Cassini-Huygens lähestyy Saturnusta

Saturn in colour
Cassini tekee Saturnukseen saapumisensa aikana erittäin tarkkoja havaintoja planeetasta ja sen renkaista
30 Kesäkuu 2004

Torstaina aamulla Suomen aikaa, heinäkuun ensimmäisenä päivänä pieni rakettimoottori syttyy Saturnuksen luona kiitävän Cassini-luotaimen perässä. Moottori hidastaa luotaimen vauhtia ja asettaa Cassinin sekä sen kyljessä olevan Huygens-laskeutujan rengasplaneetan kiertoradalle. Cassini aloittaa nelivuotisen kiertokäynnin Saturnuksen ympärillä ja Huygens valmistautuu laskeutumaan Titan-kuun pinnalle.

Cassini-Huygens on suuri interplanetaarinen parivaljakko, sillä laukaisun aikaan niiden yhteismassa oli lähes kuusi tonnia. Emoalus Cassini painoi polttoaineineen noin 5,3 tonnia ja Huygens 320 kiloa. Näin painavaa lastia ei mikään kantoraketti kyennyt lähettämään suoraan Saturnukseen, joten luotaimet joutuivat tekemään ensin vuosia kestäneen kiertomatkan aurinkokunnan sisäosissa planeettojen ohilentojen avulla nopeutta lisäämässä: Venuksen ohilento keväällä 1998, Venus toistamiseen kesällä 1999 ja vielä Maan ohilento paria kuukautta myöhemmin. Vasta sitten kaksikolla oli tarpeeksi vauhtia nousta ylös aurinkokunnassa kohti Jupiteria, joka tuuppasi joulukuun lopussa vuonna 2000 Cassinin viimeiselle etapille ennen Saturnukseen saapumista.

Nyt, seitsemän vuoden planeettainvälisen lennon päätteeksi, Cassini ja Huygens ovat saapumassa perille. Asettuminen Saturnusta kiertämään tapahtuu heinäkuun ensimmäisen päivän aamuna, kun Cassinin rakettimoottori käynnistyy tarkalleen klo 05.35.42 Suomen aikaa 96,4 minuuttia kestävään polttoon. Moottoria on testattu jo muutamaan otteeseen, joten sen toiminnan suhteen ollaan hyvin luottavaisia. Varmuuden vuoksi aluksessa on vielä varamoottori, joka kykenee myös hoitamaan jarrutuksen, mikäli päämoottori tekee tenän.

Saturnusta lähestyessään niin Cassini kuin Huygens-laskeutujankin ovat erinomaisessa kunnossa.

Jännittävä aamu

Saturn orbit insertion manoeuvre
Cassini saapuu viimein perille 1.7.2004 ja aloittaa Saturnuksen tutkimisen

Torstaiaamuna tapahtuva rakettimoottorin poltto asettaa Cassinin ja Huygensin hyvin soikealle radalle Saturnuksen ympärille, sillä rata vie kaksikon jopa noin 150 Saturnuksen halkaisijan päähän planeetasta. Radan kaukaisimmassa pisteessä Cassini sytyttää jälleen moottorinsa. Silloin se muuttaa luotaimen rataa siten, että Cassini kykenee lähettämään Huygens-laskeutujan kohti Titania. Tämän hetken suunnitelman mukaan Huygens irroitetaan Cassinista joulupäivänä 2004 ja se laskeutuu mystisen kuun pinnalle noin kolme viikkoa myöhemmin, tammikuun 14. tammikuuta 2005.

Saturnuksen radalle asettumisensa aikana Cassini kulkee hyvin läheltä Saturnusta ja syöksyy jopa kahdesti sen renkaiden läpi. Renkaat koostuvat pienistä kappaleista ja pääasiassa pölystä, ja vaikka luotain läpäisee renkaat hyvin harvasta kohdasta F- ja G-renkaiden kohdalta, ovat törmäykset mahdollisia. Siksi Cassini kääntyy ennen renkaiden läpäisyä siten, että sen suuri antenni osoittaa eteenpäin, jolloin mahdolliset tömäävät hituset osuvat siihen. Suuremman törmäyksen vaara on olemassa, mutta se on hyvin pieni.

Saturnuksen lähiohitus käytetään hyväksi myös tutkimukseen, koska näin lähelle planeettaansa ei luotain enää myöhemmän lentonsa aikana uskaltaudu. Lähimmillään Saturnusta ollessaan viilettää Cassini vain noin 20 000 kilometrin päässä jättiläisplaneettaa peittävien pilvien yläosista. Erityisen kiinnostavia ovat vaiheet, jolloin luotain lentää renkaiden ratatason poikki, joten Cassinin kamerat ottavat lähiohituksen aikana runsaasti kuvia. Myös tieteelliset tutkimuslaitteet tekevät mittauksiaan. Siksi Saturnukseen saapuminen on tarkasti suunniteltu tapahtumasarja, jonka aikana Cassini kääntyilee välillä kohti Maata, välillä antenni suunnataan eteenpäin ja itse moottorin polton ajaksi takana olevat rakettimoottorit ohjataan menosuuntaan.

Koska kookas suurtehoantenni osoittaa polton aikana pois Maan suunnasta, ei luotain ole suorassa yhteydessä sen aikaan lennonjohtoon. Koko Saturnuksen kiertoradalle asettuminen on ohjelmoitu ennalta, mutta jotta lennonjohto olisi koko ajan selvillä tapahtumien kulusta, lähettää Cassini matalatehoisella antennillaan merkkisignaalia. Sen doppler-siirtymää seuraamalla tiedetään mitä luotain on tekemässä, minkä lisäksi signaalin tuleminen jo sinällään on merkki siitä, että Cassini on hengissä.

Signaali tosin katkeaa polton aikana noin 25 minuutiksi, kun luotain lentää Saturnuksen varjopuolella Maasta katsottuna. Sen jälkeen yhteys palaa hetkeksi, ennen kuin se katkeaa jälleen kenties puolenkin tunnin ajaksi Cassinin kulkiessa renkaiden takana. Ensimmäisiä kuvia ohilennosta odotetaan 15.39 Suomen aikaa torstaina.

Tanssia Titanin kanssa

Saturnuksen Titan-kuu on planeetan kokoinen ja sillä on paksu ilmakehä. Tutkijat arvelevat, että Titan muistuttaa paljon ammoista maapalloa. Elämä muutti planeettamme nykyisenlaiseksi.

Seuraavana päivänä Saturnuksen kiertoradalle asettumisen jälkeen Cassini lentää ensimmäisen kerran Titan-kuun ohitse. Luotain pyyhkäisee kuun ohitse noin 328000 kilometrin päästä. Erityisen kiinnostavaa ohilennossa on se, että sen tuloksena tiedetään kuinka hyvin Cassinin kamerat pystyvät näkemään Titanin sumuisen ilmakehän ja sitä peittävien pilvien läpi. Tutkijat luonnollisesti toivovat, että kuvista pystyttäisiin jo määrittelemään millainen kuun pinta on ja millaiseen paikkaan Huygens tulee joutumaan.

Kaikkiaan Cassini tekee neljän vuoden aikana 45 Titanin ohilentoa. Paitsi että kuu on kiinnostava, niin se on myös sen verran suuri, että sen painovoiman avulla luotaimen kiertorataa voidaan muuttaa ilman polttoainetta. Tarkoituksena on lentää Saturnuksen ympärillä 76 erilaisella kiertoradalla. Kun kiertorataa muutetaan, voidaan tehdä kuiden lähiohituksia ja tutkia Saturnusta sekä sen renkaita eri paikoista planeetan ympäriltä.

Eurooppalais-amerikkalaista yhteistyötä

Cassini /Huygens
Huygens mittaa ilmakehän olemusta laskeutumisen aikana mm. suomalaisin laittein.

Cassini-Huygens on Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruusviraston Nasan, Euroopan avaruusjärjestön ESAn ja Italian avaruusjärjestön ASIn yhteisprojekti. Nasa on valmistanut Cassini-aluksen, johon ASI on toimittanut mm. suurtehoantennin. ESA on puolestaan tehnyt Cassinin mukana lentävän Huygens-laskeutujan. Kaliforniassa sijaitseva Jet Propulsion Laboratory vastaa projektin johtamisesta.

Cassinissa ja Huygensissä on mukana myös suomalaista tekniikkaa. Oulun yliopisto on osallistunut Cassini-emoaluksessa olevan hiukkasspektrometrin tekemiseen ja VTT:n (sittemmin lakkautettu) Avaruustekniikkalaboratorio valmisti plasmaspektrometrin pyörityslaitteiston, jonka avulla mittalaite pystyy skannaamaan taivasta 208 asteen laajuudelta.

Huygens-laskeutujassa on Ilmatieteen laitoksen suunnittelema ja tekemä HASI-instrumentti, joka havaitsee Titaniin laskeutumisen aikana kuun kaasukehän sähköisiä ilmiöitä ja oko ilmakehän paineen pystyprofiilin sekä lämpötilan. Ylinen Electronics Oy on tehnyt laskeutujaan kaksi tutkakorkeusmittaria, jotka tarkkailevat laskeutumista ja käynnistävät pintamittaukset juuri ennen pintaan osumista.

Cassini- ja Huygens-alukset on nimetty kahden Saturnusta tutkineen tähtitieteilijän mukaan. Hollantilainen Christiaan Huygens löysi Saturnuksen renkaat vuonna 1655, kun hän keksi, että aikaisemmin tähtitieteilijöitä hämänneet "korvat" planeetan reunoilla ovat sitä kiertävä rengas. Lisäksi Huygens löysi Saturnuksen suurimman kuun, Titanin. Pariisin tähtitornin johtaja Jean-Dominique Cassini huomasi puolestaan vuonna 1675 renkaiden koostuvan ainakin kahdesta osasta ja hän löysi lisäksi useita Saturnuksen kuita.

Seuraa Saturnukseen saapumista netissä

ESA TV seuraa Cassinin saapumista Saturnukseen satelliittilähetyksessään ja internetissä. Osoitteessa http://television.esa.int lähetetään Nasan kokoamaa kuvaa Saturnukseen saapumisesta, kommentoidaan tilannetta ESAn Euroopassa sijaitsevista laitoksista sekä välitetään Nasan Jet Propulsion Laboratoryssä pidettävät lehdistötilaisuudet. Tarkka listaus ohjelmasta on mainitulla sivulla.

Satelliittivastaanottimilla ESA TV näkyy Astra 2C -satelliitin kautta:

Astra 2C at 19 degrees East
Transponder 57, horizontal, MPEG-2, MCPC
Frequency 10832 MHz, Symbol rate 22000 MS/sec. FEC=5/6.

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