Merkuriukseen matkalla oleva luotain ohitti aamulla Venuksen – tee sama itse virtuaalisesti

Euroopan avaruusjärjestön BepiColombo -luotain lensi torstaina 15. lokakuuta aamulla Venuksen ohi matkallaan kohti Merkuriusta, kummallista kraatterien peittämää maailmaa. Jos haluat hypätä luotaimen kyytiin virtuaalisesti ja nähdä miten pilvien peittämä Venus lipuu upeasti silmien ohitse, niin se onnistuu suomalaisella, kaikkien vapaasti käytössä olevalla simulaattorilla.

Erilaisia lentopelejä ja simulaattoriohjelmia on maailma pullollaan, mutta tällaisia avaruussimulaattoreita on vain yksi.

Windows-tietokoneen ja virtuaalitodellisuuslasit vaativa simulaattori tuottaa hämmästyttävän autenttista kuvaa, ja koska siihen on ohjelmoitu koko Aurinkokunta, pystyy sen avulla lentämään kätevästi myös Venuksen ohi.

Aalto Virtual Planetarium -simulointiohjelmisto on kaikkien vapaasti ladattavissa osoitteessa space.aalto.fi/software.

Kyse ei ole vain todella korkean tason virtuaalimatkailusta, vaan työkalusta, joka kehitettiin visualisoimaan taivaankappaleiden ympärillä olevia hiukkaspilviä. Kosmisten maisemien ihailu tulee ikään kuin bonuksena.

Aalto-yliopistossa osana Suomi 100 -satelliittihanketta kehitetty ohjelmisto pystyy näyttämään siis muutakin kuin vain sen, mitä silmin voisi nähdä.

Esimerkiksi Venuksen ympärille saa esiin ameebamaisen hiukkaspilven, joka on laskettu todellisuudessa Venuksen kaasukehästä karkaavien hiukkasten muotoiseksi.

Kuvakaappaus Aalto Virtual Planetarium -simulaatiosta, jonka tarkoitus on laskea tarkasti sähköisesti varautuneiden hiukkasten levittäytymistä planeetan ympärillä. Se on epämuotoinen Auringosta tulevan hiukkastuulen johdosta. Kuvakaappaus simulaatiosta, jonka tarkoitus on laskea tarkasti sähköisesti varautuneiden hiukkasten levittäytymistä planeetan ympärillä. Se on epämuotoinen Auringosta tulevan hiukkastuulen vuoksi. Kuva: Aalto-yliopisto / Esa Kallio Venus (Planeetta),virtuaalitodellisuuslasit,Aalto-yliopisto,plasmafysiikka,avaruussää,aurinkotuuli,BepiColombo

Suomi 100 -satelliittihanketta vetävä, eri taivaankappaleiden lähellä olevia hiukkasilmiöitä tutkiva Aalto-yliopiston professori Esa Kallio vertaa tätä hieman yleistäen avaruussäähän:

– Siinä missä Suomi 100 -satelliitti tutkii Maan lähiavaruuden avaruussäätä, pystymme BepiColombon avulla tutkimaan avaruussäätä myöhemmin Merkuriuksessa ja ohilentojen aikana Venuksessa. Avaruussimulaatio-ohjelmisto on kehitetty kattamaan monia kohteita juuri siksi, että pystymme laskemaan sillä todellisia avaruussääilmiöitä eri taivaankappaleiden ympärillä.

Venuksen mahdollista elämää ei tämä hiukkasten tutkimiseen kehitetty simulaattori näytä. Sen sijaan Aallon virtuaaliplanetaarion avulla voi kuvitella olevansa BepiColombo ja saada aavistuksen siitä, mitä luotaimen mukana oleva kyytiläinen olisi voinyt nähdä ohilennon aikana.

ESA:n tietopaketti BepiColombon Venus-ohilennosta. Samaan aikaan havaintoja tehtiin myös maanpäällisillä teleskoopeilla sekä Venusta kiertämässä olevalla japanilaisella luotaimella. Tätä voi käyttää karkeana oppaana myös omia ohituksia simulaattorilla tehdessä. ESA:n tietopaketti BepiColombon Venus-ohilennosta. Samaan aikaan havaintoja tehdään myös maanpäällisillä teleskoopeilla sekä Venusta kiertämässä olevalla japanilaisella luotaimella. Kuva: ESA ESA,Bepicolombo,Venus (Planeetta),astronomia,planeetta

Luotain oli lähimmillään torstaina 15. lokakuuta klo 6.58 Suomen aikaa, jolloin etäisyys planeetan pinnasta oli 10720,5 kilometriä.

Tuplasti kummallinen tarina

BepiColombon lentoon liittyy kaksi ihan hullulta tuntuvaa asiaa. Ensimmäinen on se, että kulkeminen sisemmälle Aurinkokunnassa Merkuriuksen luokse on vaikeampaa kuin esimerkiksi luotaimen sinkoaminen Jupiteriin, paljon meitä kauemmaksi Auringosta.

Kun "ylöspäin" mentäessä (eli kauemmaksi Auringolta noustessa) avaruusluotainta pitää kiihdyttää, täytyy "alaspäin" lennettäessä päästä ylimääräisestä nopeudesta eroon.

Mitä kauempana kappale kiertää Aurinkoa, sitä suurempi on sen ns. liikemäärä. Planeetalta toiselle liikkuminen onkin periaatteessa nollasummapelia, missä lasketaan yhteen ja vähennetään lähtöradan ja saapumisradan energioita. Ja Merkuriukseen mennessä tulos on kovasti ylijäämäinen, ja tästä extraenergiasta täytyy päästä eroon jarruttamalla.

Se voi tapahtua joko rakettimoottorilla menosuuntaan osoittaen tai vaikkapa painovoimalinkoamisella.

Toinen kummallisuus liittyy tähän jarrutukseen painovoimalinkoamisella: planeetan – tai minkä tahansa suuren avaruudessa olevan kappaleen – painovoimaa voidaan käyttää sekä kiihdyttämiseen että hidastamiseen.
Ohjaamalla luotain sopivasti planeetan ohitse varsin läheltä, gravitaatio kääntää lentorataa ja radasta sekä tulosuunnasta riippuen joko antaa sysäyksen suurempaan nopeuteen tai tarraa luotaimeen sen verran kiinni, että nopeus putoaa.

Tätä manöveeriä käytetään usein planeettalennoilla, koska sen avulla säästetään paljon joko kiihdyttämiseen tai jarruttamiseen muutoin tarvittavaa polttoainetta. Näin luotain voi olla joko pienempi ja sen laukaiseminen käy kätevämmin sekä edullisemmin, tai sitten mukaan saadaan enemmän tutkimuslaitteita.

Merkurius on Aurinkoa lähin planeetta Aurinkokunnassamme. Tässä se on kuvattuna pinnan värejä hieman korostaen. Merkurius Kuva: Nasa merkurius

Merkurius on vähän kuin rutikuiva rusina

Euroopan avaruusjärjestön BepiColombo on siis menossa kohti Aurinkokunnan sisintä planeettaa, Merkuriusta. Se on saanut omituiselta tuntuvan nimensä italialaiselta matemaatikolta Giuseppe "Bepi" Colombolta, joka laski ensimmäisenä luotaimelle painovoimalinkousta käyttäneen lentoradan.

Kyseessä oli amerikkalainen Mariner 10, joka kävi tutkimassa Merkuriusta kolme kertaa vuosina 1974-1975 käyttäen apunaan juuri Venuksen likiliippausta.

BepiColombo laukaistiin matkaan 20. lokakuuta 2018 ja se saapuu perille vuoden 2025 lopussa. Matka-aika on siis yli seitsemän vuotta, mikä on varsin paljon periaatteessa pienestä matkasta.

Lisähaastetta matkaan tuo Merkuriuksen erittäin soikea kiertorata. Lisäksi radan periheli eli piste, jossa planeetta käy lähimpänä Aurinkoa, muuttuu hieman koko ajan Auringon voimakkaan vetovoiman vuoksi.

Niinpä luotainta pitää jarruttaa juuri oikeissa kohdissa juuri sopivasti, että se päätyy lopulta Merkuriuksen kiertolaiseksi. Paras ja kätevin tapa tehdä tämä on käyttää useita gravitaatiojarrutuksia.

Ennen tätä Venuksen vierestä viilettämistä Bepi teki viime huhtikuussa Maan ohilennon ja tätä lokakuista Venuksen ohilentoa seuraa toinen, vielä tätä lähempää menevä Venuksen ohitus ensi vuoden elokuussa. Tähän saakka lento on sujunut niin hyvin kuin vain voi kuvitella.

Maapallo BepiColombon monitorointikameran kuvaamana 9. huhtikuuta 2020, kun luotain lensi kotiplaneettansa ohitse. Maapallo BepiColombon kuvaamana 9. huhtikuuta 2020, kun luotain lensi kotiplaneettansa ohitse. Kuva: ESA maapallo,Bepicolombo,avaruusluotaimet,Ohilentoluotain

Vasta näiden jälkeen luotaimen rataa on saatu kammettua sellaiseksi, että luotain voi lentää Merkuriuksen ohitse. Ja niin se tekee peräti kuusi kertaa vuosina 2021-2025, ennen kuin se asettuu lopulta kiertämään planeettaa joulukuussa 2025.

Vaikka elämän kannalta ei epämieluisampaa paikkaa voi juuri kuvitella, on Merkuriuksestakin löytynyt orgaanisia yhdisteitä ja sen napa-alueilla ikuisesti varjossa olevissa syvänteissä saattaa olla vesijäätä.

Kiertoradalla planeetan ympärillä ollessaan Bepi toimii toivottavasti ainakin vuoden 2028 loppuun saakka.

BepiColombo lähestyy tässä piirroksessa Merkuriusta. Luotain koostuu kolmesta osasta: keskellä olevasta "varsinaisesta" luotaimesta, joka jää kiertämään Merkuriusta, samoin kiertämään jäävästä, aurinkosuojan sisällä (vasemmalla) olevasta japanilaisesta luotaimesta, sekä kaksikon läpi planeettainvälisen avaruuden kuljettavasta osasta, missä ovat mm. rakettimoottorit (oikealla). BepiColombo lähestymässä Merkuriusta. Piirros. Kuva: ESA Bepicolombo,Merkurius (planeetat),avaruusluotaimet

Merkurius on Kuun kaltainen kraatteripintainen kiviplaneetta, jonka lähellä loistava Aurinko on paahtanut kuivaksi koppuraksi. Vaikka elämän kannalta ei epämieluisampaa paikkaa voi juuri kuvitella, on Merkuriuksestakin löytynyt orgaanisia yhdisteitä ja sen napa-alueilla ikuisesti varjossa olevissa syvänteissä saattaa olla vesijäätä.

Kooltaan Merkurius on hieman Kuuta suurempi ja halkaisijan (4880 km) mukaan mitattuna runsas kolmasosa maapallosta.

Omituista Merkuriuksessa on se, että ne näyttää kutistuvan: sen pinnalla on ryppyjä, jotka ovat selvästi syntyneet kun pinta on mennyt kasaan. Ryppyjen lisäksi pinnalla on ruhjeita, jotka ovat syntyneet todennäköisesti samalla kun aikanaan valtava kappale törmäsi Merkuriukseen ja synnytti planeetan näyttävimmän pinnanmuodon, Caloriksen altaaksi kutsutun törmäyskraatterin.

Yleisesti ottaen tutkijoita Merkuriuksessa kiinnostaa edelleen kaikki. Sen tarkka koostumus, geofysiikka ja sen ympärillä oleva hyvin ohut kaasukehä sekä sen omituisen heikko magneettikenttä. Planeettaa on tutkittu vain kahdella luotaimella aikaisemmin, ja sen havaitseminen Maasta on hankalaa, koska Merkurius varsin pieni ja se kiertää niin lähellä Aurinkoa.

ESA on saanut lähikosketuksenkin Venuksen pilviin, kun planeettaa lähes vuosikymmenen ajan tutkinut Venus Express ohjattiin syöksymään alas kesällä 2014. Mukana luotaimessa oli mm. hiukkasmittalaite ASPERA-4, missä suomalaistutkijoillakin oli osuus. Venus Express -luotain syöksymässä Venukseen vuonna 2014. Piirros. Kuva: ESA / C. Carreau Venus Express,Venus (Planeetta),ESA

Nyt zoomataan Venukseen!

Venus on olemukseltaan monessa suhteessa hyvin erilainen planeetta kuin Merkurius, mutta Bepin kyydissä olevat tutkimuslaitteet voivat tutkia hyvin myös sitä.

Superkiinnostavaksi tämän ohilennon teki myös mahdollisen elämän merkkien etsintä. Juuri nyt syyskuussa kansainvälinen tutkijaryhmä kohautti ilmoittamalla löytäneensä pilvistä fosfiinia, jonka olemassaolon kun voi tulkita siten, että aine on peräisin pilvissä olevista mikrobeista. Mahdollisia muita lähteitä voisi myös olla, mutta tutkijat eivät olleet löytäneet parin vuoden pohdintojen jälkeenkään sellaisia, jotka tuottaisivat havaitussa määrin fosfiinia.

Bepillä koetettiin tietysti saada nyt lisätietoja tästäkin. Ennen kaikkea luotaimen spektrometrien tuottamat tiedot voivat olla avuksi, sillä ne havaitsevat pilvissä olevia aineita ja kemiallisia prosesseja.

MERTIS-niminen infrapunaspektrometri kartoitti Venuksen pilvikerroksien olemusta ja niiden lämpötiloja. Lisäksi se sondasi pilvien ja kaasukehän koostumusta: erityisen tarkkoja tietoja se sai hiilidioksidin, rikkidioksidin ja rikkihapon määrästä.

Toiminnassa oli myös luotaimen toinen spektrometri, PHEBUS, joka kuvasi ohilennon aikana Venuksen yöpuolista, pimeää pilvikerroksta. Tuloksien avulla voidaan kenties määrittää millainen on pilvikerroksen rakenne sen yläosissa sekä kartoittaa typpioksidin ja merkkikaasujen määrää.

Ohilento sujui suunnitellusti, mutta tietoja luotaimesta saadaan vasta myöhemmin ja niitä julkaistaan vasta kuukausien päästä, kun tutkijat ovat käyneet ne läpi ja tehneet arvioitaan.

Elämän arvoitusta tuskin saadaan kuitenkaan näillä ratkaistua, koska laitteita ei ole suunniteltu juuri fosfiinin havaitsemiseen.

Ensimmäiset julkistut BepiColombon ottamat kuvat Venuksesta tulivat mustavalkoiselta monitorointikameralta. Tämä otettiin klo 6.37 Suomen aikaa, noin 20 minuuttia ennen ohilennon lähintä hetkeä. Kuvassa näkyy ylivalottunut Venus, luotaimen antenni ja magnetometripuomi. Ensimmäinen kuva Venuksesta ohilennon aikana Kuva: ESA Bepicolombo,Venus (Planeetta)

Meillä ei ole ollut koskaan näin monipuolista hiukkasia tutkivaa laitepakettia Venuksen luona!― Professori Esa Kallio

Espoossakin odoteltiin ohilentoa innokkaasti

BepiColombossa on kaikkiaan yksitoista erilaista tutkimuslaitetta, joista suuri osa oli toiminnassa ohilennon aikana. Itse planeetan lisäksi tutkittiin myös avaruutta Venuksen ympärillä.

Osa laitteista käynnistettiin jo paria päivää ennen torstain 15. lokakuuta aamua, jolloin luotain oli lähimmillään Venusta. Sen etäisyys planeetan pinnasta oli 10720,5 kilometriä klo 6.58 Suomen aikaa. Tämä on sen verran lähellä, että Bepistä katsottuna Venus näytti lähimpänä ollessaan yhtä suurelta kuin 85-kertaisesti suurennettu täysikuu täältä Maan pinnalta.

Bepi lähestyi Venusta siten, että se näki ensin Auringon valaiseman puolen planeettaa. Lähimmillään se oli kohdassa, missä oli ilta, ja sitten luotain katosi taas planeettainväliseen avaruuteen Venuksen yöpuolella.

Ohilennon aikana Bepi läpäisi myös Venuksen ympärillä olevia varattujen hiukkasten alueita.

– Meillä ei ole ollut koskaan näin monipuolista hiukkasia tutkivaa laitepakettia Venuksen luona, iloitsi hankkeessa mukana oleva Aalto-yliopiston professori Esa Kallio ennen ohilentoa.

– Voimme nyt selvittää tarkasti sitä, miten Aurinko vaikuttaa Venuksen ilmakehän hiukkaspakoon. Laitteiden päätarkoitus on mitata Merkuriuksen pinnasta irtautua hiukkasia, mutta voimme nyt testata niitä ja tehdä samalla kiinnostavia havaintoja.

Kallion johtama tutkimusryhmä julkaisi juuri toukokuussa uusimman simulaatiotyökalunsa Venuksen ympärillä olevista hiukkasista.

Bepissä on myös täysin suomalaistekoinen mittalaite, röntgensäteitä tarkkaileva ja analysoiva SIXS. Myös se tekee havaintoja ohilennon aikana. Bepissä on myös täysin suomalaistekoinen mittalaite, röntgensäteitä tarkkaileva ja analysoiva SIXS. Kuva: Juhani Huovelin ESA,Bepicolombo,Helsingin yliopisto,MIXS

Aurinkotuuli puhaltaa kaasukehää ulos avaruuteen

Venuksen hiukkasympäristön mittaukset ovat erittäin kiinnostavia myös siksi, että niitä voidaan verrata Maahan ja Marsiin sekä myöhemmin Merkuriukseen. Näin tutkijat pystyvät vertailemaan toisiinsa erilaisia planeettoja eri etäisyyksillä Auringosta.

Erityisen jänniä tapauksia ovat etenkin Venus, Maa ja Mars, koska niillä on kaasukehät.

– Voimme ennustaa ilmakehien kehittymistä, kun saamme mittaustietoa siitä, miten ilmakehien hiukkasia karkaa avaruuteen.

Auringosta tuleva hiukkasvirta, aurinkotuuli, vaikuttaa kaikkiin planeettoihin, ja myös maapallon ilmakehää karkaa koko ajan avaruuteen – myös muutenkin kuin aurinkotuulen vuoksi. Onneksi menetämme kaasua hyvin, hyvin hitaasti.

Vertailu Venukseen on kuitenkin hyvin kiinnostavaa: avaruuden tutkiminen auttaa ymmärtämään myös omaa kotiplaneettamme.

Juttua on päivitetty torstaina 15.10.2020 aamulla ohilennon jälkeen.