Voyager-avaruusluotain

Voyager on poistunut aurinkokunnasta

(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.
Heliopaussin rakenne ja aurinkokunnasta ulos lentävät luotaimet

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.

Juttuja samasta aiheesta