Hyppää pääsisältöön

Kaasukiemuroita, väriraitoja ja unenomaisia revontulia – pienen luotaimen kuvat jättiplaneetta Jupiterista ovat hämmästyttäviä

Jupiteria Junon kuvaanana
Jupiteria Junon kuvaamana 16. joulukuuta 2017, jolloin luotain oli 13 604 kilometrin päässä planeetasta. Jupiteria Junon kuvaanana Kuva: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Juno,Jupiter (planeetat),Nasa,planeettatutkimus

Nasan Juno-luotaimen ottamissa kuvissa Aurinkokunnan suurimman planeetan pilvikerrokset näyttävät kaoottisilta, kauniilta ja kummallisilta. Kuvat ja mittaukset auttavat ymmärtämään Jupiteria sekä planeettojen kehitystä, mutta tarjoavat myös esteettisiä elämyksiä.

Planeetoista kaksi suurinta, Jupiter ja Saturnus, näkyvät parhaillaan kauniisti lähekkäin iltataivaalla. Joulun aikaan ne ovat niin lähellä toisiaan, että äkkiseltään katsottuna ne ovat kuin yksi, kirkas valopiste.

Välimatkaa planeetoilla on kuitenkin roimasti – ne ovat vain samalla suunnalla täältä Maan pinnalta katsottaessa. Rengasplaneetta Saturnus on 1604 miljoonan kilometrin päässä ja etäisyys Jupiteriin on 872 miljoonaa kilometriä.

Jo pienellä kaukoputkella katsoessa Jupiter paljastuu raitaiseksi, jännittävän näköiseksi planeetaksi. Se ei ole normaalin planeetan tapaan pallo, vaan paljaallakin silmällä katsoessa se on selvästi soikea (koska se pyörii niin nopeasti, että päiväntasaaja nousee keskipakovoiman vuoksi korkeammalle).

Jupiter Junon kuvaamana 20. heinäkuuta 2019. Suuri punainen pilkku näkyy hyvin.
Joulukuusenkoristemainen Jupiter Junon kuvaamana 20. heinäkuuta 2019. Planeetan kuuluisa suuri punainen pilkku näkyy hyvin. Pilkku on itse asiassa jättimäinen pyörremyrsky. Jupiter Junon kuvaamana 20. heinäkuuta 2019. Suuri punainen pilkku näkyy hyvin. Kuva: NASA / JPL / SwRI / MSSS Juno,Nasa,Jupiter (planeetat),Jupiterin suuri punainen pilkku

Mikäli voisit lentää Jupiterin luokse, olisi se todella omituinen maailma. Se pinta, mikä kaukoputkessa näyttää hailakalta raitapinnalta, ei olekaan pintaa, vaan eri kerroksissa olevia, valtavalla nopeudella liikkuvia ja spiraalimaisesti kieppuvia pilviä.

Lisäksi ne ovat värikkäitä! Keltaista, oranssia, valkoista, punaista, sinistä ja jopa mustanpuhuvia vyöhykkeitä. Jos siellä voisi lentää lentokoneella, olisi turbulenssi äärimmäisen rajua ravistusta, ja maisema ikkunan takana toinen toistaan seuraavia, psykedeelisesti väritettyjä pyörremyrskyjä.

Kuten esimerkiksi Jupiterin kuuluisa punainen pilkku, joka on ällistyttävän suuri pyörremyrsky. Lisäksi pinnalla on silloin tällöin näkyviin pulpahtavia valkoisia pilkkuja, jotka vähän aikaa vipellettyään noin vain katoavat.

Mitä ihmettä Jupiterissa tapahtuu?

Onneksi voimme tutkia Jupiteria myös lähempää, sillä sitä kiertää parhaillaan pieni avaruusluotain nimeltä Juno. Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallinto Nasan ja Southwest Research Instituten yhteishankkeena tehty luotain laukaistiin matkaan elokuussa 2011 ja perille se pääsi elokuussa 2016.

Juno pysyttelee turvallisen matkan päässä planeetastaan, mutta se auttaa ymmärtämään paremmin planeettajättiläisen olemusta.

Piirros Juno-luotaimesta Jupiterin luona.
Piirros Juno-luotaimesta Jupiterin luona. Piirros Juno-luotaimesta Jupiterin luona. Kuva: Nasa Juno,Jupiter (planeetat),Nasa

Juno on vähän kuin koppakuoriainen

Roomalaismytologian ylijumala Juppiterin vaimon Junon mukaan nimetty luotain on siis ollut työn touhussa jo yli neljän vuoden ajan, mitä voi pitää hyvänä saavutuksena, koska olosuhteet Jupiterin luona ovat kovasti ikävät.

Siellä ei olisi kivaa lentää lentokoneella.

Planeetta ikään kuin imee ympärilleen suurienergisiä elektroneja, jotka kurittavat luotaimen elektroniikkaa. Siksi Junon runko on tukeva ja paksuseinäinen, etenkin sisällä oleva ydin on tehty kestämään voimakasta säteilyä.

Myös sähkönsaanti on lievästi hankalaa, sillä Jupiterin etäisyydellä Auringon valoa on vain noin 25 % siitä mitä sitä on täällä Maan tienoilla. Niinpä luotaimella on varsin suuret aurinkopaneelit: niitä on kolme ja kukin on noin kolme metriä pitkä. Säteily myös heikentää aurinkopaneelien sähköntuotantokykyä, joten Juno joutuu pinnistelemään varsin pienellä virralla.

Kaunis näkymä Jupiteriin pohjoisnavan päältä.
Jupiterin pohjoisnavan seudut Junon kuvaamana 27. elokuuta 2016. Välimatkaa oli noin 195 000 kilometriä. Kaunis näkymä Jupiteriin pohjoisnavan päältä. Kuva: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Juno,Nasa,Jupiter (planeetat)

Pinnaton planeetta

Jupiteria on tutkittu aikaisemminkin paitsi ohilennoin, niin myös sen ympärillä pyörien. Galileo-luotain ahkeroi planeetan luona kahdeksan vuoden ajan syksyyn 2003 saakka, jolloin se ohjattiin itsemurhasyöksyyn.

Galileon kuvissa Jupiter oli jo ällistyttävä, mutta nyt Junon lähettämät kuvat ovat vieläkin kummallisempia.

Juno tutkii planeettaansa kaikkiaan kahdeksan tutkimuslaitetteen ja kameran avulla. Ne paitsi kuvaavat eri aallonpituusalueilla, niin myös tekevät havaintoja esimerkiksi ympärillä olevista hiukkasista, sähkökentästä ja magneettisuudesta.

Luotaimen lähettämää signaalia analysoimalla voidaan myös mitata tarkasti luotaimen sijaintia ja sijainnin muutoksia. Tämän avulla voidaan laskea muun muassa Jupiterin voimakkaassa painovoimakentässä olevia vaihteluita.

Tähän mennessä Juno on tutkinut kohdettaan lähimmillään vain noin 4000 kilometrin etäisyydeltä, eli jättiläisplaneetan mittakaavassa lähes sen pilvipinnan päällä kiitäen. Kuvia on saatu nyt myös Jupiterin napa-alueilta.

Jupiter kuvattuna etelänavan päältä.
Jupiter kuvattuna etelänavan päältä 25. toukokuuta 2017 noin 52 000 kilometrin etäisyydeltä. Kuva näyttää hyvin sen, että raidat ovat sivussa ja napa-alueilla on runsaasti pieniä pyörteitä. Jupiter kuvattuna etelänavan päältä. Kuva: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles Juno,Jupiter (planeetat),Nasa,planeettatutkimus

Kuvissa näkyy erinomaisesti pieniä, erilaisia myrskykeskuksia ja niiden ympärillä olevia virtausalueita. Pienuus on toisaalta hyvin suhteellista, sillä ovaalimaiset myrskyt ovat Suomen kokoisia.

Kauniit kiehkurat ovat pilviä, sillä näemme Jupiterista vain sen kaasukehän ylimmät kerrokset. Itse asiassa Jupiterilla ei ole lainkaan kiinteää pintaa, vaan sen kaasukehä vain tihenee alaspäin syvemmälle mentäessä.

Noin tuhannen kilometrin syvyydessä pilvistä mitattuna on kuuma nestemäisen vedyn ja heliumin meri. Se muuttuu noin 12 000 kilometrin syvyydessä ns. metalliseksi vedyksi, missä paine on jopa neljä miljoonaa baaria (ilmanpaine Maassa on hieman yli 1 baaria) ja lämpötila yli 5000°C.

Jupiterin ytimenä on muutaman tuhatta kilometriä säteeltään oleva kiinteän vedyn kokkare. Paine on valtava ja lämpötila useita kymmeniä tuhansia asteita.

Jos Jupiter olisi muodostunut Aurinkokunnan alkuaikoina suuremmaksi, olisi sen keskellä oleva paine ja lämpötila nousseet niin hurjiksi, että vety olisi alkanut fuusioitua siellä heliumiksi – siitä olisi tullut tähti, toinen Aurinko.

Pilviä kuvattuna läheltä 2. kesäkuuta 2020.
Junon 2. kesäkuuta 2020 ottamassa kuvassa näkyvät hyvin pilvien värit ja pyörteet sekä Jupiterin punainen pilkku. Kiinnostavinta tässä on kuitenkin pieni valkoinen alue punaisen pilkun alaoikealla puolella: eteläafrikkalainen harrastajatähtitieteilijä Clyde Foster huomasi tämän uuden kohteen 31.5.2020 ja Juno otti siitä pian lähikuvia. Kyseessä on nouseva virtaus, vähän kuin kesäinen ukkosmyrskysolu Maan ilmakehässä. Pilviä kuvattuna läheltä 2. kesäkuuta 2020. Kuva: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Juno,Jupiter (planeetat),Nasa

Missä mätää kananmunaa, siellä kauniita värejä

Jupiter on niin sanottu kaasujättiläinen, missä vedyn ja heliumin lisäksi on mausteina muun muassa metaania, vesihöyryä, ammoniakkia ja silikaatteja sekä pieniä määriä mm. hiiltä, etaania, vetysulfidia, neonia, happea, fosfiinia ja rikkiä.

Pilvien jännät värit tulevatkin näistä aineista, jotka ovat mukana myös muun muassa mädäntyneen kananmunan äklössä tuoksussa: rikin ja vedyn yhdisteissä.

Kiehkuramaiset muodot johtuvat puolestaan pilvikerrosten lämpötilaeroista ja virtauksista. Yhden paksun kerroksen sijaan pilviä onkin eri kerroksissa, mikä tekee joistain kuvista selvästi kolmiulotteisen näköisiä. Joissain näkyy myös ylempien pilvien alempiin kerroksiin heittämiä varjoja.

Usvaa pilvikerroksen päällä.
Tässä Junon 17. helmikuuta 2020 Jupiterin pohjoispuolella ottamassa kuvassa näkyy selvästi korkeammalla olevia pitkiä pilviä. Vastaavia on havaittu aikaisemminkin. Niiden olemus ja synty ovat toistaiseksi tuntemattomia, mutta yleensä korkeammalla olevat pilvet koostuvat todennäköisesti kiteisestä ammoniakista. Usvaa pilvikerroksen päällä. Kuva: NASA/JPL/SwRI/MSSS Nasa,Jupiter (planeetat),Juno

Mittausten mukaan raitojen vaaleat alueet, joita kutsutaan vyöhykkeiksi, ovat korkeammalla ja siten viileämpiä. Niissä kaasu nousee ylöspäin, kun taas tummissa alueissa, joita kutsutaan vöiksi, kaasu laskeutuu alaspäin ja niiden kohdalla pilvet ovat matalammalla.

Yleistäen voisi siis sanoa, että vyöhykkeissä (vaaleissa alueissa) on matalapaine, ja vöissä (tummissa alueissa) on korkeapaine.

Vaaleissa vyöhykkeissä tuulee myötäpäivään ja tummissa vastapäivään. Ne muistuttavat olemukseltaan siis hieman Maan pasaatituulia. Tuuli puhaltaa pilvikerroksissa päiväntasaajan luona jopa 700 kilometrin tuntinopeudella.

Jupiterin vöitä ja vyöhykkeitä Junon kuvaamana 12. helmikuuta 2019.
Jupiterin eteläisen pallonpuolen vöitä ja vyöhykkeitä Junon kuvaamana 12. helmikuuta 2019. Kuvan värejä on hieman liioiteltu. Jupiterin vöitä ja vyöhykkeitä Junon kuvaamana 12. helmikuuta 2019. Kuva: NASA / JPL / SwRI / MSSS Jupiter (planeetat),Juno,Nasa

Vöiden ja vyöhykkeiden värit johtuvat kemiallisista yhdisteistä. Ylimpämä ovat vaaleat ammoniakkijääpilvet ja alempana todennäköisesti ammoniumvetysulfidista koostuvat tummat pilvet. Osa ylemmistä pilvistä on samankaltaisia cirruspilviä kuin täällä maapallolla, osa kumpupilviä, ja alimmissa pilvikerroksissa voisi olla myös vesijääpilviä ja vesipisaroista koostuvia pilviä.

Syvemmällä voisi olla myös magnesiumista, piiyhdisteistä ja raudasta koostuvia pilviä. Koska lämpötila on jo varsin korkea näin syvällä, voisi tosiaan myös rauta muodostaa kaasumaisia pilviä, vaikka se vaikuttaa järjettömältä.

Kaikkein ylimpänä näkyvät punertavat pilvet – kuten juuri suuren punaisen pilkun punainen höttö.

Jos voisimme lentää Jupiterin pilvien yläkerroksissa, niin todennäköisesti näkisimme siellä myös komeita haloilmiöitä, jotka johtuvat ammoniakkikiteiden symmetriasta.

Napa-alueilla raitoja sen sijaan ole. Pohjoisnapa on myös selvästi sinisempi kuin muut osat planeetasta.

Jupiteria eri aallonpituuksilla kuvattuna
Junon infrapunakamera JIRAM pystyy havaitsemaan ilmiöitä, joita paljain silmin ei näe. Eri lämpösäteilyn aallonpituudet voivat kertoa pilvien lämpötilasta ja näyttää esimerkiksi revontulia, Jupiteria eri aallonpituuksilla kuvattuna Kuva: NASA/JPL/SwRI/ASI/INAF/JIRAM Juno,Jupiter (planeetat),Nasa

Infrapunaa ja aaveääniä

Ihmissilmin näkyvän valon alueella olevien kuvien lisäksi Junon kamerat havaitsevat muun muassa lämpösäteilyä ja pystyvät “näkemään” myös hieman pilvipinnan alapuolelle.

Infrapunakuvien avulla onkin saatu selville esimerkiksi vöiden ja vyöhykkeiden lämpötilaeroja: 70 kilometrin syvyydessä pilvien pintakerroksen alapuolella lämpötila on noin 30°C, kun taas pilvien huipulla jotakuinkin −130°C.

Nämä infrapunakuvat ovat myös paljastaneet revontulia. Niitä on havaittu aikaisemminkin Maan pinnalta ja Hubble-avaruusteleskoopilla, mutta Juno on saanut niistä lähikuvia.

Lämpökuvassa näkyviä revontulia Jupiterissa.
Junon JIRAM-kameralla (Jovian Infrared Auroral Mapper) 27. elokuuta 2016 otettu kuva Jupiterin etelänavan luota. Kuvassa näkyy selvästi ns. revontuliovaali, eli napaa ympäröivä alue, missä hiukkaset osuvat kaasukehään ja synnyttävät siinä revontulia. Myös Maalla on vastaava, mutta paljon pienempi. Lämpökuvassa näkyviä revontulia Jupiterissa. Kuva: NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM Juno,Nasa,Jupiter (planeetat),revontulet

Toinen Junon mittalaite, niin sanottu plasma-aaltoinstrumentti on voinut myös "kuunnella" näitä revontulia. Mittaukset voidaan myös muuttaa ihmiskorvin kuultaviksi, ja tätä Jupiterin revontulimusiikkia voi kuunnella mm. täällä.

Jupiterin "äänet", eli planeetan ympärillä olevien varattujen hiukkasten leikki, on tunnettu jo 1950-luvulta alkaen, mutta koskaan aikaisemmin niitä ei ole voitu tutkia näin hyvin.

Kamikaze-tyylinen loppu häämöttää

Kun Juno saapui Jupiteriin elokuussa 2016, asettui se kiertämään planeettaa varsin soikealla radalla, joka vei luotaimen välillä varsin kauas Jupiterista ja toi sen välillä erittäin lähelle pilvikerroksen pintaa. Yksi kierros tällaisella radalla kesti 53 Maan vuorokautta.

Tällä radalla aktiivista havaintoaikaa oli vain lähiohitusten aikana ja muutoin luotaimella vain kerättiin mittaustietoja sekä otettiin satunnaisia kuvia.

Muutaman kierroksen jälkeen rataa oli tarkoitus muuttaa ympyrämäiseksi, jolloin luotain olisi voinut tehdä havaintoja tasaiseen tahtiin oikeastaan koko ajan.

Kun rataa alettiin muuttamaan, saatiin kuitenkin ratamuutoksissa vaadittavaan rakettimoottoriin polttoainetta syöttävästä järjestelmästä huolestuttavia tietoja. Venttiileistä saatiin vikailmoituksia, ja niiden vuoksi luotain oli hetken myös varotilassa, eli se sulki kaikki epäolennaiset systeeminsä ja jäi odottamaan ohjeita Maasta.

Kyse saattoi olla sensoriviasta, eli venttiilit olisivat saattaneet toimia normaalisti, mutta oli myös mahdollista, että niihin oli saattanut tulla vikaa vuosia kestäneen avaruuslennon aikana ja avaaminen olisi voinut saada aikaan räjähdyksen. Se olisi tietänyt lennolle loppua ennen kuin luotain olisi päässyt edes kunnolla hommiin.

Riskiä ei uskallettu ottaa, vaan luotaimen annettiin jäädä kiertämään Jupiteria vähemmän kiinnostavammalla, mutta turvalliselle radalla.

Lähitutkailuun suunnitellut kamerat ja mittalaitteet eivät nyt pysty tekemään kunnollisia havaintoja kuin ajoittain, mutta toisaalta luotaimella saadaan nyt kiinnostavia tietoja kaukaisemmilta seuduilta ja todella hyviä laajakuvia.

Junon sijaintia Jupiterin ympärillä voi seurata täältä.

Alun perin lennon piti olla siis tiivistempoinen ja varsin lyhyt, mutta siitä tulikin nyt rauhallisempi, mutta pitempi. Junon loppu koittaa näillä näkymin ensi heinäkuussa.

Silloin se ohjataan syöksymään Jupiteriin. Syöksyn ja sitä edeltävien hyvin läheltä planeettaa tehtävien ohilentojen aikana saadaan paljon kiinnostavia kuvia sekä tietoja.

Cassini syöksyy Saturnukseen (piirros).
Saturnusta tutkinut Cassini-luotain ohjattiin syöksymään planeetan kaasukehään syyskuussa 2017. Saturnusta peittävät samankaltaiset pilvet kuin Jupiteria, joten tämä taiteilijan näkemys tuhoutuvasta Cassinista voisi esittää myös tuhoutuvaa Junoa – paitsi että Jupiterilla ei ole näin komeita renkaita. Cassini syöksyy Saturnukseen (piirros). Kuva: Nasa Saturnus (planeetat),Cassini

Tärkein syy itsemurhasyöksyyn on kuitenkin se, että luotain halutaan tuhota turvallisesti sen toimiessa vielä normaalisti. Näin se ei jää kiertämään avaruusromuna Jupiteria ja mahdollisesti törmää joskus esimerkiksi Jupiterin kiinnostaviin kuihin.

Esimerkiksi Europa-nimisen kuun jäisen pinnan alla saattaa olla valtava suolavesinen meri, missä kenties voisi olla elämääkin.

Periaatteessa myös Jupiterin pilvissä voisi olla leijumassa mikrobeita, sillä sopivalla syvyydellä lämpötila on juuri mukava. Junon tekemistä havainnoista on saatu merkkejä myös vedestä, ja siellä on myös muita elämän rakennusaineita.

Toivottavasti Juno voi valaista tätäkin mysteeriä viimeisillä voimillaan ensi kesänä, kun se sukeltaa Jupiterin pilvissä ennen hiipumistaan.

Io-kuun varjo Jupiterissa.
Io on lähimpänä Jupiteria kiertävä sen suurista kuista. Tässä on sen varjo Junon kuvaamana 11. syyskuuta 2019. Varjo on halkaisijaltaan noin 3 600 kilometriä ja vaikka se on kooltaan jotakuinkin saman kokoinen kuin Io, näyttää varjo epäluonnollisen suurelta. Kuvaa ottaessaan Juno oli 7862 kilometrin korkeudella pilvikerroksen päällä. Io-kuun varjo Jupiterissa. Kuva: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill Jupiter (planeetat),Juno,Nasa,Io

Mennään tutkimaan Jupiterin kuita!

Tutkijat suunnittelevat jo Junon seuraajia. Hankkeita on kaksi, jotka kummatkin suuntaavat päähuomionsa Jupiterin suuriin kuihin. Kaikkin kiinnostavin on Europa, koska kaikkien merkkien mukaan sen pinnan alla saattaa olla lähes koko kuun kokoinen valtava meri.

Kaikkein innokkaimmat miettivät jo miten sen jäisen pinnan läpi voisi porautua ja ujuttaa mereen uiskentelemaan robottitutkijan.

Europa Explorer esillä ILA-näyttelyssä.
Saksalaisten suunnittelema Europa Explorer -sukellusrobotti esillä ILA-näyttelyssä. Europa Explorer esillä ILA-näyttelyssä. Kuva: Jari Mäkinen Europa,sukellusveneet

Myös kolme muuta isoa kuuta, Io, Ganymedes ja Kallisto ovat erittäin kiinnostavia.

Jupiterin painovoimakentän massiiviset vuorovesivoimat hierovat Io-kuuta koko ajan niin voimakkaasti, että se on vulkaanisesti hyvin aktiivinen ja näyttää kuin pizzalta.

Ganymedes on näistä kuista suurin. Jos se kiertäisi Jupiterin sijaan Aurinkoa, pidettäisiin sitä planeettana. Se onkin suurempi kuin planeetta Merkurius, mutta yllättäen Ganymedes on massaltaan vain noin puolet Merkuriuksesta. Miksi kuu on niin höttömäinen?

Kallisto on myös kookas, noin Merkuriuksen kokoinen. Sieltä ei ole havaittu lainkaan tulivuoria, mutta sen pinnalla on valtavasti törmäyskraattereita. Kalliston pinta on jäinen ja kenties senkin syövereissä on suolavettä.

Jupiterin kuut Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto.
Jupiterin neljä suurinta kuuta: Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto. Kuvat ovat oikeassa kokosuhteessa. Jupiterin kuut Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto. Kuva: Nasa Io,Europa,Jupiter (planeetat),kuut,Ganymedes,Kallisto

Näitä kuita tutkimaan lähetettävä luotain on jo valmistumassa. Euroopan avaruusjärjestön JUICE on tarkoitus lähettää vuonna 2022. Perille jättiläisplaneetan luokse se pääsee 2029.

JUICEa ei ole nimetty Leskisen mukaan, vaan taustalla ovat sanat Jupiter Icy moons Explorer, eli "Jupiterin jäisten kuiden tutkija".

Myös Nasa suunnittelee luotainta, joka ottaisi juuri Europa-kuun kohteekseen. Tämän Europa Clipper -lennon aikataulusta ei ole vielä varmuutta.

JUICE-luotain Jupiterin luona.
Hahmotelma JUICE-luotaimesta Jupiterin luona. JUICE-luotain Jupiterin luona. Kuva: ESA ESA,Jupiter (planeetat),Juice