OSIRIS-REx

Video palasten lentoradoista erään tapahtuman jälkeen.

Bennun vuorokausi – eli aika jona se pyörähtää kerran akselinsa ympäri – kestää 4,3 tuntia. Se on riittävän pitkä aika jotta pinnan lämpötila vaihtelee merkittävästi. Varjon kylmyydestä suoraan päivänpaisteeseen joutuva pinta-aines lämpölaajenee, mikä aiheuttanee kivissä ja lohkareissa suuria sisäisiä jännityksiä. Tutkijoiden mukaan kiviaineksen "laukaisu" avaruuteen saattaakin tapahtua jos jännitys johtaa suuren lohkareen halkeamiseen.

Prosessia saattaa tehostaa myös veden sublimoituminen.

Bennun pinta koostuu osaksi hienojakoisista verkkosilikaateista, joiden rakenteessa on myös vettä. Kun tuo aines kuumenee, vesi saattaa alkaa kiehumaan ja aiheuttaa paineen nousua pienissä rakosissa. Myös tämä prosessi voi johtaa spontaaneihin räjähdyksiin Bennun kivissä.

Kuva: Bennun pintaa. Yläoikealla oleva lohkare on n. 15 m korkea.

Tutkijoiden mukaan monet pienemmät "laukaisut" lienevät toissijaisia. Etenkin sellaisten tapausten, jotka sattuvat yöaikaan, uumoillaan johtuvan pinnalle takaisin putoavista heittelekivistä. Törmäykset sinkoavat lisää materiaa ylös.

Tutkijat eivät kuitenkaan voineet sulkea pois tavallisia mutta satunnaisia meteoroiditörmäyksiä. Moisia kappaleita sattuu Bennun kiertoradalle varmasti.

Bennu ei varmastikaan ole ainut asteroidi, jolla tällaista tapahtuu. Yleisyys kuitenkin riippuu siitä, mikä prosessi tarkalleen sinkoaa kiviä ylös.

Lämpötilamuutokset saattavat murentaa kiviä pienemmiksi murskeeksi, mikä helpottaisi satunnaisia meteoroiditörmäyksiä nostamaan pikkukiviä avaruuteen. Moinen prosessi toistuisi aivan kaikilla pienillä asteroideilla.

Jos kyse taas on lähinnä veden aiheuttamasta rakojen paineennoususta, pikkukiviä voi odottaa löytyvän ainoastaan niiden asteroidien ympäriltä, joiden mineraaleissa on merkittävästi vettä mukana.

OSIRIS-REx kartoittaa tällä hetkellä Bennun pintaa. Laitteen lopullinen tarkoitus on kuitenkin tuoda Maahan 60–2000 grammaa Bennun pintamateriaalia. Näytteenoton on määrä tapahtua ensi kesänä. Paluumatka alkaa maaliskuussa 2021 ja näytteiden on tarkoitus olla Maassa syyskuussa 2023.

Hyvällä tuurilla näytteeseen sattuu mukaan myös avaruuteen sinkoutuneita ja takaisin pinnalle pudonneita kiviä. Niiden tunnistaminen voi tosin olla hankalaa.

Bennu kiertää Aurinkoa elliptisellä radalla, joka hipoo sekä Maan että Marsin ratoja. Se on myös yksi niistä harvoista asteroideista, joille on määritetty aivan todellinen törmäysuhka.

Nykytietojen mukaan Bennu saattaa törmätä Maahan ensi vuosisadan loppupuolella (vuosina 2175–2199). Osuessaan Bennu synnyttäisi noin 4,5-kilometrisen kraatterin ja tuhoaisi kaiken kymmenien kilometrien säteeltä. Törmäysenergia vastaisi runsasta 1100 megatonnia TNT:tä.

Törmäysuhka on kuitenkin vain 1/2700, eli alle 0,04 prosenttia. On siis runsaan 99,96 prosentin todennäköisyys ettei se osu Maahan - ainakaan tuolla aikavälillä.

Bennu on nimetty muinaisen Egyptin myyttisen jumallinnun mukaan. Lintu kuvataan usein harmaahaikarana, ja edustaa Aurinkoa, luomista ja uudelleensyntymistä.

Lähteet: Lauretta ja kumpp.: "Episodes of particle ejection from the surface of the active asteroid (101955) Bennu" (Science 2019, maksumuurin takana); Jet Propulsion Laboratoryn tiedote

101955 Bennu, eli 1999 RQ₃₆, on hiilipitoinen Apollo-ryhmään kuuluva pikkuplaneetta, jonka LINEAR-taivaankartoitushanke löysi syyskuussa 1999. Nimensä asteroidi sai egyptiläisen mytologian Bennu-linnulta, joka esiintyi tarinoissa yleensä Auringon, luomisen ja uudelleensyntymän yhteydessä. Virallisesti nimi on lyhenne sanoista "Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer".

OSIRIS-REx on tutkinut jo jonkin aikaa kauempaa Bennua ja joulukuun 16. päivänä se teki jo lähiohituksen, jonka aikana se tuli vain noin seitsemän kilometrin etäisyydelle asteroidin pinnasta.

Tähän mennessä kuvista on voitu nähdä millainen Bennun pinta yleisesti ottaen on: se on epätasaista ja pienten kivien peittämää. Pinnalla on vain yksi suurempi yksityiskohta, etelänavan tuntumassa oleva noin 50-metrinen kivenmurikka.

OSIRIS-REx laukaistiin matkaan syyskuussa 2016 ja sen tarkoituksena on paitsi tutkia ja kuvata Bennua, niin myös tuoda siitä näyte Maahan.

Tarkoituksena on pinnan kartoittamisen ja Bennun massajakautuman määrittämisen jälkeen lähestyä pintaa siten, että luotaimen näytteenottotorvi voisi ottaa näytteen kesällä 2020.

Suunnitelman mukaan luotain lähtee sen jälkeen kohti Maata ja saapuu tänne näyte laskeutumiskapselin sisälle hermeettisesti pakattuna syyskuussa 2023.

Bennu on pienin koskaan läheltä tutkittu Aurinkokunnan pienkappale. Kuva näyttää kuinka suuria ovat suhteellisesti aiemmat tutkitut kohteet.

Määritelmän mukaan Discovery-sarjan lentojen hinta tulee olla alle 450 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria laukaisu mukaan luettuna. Alkuperäisen määritelmän mukaan niiden tuli toimia ainakin kolmen vuoden ajan, joskin monet ovat ylittäneet tämän määräajan ja nyt valitut lennot kestävät päälle vuosikymmenen.

Juuri hetki sitten julkistetut kaksi lentoa on valittu 28 erilaisen ehdotuksen joukosta ja valintaa on tehty kolmen vuoden ajan. Syyskuussa 2015 Nasa julkisti viisi kandidaattia, joita on sen jälkeen viilattu paremmiksi ja nyt näistä tehtiin lopullinen valinta.

Yhden sijaan Nasa valitsi kaksi varsin samankaltaista, mutta samalla toisiaan täydentävää lentoa.

Psyche on luotain, jonka tehtävänä on tutkia tarkasti asteroidia, joka on antanut lennolle nimensä. 16Psyche on halkaisijaltaan noin 210 km oleva pikkuplaneetta, joka koostuu lähes kokonaan metalleista. Arvioiden mukaan sen metallipitoisuus on 90 %. 

Sen tutkiminen auttaa ymmärtämään paitsi planeettojen syntyä, koska se on todennäköisesti samankaltainen kuin kiviplaneettojen ytimet, ja lisäksi sen avulla voidaan saada oppia siitä, miten asteroidien metalleja voitaisiin saada hyötykäyttöön.

Psyche-luotain aiotaan laukaista avaruuteen lokakuussa 2023 ja se päässee perille vuonna 2030. Matkallaan se tekee Maan ohilennon vuonna 2024 ja Marsin vuonna 2025

Toinen valittu lento on nimeltään Lucy. Se lähtee puolestaan tutkimaan niin sanottuja troijalaisia asteroideja, Jupiterin radalla planeetan edellä ja sen jälkeen olevia pikkuplaneettoja. 

Lucy voidaan tehdä suhteellisen halvalla, koska sen havaintolaitteina käytetään Pluto-luotain New Horizonsin ja Bunnu-asteroidia kohti lentävän OSIRIS-REX -luotaimen varalaitteita. 

Lucyn kohteiksi on alustavasti suunniteltu mm. asteroideja 3548 Eurybates, 21900 Orus, 11351 Leucus ja 617 Patroclus sekä sitä kiertäviä Menoetiusia ja 52246 Donaldjohansonia.

Luotain on tarkoitus lähettää matkaan lokakuussa 2021 ja sen lento kestänee vuoteen 2033 saakka.

Kolme muuta loppukisassa ollutta luotaintiimiä joutuvat nyt nielemään tappion karvaan kalkin. Näitä olivat pieniä asteroideja tutkimaan suunniteltu infrapunateleskooppi NEOCam (Near Earth Object Camera) sekä kaksi Venukseen suunnattua lentoa: DAVINCI olisi laskeutunut Venuksen paksun kaasukehän läpi ja tutkinut sitä ainakin 63 minuutin ajan, ja VERITAS olisi kartoittanut tutkallaan Venusta aikaisempaa paljon paremmin ja tarkemmin.

Luotain irtoaa raketista 55 minuutin kuluttua laukaisusta, ja silloin sen matka varsinaisesti alkaa. Kantoraketin voimakas ylin vaihe syttyy ja sinkoaa luotaimen planeettainväliselle lentoradalle, jolla se saapuu asteroidi 101955 Bennun luokse vuonna 2018. 

Lähes kahden vuoden ajan kestävän tutkimisen jälkeen heinäkuussa 2020 luotain laskeutuu lähemmäksi Bennua ja yrittää saada pienellä käsivarrella napattua ainakin 60 grammaa massaltaan olevan näytteen pieneen säiliöön. 

Nappaaminen tapahtuu puhaltamalla typpikaasua pinnalle, jolloin (ainakin toivottavasti) ainetta sinkoaa säiliöön. Mikäli näytteenotto ei onnistu ensikerralla, on typpeä riittävästi kolmeen yritykseen. Näytesäiliössä on tilaa jopa kahdelle kilolle asteroidiainetta.

Otsikkokuvassa on hahmotelma siitä, miltä näytettä ottava luotain voisi näyttää. Aurinkopaneelien omituinen V-kulma ei ole sattumaa, sillä näytteen ottamisen aikaan paneelit käännetään yläviistoon, jotta ne eivät haittaisi toimenpidettä.

Näytteenottokäsivarren päässä on varmuuden varalta myös kärpäspaperin kaltaiset tarralevyt, jotka nappaavat varmasti pienen määrän pinta-ainetta. 

Näytteet laitetaan robottikäsivarrella kapseliin, joka tuo ne Maahan. Suunnitelman mukaan luotain lähtee paluumatkalle Bennun luota maaliskuussa 2021 ja saapuu maapallolle syyskuussa 2023. Hermeettisesti suojattu kapseli putoaa silloin Utahin autiomaahan ja viedään Johnsonin avaruuskeskukseen erittäin hyvin suojattuun laboratorioon, joka perustettiin aikanaan kuunäytteiden tutkimista varten.

Tutkakuvia Bennusta vuodelta 1999.

Bennu on pikkuasteroidi

Luotaimen kohteena oleva asteroidi 101955 Bennu on halkaisijaltaan noin 500 metriä kappale, joka kiertää Auringon radallaan 1,2 vuodessa. 

Se tulee joka kuudes vuosi lähelle maapalloa ja on mahdollista, että joskus tulevaisuudessa Bennu voisi jopa törmätä Maahan. Todennäköisyys on vain 0,017 %, mutta se on olemassa – ja se osaltaan tekee Bennusta niin kiinnostavan. Tässä on oikeasti yksi sellainen asteroidi, joka uhkaa meitä törmäyksellään!

Bennun pinnalla on myös nähtävästi suhteellisen tuoretta hiilipitoista ainetta, jonka tutkiminen on erittäin kiinnostavaa elämän synnyn selvittämisen kannalta. Kuten komeetoissa, voi myös asteroidien pinnalla muodostua hiilestä orgaanisia molekyylejä, jotka ovat elämän peruspalikoita.

OSIRIS-REx testattavana.

Luotain on vanhaa perua

Kuten yleensä avaruuslennoilla, on lennon nimellä kaksi merkitystä. Ensinnäkin nimi OSIRIS-REx tulee sanoista “Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer”, mutta se myös on viittaus ammoiseen egyptiläismytologian Osiris-jumalaan.

Tarinan mukaan Osiris hallitsi kuoleman valtakuntaa, teki maan hedelmälliseksi ja mahdollisti kuolemanjälkeisen elämän. Se oli eräs egyptiläisten tärkeimmistä jumalista, ja hän myös opetti ihmisille sivistystä ja maanviljelystaidot. 

Teknisesti luotain on kierrätyskamaa, sillä se perustuu lähes suoraan kahteen Mars-luotaimeen (Mars Reconnaissance Orbiter ja MAVEN) sekä juuri Jupiteria kiertämään saapuneeseen Junoon. Nämä kaikki ovat Lockheed-Martin -yhtiön valmistamia luotaimia, kuten  OSIRIS-RExkin.

Luotaimen massa laukaisun aikaan on 1530 kg, mistä noin puolet on polttoainetta, jota tarvitaan radan säätämiseen ja ohjaamiseen. Laatikkomainen runko on noin kolme metriä kanttiinsa ja aurinkopaneelit avattuna luotaimen leveys on 6,2 metriä. 

Rungon yhdellä seinällä on suuri lautasantenni yhteydenpitoa varten ja “alapuolella” koko joukko erilaisia tutkimuslaiteita.

OCAMS on näkyvän valon alueella toimiva kameralaitteisto. PolyCam on puolestaan 20-senttisellä peilillä varustettu kaukoputki, joka voi ottaa lähikuvia pinnasta.

OVIRS on näkyvän valon ja infrapunaisen alueella toimiva spektrometri, joka pystyy löytämään Bennun pinnalla olevia mineraaleja ja muita kiinnostavia aineita, kuten esimerkiksi vettä tai mahdollisia orgaanisia aineita. OTES on myös infrapuna-alueella toimiva laite, jota tosin kartoittaa asteroidin pinnan lämpötilaa.

Kanadalaistekoinen laserkorkeusmittari OLA tekee asteroidin pinnasta kolmiulotteisen kartan jaREXIS on röntgenspektrometri, joka pystyy havaitsemaan Auringosta tulevan röntgensäteilyn tuottamaa fluoresenssia asteroidin pinnalla olevasta kiviaineesta.

Näytteen pinnalta ottava robottikäsivarsi on puolestaan nimeltään TAGSAM ja se laittaa näytteet pieneen maahanpaluukapseliin, joka on käytännössä samanlainen kuin vuonna 2006 näytteitä komeetasta tuoneessa Stardust-luotaimessa.