Mahdoton kuu hämmästyttää: Aurinkokunnan oudokki

Triton-kuu kiertää Neptunusta planeetan pyörimissuuntaa vastaan, ryöpsäyttää avaruuteen tummia geysirejä ja muuntelee pintaansa. Tutkijat haluavat selvittää syyn Tritonin omintakeisuuteen, mutta Nasan suosiota tavoittelee kolme muutakin avaruushanketta.

Triton-kuu kiertää Neptunusta planeetan pyörimissuuntaa vastaan, ryöpsäyttää avaruuteen tummia geysirejä ja muuntelee pintaansa. Tutkijat haluavat selvittää syyn Tritonin omintakeisuuteen, mutta Nasan suosiota tavoittelee kolme muutakin avaruushanketta.

Eletään vuotta 2038. Aurinkokunnan kaukaisessa kylmässä kolkassa pieni avaruusluotain lähestyy yhtä planetaarisen takapihamme merkillisimmistä kappaleista.

Kun luotain on loppusuoralla, jääkylmästä pinnasta ryöppyävät suihkuna tummat pylväät. Nyt on aika raottaa salaperäisyyden verhoa, johon Neptunuksen kuu on kätkeytynyt.

Siitä asti, kun Voyager 2 ohitti vuonna 1989 ensimmäisenä ja ainoana luotaimena Neptunuksen ja sen 14 kuuta, suurin kuu, Triton, on kiehtonut tutkijoita monilla erikoispiirteillään.

Kuu kiertää planeettaa väärään suuntaan, on peittynyt jäiseen typpeen ja purskauttaa jään halkeamista arvoituksellisia tummia suihkuja avaruuteen.

Tähän mennessä Tritonia on valokuvannut vain Voyager 2 -luotain vuonna 1989. Silloin kartoitettiin noin 40 prosenttia kuun pinnasta.

© NASA

Ei tiedetä, ovatko ryöpyt peräisin pinnan alla piilevästä valtamerestä, joka pursuaa biologista elämää. Tavoitteena on, että Trident-luotain valaisee asiaa.

Pienillä tutkimuksilla suuria tuloksia

Syyskuussa 1846 saksalainen tähtitieteilijä Johann Gottfried Galle erotti ensimmäisenä yötaivaalta Neptunuksen. Vain 17 päivää myöhemmin hänen brittiläinen kollegansa William Lassell löysi sen suurimman kuun, Tritonin.

Nykyään, yli 150 vuotta myöhemmin, Tritonista ei tiedetä kovin paljon Voyager 2:n vuonna 1989 tekemiä havaintoja enempää, ja silloin esimerkiksi kuun pinnasta kuvattiin vain 40 prosenttia.

Avaruusluotain Tridentin on kuitenkin määrä 2030-luvun lopulla paljastaa Tritonin kaikki salaisuudet kaksi viikkoa kestävän ohilennon aikana.

Ennen kuin Trident pääsee lähtemään kohti Neptunusta, Nasan pitää hyväksyä hanke toteutettavaksi. Trident-projekti kilpailee kolmen muun Nasan Discovery-ohjelman avaruushankkeen kanssa. Niitä yhdistävät tarkka päämäärä ja pieni budjetti verrattuna suuriin lippulaivaohjelmiin.

Mars Insight -hanke läpäisi Nasan Discovery-ohjelman viimeisen karsintavaiheen. Luotaimen piti porautua viiden metrin syvyyteen, mutta tammikuussa 2021 se joutui luovuttamaan jo 50 sentin jälkeen.

© JPL-Caltech/NASA

Pieni budjetti ei kuitenkaan tarkoita sitä, että tulokset jäävät mitättömiksi. Esimerkiksi Discovery-hankkeena avaruuteen laukaistu Kepler-teleskooppi on löytänyt yli 2 600 planeettaa muiden tähtien kuin Auringon ympäriltä.

Tässä vaiheessa Tridentin kanssa kilpailevat Venus-hankkeet DAVINCI+ ja VERITAS ja Jupiterin Io-kuuhun tähtäävä IVO-hanke.

Nasa toteuttaa niistä enintään kaksi, ja Venus-hankkeiden osakkeet ovat olleet nousussa erityisesti sen jälkeen, kun syyskuussa 2020 julkistettiin tieto biologisen aineen, fosfiinin, esiintymisestä Venuksen kaasukehässä.

Trident-hankkeen johtava tutkija Louise M. Prockter odottaa toiveikkaana, että Tritonin arvoitukset vetävät Nasan huomion puoleensa.

Trident-luotain on nimetty roomalaisen veden jumalan, Neptunuksen, atraimen mukaan, ja nimenomaan se mahdollisuus, että jään alla piilee suolaista vettä merenä, tekee Tritonista tieteellisesti kiinnostavan.

Tridentin kanssa kilpailevien kolmen hankkeen tähtäimessä ovat Jupiterin kuu Io ja Venus, jonka kaasukehästä löytynyt biologinen aine on tehnyt planeetasta yhden parhaista ehdokkaista Maan ulkopuolisen elämän esiintymispaikaksi.

© GSFC/NASA

DAVINCI+ etsii eloperäistä ainetta

Avaruusluotain DAVINCI+ laskeutuu Venuksen kaasukehän läpi ja etsii vastausta kysymykseen, kuinka lauhkeasta planeetasta tuli 465-asteinen pätsi. Laitteet yrittävät löytää kaasukehästä orgaanisia fosfiinimolekyylejä ja myös selvittää, onko Venuksen pinnalla ollut valtameriä.

© NASA

IVO tutkii tulta syöksevää kuuta

Jupiterin kuu Io on Aurinkokunnan vulkaanisesti aktiivisin kappale. Avaruusluotain IVO saa tehtäväkseen selvittää, kuinka tuliperäistä magmaa syntyy kuussa. On esitetty, että Ion pinnan alla piilee magmameri, joka tuottaa jatkuvasti ammuksia rajusti purkautuville tulivuorille.

© NASA

VERITAS uppoutuu Venuksen pilviin

Suunnitelmien mukaan VERITAS-luotain lähetetään vuonna 2026. Tutkajärjestelmällään VERITAS kartoittaa Venuksen pilvien peittämää pintaa selvittääkseen, onko planeetta joskus ollut elinkelpoinen. Luotain kuljettaa myös antureita, jotka mittaavat Venuksen painovoimakenttää ja paljastavat planeetan sisärakenteen.

”Hyvin huonosti tunnettu Triton tarjoaa lukuisia arvoituksia ratkaistavaksi. Salaperäisiä asioita ovat mahdollisesti pinnan alla nykyään piilevä valtameri ja pinnan nuoruus. Lisäksi kaivataan tietoa siitä, mikä saa pinnasta ryöpsähtämään suihkuja”, kertoo Louise M. Prockter.

Elämä tarvitsee nestemäistä vettä

Maapallolla nestemäinen vesi on melkein aina biologisen elämän tae, ja useat Aurinkokunnan kuut, kuten Saturnuksen Enceladus ja Jupiterin Europa, voivat tutkijoiden mukaan olla elämän synnylle suotuisia, koska niissä on jään alla nestemäistä suolaista vettä merinä.

Aiemmissa avaruusohjelmissa on mitattu kuiden ohilennoilla niin sanottu Doppler-siirtymä ja siten paljastettu, paljonko niiden sisus liikkuu. Luotaimet ovat havainneet suuria siirtymiä esimerkiksi Europan sisällä, ja se voi tarkoittaa samaa kuin nestemäinen sisäkerros.

Äkkiseltään voi tuntua oudolta, että miljardien kilometrien päässä Auringosta sijaitsevassa kylmässä kuussa esiintyy nestemäistä vettä, mutta asia selittyy sen planeetan painovoimavaikutuksesta, jota kuu kiertää.

Jupiter ja Neptunus aiheuttavat valtavalla massallaan voimakkaan vuorovesi-ilmiön kuissaan. Painovoima vaivaa kuiden sisusta, ja energia lämmittää syvällä pinnan alla olevaa jäätä sulamispisteeseen asti, joten se nesteytyy.

Valtameren olemassaolo voi lisäksi selittää, miksi Tritonin pinta näyttää hämmästyttävän nuorelta. Meren liikkeet ja energia voivat nimittäin muovata kuun jäistä pintaa niin, että Tritonin ulkonäkö ikään kuin nuortuu.

”En tiedä, millä muulla tavalla Tritonin pinnan uudistumisen vaatima energiamäärä olisi voinut syntyä viimeisten 10–50 miljoonan vuoden aikana ilman merkittävää pinnan alla olevaa lämmön lähdettä”, toteaa Louise M. Prockter.

Sellaisissa kuissa kuin Enceladus ja Europa valtameret muodostuivat jo differentaatioksi kutsutussa prosessissa, jossa ne rakentuivat kerros kerrokselta. Triton on kuitenkin taas kerran eri maata.

Neptunus kiskoi Tritonin itselleen

Triton on Aurinkokunnan ainoa iso kuu, joka kiertää planeettaa tämän pyörimissuuntaa vastaan. Eikä siinä vielä kaikki.

Kun useimmat kuut kiertävät planeettaansa sen ekvaattoritasossa, Tritonin kiertorata kulkee Neptunukseen nähden vinosti 23 asteen kulmassa.

In tegenstelling tot alle andere grote manen in het zonnestelsel draait Triton tegen de rotatie van Neptunus in, mogelijk omdat de maan een planetoïde was die is ingevangen door Neptunus’ zwaartekracht.

Kalteva kiertorata on antanut aihetta ajatella, että Triton ei ole aina ollut Neptunuksen kiertolainen. Se on saattanut kuulua Aurinkoa Neptunuksen takana, niin sanotulla Kuiperin vyöhykkeellä, kiertäviin kappaleisiin, joiden joukossa on asteroideja, komeettoja ja muun muassa kääpiöplaneetta Pluto.

Ehkä Triton joutui ennen pitkää Neptunuksen painovoimakentän vangiksi ja sai nykyisen kiertoratansa. Tämä prosessi johti mahdollisesti meren syntymiseen jään alle.

”Tritonin meri muodostui todennäköisesti siinä tilanteessa, jossa kuu jäi kiertämään Neptunusta. Lisäksi sen vinosti kulkeva kiertorata tarkoittaa, että Triton lämpenee vuorovesi-ilmiön vaikutuksesta toisin kuin esimerkiksi Europa ja Enceladus”, selittää Louise M. Prockter.

Jään räjähdykset voivat luoda geysirejä

Voyager 2:n vuonna 1989 Tritonin etelänavasta tekemien havaintojen mukaan pinnasta ryöppyää noin kahdeksan kilometriä korkeita, tummia geysirejä. Ne koostuvat tuntemattomasta aineesta, joka voi olla kiveä tai pölyä, ja vihjaavat, että kuussa on jään alla vettä.

Samantapaista jäävulkanismia tiedetään esiintyvän muun muassa Jupiterin kuussa Europassa, jossa pinnan halkeamista suihkuaa vettä geysireinä 200 kilometrin korkeuteen. Vesi jäätyy siellä heti.

Jupiterin aiheuttama voimakas vuorivesi-ilmiö painaa sulaa vettä Europan jääkuoren alla niin kovasti, että pinta halkeilee. Tritonin sisuksissa voi tapahtua jotain vastaavaa, mutta tutkijat epäilevät, että myös Auringolla on tapahtumissa jokin osuus.

Neptunus ja Triton sijaitsevat keskimäärin 4,5 miljardin kilometrin päässä Auringosta eli 30 kertaa niin kaukana kuin Maa. Vaikka auringonsäteet eivät tuolla etäisyydellä enää juuri lämmitä, niiden energialla voi hyvinkin olla merkitystä arvoituksellisten ryöppyjen syntymiselle:

Europan geysirit nousevat 200 kilometrin korkeuteen ja jäätyvät heti kylmässä avaruudessa.

© Mark Garlich/SPL

”Ehkä se riittää lämmittämään typpijään peittämää tummaa kerrosta siinä määrin, että aine laajenee jonkin verran ja suurentaa painetta. Siitä seuraa räjähdysmäinen purkautuminen jään läpi ohueen kaasukehään”, toteaa Louise M. Prockter.

Viimeinen tilaisuus 100 vuoteen

Trident lähetetään matkaan suunnitelmien mukaan lokakuussa 2025 tai 2026. Ajankohta on valittu huolellisesti Jupiterin kierron perusteella.

Tuolloin Maan ja Jupiterin keskinäinen asema mahdollistaa Jupiterin valtavan massan hyödyntämisen. Jupiter, joka painaa 318 kertaa niin paljon kuin Maa, sinkoaa Tridentin radalle, joka vie sen Neptunuksen luo.

Menetelmää kutsutaan painovoimalingoksi, koska siinä käytetään planeetan painovoimavaikutusta avaruusluotaimen lennättämiseen kauemmas Aurinkokunnassa rakettipolttoaineen säästämiseksi.

🎬 Jupiter nakkaa Tridentin kauemmaksi avaruuteen

Jos kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, Trident pääsee perille vuonna 2038 ja kuvaa ja mittaa Tritonia 13 vuorokautta. Toista tilaisuutta ei tule sitten pitkään aikaan.

Neptunus ja Triton ovat 2040-luvun alussa 165 vuotta kestävällä matkallaan Auringon ympäri siinä vaiheessa, että auringonsäteet osuvat kuun vinosti kulkevan kiertoradan takia melkein sata vuotta liian pohjoiseen: tutkijoita kiinnostavat etelänavan tummat geysirit jäävät silloin pimentoon.

Toisin sanoen Louise M. Prockterin vetämä Trident-hanke kilpailee paitsi Nasan suosiosta myös aikaa vastaan. Päätöksellä lähteä tekemään tuttavuutta Aurinkokunnan oudokin kanssa alkaa olla kiire.