Steins-asteroidin pimeä puoli kartoitettu suomalaisvoimin

Steins getting closer
8 Tammikuu 2010

Kun ESAn komeettaluotain Rosetta ohitti asteroidi Steinsin syyskuussa 2008 matkallaan kohti ulompaa aurinkokuntaa, jäi osa tämän pikkuplaneetan pinnasta kuvissa pimentoon. Nyt kuitenkin Mikko Kaasalaisen johtama tutkimusryhmä Tampereella on saanut kartoitettua Steinsin pimeän puolenkin.

Jo lähes kuuden vuoden ajan avaruudessa lentäneen Rosetta-luotaimen kohteena on komeetta Churyumov-Gerasimenko, jonka luokse se saapuu vuonna 2014. Matkallaan Rosetta lentää myös muutaman asteroidin ohitse, ja nämä ohilennot käytetään hyväksi uusien, kiinnostavien tietojen saamiseen. Aurinkokunnan pienkappaleet, komeetat ja asteroidit (eli pikkuplaneetat), ovat eräitä kosmisen naapurustomme kiinnostavimpia kohteita, koska ne ovat pysyneet samanlaisina lähes aurinkokunnan alusta alkaen. Niiden tutkiminen on aurinkokunnan syntyhetkien tutkimista.

Steins-asteroidin kartta
Steins-asteroidin kartta

Rosetta ohitti latvialaisen tähtitieteilijän Kārlis Šteinsin mukaan nimetyn asteroidi Steinsin syyskuun 2008 alussa. Pienin etäisyys luotaimen ja pikkuplaneetan välillä oli noin 800 kilometriä, ja Rosetan kameroissa noin 6 kilometriä läpimitaltaan oleva Steins näytti jotakuinkin saman kokoiselta kuin Kuu Maasta katsottuna. Lähiohitus kesti vain nin seisemän minuuttia.

Ohilennon aikana Rosetta kuvasi Steinsiä aktiivisesti, mutta Auringon suunnasta ja Rosetan lentoradasta johtuen asteroidin toinen puoli jäi varjoon ja siten luotaimelta näkymättömiin. Pimeä puoli pystyttiin kuitenkin kartoittamaan nyt myöhemmin epäsuorasti: analysoimalla tarkasti miten asteroidin muoto vaikutti sen kokonaiskirkkauteen, kun asteroidia havainnoitiin eri suunnista, pystyttiin piementoon jääneen puolen pinnanmuodotkin saamaan selville.

Inversio-ongelma

Steins approaching
Steinsin kirkkaus muuttuu sen pyöriessä

Steins-asteroidin kartoitus onnistui Tampereen teknillisen yliopiston matematiikan laitoksen professori Mikko Kaasalaisen kehittämän matemaattisen menetelmän avulla. Kaasalainen on kehittänyt jo pitkän aikaa menetelmiä ns. käänteisten, eli inversio-ongelmien ratkaisuun, joista asteroidin pinnanmuotojen päättely sen pyöriessä tapahtuvan kirkkausvaihtelun perusteella on hyvä esimerkki. Samaa menetelmää voidaan käyttää myös arkisemmissa sovelluksissa, kuten mm. tutkakuvien analysoinnissa.

"Yhdistämällä Maasta käsin tehtyjä kirkkaushavaintoja luotaimen ottamiin kuviin saatiin Steins-asteroidin toinen puoli kartoitettua mukavasti", Kaasalainen kertoo. "Valtaosasta asteroideja ei saada kuvia lainkaan, mutta inversiotekniikalla voidaan pelkkien kirkkaushavaintojen pohjalta ratkaista muoto ja pyörimistila myös näille kohteille, vaikkei varsinaiseen kartoitustarkkuteen päästäkään."

Luotaimen tulokset Steins-asteroidista julkaistiin 8. tammikuuta 2010 ilmestyneessä Science-lehdessä ja Kaasalaisen ryhmän saamat ainutlaatuiset kuvat ovat mukana julkaisussa.

Seuraavaksi kiikarissa Lutetia

Light curve of the asteroid Steins
Kirkkausvaihtelun valokäyrä

Steins-asteroidin muoto osoittaa, että se on aiemmassa historiassaan pyörinyt hyvin nopeasti. Pyöriminen on kasannut ainetta sen päiväntasaajan ympärille. "Tämä puolestaan kertoo, että Steins on rakenteeltaan ilmeisesti hyvin löyhä ja sorakasamainen. Sen nopea pyöriminen on johtunut auringon säteilyn aiheuttamasta työntövoimasta asteroidin pinnalla. Pyörimisen hidastumiseen uudelleen on luultavasti vaikuttanut muun muassa Steinsiin törmännyt toinen asteroidi, joka on tehnyt suuren kraatterin sen pinnalle", Kaasalainen analysoi.

Rosetta tekee vielä toisen samanlaisen lennon asteroidi Lutetian ohi kesällä 2010 ennen saapumistaan komeeta Churyumov-Gerasimenkon luokse ja kiertoradalle sen ympärillä asettumistaan vuonna 2014. Lutetia on huomattavasti Steinsiä isompi, yli 100 kilometrin kokoinen kohde. Se kartoitetaan samalla menetelmällä, sillä myös siitä jää osa luotaimelta pimentoon – ja siten myös tamperelaisten kartoitettavaksi.

Artist’s impression of Rosetta as it flies by asteroid Steins
Rosetta jatkaa matkaansa avaruudessa

Kaasalainen on ainoa suomalaisjäsen Rosetta-luotaimen OSIRIS-kameran tutkimusryhmässä, jossa on 47 jäsentä 11 eri maasta ja 21 eri tutkimuslaitoksesta. Kaasalainen työskentelee myös Suomen kansallisessa inversio-ongelmien huippuyksikössä, jossa kehitetään ja sovelletaan matemaattisia menetelmiä erilaisten havaintoaineistojen tulkitsemiseksi eri aloilla biologiasta avaruustutkimukseen.

Lisätietoja:

Professori Mikko Kaasalainen
Tampereen teknillinen yliopisto, matematiikan laitos
Puh. 040 832 9412, mikko.kaasalainen(at)tut.fi

Science-lehden artikkeli 8.1.2010: H.U. Keller et al. "E-type asteroid (2867) Steins as imaged by OSIRIS on board Rosetta"

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