Nasa | Tiedetuubi

Jari Mäkinen

Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa julkisti valintansa uusista avaruusaluksista, joilla amerikkalaiset (ja todennäköisesti myös kanadalaiset, japanilaiset ja eurooppalaisetkin) pääsevät lentämään avaruusasemalle vuoden 2017 jälkeen. Siihen saakka nykysuunnitelman mukaan miehistönvaihdot hoidetaan kokonaan venäläisillä Sojuz-aluksilla. Etenkin Yhdysvalloissa tämä riippuvuus on otettu vakavasti, ja myös turvallisuuden näkökulmasta on hyvä, että liikenne asemalle ei ole kiinni vain yhdestä alustyypistä.

Nasan näkökulmasta asia on selvästi kaupallinen: se rahoittaa ensin alusten tekemistä ja ostaa sen jälkeen kuljetuspalvelut avaruusasemalle näitä aluksia käyttäviltä yhtiöiltä. Näin rahdin lisäksi kaupalliset toimijat saavat kuljettaa parin vuoden päästä myös ihmisiä Maan ja kiertoradan välillä.

Nasa valitsi vähemmän yllättäen jo aikaisemmin rahaa alustensa kehittämiseen saaneet Boeingin ja SpaceX:n, joskin se, että pientä avaruussukkulaa kehittänyt Sierra Nevada Corporation jäi kokonaan ilman rahaa, oli pieni mullistus. Tosin jo etukäteen levinneiden huhujen mukaan Nasa oli antamassa kolmelle yhtiölle vain 1,5 tilausta, yhdelle täydet resurssit avauuskelpoisen aluksen ja tekemiseen sekä testaamiseen avaruudessakin, ja toiselle rahaa työn jatkamiseen.

Tietyssä mielessä tilaus olikin puolitoistakertainen, sillä Boeing sai rahaa 4,2 miljardia dollaria ja SpaceX 2,6 miljardia. Molempien tilaus oli kuitenkin samanlainen, joten SpaceX saa luvan tuottaa saman palvelun Nasalle huomattavasti edullisemmin. Joko Boeing on ollut tarjouksessaan vain paljon tehottomampi ja kalliimpi, tai sitten käytännössä suuri osan sen saamasta rahasta on aluepolitiikkaa, jolla halutaan palkata sukkulaohjelman työttömiksi jääneitä avaruusalan työntekijöitä.

Kaksi erilaista, samanlaista alusta

Tulossa olevat avaruustaksit ovat kumpikin periaatteessa perinteisiä kapselityppisiä aluksia, jotka laukaistaan avaruuteen kantoraketeilla ja jotka tulevat takaisin Maahan yksinkertaisesti putoamalla.

Olennaisin ero alusten välillä on siinä, miten laskeutuminen putoamisen päätteeksi hoidetaan: Boeingin CST-100 -niminen alus luottaa laskuvarjoihin, kun taas SpaceX:n Dragon v2 käyttää rakettimoottoreita, joilla se hidastaa vauhtiaan ja laskeutuu vähän kuten helikopteri pystysuoraan pehmeästi haluttuun paikkaan.

Dragon v2:n nimi tulee siitä, että se on toinen versio nykyisestä Dragon-aluksesta, jolla SpaceX huolehtii jo nyt avaruusaseman rahtikuljetuksista Orbital Sciences -yhtiön ohella. Nyky-Dragonin tapaan Dragon v2 laukaistaan avaruuteen yhtiön omalla Falcon 9 -kantoraketilla.

Hieman viilatulta Apollo-kapselilta näyttävään CST-100:n verrattuna moderni Dragon v2 on hyvin design-henkinen, mikä näkyy rakettilaskeutumisen lisäksi myös sen sisällä. Linjakkaiden kuppi-istuinten ohella aluksen litteä ohjauspaneeli laskeutuu kaasujousien avustamana astronauttien eteen ja siinä on suuret kosketusnäytöt. Kaikkein tärkeimmät toiminnat voidaan hoitaa myös toimintavarmoin mekaanisin kytkimin.

Uutta Dragon v2:ssa on myös se, että sen osien tekemisessä käytetään runsaasti teollista 3D-printtausta. Esimerkiksi aluksen SuperDrago-rakettimoottorien tärkeimmät osat on printattu, jolloin niistä saadaan kevyitä ja kestäviä.

Moottorit toimivat myös pelastusraketteina, eli ne sinkoavat aluksen myös ylös kantoraketista mahdollisessa hätätilanteessa.

Vaikka Boeingin CST-100 näyttää perinteiseltä, on se luonnollisesti kokonaan uusi alus. Sen rakenteet, materiaalit ja elektroniikka ovat tätä päivää. Alus on myös Apolloja suurempi, sillä kolmen sijaan sen sisään mahtuu seitsemän avaruuslentäjää. Samoin Dragon v2:n kyytiin mahtuu seitsenhenkinen miehistö. Olennaista on myös se, että alukset voivat tuoda astronauttien lisäksi varsin paljon rahtia takaisin Maahan.

Boeing käyttää kapselinsa avaruuteen nostamiseen Atlas 5 -kantorakettia. Kenties osa yhtiöiden saamista eri suuruisista summista johtuu tästä, sillä Atlas 5:n listahinta laukaisulle on noin 150 miljoonaa dollaria, kun taas SpaceX myy Falcon 9:n laukaisuita nyt hintaan 60 miljoonaa dollaria. Kunhan Falcon 9 saadaan pian osittain uudelleenkäytettäväksi, tulee sen hinta putoamaan edelleen.

Puoliavoin maksusitoumus

Nasan nykytyyliin tehty tilaus riippuu vielä monesta asiasta, erityisesti Yhdysvaltain tulevasta politiikasta – eli siitä, kuinka paljon Nasa saa rahaa.

Tämän Commercial Crew Transportation Capability (CCtCAP) -hankkeen puitteissa on tähän saakka rahoitettu Boeingin ja SpaceX:n lisäksi Sierra Nevada Corporation, ja nyt valitut kaksi yhtiötä voidaan vastaisuudessa leikata vielä yhdeksi tai sitten Nasa tulee käyttämään kummankin yhtiön palveluita samanaikaisesti.

Nasan nyt tekemä tilaus kattaa aluksen viimeistelyn sekä testaamisen ja vähintään kaksi tai enintään kuusi lentoa avaruusasemalle. Lennoilla on oltava mukana ainakin neljä astronauttia.

Ylös lentämisen ja alas palaamisen lisäksi alusten tärkeä tehtävä on olla myös avaruusaseman pelastusaluksina. Siksi niiden toiminta-ajan tulee olla ainakin 210 vuorokautta.

Kummankin aluksen tulee käydä vielä läpi tiukat testit ja tehdä vähintään yksi koelento avaruuteen ainakin yksi NASAn astronautti mukaan. Ensimmäistä kertaa siis amerikkalaisyhtiöt tulevat lennättämään henkilökuntaansa avaruuteen ikään kuin taksikuskeina. Venäjällä tämä ei ole mitään uutta, sillä jo pitkään avaruusyhtiö Energia on lennättänyt omia kosmonauttejaan avaruusasemalle.

Dream Chaser oli päätöksen häviäjä, mutta sen pienoismallia jo koelentänyt yhtiö ei tiedä vielä mitä tehdä tämän jälkeen: jatkaako avaruusturismi mielessä, odottaa muuta kehitelyrahaa Nasalta vai heittää pyyhe kehään.

Markus Hotakainen

Ihmiskunta otti Neil Armstrongin edustamana suuren harppauksensa 45 vuotta sitten. Apollo 11 laskeutui Rauhallisuuden mereen ja avaruus oli valloitettu – ainakin silloisen näkemyksen mukaan. Toki muutama maailmankaikkeuden kolkka on edelleen koluamatta.

Kuulentojen toteuttaminen ei kuitenkaan ollut mikään helppo homma, etenkään 1960-luvun tekniikalla. Avaruus on yhä haastava ympäristö, vaikka tekniikka on noista ajoista kehittynyt huimasti. Kun presidentti John F. Kennedy vannoi virkavalansa tammikuussa 1961, avaruus oli todellinen käymätön korpimaa.

1960-luvun alussa Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallinto NASA ei ollut miljardien dollarien vuosibudjetteja pyörittävä organisaatio tekniikan eturintamassa, vaan kohtalaisen vaatimaton valtionvirasto, joka oli presidentti Dwight D. Eisenhowerille pikemminkin välttämätön paha.

Kennedyn astuttua presidentinvirkaansa hänen oli löydettävä NASAn johtoon mies, joka hoitaisi hommat kunniakkaasti – lähinnä presidentin itsensä kannalta. Edeltäjänsä tavoin Kennedy ei ollut erityisen kiinnostunut avaruusasioista. Vasta olosuhteiden pakosta hän päätyi asettamaan kansakunnalle suuren haasteensa Kuun valloittamisesta 1960-luvun loppuun mennessä.

NASAn johtajuus ei ollut mikään unelmavirka, vaan jokaisen uraansa ajattelevan poliitikon kannalta lähinnä unohdukseen johtava umpikuja. Ennen kuin katseet kohdistuivat James Edwin Webbiin, parikymmentä ehdokasta oli jo ehtinyt kieltäytyä kunniasta.

James Webb ei ollut mikään untuvikko ottaessaan vastaan NASAn johtajuuden. Hän oli syntynyt lokakuussa 1906 Tally Hon pikkukaupungissa Pohjois-Carolinassa, mutta hänellä oli kokemusta Washingtonin poliittisista kuvioista jo 1930-luvulta lähtien.

Toisen maailmansodan jälkeen presidentti Harry S. Truman nimitti James Webbin budjettiviraston päälliköksi ja myöhemmin varaulkoministeriksi. Trumanin kauden päätyttyä vuonna 1953 Webb jätti Washingtonin ja palasi liike-elämään. Miljoonalla dollarilla senaattori Robert Kerr houkutteli Webbin Dean McGeen kanssa perustamansa öljy-yhtiön palvelukseen. Sieltä hänet löydettiin NASAn uudeksi johtajaksi.

Johtajan vakanssi ei kiinnostanut Webbiä, ja lisäksi hänellä oli hyvät perustelut kieltäytymiselle. Webb ei ollut tutkija eikä insinööri. Hän ei ollut koskaan nähnyt rakettia eikä ymmärtänyt niistä mitään. Kennedyn varapresidentti, jääräpäinen Lyndon B. Johnson, oli kuitenkin päättänyt istuttaa Webbin NASAn johtajan tuoliin. Ja kun Johnson jotain päätti, se myös piti. Jos uskalsi sanoa ei, sai osakseen kuuluisan ”Johnsonin käsittelyn”, joka koostui pitkälti huutamisesta silmittömän raivon vallassa.

Webb ei jäänyt luonteeltaan paljonkaan jälkeen Johnsonista eikä siksi pelännyt tätä. Hän ei ollut samanlainen kiukunpuuskainen öykkäri kuin Johnson, vaan aina kohtelias – joskin tarvittaessa jäätävän kohtelias – mutta teki silti tiettäväksi oman kantansa. Webb suostui NASAn johtajaksi sillä ehdolla, että saisi kutsun suoraan presidentiltä. Hän ilmoitti, ettei halunnut asioida ”juoksupoikien” kanssa.

Turhamaiselta vaikuttava vaatimus oli ovelaa politiikkaa. Kun Webb pääsi keskustelemaan NASAn johtamisesta suoraan Kennedyn kanssa, hän sai myös valtuutuksen tekemisilleen itseltään presidentiltä. Webb teki selväksi, että hän hoitaisi tehtävää oman näkemyksensä mukaisesti eikä suostuisi pyörähtelemään tuuliviirin lailla muiden tahojen toiveiden tuiverruksessa.

James Webb ei tullut NASAn johtajaksi niin pystymetsästä kuin hän itse ja etenkin viraston väki ajatteli. Webb oli ollut 1920-luvun lopulla laivaston lentäjänä, setvinyt 1930-luvulla valtion ja lentoyhtiöiden välisiä postinkuljetuskiistoja, toiminut 1940-luvulla lentokoneiden ohjausjärjestelmiä valmistaneen Sperry Gyroscopen varatoimitusjohtajana ja kuulunut 1950-luvun alkuvuosista lähtien lentokonevalmistaja McDonnellin johtokuntaan.

Hänellä siis oli sekä henkilökohtaista, hallinnollista että poliittista kokemusta ilmailun alalta. NASA kuitenkin on ilmailu- ja avaruusvirasto, vaikka se yhdistetään vahvimmin avaruustutkimukseen. Tärkeintä oli silti Webbin kokemus poliitikan kiemuroista. Kuten Kennedy sanoi: ”En halua tehtävään tutkijaa, vaan poliitikon.”

NASA oli alkuaikojen vaatimattomuudessaankin vahvasti tekninen organisaatio, joten sen alan osaamista virastosta löytyi jo entuudestaan. Oleellista oli saada sen johtoon henkilö, joka tulisi toimeen toisten poliitikkojen kanssa – ja vaikka ei aina tulisikaan, saisi silti asiat hoitumaan. Siinä suhteessa Johnson ja Kennedy eivät olisi voineet tehdä parempaa valintaa.

James Webb oli paitsi taitava poliitikko myös selväjärkinen realisti. Hän ei kuvitellut astuvansa kylmiltään ja itsevaltaisesti täysin tuntemattomilla vesillä purjehtivan laivan ruoriin ja pistävänsä kurssin kerralla uusiksi. Webb pyysi lähimmiksi alaisikseen NASAn edellisen varajohtajan, Hugh Drydenin, ja apulaisjohtaja Robert Seamansin. Kullakin heistä oli omat toimialueensa, mutta jokainen tiesi muidenkin tonteille kuuluvat asiat, ja siltä pohjalta kolmikko teki yhdessä päätökset. Lopullinen valta ja vastuu oli tietysti James Webbillä.

Webb sovelsi ensimmäisissä henkilövalinnoissaan paitsi jatkuvuuden periaatetta myös poliittista viisautta. Webb, demokraattihallinnon demokraattivirkamies, oli hyvissä väleissä sekä Drydenin että Seamansin kanssa, vaikka kumpainenkin oli republikaani. Näin Webb pyrki osaltaan varmistamaan, että väistämättä hyvin kalliiksi käyvä Apollo-ohjelma saisi kongressin tuen poliittisista voimasuhteista riippumatta.

Webb piti satelliittiteknologian sovellutusten kehittämistä, muiden aurinkokunnan kappaleiden tutkimusta luotainten avulla ja havaintolaitteiden saamista Maan kiertoradalle lähes yhtä tärkeinä tavoitteina kuin laskeutumista Kuuhun. Jo vuonna 1965 eli neljännesvuosisata ennen Hubblen toteutumista Webb asetti yhdeksi Nasan tavoitteeksi saada suuri tähtitieteellinen teleskooppi kiertoradalle. Ja muutaman vuoden kuluttua avaruuteen kohoaa Webbin nimeä kantava Hubblea paljon suurempi avaruusteleskooppi.

Webbin uran käännekohdaksi muodostui tapahtuma, joka oli raunioittaa koko Apollo-ohjelman. Tammikuussa 1967 Apollo 1 oli Saturn 1B -raketin kärjessä laukaisualustalla. Lähtöön oli vielä kuukausi. Astronautit olivat komentomoduulissa harjoituksessa, jossa käytiin läpi simuloitua lähtölaskentaa. Kenellekään ei ollut tullut mieleen, että harjoitus voisi olla vaarallinen. Sitä se kuitenkin oli. Kun moduulissa syttyi tulipalo, parikymmentä sekuntia myöhemmin Gus Grissom, Ed White ja Roger Chaffee olivat menehtyneet.

Webb sai presidentti Johnsonilta luvan selvittää onnettomuuden syyt NASAn sisäisenä tutkintana, mutta kongressille se ei riittänyt. Sekä senaatti että edustajainhuone perustivat omat komiteansa, joiden tehtävänä oli tutkia läpikotaisin, mitä oli tehty väärin ja miksi.

Onnettomuuden jälkiselvittelyissä paljastui vakavia puutteita sekä NASAn että komentomoduulin rakentaneen North American Aviationin toiminnassa. Ne eivät kuitenkaan olisi olleet NASAlle tai Webbille niin raskauttavia, ellei kongressin kuulusteluissa olisi ollut mukana senaattoreita, joille oli tärkeämpää luoda näyttävää uraa kuin selvittää, mitä todella tapahtui.

Ankarasta painostuksesta huolimatta NASA ja Webb saivat periaatteessa synninpäästön, mutta organisaation maine oli saanut kovan kolauksen. Historiallisten avaruuslentojen myötä lehtien myyntiluvut olivat nousseet. Poliitikot olivat saaneet kotiosavaltioihinsa työpaikkoja avaruuskeskusten ja tuotantolaitosten myötä. Vaikeiden aikojen koittaessa poliitikot ja lehdistö käänsivät kuitenkin NASAlle ja James Webbille selkänsä.

Webb oli loppuun saakka poikkeuksellinen johtaja. Hän erosi ennen Apollo 11 -lentoa, johon huipentui liki vuosikymmenen kestänyt kamppailu teknisiä vaikeuksia, tiukkaa aikataulua, yllättäviä budjettileikkauksia ja salamyhkäisiä neuvostoliittolaisia vastaan.

Kun Johnson päätti olla asettumatta presidenttiehdokkaaksi ja vallanvaihto Valkoisessa talossa vääjäämättä lähestyi, Webb tiesi oman lähtölaskentansa olevan jo käynnissä. Syyskuussa 1968 hän meni piakkoin väistyvän Johnsonin puheille keskustellakseen erinäisistä tärkeistä asioista. Yllätyksekseen Webb sai presidentiltä jokseenkin suoran käskyn ilmoittaa erostaan heti. Johnson ei varsinaisesti antanut Webbille potkuja, vaan keksi, että sopiva hetki erolle olisi Webbin 62. syntymäpäivä.

Johnsonin pakeilta Webb marssi suoraan Valkoisen talon tiedotusosastolle, joka antoi saman tien julkisuuteen tiedon, että Webb eroaa tehtävästään 7. lokakuuta 1968. Asiat etenivät niin rivakasti, että Webbin Patsy-vaimokin sai tietää asiasta naapurilta, joka oli kuullut uutisen radiosta.

Heinäkuussa 1969 James Webb oli Lyndon Johnsonin kanssa kutsuvieraiden joukossa seuraamassa Apollo 11:n laukaisua kohti Kuuta, mutta lennon jälkeen järjestetyissä juhlallisuuksissa Webb ei enää ollut mukana.

Eronsa myötä Webb jätti Nasan kertaheitolla taakseen. Eläkevuosinaan hän oli muun muassa lukuisten yritysten hallitusten jäsen. Yksi merkittävimmistä toimista oli Smithsonian-instituutin johtokunnan puheenjohtajuus, johon Webb nimitettiin vuonna 1970. Webbillä todettiin Parkinsonin tauti vuonna 1975, mutta hän jatkoi sisukkaasti puheenjohtajan tehtävässään vuoteen 1982 saakka. Maaliskuussa 1992 Webb menehtyi sydänkohtaukseen.

Webb sai viimeisinä vuosinaan useita tunnustuksia ansiokkaasta urastaan, mutta suurelle yleisölle hänen nimensä kävi yhä tuntemattomammaksi. Vasta Hubble-avaruusteleskoopin seuraajan yllättävä ja monia hämmentänyt nimeäminen toi Webbin nimen takaisin julkisuuteen.

James Webb ei ollut täydellinen johtaja eikä hän onnistunut luomaan halajamaansa täydellistä organisaatiota. Hän ei ollut tutkija tai insinööri, vaan lakimies ja poliitikko. Hän ei halunnut Nasan johtoon, mutta tehtävään jouduttuaan hoiti sitä parhaan kykynsä mukaan ja varmisti mahdottomalta tuntuneen tavoitteen saavuttamisen.

Läheskään aina Webbin tapa johtaa ei ollut muiden mieleen, ja lopulta hän joutui väistymään hetkeä ennen suuren unelman täyttymistä. Siitä huolimatta James Webb oli se henkilö, joka vei ihmiskunnan Kuuhun.

Artikkeli on ilmestynyt aiemmin hieman laajemmassa muodossa Tähdet ja avaruus -lehden numerossa 5/2009.

Jari Mäkinen

Suomalaistekoinen tutkimuslaite on matkalla kohti kansainvälistä avaruusasemaa. Kyseessä on Espoon kristillisen koulun yläkoululaisten tiede- ja tekniikkakerho ISS:n yhdessä kalifornialaisen Valley Christian Schoolin kanssa tekemä tietokoneohjelmoitu mikrolaboratorio, joka tutkii sienen kasvamista painottomuudessa.

Laite on itse asiassa pienikokoinen robotti, joka robotti istuttaa kokeen alussa pinnan alla olevan letkun kautta sienen itiöitä ja kastelee automaattisesti kasvualustana toimivaa hampputikkua vedellä.

Koelaitteisto viettää avaruusasemalla kuukauden päivät, mutta itse koe kestää puolisentoista viikkoa. Tänä aikana sieni kasvaa ja jo nyt tiedetään, että kuvaa kokeesta lähettävän kameran kuva tulee sumenemaan kokeen edetessä, koska kasvualusta kuivuu kokeen edetessä eli pakenee kamerasta ja linssin fokuksesta.

Laitteisto lähetettiin Espoosta Kaliforniaan helmikuussa, mistä se jatkoi myöhemmin Houstonin kautta Yhdysvaltain itärannikolle Orbital Sciences -yhtiön Cygnus-kapselin sisälle laitettavaksi. Alun perin toukokuuksi suunniteltu laukaisu tapahtui tänään, ja jos kaikki käy suunnitelmien mukaisesti, tuodaan mikrolaboratorio takaisin Maahan Dragon-aluksen kyydissä syksyllä ja se palaa aikanaan myös Suomeen lopullisten tulosten tekemistä varten.

Espoolaisten koululaisryhmässä on kymmenkunta oppilasta ja kaksi opettajaa, joita on mentoroinut mikrobiologian dosentti Kari Steffen Helsingin Yliopistosta.

Sienikasvustojen selviytymistä ja kasvamista on tutkittu runsaasti avaruudessa, koska erilaiset homeet ja sienet kasvavat liiankin helposti aseman sisällä ja saattavat olla vaaraksi. Kyseessä on tiettävästi ensimmäisen opiskelijaryhmän tekemä tutkimus – ja joka tapauksessa ensimmäinen suomalainen tutkimus. Suomalaisia kokeita ei tiettävästi ole aiemmin ollut avaruusasemalla.

Espoolaiset ovat suorittaneet kokeen jo myös Maan päällä ennakkoon. Kyseessä on eksoottisten sienikasvien sijaan avaruusaseman kuivassa ja varsin lämpimässä ympäristössä selviävä suomalainen talvikääpä.

Espoolaiskoulu on ainoa Yhdysvaltain kansallisen maantutkimus- ja avaruustiedeopetuskeskuksen (National Center for Earth and Space Science Education, NCESSE) koululaiskoeohjelmaan osallistuva koulu Euroopasta ja se on päässyt mukaan kalifornialaisen koulun kanssa tekemänsä yhteistyön ansiosta.

Vuonna 2010 aloitettuun ohjelmaan kuuluu 13 koulua ja yli 300 oppilasta ympäri Yhdysvaltain (ja siis myös Suomesta), joille ohjelma tarjoaa mahdollisuuden toteuttaa tieteellisesti tai teknisesti kiinnostavia koejärjestelyitä avaruudessa. Kokeita tehtiin aluksi myös viimeisillä avaruussukkulalennoilla, mutta nyt sukkuloiden siirryttyä eläkkeelle, on kokeita tehty Kansainvälisellä avaruusasemalla.

Washingtonin luona USA:n itärannikolla sijaitsevasta Wallopsin laukaisukeskuksesta matkaan lähtenyt Cygnus-avaruusalus on Orbital Sciences -yhtiön toinen NASAn tilauksesta tekemä huoltolento avaruusasemalle. Suomalaiskoe on vain pieni osa sen kuljettamaa rahtia, mistä suurimman osan vievät aseman huoltotarpeet - vaatteet, laitteet ja ruoka. Lisäksi mukana on myöhemmin avaruuteen vapautettavia minisatelliitteja sekä muun muassa Havaijin tyttöpartiolaisten toteuttama kasvinkasvatuskoe.

Alus saapuu avaruusasemalle suunnitelman mukaan 16. heinäkuuta.

Otsikkokuva: EEK:n ISS-ryhmä

Jari Mäkinen

Ilmakehän hiilidioksidia mittaava Nasan OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory 2) -satelliiti laukaistiin tänään puoleltapäivin Suomen aikaa onnistuneesti avaruuteen. Laukaisua lykättiin vuorokaudella maanantaista laukaisualustan pienen toiminahäiriön vuoksi, mutta tänään uudella yrittämällä satelliittia kuljettanut Delta II kantoraketti nousi matkaan ilman ongelmia. Laukaisu tapahtui Kaliforniasta Vandenbergin rakettitukikohdasta.

OCO-2 on suomalaisittainkin hyvin kiinnostava satelliitti, koska Ilmatieteen laitos osallistuu satelliitin tekemien havaintojen laadun varmistamiseen ja parantamiseen Sodankylässä tehtävien hiilidioksidimittausten avulla. Sodankylä on valittu yhdeksi hankkeen tärkeimmäksi maanpintareferenssiasemaksi, sillä Lapin ilmatieteellisen tutkimuskeskuksen FTS-mittalaite (Fourier Transform Spectrometer) pystyy takaamaan OCO-2:n mittausten tarkkuuden etenkin pohjoisilla alueilla. Sodankylän FTS-mittaukset aloitettiin vuonna 2009 ja niitä on jo aiemmin käytetty japanilaisen GOSAT- satelliitin laadun parantamiseen. Sodankylässä on myös kehitetty viime aikoina ns. AirCore -mittaussysteemiä, jolla saadaan kasvihuonekaasujen tarkkoja korkeusprofiileja. Näitä käytetään myös OCO-2-satelliittihavaintojen tulkinnan parantamiseen.

Kasvihuonekaasujen kaukokartoitus- ja luotaushavaintojen lisäksi maanpinnalta ilmapitoisuuksia monitoroidaan jatkuvatoimisesti eurooppalaisessa Integrated Carbon Observing System (ICOS) mittausverkossa, johon Suomesta kuuluu viisi asemaa mukaan lukien Sodankylä ja Pallas.

OCO-2 on osa viiden satelliitin rypästä

Amerikkalaisen Orbital Sciences -yhtiön rakentama, laukaisun aikaan 450 kiloa massaltaan ollut ja kooltaan noin kaksi metriä pitkä sekä metrin leveä OCO-2 -satelliitti laukaistiin 705 kilometrin korkeuteen maapallon napojen kautta kulkevalle radalle.

Se on osa ns. A-juna -konstellaatiossa (ks. kuva yllä), mihin tulee kuulumaan kaikkiaan viisi muuta satelliittia. Satelliitit lentävät samalla radalla vain joidenkin minuuttien päässä toisistaan, jolloin ne voivat tutkia samoja alueita allaan kaikkiaan 15 erilaisella mittalaitteella. Eräs satelliiteista on vuonna 2004 laukaistu Aura, missä on hollantilais-suomalaisena yhteistyönä tehty otsonimittauslaite OMI (Ozone Monitoring Instrument). OCO-2 on nimessään olevasta kakkosesta huolimatta ensimmäinen vastaava satelliitti avaruudessa, sillä alkuperäisen OCO-satelliitin laukaisu epäonnistui vuonna 2009.

Tiedoista apua myös ilmastonmuutostutkimuksessa

Ilmatieteen laitos tulee myös osallistumaan OCO-2 -mittausten hyödyntämiseen ilmastotutkimuksessa. Ilmakehän pitoisuushavaintoja käytetään globaaleissa mallisimulaatioissa, joissa arvioidaan hiilidioksidin lähteiden ja nielujen suuruutta ja sijaintia. Hiilidioksidin lähteiden ja nielujen ymmärtämiseen liittyy vielä epävarmuuksia, joihin uudet mittaukset tuovat lisätietoja. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuudet ovat kasvaneet jatkuvasti teollistumisesta lähtien. Kasvihuonekaasujen määrän lisääntyminen vaikuttaa ilmastoon ja aiheuttaa sen lämpenemistä. OCO-2-satelliitti tulee mittaamaan hiilidioksidin määrää ilmakehässä kattaen maantieteellisesti koko maapallon. Mittaustietoa käytetään selvitettäessä hiilidioksidin lähteitä ja nieluja maapallolla, jotta voidaan paremmin ennustaa ilmastonmuutoksen etenemistä ja vaikutuksia.

Teksti perustuu Ilmatieteen laitoksen 24.6.2014 julkaisemaan tiedotteeseen.

Video OCO-2:n laukaisusta:

Jari Mäkinen

Nasan avaruusluotain Cassini ja sen kylkeen kiinnitetty eurooppalainen Huygens -laskeutuja saapuivat perille Saturnuksen luokse heinäkuun 1. päivänä vuonna 2004. Cassinin päämoottori ärähti käymään klo 05:48 aamulla Suomen aikaa ja kaksikko asettuivat kiertämään rengasplaneettaa.

Takana oli seitsemän vuotta kestänyt lento ja edessä nelivuotinen tournee Saturnuksen ympärillä. Neljä vuotta meni tosin nopeasti ja nyt takana on jo kymmenen vuotta huimaa tutkimusmatkaa. Cassini on edelleen toiminnassa, eikä lennolle näy vielä loppua.

Viimeinen jättiläinen

Vierailin kesällä 1996 Jet Propulsion Laboratoryssä, Nasan planeettalennoista vastaavassa keskuksessa. Tuolloin huomio oli kuitenkin Marsissa, sillä Mars Pathfinder oli juuri laskeutunut punaiselle planeetalle ja lähettänyt sieltä ensimmäisiä kuvia sitten 70-luvun Vikingien. Mars Pathfinder oli silloisen Nasan johtajan Daniel Goldinin uuden politiikan ensimmäinen edustaja: se oli nopeammin tehty, pienempi ja aikaisempia huomattavasti edullisempi luotain. Pathfinder viitoitti tietä tulevaisuuteen ja julisti vanhan ajan loppua: aikaisemmin suuri osa luotaimista oli mutkikkaita ja kalliita, ne lensivät pitkään avaruudessa ja niihin oli kasattu mukaan mahdollisiman monta erilaista tutkimuslaitetta - ne olivat monitieteellisiä observatorioita, joiden suunnitteluun, rakentamiseen ja testaamiseen jo ennen avaruuteen laukaisua kului helposti vuosikymmen.

Samalla kun Pathfinderin nuoret tutkijat iloitsivat onnistumisestaan, suuren ja kalliin saturnusluotain Cassinin projektipäällikkö Charles Kolhase varautui jo jäämään eläkkeelle. JPL:n erään legendan takana oli pitkä historia monien erilaisten luotaimien parissa 60-luvulta alkaen, mutta kuten aina, oli viimeisin projekti hänen lempilapsensa.

"Tämä on viimeinen suuri avaruusluotain", totesi Kolhase JPL:n puhdastilassa, missä kävimme luotainta katsomassa, "ainakin se on viimeinen sellainen pitkään aikaan. Syynä tähän ei ollut vain uusi politiikka, vaan myös käytännön syyt, sillä kun Saturnukseen kerran mennään, niin sinne kannattaa lähettää kerralla isompi alus, minkä lisäksi pitkään matkaan tarvitaan kookas alus."

Uusi tekniikka on hieman muuttanut tätä näkemystä, mutta Cassinin suunnittelun aikaan ei nykyelektroniikka ollut kuin haavetta vain. Nyt 2010-luvun puolivälissä on edelleen todennäköistä, ettei Cassinin tapaisia luotaimia ole tulossa vähään aikaan edelleenkään – nyt tosin suurin syy on budjettien pienuudet.

Cassinin juuret ovat 80-luvun puolivälissä, jolloin kolmen luotaimen Saturnuksen ohilennot olivat vielä tuoreessa muistissa. Pioneer 11 sekä Voyagerit 1 ja 2 suhahtivat planeetan ohitse vajaan vuoden välein vuosien 1979 ja 1981 välissä, minkä seurauksena tutkijoilla oli suuri into lähteä tutkimaan Saturnusta paremmin. Se oli myös seuraava looginen etappi, sillä Jupiterin lähteväksi oli jo tekeillä Galileo, Venusta tutkimaan oli tekeillä tehokas tutkaluotain ja Marsia varten oli omat suunnitelmansa.

"Cassinin tarina alkoi vuonna 1986 Grazissa, Itävallassa, pidetyssä kokouksessa. Meitä oli amerikkalaisia ja eurooppalaisia, ja päätimme ehdottaa amerikkalaiseurooppalaiseksi yhteisluotaimeksi projektia nimeltä 'Saturnuksen kiertolainen ja Titanin sondaaja', eli aika pitkälti kyse oli toteutuneesta luotaimesta. Hyvin nopeasti pääsimme työnjakoon, jossa Nasa tekisi emoaluksen ja eurooppalaiset Titanin laskeutujan."

Kyse on tosiaankin nykyisiin luotaimiin verrattuna suuresta aluksesta: laukaisun aikaan kokonaisuus painoi lähes kuusi tonnia, mistä laskeutujan massa oli 320 kiloa ja itse Cassinin massa oli noin 5,3 tonnia. Cassinin lähtöpainosta 3,1 tonnia oli polttoainetta, jota tarvittiin Saturnuksen kiertoradalle asettumiseen ja ratamuutoksiin niin planeettojenvälisen lennon aikana kuin Saturnuksen ympärilläkin. Puhdastilassa seisoessaan kullanväriseen lämpösuojaan kääritty alus kohosi kannattimensa päällä noin kymmenen metrin korkeuteen ja sen huipulla hohtava valkoinen antenni oli neljä metriä halkaisijaltaan.

"Siinä on 12 kilometriä johtoa ja 20 000 sähköliitosta", totesi Kolhase ja siirsi sivummalle Italian lipulla varustettua laatikkoa. 3,4 miljardia dollaria maksaneen luotaimen antenni on italialainen.

Mutkikas matka rengasmaailmaan

Kaliforniasta Cassini sai kyydin lentokoneella Kennedyn avaruuskeskukseen, mistä se ammuttiin suuren huudon säestyksellä matkaan 15. lokakuuta 1997. Suuri huuto johtui siitä, että luotaimen sähkönlähteinä on kolme ydinparistoa, ja Cassinin laukaisua vastaan oli järjestetty useita mielenosoituksia. Jopa oikeus pohti laukaisun laillisuutta, mutta antoi luvan luotaimen lähettämiseen. Alun perin 13. päiväksi suunniteltua laukaisua jouduttiin lykkäämään kahdella vuorokaudella kovien tuulien vuoksi, mutta viimein suuri Titan IV/B ja sen ylemmäksi vaiheeksi asennettu Centaur pääsivät toimeen ja lähettivät Cassinin hienosti matkaan.

Ensi alkuun Cassini suunnisti ulkoaurinkokunnan sijaan kohti Venusta, jolta se anasti hieman vauhtia gravitaatiolinkoamisen avulla keväällä 1998. Sen jälkeen se ohitti Venuksen toistamiseen kesällä 1999 ja vielä Maan paria kuukautta myöhemmin, ennen kuin sillä oli tarpeeksi vauhtia nousta ylemmäs aurinkokunnassa. Joulukuun lopussa vuonna 2000 Cassini ohitti vielä Jupiterin, joka tuuppasi sitä osaltaan kohti seuraavaa planeettaa, määränpää Saturnusta.

Perille Saturnukseen Cassini saapui 1.7.2004. Luotain lähestyi Saturnusta sen rengastasojen alapuolelta, käänsi lautasmaisen suurtehoantenninsa eteenpäin kilveksi pölyhiukkasten iskeytymistä vastaan, kun se kulki ensin rengastason läpi klo 05:03 Suomen aikaa F- ja G-renkaiden välisestä aukosta. Noin 25 minuuttia myöhemmin, klo 05:36 Suomen aikaa, luotain käynnisti toisen kahdesta päämoottoristaan ja piti sen käynnissä 96,4 minuuttia päästäkseen Saturnusta kiertävälle radalle.

"Se oli upea tunne", kertoi Cassinin silloinen päätutkija Dennis Matson noin kolmen viikon päästä tapahtumista Pariisissa pidetyssä avaruuskokouksessa.

"Seurasimme tapahtumia Cassinin lähettämän kantoaallon doppler-siirtymän avulla ja kun signaali näytti polton alkaneen, niin en voi kuvatakaan kuinka iloisia olimme. Lennolla on oikeastaan ollut kaksi näin tärkeää hetkeä, laukaisu ja Saturnukseen saapuminen, ja kaikki on sujunut erinomaisesti!"

Cassini lensi siis renkaiden läpi ja oli lähimmillään vain noin 19 000 kilometrin etäisyydellä Saturnuksen pilvien päällä. Saapuminen rengasplaneettaa kiertämään oli erinomainen tilaisuus monien havaintojen tekemiseen: luotain mittasi sähkö- ja magneettikenttää, otti kuvia renkaista ja niiden ympäristöstä, sekä lähetti tietonsa mahdollisimman pian Maahan. Tarkimmat ja parhaimmat kuvat rengassysteemistä tehtiin kun luotain lensi vain muutamia tuhansia kilometrejä niiden yläpuolella.

Renkaat - uusiutuva luonnonvara?

Cassini kuvasi renkaita vain mustavalkokuvina, jotta se ennätti ottamaan useampia kuvia. Näistä näkyvän valon alueella otetuista kuvista ei suoranaisesti löytynyt mitään uutta, vaan ainoastaan ne näyttivät konkreettisesti sen, miten renkaiden oletettiinkin käyttäytyvän, kuinka kuut muovaavat niitä ja miten yksittäisen renkaat sekoittuvat toisiin muodostaen kauniita aaltomaisia kuvioita.

"Olen tutkinut Saturnuksen renkaita 14 vuoden ajan, enkä uskonut enää yllättyväni mistään, mutta nämä kuvat ovat niin tarkkoja ja teräviä, että niiden näkeminen on hurjaa", selitti Cassinin kameran kuvien tutkimusryhmän johtaja Carolyn Porco heti kuvien saapumisen jälkeen.

Renkaiden ultraviolettikuvia tutkinut Coloradon yliopiston Larry Esposito esitti innoissaan Pariisin kokouksessa tuoreita värillisiä kuvia renkaista. Niissä värit edustavat eri ultravioletin taajuuksia, joten värit eivät ole luonnollisia, mutta antavat hyvän kuvan renkaiden olemuksesta. "Kuvat ovat ihmeellisiä, lähes psykedeelisiä, täynnä värejä. Luonnollisestikin laitoimme värit itse näyttääksemme vesijään sijainnin, mutta olimme yllättyneitä kuinka paljon renkaissa on variaatioita jo pelkästään tässä suhteessa."

"Renkaissa on eri ikäisiä ja koostumukseltaan erilaisia kappaleita, ja ne ovat keskittyneet eri osiin rengasta", kertoi Esposito ja selitti tarkemmin: "vesijäätä pääasiallisesti sisältävät kappaleet ovat renkaiden ulko-osissa ja raskaampia aineita sisältävät sisempänä. Samoin kappaleet, joista renkaat muodostuvat, muuttuvat etäisyyden mukaan pienemmiksi, eli suuremmat kappaleet ovat sisempänä." Uusien havaintojen mukaan renkaat muodostuvat pääosin hyvin hienojakoisesta aineesta, kuin puuterimaisesta lumesta, suurempirakeisiin kappaleisiin, jotka vastaavat paakkuuntunutta riisipuuroa. Lisäksi mukana on siellä täällä muutamia suurempia kappaleita.

Esposito arvelee, että renkaat ovat keskimäärin varsin nuorta ainetta, koska ne ovat jatkuvassa syntymän ja tuhoutumisen kierteessä. "Suuremmat kappaleet törmäilevät toisiinsa ja murskaantuvat pienemmiksi. Pienemmät kappaleet nousevat renkaissa kauemmaksi planeetasta, joten renkaat pyrkivät laajenemaan, mutta samalla magneettikenttä kaitsii laajenemista. Kyse on jauhautumisesta sekä magneettikentän ja renkaiden välisestä taistelusta."

Vaikka lähiohituksen aikana renkaista saatiin paljon kauniita ja yksityiskohtaisia kuvia, on enemmän tietoa luvassa vasta myöhemmin. "Tulemme seuraamaan erityisen tarkasti F-rengasta ja mitä kaikkea siinä tapahtuu", kertoo Esposito ja huomauttaa, että kiinnostavimmat havainnot olivat vasta tulossa. "Tähdenpeitot ovat erittäin hyviä tapoja renkaiden tutkimiseen ja niitä on tulossa paljon." Niin on tullutkin: renkaat ovat paljastuneet aktiivisiksi ja dynaamisiksi rakenteiksi, jotka käyttäytyvät vähän kuin muodostumassa oleva planeettakunta.

Renkaiden olemuksen lisäksi Cassini on kuvannut tarkasti Saturnuksen pohjoisnavalla olevaa outoa kulmikasta myrskykeskusta ja löytänyt hurrikaaneja molemmista napa-alueista. Saturnuksessa oli myös kummallinen suuri myrskyalue vuosina 2010-2011, ja Cassini pääsi tutkimaan sitä aitiopaikalta.

Yllättävä kuukatras

Renkaiden lisäksi toinen Saturnuksen herkku on Titan, planeetan kokoinen kuu, jota peittoaa kaasukehä. Cassinin mukana Saturnukseen ratsastanut eurooppalainen Huygens laskeutui Titaniin 14. tammikuuta 2005, ja paljasti todella omalaatuisen maailman – jo pelkkä laskeutuminen Titaniin olisi jo sinällään ollut lennon väärti!

Sen jälkeen Cassini on luonnollisesti tutkinut Titania runsaasti: se on Maan kaltainen, jatkuvasti muuttuva maailma, missä on jokia, sadetta, järviä ja meriä. Siitä voisi kirjoittaa niin paljon, että se kannattaa jättää toiseen kertaan...

Myös muut kuut ovat yllättäneet. Etenkin aktiivinen, jäisiä kaasusuihkuja avaruuteen puhaltava Enceladus ja kaksinaamainen mustavalkoinen Iapetus osoittautuivat lähes kokonaan odotettua omituisemmiksi.

Alkuperäiseen, nelivuotiseksi suunniteltuun kiertokäyntiin Saturnuksen ympärillä kuului 76 eri kiertorataa ja 45 Titan-kuun ohilentoa. Nyt kuiden ohilentoja on tehty kaikkiaan 132 ja kiertorataa on muutettu jopa 291 kertaa.

Jo ennen laukaisua oltiin varsin luottavaisia siihen, että Cassini jatkaa työtään neljän vuoden jälkeenkin. "Silloinhan se on kuin vanha auto, joka tarvitsee vain vähän bensaa toimiakseen", vertasi Kolhase luotaimen kustannuksia tuolloin. Tuskin kukaan kuitenkaan uskalsi edes toivoa sitä, että Cassini olisi näin hyvässä kunnossa vielä 10 vuoden jälkeen.

Lentoa jatkettiin virallisesti kesällä 2008 ja uudelleen vuonna 2010. Nyt suunnitelmissa on tehdä luotaimella yhä uskaliaampia renkaiden ohilentoja ja ohjata luotain syöksymään Saturnukseen vuonna 2017. Silloin sen polttoaine alkaa viimeistään olla jo niin lopussa, että loppu olisi lähellä joka tapauksessa.

Nasan mukaan kymmenen Saturnuksessa vietetyn vuoden aikana Cassini on kerännyt 514 gigabittiä tietoa, ottanut 332000 kuvaa ja löytänyt seitsemän uutta kuuta. Tutkijat 26 eri maasta ovat julkaisseet yli 3000 tieteellistä julkaisua Cassinin tulosten pohjalta ja lisää tulee koko ajan.

Cassini ja Huygens

Cassini- ja Huygens-alukset on nimetty kahden Saturnusta tutkineen tähtitieteilijän mukaan.

1600 -luvulle saakka Saturnus oli vain valopiste taivaalla ja samalla tunnetun aurinkokunnan uloin planeetta. Kun Galileo Galilei suuntasi noin vuonna 1610 kaukoputkensa taivaalle, hän havaitsi heti Saturnuksen erilaisuuden muihin planeettoihin verrattuna. Saturnuksella oli ikään kuin korvat - olivatko ne oikeat ulokkeet vai kaksi kuuta, sitä ei Galilei pystynyt havaitsemaan. Sen sijaan hollantilainen Christiaan Huygens keksi vuonna 1655, että nimenomaan suuret renkaat tekevät Saturnuksesta pienellä kaukoputkella katsottaessa hieman erikoisen näköisen. Planeetalla on ympärillään renkaat , jotka näkyvät kahtena kuuna tai korvina planeetan molemmilla puolilla. Renkaiden olemuksen keksimisen lisäksi Huygens löysi Saturnuksen suurimman kuun, Titanin.

Pariisin tähtitornin johtaja Jean-Dominique Cassini pani 1600-luvun loppupuolella paremmaksi. Suuremmilla havaintolaitteillaan hän huomasi vuonna 1675 renkaiden koostuvan ainakin kahdesta osasta ja hän löysi lisäksi useita Saturnuksen kuita.

Rengasplaneetta Saturnus

Saturnus on tyypillinen uloimman aurinkokunnan kaasuplaneetta. Siksi sillä ei ole lainkaan kunnollista pintaa, vaan Saturnusta katsoessa näemme planeetan ilmakehän pilvikerroksen. Tuo pilviverho on Jupiterista poiketen varsin vaisu, sillä siinä ei näy edes luotainkuvissa muuta kuin heikkoja vöitä ja raitoja, sekä jokunen pieni pilkkumainen pyörremyrsky. Tuuli puhaltaa Saturnuksen päiväntasaajalla jopa 500 metrin sekuntinopeudella.

Kaasuplaneettojen tapaan Saturnus on varsin harva, sillä vaikka sen sisälle mahtuisi yli 700 maapalloa, on sen massa kuitenkin vain 95 Maan massaa. Lämpötila Saturnuksen ilmakehässä on matalimmillaan -179°C.

Renkaat ovat luonnollisesti huomiota herättävin Saturnuksen osa, vaikka ne painavat vain noin kymmenesmiljoonasosan koko planeetan massasta; jos kaikki renkaissa oleva aine kerättäisiin yhteen kasaan, saisimme kokoon 500 km läpimitaltaan olevan jääpallon. Tämä ei ole paljon, sillä itse Saturnuksen läpimitta on 109 400 km ja renkaat itsessäänkin ovat 70000 km leveät. Paksuutta renkailla on kuitenkin vain noin parisataa metriä, minkä vuoksi niitä ei voi havaita lainkaan silloin, kun ne osoittavat suoraan Maahan. Renkaat koostuvat lukemattomista pienistä jääkimpaleista, joiden koko vaihtelee tyypillisesti senttimetrin ja millimetrin välillä, vaikkakin joukossa on myös auton ja jopa parin kilometrin kokoisia suurempia kappaleita.

Titan puolestaan on monessa suhteessa kuin ammoinen maapallo, tai niin ainakin uskotaan. Kooltaanhan tämä kuu on itse asiassa lähes planeettaluokkaa, sillä se on läpimitaltaan 5150 kilometriä. Titanin tunnuspiirre on metaani, vaikka sitä on vain noin 1% kaasukehästä - loput 99% on typpeä. Tuo vähä metaani muuttuu koko ajan auringon säteilyn vuoksi typeksi ja vedyksi, joka karkaa kuitenkin avaruuteen. Typpi puolestaan jää ilmakehään ja muodostaa metaanin kanssa monimutkaisempia yhdisteitä, joista osa valuu kuun pinnalle aivan samaan tapaan, kuin tapahtui ammoin maapallolla. Kylmyyden vuoksi pinnalla ei vain ole vettä kuten oli maapallolla, vaan pinnalla on metaanijärviä tai jopa meriä.

Jari Mäkinen

Ilmatieteen laitoksen tutkijan Pekka Janhusen keksimä sähköpurje on askeleen lähempänä oikeaa käyttöä, kun NASA valitsi 5. kesäkuuta edelleen kehitettäväksi 12 uudenlaista avaruusluotainhanketta. Mukana on sähköpurjetta käyttävä, aurinkokunnan ulko-osia tutkiva luotainidea.

Nämä kuuluvat ns. NIAC-ohjelmaan (NASA Innovative Advanced Concepts), missä tarkoituksena on hahmotella uusia tekniikoita tulevaisuuden avaruushankkeissa käytettäviksi. Nyt valitut suunnitelmat eivät pääse kaikki taivaalle, vaan niille annetaan tässä vaiheessa 100 000 dollaria rahaa ja noin vuoden päivät aikaa jatkokehittelyä varten. Näistä valittaville hankkeille annetaan lisärahoitusta ja -aikaa, ja näistä lopulta valittavat pääsevät mahdollisesti lentoon.

Vaikka matkaa toteutukseen on vielä paljon, on kyseessä kuitenkin suuri askel eteenpäin suomalaiskehitteiselle sähköiselle aurinkotuulipurjeelle. Sen ideana on poikkeuttaa sähköisesti varattujen liekojen vaikutuspiiriin tulevia aurinkotuulen protoneja. Jokainen protoni antaa pienen impulssin ja kokonaisuutena saadaan aikaan jatkuva työntövoima.

Paitsi että purjeella saadaan ikään kuin ilmaista työntövoimaa Auringosta, pystytään tekniikalla ainakin periaatteessa saavuttamaan kolme (tai jopa neljä) kertaa suurempia nopeuksia kuin parhailla nykyisillä rakettimoottoreilla. Erityisen hyvin sähköpurje soveltuisi siis kevyisiin luotaimiin, joilla pitäisi lentää nopeasti ja kauas.

Nyt NASAn jatkoon valitsema, sähköpurjetta hyödyntävä HERTS -luotain on juuri tällainen: Heliopause Electrostatic Rapid Transit System (HERTS) on Aurinkoa tähtienvälisessä avaruudessa ympäröivää aluetta tutkiva alus, joka voisi lentää aurinkokunnan ulko-osiin ja sen ulkopuolellekin jo aikavälillä 2025-2030. Lennon tärkein tehtävä olisi tutkia heliopaussia, eli aluetta, joka erottaa aurinkokunnan ja tähtienvälisen avaruuden toisistaan.

"NASAn Marshallin avaruuslentokeskuksen tutkijat olivat tutustuneet sähköpurjekonseptiin julkaisujemme perusteella, ja olivat olleet alkuun terveen skeptisiä, mutta nyt uskovat siihen ja haluavat saada sen lentämään", kertoo Pekka Janhunen, joka on mukana hankkeessa ulkoisena neuvonantajana.

"Aika näyttää, miten HERTS etenee, mutta ainakin tässä vaiheessa innostus siellä Tennessee-joen varrella kova!"

ESTCube-1 ja Aalto-1 testaavat periaatetta

Parhaillaan avaruudessa oleva virolainen ESTCube-1 -satelliitti tulee testaamaan sähköpurjeen periaatetta ensimmäisenä avaruudessa, ja myös ensimmäinen kokonaan suomalainen satelliitti Aalto-1 tulee tutkimaan sen periaatteen toimivuutta.

Aalto-yliopiston opiskelijaprojektina toteutetulle Aalto-1:lle etsitään parhaillaan sopivaa (ja edullista) laukaisua, mutta ESTCube on kiertänyt Maata jo yli vuoden päivät. Satelliitti ei ole vielä vapauttanut sähköpurjeen ideaa testaavaa liekaa, koska sen asennonsäätöjärjestelmä ei ole toiminut aivan odotetulla tavalla. Vaikka koe periaatteessa olisi voitu jo toteuttaa, halutaan satelliitin pyörimisen tasaisuutta vielä parantaa ennen liekakokeen aloittamista, jotta kokeen onnistumistodennäköisyys olisi mahdollisimman suuri.

Siinä missä lopullinen sähköpurje koostuisi mahdollisesti jopa 30 kilometriä pitkistä, avaruusaluksesta ulospäin sojottavista sähköjohdoista, on näissä kahdessa nanosatelliitissa mukana vain yksi johdin, lieka, jonka käyttäytymistä mitataan. Lähellä Maata lentävissä satelliiteissa lieat eivät pääse aurinkotuuleen, koska ne ovat vielä Maan magneettikentän suojassa. Sähköisesti varattuja liekoja käytetään sen sijaan plasmajarruina, jotka vähitellen laskevat satelliittien rataa.

Niinpä periaatetta voidaan käyttää kauas nopeasti lentämisen lisäksi matalan radan satelliiteissa jarruna: ne voitaisiin aktivoida satelliitin käytön päätyttyä, jolloin lieka toisi satelliitin automaattisesti alemmaksi ja lopulta tuhoutumaan Maan ilmakehässä. Näin laitteisto voisi auttaa avaruusromun määrän vähentämisessä.

Jari Mäkinen

Eilen julkistettu tutkimus kertoo, että Maata ympäröivät säteilyvyöhykkeet ovat aivan erilaisia kuin oletettiin. Niiden sisällä on rakenne, joka muistuttaa sekaisin kiertyvää raitapintaa.

Vaikka pilvetön taivas näyttää hyvin rauhalliselta, on planeettamme ympäristö oikeasti hyvin vilkas paikka. Maan magneettikenttä on napannut vangikseen Auringosta peräisin olevia suurienergisiä protoneita ja elektroneita, jotka esimerkiksi täällä pohjoisessa synnyttävät ilmakehään iskeytyessään revontulia.

Näistä hiukkasista on myös muodostunut maapallon ympärille runsaan säteilyn vyöhykkeitä, jotka tunnetaan van Allenin vöinä. Ne löydettiin tammikuussa 1958 ensimmäisellä amerikkalaisella satelliitilla, Explorer 1:llä, missä oli mukana professori James van Allenin tekemä säteilymittari. Niinpä näitä säteilyalueita kutsutaan van Allenin vöiksi.

Myöhemmät mittaukset kartoittivat näitä säteilyalueita, ja ne paljastivat, että vöitä on itse asiassa kaksi. Sisempi ja voimakkaampi kostuu pääasiassa protoneista ja sijaitsee 2000 – 6000 kilometrin korkeudessa päiväntasaajan päällä. Ulompi vyö on 10 000 – 65 000 kilometrin päässä ja koostuu ennen kaikkea elektroneista.

Avaruusalusten kannalta säteilyalueet ovat ikäviä, koska voimakas säteily häiritsee elektroniikan toimintaa ja heikentää nopeasti aurinkopaneelien sähköntuottoa. Niinpä satelliitit ja luotaimet koitetaan lennättää mahdollisimman nopeasti vöiden läpi. Apollo-lennoillakin suuri osa koko lennon aikana astronauttien saamasta säteilyannoksesta tuli juuri van Allenin vöiden alueelta.

Sen sijaan NASAn vuonna 2012 laukaisemat kaksi pientä säteilyvöitä tutkimusluotainta pysyttelivät säteilyssä ja nyt näiden luotainten mittaustuloksista on julkaistu kiinnostava artikkeli. Eilen 20. maaliskuuta Naturessa ilmestynyt tutkimus kertoo, että säteilyvyöt ovat rakenteeltaan solmussa.

Kaksiulotteisena kuvana ilmiö näyttää aivan raidoilta, jotka menevät sykkyrään. Kuvio näyttää hiukkasten energeettisyyttä eri korkeuksilla. Syynä rakenteen solmuuntumiseen on todennäköisesti Maan hidas pyöriminen, vaikka aikaisemmin pyörimisliikkeen arveltiin olevan aivan liian hidasta, jotta se vaikuttaisi säteilyvöihin. Mikäli säteilyssä olisi jonkinlainen rakenne, tutkijat olettivat sen johtuvan varmasti aurinkotuulesta – Auringosta koko ajan ulospäin virtaavasta varattujen hiukkasten vuosta – ja sen vuorovaikutuksesta Maan magneettikentän kanssa.

Nyt havaitut rakenteet olivat selviä myös aurinkotuulen ollessa hyvin heikkoa, joten syypää oli selvästi aurinkotuulen sijaan Maan pyöriminen.

Maan magneettikenttä pyörii Maan mukana, mutta koska Maan pyörimisakseli ei ole samassa suunnassa magneettisen akselin kanssa (magneettiset pohjois- ja etelänavat eivät ole samat kuin maantieteelliset navat), saa tämä ero akselien suunnassa aikaan oskillaation säteilyvöiden sähkökentässä, mikä vääntää vöiden rakenteen mutkalle.

Naturen artikkelin pääkirjoittaja Aleksandr Ukhorski, Johns Hopkins -yliopiston sovelletun fysiikan laboratorion tutkija, kuvaakin elektronien liikettä säteilyvyössä samalla tavalla kuin eri tiheyksisten nesteiden sekoittumista toisiinsa.

"Satelliiteissa olleet energeettisten hiukkasten mittarit ovat niin tarkkoja, että pystyimme mittaamaan sisemmän säteilyvyön elektronien liikkeitä paljon tarkemmin kuin aikaisemmin ja löytämään sieltä ilmiön, mistä emme aiemmin tienneet mitään", sanoo luotainten tieteellinen johtaja David Sibeck. "Tämä oli myös tapaus, missä täysin uudenlaisten havaintojen ymmärtämiseen tarvittiin kovaa teoreettista työtä."

Ukhorski oli yksi näistä teoreetikoista, jotka heittäytyivät tulkitsemaan havaintoja. "Oli hämmästyttävää huomata kuinka uudet havaintotiedot voivat muuttaa Maan lähiavaruuden fysikaalisten ominaisuuksien ymmärtämistä näinkin nopeasti ja perusteellisesti."

Seepraraitojen ilmestyminen säteilyvyöhön animaationa (värit ovat luonnollisesti vain visualisointia varten):

Uutislähde on Nasan eilen julkaisema tiedote.

Elämän merkkejä Mars-meteoriitissa?

Jari Mäkinen

Tällä kertaa Nasa ei tee samaa virhettä kuin pari kertaa aikaisemmin, jolloin se julkaisi rumpujen soidessa tiedotteita Marsista peräisin olleista meteoriiteista löytyneistä merkeistä, jotka voisivat olla peräisin elämästä. Uutiset nousivat vieläkin suuremmiksi sitten tiedotusvälineiden julistaessa Marsin elämän löytyneen.

Päinvastoin, nyt meteoriittitutkija Everett Gibsonin ja hänen työryhmänsä uusimmasta löydöstä on oltu aika hiljaa, vaikka se on lähes yhtä kiinnostava kuin tunnetuin kohujuttu vuodelta 1996. Silloin David McKay, ja Kathie Thomas-Keprta julkaisivat Science -lehdessä tutkimuksensa biologisista merkeistä meteoriitissa nimeltä Allan Hills 84001(ALH84001).

Tälläkin kerralla Nasan Johnsonin avaruuskeskuksessa ja Jet Propulsion Laboratoryssä työskentelevät tutkijat ovat löytäneet mahdollisesti veden ja biologisten prosessien aikaan saamia merkkejä meteoriitista, joka on eittämättä periäisin Marsista. Tutkijakunnassa tämä helmikuun Astrobiology -lehdessä julkaistu tutkimus on ennättänyt jo herättämään innostusta. Pääkirjoittajana artikkelissa on Lauren White, myös JPL:n tutkija.

Ryhmä on tutkimut lähes 14 kiloa massaltaan olevaa meteoriittia, mikä lähemmin katsottaessa – maanpäällisten kivien tapaan – kertoo varsin hyvin oman historiansa: se tiivistyi noin 1,3 miljardia vuotta laavasta Marsin pinnalla ja sinkoutui sieltä ulos avaruuteen noin 12 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneessa törmäyksessä. Jokin kappale avaruudestä iskeytyi Marsin pintaan ja samalla suuri määrä Marsin pinta-ainetta lensi avaruuteen ja pakeni pinenen planeetan painovoimakentästä. Tämä meteroriittipalanen päätyi lopulta radallaan kohtauskurssillle maapallon kanssa ja putosi Etelämantereelle noin 50 000 vuotta sitten. Japanilainen tutkimusryhmä löysi tämän tumman meteoriitin valkealta lumipinnalta Yamato -jäätiköltä vuonna 2000.

Meteoriitti tunnistetaan selvästi marsilaiseksi, koska sen sisältämien silikaattimineraalien koostumus vastaa Marsia (eikä esimerkiksi Maan tai Kuun pintaa) ja sen pienissä huokosissa oli Marsin kaasukehän kaasuja.

Kun sen rakennetta tutkittiin tarkemmin, meteoriitista havaittiin kaksi erityisen kiinnostavaa yksityiskohtaa.

Ensinnäkin siinä näyttää olevan jäänteitä savesta. Meteoriitin sisällä olevien halkeamien sisäpinnat ja kulmat eivät ole teräväreunaisia, vaan pyöristyneitä samaan tapaan kuin maanpäällisissa kivinäytteissä, jotka ovat olleet savisen, bakteeripitoisen veden kanssa tekemisissä.

Toiseksi meteoriitissa on alle millimetrin kymmenesosan kokoisia pikku palleroita, jotka poikkeavat ylä- ja alapuolellaan olevista karbonaatti- ja silikaattikerroksista. Pallerot ovat hyvin hiilipitoisia, kun taas niiden ympärillä on pääosin iddingsiitti -nimistä mineraalia. Se on silikaattimineraali oliviinin muuttumistulos, jota tavataan maapallolla oikeastaan vain paikoissa, missä aine on ollut tai on hyvin kosteassa paikassa. Siis kun oliviinia tai sen johdannaista löytyy jostain, on ensimmäinen ajatus "tämä on ollut kosketuksissa veden kanssa".

Vaikka nämä eivät ole suoria merkkejä elämästä, eivät edes yksinkertaisista elämästä, ne tukevat kuvaa nuoresta Marsista, jonka pinnalla on ollut paitsi vapaasti virtaavaa vettä, niin myös otolliset olosuhteet elämän kehittymiselle.

Tutkijat toteavatkin diplomaattisesti Nasan tiedotteessa, että "tulokset voivat johtua hyvinkin abioottisista mekanismeista, siis kemiallisista ja fysikaalisista tekijöistä, jotka eivät ole elollisia, mutta koska havainnot ovat muodoltaan ja koostumukseltaan hyvin samanlaisia kuin biogeenisesti (siis eloperäisesti) muotoutuneissa maanpäällisissä näytteissä, on olemassa kiehtova mahdollisuus siihen, että nämä marsilaiset löydökset ovat biologisen aktiviteetin muodostamia."

Tässä sinällään ei enää ole mitään uutta, sillä Marsia tutkivat robottikulkijat ovat myös löytäneet jo runsaasti merkkejä siitä, että punaisen planeetan pinnalla on ollut vettä ja mahdollisesti elämään. Mutta niin kauan kuin varsinaista elämää tai suoranaisia kuolleita bakteereita tai isompia olioita, ei löydy, on elämä Marsissa vain teoriaa. Saattaa olla, että huomenna joku Mars-kulkijoista äkkäisi pinnalta fossiilin...

Yllä olevasa kuvassa on vasemmalla Mars-meteoriittinäytteestä (ei tästä kyseessä olevasta) löytyneitä mikroskooppisia palluroita, jotka ovat oliviinin tyyppistä mineraalia. Oikealla on puolestaan Opportunity -kulkijan laskeutumispaikaltaan löytämiä "mustikoita", pieniä sinertäviä palluroita, jotka ovat pääosin hematiittia, erästä rautapitoista veden kanssa reagoinutta mineraalia. Palluroita on löytynyt Marsista pääasiassa kivien sisältä.

Uusi asteroidi uhkaa ja ei uhkaa

Jari Mäkinen

Nasa julkisti viime viikolla löytäneensä uuden, aiemmin tuntemattoman maapalloa mahdollisesti uhkaavan asteroidin. 2013 YP139 on noin 650 metriä kooltaan oleva pikkuplaneetta, joka on parhaillaan noin 43 miljoonan kilometrin päässä radallaan, joka saattaa tuoda asteroidin aikanaan joskus satojen vuosien päästä jotakuinkin Kuun etäisyydelle Maasta. Ottaen huomioon virhemarginaalin ja pitkän ajan aikana mahdollisesti tapahtuvat muutokset radassa, on 2013 YP139 mahdollisesti meitä uhkaava aurinkokunnan pienkappale.

Tärkein uhka ja syy siihen, miksi asteroidi nousi nyt uutisiin, on kuitenkin Nasan rahoitus: budjettileikkausten vuoksi Nasan asteroidihavainto-ohjelma on uusien havaintolaitteiden sijaan ottanut käyttöön jo käytöstä poistetun, vanhan WISE-nimisen infrapunateleskoopin. Tämä 40 cm halkaisijaltaan olevalla kaukoputkella varustettu satelliitti laukaistiin avaruuteen joulukuussa 2009 ja se kartoitti tarkasti taivaan 10 kuukauden aikana neljällä eri infrapunasäteilyn aallonpituudella. Kun kameralaitteistojen jäähdytämiseen käytetty nestehelium loppui, teleskooppia ei alkuperäisen suunnitelman mukaan sammutettukaan heti, vaan sen käyttöä jatkettiin asteroidien metsästämiseen: nimi WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) muuttui NEOWISEksi (Near-Earth Object WISE), eikä hiipunut helium haitannut nyt siinä määrin asteroidien paikkahavaintojen tekemistä.

Teleskooppi jouduttiin kuitenkin säästösyistä laittamaan horrokseen helmikuussa 2011, jolloin se oli jo ennättänyt löytämään 38 000 aiemmin löytymätöntä asteroidia – mukana olivat myös niin sanotut Maan troijalaiset asteroidit (jotka kiertävät Aurinkoa samalla radalla ja resonanssissa Maan kanssa Lagrangen pisteissä L4 ja L5). Havaituista asteroideista 135 oli niin sanottuna NEO-asteroideja, Maan lähelle jossain vaiheessa tulevia ja siten mahdollisesti meitä uhkaavia pikkuplaneettoja.

NEOWISE otettiin uudelleen käyttöön syyskuussa 2012 pienellä budjetilla, mutta sen toiminta loppuu jälleen tämän vuoden loppupuolella, mikäli rahoitusta ei saada lisää. Niinpä Nasa uutisoi löydetystä uudesta asteroidista tavallista näkyvämmin.

Kuva: NEOWISE-teleskooppi

Paljon pikkuplaneettoja, mutta pieni uhka

Vaikka tuore asteroidiuutinen oli enempi hätähuuto Nasan rahoituksen suhteen, ovat pikkuplaneettojen havaitsemisohjelmat tärkeitä ja niistä kannattaa puhua. Uusia mahdollisesti uhkaavia asteroideja löydetään jatkuvasti lisää eri havaintovälinein, ja todennäköisesti Euroopan avaruusjärjestön uusi taivasta kartoittava Gaia tulee havaitsemaan niitä ennätyksellisen tehokkaasti. Myös monet maanpäälliset automaattiteleskoopit seulovat jatkuvasti taivasta ja löytävät uusia kappaleita koko ajan.

Nyt tammikuussa 2014 tunnetaan 1450 asteroidia, jotka ovat kooltaan vaarallisen suuria (yli 100 m halkaisijaltaan) ja jotka tulevat jossain vaiheessa hyvin lähelle (alle 7.5 miljoonan kilometrin etäisyydelle tai lähemmäs) Maata. Suurimman uhan näistä muodostaa 2007 VK184, joka on ainoa tunnettu asteroidi, joka saattaa teoreettisesti osua Maahan seuraavan sadan vuoden kuluessa. Se lentänee kuitenkin todennäköisesti vain läheltä ohitse 3. kesäkuuta 2048, sillä törmäykden todennäköisyydeksi arvioidaan vain 1:2700. Kappale on 130 metriä halkaisijaltaan ja se löydettiin Catalina Sky Survey -robottiteleskoopilla marraskuussa 2007.

Maan ohitse lentää myös jatkuvasti jo tunnettuja pienkappaleita. Esimerkiksi nyt vuoden 2014 alussa kymmenkunta asteroidia ohittaa meidät läheltä, ja kaikkein likimmäksi meitä näistä tuli 2014 AW32 viime perjantaina (10. tammikuuta), jolloin tämä 14-metrinen kappale ohitti meidät noin puolen Kuun etäisyyden päästä. Suurin alkuvuoden ohittajista on 2007 SJ, halkaisijaltaan 1,9 kilometriä oleva möhkäle, joka lentää noin 19 Kuun etäisyyden päästä 21. tammikuuta.

Vaikka tunnetut kappaleet osataankin ennustaa hyvin, tiedetään kuitenkin hyvin ettei kaikkia meitä uhkaavia asteroideja vielä tunneta: siksi taivasta täytyy tarkkailla ja mitä paremmin se voidaan tehdä, sitä enemmän meillä on aikaa suojautua mahdollista – ja aikanaan varmasti tulevaa – kosmisen törmäyksen uhkaa vastaan.

Päivän kuva 14.9.2013: Curiosityn jarruvarjo

Markus Hotakainen

Mars Science Laboratory eli Curiosity-kulkija laskeutui punaisen planeetan kamaralle viime vuoden elokuussa. Menoa hidasti ensin suojakilpi ja lopuksi rakettilavetti, mutta siinä välissä mönkijä ujelsi alaspäin valtavan jarruvarjon varassa. Lähes 16 metrin läpimittainen varjo avautui nopeuden ollessa 2,2 kertaa äänen nopeus Marsin kaasukehässä eli noin 1800 kilometriä tunnissa. Jarruvarjo oli kiinni kulkijan "kehdossa" 80 vaijerilla, joilla oli pituutta 50 metriä. Varjoa testattiin keväällä 2009 maailman suurimmassa tuulitunnelissa, jolla on korkeutta 24 metriä ja leveyttä 37 metriä. Sen sisään mahtuu esimerkiksi Boeing 737 -liikennelentokone. Tuulitunneli on NASAn Ames-tutkimuskeskuksessa Kaliforniassa. Sekä jarruvarjon että tuulitunnelin mittasuhteista saa käsityksen, kun niitä vertaa varjosta alaoikealle seisovaan teknikkoon.