Cassini-luotain

Cassinin syöksy kuolemaan on alkanut

To, 08/03/2017 - 15:17 Jari Mäkinen
Lennonjohtajia lennonjohdossa

Nyt se on menoa: Cassini ohjattiin 15. heinäkuuta radalle, jolla se tulee syöksymään Saturnukseen 15. syyskuuta. Kaliforniassa, Pasadenassa oleva lennonjohto käskytti luotainveteraanin käyttämään moottoriaan siten, että edessä oli varma tuho.

Cassini-lennon projektipäällikkö Earl Maize (vasemmalla) ja lennon operaatiojohtaja Julie Webster olivat itse konsoleiden ääressä Jet Propulsion Laboratoryssä heinäkuun 15. päivänä, kun luotaimelle lähetettiin viimeisen ratamuutoksen tekevä käskysarja.

Luotain ohjattiin radalle, jolla se tekee vielä kymmenen kierrosta Saturnuksen ympärillä, koko ajan tullen lähemmäksi sen pilvikerrosta. Viiden viimeisen kierroksen aikana luotain viiltää jo kaasukehän yläosien läpi niin, että ratanopeus hidastuu sen verran, että lopulta luotain sukeltaa Saturnukseen.

Tämä on tieteellisesti erittäin kiinnostava tapa sanoa jäähyväiset, sillä kierros kierrokselta saadaan yhä tarkempia ja jännempiä havaintoja niin kaasukehästä ja sen pilvistä kuin myös renkaista. 

Jos jotain yllättävää ilmenee, niin uusia ratamuutoksia voidaan vielä tehdä – mutta todennäköisesti tämä oli sitten tässä.

Cassini on käyttänyt lähes 20 vuotta kestäneen avaruusmatkansa aikana päämoottoreitaan 360 kertaa. Tärkein näistä oli heinäkuun ensimmäisenä 2004 tapahtunut poltto, jolla luotain asettui kiertämään Saturnusta pitkän planeettainvälisen lentonsa päätteeksi.

Sen jälkeen moottoreilla on tehty ratamuutoksia, jotka ovat vieneet Cassinin tutkimaan Saturnusta ja sen renkaita eri puolilta sekä tekemään kuiden ohilentoja. 

Lennon alussa moottoreita suunniteltiin käytettäväksi enemmänkin, jopa 492 kertaa, mutta siihen ei ole ollut tarvetta. Luotaimen rataa on onnistuttu pitämään haluttuna erittäin tarkasti, mikä osaltaan on tehnyt mahdolliseksi sen, että luotain on ollut toiminnassa Saturnuksen kiertoradalla suunnitellun neljän vuoden sijaan yli 13 vuotta.

Cassini syöksyy Saturnuksen kaasukehään

Jos kaikki sujuu laskelmien mukaan, alkaa Cassinin surmansyöksy 15.9. klo 13.44 Suomen aikaa.

Saturnuksen kaasukehä alkaa silloin vaikuttaa luotaimeen ja mitä alemmas luotain vajoaa, sitä voimakkaammin kaasu hidastaa vauhtia, lämmittää luotaimen pintaa ja koettaa kääntää sitä pois asennostaan. 

Cassini pitää monia tutkimuslaitteitaan päällä koko ajan ja asennonsäätöjärjestelmä pyrkii suuntaamaan lautasantennin kohti Maata mahdollisimman pitkän. Luotain lähettää tietojaan viimeiseen saakka; arvioiden mukaan viimeinen signaali Cassinista kuullaan Maassa klo 17.08 Suomen aikaa.

Se, että toimiva luotain ajetaan tietoisesti kamikazesyöksyyn, vaikuttaa hieman omituiselta – mutta se ei ole.

Vaikka Cassini toimii hyvin, on se jo ikääntynyt ja käyttää monia varajärjestelmiä. Se saattaa rikkoontua lopullisesti koska tahansa. Kannattaa muistaa, että luotain on suunniteltu 1980-luvulla ja rakennettu 1990-luvulla.

Hallitulla syöksyllä halutaan varmistaa se, ettei luotain jää kiertämään holtittomasti Saturnusta ja osu vahingossakaan johonkin sen kiinnostavista kuista. Kuista kun on löydetty monia elämän rakennusaineita ja on mahdollista, että jossain niistä olisi tosiaan alkeellista elämää.

Ei olisi kiva, jos rampa Cassini syöksyisi tuon elämän sekaan.

Kaikella on lisäksi oma aikansa: nyt on hyvä hetki alkaa jo suunnitella uutta lentoa Saturnukseen – sellaista, joka voisi mennä uuden tekniikan avulla tutkimaan tuota mahdollista elämää paremmin ja tarkemmin kuin Cassini.

Video: Nasan upea video näyttää miten Cassini kiisi Saturnuksen yllä

Nasan ja Euroopan avaruusjärjestön yhteisluotain Cassini viettää parhaillaan viimeisiä kuukausiaan rengasplaneetta Saturnusta kiertämässä ja se on tehnyt jo kaksi uhkarohkeaa planeetan lähiohitusta.

Luotain on viilettänyt vain noin 2000 kilometrin päässä Saturnuksen pilvikerroksesta radalla, jolla se kulki planeetan ja sen ympärillä olevien renkaiden välistä.

Tuorein ohilento tapahtui eilen 3. toukokuuta ja seuraava tapahtuu ensi viikon tiistaina 9. toukokuuta.

Yllä oleva video on kuitenkin ensimmäiseltä ohilennolta, joka tapahtui 26. huhtikuuta. Videokooste näyttää miten Cassini lensi planeetan pohjoisnavan – ja siellä olevan omituisen kuusikulmaisen myrskykeskuksen – ylitse ja suuntasi kohti etelää. Kuvissa näkee myös sen, mitä luotaimen kamera havaitsi matkallaan. 

Ohilennon aikana luotain ei ollut yhteydessä Maahan, vaan käytti suurta lautasantenniaan suojana mahdollisesti reitillä olevia kivenmurikoita ja jäähippusia vastaan. Jotta antenni olisi ollut koko ajan sopivassa asennossa, kääntyy Cassini kuvaamisen aikana ja siksi myös kuvien suunta kääntyy. 

Videota katsoessa voi huomata myös sen, että luotaimen nopeus kasvaa. Näin olikin: mitä lähemmäksi planeettaa luotain tuli, sitä suurempi oli sen ratanopeus. 

Toistaiseksi vain ohilennon alkuvaihe on tehty videoksi, eli video menee poikki ennen kuin luotain oli kaikkein lähimmillään Saturnusta. Cassinin etäisyys pilvikerroksen yläosista on videon alussa noin 72 000 km ja lopussa enää 6700 km. Pienimmät yksityiskohdat videon lopussa ovat vain noin 810 metriä kooltaan

Juuri nyt: Cassinin tuoreita kuvia superläheltä Saturnusta

To, 04/27/2017 - 12:02 Jari Mäkinen

Cassini-luotaimen eilinen ohilento Saturnuksessa siis onnistui hyvin. Luotain otti yhteyden Maahan suunnitellusti nyt aamupäivällä ja lähettää parhaillaan tietojaan ja kuviaan Maahan.

Aivan tuoreita, ennen näkemättömiä kuvia Saturnuksesta virtaa parhaillaan paitsi lennonjohtoon, niin myös Cassini-lennon sivuille osoitteessa saturn.jpl.nasa.gov/galleries/raw-images.

Kyseessä ovat käsittelemättömät raakakuvat, mutta ne antavat jo ennakkomakua siitä, mitä on tulossa: yksityiskohtia jättiläisplaneetan pilvistä ja kaasukehästä, sekä toivottavasti vielä huikeita maisemia sen renkaista katsottuna näkökulmasta, mistä Cassini ei ole ollut aiemmin niitä kuvaamassa.

Kuvat näyttävät mustavalkoisilta, ja niitä ne tarkaan ottaen ovatkin. Kuvat tosin on otettu erilaisten suotimien läpi. Kun näitä useilla valon eri aallonpituusalueilla otettuja kuvia yhdistetään, saadaan lopulta myös värikuvia – kaikki Cassinin ottamat upeat värikuvat on tehty näin. 

Kuvien lisäksi kiinnostavia ovat mittaustiedot, joista ei ole toistaiseksi kerrottu, sekä havainnot siitä, miten luotaimen rata on muuttunut ohilennon aikana renkaiden vetovoiman vuoksi.

Palaamme asiaan, kun tietoja sekä kuvia on tarjolla hieman lisää.

Alla on kuvista pikaisesti jo tehty animaatio, missä näkee hyvin luotaimen liikkeen:

Video: Cassinin ensimmäinen uskalias Saturnuksen lähiohitus onnistui, mutta mitä on luvassa tämän jälkeen?

Cassini teki eilen ensimmäisen todella uskaliaista Saturnuksen ohilennoistaan, jotka vievät luotainveteraanin Saturnusta peittävien pilvien päältä ja sen renkaiden alapuolelta läpi alueen, missä saattaa olla paljonkin pieniä kivi- tai jäähitusia. Jotta mahdolliset törmäykset eivät olisi vaurioittaneet luotaimen elintärkeitä osia, oli sen suuri lautasantenni käännetty suojakilveksi menosuuntaan

Siksi luotain otti yhteyttä Maahan vasta tänään – mutta jännitys lennonjohdossa (ja luonnollisesti muuallakin) oli suuri: kyseessä oli yli vuosikymmenen kestäneen lennon vaarallisin temppu sitten Saturnukseen saapumisen. Ei ollut lainkaan varmaa, että yhteys palautuisi normaalisti, mutta niin kävi.

Juuri tätä kirjoitettaessa ovat ensimmäiset tiedot ohilennosta ovat tulossa Maahan Nasan Kaliforniassa olevan maa-aseman kautta. Nasan jännä Deep Space Network -antennien toiminnasta reaaliajassa kertova sivusto näyttää mikä antenni missäkin kuuntelee mitäkin luotainta – ja Goldstone on juuri nyt yhteydessä Cassiniin.

Yllä oleva Nasan video kertoo tarkemmin mitä Cassini on tehnyt tähän mennessä ja mitä sen edessä vielä on ennen 15. syyskuuta tapahtuvaa syöksyä Saturnukseen. Videolla on myös visualisointi siitä, miten luotain suhahti eilen planeetan ja sen renkaiden välistä.

Lopussa näytetään myös lennon loppu, eli se, miten Cassini putoaa suurella nopeudella Saturnuksen kaasukehään ja koettaa pitää koko ajan antenninsa kohti Maata. Se lähettää tietoja ja kuvia viimeiseen saakka.

Kun viimein yhteys katkeaa siihen, päättyy eräs ihmiskunnan suurimmista ja tutkimusmatkoista.

Cassini aloitti rohkeat ohilennot: nyt odotetaan ja toivotaan parasta

Ke, 04/26/2017 - 16:16 Jari Mäkinen
Cassini

Cassini-luotain lensi tänään aamulla erittäin läheltä Saturnuksen pilvipintaa ja ohitti sen renkaiden sisäreunan. Kyseessä on ensimmäinen uhkarohkeista tempuista, joiden tuloksena on huimasti kiinnostavia tietoja ja kuvia, mutta joihin ei aikaisemmin ole uskallettu ryhtyä.

Saturnusta jo 12 vuoden ajan tutkinut Cassini-luotain ohjataan törmäämään rengasplaneettaan 15. syyskuuta. 

Koska luotain on toiminut erittäin hyvin ja Saturnuksessa sekä sen kuissa riittää tutkittavaa, on Cassinin lentoa jatkettu useampaan kertaan, mutta tätä pitempää ei luotainlegendaa haluta enää pitää toiminnassa. Se kun saattaa rikkoontua koska tahansa, ja voisi hallitsemattomana törmätä vaikkapa Saturnuksen kuuhun Enceladukseen, missä ainakin teoriassa saattaisi olla elämää.

Luotaimella tehdään kuitenkin nyt 22 hyvin riskaabelia ohilentoa aivan Saturnuksen pilvikerroksen yläosia hipoen ennen syyskuun itsemurhasyöksyä Saturnukseen; vaikka luotain nyt hajoaisi, ei sillä ole enää suurta merkitystä. 

Tarkoituksena on saada kuvia ja kerätä mittaustietoja Saturnuksen kaasukehän koostumuksesta ja olemuksesta sekä lisätietoja sen renkaista.

Näistä lisätiedoista olennaisin on renkaiden massan määrittäminen nykyistä tarkemmin; mistä enemmän renkaissa on massa, sitä vanhempia niiden oletetaan olevan. Massan määritys onnistuu luotaimen lentorataa tarkasti tutkimalla, sillä renkaat vaikuttavat siihen massallaan ja siten selvät muutokset radassa viestivät siitä, että renkaat ovat vaikuttaneet luotaimeen.

Ensimmäinen näistä tapahtui tänään, mutta tietoa ohilennon onnistumisesta saadaan odottaa huomiseen saakka. 

Syynä odotukseen on se, että lennonjohto on kääntänyt Cassinin asentoon, missä sen suuri lautasantenni osoittaa Maan sijaan menosuuntaan. Näin se suojaa itse luotainta mahdollisesti eteen tulevia jäähitusia tai kivenkappaleita vastaan. 

Luotaimen nopeus ohilennon aikaan oli suurimmillaan yli 110 000 kilometriä tunnissa, joten pienikin törmäävä kappale voi saada aikaan suurta tuhoa. 

Kunhan Cassini on jälleen turvallisella alueella kauempana renkaista, kääntää se itsensä taas sopivaan asentoon, jotta se voisi olla jälleen yhteydessä Maahan. Jos kaikki on sujunut hyvin, kuullaan Cassinin signaali – ja varmistus siitä, että se on edelleen kunnossa – huomenna aamupäivällä klo 10.30 Suomen aikaa. Ensimmäinen lähetys kuvia ja tietoja alkaa saapua noin puolta tuntia myöhemmin.

Cassini lensi viime lauantaina aamusyöstä Suomen aikaa viimeisen kerran Saturnuksen Titan-kuun ohitse. Luotain oli lähimmillään 979 kilometrin päässä Titanin pinnasta.

Aaltoja sekä mystinen saari – tällaisia ovat Saturnuksen Titan-kuun järvet (video)

Su, 03/06/2016 - 18:51 Jari Mäkinen
Ligeia Mare


Saturnusta kiertävä Cassini-luotain on tehnyt havaintojaan rengasplaneetan kuista jo yli kymmenen vuoden ajan, mutta se löytää koko ajan lisää kummallisuuksia. Eräs tarkimmin tutkittu kohde on omituinen kuu Titan, joka on kuin pakastettu, nuori maapallo. Sen pinnalla on järviä, jotka tosin ovat kovin erilaisia kuin Maan päällä...


Titan on Saturnuksen suurin kuu, ja jos se kiertäisi Aurinkoa yksistään, kutsuttaisiin sitä eittämättä planeetaksi. Se on suurempi kuin Merkurius ja olennaisesti kookkaampi kuin Kuu.

Planeettamaisen siitä tekee myös se, että Titanilla on paksu kaasukehä. Pääosin typestä koostuvan kaasukehän olemassaolo tiedettiin jo ennen avaruusluotaimien aikaa, mutta vasta lähelle pääseminen paljasti kunnolla Titanin salaisuuksia: sen pinnalla on vuoria ja laaksoja, ja niiden välissä enemmän ja vähemmän laajoja järviä. 

Titanin pintaaCassini-luotaimen matkassa Saturnukseen lentänyt Huygens laskeutui vuonna 2004 kuun pinnalle ja kopsahti todennäköisesti vast'ikään kuivuneen järven pohjalle. Se oli kuin paahtovanukasta: kova, jäinen pinta ja höttöä ainetta sen alapuolella. Luotaimen lähettämät kuvat (kuten oikealla) paljastivat myös kerrassaan omituisen, punaruskean usvan verhoaman maailman.

Pinnalla näkyy kiviä, jotka eivät kuitenkaan ole kiviä, vaan vesijäätä.

Suurin osa Titanin pinnasta on jäätä, joka hyvin matalan lämpötilan (noin −180 °C) vuoksi on hyvin kovaa ja käyttäytyy kuin kallio täällä maapallolla. Se on siis kivikovaa jäätä, jota pinnalla virtaava neste kovertaa ja muokkaa samaan tapaan kuin vesi muovaa kiveä kotoisissa ympyröissä.

Pinnalla virtaava neste on hiilivetyjä, todennäköisesti pääasiassa metaania. Mukana voi olla myös hieman etaania. 

Ne käyttäytyvät Titanissa kuin vesi Maan päällä: nestemäisinä ne muodostavat järviä ja jokia  pinnalle, mutta niitä höyrystyy jatkuvasti myös ilmaan – tai siis kaasukehään – ja siellä ne muodostavat pilviä, sekä myös satavat alas pisaroina. 

Metaani myös jäätyy ja siitä muodostuu ajoittain jäätiköitä. Metaania voi suihkuta myös pinnan alta geysireinä ylös. 

Kuva: Kartta näyttää, että suurin osa nestealtaista on kuun pohjoisella pallonpuolella.

 

Järviä, saaria, aaltoja...

Titanissa on aivan uskomattoman hienosti toimiva vesijään ja hiilivetyjen kiertosysteemi. Tässä mielessä ei ole lainkaan yllättävää, että Cassini on havainnut Titanin pinnalta monia hyvin kotoisia näkymiä.

Eräs näistä on Ligeia Mareksi kutsuttu nestemetaaniallas, joka hieman Suomen ja Ruotsin välissä olevaa Pohjanlahtea suurempi meri. Se on arvioiden mukaan jopa 200 metriä syvä.

Eikä se ole ainoa suuri meri. Lisäksi Titanissa on mm. Kraken Mare ja Punga Mare, joista Krakenmeren syvyys on noin 160 metriä.

Tänään on uutisoitu paljon aalloista, joita tutkakuvista on voitu nähdä metaanijärvien pinnalla, mutta ensimmäisen kerran näitä havaittiin ja niistä raportoitiinkin jo pari vuotta sitten. Sittemmin aaltoja on havaittu kaikista Titanin meristä, kun on tiedetty mitä etsiä.

Aallot eivät ole kovin suuria: ne ovat voin noin puolitoista senttimetriä korkeita ja liikkuvat pinnalla noin 70 senttimetriä tunnissa. Aaltoja on havaittu paikoissa, joissa selvästikin niitä synnyttävä tuuli ohjautuu puhaltamaan samaan suuntaan esimerkiksi saarien tai muiden rannalla olevien pinnanmuotojen ohjaamana.

Jokainen veneellä vesillä kulkenut on huomannut saman ilmiön kotoisillakin järvillä.

Ja mitä tulee saariin, niin Cassinin ottamissa tutkakuvissa (paksun pilvikerroksen vuoksi suurin osa Titanin pinnan "kuvista" on tutkahavaintoja) on havaittavissa varsin paljon erilaisia saaria ja niemekkeitä. Osassa näistä on havaittavissa myös selviä merkkejä ranta-alueiden muuntumisista. 

Erityisen hyvin tätä muuttumista on havaittu Ligeiameressä olevassa "mystisessä saaressa", jonka reunat muuttavat väriään vuosien kuluessa. Saarta on pidetty silmällä erityisen tarkasti vuodesta 2007 alkaen. Syynä muutoksiin ovat todennäköisimmin hitaasti nouseva ja laskeva vuorovesi, muusta syystä muuttuva metaanin pinnan taso tai muutokset maaperässä ranta-alueella. 

Yksi tekijä muutoksissa voi olla vuodenajat. Vuonna 2009 Titanin pohjoisella pallonpuolella alkoi kevät, kun se kääntyi osoittamaan kohti Aurinkoa, ja parhaillaan kevät on muuttumassa kesäksi. Titanista tehdyt ilmastomallit ennustavat tuulien voimistuvan näinä aikoina, ja siksi aaltojakin havaitaan nyt enemmän. Kesä koittaa Titanin pohjoispuolella vuonna 2017.

On syynä mikä tahansa, on havainto vain yksi merkki siitä, että Titan ja sen meret ovat jatkuvassa muutoksessa. Aurinkokunnassa kaukana olevat kylmät maailmat eivät ole todellakaan mitään paikalleen jäätyneitä kuolleita maailmoja!

Cassini, Saturnus ja Titan

Kuva: Taiteilija on piirtänyt Cassini-luotaimen samaan kuvaan Saturnuksen ja hieman luonnottoman suuren Titanin kanssa. Cassinin kyljessä näkyy tässä vielä lautasmainen Huygens-laskeutuja, joka irtaantui vuonna 2004 omille teilleen ja laskeutui laskuvarjon varassa Titanin pinnalle. Kuvat: NASA / JPL / Cassini

Vuosikymmen Saturnuksen luona

Ti, 07/01/2014 - 12:38 Jari Mäkinen
Cassini saapuu Saturnukseen

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.

Aurinko Saturnuksen takana

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.

Paksunahkainen jättikuu

Pe, 08/30/2013 - 15:52 Markus Hotakainen
Titan nähtynä Saturnuksen pintaa vasten, mukana myös pienempi kuu Dione

Saturnuksen suurin kuu Titan (kuvassa näkyvä pienempi kuu on Dione) on samankaltainen taivaankappale kuin Maa. Sillä on tiheä kaasukehä, joka koostuu suurimmaksi osaksi typestä kuten kotiplaneettamekin ilmakehä. Paine jättikuun pinnalla on noin kaksinkertainen verrattuna ilmanpaineeseen Maassa merenpinnan tasolla, mutta siihen yhtäläisyydet sitten jäävätkin.

Lämpötila on -180 celsiusastetta ja oranssinhohtoiselta taivaalta sataa nestemäistä ja “lumihiutaleiksi” kiteytynyttä metaania ja muita hiilivetyjä. Titan muistuttaa siis Maata hyvin vähän.

Titanin pinnalle langetessaan sade muodostaa järviä ja jokia, mutta myös laajoja dyynikenttiä. Nestemäistä vettä ei pinnan hyisissä oloissa voi esiintyä, mutta Saturnusta ja sen kuujärjestelmää vuodesta 2004 tutkineen Cassini-luotaimen mittaukset viittaavat siihen, että jäisen kuoren alla velloo vähintään kymmenien kilometrien syvyinen vedestä muodostunut meri.

Nyt ongelmaksi on muodostumassa juuri tuo jäinen kuori. Se ei ilmeisesti olekaan aiempien oletusten mukaisesti ohut ja joustava, vaan kiinteä ja jäykkä. Kuoren joustavuuden avulla on pystytty selittämään kuun muuttuvia maisemia ja tiheän kaasukehän ominaisuuksia. Uusien tulosten myötä tutkijoilla on sormi suussa.

Mitatessaan gravitaation eli vetovoiman suuruutta Titanin eri puolilla Doug Hemingwayn johtama tutkijaryhmä totesi, että se on hieman vähäisempi korkeiden maastonmuotojen kohdalla. Tulos oli yllättävä, sillä kukkuloiden ja vuorten kohdalla kuoren pitäisi olla paksumpi ja gravitaation siten hieman keskimääräistä suurempi.

Selitystä haettiin kuoren alla sijaitsevan meren ja jäisen kuoren vuorovaikutuksesta. Jäätyessään vesi laajenee, joten jään tiheys on nestemäisen veden tiheyttä pienempi: siksi jää ylipäätään kelluu. Kuoren paksumpien kohtien pitäisi kellua ohuita paremmin, joten ne kohoaisivat ylemmäs ja muodostaisivat korkeita maastonmuotoja. Se edellyttäisi kuitenkin hyvin ohutta ja joustavaa kuorta.

Titanin kuori on kuitenkin liian paksu – vähintään 40 kilometrin paksuinen – ja jäykkä, jotta siinä voisi tapahtua riittävän suuria pystysuuntaisia liikkeitä. Kukkulat, vuoret ja vuoristot ovat siksi alaosiltaan veden alla. Ja koska jää on vettä harvempaa ainetta, se painaa vähemmän kuin syrjäyttämänsä vesi ja siksi gravitaatio on niiden kohdalla heikompi.

Titanin kuoren ja kaasukehän dynamiikkaa ei tunneta vielä likikään riittävän tarkasti, jotta kuun ominaisuudet pystyttäisiin selittämään. Esimerkiksi metaania on Titanin kaasukehässä niin paljon, että nestemäisessä olomuodossa se muodostaisi kuun pinnalle kymmenen metrin paksuisen kerroksen.

Auringon säteilyn vaikutuksesta metaania kuitenkin hajoaa jatkuvasti, joten sitä täytyy tulla jostakin kaiken aikaa lisää. Metaanin alkuperä on yhä arvoitus. Aiemmin sen arveltiin olevan peräisin kuoren alta, mutta jos uudet tulokset kuoren paksuudesta ja jäykkyydestä pitävät paikkansa, teoria on hylättävä. Ja sen tilalle on keksittävä uusi.

Tutkimuksesta kerrotaan ScienceNews-verkkojulkaisussa ja se on ilmestynyt Nature-tiedelehdessä 28. elokuuta.