ASPERA-3 mittaa miten Mars menettää ilmakehäänsä

Mars Expressin ASPERA-3 mittaa miten aurinkotuuli riistää kaasua Marsista
7 Huhtikuu 2010

Marsin ohut ilmakehä käy yhä ohuemmaksi. Mars Express -luotaimessa oleva ASPERA-3-laite auttaa selittämään miksi punainen planeetta menettää kaasuaan. Mittalaitteen päävastuu on Ruotsilla, mutta se sisältää myös suomalaista tekniikkaa.

Marsilla on nykyään ohut kaasukehä, joka koostuu enimmäkseen hiilidioksidista. Ilmanpaine planeetan pinnalla on alle prosentti Maan vastaavasta. Marsin ja Maan, ja toisaalta myös Venuksen välillä on suuria eroja niiden ilmakehät muodostavissa aineissa. Venuksella on hurjan paksu hiilidioksidi-ilmakehä kun taas Maassa lähes kaikki hiilidioksidi on sitoutuneena peruskallioon karbonaattien muodossa. Marsilla ei niistä poiketen ole kumpaakaan.

Kaikki teoriat Marsin synnystä antavat olettaa, että planeetalla pitäisi olla enemmän hiilidioksidia sekä myös typpeä ja happea. Minne Marsin ilmakehä on kadonnut ja mikä saa aikaan kaasun katoamisen?

Vain promille jäljellä

The solar wind over a solar cycle
Aurinko sinkoaa ympärilleen hiukkasia eri nopeuksilla

Monet epäsuorat menetelmät viittaavat siihen, että Marsilla on alkujaan ollut 5-10 barin ilmakehä, joka olisi ollut tuhatkertainen nykyiseen verrattuna. Tutkijat uskovat aurinkokunnan syntyä seuranneen asteroidipommituksen vieneen 99 prosenttia Marsin alkuperäisestä ilmakehästä.

Siltikin pitäisi Marsilla olla nykyiseen verrattuna kymmenkertainen kaasukehä jos kehitys olisi tapahtunut samalla nopeudella kuin Maalla. Marsilla pitäisi olla suhteellisen ohut ilmakehä, mutta silti huomattavan erilainen nykytilanteeseen verrattuna. Marsin ilmakehää ei Maan tapaan suojaa magneettikenttä, mikä johtaa selityksen jäljille.

Plasma kolaroi planeettojen kanssa

ASPERA-3 on rakennettu yhteistyönä 15 kansainvälisen tutkimusryhmän kanssa

Selvästikin muut ilmiöt ovat jatkaneet Marsin ilmakehän ohentamista. Uusi tutkimus osoittaa, että aurinkotuulen painepulssit ovat yksi ilmakehän anastajista.

Niklas Edberg ja Hans Nilsson ovat tutkijoita Uppsalassa ja Kiirunassa toimivasta avaruusfysiikan IRF-instituutista. Yhdessä kollegojensa kanssa he ovat käyttäneet mittausdataa todistamaan, että Marsin ilmakehän hiukkasten virta avaruuteen ei ole tasaista vaan sen sijaan vaihtelee sen mukaan miten aurinkotuulen shokkiaallot osuvat planeettaan. Shokkiaallot syntyvät, kun eri nopeuksilla liikkuvat aurinkotuulen alueet törmäävät keskenään.

Aurinko säteilee plasmaa eri suuruisilla korkeilla nopeuksilla. Esimerkiksi sen napa-alueilta lähtevät hiukkaset liikkuvat nopeammin kuin sen päiväntasaajalta. Kun nopea plasma saa kiinni hitaamman plasman alueen, syntyy ilmiö, joka vastaa avaruuden paineaaltoa.

"Paineaalto kulkee ulospäin aurinkokunnassa samaan aikaan kuin se kiertää Aurinkoa Auringon kiertonopeudella. Ennemmin tai myöhemmin se osuu planeettoihin", kertoo Niklas Edberg.

Avaruushäiriöt tuplaavat eroosion

Aurinkotuuli saa aikaan myös heikkoja revontulia Marsissa

Tutkijat voivat havaita paineaaltoja Maan läheisyydessä ACE-satelliitilla. Edberg kollegoineen on tunnistanut 41 tällaista pulssia niiden osuessa Maahan. Marsissa niitä voidaan havaita Mars Express -luotaimella, joka on havainnut 36 pulssia.

Ruotsalaisinstrumentti ASPERA-3 on mitannut, että Mars menettää pulssien aikaan ilmakehäänsä yli kaksinkertaisella nopeudella normaaliin avaruussäähän verrattuna. Nilssonin ja Edbergin johtaman ryhmän tutkimustulos julkaistiin tänä vuonna Geophysical Research Letters -aikakausilehdessä.

"Ruotsalaisten tutkimus vahvistaa avaruushäiriöillä olevan merkitystä Marsin ilmakehän hiukkaspaolle", arvioi akatemiatutkija Esa Kallio Ilmatieteen laitokselta. "Tämän suuntaisiin johtopäätöksiin on päädytty aiemmin myös Ilmatieteen laitoksella tehdyillä tietokonesimulaatioilla. Uusi tutkimus antaa täten myös viitteitä siitä, kuinka merkittävä ilmakehän hiukkaspako on saattanut olla Marsin varhaisen historian aikana silloin kun Aurinkomme on ollut nykyistä aktiivisempi ja häiriöisempi."

ASPERAN keskustietokone on suomalaisvalmisteinen

Venus Express looks through the 'infrared windows'
ASPERAn toinen versio on Venus Express -luotaimessa

Suomalaiset ovat olleet mukana ASPERA-instrumenttien rakentamisessa alusta asti ruotsalaisjohtoisen laiteprojektin osanottajina. Ensimmäinen ASPERA lensi Neuvostoliiton Phobos-2-luotaimen mukana ja teki ensimmäiset suorat havainnot Marsin ilmakehän happipaosta helmi-maaliskuussa 1989 ennen luotaimen toiminnan ennenaikaista lakkaamista. Sitä seuraava mittalaite oli laukaisussaan epäonnistuneen Mars 96 -luotaimen kyydissä.

"ASPERA-3-mittalaite Mars Express-luotaimessa on ASPERA-mittalaitesarjan kolmas jäsen", Kallio kertoo. "ASPERA-sarjan tähän mennessä viimeisin mittalaite, ASPERA-4, on ESAn Venus Express-luotaimessa ja se tutkii parhaillaan Venuksen ilmakehän eroosiota. Ilmatieteen laitos on rakentanut ASPERA-3 ja ASPERA-4 laitteisiin keskustietokoneen sekä mittalaitetta kontrolloivan käyttöjärjestelmän."

The ESA/NASA mission to the Jupiter system
Suunnitteilla on luotain Jupiterin kuita ja niiden kaasukehia tutkimaan

"Suunnitelmat uuden ASPERA-tyyppisen mittalaitteen rakentamiseksi ovat alkaneet", Kallio lisää. "Ilmatieteen laitos on mukana Jupiterin Ganymedes ja Kallisto -kuita tutkivan mittalaitteen kehittämisessä. Sen määrä tulla ESAn suunnitteilla olevaan Jupiter-Ganymede-kiertolaiseen (JGO)."

Mikäli JGO-luotainhanke etenee kaavaillusti, se voitaisiin laukaista vuonna 2020 samoihin aikoihin Nasan Europa-kuuta tutkimaan suuntaavan luotaimen kanssa. Jupiterin läheisyyteen JGO saapuisi vuonna 2026.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.