BepiColombo-luotainpari lähetettiin avaruuteen lauantaina 20.10.2018 Euroopan avaruuskeskuksesta Ranskan Guayanasta, Kourousta. Aurinkokuntamme sisimmälle ja pienimmälle planeetalle matkaavien luotainten mukana lentää suomalaista huipputeknologiaa. Turun yliopiston avaruustutkimuslaboratorion johtaja, professori Rami Vainio, on vastannut Bepi-luotaimen SIXS-instrumentin hiukkasilmaisimesta.
Merkurius on aurinkokunnan tuntemattomin kiviplaneetta. Vaikka planeetta on tiedetty esihistorialliselta ajalta lähtien, sitä on toistaiseksi tutkittu vähän. Aikaisemmin vain kaksi luotainta on vieraillut planeetan lähellä.
Euroopan ja Japanin avaruusjärjestöt ovat valmistelleet yhteistä Merkurius-operaatiotaan lähes kaksikymmentä vuotta. Matka Merkuriukseen on pitkä ja haastava, ja perillä odottaa kraattereiden peittämä kuuma ja kiehtova maailma.
– Merkuriukseen on vaikeaa lähettää avaruusluotainta, koska se sijaitsee niin lähellä Aurinkoa. Luotaimen lämpösuunnittelu täytyy tehdä hyvin, jotta se kestää suuret lämpötilojen heittelyt, kertoo hankkeessa toistakymmentä vuotta työskennellyt Turun yliopiston kokeellisen avaruusfysiikan professori Rami Vainio.
Myös luotainparin säteilysuojaan on täytynyt panostaa.
– Säteilyannokset Merkuriuksen etäisyydellä Auringosta saattavat nousta yli 10-kertaisiksi verrattuna Maan etäisyyden annoksiin. Tämä on elektroniikalle erittäin haastava ympäristö.
Tuplasti havaintoja
Merkuriusta lähdettiin 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 yksitoista tieteellistä instrumenttia ja Miossa viisi.
Sekä Bepi että Mio kiertävät Merkuriusta soikeilla radoilla napojen ympäri. Molemmat käyvät lähimmillään vain noin 400 kilometrin päässä Merkuriuksesta. Kaksi luotainta mahdollistaa myös tutkittavien ilmiöiden tarkastelun eri näkökulmasta.
– Bepi pysyttelee suhteellisen lähellä planeettaa, mutta Mion rata ulottuu yli 11 000 kilometrin päähän Merkuriuksesta, missä luotain havaitsee myös aurinkotuulta.
Tärkeimmät edut luotainparista saadaan kun tutkitaan Merkuriuksen magnetosfäärin nopeita muutoksia, jota aurinkotuulen muuttuvat olosuhteet ajavat.
– Aiemmilla luotainhankkeilla ei ole ollut mahdollisuutta tutkia ongelmaa kahdella mittauspisteellä ja näin selvittää prosessien syy-seuraussuhteita tällä tasolla.
Kuva: ESA-CNES-Arianespace
Turkulaista hiukkasosaamista
BepiColombo on erittäin kunnianhimoinen projekti, jossa on mukana tutkijoita ympäri maailmaa, Suomesta toistakymmentä.
– SIXS-instrumentin päätehtävänä on mitata Auringosta peräisin olevaa röntgen- ja hiukkassäteilyä, joka iskeytyy Merkuriuksen pintaan tuottaen röntgenalueen emissiota, jonka MIXS-instrumentti mittaa, Vainio kertoo.
Planeetan lähettämässä röntgensäteilyssä on pinnan fysikaalisen ja kemiallisen koostumuksen sormenjälki.
– MIXSin ja SIXSin mittauksia vertaamalla voidaan päätellä planeetan pintakoostumus ennennäkemättömällä tarkkuudella, Vainio jatkaa.
Paitsi planeettatiedettä, SIXS-instrumentilla voidaan tutkia auringonpurkausten tuottamaa hiukkas- ja röntgensäteilyä Merkuriuksella.
– Koska planeetta kiertää Aurinkoa lähimmillään vain kolmasosamatkan päässä Maahan verrattuna, voimme tehdä huomattavasti tarkempia havaintoja kuin Maan lähiavaruudessa. Yhdessä NASA:n Parker Solar Proben ja ESA:n helmikuussa 2020 laukaistavan Solar Orbiterin kanssa Bepi ja Mio tuovat paljon lisätietoa Auringon säteilyprosesseista ja tähtemme aktiivisuudesta.
Pitkä matka Merkuriukseen
BepiColombo laukaistiin avaruuteen Kourousta Ariane 5 -kantoraketilla. Luotainpaketti kiertää kantomoduulin kyydissä sisemmässä aurinkokunnassa lähes seitsemän vuotta ennen kuin Merkurius saa kaapattua luotaimet pysyvälle kiertoradalleen joulukuussa 2025.
BepiColomboa varten on kehitetty aivan uudenlainen sähköinen voimanlähde, joka saa aikaan tuhansia tunteja työntövoimaa.
– Ionimoottorin avulla voidaan muun muassa jarruttaa ratavauhtia pikkuhiljaa niin, että Merkurius viimein kaappaa aluksen painovoimakenttäänsä ilman mitään sen kummempaa manööveriä.
Pitkän matkan aikana BepiColombon lukuisat mittalaitteet eivät ole toimettomina. Mittalaitteita pyritään pitämään päällä aina, kun ionimoottoria ei tarvita työntövoimaan. Varsinkin Venuksen ja Merkuriuksen ohilentojen aikana tehdään tärkeitä tiedemittauksia.
– Merkuriuksen ohi lennetään kuusi kertaa matkan aikana, ja jokaisella kerralla SIXS:llä pystytään tekemään arvokkaita mittauksia, jotka auttavat valmistautumaan varsinaiseen kiertoratavaiheeseen. Muualla matkan aikana tehdyt mittaukset antavat arvokasta tietoa aurinkotuulen hiukkasolosuhteista ja magneettikentistä, joita voidaan yhdistellä muiden aurinkoluotainten mittauksiin paremman kokonaiskuvan saamiseksi.
Tiederyhmille on tärkeää päästä aloittamaan mittausten analysointi jo matkan aikana, koska se kestää yli seitsemän vuotta.
– Aivan ensimmäisiä tuloksia saadaan jo loppuvuodesta 2018 laitteistojen toiminnan tarkastuksen yhteydessä, mutta enemmän dataa tuottavat planeettojen ohilennot alkavat vuonna 2020, Vainio sanoo.
Helsingin yliopisto on päävastuussa Suomen osuudesta ESA:n BepiColombo-missiossa. SIXS-instrumentin päätutkija on dosentti Juhani Huovelin ja professori Rami Vainio on vastannut instrumentin hiukkasilmaisimesta. Professori Karri Muinonen on brittiläisen MIXS-instrumentin toinen päätutkija. Helsingin ja Turun yliopistojen lisäksi hankkeeseen on osallistunut myös Ilmatieteen laitos. Suomen BepiColombo-tiederyhmässä on kaikkiaan toistakymmentä tutkijaa. Kirjoitus pohjautuu osittain apulaisprofessori Emilia Kilpuan ja Juhani Huovelinin laatimaan tiedotetekstiin.
