe, 11/29/2019 - 19:18 Jari Mäkinen
Hera ja kaksi pikkusatelliitia asteroidia tutkimassa

Eurooppalaisen avaruuspolitiikan kiihkeä viikko on takana. Ensin keskiviikkona ja torstaina 27. – 28.11.2019 Euroopan avaruusjärjestö piti ministerikokouksensa Sevillassa, Espanjassa, ja tänään perjantaina 29.11. Euroopan unionin tutkimuksesta ja avaruustoimista vastaavat ministerit palaveerasivat Brysselissä. Koska Suomi toimii nyt EU:n puheenjohtajana, heilutti nuijaa tänään ministeri Katri Kulmuni.

ESA pitää ministerikokouksensa joka kolmas vuosi ja niihin kerätään paljon päätettävää järjestön tulevista tekemisistä, strategian painopisteistä ja toteutettavista ohjelmista.

Siinä missä edellinen kokous vuonna 2016 päättyi hieman lössähtäen, muodostui tästä kokouksesta varsin menestyksekäs. Osasyynä tähän oli jo pari vuotta kestänyt hyvä pohjatyö, mutta myös se, että avaruustoiminta on murrosvaiheessa ja ministereiltä odotettiin sekä melkeinpä edellytettiin nyt päätökisiä.

Tuloksena on Euroopan avaruusjärjestön suurin budjetti tähän mennessä:12,45 miljardia euroa seuraavaksi kolmeksi vuodeksi, ja 14,39 miljardia euroa, kun mukaan lasketaan viiden vuoden ajalle ennen kaikkea tiedeohjelmassa levittäytyvät pitkäkestoiset hankkeet. 

Tämä on erittäin hyvä saavutus ESAn pääjohtaja Jan Wörneriltä, joka pyysi 12,5 miljardia ja 14,5 miljardia.

Erityisesti tiedeohjelmalla on syytä hymyyn, koska sille budjetti lupaa peräti 1,671 milardia. Sen sijaan suurin kärsijä on tiedettä hieman sivuava avaruusturvallisuutta käsittelevä ohjelma, joka sai esitetyn 600 miljoonan sijaan 432 miljoonaa. Tällä rahalla ESA pystyy toteuttamaan superkiinnostavan Hera-lennon, jonka tarkoituksena on lähteä tutkimaan Didymos-kaksoisasteroidia läheltä mukanaan muun muassa suomalaistekoinen pieni nanosatelliitti.

Tämän pienen satelliitin tekee Reaktor Space Lab, Aalto-yliopisto kehittää cubesatiin kamerapohjaista navigointia ja Suomesta mukana ovat myös VTT ja Helsingin yliopisto.

APEX on kuuden yksikön Cubesat

Kuva: Tomi Kärkkäinen / Reaktor Space Lab


Sen sijaan toinen suomalaisittan kiinnostava hanke, Aurinkoa Lagrangen painovoimapisteestä 5 tutkiva luotain jää toistaiseksi rakentamatta. Hanketta johtaa ESAn avaruussäätoimistoa johtava Juha-Pekka Luntama, jonka lohdutukseksi lentoa ei kuitenkaan haudattu kokonaan: sen mukaan lähtevien tutkimuslaitteiden tekemiseen saatiin rahoitus, mutta itse avaruusaluksen tekemistä jouduttiin lykkäämään.

Maan havainnointiin ESA saa odotettua enemmän rahaa, 2,54 miljardia. Tällä muun muassa toteutetaa erittäin kiinnostava satelliitti, joka tulee kartoittamaan maapallon ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta erittäin tarkasti.

Toinen selvä voittaja on tietoliikenne, sillä avaruudessa käytettävän 5G-tekniikan kehitykseen saatiin hyvä rahoitus. Kokonaisuudessaan tietoliikenne sai pyydettyä vähemmän, mutta silti 1,51 miljardia on 30 % enemmän kuin aikaisemmassa ministerikokouksessa.

ESAn budjetti ministerikokouksen 2019 päättämänä

Miehitettyihin avaruuslentoihin ja aurinkokunnan tutkimukseen saatiin jotakuinkin pyydetty summa, 1,953 miljardia, ja sillä muun muassa rahoitetaan Kuuta kiertämään rakennettavaan avaruusasemaan kaksi eurooppalaista moduuulia. Lisäksi ministerit hyväksyivät kaksi uutta euroastronauttien lentoa avaruusasemalle: seuraavaksi matkaan päässee ranskalainen Thomas Pesquet ja häntä seuraa saksalainen, juuri Suomessa Slushissa vieraillut Mathias Maurer.

Kantorakettieen kehitykseen annettiin 2,24 miljardia euroa, mikä pitää sisällään ennen kaikkea Ariane 6- ja Vega C -rakettien jatkokehitystä. Sen sijaan aivan uusiin raketteihin – joita kovasti jo kaivattaisiin – ei saatu suoraa rahoitusta.

Kokouksen päätteeksi pidetyssä lehdistötilaisuudessa Wörner sanoikin, että "näette edessänne tyytyväisen pääjohtajan". Viime kuukausien aikana Wörner oli näyttänytkin väsyneeltä ja stressaantuneelta, mutta nyt ilo paistoi hänestä. 

"Ensimmäistä kertaa ministerikokousten historiassa emme joutuneet kokonaan peruuttamaan yhtään ehdotettua hanketta."

Kimmo Kanto, Petri Peltonen ja Maija Lönnqvist

Suomi lisäsi osuuttaan ja painoarvoaan

Suomen delegaatioon Sevillassa kuuluivat ministerin lisäksi delegaatiota vetänyt työ- ja elinkeinoministeriön alivaltiosihteeri Petri Peltonen (kuvassa keskellä), Business Finlandissa avaruusasioista vastaava Kimmo Kanto ja johtava asiantuntija Maija Lönnqvist.

"Ministerikokouksen päätöksissä korostui avaruusalan murroksesta johtuva tarve uudistumiseen, kertoo Peltonen TEM:in tiedotteessa.

Piensatelliittien ja yksityisten laukaisupalvelujen kehittyminen sekä avaruusdatan käyttö arkipäivän palveluissa mahdollistavat uudet globaalisti skaalautuvat liiketoimintamallit. Suomi on muutoksen edelläkävijöitä.

Suomi osallistuu ESA:n vapaaehtoisiin ohjelmiin kansallisen strategian ja vahvuuksien mukaisesti 16,2 miljoonalla eurolla vuodessa (aiemmin noin 8,5 miljoonaa euroa).

Valituilla ohjelmilla edistetään Suomelle tärkeitä teemoja, kuten ilmastonmuutoksen torjuntaa, arktisen alueen kehitystä, avaruuden kestävää käyttöä, satelliitti-5G:n kehitystä, autonomista liikennettä ja kyberturvallisuutta.

ESAn rintamerkki leijuu avaruusasemalla

Suomen lippu näkyy selvästi ESAn astronauttien rintamerkissä, mutta Suomi ei osallistu miehitettyjen avaruuslentojen ohjelmaan ja kantorakettejen kehitykseen.


 

Lisäksi Suomi osallistuu suoraan ESA:n perustamissopimuksen nojalla ESA:n pakollisiin ohjelmiin, joista erityisesti tiedeohjelmassa Suomi on ollut mukana useissa tärkeissä tiedehankkeissa. Pakollisten ohjelmien osalta Suomen vuosittainen rahoitus kasvaa nykyisestä 10,8 miljoonasta eurosta noin 12 miljoonaan euroon.  

Jatkossa Suomen vuosittainen rahoitus ESA:an on siten noin 28 miljoonaa euroa. ESA:n vuosittainen budjetti on noin 5,8 miljardia euroa.

ESA:n teollisuuspolitiikan mukaan rahoitus palautuu jäsenmaahan yrityksille, tutkimuslaitoksille ja korkeakouluille kohdistuvina tilauksina. Lisäksi rahoituksella mahdollistetaan suomalaisten työskentely ESA:ssa sekä yhteisen tutkimusinfrastruktuurin ja testiympäristöjen käyttö.

"ESA:n kautta suomalaiset pääsevät mukaan huippuluokan kansainvälisiin yhteishankkeisiin", korostaa Peltonen.

ESA:n ohjelmien aktiivisempi hyödyntäminen on yksi vuonna 2018 päivitetyn kansallisen avaruusstrategian toimenpiteitä. Strategian tavoitteena on luoda Suomesta vuonna 2025 maailman houkuttelevin ja ketterin avaruusliiketoimintaympäristö, josta hyötyvät kaikki täällä toimivat yritykset. Avaruusasiain neuvottelukunta ohjaa strategian toimenpanoa.

Tänään olleessa EU:n ns. Kilpailukykyneuvoston kokouksessa hyväksyttiin neuvoston päätelmät avaruusratkaisuista arktisiin tarpeisiin. Päätelmät korostavat eurooppalaisen avaruusinfrastruktuurin merkitystä arktisen ympäristön seurannan, arktisen liikenteen ja taloudellisen toiminnan kannalta.

Lisäksi ministerit keskustelivat kestävästä avaruustaloudesta. Käydyissä keskusteluissa korostui avaruuden kasvava merkitys Euroopan kilpailukyvylle ja kestävälle kehitykselle. Lisäksi ministerit korostivat, että Euroopan pitää olla johtavassa asemassa vastuullisen avaruustoiminnan edistämisessä kansainvälisesti.

"Avaruusteknologia, -data ja -palvelut luovat uusia liiketoimintamahdollisuuksia muiden alojen uudistumiseen ja kestävään kasvuun, ministeri Kulmuni sanoo TEM:in toisessa tiedotteessa.

Kannattaa muistaa, että EU ja ESA eivät ole sama asia, vaan ne toimivat yhdessä ja erikseen avaruushankkeissa. Yleistäen voi sanoa, että ESA on EU:n avaruusjärjestö samaan tapaan kuin Nasa on Yhdysvaltain avaruusjärjestö, joskin yhteys ei ole aivan yhtä kiinteä, koska ESAssa ja EUssa on jäsenmaita, jotka eivät kuulu toiseen. EU-kokouksessa

Pelkkä valo voi kumota gravitaation

Ke, 03/20/2019 - 11:32 Markus Hotakainen
Kappaleita levitoimassa

Toistaiseksi ajatus on vielä teorian asteella, mutta tutkijat ovat luottavaisia, että tekniikkaa voidaan soveltaa jopa tähtienvälisten luotainten vauhdittamiseen

Caltechissa (California Institute of Technology) on suunniteltu nanopinnoite, jonka ansiosta esineitä voidaan leijuttaa ja liikutella ilmassa pelkän valon avulla.

Jo 1980-luvulla kehitettiin optiset pinsetit, joilla voidaan käsitellä hyvin pieniä hiukkasia tai vaikka viruksia. Niiden toiminta perustuu tarkkaan kohdistetun lasersäteen säteilypaineeseen. Pinsettien kehittäjä Arthur Ashkin sai keksinnöstään fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2018.

Optisilla pinseteillä pystytään kuitenkin siirtelemään ainoastaan hyvin pieniä kohteita ja ne toimivat vain hyvin lyhyillä etäisyyksillä. Caltechissa kehitetyn tekniikan avulla esineiden koko voi olla mikrometreistä jopa metreihin.

Keskeinen tekijä uudessa tekniikassa on nanopinnoite, joka vuorovaikuttaa valon kanssa siten, että esine pysyy tiukasti valonsäteessä, vaikka jokin tekijä häiritsisi sitä. Silloin ei enää tarvita tarkkaan kohdistettua lasersädettä ja valonlähde voi olla miljoonien kilometrien päässä.

”Olemme kehittäneet menetelmän, jolla voidaan leijuttaa makroskooppisia kappaleita”, toteaa tutkimusta johtanut Harry Atwater.

”Mielenkiintoinen sovellus on käyttää tekniikkaa uuden sukupolven avaruusluotainten vauhdittamiseen. Käytännön toteutukseen on vielä pitkä matka, mutta olemme parhaillaan kehittämässä periaatteen testaamista.”

Teoriassa avaruusluotaimessa voitaisiin käyttää uudenlaista nanopinnoitetta ja antaa sille vauhtia Maassa sijaitsevalla laserlähteellä. Koska luotaimen ei tarvitsisi kuljettaa mukanaan polttoainetta, sillä olisi mahdollista päästä hyvin suuriin, jopa relativistisiin nopeuksiin – eli huomattavaan osaan valon nopeudesta – ja matkata toisiin tähtiin.

Aurinko- tai valopurjetta on kaavailtu aiemminkin ultrakevyiden luotainten ”voimanlähteeksi” ja esimerkiksi Stephen Hawkingin ja Juri Milnerin vuonna 2016 käynnistämässä Breakthrough Starshot -projektissa tavoitteena on lähettää valopurjeen vauhdittamana tuhat muutaman gramman painoista StarChip-luotainta kohti Proxima Centauria. Huippunopeus olisi peräti 20 prosenttia valon nopeudesta eli noin 60 000 kilometriä sekunnissa.

Uudenlaisen nanopinnoitteen mahdollistamasta valoleijunnasta kerrottiin Caltechin uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu
Nature Photonics -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Ognjen Ilic & Harry Atwater

#ihmejakumma - Kuusi luotainta kiertää Marsia

To, 10/20/2016 - 22:54 Jari Mäkinen

Kun ExoMarsin luotainosa Trace Gas Orbiter on nyt mukavasti Marsia kiertävällä radalla, pyörii punaisen planeetan ympärillä kaikkiaan kuusi toimivaa luotainta. Kaksi niistä on Euroopasta (Mars Express, joka saapui sinne vuonna 2003, ja tuore Trace Gas Orbiter), kolme Yhdysvalloista (Mars Reconnaissance Orbiter, 2006, MAVEN, 2014, ja konkari Mars Odyssey, 2001) sekä yksi Intiasta (Mars Orbiter Mission, joka tunnetaan myös nimellä Mangalayaan, 2014).

Lisäksi planeetan pinnalla ovat toiminnassa kulkijat Opportunity (2003) ja Curiosity (2012).

Kuvassa ovat alhaalta vasemmalta myötäpäivään katsottuna MAVEN, MRO, Mars Odyssey, TGO, Mars Express ja Mangalyaan. Marsin päällä ovat Mars Exploration Rover -kulkija Opportunity vasemmalla ja Mars Science Laboratory, eli Curiosity oikealla.

Luotaimella pienenpieni mahdollisuus tehdä outoa historiaa Marsissa

Ke, 10/19/2016 - 11:21 Jarmo Korteniemi
Kuva: MER / Cornell / JPL / NASA

Schiaparelli-luotain saattaa kohta tehdä historiaa Marsissa. Siihen se kuitenkin tarvitsee erittäin paljon oikein hyvää - tai huonoa - tuuria.

Schiaparelli on pian toivottavasti ensimmäinen eurooppalainen toimiva laskeutuja Marsissa. Sen lisäksi laite voi aikaansaada muutakin historiallista. Se kuitenkin riippuu laitteen mukana olevan tuurin määrästä:

Hyvällä tuurilla laskeutuminen (tai siis laitteen viipotus kaasukehässä) saadaan kuvattua. Aiemmin tässä on toki onnistuttu Marsin kiertoradalta, mutta nyt voitaisiin tehdä ensimmäinen havainto pinnalta!

Huimalla tuurilla Schiaparelli saattaa itse onnistua kuvaamaan ihmisen (aiheuttamia) jälkiä punaisen planeetan pinnalla. Laskeutumisen aikana toteutettuna tämäkin havainto olisi ensimmäinen laatuaan.

Aivan käsittämättömän mahtavalla (tai karmealla) mäihällä laite saattaa vielä lopuksi kolahtaa yli 12 vuotta marsilaistomussa lojuneeseen romuun. Tämä olisi varsinainen ... saavutus.

Lähinaapuri rapakon takaa

Nämä mahdollisuudet "saavutuksiin" juontavat juurensa tammikuuhun 2004. Tuolloin Meridiani Planumille laskeutui NASAn Opportunity-kulkija. Nyt sen jälkiä sekä laskeutumisjärjestelmän osasia löytyy aivan Schiaparellin laskeutumisellipsin itäpäästä.

Alueelta löytyy Opportunityn lämpökilpi ja laskuvarjo, sekä pieneen Eagle-kraatteriin päätynyt mönkijän kuljetusalusta ilmatyynyineen.

Todennäköisyys osien tai jälkien havaitsemiselle on kuitenkin erittäin pieni. Taivaalta otetut kuvat kattavat vain 1-2 prosenttia ellipsin alasta. Schiaparellin ilmalennon on mentävä varsin pitkäksi, jotta tämä onnistuu.

Tarkalleen Opportunityn jättämiin romuihin osuminen taas lähentelisi jo ihmettä. Tomuisessa tuulessa vuosia lepattanut laskuvarjo on osista suurin, mutta siltikin vain kymmenisen metriä leveä. Neula heinäsuovassa ei olisi mitään tuollaiseen verrattuna.

Itse Opportunity-mönkijä on ehtinyt vuosien varrella huristella jo 20 kilometrin päähän eteläkaakkoon. Schiaparelli ei siis voi vahingossakaan laskeutua aivan sen lähelle. Opportunityn kamerat kuitenkin käännetään kuvaamaan laskeutumista. Jos hyvin käy, kuvissa saattaa näkyä jotain – vaikkapa Schiaparellin laskuvarjo tai vain taivaalle piirtyvä viiru. Tämä on mahdollisuuksista todennäköisin.

Ylin: Schiaparellin laskeutumisellipsi (punaiset - kumpikin ESAlta, mutta eri lähteistä) peittää
Opportunity-kulkijan laskeutumisalueen (tähti) sekä pitkän pätkän sen jättämiä jälkiä (sin. viiva).
Alin: Schiaparelli tulee olemaan varsin lähellä kolmea muutakin luotainta sekä Marsin suuria
kanjoneita. Niiden luo on kuitenkin matkaa muutama tuhat kilometriä.

Historiallista mutta turhaa

Vain kerran aiemmin on avaruusalus onnistunut laskeutumaan toisen lähelle. Silloin kyse kuitenkin oli suunnitelmasta: Miehitetty Apollo 12 -lento ohjattiin tarkoituksella runsaan sadan metrin päähän Surveyor 3 -laskeutujasta. Astronautit noutivat siitä osia, joista selvitettiin kuinka Kuun pinnan olosuhteille altistuminen vaikuttaa laitteisiin.

Schiaparellia taas ei ole voitu merkittävästi ohjata pitkiin aikoihin. Sen laskeutumispaikka on ollut aina Maasta laukaisusta lähtien yhtä selvillä kuin nytkin. (Lisäys klo 12.30: Ratakorjauksilla sen liikkeitä on hienosäädetty, mutta ellipsiä ei niillä tarkemmaksi saada.) Tarkka paikka määräytyy vasta kun mitään ei ole tehtävissä: Kaasukehän tiheyseroista ja tuulesta eri korkeuksilla, luotaimen tarkasta tulokulmasta, sekä monista muista yksityiskohdsta, joita ei etukäteen voi tarkasti ennustaa.

Vaikka Schiaparelli tömähtäisi nyt lähelle Opportunityn seutuja, ei siitä olisi kenellekään mitään hyötyä. Laite nimittäin ottaa kuvia ainoastaan laskeutumisen aikana. Pinnalle päästyään se ei enää näe ympäristöään, sillä kameraa ei voida suunnata sivulle. Mitään kohdetta ei voida katsella tai tutkia, oli se sitten miten mielenkiintoinen tai kuinka lähellä tahansa.

Eikä Opportunityäkään varmasti ohjasteta moikkaamaan uutta naapuria. Viivasuoraan ja maksiminopeudella (n. 5 cm/s) yötä päivää ajaen Opportunity saattaisi ehkä ehtiä Schiaparellin luo viidessä päivässä, eli juuri ennen kuin tämän paristot tyhjenevät. Matkaan ei kuitenkaan ole mitään syytä, ja niinpä mönkijä voi jatkaa mielenkiintoisia tieteellisiä tutkimuksiaan rauhassa.

 

Mitä Schiaparelli sitten Marsissa tekee, ja millaiselle alueelle se päätyy? Lue lisää ⇒ toisesta artikkelista!

Alla: Kaikki ihmiskunnan Marsin pinnalle lähettämät laitteet kartalla. Schiaparelli on merkitty mustalla rastilla.

Otsikkokuva: Opportunity-kulkijan lämpökilpi Marsin pinnalla (MER / Cornell / JPL / NASA). Muut kuvat: Jarmo Korteniemi

MAVEN ja Mangalyaan sanoivat MOI

Ma, 09/22/2014 - 02:51 Jari Mäkinen
MAVEN

Kaikki meni aivan suunnitelman mukaan nyt aikaisin maanantaiaamuna, kun kymmenen kuukautta planeettainvälisessä avaruudessa matkaa taittanut Nasan MAVEN-luotain saapui perille Mars-planeettaa kiertämään. Kyseessä oli MOI, eli Mars Orbit Injection, Marsin kiertoradalle saapuminen, mikä tapahtui tällä kertaa ilman ilmajarrutusta: siinä missä edelliset Nasan Marsia kiertämään jääneet luotaimet ovat käyttäneet Marsin kaasukehän kitkajarrutusta nopeuden hidastamiseen, turvautui MAVEN perinteisiin rakettimoottoreihin ja niiden voimaan.

Luotaimen kuusi ohjausrakettimoottoria koitivat tämän hidastuspoltton. Ne syttyivät sunnuntain ja maanantain välisenä yönä klo 04:50 Suomen aikaa 33 minuutin ajaksi. Tätä ennen niitä on testattu lyhyellä moottorien poltolla, jotta luotaimen asento saadaan varmasti vakaaksi ja voidaan varmistaa, että kaikki rakettimoottorit toimivat kunnolla.

Ennen hidastamista luotaimen nopeus Marsin suhteen oli 12 350 kilometriä tunnissa ja ilman jarrutusta se olisi suhahtanut saman tien punaplaneetan ohitse.

"Tämä oli todella suuri päivä MAVENille", sanoi lennon ptojektipäällikkö David Mitchell Nasan Goddardin avaruuslentokeskuksesta onnistuneen ratamuutoksen jälkeen. "Meistä on hienoa liittyä nyt mukaan siihen luotaimien laivueeseen, joka on parhaillaan kiertämässä Marsia."

Polton jälkeen MAVEN on hyvin soikealla radalla Marsin ympärillä. Sen kiertoaika on 35 tuntia, ja lähimmillään luotain tulee sillä vain noin 150 kilometrin päähän punaisen planeetan pinnasta.

Monien Marsiin saapumisten aikana luotain joutuu ratapolton tai ilmajarrutuksen aikana varjoon planeetan taakse, jolloin radioyhteys siihen katkeaa ja lennonjohdossa lasketaan minuutteja, mutta nyt näin ei käy. Koska MAVEN asettuu radalle, joka kiertää jotakuinkin Marsin napojen kautta, se on koko ajan näkyvissä (ja siten kuuluvissa) Maahan. Se ei tee manöveeristä yhtään vähemmän jännittävää, sillä Marsin radalle asettuminen on laukaisun ohella lennon hermoja raastavin hetki.

Kunhan MAVEN on jäänyt turvallisesti kiertämään Marsia, sen rataa muutetaan vähitellen tutkimusten kannalta paremmaksi. Lopulta se on pyöreämpi rata, jolla kiertoaika on noin 4,5 tuntia.

Luotaimen tutkimuslaitteita viritellään ja säädetään nyt kuuden viikon ajan, ennen kuin se aloittaa varsinaisen tieteellisen työnsä. Sen jälkeen MAVEN tekee mittauksiaan ainakin yhden Maan vuoden ajan, mutta luonnollisesti se on suunniteltu kestämään pitempään. Tämän vuoden aikana luotaimella tehdään viisi koukkausta lähemmäksi Marsia noin 75 kilometrin korkeudelle sen pinnasta siinä missä normaalisti sen radan lähin kohta on turvallisesti 150 kilometrin korkeudella.

Viestinvälittäjä

MAVEN ei ole mitenkään valtavan suuri, sillä sen runko on vain noin 2,4 metriä kanttiinsa oleva kuutio ja aurinkopaneelien kärkiväli on 11,4 metriä. Laukaisun aikaan sen massa oli 2454 kiloa.

Mutta verrattuna esimerkiksi Mars Reconnaissance Orbiteriin MAVEN on hieman suurempi: MROn massa oli noin 2100 kiloa ja mittaa paneelien päästä päähän on noin 9,5 metriä.

Kun suurempi massa yhdistetään hieman tavallista ”huonompaan” laukaisuikkunaan viime vuoden marraskuussa, kesti matka Marsiin hieman pitempään kuin esimerkiksi Curiuosity-kulkijalla. Sen matka kesti vain noin kahdeksan kuukautta, mutta nyt aika laukaisusta perille saapumiseen on noin kymmenen. Laukaisu tapahtui 18. marraskuuta ja tapahtui tuolloin lähes koko Yhdysvaltain hallinnon hyydyttäneen budjettikäsittelyn tiimellyksessä. MAVENin laukaisun parissa työskennelleet saivat erikoisluvan hommien jatkamiseen, koska lento oli niin tärkeä, eikä taivaanmekaniikka kunnioita poliittisia pelejä.

Paitsi että tutkijat luonnollisesti halusivat saada luotaimensa Marsiin, on MAVENilla myös toinen tärkeä tehtävä: se toimii Marsin kiertoradalla olevana tietoliikennesatelliittina, joka välittää viestejä pinnalla olevilta kulkijoilta Maahan. Myös nyt Marsia kiertävät luotaimet tekevät niin, mutta on hyvin todennäköistä, että ne eivät enää ole toiminnassa kovin pitkää aikaa – itse asiassa jokainen luotaimista on jo yliajalla ja ne voivat piiputtaa koska tahansa.

Ja koska NASA on nipistänyt tulevista Mars-lennoista(kin), on täysin todennäköistä, että Curiosity-kulkijan seuraaja vuonna 2020 turvautuu kokonaan MAVENiin viestien välittäjänä.

Kaasukehän kautta geologiaan

MAVENin lennon päävastuullinen yliopisto on Boulderissa sijaitseva Coloradon yliopisto, jonka erikoisala on geologia.

Siitä huolimatta MAVENin huomion kohteena on Marsin kaasukehä, mistä se on saanut myös nimensä: MAVEN tulee samoista Mars Atmosphere and Volatile Evolution, eli vapaasti käännettynä Marsin kaasukehän ja haihtuvien aineiden kehitys.

Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että MAVEN on suunniteltu tutkimaan Marsin ympärillä olevia kaasuja ja sitä, miten ja kuinka nopeasti kaasukehä häviää pois avaruuteen. Oletettavasti Marsilla on ollut aikanaan paksu kaasukehä, aivan kuten Maalla. mutta nyt sen tiheys on keskimäärin vain noin 1% siitä mitä Maan pinnalla. Tämän ansiosta todennäköisesti Marsin pinnalla on ollut nestemäistä vettä, meriä ja pilviä, sekä nykyistä huomattavasti leppoisammat olosuhteet.

MAVEN koittaa selvittää sitä miten kaasukehä on karannut ja katoaa edelleen. Se pystyy analysoimaan kaasukehän koostumusta tarkasti ja erityisesti mittaamaan vedyn ja ns. raskaan vedyn osuuksia. Siinä missä aiemmin luotaimet (kuten ESAn Mars Express) ovat voineet mitata varattujen hiukkasten pakoa planeetan kaasukehästä, pystyy MAVEN sondaamaan tarkemmin myös neutraaleita hiukkasia, kuten happiatomeja. Koska Mars Express on edelleen hyvissä voimissa, on sen tarkoitus tehdä samanaikaisesti havaintoja MAVENin kanssa ja siten voidaan saada kuvaa siitä miten varatut ja neutraalit hiukkaset käyttäytyvät samaan aikaan samoissa paikoissa.

Lisäksi MAVEN voi katsoa Marsia ja sen kaasukehää ultraviolettivalon aallonpituudella sekä havaita miten auringonpurkaukset vaikuttavat Marsiin.

Kaikki edeltävä on erittäin kiinnostavaa myös geologisesti, sillä kaasukehän kehitys on riippunut siitä miten esimerkiksi hiilidioksidi, typpi ja vesi ovat vapautuneet marsperästä ilmaan ja kaasukehästä edelleen avaruuteen, ja kuinka kaasukehän tiheys on vaikuttanut esimerkiksi nestemäisen veden esiintymiseen pinnalla. Nämä kaikki ovat vaikuttaneet suoraan geologiseen kehitykseen - MAVEN siis pystyy sondaamaan Marsin geologista menneisyyttä kaasukehän nykyolemusta katsomalla.

MOM

Myös Intia pääsi Marsiin

Toinenkin avaruusluotain on asettunut tänä aamuna Marsia kiertävälle radalle. Intian MOM (Mars Orbiter Mission) eli Mangalyaan laukaistiin matkaan 5. marraskuuta viime vuonna ja se saapui perille vain kaksi päivää MAVEN-luotaimen jälkeen.

MAVENin tavoin MOM jarrutti vauhtiaan rakettimoottorillaan ja asettui hyvin soikealle radalle, jolla luotaimen kiertoaika on 3,2 vuorokautta, lähin piste 423 km ja kaukaisin peräti 80 000 km. Rataa muutetaan vähitellen paremmin tutkimuksiin sopivaksi.

Laukaisun aikaan 1 300 kiloa painaneessa Mangalyaan-luotaimessa on viisi tutkimuslaitetta, joilla selvitetään Marsin kaasukehän koostumusta, lähiavaruuden hiukkasjakaumaa sekä pinnan olosuhteita ja ominaisuuksia.
Kun luotain nyt onnistui pääsemään Marsin kiertoradalle, Intiasta tuli neljäs tässä onnistunut maa tai organisaatio Yhdysvaltain, Neuvostoliiton ja Euroopan avaruusjärjestön jälkeen.

Päivitetty 24.9.2014.

Rosettan vuosi

Su, 01/19/2014 - 14:30 Jari Mäkinen
Rosetta komeettansa luona

Suurten löytöretkien aika ei ole suinkaan ohitse, mutta ne ovat muuttaneet muotoaan suurten purjelaivojen, viidakkoretkikuntien ja napajäätiköiden tutkijoiden ajoista. Nykyajan tutkimusmatkaajat kiitävät hiljaa planeettainvälisessä avaruudessa ja toimivat omien aistiemme jatkeina: ne mittaavat ja kuvaavat puolestamme, lähettävät tietonsa Maahan ja tekevät sellaista, mihin itse emme kykene tai mitä emme yksinkertaisesti voi tehdä.

Kuten esimerkiksi lentämään vuosikymmenen kylmässä avaruudessa ja ratsastamaan komeetalla kohti Aurinkoa.

Euroopan avaruusjärjestön Rosetta-luotain lähetettiin matkaan maaliskuussa 2004 ja se saapuu perille komeetta Churyumov-Gerasimenkon luokse tänä vuonna. Toiminta alkaa nyt maanantaina, 20. tammikuuta, kello 12 Suomen aikaa, kun luotain herätetään yli kolme vuotta kestäneestä horroksesta. Sen toiminnat sammutettiin minimiinsä vuonna 8. kesäkuuta 2011, jolloin luotaimen edessä oli matkansa tylsin ja yksinäisin matkalento-osuus.

Suurin syy sähkövirran säästämiseen oli kuitenkin se, että Rosetta on kauimmaksi Auringosta lentänyt aurinkopaneeleista voimansa saava avaruusalus: Jupiterin radan toisella puolella valoa on niin vähän, että ainoa tapa selviytyä  tuosta lennon vaiheesta oli heittäytyä horrokseen.

Kun Rosetta herätetään nyt unestaan, ei siihen olla oltu yhteydessä kahteen ja puoleen vuoteen (tarkalleen ottaen 31 kuukauteen). Vaikka luotain oli lentonsa aikaisemmassa vaiheessakin jo horroksessa, ei näin pitkää toimintojen sammuttamista ole koskaan tehty aikaisemmin. Saati sitten näin kaukana Auringosta.

Komeetan kohtaaminen toukokuussa, laskeutuminen marraskuussa?

Vielä nyt oikeastaan ainoa toiminnassa oleva laite Rosettan sisällä on tietokone, joka toimii herätyskellona ja valvoo sitä, ettei lämpötila sisällä pääse liian kylmäksi. Jos herätyskello toimii suunnitelman mukaan, ei Rosetta ala työhön suin päin.

Ensin luotain lähettää vain viestin Maahan, että se on herännyt. "Se on vain pelkkä piip, eikä mitään muuta", sanoo Andrea Accomazzo Euroopan avaruusoperaatiokeskus ESOCista. Hän johtaa Rosetta-lennovalvojien ryhmää. "Ensimmäisen piippauksen jälkeen meidän täytyy varsinaisesti herättää Rosetta."

Herätys tapahtuu klo 10 UTC ja sen jälkeen Rosetta alkaa lämmittää itseään ja valmistautua yhteydenottoon, joka tapahtuu iltapäivän lopussa. Koska luotain on noin 800 miljoonan kilometrin päässä Maasta, kestää piippaukselta noin 45 minuuttia saavuttaa Maan. Sen jälkeen lennonjohto lähettää luotaimeen komentosarjan, joka ensin hidastaa luotaimen hidasta pyörimistä, mihin se oli asetettu horrostilan ajaksi, ja alkaa käynnistää vähitellen eri systeemejä.

Päivitys: Nasan Goldstonessa, Kaliforniassa sijaitseva 70-metrinen antenni sai signaalin Rosettasta klo 20:18 Suomen aikaa maanantaina 20. tammikuuta.

Olennaisessa osassa tässä on suomalaistekoinen virranjakolaitteisto, joka toimii ikään kuin Rosettan älykkäänä sähkökeskuksena.

Pitkän horroksen jälkeen käynnistys pitää tehdä hitaasti, huolellisesti ja oikeassa järjestyksessä. Rosettan nukkuessa (ja itse asiassa jo sitä ennen) tätä tärkeää toimenpidesarjaa on pohdittu tarkkaan, käyty moneen kertaan läpi ja simuloitu ESOCissa olevan kaksoiskappaleen kanssa. Tämä, kuten kaikki muutkin tärkeät toimenpideet tehdään ensin kaksoiskappaleella hieman ennen itse Rosettaa, jotta jos jokin menee pieleen, niin toimenpiteen voidaan peruuttaa – avaruudessa pienikin virhe voi olla lennon kannalta kohtalokas.

Noin kahden viikon päästä Rosetta ja sen 24 tutkimuslaitetta sekä kameraa ovat jälleen normaalisti toiminnassa. Silloin luotain alkaa etsiä komeettaansa: sen paikka toki tiedetään varsin hyvin, ratalaskelmien ja maanpäällisten havaintojen perusteella paikkatieto ei ole niin tarkka, että Rosettan voisi näiden tietojen perusteella ohjata kiertämään komeettaa. Siksi komeetta pitää ensin löytää ja sen jälkeen rataa muutetaan siten, että Rosetta päätyy noin toukokuussa "Churyn" (kuten komeetta tuttavallisesti tunnetaan) luokse.

Toukokuussa Rosetta tosin asettuu vasta radalle, joka vie sen sopivasti lähemmäksi komeettaa, jotta se voisi asettua kiertämään komeettaa elokuussa. Temppu ei ole mitenkään helppo. koska Churyn vetovoima on hyvin heikko.

Sen jälkeen, kun Rosetta kiertää komeettaa, aletaan sen mukana lentävälle laskeutujalle etsiä sopivaa laskeutumispaikkaa. Sen tulee olla samanaikaisesti mahdollisimman kiinnostava ja turvallinen; kaksi vaatimusta, jotka usein ovat ristiriidassa toistensa kanssa. Kenties tosin sopiva paikka on löytynyt jo aikaisemmin otetuista kuvista. Laskeutuminen tapahtunee marraskuussa.

Sen jälkeen Rosetta pysyy Churyn luona ainakin vuoden päivät, kun komeetta lähestyy radallaan Aurinkoa ja muuttuu nykyisestä hyisestä jäämöhkäleestä kaasua syökseväksi pyrstötähdeksi.

Takana jo pitkä matka

Kun Rosetta nyt hivuttautuu kohti Churyä, sen etäisyys Maasta on noin 800 miljoonaa kilometriä, 9 miljoonaa kilometriä komeetasta ja matkaa Aurinkoon on 673 miljoonaa kilometriä. Tämä on jotakuinkin neljä astronomista yksikköä ja vastaa noin 2,5 kertaista Marsin ja Auringon keskietäisyyttä. Rosetta on kuitenkin jo hyvin Jupiterin radan sisäpuolella, sillä Jupiterin radan säde on noin 5,2 AU.

Laukaisunsa jälkeen Rosetta on taivaltanut jo 6500 miljoonaa kilometriä, ja se on tehnyt kolme Maan ohilentoa (2005, 2007 ja 2009), yhden Marsin ohituksen (2007) ja tutkinut läheltä kahta asteroidia: vuonna 2008 se ohitti pikkuplaneetta Steinsin 800 kilometrin etäisyydeltä ja vuonna 2010 asteroidi Lutetian 3160 kilometrin päästä.

Planeettojen ohilentojen avulla luotain sai lisää vauhtia, mutta niiden avulla saatiin myös säädettyä ja kalibroitua esimerkiksi kameroita. Tapaamiset asteroidien kanssa olivat puolestaan hyvää harjoittelua harjoitteluna komeetan kohtaamiseen ja sen havaitsemiseen. Lisäksi ne toivat mielekästä toimintaa muutoin kovin monotooniseen matkalentoon.

Rosettan instrumentit

Mopoauton kokoinen avaruusalus

Kolmisen tonnia matkan alussa massaltaan ollut, mitoiltaan 2,8 x 2,1 x 2,0 metriä oleva luotain on saanut nimensä hieroglyfien arvoituksen selvittäneestä Rosettan kivestä, koska sen odotetaan tuovan paljon uutta tietoa aurinkokunnan synnystä ja kehityksestä. Jos komeetat ovat postipaketteja planeettakuntamme vaippavaiheesta, pääsee Rosetta pian postiauton kyytiin ja matkaamaan sen mukana ainakin vuoden, mutta toivottavasti yli puolentoista vuoden ajan.

Vaikka laatikkomainen luotain itse ei olekaan valtava, ovat sen aurinkopaneelit suuret. Niiden kärkiväli on 32 metriä ja pinta-ala 64 neliömetriä. Siivet ovat suuret, koska luotaimen 24 tieteellistä tutkimuslaitetta vaativat paljon virtaa ja sen saamiseen auringonvalosta kaukana Marsin radan toisella puolella  tarvitaan paljon pinta-alaa.
 
Rosetta oli kaukaisimmillaan Auringosta noin 800 miljoonan kilometrin päässä, kun Jupiterin keskietäisyys Auringosta on 741 miljoonaa kilometriä. Siellä Auringon säteilyteho on vain noin 4% siitä mitä sen on Maan seuduilla. Nyt paneelien lasketaan tuottavan noin 400W:n tehon, kun taas parhaimmillaan tehoa tulee 8700 wattia. Onneksi suurin tehontuotto ja tehontarve osuvat jotakuinkin samaan aikaan, silloin kun kaikki tutkimuslaitteet ovat päällä komeetan ollessa lähempänä Aurinkoa. Tämä tapahtuu 13. elokuuta 2015, jolloin Rosettan etäisyys Auringosta on noin 185 miljoonaa kilometriä.

Luotaimen mustanpuhuvassa pinnassa on kaihdinverhoja muistuttavia laatikoita, jotka ovat toinen luotaimen erikoisuus. Koska Rosettan tulee pystyä toimimaan niin kaukana kylmässä avaruudessa kuin lähempänäkin Aurinkoa, on sen lämmönsäteilimet peitetty räppänöin. Kun kaikki sähkölaitteissa syntyvä lämpö halutaan pitää mahdollisimman tiiviisti aluksen sisällä sitä lämmittämässä, suljetaan lämmönsäteilimet, mutta kun lämpöä lähellä Aurinkoa oli liikaa, ne avattiin apposelleen.

Rosettan kyljessä matkaa pieni laskeutuja, joka on nimeltään Philae. Nimi liittyy Rosettaan siten, että Philae on Niilissä oleva saari, mistä löytyneen obeliskin avulla Rosettan kivi pystyttiin tulkitsemaan.

Luotaimessa ja laskeutujassa olevien tutkimuslaitteiden avulla mitataan, kuvataan ja sondataan monipuolisesti niin komeetan ydintä kuin sen ympäristöäkin. Ydintä havaitaan erityisesti neljällä mittalaitteella: ALICE-ultraviolettispektrometri, korkearesoluutioinen kamera OSIRIS, VIRTIS-kuvaspektrometri ja MIRO-mikroaaltoradiometri/spektrometri. COSIMA- ja ROSINA-spektrometrit ja MIDAS-mikroskooppi havaitsevat ytimen koostumusta ja ytimestä irtoavan kaasun sekä pölyn virtauksia. GIADA-niminen laite analysoi pölyä ytimen läheisyydessä, ja RPC-sensoriryhmä kuvaa komeettaa ympäröivän kaasukehän, koman, sisäistä rakennetta ja sen vuorovaikutusta aurinkotuulen kanssa.  Loput kaksi tutkimusvälinettä CONSERT ja RSI käyttävät hyväkseen Rosettan radiolaitteistoja, toinen ytimen sisärakenteen tutkimiseen ja toinen määrittelemään ytimen sisällä olevien massojen jakautumista ja koman rakennetta.

Philae-laskeutujassa on mukana myös täysi paketti havaintolaitteita. Näistä monista eri puolille laskeutujaa sijoitetuista kameroista muodostuva CIVA/ROLIS –järjestelmä ottaa korkearesoluutioisia stereopanoraamakuvia. APXS, COSAC ja Ptolemy analysoivat ytimen pintakerroksen koostumusta.  SESAME-seismometri tutkii pintaa kahden metrin syvyydeltä, ja sen piirteitä tutkii MUPUS-instrumentti.  ROMAP-magnetometri ja CONSERT tutkivat magneettikenttää ja sen vuorovaikutusta aurinkotuulen kanssa.

Komeetasta tehdään siis laajalla skaalalla mittauksia, joiden perusteella saamme paljon tietoa siitä miten komeetta toimii, mikä on sen rakenne ja millainen on sen historia. Näin päästään kiinni aina aurinkokunnan syntyyn saakka.

Mittalaitteiden tekemiseen ovat osallistuneet ESAn jäsenvaltioiden lisäksi ryhmät Yhdysvalloista, Unkarista, Taiwanista ja Venäjältä. Suomi on mukana niin aktiivisesti, että siitä tarkemmin hieman tuonnempana.

Puolipakolla alas pinnalle

Kunhan Rosetta on tutkinut tarpeeksi Chury-komeetan ydintä, päätetään elo-syyskuussa paikka, minne todennäköisesti marraskuussa laskeutuja lähetetään mittauksiaan tekemään.

Kun normaalisti laskeutujat tarvitsevat rakettimoottorit tai laskuvarjon laskeutumisnopeuden hillitsemiseksi, pitää komeetan heikossa painovoimakentässä laskeutujaa suorastaan työntää rakettimoottorilla kohti komeetan pintaa.

Laskeutuminen kestää vartista puoleen tuntiin riippuen siitä, miltä korkeudelta päätämme aloittaa laskeutumisen. Koska Rosetta ja komeetta ovat kaukana Maasta, ei laskeutumista voi kauko-ohjata, vaan Philae toimii automaattisesti. Laskeutumiskäskyn jälkeen lennonjohto voi vain toivoa parasta ja odottaa radioviestiä komeetan pinnalta.

Pintakosketuksen aikaan laskeutuja ankkuroi itsensä pinnalle kahdella harppuunamaisella ankkurilla. Tämän jälkeen sen laskeutumisjaloissa olevat ruuvit kiinnittävät laitteen tiiviimmin pintaan kiinni. Koska komeetan pinnan tarkkaa rakennetta ei tiedetä, on harppuunoissa kaksimetriset vaijerit siltä varalta, että kiinteän pinnan päällä on paksulti höttömäistä ainetta.

Pinta voi olla hyvinkin haperoa jäämurskaa tai kivikovaa kalliota, joten harppuunat on suunniteltu toimimaan mahdollisimman erilaisissa pintamateriaaleissa. Koskaan aikaisemmin avaruuslaitteissa ole tarvittu ankkureita. Jos tarrautuminen Churyn pinnalle ei onnistu, sinkoutuu laskeutuja takaisin avaruuteen.

Vaikeaniminen, mutta kiinnostava komeetta

Täydelliseltä nimeltään 67P/Churyumov-Gerasimenko oleva Rosettan kohdekomeetta on eräs ns. jaksollisista komeetoista, jotka ikään kuin ovat jääneet loukkuun sisempään aurinkokuntaan niiden tullessa liian lähelle Jupiteria. Se on siten suhteellisen “uusi” komeetta sisemmässä aurinkokunnassa, ja koska tätä ennen se on viettänyt koko historiansa kauempana Auringosta, on se säilynyt todennäköisesti hyvin samanlaisena aurinkokunnan alusta alkaen ja siksi se on hyvin mielenkiintoinen kohde.

Komeetta löydettiin syyskuussa 1969 Alma-Atan astrofysikaalisessa instituutissa Kazakstanissa.  Sen havaitsi tähtitieteilijä Klim Tshurjumov Kiovan yliopistosta Ukrainasta kuvista, jotka oli ottanut hänen kollegansa Svetlana Gerasimenko Dushanben astrofysiikan instituutista Tadzikistanista. Suomalaisittain translitteroituna komeetan nimi olisi Tshurjumov–Gerasimenko, mutta se on merkitty virallisiin listoihin englanninkielisen kirjoitusasun mukaan ja siten Tiedetuubi käyttää sitä.

Churyn rata muuttui olennaisesti vuosina 1840 ja 1959, jolloin se ohitti Jupiterin hyvin läheltä. Ohitusten seurauksena komeetta kiertää nyt Aurinkoa soikealla, planeettojen ratatasoon verrattuna hieman kallistuneella radalla. Sen kiertoaika on 6,6 vuotta ja radan Aurinkoa  lähinnä oleva piste (periheli) sijaitsee Maan ja Marsin kiertoratojen välissä. Radallaan se etääntyy Jupiterin rataa kauemmaksi.

Komeetan epämuotoinen ydin näyttää olevan halkaisijaltaan noin 4 km ja tarkoituksena on parkkeerata Rosetta sen ympärille noin 25 km korkeudella olevalle kiertoradalle. Philaen vapauttamista vasten Rosetta lähestyy komeettaydintä noin kilometrin korkeudelle.

Rosetta tutkii komeettaa yli vuoden ajan ainakin joulukuuhun 2015 asti, jolloin se on jälleen jo etääntymässä Auringosta lokakuussa 2015 olleen perihelin ohittamisen jälkeen.

Suomi ja Rosetta

Rosettan tarkempi suunnittelu alkoi samoihin aikoihin 1990-luvulla, kun Suomi liittyi Euroopan avaruusjärjestöön, joten kyseessä on eräs ensimmäisistä eurooppalaisluotaimista, mihin suomalaiset yhtiöt ja tutkijat pääsivät kunnolla mukaan alusta alkaen.

Koko luotaimen toiminnan kannalta olennaisin suomalaisosa on sen koko runkorakenne: Rosettan perusrakenne on Patria-yhtiön rakentamaa komposiittimateriaalia. Patrian elektroniikkaosasto on lisäksi tehnyt luotaimen sähköjärjestelmän virranjakoyksiköt, joista toinen toimittaa sähkövirtaa itse luotaimen eri laitteille, ja toinen sen tieteellisille instrumenteille. Jakoyksiköt huolehtivat osaltaan myös luotaimen lämmönhallinnasta, joka joutuu varsin koville lennon aikana.

Tiedepuolella Ilmatieteen laitos on ollut olennaisessa osassa kuuden itse emoluotaimessa olevan laitteen suunnittelussa ja rakentamisessa. Näistä neljä on kiertolaisessa olevaa mittalaitetta: COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyzer), MIP (Mutual Impedance Probe), LAP (Langmuir Probe) ja ICA (Ion Composition Analyzer). Erityisesti COSIMA on IL:n väen lempilapsi, sillä sen aiempi versio on tutkinut jo komeettaa amerikkalaisen Stardust-luotaimen mukana ja toinen versio toimii parhaillaan Venus Express -luotaimessa.

Philae-laskeutujan laitteista IL on päävastuussa veden etsintään käytettävästä, PP-laitteesta (Permittivity Probe), jonka lisäksi se toimittaa massamuistin laskeutujan muistiyksikköön. PP-laite liittyy laskeutujassa olevaan suurempaan instrumenttikokonaisuuteen, SESAMEen, jonka tehtävänä on mitata komeetan ytimen pintakerrosten ominaisuuksia, erityisesti sähköisiä ominaisuuksia. PP-laitteen anturit ovat ensimmäiset komeetan pintaan osuvat laskeutujan osat, koska laskeutujan laskutelineinä toimivien jalkojen tassut ovat itse asiassa laitteen antureita.

Nyt IL:n väki varautuu ottamaan vastaan tietoja laitteistaan ja aloittamaan niiden analysoinnin. Luvassa on siten jännä vuosi myös Helsingin Kumpulassa.

Artikkelia on päivitetty signaalin saamisen jälkeen ja muutamia lukuarvoja on tarkennettu.

Intia lähti Marsiin

Ma, 11/04/2013 - 23:51 Jari Mäkinen
Intian Mars-luotain ja kantoraketin nokkakartion puolikkaat ennen sulkemista.

Intian kunnianhimoinen avaruusohjelma otti huiman askeleen eteenpäin nyt tiistaina klo 11.08 Suomen aikaa, kun maa laiukaisi ensimmäisen Mars-luotaimensa onnistuneesti avaruuteen. Luotain on nimetty hindin kielen "Mars-alusta" tarkoittavan sanan mukaan Mangalyaaniksi.

Intian 1,35 tonnia massaltaan oleva, pakettiauton tavaratilaan juuri ja juuri mahtuva luotain on tehty hyvin nopeasti ja edullisesti. Sen lähettämisestä päätettiin elokuussa 2012 ja sen suunnittelu, valmistaminen ja lähettäminen maksavat noin 60 miljoonaa euroa.

Mangalyaan on varustettu kameran lisäksi Marsin kaasukehän metaania tutkivalla mittalaitteella, kahdella pintaa ja kaasukehää havaitsevalla spektrometrillä sekä Marsin hiukkasympäristöä mittaavalla massaspektrometrillä.

Mars-luotain seuraa Intian vuonna 2008 lähettämää Chandrayaan-1 -kuuluotainta, jonka laukaisu ja lento onnistuivat hyvin. Kokonaisuudessaan Intian avaruusohjelmassa on ollut kuitenkin varsin paljon epäonnea, mikä osaltaan selittynee sikäläisellä asenteella: aina kannattaa koittaa, sillä "myös epäonnistumisista voi aina oppia ja ne ovat askeleita kohti onnistumista", kuten Intian avaruustutkimusorganisaatio ISRO:n puheenjohtaja K. Radhakrishnan on todennut.

Intialainen tapa lähettää luotain eroaa hieman eurooppalaisesta ja amerikkalaisesta, sillä lähtölaskenta aloitettiin siitä, kun luotain oli vielä lentoonvalmistelutilassaan Sriharikotan avaruuskeskuksessa.

56 tuntia ja 30 minutia kestävä laskenta alkoi nyt sunnuntaina aamulla ja se etenee ilman taukoa kohti laukaisua. Luotain tankattiin ja laitettiin rake tin nokkakartion sisään samara kun kantorakettia on laitettu toisaalla valmiiksi laukaisuun. nelivaiheisen PSLV-C25 -raketin kolmas ja neljäs vaihe toimivat kiinteällä polttoaineella, ja ne laitettiin valmiiksi sunnuntaina illalla, ja toisen vaiheen nestemäiset ajoaineet tankattiin nyt maanantaina.

350 tonnia lentoonlähdössä painava PSLV (Polar Satellite Launch Vehicle) on suunniteltu laukaisemaan satelliitteja Maan napojen kautta kulkeville kiertoradoille, eikä se ole niin voimakas, että luotain voitaisiin lähettää saman tien kohti punaista planeettaa. Niinpä luotain asettuu ensin kiertämään maapalloa hyvin soikealla kiertoradalla, mistä se lähetetään ulos planeettainväliseen avaruuteen vasta kuukauden kuluttua. Matka Marsiin kestää kaikkinensa 300 vuorokautta, ja sinne saapuessaan luotain asettuu kiertämään Marsia.

Marsia kiertäessään Mangalyaan lentää myös hyvin läheltä Phobos-kuuta, vain noin 6000 kilometrin päästä, ja intialaiset toivovat luonnollisesti saavansa siitäkin kiinnostavia kuvia.

Intian Mars-luotain hallissa

Tyypillinen PSLV:n lento kestää noin 18 minuuttia, minkä kuluessa satelliitti nousee taivaalle ja on lopulta kiertoradalla. Mars-luotaimella laukaisu kestää sen sijaan 43 minuuttia. Sinä aikana luotain nousee lähelle soikeaa parkkirataansa, mutta odottaa kolmannen vaiheen sammumisen jälkeen 25 minuuttia ennen kuin neljännen vaiheen rakettimoottori sysää sen lähemmäs lopullista rataansa. 37 sekuntia neljännen vaiheen irtoamisen jälkeen luotain itse käyttää omia moottoreitaan ja asettuu erittäin soikealle parkkiradalle.

Radan kaukaisin piste ulottuu 23 000 kilometrin päähän Maasta, ja luotain sysää tuota kaukaisinta pistettä vielä kauemmaksi marraskuun aikana kuudella poltolla, kunnes luotain on "helppo" sysätä pois Maan kiertoradalta kohti Marsia. Tämä tapahtuu 30. marraskuuta. Kuuluotain Chandrayaan käytti samankaltaista menetelmää Kuuhun matkaamiseen.

Saapuminen Marsiin tapahtuu suunnitelman mukaan 21. syyskuuta ensi vuonna. Luotaimen tavoitteena on asettua ensinnä Marsin ympärille soikealle radalle, jonka lähin kohta on 377 km:n ja kaukaisin piste 80 000 km:n päässä planeetasta. Kiertorataa säädetään sen jälkeen vähemmän soikeaksi.

Kyseessä on Intian ensimmäinen planeettaluotain, mitä varten Bangaloren luokse on rakennettu erityinen maa-asema. Sen lisäksi luotaimeen ollaan yhteydessä kahdella laivalla, jotka toimivat tutka- ja valvonta-asemina. Myös NASA ja ESA ovat luvanneet avusta Intiaa tarvittaessa omilla maa-asemillaan ja planeettalentokokemuksellaan.

Köyhässä Intiassa avaruusohjelmaa on käytetty tähän mennessä laajalti tiedonvälitykseen, kaukokartoittamiseen sekä sääennustamiseen, mikä on ollut hyvin kustannustehokas tapa, koska esimerkiksi puhelinlinjojen ja tietoverkkojen vetäminen kaikkialle laajassa maassa olisi vieläkin kalliimpaa. Avaruustoiminta on lisäksi nostanut osaltaan maan teknistä tasoa.

Intian tavoitteet ovat kuitenkin viime vuosina käyneet yhä kunnianhimoisemmiksi, mikä on herättänyt maan sisällä runsaasti kritiikkiä. Chandrayaan-1:n jälkeen intialaiset aikovat laukaista toisen luotaimen Kuuhun vuonna 2016 ja suunnitelmissa on myös tähtitieteellisiä tutkimussatelliitteja. Kaiken lisäksi Intia on ilmoittanut lähettävänsä seuraavana maana omia avaruuslentäjiä avaruuteen omalla kantoraketillaan ja omalla avaruusaluksellaan.

Seuraavassa intialaisen TV-aseman NDTV:n tiedetoimittaja Pallava Bagla haastattelee Ashutosh Aryaa, ISRO:n tutkijaa, joka rakensi luotaimen kameralaitteiston.

Juno mökötti ohilennon aikaan

To, 10/10/2013 - 12:24 Jari Mäkinen
Juno maapallon luona

NASAn Juno-luotain lensi eilen illalla Maan ohitse ja kävi lähimmillään vain hieman yli 550 kilometrin päässä maapallon pinnasta. Ohilennon tarkoituksena oli lisätä luotaimen vauhtia ja muuttaa sen rataa siten, että se pystyy lentämään Jupiteriin. Eilisen ohilennon jälkeen se saapu sinne 4. heinäkuuta 2014.

Kaikkein lähimmillään luotain oli kello 22:21 Suomen aikaa keskiviikkoiltana, jolloin se viiletti Intian valtameren yläpuolella, hyvin läheltä Etelä-Afrikkaa. Sieltä teoreettisesti luotaimen olisi voinut nähdä jopa paljain silmin.

Aivan lähimmän ohituksen aikana mikään maa-asemista ei voinut olla yhteydessä matalalla ja nopeasti viilettäneeseen luotaimeen. Ensinnä lähiohituksen jäkeen sen radiosignaalin sai kuuluviin Euroopan avaruusjärjestön Perthissä, Australiassa, oleva antenni. Silloin huomattiin, että kaikki ei ollutkaan sujunut täsmälleen suunnitelman mukaan.

Vaikka ratageometrisesti ohilento ei olisi voinut sujua paremmin, itse luotain äksyili sen aikana. Luotain oli ohjelmoitu muun muassa nappaamaan kuvia Maasta ja ottamaan vastaan radioamatöörien sille lähettämiä tervehdyksiä, mutta on mahdollista, että luotain onkin lakannut kesken kaiken ottamasta vastaan ja kuvaamasta. Lisäksi kenties osa jo tallennetuista tiedoista on tuhoutunut.

Kyse ei kuitenkaan ole vakavasta häiriöstä – ainakaan toivottavasti. Pitkän hiljaiselon jälkeen nähtävästi jokin tiiviissä toimintasarjassa sai luotaimen sekaisin, jolloin se meni niin sanottuun turvatilaan. Turvatilan tarkoituksena on suojata luotainta ja sen laitteita odottamattoman vian tai häiriön tapahtuessa. Siinä luotain sammuttaa ylimääräiset systeeminsä, kääntyy osoittamaan kohti Aurinkoa (jotta aurinkopaneelit saavat varmasti valoa), suuntaa antennin kohti Maata ja odottaa lisäohjeita lennonjohdosta.

Todennäköisesti Maan varjoon joutuminen sai luotaimen hätääntymään; kyseessä oli ensimmäinen kerta sitten elokuussa 2011 tapahtuneen laukaisun, kun luotain oli varjossa, eivätkä sen aurinkopaneelit tuottaneet sähköä. Juno on suunniteltu toki kestämään hyvin varjossa toimimisen, sillä Jupiterissa aikanaan se tulee planeettaa kiertäessään olemaan radalla, joka vie sen aina välillä varjoon Jupiterin taakse.

Juno ei sammunut missään vaiheessa, eikä sen toiminnassa ole nyttemmin havaittu mitään yksiselitteistä vikaa. Turvatilassa ollessaankin se pysyi olemaan yhteydessä Maahan, tosin hitaammalla tiedonsiirtonopeudella. Turvatilaan kuuluu se, että luotain käyttää automaattisesti hitaampaa ja luotettavampaa nopeutta tietolinkissään.

Virhetila tullaan varmasti tutkimaan tarkasti läpi seuraavien kuukausien aikana, mutta mikään ei toistaiseksi viittaa siihen, että Junolla olisi ongelmia. Kuulemme varmasti lisätietoja hyvinkin pian.

Juno nähtiin Etelä-Afrikasta

Eteläafrikkalainen Greg Roberts sai kuvattua ohilentävän Junon ja on julkaissut kuvat ESAn Rocket Science -blogissa. Kuvassa kamera on seurannut keskellä pistemäisenä näkyvää Junoa, jolloin tähdet ovat piirtyneet viiruiksi.

Juno kuvattuna Etelä-Afrikasta

Tervetuloa ESA-blogiin!



Tämä Tiedetuubin uusi blogi kertoo suomalaisesta näkökulmasta Euroopan avaruusjärjestö ESAn toiminnasta, sen tekemästä tutkimuksesta ja avaruuslennoista, joita ESA tekee ja joihin se osallistuu.

Blogin kirjoittajat ovat ESAssa työssä olevia suomalaisia sekä Tiedetuubin päätoimittaja Jari Mäkinen, joka on seurannut pitkään avaruusalaa.

Lukuisat suomalaiset ja suomalaisyhtiöt osallistuvat ESAn ohjelmiin, sen järjestämään koulutukseen, toimivat ESAssa harjoittelijoina ja ottavat osaa sen erilaisiin koululais- ja opiskelijakilpailuihin. Blogissa kerrotaan myös näistä.

Tässä blogissa asioita tarkastellaan ESAn näkökulmasta ja ESA tukee sen toimittamista, mutta yhteistyö ei vaikuta Tiedetuubissa julkaistaviin artikkeleihin ja niiden journalistiseen objektiivisuuteen – mikäli tästä on epäselvyyttä, siitä mainitaan kyseisessä artikkelissa. ESA-blogissa julkaistaan vastaisuudessa keskimäärin kaksi juttua viikossa ja osa niistä laitetaan myös Ursan Avaruustuubi-blogiin.

Blogit alkavat kuitenkin perusasioista: tässä ensimmäisessä kirjoituksessa kerrotaan itse ESAsta. Mikä ja millainen on tämä "Euroopan NASA"?

Kansainvälinen avaruusorganisaatio

Euroopan avaruusjärjestöön kuuluu 20 jäsenmaata, ja Suomi on yksi näistä. Suomi on ollut ESAn jäsen vuodesta 1995 alkaen, oltuaan järjestön liitännäisjäsen seitsemän vuoden ajan. ESA perustettiin vuonna 1975, jolloin 1960-luvulla perustetut järjestöt ELDO ja ESRO, eurooppalaisen kantoraketin kehittämiseen tähdännyt yhteistyöorganisaatio ja Euroopan avaruustutkimusjärjestö, yhdistettiin.

ESAn jäsenmaat ovat suurelta osin samoja kuin Euroopan unionin jäsenmaat, mutta kaikki EU-maat eivät ole ESAssa ja ESAan kuuluu myös EU:n ulkopuolisia maita. Vaikka ESAlla ja EUlla on paljon yhteistyötä ja ne toimivat molemmat eurooppalaisten hyväksi, ovat ne toisistaan erillään olevia organisaatioita.

Järjestön pääkonttori on Pariisissa, mutta varsinainen toiminta tapahtuu ympäri Eurooppaa: avaruustekniikkakeskuksessa ESTECissä Alankomaissa, avaruustähtitietiedekeskuksessa ESACissa Espanjassa, maanhavainnointikeskuksessa ESRINissä Italiassa sekä Saksassa sijaitsevissa avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa ja astronauttikeskuksessa EACssa.

Suomi ja avaruus

Monet suomalaiset yliopistot, tutkimuslaitokset ja yritykset osallistuvat avaruushankkeisiin tekemällä tekemällä avaruustutkimusta, rakentamalla avaruuslaitteita sekä kehittämällä uusia tapoja hyödyntää satelliittien tekemiä havaintoja ja tarjoamia palveluita.

Suomessa on korkeatasoista osaamista mm. kaukokartoitustiedon hyväksikäytössä, satelliittien sähköteknisten systeemien valmistamisessa, ohjelmoinnissa ja tieteellisten mittalaitteiden tekemisessä sekä niiden tuottamien tietojen tieteellisessä käsittelyssä. Uusien satelliittipaikannussovellusten kehittäminen on parhaillaan voimakkaassa kasvussa.

Suomen virallisen avaruusstrategian lähtökohtana ovat yhteiskunnalle syntyneet hyödyt ja suomalaisten yritysten kilpailukyvyn edistäminen. Satelliitit ja avaruustekniikka ovat hyvin hyödyllisiä Suomelle, joka on pinta-alaltaan laaja ja harvaan asuttu pohjoinen maa.

Valtaosa suomalaisten kansainvälisestä avaruusyhteistyöstä tapahtuu ESAn hankkeiden puitteissa, mutta Suomella on myös suoraa virallista yhteistyötä Euroopan ulkopuolisten maiden kanssa.

Suomessa ESA-yhteistyötä koordinoi Tekes.

Avaruustutkimusta

Eräs viime vuosien menestyksekkäimmistä ESAn tutkimussatelliiteista oli Hershcel-avaruusteleskooppi, jonka käyttöikä päättyi viime keväänä suunnitellusti, kun sen jäähdyttämiseen käytetty nestemäinen helium loppui. Infrapunavalon alueella maailmankaikkeutta ennätyksellisen tarkasti tutkineen teleskoopin suuri pääpeili oli hiottu Suomessa, Turun luona Opteon Oy:ssä. Peili oli 3,5 metriä halkaisijaltaan, joten Herschel oli suurempi kuin kuuluisa Hubblen avaruusteleskooppi.

Samalla kertaa Herschelin kanssa vuonna 2009 laukaistiin avaruuteen Planck-niminen satelliitti, joka havaitsee ns. taivaan taustasäteilyä. Mikroaaltojen taajuusalueella joka puolella taivasta tuleva säteily on ikään kuin kaiku maailmankaikkeuden alusta, Big Bangista, liki 14 miljardin vuodan takaa. Sen tutkiminen auttaa ymmärtämään miten maailmankaikkeus on kehittynyt ja kuinka alkuräjähdys oikein tapahtui.

Suomalaiset ovat olleet tiiviisti mukana tekemässä Planckia ja osallistuvat sen tieteelliseen työhön. Esimerkiksi Planckin ennätyksellisen herkät 70 GHz:n taajuusalueen mikroaaltovastaanottimien suunnittelusta ja rakentamisesta vastasivat VTT ja MilliLab, Ylinen Electronics Oy ja Metsähovin radiotutkimusasema. Tulitikkuaskin kokoisia vastaanottimia asennettiin satelliittiin kaikkiaan 12 kappaletta; jos niille laskee kilohinnan, noin 5 miljoonaa euroa per toimitettu kilogramma, on kyseessä varmasti Suomen vientiteollisuuden ennätys!

Planckin mikroaaltotekniikalla on runsaasti myös arkisia sovelluksia mm. tutkatekniikassa ja turvallisuustuotteissa.

Luotaimia Marsiin ja Venukseen

ESAlla on parhaillaan toiminnassa luotaimet Venuksen ja Marsin ympärillä. Mars Express on tutkinut punaista planeettaa jo liki kymmenen vuoden ajan ja sen sisaralus Venus Express on tehnyt havaintoja pilvien peittämän naapuriplaneettamme ympärillä vuodesta 2006.

Mars Express on kuvannut tarkalla stereokamerallaan planeetan pinnan geologisia muodostelmia, mitannut Marsin ohutta kaasukehää, sondannut sen pinnan alle tutkalla ja avustanut yhteydenpidossa NASAn Mars-kulkijoiden ja Maan välillä.

Venus Express puolestaan havaitsee Venuksen kaasukehää sekä monimutkaista pilvipeitettä, jonka läpi se voi myös nähdä ajoittain aina planeetan pinnalle saakka. Erityisen kiinnostavia ovat olleet luotaimet lähettämät tiedot Venuksen etelänavan päällä olevasta myrskykeskuksesta, joka näyttää paikallaan pysyvältä, jättimäiseltä pyörremyrskyltä.

Luotaimen Venuksen kaasukehästä tekemät löydöt auttavat myös ymmärtämään kasvihuoneilmiön toimintaa ja tarjoavat hyvän vertailukohdan maapalloon, joka on lähes saman kokoinen kuin Venus.

Komeettaluotain Rosetta

Jännittävin meneillään oleva ESAn tutkimuslento on Rosetta, joka on taivaltanut avaruudessa jo vuodesta 2004 pitkällä matkallaan kohti komeettaa nimeltä 67 P/Churyumov-Gerasimenko. Rosetta kohtaa sen ensi vuonna kaukana avaruudessa, asettuu kiertämään komeettaa, lähettää sen pinnalle pienen laskeutujan ja jatkaa komeetan toiminnan tarkkailua sen lähestyessä Aurinkoa radallaan. Rosetta tulee näkemään kun kuollut komeetanydin muuttuu hurjasti kaasua syökseväksi pyrstötähdeksi.

Rosetta on myös suomalaisittain erittäin kiinnostava, sillä Patria on tehnyt sen rungon ja mm. Ilmatieteen laitos on osallistunut laskeutujan monien mittalaitteiden sekä tietokoneosien tekemiseen.

Maan ilmasto ja ympäristö

Omalla planeetallamme on myös tärkeä osa ESAn toiminnassa. Maan havainnointi avaruudesta eri menetelmin tuottaa enemmän ja kattavampaa tietoa maapallon ympäristöstä ja ilmastosta mitä pystyttäisiin saamaan millään muulla tavalla. Satelliitit tutkivat jatkuvasti mm. ilmakehää, meriä, maa-alueita, jäätiköitä ja biomassaa.

Earth Explorers, "Maan tutkijat", on pienten tutkimussatelliittien sarja, joiden päähuomio on ilmasto ja ympäristö. Cryosat-satelliitti havaitsee jääalueita, jäätä ja jäätiköitä mittaamalla hyvin tarkasti merissä kelluvan että jäätiköissä olevan jään paksuuden muutoksia. SMOS tarkkailee meriä ja etenkin niiden suolapitoisuutta. GOCE kartoittaa puolestaan maapallon painovoimakenttää ja siten sen tarkkaa muotoa hyvin tarkasti. Nämä vaikuttavat suoraan mm. merivirtoihin.

Tulevista satelliiteista ADM-Aeolus tulee tutkimaan maapallon tuulia, Swarm keskittyy Maan magneettikentän mittaamiseen ja EarthCARE:n kiikarissa ovat pilvet, ilmakehän aerosolit ja maapallon säteilytasapaino.

Kaikissa näistä on mukana myös suomalaista tekniikkaa ja osaamista. Suomalaistutkijat käyttävät myös hyväkseen niiden havaintoja työssään.

Sentinel-satelliitit

ESAn Sentinel-ohjelman satelliitit ovat pieniä, uutta tekniikkaa hyödyntäviä satelliitteja, jotka havaitsevat maata, meriä ja ilmakehää monin erilaisin tutka- ja kuvantamistekniikoin. Kaikkiaan kuusi Sentineliä on suunnitteilla ja niistä ensimmäinen, tutkasatelliitti Sentinel-1, laukaistaan Maata kiertävälle radalle tämän vuoden lopussa.

Sääsatelliitit

ESA ja Euroopan sääsatelliittijärjestö EUMETSAT ovat valmistaneet, laukaisseet ja operoineet sääsatelliitteja jo 1970-luvun puolivälistä. Meteosat-satelliiteista on jo kolmas sukupolvi kiertoradalla, ja näiden geostationaariradalta koko ajan Eurooppaa valvovien silmien lisäksi uuden sukupolven sääsatelliitti MetOp laukaistiin vuonna 2006 kiertämään Maata napojen kautta kulkevalla kiertoradalla. Sieltä MetOp pystyy havaitsemaan koko maapallon pintaa monilla mittalaitteillaan ja kameroillaan.

Satelliittipaikannus ja Galileo

Nykyaikainen yhteiskunta luottaa joka puolella satelliittipaikannukseen ja sitä käyttävät sovellukset lisääntyvät koko ajan. Koska paikannus vaatii erittäin tarkkaa ajan mittaamista, on satelliittinavigointisignaalissa atomikellon tarkkuudella oikea aika, joten tätä taivaalta tulevaa erittäin tarkkaa aikasignaalia hyödynnetään myös yhä enemmän.

ESAn ja EU:n yhteinen Galileo-satelliittinavigaatiosysteemi on parhaillaan rakenteilla ja sen kaikki 30 satelliittia on tarkoitus saada paikoilleen vuoteen 2019 mennessä. Systeemi on GPS-järjestelmään verrattuna tarkempi ja parempi erityisesti pohjoisilla alueilla, koska sen satelliitit nousevat radoillaan korkeammalle pohjoisella taivaalla.

Kantoraketit ja miehitetyt avaruuslennot

ESAlla on oma rakettien laukaisutukikohta Etelä-Amerikassa, lähellä päiväntasaajaa Atlantin rannalla sijaitsevassa Ranskan Guianassa. Kouroun avaruussatamasta laukaistaan eurooppalaisten Ariane- ja Vega-kantorakettien lisäksi venäläisiä Sojuz-raketteja.

Suuri osa maailman kaupallisista satelliittilaukaisuista tehdään Ariane-raketeilla ja nykyinen Ariane 5 kykenee viemään geostationaariradalle kerralla kaksi täysikokoista satelliittia. Se pystyy myös laukaisemaan luotaimia kohti toisia planeettoja sekä nostamaan esimerkiksi 20 tonnia massaltaan olevan ATV-rahtialuksen kohti Kansainvälistä avaruusasemaa.

Miehittämätön rahtialus ATV on osa ESAn osallistumista Kansainvälisen avaruusaseman toimintaan. Monet aseman osista on tehty Euroopassa ja siihen on liitetty ESAn oma laboratoriomoduli Columbus.

ESAlla on oma avaruuslentäjäryhmänsä, missä on nykyisin kuusi aktiivista jäsentä. Näistä yksi on pohjoismaista: tanskalainen Andreas Mogensen tulee lentämään avaruusasemalle vuonna 2015. Ensimmäinen pohjoismaalainen avaruuslentäjä oli ruotsalainen Christer Fuglesang, joka valittiin vuonna 1992 ESAn astronautiksi ja hän teki kaksi lentoa avaruuteen.

Voyager on poistunut aurinkokunnasta

Pe, 09/13/2013 - 12:31 Jari Mäkinen
Voyager-avaruusluotain

(Tätä 13.9. kirjoitettua juttua on päivitetty 15.9.)

Uutiset kertovat – taas kerran – että Voyager -avaruusluotain on poistunut aurinkokunnastamme tähtienväliseen avaruuteen. Itse asiassa kyseessä ei ole ensimmäinen kerta, luotaimia on kaksi, eikä aurinkokunnan rajan määrittely ole lainkaan helppoa.

Tällä kerralla Voyager on tullut uutisiin siksi, että yksi tuore mallinnos aurinkokunnan ja tähtienvälisen avaruuden raja-alueesta selittäisi Voyager 1:n tekemät mittaukset siten, että luotain olisi poistunut aurinkokunnasta ... itse asiassa jo viime vuonna.

Luotain on heinäkuun 2012 lopusta alkaen tehnyt havaintoja, jotka eivät ole yksiselitteisiä, ja niinpä eri tutkimusryhmien tekemät tulkinnat ovat saaneet aikaan tilanteen, missä Voyagerin on sanottu poistuneen aurinkokunnasta, olevan poistumassa ja lähestyvän häilyvää raja-aluetta monen monta kertaa.

Tälläkin kerralla Ed Stone, luotaimen pitkäaikainen päätutkija, oli aluksi varovainen: "Havainnot voidaan tulkita vain merkeiksi tähtienvälisestä avaruudesta, mikäli Auringosta peräisin olevan ja tähtienvälisen avaruuden magneettikenttien suunnat olisivat jokseenkin samat. Mikäli suunnat olisivat erilaisia, niin Voyager 1 olisi edelleen Auringon ympärillä olevan 'kuplan' sisällä. Pienet muutokset magneettikentän suunnassa kertovat myös suuren skaalan ilmiöistä."

Viime viikon päivänä Stone ja muut NASAn 'virallisen' tiederyhmän jäsenet ovat käyneet läpi havaintoja ja uusia tulkintoja, ja myös he ovat nyt kallistuneet sanomaan, että Voyager on jättänyt aurinkokunnan taakseen. "Olemme olleet varovaisia, koska kyse on eräästä tärkeimmästä merkkipaalusta avaruustutkimuksen historiassa."

Tiedot, jotka vakuuttivat, ovat peräisin Voyager 1:n ns. plasma-aaltomittalaittesta, joka periaatteessa mittaa luotaimen ympärillä olevien varattujen hiukkasten tiheyttä. Viime huhti-toukokuussa ja aiemmin loka-marraskuussa tehdyt havainnot näyttivät lukemien pomppaavan satakertaisiksi. Tällaista oli arvioitu jo aikaismemin merkiksi siitä, että Aurinkoa ympäröivä ja sen vaikutuspiirissä oleva avaruus muuttuisi tähtienväliseksi avaruudeksi.

Nyt näyttää siltä, että Donald Gurrettin johtaman nelihenkisen amerikkalaistutkimusryhmän Science-lehdessä julkaisema tutkimus In Situ Observations of Interstellar Plasma With Voyager 1 on paitsi oikeassa, niin onnistui myös määrittämään tarkasti päivän, jolloin Voyager 1 poistui aurinkokunnasta: 25. elokuuta 2012.

Ainutlaatuinen luotainkaksikko

Voyager 1 on parhaillaan 125 AU:n, Maan ja Auringon välisen etäisyyden (18 miljardin kilometrin) päässä Maasta ja kauimmaksi Maasta ennättänyt ihmisen tekemä laite. Radiosignaalilta kestää yli 17 tuntia matkata luotaimesta Maahan, mutta silti sen 23 wattia teholtaan oleva viesti saadaan hyvin otettua vielä vastaan. Ykkösen sisaralus Voyager 2 on hieman eri suunnassa 102 AU:n päässä Maasta ja sekin toimii hyvin.

Voyager-luotaimia tehtiin ja lähetettiin matkaan kaksi, jotta ainakin toinen niistä onnistuisi tekemään tehtävänsä, vaikka toinen hiipuisi kesken matkan. Niiden toimeksianto olikin kunnianhimoinen: lentää sekä Jupiterin että Saturnuksen ohi ja tutkia niitä sekä niiden kuita mahdollisimman tarkasti. Planeettojen ja Maan sijainnit radoillaan olivat suotuisat tuolloin 1970-luvun lopussa lennolle, joka kävisi tutkimassa saman tien paitsi kumpaakin jättiläisplaneettaa, niin myös Uranusta ja Neptunusta.

Luotaimista vain toinen päätettiin lähettää pitkälle kiertokäynnille ja siihen tankattiin hieman enemmän polttoainetta; muutoin kumpikin Voyageriksi, “matkaajaksi”, nimetyt luotaimet olivat identtisiä. Pitkämatkalaiseksi valittu Voyager 2 laukaistiin avaruuteen ensimmäisenä, elokuun 20. päivänä 1977 ja ykkönen seurasi sitä 5. syyskuuta. Koska Voyager 1:n alkunopeus oli suurempi, se ohitti pian kakkosen ja ennätti tutkimaan Jupiteria ja Saturnusta ennen kumppaniaan. Ohilennot tapahtuivat huhtikuussa 1979 ja joulukuussa 1980.

Voyager 2 seurasi elokuussa 1979 ja syyskuussa 1981. Ohilentojen aikana saadun lisävauhdin ja ratakorjausten ansiosta se ennätti Uranuksen luo helmikuussa 1986 ja teki vielä Neptunuksen ohilennon lokakuussa 1989.

Ohilentojensa jälkeen kumpikin Voyager on lentänyt poispäin Auringosta eri suuntiin ja tällä haavaa Ykkönen on suorempaan ulospäin suuntaavan ratansa ansiosta kauempana, noin 18 miljardin kilometrin päässä. Kakkonen on puolestaan noin 15 miljardin kilometrin päässä, hieman eri suunnassa matkalla hieman loivemmassa kulmassa ulos aurinkokunnasta.

Voyagerit eivät ole suuria, vain noin nelisen metriä halkaisijaltaan olevia huteran näköisiä laitteita, joiden päällä on suuri lautasantenni ja joista kurottuu ulospäin muutamia puomeja ja kameramasto. Laukaisun aikaan ne painoivat vain noin 720 kg. Nykyajan mittapuun mukaan niiden kamerat sekä tutkimuslaitteet ovat lähes antiikkisia.

Voyagerien lisäksi Pioneer-luotaimet 10 ja 11 ovat lentämässä ulos aurinkokunnasta, mutta ne eivät enää toimi; Pioneer 10:een ei ole saatu yhteyttä enää vuoden 2003 jälkeen ja Pioneer 11:n virta ehtyi jo vuonna 1995.

Tuntemattomalla alueella

Aurinkoa ympäröivän omituisen siirtymäalueen olemassaolo on tiedetty teoreettisesti jo pitkään, mutta ennen Voyagereja ei alueelta ole saatu tietoja. Luotaimet ovat lähettäneet koko matkansa ajan tietoja niitä ympäröivästä magneettikentästä, kosmisten säteiden määrästä, varatuista hiukkasista ja havaitsemastaan plasmasta, minkä lisäksi luotaimien radiosignaaleita analysoimalla voidaan päätellä heliopaussin koostumusta.

1990-luvun alusta alkaen kamerat ovat olleet kytkettynä pois päältä, koska näin kaukana avaruudessa ei kuvista olisi enää mitään iloa – sen sijaan yksinkertaiset mittaustiedot ovat huiman kiinnostavia.

Voyager 1 alkoi saada ensimmäisiä merkkejä heliopaussin lähestymisestä vuonna 2004. Sen jälkeen hiukkastiheys ja hiukkasten nopeus ovat vaihdelleet kovastikin.

“Heliopaussi ei ole mikään tarkka raja avaruudessa, vaan se on laaja alue, missä on erilaisia vyöhykkeitä”, kertoo tiedejohtaja Ed Stone, joka on ollut mukana hankkeessa sen alusta alkaen ja olis voinut jäädä jo moneen kertaan eläkkeelle, mutta joka jatkaa vielä työtään yhtä innokkaasti kuin luotaimensakin.

“Mittausten mukaan aurinkotuulen nopeus on siellä hyvin suuri, noin 1,5 miljoonaa kilometriä tunnissa, ja kun Auringosta poispäin lentävät suurinopeuksiset hiukkaset osuvat tähtienvälisessä avaruudessa oleviin hiukkasiin, hidastuu Auringosta tulevien hiukkasten vauhti hyvin nopeasti.”

Aurinkotuulen hiukkasten lisäksi Voyagerit mittaavat koko ajan kosmisten säteiden määrää, ja näiden määrässä on tapahtunut aivan viime aikoina olennainen muutos. Heinäkuun 28. päivänä 2012 aurinkokunnan ulkopuolelta tulevien säteiden määrä pomppasi ylös hetkessä noin 5% ja samalla aurinkokunnan sisäpuolelta kotoisin olevien matalampienergisten hiukkasten määrä putosi noin puoleen. Paria päivää myöhemmin määrät palasivat ennalleen, mutta suhteelliset osuudet ovat vaihdelleet sittemmin koko ajan.

Viime vuoden syksyn aikana myös magneettikentän suunta muuttui ja kaikki merkit viittaasivat siihen, että Voyager 1 olisi joko jo pulpahtanut ulos aurinkokunnasta tai saapuisi planeettainväliseen avaruuteen koska tahansa.

Saatujen mittaustietojen mukaan Auringosta ulospäin lennettäessä ensin tulee vastaan ns. terminaatiosokkirintama noin sadan AU:n etäisyydellä. Siellä siis aurinkotuulen nopeus hidastuu 1,5 miljoonasta kilometristä tunnissa noin neljäsosaan. Samalla kuitenkin osa hyvin harvan vetykaasun hiukkasista kiihtyy hyvin suureen nopeuteen, lähes valon nopeuteen.

“Terminaatiosokin ja heliopaussin välissä on vetymuuriksi kutsuttu alue, missä on paljon hyvin harvaa vetykaasua, joka näyttää ikään kuin kuplivan”, selittää Stone. “Ja sitten kaikkein uloin osa on sokkirintama, jonka aurinkokunta muodostaa Linnunradan keskusta kiertäessään eteensä tähtienväliseen, miljardeja vuosia sitten supernovaräjähdyksissä syntyneeseen kaasuun törmätessään.”

Heliopaussi on ollut yllättävä, aktiivinen ja erilainen, kuin oletettiin. Ainakin Voyager 1:n reitillä oli se myös hieman kapeampi kuin arveltiin, “vain” vajaat kolme miljardia kilometriä. Koska Voyager 2 seuraa perässä – tosin hieman eri reitillä – juuri noin kolmen miljardin kilometrin päässä, odotetaan sen mittaustietojen muutoksia nyt herkeämättä.

Millainen sitten on tähtienvälinen avaruus, siitä Stone voi heittää ilmaan vain arvailuita: “Se on aivan uudenlainen ympäristö. Meillä ei ole sieltä minkäänlaisia havaintoja ja se saattaa yllättää täysin. Siellä voi olla ainetiivistymiä, ikään kuin pilviä, ja myös muuta ympäröivää avaruutta kuumempia alueita.”

Jos yli 35 vuotta sitten laukaisun aikaan joku olisi haaveillut siitä, että kumpikin luotain olisi nyt 2010-luvulla edelleen täysissä voimissaan ja tutkimassa pian tähtienvälistä avaruutta, olisi hänet varmasti naurettu hiljaiseksi. Nyt toiveet ovat korkealla, että kaksikko jatkaa mittauksiaan ainakin vuoteen 2025, jolloin niiden ydinparistot ovat laskelmien mukaan hiipuneet niin, että luotaimien lähettämää radiosignaalia ei enää saada kuuluviin Maassa.

Voyagerit eivät ole matkalla mitään tiettyjä tähtiä kohden, mutta tulevat ohittamaan kohtalaisen läheltä tähtiä: Kakkonen noin 40 000 vuoden kuluttua Andromedan tähdistössä nyt olevan Ross 248 -tähden hieman yli puolentoista valovuoden päästä ja Ykkönen pienen, nyt Pienen Karhun tähdistössä olevan punaista kääpiötähden nimeltä AC+79 3888.

Voyager 1 otti viimeisenä otoksenaan helmikuun 14. päivänä 1990 alla olevan perhepotretin aurinkokunnasta, taakse jäävästä kodistaan. Silloin planeetat olivat vielä näkyvissä pieninä valopisteinä, mutta nyt se ei voisi enää nähdä planeettoja lainkaan ja myös Aurinko on pienentynyt yhdeksi tähdeksi taivaalla.

Voyagerin viimeinen kuva on potretti planeettakunnastamme

Millainen paikka on tähtienvälinen avaruus?

Kun tähtikirkkaana yönä katsoo taivaalle, näkee valopisteiden lisäksi varsin paljon mustaa taivasta. Se ei kuitenkaan ole tyhjää, vaan se on täynnä toimintaa. Elektronit ja muut sähköisesti varatut hiukkaset viuhuvat siellä Maan magneettikentän ohjaamina ja muodostavat siellä näkymättömän sähkömagneettisen muurin, joka suojaa meitä Auringosta ulospäin virtaavaa hiukkasvuota vastaan. Aurinkoa päin oleva puoli siitä on paksumpi ja siihen on muodostunut kaasusta sokkivyöhyke, missä aurinkotuuli törmää magneettimuuriin ja tiivistyy. Toisella puolella on puolestaan pitkä kaasuhäntä, missä on pyörteitä.

Samankaltainen näkymätön hiukkaskupla ympäröi myös aurinkokuntaamme. Aurinko on tähti muiden taivaan tähtien joukossa ja matkaa meistä seuraavaksi lähimpään tähteen, Proxima Centauriin, on 4,2 valovuotta. Sen, ja sen kanssa samaan tähtijärjestelmään kuuluvien kahden tähden jälkeen seuraavat kosmiset naapurimme ovat 5,9:n, 7,8:n ja 8,3:n valovuoden päässä, joten olemme varsin yksin Linnunradan eräässä kierteishaarassa.

Vaikka avaruudessa ei olekaan mitään tunkua tässä avaruuden kolkassa, ei tähtienvälinen avaruuskaan ole täysin tyhjää täynnä. Siellä on hyvin harvaa kaasua ja säteilyä, johon Auringon sinkoama hiukkasvirta törmää. Koska Aurinko liikkuu avaruudessa, ei ympärillemme muodostunut läpinäkyvä, ohut kaasukupla ole tasainen joka puolelta, vaan siinäkin on sokkivyöhyke sekä häntäpuoli.

Tätä kuplaa kutsutaan heliopaussiksi, se erottaa aurinkokunnan planeettoineen tähtienvälisestä avaruudesta, ja juuri sen kohdalla on kaksi ihmisen tekemää luotainta parhaillaan pulpahtamassa ulos pihapiiristämme laajalle universumin ulapalle. Niinpä Voyager 1- ja 2-luotainten lähettämiä tietoja tutkitaan innokkaasti, koska ainoa tapa saada oikeaa mittaustietoa noista kaukaisista on tehdä havaintoja paikan päällä.

Lisätietoa luotaimista on NASA:n Jet Propulsion Laboratoryn Voyager-sivuilla.