Phil Bailey selittää selvällä suomenkielellä, miten InSight-laskeutuja tulee käyttämään robottikättään. Hän on hyvä esimerkki siitä, miten avaruuslentojen pariin saattaa päätyä, vaikka opiskelee ihan jotain muuta kuin avaruusalaa.
InSight on Nasan seuraava Mars-laskeutuja. Se on nyt matkalla kohti punaista planeettaa ja saapuu sinne marraskuussa. Laskeutumisensa jälkeen se ottaa pian käyttöön robottikäsivartensa, jonka avulla laitetaan Marsin pinnalle laskeutujan vierelle seismometri sekä lämpövuomittari, ja lisäksi kädellä tehdään paljon tutkimuksia.
Käden toiminnasta vastaa osaltaan suomalaissukuinen robotiikkainsinööri Phil Bailey, joka kertoo videolla työstään Jet Propulsion Laboratoryssä Pasadenassa, Kaliforniassa.
Erityisesti hänen vastuullaan on WTS, joka näyttää se myös hieman hauskalta: se on kuin puolipallomainnen kupoli, jolla on hame. Se on suoja, joka lasketaan Marsin pinnalle laitettavan seismometrin päälle, jotta Marsin kaasukehän tuulet ja muut ulkoiset häiriöt eivät vaikuta mittauksiaan tekevään seismometriin.
InSight llaskeutuu marraskuun 26. päivänä rakettimoottorien hidastamana Marsin päiväntasaajan seutuville Elysium-tasangolle ja toimii siellä toivottavasti yhden Marsin vuoden ajan, siis noin kaksi Maan vuotta. Laskeutuja on käytännössä parimetrinen lavetti, jossa on kolme noin metrin pitkuista jalkaa ja kaksi pyöreää aurinkopaneelia, jotka avautuvat laskeutumisen jälkeen lavetin sivuille samaan tapaan kuin kukat avaavat terälehtiään.
Teknisesti InSight on hyvin samanlainen kuin vuonna 2009 Marsiin laskeutunut Phoenix-niminen laskeutuja. Tuo lento, laskeutuminen ja toiminta Marsissa sujuivat hyvin, joten toiveet ovat nytkin korkealla.
Laskeutuja on vähän kuin edullinen välilento Nasan Mars-tutkimusohjelmassa. Sen kyydissä onkin aikaisemmista laskeutujista ja kulkijoistra yli jääneitä kameroiden ja mittalaitteiden varakappaleita, ja lisäksi tärkeimmät tutkimuslaitteet pyydettiin Euroopasta.
Kuten nimi InSight antaa ymmärtää, on laskeutujan tärkein tehtävä nyt katsoa Marsin sisälle. Siksi sen päätutkimuslaite on ranskalainen seismometri, ja sillä on itse asiassa aika pitkä historia jo takanaan. Laitteen projektipäällikkö Ranskan kansallisessa avaruuskeskuksessa CNESissä on Philippe Laudet. Hän kertoi Tiedeykkösessä olleessa kirjoittajan tekemässä ohjelmassa seismometristä näin:
"Seismologiaa on käytetty Maan sisustan ymmärtämiseen 1900-luvun alusta. Ensimmäisen kerran seisminen aalto havaittiin vuonna 1889, kun Saksassa havaittiin Japanissa olleen maanjäristyksen tärinää. Sen jälkeen aika pian ymmärrettiin, että voimme havaita toisella puolella olevia maanjäristyksiä seismometrillä ja että järistyksistä tulee erilaisia aaltoja, ja niiden kulkuaikojen avulla voidaan määrittää maapallon sisustan rakenne."
"Kun vuonna 1969 Apollo-astronautit menivät Kuuhun, he veivät sinne seismometrejä. Niitä vietiin Apollo-lennoilla kaikkiaan viisi ja ne muodostivat pienen verkoston, jonka avulla pystyttiin nyt ymmärtämään millainen on Kuun sisusta. Vaikka nyt tiedämmekin aika hyvin millainen on Kuun sisusta, se ei ole hyvä esimerkki toisesta planeetasta, koska Kuun syntyhistoria on niin erilainen. Siksi jo pitkään tutkijat ovat ehdottaneet seismometrin lähettämistä Marsiin."
"1970-luvulla Viking-laskeutujissa oli yksinkertaiset seismometrit, mutta niistä vain toinen toimi ja sekin oli kiinni laskeutujan rungossa, joten se ei saanut kovin luotettavia signaaleita. Nimittäin Marsissa olevat tuulet heiluttelivat laskautujaa sen verran, että varsinaiset signaalit jäivät tämän varjoon – voisi sanoa, että tuo seismometri toimi lopulta sääasemana. Sillä saatiin kuitenkin 15 signaalia, jotka todennäköisesti olivat mars-järistyksiä. Tästä kuitenkin opittiin se, että seismometri pitää laittaa tiukasti kiinni pintaan ja eristää tuulelta."
"Meillä täällä Ranskassa on tutkija Philippe Lognonné, joka oli tehnyt seismometrin venäläiseen Mars 95 -luotaimeen, joka valitettavasti syöksyi alas Maahan lähes välittömästi laukaisun jälkeen. Seismometri ei siis päässy Marsiin, mutta ranskassa ei annettu tämän lopettaa seismometrin kehittämistä. Etsimme uutta kumppania ja keskustelimme useammankin maan kanssa, Kiinan, Japanin, Yhdysvaltojen ja Venäjänkin kanssa mahdollisuuksista lennättää seismometri Marsiin, ja ihan viime vaiheessa olimme jo pohtimassa versiota, joka olisi mennyt Japanissa suunnitellun laskeutunan mukana Kuuhun. Se kuitenkin peruttiin, koska Fukushiman ydinonnettomuuden vuoksi japanilaiset leikkasivat avaruusohjelman rahoitusta ja kuulaskeutuja oli eräs ensimmäisistä peruutetuista hankkeista."
Olimme tämän jälkeen jo jäädyttämässä koko projektia, kun sitten Nasan planeettalennoista vastaava keskus Jet Propulsion Laboratory ehdotti tehtäväksi lentoa, jonka päähyötykuormana olisi tämä meidän seismometrimme. Tunsimme hyvin sikäläisiä tutkijoita, ja he olivat laskeneet, että oman amerikkalaisen seismometrin tekeminen maksaisi paljon ja siihen menisi aikaa, joten he ehdottivat käytettäväksi meidän laitettamme. Vuonna 2011 Nasa päätti sitten antaa rahaa kolmelle uudelle tutkimuslennolle, ja tämä oli yksi valituista. Meille tämä oli erinomainen yhteistyö, sillä heillä ei ole seismometriä, mutta he tietävät miten mennä Marsiin ja meillä on seismometri, mutta ei lentoa Marsiin."
Laskeutuja rakenteilla Denverissä Lockheed Martin -yhtiössä.
Hankkeen nimi on siis InSight, eli Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Suomeksi tämä on jotakuinkin Eli "sisäsoien tutkiminen käyttäen seismometriä, geodesiaa ja lämpökuljetusta". Samalla nimi tarkoittaa lyhyesti "katso sisälle".
Geodesia tässä tarkoittaa sitä, että laskeutujan paikkaa seurataan erittäin tarkasti ja siinä tapahtuvan mahdolliset liikkeet kertovat siitä, että mahdollisesti Marsissakin on jonkinlaisia mannerlaattoja, jotka liikkuvat. Nykytiedon mukaan laattoja ei ole, mutta tästä kohta lisää.
Lämpökuljetus puolestaan tulee siitä, että kyydissä on saksalaisten tekemä laite, joka pystyy mittaamaan sitä, miten lämpö kulkee pinnan alla noin viiden metrin syvyydellä. Siitä voi päätellä paljon mm. siitä, onko pinnan alla jäätä. Laite on itse asiassa pieni puikula, joka nakuttaa itsensä vähä vähältä alemmas pinnan alle ja lähettää siihen kiinnitettyä piuhaa pitkin mittaustietoja.
Ja päätutkimuslaite on siis tämä ranskalaisten tekemä seismometri, joka on itse sasiassa kolmesta seismometristä - yksi joka suuntaan - koostuva instrumenttipaketti. Se on 22 cm halkaisijaltaan olevan puolipallon muotoisen tyhjiökammion sisällä ja se on toisen puolipallon sisällä. Näin Marsin tuulet eivät pääse nyt sitä heiluttelemaan. Ja jotta se saisi mahdollisimman hyvin signaalinsa pinnalta, nostetaan se laskeutujan robottikäsivarrella makaamaan maahan laskeutujan viereen.
Piirros näyttää seismometrin ja sen tuulisuojan. WTS, eli wind and thermal shield suojaa sisällään olevaa SEIS-laitteistoa. Kuva: IPGP/David Ducros
"Laskeutuja avaa aurinkopaneelinsa heti laskeutumisensa jälkeen, jos siis kaikki sujuu suunnitellusti ja laskeudumme Marsiin 26. marraskuuta. 28. marraskuuta alkaen 10. joulukuuta saakka otamme runsaasti kuvia laskeutujan luota ja päätämme niiden perusteella paikan, mihin laskemme seismometrin.
"Paikan pitää olla mahdollisimman tasainen, eikä siinä saa olla liian suuria kiviä. Sen jälkeen robottikäsivarsi ottaa kiinni seismometristä ja nostaa sen alas pinnalle sopivaan aikaan. Oletamme, että tämä tapahtuu 4. tammikuuta mennessä, koska nykyisen suunnitelman mukaan silloin aloitetaan saksalaisen mittalaitteen asentaminen."
"Tammikuun lopusta alkaen aloitamme kummankin mittalaitteen käyttämisen, ja koska lämpövuomittalaite porautuu alaspäin pienten iskujen avulla, pystymme kuuntelemaan seismometrillä näitä iskuja, joiden aika ja voimakkuus tunnetaan hyvin. Näin pystymme alustavasti kalibroimaan laitettamme. Ja aina kun naapurimme ei metelöi nakutuksillaan, kuuntelemme Marsia – mikä on tietysti suurin osa ajasta. Laitteen kalibrointi ja käyttöönotto jatkuu maaliskuun loppuun saakka, jolloin suuri osa tiimistämme on Kaliforniassa, mutta sen jälkeen tulemme kotiin ja jatkamme työtä täällä."
"Kyse ei ole ainostaan siitä, että saamme tietoja seismometriltä ja jaamme tietoja eteenpäin, vaan myös siitä, että yhdistämme näitä tietoja muihin luotaimen tekemiin havaintoihin – ennen kaikkea säätietoihin, koska lämpötilan ja paineen vaihtelulla, kuten magneettikentällä, saattaa olla vaikutusta seismometrin mittauksiin. Havaintojen käsitteluystä tekee hieman haastavan työn se, ettemme tiedä ihan täsmälleen mitä tulemme havaitsemaan."
"Tilanne on vähän sama kuin Kuun tapauksessa ennen kuin seismometrit vietiin sinne. Sieltä havaittiin paljon signaaleita, jotka olivat tietysti erilaisia kuin Maassa. Osin näiden perusteella on tehty paljon mallinnuksia siitä, millaisia ovat Marsin järistykset, ja teoreettisesti suurimmat voisivat olla luokkaa 4,5 - 5 magnitudia. Näitä parin vuoden aikana voisi olla muutamia, mutta voi olla kymmeniäkin, laskelmasta riippuen. Pienempien määrää on vaikea edes arvioida, koska periaatteessa laite on niin herkkä, että se havaitsee myös meteorien törmöykset Marsin pintaan planeetan toiselta puolelta. Kuten Maassa, tulee sielläkin varmasti ensin niin sanottu P-aalto ja sitten S-aalto, joista voidaan laskea tärinän etäisyys arviolta 10% tarkkuudella. Koska seismometri mittaa tärinöitä kolmessa suunnassa, voidaan tärähdyksen tulosuuntakin saada selville varsin hyvin. Kun kyseessä on voimakas järähdys, voi seismometri havaita varmaankin ensin suoran signaalin, sitten toiselta puolelta Marsin ytimen ympäri tulleen aallon, ja lopulta sigaalin sen kuljettua kerran planeetan ympäri. Marsin tapauksessa tähän kuluu hieman alle kaksi tuntia."
"Mitä tulee järistysten alkuperään, niin todennäköisesti pääosa niistä tulee lämpöliikkeestä: päivällä Marsin pinta lämpenee ja yöllä viilenee, ja koska kaasukehä on ohut, ovat lämpötilaerot suuria. Päivällä voi olla kymmenen astetta ja yöllä -150 astetta. Toinen järistyksiä aiheuttava tekijä on Phobos-kuun aikaansaamat vuorovesivoimat, ja lisäksi oletamme, että Marsin sydän on kuumaa metallia ja sieltä saattaa nousta laavaa ylemmäs, niin sen liikkeet saattavat myös saada aikaan järistyksiä. Ja sitten ovat meteoriitit: koska seismometri pystyy havaitsemaan niiden törmöyksiä, voidaan nyt ensimmäistä kertaa laskea paljonko Marsiin törmää kappaleita."
"Lisäksi voimme tehdä oheismittauksia kaasukehästä. Tiedetään, että Marsissa on pölypyörteitä, Dusts Devils, kuten niitä kutsutaan, ja pystymme todennäköisesti havaitsemaan niitä, kun ne menevät ohitse. Voimme siis varmaankin tehdä seismometrillä myös mittauksia, jotka kiinnostavan Marsin kaasukehän ja säätilan tutkijoita. Voi myös olla, ettei niitä tule lainkaan laskeutujan luokse - emme tiedä!"
Philippe Laudet, SEIS-seismometrin projektipäällikkö Ranskan kansallisessa avaruustutkimuskeskuksessa CNESissä. Kuva: CNES / D. Jamet