Rosetta on koppimopon kokoinen – painoa kolme tonnia

SK:n arkistoista: Suomi mukana avaruusmatkalla komeetan pimeään ytimeen.
Tiede 12.11.2014 13:00
Taiteilijan näkemys Rosettan ja komeetan kohtaamisesta sekä Philae-laskeutujasta. © ESA / ATG MEDIALAB / AFP / Lehtikuva

Laskeutumista komeetalle voi seurata Euroopan avaruusjärjestön sivuilla.

Lunta, jäätä ja pikkukiviä tulee päin kuin pahimman adventtisohjon aikaan. Usva ja utu rajoittavat näkyvyyden vaarallisen vähiin. Millä hetkellä hyvänsä synkkyyden keskeltä voi ilmestyä sysimusta vastaantulija kohtalokkain seurauksin.

Mikä tahansa törmäys voi olla tuhoisa jo viidenkympin vauhdissa, mutta tällä kertaa uhkana on neljä kilometriä pitkä sora- ja jäämöykky, joka etenee avaruudessa yli sadantuhannen kilometrin tuntinopeudella.

Euroopan avaruusjärjestön Rosetta-luotain lähestyy 67P/Tšurjumov-Gerasimenkon komeettaa.

Onnekseen luotain ei suunnista päistikkaa kohti komeetan ydintä ja sen syytämiä kaasu- ja pölysuihkuja. Rosetta lähestyy sitä verkkaan ja varovaisesti Auringon puolelta, ikään kuin tuulen päältä. Vaikka vertaus vaikuttaa ontuvalta, se ei sitä ole: keskustähdestämme tuleva hiukkasvirta eli aurinkotuuli puhaltaa komeetan ytimestä irtoavan kaasun pyrstöksi, joka osoittaa aina poispäin Auringosta.

 

Rosetta-luotaimen tarina on ollut takkuinen. Se alkaa oikeastaan jo vuodesta 1986.

Silloin ESAn kaikkien aikojen ensimmäinen planeettainvälinen luotain Giotto ohitti Halleyn komeetan alle 600 kilometrin etäisyydeltä. Kuuluisaa pyrstötähteä tutki neljä muutakin luotainta – kaksi japanilaista ja kaksi neuvostoliittolaista – mutta ESAn alus uskaltautui kaikkein lähimmäs.

Giotto ehti ottaa nykymittapuun mukaan suttuisia, mutta tuolloin ennennäkemättömän tarkkoja kuvia maapähkinän muotoisesta tummasta ytimestä ennen kuin noin gramman painoisen kivensirun isku tuhosi luotaimen kameran.

Giotton menestyksen innostamina tutkijat ja insinöörit alkoivat suunnitella kunnianhimoisempaa luotainta. Se tutkisi toista komeettaa pidemmän ajan lähietäisyydeltä ja toisi sen ytimestä näytteen Maahan.

Kuten niin usein avaruushankkeissa tapahtuu, budjetin rajat tulivat vastaan ja hanke kutistui. Yhdysvaltain osuus jäi pois, ja ESA joutui muokkaamaan omat suunnitelmansa uusiksi. Lopulta eurooppalaiset avaruustutkijat päätyivät kiertolaisluotaimeen ja sen mukana matkaavaan laskeutujaan: näytettä se ei hakisi.

Laukaisun piti tapahtua tammikuussa 2003. Kahdeksan vuotta myöhemmin luotaimen oli määrä kohdata komeetta Wirtanen, jonka suomensukuinen amerikkalaistähtitieteilijä Carl Alvar Wirtanen löysi vuonna 1948.

Ei onnistunut. Kantoraketiksi kaavailtu Ariane 5 räjähti joulukuussa 2002 viedessään viestintäsatelliittia kiertoradalle. Komeettaluotaimen lähtö lykkääntyi onnettomuuden syitä selviteltäessä yli vuodella ja kohtaaminen kolmella. Kohdekomeetaksi vaihtui Tšurjumov-Gerasimenko.

Maaliskuun alussa 2004 Rosetta-luotain ja Philae-laskeutuja pääsivät vihdoin ja viimein matkaan.

 

Suomi on ollut vankasti mukana Rosettan ja Philaen sekä niiden instrumenttien kehittelyssä.

Patria on rakentanut luotaimen rungon ja Ilmatieteen laitos on osallistunut luotaimen ja laskeutujan 21 laitteesta kaikkiaan kuuden suunnitteluun ja toteuttamiseen: neljä niistä on Rosettassa, kaksi Philaessa.

Rosettan pitkästä historiasta kertoo se, että projekti oli ensimmäinen iso hanke, johon Suomi lähti mukaan liityttyään Euroopan avaruusjärjestöön – 19 vuotta sitten.

”Hankkeen rahoitushakemus laadittiin 1995 joulun alla, mutta keskusteluja yhteistyökumppaneiden kanssa oli käyty jo koko vuoden ajan”, muistelee Ilmatieteen laitoksen tutkimuspäällikkö Walter Schmidt.

Luotaimen uudeksi määränpääksi valikoituneen jaksollisen komeetan löysivät Klim Tšurjumov ja Svetlana Gerasimenko vuonna 1969. Komeetta kiertää Aurinkoa soikealla radalla, jolla se palaa Aurinkokunnan sisäosiin noin 6,5 vuoden välein. Seuraavan kerran komeetta saapuu periheliin eli Aurinkoa lähinnä olevaan ratansa pisteeseen elokuussa 2015.

Silloin sen seurana on eurooppalaisen avaruustekniikan huipputuote.

 

Komeetat ovat parhaimmillaan upeita ilmestyksiä yötaivaalla, mutta se ei riitä perusteeksi niiden tutkimiselle yli miljardi euroa maksavalla luotaimella.

Varsinaisia syitä on kaksin kappalein. Toinen niistä liittyy menneisyyteen, toinen tulevaisuuteen. Mahdollisesti koko ihmiskunnan tulevaisuuteen.

Komeetat ovat Aurinkokunnan vanhimpia kappaleita, eräänlaista ylijäämää ajalta, jolloin vastasyntynyttä tähteä ympäröineestä kaasu- ja pölykiekosta tiivistyivät planeetat.

Komeettojen hyisissä sisuksissa on ainetta, joka on pysynyt jokseenkin muuttumattomana yli 4,5 miljardin vuoden ajan. Siksi niiden tutkimus voi antaa arvokasta tietoa Aurinkokunnan syntyvaiheista ja myös myöhemmästä kehityksestä. Komeetoissa on todettu olevan orgaanisia yhdisteitä, joten ne ovat saattaneet aikoinaan vaikuttaa elämän ilmaantumiseen maapallolle.

”Toisaalta komeetat ovat asteroidien tapaan maapallolle uhka, jos ne sattuvat ajautumaan törmäyskurssille”, Schmidt kertoo. ”Ilman riittävää tietoa niiden rakenteesta ja koostumuksesta on mahdoton tehdä torjuntasuunnitelmia törmäysten varalta.”

Näiden asioiden selvittämiseksi Rosetta-luotain lähetettiin ottamaan kiinni vinhaa vauhtia kiitävä Tšurjumov-Gerasimenkon komeetta.

Saadakseen riittävästi nopeutta luotain ohitti vuosina 2005–2009 lähietäisyydeltä kolmasti Maan ja kertaalleen naapuriplaneettamme Marsin. Jokaisen ohituksen aikana luotain sai lisäpotkun planeetan vetovoimakentästä.

Pitkän ja mutkikkaan matkansa varrella Rosetta ehti tutkia kahta asteroidia – Šteinsia syyskuussa 2008 ja Lutetiaa heinäkuussa 2010 – kunnes se vaivutettiin syvään uneen. Ratakiemurat veivät luotaimen Jupiteriakin kauemmas Auringosta. Siellä edes 32-metriset aurinkopaneelit eivät tuottaisi riittävästi sähköä.

Kesäkuussa 2011 Rosetta sammutettiin. Vain keskustietokone jäi tikittämään.

 

Luotaimen ja sen mukana matkaavan laskeutujan nimet viittaavat muinaiseen Egyptiin. Rosettan kaupungista löytyi vuonna 1799 kivipaasi, jossa on sama teksti kahdella kielellä – egyptiksi ja kreikaksi – ja kolmella eri kirjoituksella: hieroglyfeillä, demoottisella ja kreikkalaisella kirjoituksella.

Ranskalainen Jean-François Champollion pystyi erikielisten tekstien avulla selvittämään hieroglyfien arvoituksen.

Philae on puolestaan Niilissä oleva saari, jolta löytyneeseen obeliskiin oli kaiverrettu niin ikään egyptin- ja kreikankielisiä tekstejä. Ne eivät olleet identtisiä, mutta niistä tunnistetuista hallitsijoiden nimistä saatiin silti tukea hieroglyfien tulkinnalle.

Nimiensä viitoittamina Rosetta-luotain ja Philae-laskeutuja yrittävät selvittää muinaisen Aurinkokunnan arvoituksia, jotka ovat vähintään yhtä visaisia kuin hiekkaan hautautuneen korkeakulttuurin hieroglyfit: planeettajärjestelmämme syntyä sekä kotiplaneettamme veden ja elämän alkuperää.

 

Tammikuun 20. päivänä 2014 noin 807 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta pärähti soimaan tietokoneen ajastama herätyskello. Siihen päättyi 31 kuukautta kestänyt Rosettan unijakso.

Ensin luotaimen asennonmäärityksessä käytettävät tähtikaukoputket lämpenivät toimintakuntoon. Muutamaa tuntia myöhemmin hidas pyörimisliike pysähtyi ja luotain tarkisti asentonsa tähtien suhteen.

Sitten Rosetta suuntasi antenninsa kohti Maata, kytki radiolähettimensä päälle ja ilmoitti unenpöpperöisenä lennonjohdolle olevansa hereillä. Luotaimen etäisyys oli niin suuri, että signaalin matka Maahan saakka kesti kolme varttia.

Tieto luotaimen heräämisestä saatiin illalla kello 20.17 Suomen aikaa. Suurella näyttötaululla väräjävään taajuuskäppyrään ilmestyi piikki. Sitä oli odotettu. Nyt lennonjohdon henkilöstö ja paikalle tulleet tutkijat Saksan Darmstadtissa saattoivat taas hengittää huojentuneemmin.

Alkoi monimutkainen ja tarkkaan mietitty herättelyoperaatio. Sen tuloksena luotain ja sen 11 tieteellistä instrumenttia olivat helmikuussa täysin valveilla.

Maaliskuussa alettiin käynnistellä myös laskeutujaa ja sen kymmentä laitetta. Muutamaa viikkoa myöhemmin kytkettiin päälle viimeinenkin Philaen instrumentti. Kaikki näytti olevan kunnossa.

Oli aika alkaa tähytä taivaalle ja etsiä kohteena olevaa komeettaa.

Rosettan OSIRIS-kameralaitteistolla otettiin maaliskuun lopussa ensimmäiset herätyksen jälkeiset kuvat Tšurjumovin-Gerasimenkon komeetasta.

Edellisen kerran luotain oli kuvannut sitä kolmisen vuotta aiemmin, hieman ennen vaipumistaan pitkään horrokseen. Silloin etäisyyttä oli 163 miljoonaa kilometriä eli enemmän kuin Maasta Aurinkoon, nyt enää viisi miljoonaa kilometriä.

Matkaa ei Aurinkokunnan mittapuussa ollut enää kovin paljon. Viimeinen etappi on kuitenkin kaikkein vaikein.

 

Tšurjumov-Gerasimenko on jo – tai vasta – kahdeksas komeetta, jota päästään tutkimaan lähietäisyydeltä luotaimen avulla.

Aiemmista aluksista poiketen Rosetta ei tee pelkkää pikaista ohilentoa, jonka aikana voi tehdä havaintoja vain lyhyen hetken. ESAn luotain tähtää komeettaa kiertävälle radalle ja kulkee sen rinnalla yli vuoden ajan, aina perihelin tuolle puolen.

Toukokuussa aloitetaan radanmuutosten sarja, jonka aikana luotain hivuttautuu varovasti komeetan lähettyville. Nykyisellä radallaan Rosetta sujahtaisi ytimen ohi 50 000 kilometrin etäisyydeltä, nopeus komeetan suhteen olisi noin 800 metriä sekunnissa, lähes 3 000 kilometriä tunnissa.

Tarkkaan laskettujen manööverien jälkeen luotain saapuu elokuun ensimmäisellä viikolla noin sadan kilometrin etäisyydelle komeetan ytimestä. Silloin sen suhteellinen nopeus on enää yksi metri sekunnissa.

Vaikka Rosetta periaatteessa asettuu komeetan ydintä kiertävälle radalle, tarkkaan ottaen niin ei tapahdu. ”Koska komeetan vetovoima on käytännössä olematon, ei oikeastaan voi edes puhua kiertoradasta”, Schmidt selventää.

”Rosettan nopeus sovitetaan ensin komeetan nopeuteen, ja sen jälkeen sitä ohjataan aktiivisesti pitkin neliönmuotoista rataa, jonka keskellä on avaruudessa kiitävä komeetta.”

Komeetasta purkautuvat, täysin ennakoimattomat kaasusuihkut voivat muuttaa äkillisesti luotaimen kulkureittiä. Myös niiden takia suuntaa on alituiseen korjattava.

Vähitellen rataa pienennetään, jolloin luotain siirtyy yhä lähemmäs ydintä.

Rosetta kartoittaa ensin koko ytimen noin kahden metrin tarkkuudella. Silloin saadaan tietoa sen muodosta, pyörimisnopeudesta ja aktiivisuudesta, joiden tunteminen on tärkeää ennen kuin Philae-laskeutuja voidaan lähettää kohti lopullista määränpäätään. Marraskuussa, kun Rosetta on noin kymmenen kilometrin etäisyydellä ytimestä, on aika irrottaa Philae.

 

Ensimmäisenä komeettaa koskettaa Philaen instrumentti, jonka ilmaisimet ovat laskeutujan jaloissa. Se mittaa veden määrää ytimen pintaosissa.

Avaruustekniikasta tuttuun tapaan laitteiden nimet ovat kryptisiä lyhenteitä. Ilmatieteen laitos on mukana laitteissa nimeltä COSIMA, MIP, LAP, ICA, PP ja CDMS/MEM.

Mystisten litanioiden takana on huolella valittu arsenaali laitteita, joiden avulla pyritään selvittämään esimerkiksi sitä, ovatko vesi ja elämä tai sen rakennusaineet saapuneet maapallolle komeettojen mukana.

COSIMA tutkii komeetasta irronneita pölyhiukkasia, MIP ytimen läheisyydessä olevaa plasmaa, kaasua ja pölyä, LAP plasman tiheyttä, lämpötilaa ja virtausnopeutta, ICA komeetasta irronneita ja aurinkotuulen mukana kulkeutuvia ioneja ja PP (edellä mainittu ”vesimittari”) ytimen pintakerrosten vettä. CDMS/MEM taas on laskeutujan tietokoneen massamuisti.

Ilmatieteen laitoksen tutkijoiden kannalta kiinnostavimmat havainnot liittyvät komeetasta irtoavaan pölyyn ja ytimessä esiintyvään veteen.

”COSIMA-instrumentin avulla mitattu pölyn koostumus voi antaa viitteitä siitä, miten komeetat ovat vaikuttaneet menneinä vuosimiljardeina olosuhteisiin maapallolla”, Schmidt kertoo.

”PP-laitteen puolestaan odotetaan kertovan, kuinka syvällä ytimen pinnan alla vesijäätä esiintyy ja miten sitä vapautuu komeetan lähestyessä Aurinkoa ja sen lämpöä.”

Luotaimen mittalaitteilla pystytään myös ensimmäisen kerran määrittämään veden isotooppikoostumus ytimen pinnalla ja sen läheisyydessä. Toistaiseksi mittauksia on tehty ainoastaan kaukoputkilla, joilla veden koostumusta voidaan tutkia vain kaukana komeetasta. Se ei välttämättä ole sama kuin ytimessä.

”Ytimessä esiintyvän veden isotooppikoostumuksen avulla toivotaan saatavan vastaus siihen, onko Maan merissä lainehtiva vesi tai edes osa siitä peräisin komeetoista, kuten joidenkin teorioiden mukaan otaksutaan.”

Edes ytimen kokoa ei tiedetä tarkasti. Sen arvioidaan olevan noin 4,5 kilometriä pitkä ja runsaat kolme leveä. Ydin on hyvin harvaa ainetta, sillä sen tiheys on ainoastaan 0,48 kg/l. Maitopurkin kokoinen palanen painaisi siis alle puoli kiloa ja kelluisi kevyesti vedessä. Tiheydeltään komeetan ydin vastaa keväthankien tiiviiksi pakkautunutta lunta. Tai sitten ei.

 

Kukaan ei pysty varmuudella sanomaan, mitä komeetan pinnalla on odotettavissa. Alle kymmenen lähietäisyydeltä tutkitun komeetan perusteella Tšurjumovin-Gerasimenkon ytimen lähistöllä ja pinnalla vallitsevista olosuhteista ei ole tietoa.

”Ydin on luultavasti hyvin musta. Se saattaa olla aktiivinen jo nyt, vaikka sitä ei Maasta käsin pystytäkään näkemään. Ytimen pinta voi olla suhteellisen kiinteä, kuten Wild 2 -komeetalla, jota Stardust-luotain tutki vuonna 2004. Toisaalta se saattaa olla tomumaisen pehmeä, kuten Tempel-komeetalla, johon vuotta myöhemmin törmäytettiin Deep Impact -luotaimen kapseli”, Schmidt arvuuttelee.

”Kovin pehmeä pinta olisi ongelmallinen Philaen laskeutumisen kannalta.”

Komeetan ytimen vetovoima on lähes olematon, joten se ei riitä pitämään Rosettaa kiertoradallaan, mutta ei myöskään Philae-laskeutujaa tukevasti pinnalla. Siksi siinä on kaksi vaijerein varustettua harppuunaa, jotka ammutaan painekaasulla komeetan kamaraan.

Kun laskeutujan 12-millisellä poralla aletaan ottaa näytteitä sen laitteiden tutkittavaksi, pintaa vasten painautuva porauslaitteisto tuuppaisi laskeutujan ilman ankkurointia takaisin avaruuteen. Harppuunoiden pitäisi ratkaista ongelma, mutta jos pintamateriaali on höttöistä, niiden pito ei välttämättä ole kummoinen.

 

Suunnilleen halkomotin kokoisen ja sadan kilon painoisen Philaen on tarkoitus lähettää kuvia ja mittaustuloksia komeetan pinnalta vähintään viikon ajan. Jos kaikki menee hyvin, saattaa toiminta-aika venyä viikoiksi tai jopa kuukausiksi.

Mitä lähemmäs Aurinkoa komeetta radallaan tulee, sitä aktiivisemmaksi ydin muuttuu.

Lämpö sulattaa jäätä ja loihtii ytimen pinnalle mielikuvituksellisia muotoja, joista Philaen kamerat välittävät Maahan yksityiskohtaisia kuvia. Heikossa painovoimassa voi syntyä huteria pölykasaumia, jotka romahtelevat ja vajoavat hitaasti pinnalle tai sinkoutuvat äkisti purkautuvan kaasun puhaltamina avaruuteen.

Koppimopon kokoisen ja kolmen tonnin painoisen Rosettan on puolestaan suunniteltu tekevän mittauksia yli vuoden ajan. Komeetan ympäristö ei kuitenkaan ole turvallinen paikka pitkäaikaiseen oleskeluun.

Aikaisemmat luotaimet ovat kuvanneet komeettojen ytimistä suihkuavaa kaasua ja pölyä, mutta niistä on todettu irtoavan myös paljon isompia kappaleita. Esimerkiksi Stardust-luotaimen kuvissa Hartley 2 -komeetasta sinkoilee koripallon kokoisia lumi- ja jääkimpaleita.

Vaikka nopeudet ovat mahdollisissa törmäyksissä vähäisiä verrattuna ohilentoluotainten saamiin osumiin, Rosettaan hitaamminkin kolahtava riittävän iso kappale saisi aikaan pahaa jälkeä.

”Toinen riskitekijä on luotaimen polttoaineen loppuminen suunniteltua aikaisemmin”, Walter Schmidt kertoo.

”Komeetan lähettyvillä kaasun ja pölyn muodostama ’vastatuuli’ voi olla niin kova, että radankorjauksia joudutaan tekemään laskettua tiuhempaan.”

 

Jos polttoainetta ja tuuria riittää, Rosetta jatkaa toimintaansa joulukuuhun 2015 saakka. Silloin Tšurjumov-Gerasimenko on taas hyvää vauhtia etääntymässä Auringosta. Komeetta matkaa kohti aphelia, Jupiterin tuolla puolen sijaitsevaa ratansa etäisintä pistettä.

Täysinpalvellut luotain seuraa komeettaa kuin hai laivaa vaikka ei ohjauspolttoaineen loputtua enää kykenekään pysyttelemään sen ”kiertoradalla”.

”Rosettasta tulee pieni ’asteroidi’, joka kiertää komeetan lähistöllä Aurinkoa, kunnes se ehkä joskus törmää toiseen kiertolaiseen”, Schmidt ennustaa.

Planeettainvälinen avaruus on aika autiota seutua, joten siihen voi mennä melkoinen tovi.

Juttu julkaistu 16.5. klo 5.05, juttua muokattu 21.8. klo 15.23: komeetan nimi muutettu 67P/Tšurjumov-Gerasimenkoksi.

Juttu on ensi kerran julkaistu Suomen Kuvalehdessä 20/2014.