Naapuriplaneetallamme on kaksi pientä kuuta, Phobos ja Deimos. Kuiden suurin mysteeri on aina ollut niiden alkuperä. Kuinka ihmeessä kaksi ilmiselvää asteroidia on päätynyt kiertämään Marsia lähes täydellisillä ympyräradoilla?

Nature Geoscience -tiedelehdessä julkaistussa uudessa tutkimuksessa onnistuttiin pääsemään lähemmäs asian selvittämistä. Siinä saatiin vihdoin toistettua tapahtumien mahdollinen kulku.

Kuiden synty näyttää olevan suuressa törmäyksessä noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Marsiin törmäsi tuolloin suuri protoplaneetta, ja räjähdyksestä lentänyt materia muodosti tiiviin rengassysteemin sen ympärille. Sittemmin aineesta kasautui jopa 7–8 erillistä pikkukuuta, suurimmat kiekon sisäosiin. Kaikkein suurin niistä oli halkaisijaltaan ehkä 200-kilometrinen.

Suurin osa sisimmistä kuista törmäsi takaisin Marsiin vain muutamassa miljoonassa vuodessa. Ainoat pidempiaikaiset kuut ovat Phobos ja Deimos – ja niistäkin sisempi tulee putoamaan alas (geologisessa) lähitulevaisuudessa.

Simulaation tulokset ovat kauniita, jopa elegantteja. Tärkeitä ne ovat kuitenkin siksi, että ne ovat testattavissa.

Tulevat luotainlennot pystyvät selvittämään, koostuvatko kuut keskenään samankaltaisesta materiaalista. Sekä etenkin sen, onko niillä jotain yhteistä Marsin kanssa. Mallin mukaan niiden pitäisi olla sekalaisia kasoja proto-Marsin vaippaa sekä törmääjää. (Viimeisimmät havainnot itse asiassa kertovat kummankin kuun todella olevan isoja kivimurskalekasoja, mikä on todella hyvä merkki tälle mallille).

Ja emoplaneetaltakin voisi löytyä jälkiä tapahtumasta. Vaikka muiden kuiden tuhoutumisesta onkin jo kauan, Marsin pinnalta voisi kenties löytyä merkkejä tapahtumista sopivien kraatterien muodossa. Nyt tiedetään, mitä pitäisi etsiä.

Juno lähestyy Jupiteria

Juno on säteilynkestävä avaruusluotain

Mitä kiinnostavaa Jupiterissa vielä on?

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

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

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

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

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

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

JUICE ja Jupiterin jääkuut

Juno on säteilynkestävä avaruusluotain

Mitä kiinnostavaa Jupiterissa vielä on?

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

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

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

Mitä tapahtuu 4. heinäkuuta?

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

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

Juno lähestyy Jupiteria

JUICE ja Jupiterin jääkuut

Mitä kiinnostavaa Jupiterissa vielä on?

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

Luotaimen massa laukaisun aikaan oli tarkalleen 3625 kiloa.

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

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

Juno lähestyy Jupiteria

Juno on säteilynkestävä avaruusluotain

JUICE ja Jupiterin jääkuut

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Komeetta Churyumov-Gerasimenko ja sitä kiertävä Rosetta etääntyvät parhaillaan Auringosta, kun komeetta vipeltää eteenpäin soikealla kiertoradallaan. Komeetta hiipuu Auringon lämmittäessä sitä koko ajan vähemmän, ja samalla myös Rosetta pystyy toimimaan huonommin, kun sen aurinkopaneelit tuottavat koko ajan vähemmän sähköä.

Luotain on kartoittanut komeettaytimen jo useampaan kertaan ja mitannut avaruutta sen ympärillä, ja koska komeetan aktiivisuus vähenee koko ajan, on todennäköistä, että suurin osa jännistä, uusista asioista on jo nähty. Lennonjohto on myös yhä enemmän huolissaan siitä, että jo 12 vuoden ajan avaruudessa erittäin vaikeissa oloissa ollut luotain saattaa alkaa pian nikotella, joten tavoitteena on nyt tiristää jäljellä olevasta lennosta mahdollisimman suuri määrä uutta tietoa irti.

Siksi luotain halutaan tuoda hyvin lähelle komeettaa ja lopulta laskeutua sillä pinnalle niin rauhallisesti, että se pystyisi mittaamaan ja tutkimaan komeettaa mahdollisimman paljon lähestymisensä aikana.

Koska manöveeri on vaikea ja vaatii runsaasti suunnittelua, on ajankohdaksi päätetty nyt syyskuun 30. päivä.

Suunnittelu on jo käynnissä ja varsinaiset laskeutumista valmistelevat ratamanöveerit alkavat elokuussa. Muutamaa päivää ennen laskeutumista viimeinen rata on soikea, noin 20 kilometrin päähän komeetasta ulottuva rata, jolla radikaali, viimeinen ratamuutos tehdään 12 tuntia ennen laskeutumista. Kun Rosetta silloin sytyttää rakettimoottorinsa, alkaa se lähestyä komeettaa ja laskeutuessaan se käyttää moottoreitaan jarruraketteina siten, että nopeus pintaan osuessa on noin 50 cm sekunnissa. Siis hyvin hidas kävelynopeus, voisi sanoa hiipimisnopeus.

Viimeiset tunnit ennen laskeutumista tulevat olemaan hyvin aktiivisia, kun Rosetta kuvaa pintaa eri kameroillaan. Tuloksena on ainutlaatuisia kuvia, joita ovat omiaan päättämään ällistyttävän hyvin sujuneen tutkimusmatkan. 

Rosettaa ei haluta törmäyttää komeetan pintaan, koska törmäyksiä on aikaisemmin käytetty nostamaan pinnasta ainetta ilmaan sen vuoksi, että jokin toinen luotain tai maanpäälliset kaukoputket ovat voineet havaita sitä. Nyt komeetta on liian kaukana tarkkoja havaintoja varten, joten on parempi tehdä laskeutuminen hitaasti.

Erittäin todennäköisesti luotain lakkaa ottamasta yhteyttä Maahan varsin pian pinnalle osumisen jälkeen, ja joka tapauksessa sen suurtehoantenni lakkaa seuraamasta maapalloa. Sen aurinkopaneelit tuottavat koko ajan vähemmän virtaa ja lopulta luotain hiipuu.

Suurin avoin kysymys tällä hetkellä on vielä laskeutumispaikka; tutkijaryhmät selvittävät parhaillaan kaikkein kiinnostavinta paikkaa, josta tulee lopulta myös Rosetta-luotaimen hautausmaa.

Voi olla, että luotaimesta kuullaan pihauksia syyskuun lopun jälkeenkin, ja kenties se selviää sen verran toimintakykyisenä komeetan radan ulko-osien ja kylmyyden jälkeen, että parin-kolmen vuoden kuluttua siihen voisi saada taas yhteyden. Mutta tämä on tässä vaiheessa pelkkää toiveajattelua.

Niinpä nyt kannattaa asennoitua siten, että Rosetta-lennon loppu on 30. syyskuuta 2016 ja että se on täyttänyt tehtävänsä enemmän kuin hyvin.

Juttusarjan kaikki osat: 1. Tuhoja tehneet meteoriitit. 2. Modernit meteoriittimyytit. 3. Suurimmat meteoriitit 4. Meteoriittien tunnistusopas. 5. TBD

Käymme tässä jutussa läpi kaikkein suurimmat maahan mäjähtäjät. Muutamassa eri kokosarjassa.

Raskaan sarjan avaruuskivet

Suurin tunnettu yksittäinen meteoriitti on otsikkokuvassa komeileva Hoba. Huikea kivi löydettiin pellon kynnön yhteydessä Pohjois-Namibiasta vuonna 1920. Itse meteoriitti oli pudonnut hieman alle 100 000 vuotta sitten, ja hautautunut maahan lähes täysin.

Yhtenä kappaleena säilyneen rautalaatan massaksi arvioitiin 66 tonnia. Samaa luokkaa kuin Suomen teillä huristelevat suurimmat rekat – täyslastissa.

Ilkivallan, varastelun ja rapautumisen vuoksi Hoba kuitenkin pienentyi etenkin alkuvuosina roimasti. Nykyisin sitä on jäljellä "vain" runsaat 60 tonnia. Kiven siirtoa turvaan ei kuitenkaan ole ikinä edes yritetty, vaan se on yhä putoamis- ja löytöpaikallaan. Alue on nyt julistettu kansalliseksi monumentiksi.

Sekä kantoraketti että uusi avaruusalus ovat erittäin kiinnostavia, joskaan niiden tulo ei ollut enää yllätys. Kummastakin on ollut runsaasti tietoja etukäteen, vaikka kiinalaiset eivät tiedotakaan toimistaan yhtä avoimesti kuin läntiset avaruustoimijat.

Etenkin uuden kantoraketin onnistunut ensilento on erittäin merkittävä, sillä kaikki Pitkä marssi -nimiset (englanniksi Long March ja kiinaksi länsimaalaisittain Chang Zheng) aiemmat raketit ovat käyttäneet typpitetraoksidia ja hydratsiinia, jotka ovat erittäin myrkyllisiä aineita. Uusi kantoraketti käyttää nestehappea ja kerosiinia, joista ei ole haittaa.

Avaruudessa ihmiselle myrkyllisistä ajoaineista ei ole haittaa, mutta raketteja laukaistaessa niiden vaiheita putoaa maan pinnalle, ja näissä rakettivaiheissa on jäljellä hieman polttoainetta. Lisäksi raketin lentovalmistelut ovat monimutkaisempia, kun tankkauksessa tarvitaan raskaita suojavarusteita. 

Pitkä marssi 7 on keskiraskas kantoraketti, jolla Kiina aikoo korvata nykyisin käytössä olevat Pitkä marssi 2 ja -3 -kantoraketit. Raketti perustuu rakenteeltaan Pitkä marssi 2:een ja siitä voidaan vastaisuudessa tehdä mm. ensimmäiseen vaiheeseen kiinnitettyjen apurakettien määrää muuttamalla raskaampi versio (Pitkä marssi 5) ja kevyempi versio (Pitkä marssi 6). Nyt laukaistu ensimmäinen versio kykenee nostamaan matalalle kiertoradalle Maan ympärillä 5,5 tonnia painavan lastin.

Kiinnostavaa kantoraketissa on myös sen Yuanzheng 1A -niminen ylin vaihe, joka pystyy kiinalaisten mukaan toiminaan 48 tunnin ajan ja käynnistämään moottoriaan useita kertoja. Näin raketti voi kuljettaa lastinsa varsin vaikeallekin kiertoradalle, kuten esimerkiksi kohti toisia planeettoja, tai viedä useamman satelliitin eri kiertoradoille.

Pluto ja Flagstaff kuuluvat siis yhteen. Tätä kaukaista taivaankappaletta on tutkittu siellä tarkasti ja osin tästä syystä keväällä 1978 tähtitieteilijä James Christy otti kuvia Plutosta paikkakunnalla sijaitsevalla Yhdysvaltain laivaston observatorion 1,55 metriä halkaisijaltaan olevalla peilillä varustetulla teleskoopilla. 

Christy tutki 22. kesäkuuta 1978 kaksi kuukautta aikaisemmin ottamiaan, tänään päivän kuvana olevia kuvia ja huomasi, että niissä oli omituinen muhkura. Se oli selvästi Plutoa varsin lähellä kiertävä kuu, ja kun sama omituinen, venynyt Pluton muoto näkyi  muissakin kuvissa ja toisissa taas ei, oli asia selvä: Plutoa kiertää kuu.

Pian huomattiin, että Kharon olisi voitu löytää jo keväästä 1965 alkaen otetuissa Pluto-kuvista, kunhan vain niihin olisi kiinnitetty tarpeeksi huomiota. Ongelmana vain oli tuolloin se, että Pluto näkyi kuvissa parhaimmillaankin vain valopisteenä taivaalla, eikä suuremmillakaan kaukoputkilla siitä nähty olennaisesti enemmän. Kuu näkyi siis vain pientä täplää kovasti suurennettaessa, ja hieman levinnyttä pistettä olisi voinut pitää myös seeingistä johtuvana vääristymänä.

Logiikka paiseen takana oli selvä: kun Plutoa kiertävä kuu on radallaan kohdassa, missä se näyttää Maasta katsottuna olevan aivan Pluton vieressä, on tuloksena kuhmura Pluton valopisteen luona. Pluton edessä tai takana ollessaan kuu ei näy, ja myös ollessaan kauempana se oli liian heikko näkyäkseen kunnolla. Kun ajankohdat, jolloin Plutossa oli muhkura, ja paikat, missä muhkura oli laitettiin ylös ja hieman laskeskeltiin, oli selvää, että Plutoa kiersi kohtalaisen kookas toinen taivaankappale.

Virallisesti havainto kerrottiin julkisuuteen Kansainvälisen tähtitieteellisen unionin sähkeessä heinäkuun 7. päivänä tuolloin 1978.

Koska kuu näytti olevan vielä suhteettoman suuri planeetan (kuten Pluto oli silloin) kokoon verrattuna ja kiertävän sitä vielä hyvin lähellä, pidettiinkin havaintoa hieman kyseenalaisena aina 1980-luvun loppuun saakka, jolloin kuusta saatiin parempia havaintoja. Silloin kuun ratataso osoitti suoraan maapalloon, jolloin se näkyi varsin hyvin.

Havaintojen perusteella pystyttiin laskemaan viimein kunnolla kuun kiertoaika (6,4 vuorokautta) ja sen keskimääräinen etäisyys Plutosta (19600 km). Näiden perusteella puolestaan saatettiin määrittää tarkemmin Pluton koko, mikä osoittautui oletettua pienemmäksi ja johti lopulta siihen, että Pluto "alennettiin" planeetasta kääpiöplaneetaksi. Tähän päätökseen vaikutti toki myös se, että muitakin saman kokoluokan kappaleita löydettiin Aurinkokunnan ulko-osista.

Nimen Kharon kuu sai kreikkalaisesta mytologiasta: Kharon oli lautturi, joka kuljetti kuolleiden ihmisten sieluja Styx-joen yli tuonelan jumalan Pluton alamaailmaan.

NASAn New Horizons -luotain lähestyi vuosi sitten kesällä Plutoa ja lensi sen ohitse heinäkuun 14. päivänä 2015. Pluton lisäksi se kuvasi myös Kharonia ja neljää muuta sittemmin löydettyä pienempää kuuta. Alla on ohilennon aikana otetuista kuvista tehty kooste Kharonista eri puolilta nähtynä.

On huimaa ajatella, että otsikkokuvaa ja alla olevaa kuvaa erottaa toisistaan vain 38 vuotta.