Tutkimusretki Merkuriukseen on alkamassa! Euroopan ja Japanin avaruusjärjestöt ovat valmistelleet yhteistä missiotaan lähes kaksikymmentä vuotta ja laukaisu on nyt vihdoinkin lähellä. BepiColombo ampaisee avaruuteen syksyllä Euroopan avaruuskeskuksesta Ranskan Guayanasta, Kourousta. Matka aurinkokunnan sisimmälle ja pienimmälle planeetalle on pitkä ja haastava. Perillä odottaa kraattereiden peittämä kuuma ja kiehtova maailma. Aikaisemmin vain kaksi luotainta on vieraillut Merkuriuksen lähellä ja planeetta onkin aurinkokunnan vähiten tunnettu kiviplaneetta. BepiColombo-luotainpari kiertää Merkuriusta vähintään vuoden ajan tutkien Merkuriuksen rakennetta, geologiaa ja koostumusta, magneettikentän alkuperää ja lähiavaruutta. Merkurius tarjoaa myös tilaisuuden testata Einsteinin suhteellisuusteoriaa ja saada uutta tietoa aurinkokunnan synnystä ja kehityksestä, ja planeetoista jotka kiertävät lähellä tähteään. Bepicolombo on erittäin kunnianhimoinen missio ja suomalaisittain varsin kiinnostava. Luotainten mukana lentää suomalaista huipputeknologiaa ja useat Suomessa työskentelevät tutkijat osallistuvat BepiColombon tieteellisten mittausten analysointiin.
Eksoottinen Merkurius
Merkurius on karu ja kivinen, käytännössä ilmakehätön planeetta. Planeettaa ympäröi vain ohuen ohut eksosfääri, joka muuttuu alati aurinkotuulen pyyhkiessä Merkuriuksen ohi. Merkuriuksessa ei siis ole tuulta, pilviä, sateita tai myrskyjä. Planeetalla ei myöskään ole ollut merkittävää tulivuoriaktiivisuutta yli kolmeen miljardiin vuoteen. Varhaisessa meteoriittipommituksessa syntyneet törmäyskraatterit eivät siis ole päässeet kulumaan ja Merkuriuksen pinta muistuttaakin Kuun kraattereiden peittämää pintaa.
Merkuriusta kartoittaneet NASA:n Mariner-10 (ohilennot 1974 ja 1975) ja Messenger-luotain (2011-2015) ovat paljastaneet, että planeetalla on mielenkiintoinen ja monimutkainen historia. Merkuriuksessa on mm. paljon rikkiä ja tulikiveä peittäviä tasankoja, sekä omituisia harjanteita ja jyrkänteitä. Nämä havainnot kertovat tarinaa siitä, miten Merkurius aikoinaan syntyi ja kehittyi.
Olosuhteet Merkuriuksessa ovat hurjat. Lämpötila vaihtelee polttavan kuumasta jäätävän kylmään. Auringon säteily tulee Merkuriukseen kymmenen kertaa voimakkaampaa kuin Maahan ja mittari kohoaa planeetan pinnalla kuumimmillaan yli 400 asteeseen. Ilmakehän puutteesta ja pitkästä pyörähdysajasta (59 Maan vuorokautta) johtuen Merkuriuksessa on kuitenkin paikoitellen lähes -200 astetta pakkasta. Auringolta pimennossa olevien kraattereiden suojista on löytynyt myös jäätä.
Yksi tutkijoita kummastuttava asia on Merkuriuksen magneettikenttä. Pienillä planeetoilla ei ole yleensä merkittävää magneettikenttää ja siksi magneettikentän löytyminen oli aikoinaan yllätys. Merkuriuksen magneettikentässä on lisäksi mielenkiintoisia epätasaisuuksia. Kenttä on noin kolme kertaa voimakkaampi pohjoisella kuin eteläisellä pallonpuoliskolla.
Koska Merkurius on niin lähellä Aurinkoa iskevät aurinkotuuli ja Auringon purkaukset planeettaan hyvin voimakkaina. Merkuriuksen magnetosfäärissä tapahtuukin paljon ja nopeasti, esimerkiksi koko magnetosfäärin kattavia suuria muutoksia vain noin minuutin aikaskaaloissa. Päiväpuolella magnetosfäärin ulkoraja saattaa painua jopa planeetan pinnalle asti, jolloin aurinkotuuli pääsee vuorovaikuttamaan suoraan Merkuriuksen kanssa.
Kaverukset Bepi ja Mio
Merkuriusta lähdetään nyt ensimmäistä kertaa tutkimaan kahden luotaimen voimin. BepiColombo koostuu eurooppalaisten pääosin Merkuriusta planeettana tutkivasta Mercury Planetary Orbiter “Bepistä” ja japanilaisten magnetosfääriä tutkivasta Mercury Magnetospheric Orbiter “Miosta”. Bepissä on 11 tieteellistä instrumenttia ja Miossa viisi. Euroopan avaruusjärjestö on vastuussa myös BepiColombon kuljetusmoduulista, joka vie Bepin ja MMO:n Merkuriukseen ja tukee luotaimia matkan aikana.
Sekä Bepi että Mio kiertävät Merkuriusta soikeilla radoilla napojen ympäri. Molemmat käyvät lähimmillään vain noin 400 kilometrin päässä Merkuriuksesta. Bepi pysyttelee suhteellisen lähellä planeettaa, mutta Mion rata ulottuu yli 11000 kilometrin päässä Merkuriuksesta, missä luotain havaitsee myös aurinkotuulta.
Bepin ja Mion yhteistyö onkin yksi BepiColombo-mission kulmakiviä. Luotainpari voi tutkia useita sellaisia tiedekysymyksiä ja ajallisesti ja paikallisesti vaihtelevia fysikaalisia prosesseja, joita yhdellä luotaimella ei olisi mahdollista ratkaista. Kun Mio esimerkiksi mittaa Merkuriukseen iskeytyvää aurinkotuulta, Bepi havaitsee vaikutuksia planeetan pinnalla ja lähiavaruudessa.
Pitkä matka Merkuriukseen
Bepi matkasi huhtikuun lopussa Euroopan avaruusjärjestön teknologiakeskuksesta ESTEC:istä Alankomaista tropiikin lämpöön. Luotain pakattiin huolellisesti ja lastattiin Amsterdamin Schipholin lentokentällä koneeseen. Lähellä päiväntasaajaa Atlantin rannikolla Kouroulla Ranskan Guayanassa sijaitsee Euroopan avaruusjärjestön avaruuskeskus, josta BepiColombon laukaisu tapahtuu ja siellä tehdään vielä viimeisiä testejä ja valmisteluja. Vappupäivänä Bepiä seurasivat Kouroulle myös Mio ja kuljetusmoduuli. Laukaisu on todennäköisimmin lokakuu – marraskuun vaihteessa ja tapahtuu Ariane 5 kantoraketilla.
BepiColombo kiertelee sisemmässä aurinkokunnassa lähes seitsemän vuotta ennen kuin Merkurius saa kaapattua sen pysyvälle kiertoradalleen joulukuussa 2025. Auringon läheisyys tuo merkittäviä teknologisia haasteita ja BepiColomboa varten on kehitetty aivan uudenlaista tehokasta sähköistä voimanlähdettä saamaan aikaan tuhansia tunteja työntövoimaa. Lisäksi lukuisat ohilennot Maan, Venuksen ja Merkuriuksen ohitse auttavat saattamaan BepiColomboa Merkuriuksen kiertoradalle.
BepiColombo on saanut nimensä italialaisen matemaatikko ja insinööri Giuseppe (“Bepi”) Colombon mukaan. Colombo ratkaisi vuonna 1965 Merkuriuksen pyörimisen arvoituksen: planeetta pyörähtää akselinsa ympäri kolme kertaa kutakin kahta ratakierrosta kohti. Hän myös laski aikoinaan, miten Mariner 10 luotain pystyisi tekemään toistuvia ohilentoja Merkuriuksen ohitse. Merkuriuksen kiertoradalle päästyään eurooppalaisten ja japanilaisten luotaimet jarruttavat ensin yhdessä ja sitten eroavat. Bepi laskeutuu vielä alemmaksi tutkimaan planeetan lähiympäristöä.
Pitkän matkan aikana Bepicolombon lukuisat mittalaitteet eivät ole toimettomina. Mittalaitteita pyritään pitämään päällä aina kuin vain mahdollista. Varsinkin Venuksen ja Merkuriuksen ohilentojen aikana tehdään tärkeitä tiedemittauksia.
Suomalaista huipputekniikkaa ja tiedettä
Suomalaiset ovat olleet mukana BepiColombo-missiossa heti alusta alkaen. Lukuisat tutkijat ja insinöörit ovat työskennelleet varsinkin Bepi-luotaimen SIXS- ja MIXS-instrumenttien parissa, jotka tekevät tiivistä yhteistyötä Merkuriuksen kiertoradalle päästyään. SIXS on lähes kokonaan kotimaista työtä ja suomalaiset ovat osallistuneet myös MIXS röntgenkameroiden tekemiseen. SIXS mittaa Auringosta saapuvaa röntgensäteilyä, elektroneja ja protoneja ja MIXS puolestaan näiden Merkuriuksen pinnalla synnyttämää röntgenfluoresenssia ja -sirontaa. Havainnoista johdetaan Merkuriuksen pinnan alkuainepitoisuuksia ja rakennetta, mikä auttaa selvittämään mm. planeetan muodostumista ja kehitystä. Yhdessä BepiColombon muiden tiedelaitteiden kanssa näiden havaintojen avulla tutkitaan mm. miten Auringon hiukkassäteily tunkeutuu Merkuriuksen magneettikenttään ja miten Merkuriuksen magnetosfäärin dynaamiset prosessit puolestaan kiihdyttävät hiukkasia. Lisäksi SIXS tekee tärkeitä ja mielenkiintoisia mittauksia Auringosta itsestään. Instrumentin mittauksista saadaan ensimmäiset pitkät aikasarjat Auringon purkauksista peräisin olevasta röntgen- ja hiukkassäteilystä lähellä Aurinkoa.
SIXS- ja MIXS-instrumenttien suunnitteluun ja rakentamiseen on osallistunut useita yliopistoja ja yrityksiä Suomessa, sekä Ilmatieteen laitos. Työskentely suuressa ja kansainvälisessä avaruusprojektissa on ollut mielenkiintoista ja palkitsevaa. Instrumenttien kehittäminen vaativiin olosuhteisiin on vaatinut useita uusia teknologisia ratkaisuja ja niiden perusteellista testaamista. Projekti onkin vienyt mukana olleiden tahojen osaamista eteenpäin ja luonut uusia yhteistyökontakteja.
Suomalaisten osuus BepiColombo-missiossa ja sen instrumenttien suunnittelussa ja rakentamisessa
- Helsingin yliopisto on päävastuussa Suomen osuudesta ESA:n BepiColombo-missiossa. SIXS-instrumentin päätutkija on dosentti Juhani Huovelin. Professori Karri Muinonen on brittiläisen MIXS-instrumentin toinen päätutkija, ja professori Rami Vainio Turun yliopistosta vastaa SIXS:in hiukkasilmaisimesta. Suomen BepiColombo-tiederyhmässä on kaikkiaan toistakymmentä tutkijaa, ja yhteistyötä tehdään aktiivisesti useiden muiden instrumenttien kanssa, joista tärkein on MIXS-instrumentti Leicesterin yliopistossa, Iso-Britanniassa.
- Helsingin yliopiston johtamassa ja Business Finlandin (ent. Tekes) rahoittamassa teknisessä projektissa on viisi päätason alihankkijaa
- Ilmatieteen laitos vastaa projektipäällikön ja laadunvalvonnan työosuuksista
- Oxfords Instrument Technologies Oy ja Turkulainen Aboa Space Research Oy (ASRO) ovat vastanneet SIXS-instrumentin teknisestä suunnittelusta ja rakentamisesta
- TalviOja Consulting Oy on vastannut SIXS-instrumentin lämpösuunnittelusta ja -mallinnuksesta.
- Space System Finland Oy on kehittänyt ohjelmiston SIXS- ja MIXS- instrumenttien yhteiseen ohjaus- ja datankäsittely-yksikköön.
- RUAG Space Finland Oy (ent. Patria Aviation Oy) on valmistanut SIXS- ja MIXS-instrumenttien ohjaus- ja datankäsittely-yksikön.
Lisää tietoa: http://sci.esa.int/bepicolombo/
Twitter: BepiColombo, ESA_Bepi
Tulevia tapahtumia
- Tutkimusmatka Merkuriukseen, Avoin yleisötilaisuus, Tiedekulma 25.9 klo 17-19
- Laukaisuvalvojaiset (aika tarkentuu syksyllä, BepiColombon laukaisuikkuna on 5.10 – 30.11.2018)
Teksti: Emilia Kilpua ja Juhani Huovelin