Poraamalla Marsin pinnan alle

Ei tiedetä tarkkaan, mitä Marsin pinnan alle kätkeytyy. Vuodesta 2018 Nasa on yrittänyt selvittää asiaa InSight-laskeutumisaluksen avulla, mutta nyt tutkijat ovat joutuneet myöntämään, että tehtävä on osin epäonnistunut. Pora, niin sanottu myyrä, jonka piti tunkeutua punaisen planeetan pinnan alle, ei toimi, ja Nasa joutuu siksi luopumaan sen käytöstä. Sen sijaan kaksi muuta laitetta yrittää ratkaista arvoituksen.

Ei tiedetä tarkkaan, mitä Marsin pinnan alle kätkeytyy. Vuodesta 2018 Nasa on yrittänyt selvittää asiaa InSight-laskeutumisaluksen avulla, mutta nyt tutkijat ovat joutuneet myöntämään, että tehtävä on osin epäonnistunut. Pora, niin sanottu myyrä, jonka piti tunkeutua punaisen planeetan pinnan alle, ei toimi, ja Nasa joutuu siksi luopumaan sen käytöstä. Sen sijaan kaksi muuta laitetta yrittää ratkaista arvoituksen.

Claus Lunau/JPL/NASA

On aivan tyyntä, lämpötila on nollan paikkeilla ja edessäsi avautuu punertava autio maisema. Päivämäärä on 26. marraskuuta 2018. Sinä olet naapuriplaneetallamme Marsissa.

Ennen muutaman kilometrin pituista laskuvarjomatkaa kaasukehän läpi InSight on taivaltanut melkein seitsemän kuukautta ja 480 miljoonaa kilometriä Maasta naapuriplaneetalle.

Perille päästyään se pyörähtää oikein päin, nousee tukijalkojensa varaan, avaa aurinkopaneelinsa ja alkaa porata reikää Marsin kallioperään.

InSightin poran on määrä kertoa tutkijoille, millainen kuori, vaippa ja ydin pinnan alla on. Sen tiedon toivotaan valaisevan, miten ei vain Mars vaan myös Maa, Venus ja Merkurius syntyivät 4,6 miljardia vuotta sitten.

Marsissa on käynyt 27 luotainta

Marsia on käyty tutkimassa melkoisen monella välineellä sen jälkeen, kun yhdysvaltalainen Mariner 4 -luotain ensimmäisenä tähyili planeettaa ohilennollaan 1965.

Kaikkiaan 15 alusta on tutkinut Marsia kiertoradalta käsin. Pinnalla on käynyt 27 laskeutujaa ja neljä mönkijää. Ne ovat paikantaneet massiivisia tulivuoria ja syviä rotkoja, kartoittaneet planeetan pintaa ja analysoineet maaperän kemiallista koostumusta. Luotainten ansiosta tiedetään, että Marsissa on jäätä ja muinoin sen pinnalla on virrannut nestemäistä vettä.

Hämärän peitossa on kuitenkin se, mitä pinnan alla piilee. Marsilla lienee ydin, vaippa ja kuori kuten muillakin kiviplaneetoilla, mutta niiden mittoja, rakennetta ja koostumusta on voitu vain arvailla. InSightin tehtävänä on antaa tietoa luulon tilalle.

Pora näkee ytimeen viiden metrin syvyisestä reiästä

/ 6

Pora kaivaa viiden metrin syvyisen reiän ja mittaa vaipasta ja ytimestä tulevan lämpösäteilyn.

1

Seismometri mittaa järistyksiä ja tarkkailee meteori-iskuja. Kilpi suojaa laitetta tuulelta ja pölyltä.

2

Aurinkopaneelit tuottavat sähköä. Jos ne pettävät, InSight menettää yhteyden lennonjohtoon. Silloin se ei voi enää lähettää tutkimustuloksia Maahan.

3

Antenni pitää yhteyttä Marsia kiertäviin satelliitteihin.

4

Tiedonsiirto ja sähkökaapelit

5

Robottikäsi panee mittauslaitteet paikoilleen.

6
© Claus Lunau/JPL/NASA

Phoenix uusissa kuorissa

InSightin Marsin-matka juontaa juurensa Nasan vuonna 2010 julistamasta Discovery-kilpailusta, jolla kannustettiin tutkijoita kehittämään uudenlaisia – ja edullisia – tutkimuslaitteita etsimään vastauksia avaruustutkimuksen suuriin kysymyksiin. Kilpailuun osallistui 30 ryhmää.

Ensimmäisen kierroksen kolme parasta saivat kukin kolme miljoonaa dollaria luotaimensa edelleen kehittämistä varten.

Vuonna 2012 InSight valittiin kilpailun voittajaksi. Palkintoperustelujen mukaan siltä odotetaan aivan uutta näkökulmaa Marsin sisuksiin. Sittemmin luotainta on kehitetty edelleen Nasan Jet Propulsion Laboratory -tutkimuskeskuksessa ja mukaan on tullut muitakin avaruusjärjestöjä.

InSight perustuu samaan tekniseen rakenteeseen kuin Phoenix-luotain, joka laskeutui Marsiin vuonna 2008 ja hoiti koko tutkimusurakkansa loppuun viidessä kuukaudessa. Phoenixin tekniikan kierrättäminen säästää kustannuksia, mutta samalla onnettomuusriski on pienempi, kun tekniikkaa on jo testattu.

Pora kertoo ytimen lämpötilan

350 kilon painoinen InSight-luotain on kiinteä tutkimusasema. Se jää laskeutumispaikalleen eikä rullaile pyörien päällä sinne tänne. Sen sijaan se painuu pinnan alle.

Luotaimen poran on tarkoitus tunkeutua viiden metrin syvyyteen. Samalla kun terä pureutuu maahan, luotain mittaa maaperästä tulevaa lämpösäteilyä. Eri aineet säteilevät lämpöä eri tavalla, ja sen perusteella InSightin instrumentit pystyvät tunnistamaan, mitä aineita Marsin sisuksissa on.

Keskilämpötila Marsissa on –60 astetta.

Vaikka pora ei ylety viittä metriä syvemmälle, luotaimen anturit ovat niin herkät, että ne voivat päätellä koostumuksen Marsin ytimeen asti eli noin kahdentuhannen kilometrin syvyyteen.

Sillä aikaa kuin pora luotaa pinnanalaista lämpösäteilyä, InSightin seismometrit tunnustelevat järistysaaltoja. Seismometreilla selvitetään, miten voimakkaita järistykset ovat ja miten usein ja missä niitä esiintyy.

Järistysaaltojen etenemisnopeudesta voidaan päätellä, missä Marsin kuoren, vaipan ja ytimen rajat kulkevat, ja onko ydin nestemäinen, kiinteä vai sekä että.

© PL-Caltech/NASA

Minisatelliitit ovat neitsytmatkallaan Marsiin

Kaksi pientä, mikroaaltouunin kokoista, satelliittia saattaa InSight-alusta sen lennolla. MarCO-satelliitit huolehtivat siitä, että tutkijat voivat Maassa seurata InSightin laskeutumista.

Tutkijat etsivät vastausta myös kysymykseen, ovatko järistykset peräisin Marsin sisusten liikahduksista vai meteoriitti-iskuista. Sen selvittämiseksi InSight kartoittaa, missä ja milloin kosmisia kappaleita ropisee Marsin pinnalle

Vuoden mittaan meteoriitti-iskuja on arviolta parisensataa. Suurin osa kosmisista kappaleista on 1–2 metrin kokoisia, mutta InSightin seismometrit havaitsevat nekin.

Planeetan kiertoliikkeeseen Auringon ympäri vaikuttaa ensisijaisesti Auringon vetovoima, mutta sen liike kiertoradalla ei ole aivan tasaista. Kaikki planeetat huojuvat mennessään hieman, ja huojumisliikkeen suuruus riippuu siitä, miten tiheää aine planeetan sisällä on.

InSight seuraa Marsin vaappumista mittaamalla etäisyytensä kahteen Marsia kiertävällä radalla olevaan MarCO-satelliittiin kahden sentin tarkkuudella. Välimatkasta tutkijat laskevat huojunnan ja siitä planeetan vaipan ja ytimen koon ja tiheyden.

Hups! 19. lokakuuta 2016 Schiaparelli-alus iskeytyi Marsin pintaan yli 500 kilometrin tuntinopeudella.

© NASA/JPL/Univ. of Arizona

Joka toinen kerta menee pieleen

Kun ajopeli pitää saada toiselle planeetalle, moni asia voi mennä mönkään. Alus voi romuttua jo laskeutumisessa tai yhteys Maahan voi katketa. Viidenkymmenen viime vuoden aikana Marsiin on lähetetty 21 laskeutujaa ja mönkijää, mutta vain 12 hanketta on onnistunut. Tässä muutama esimerkki:

1971

Mars 2 tuhoutui

Neuvostoliittolaisluotain tuhoutui laskeutumisen aikana 1971.

© NASA

1976

Vikingit onnistuivat

Kaksi Nasan Viking-luotainta laskeutui onnistuneesti Marsiin 1976. Ne lähettivät Maahan ensimmäiset kuvat Marsin pinnasta. Niissä näkyi elotonta kivierämaata.

© NASA/JPL

1997

Ensimmäinen mönkijä vaelsi 100 metriä

Nasan laskeutumisalus Pathfinder pääsi ehjänä perille isoihin ilmatyynyihin pakattuna. Sillä oli mukanaan mikroaaltouunin kokoinen Sojourner-mönkijä. Se teki kolmen kuukauden aikana sadan metrin matkan ja tutki lukuisia kiviä. Se löysi muun muassa pikkukiviä, joiden kulumat voivat olla virtaavan veden tekemiä.

© NASA

1999

Mars Polar Lander kadotti yhteyden

Nasan luotain laskeutui 1999, mutta se ei saanut yhteyttä Maahan.

© NASA

2003

Beagle 2 ei avautunut

Brittiläinen Beagle 2 ei ehtinyt edes aloittaa elämän merkkien etsimistä Marsista. Alus pääsi Marsiin ehjänä, mutta sen aurinkopaneelit eivät avautuneet kunnolla, joten se jäi ilman sähköä.

© ESA

2004

Työmyyrä on jatkanut urakkaansa jo 14 vuotta

Mönkijäpari Opportunityn ja Spiritin urakan piti kestää kolme kuukautta. Spirit juuttui hiekkaan viiden vuoden jälkeen 2009, mutta Opportunity jatkaa yhä. 14 vuoden aikana se on löytänyt merkkejä virtaavasta vedestä.

© NASA

2008

Phoenix tutki pohjoisnapaa

Nasan Phoenix analysoi jäätä ja otti näytteitä pohjoisnavalta. Phoenix suoritti kaikki suunnitellut tehtävät viidessä kuukaudessa. Sen todettiin lakanneen toimimasta toukokuussa 2010.

© NASA

2012

Utelias mönkijä etsii elämää.

Nasan Curiosity etsii eloperäisiä aineita ja tekee geologisia tutkimuksia. Curiosity on mönkinyt Marsissa jo kuusi vuotta.

© pl-caltech/Msss/NASA

2016

Schiaparelli törmäsi Marsiin

Laskeutumisen aikana Esan Schiaparelli-laskeutumisalus alkoi pyöriä niin rajusti, että sen korkeusmittari sekosi. Jarrutusraketit syttyivät kolmeksi sekunniksi tarpeellisten 30:n sijasta, ja alus iskeytyi Marsin pintaan 540 km/h vauhdilla. Nasan luotain otti myöhemmin kuvan laskeutumiskraatterista.

© NASA/JPL/Univ. of Arizona

Mars muuttuu hitaasti

InSightin tietojen pohjalta aiotaan ensisijaisesti selvittää Marsin sisusten rakenne, mutta viime kädessä tavoitteena on valottaa kaikkien Aurinkokunnan kiviplaneettojen – eli myös Maan, Venuksen ja Merkuriuksen – syntytapaa.

Kun planeetat muinoin muodostuivat, niiden pinta oli ensin sulaa massaa, joka vähitellen jäähtyi ja kiteytyi eri mineraaleiksi. Eri aineiden syntyyn vaikuttivat lämpötila, paine ja kemiallinen koostumus.

Keveimmät mineraalit nousivat kohti pintaa ja muodostivat planeetan kuoren. Raskaammista syntyi vaippa kuoren alle, ja kaikkein raskaimmat, kuten Maassa rauta ja nikkeli, painuivat syvimmälle eli ytimeen.

Kaikkien neljän kiviplaneetan perusrakenne on samankaltainen. Kaikissa on myös suunnilleen samat mineraalit. Silti planeetat ovat nykyisin hyvin erilaisia. Mars on erityisen kiinnostava siksi, että geologian näkökulmasta se ei juurikaan ole muuttunut lapsuusajoistaan.

Mars on niin iso, että se on läpikäynyt samat syntyvaiheet kuin muutkin kiviplaneetat, mutta se on myös sen verran pieni kooltaan ja vähäinen geologiselta aktiviisuudeltaan, että syntyprosessin jäljet ovat oletettavasti yhä nähtävissä sen sisuksissa.

Siksi InSight etsii Marsista täytettä kaikkien kiviplaneettojen historian aukkokohtiin.

Mönkijät seuraavat perässä

InSightin on määrä laskeutua neljän miljoonan neliökilometrin laajuiselle Elysium Planitia -tasangolle. Se on neljän miljoonan neliökilometrin suuruinen tulivuorien ja kraatterien täplittämä alue Marsin päiväntasaajalla.

Alue on valittu siksi, että päiväntasaajalla on aurinkopaneeleihin auringonpaistetta ympäri vuoden. Alanko on myös sen verran tasainen, että kallioon osuminen on riittävän epätodennäköistä, ja niin matalalla, että luotaimen vauhti ehtii hidastua kaasukehässä. Lisäksi maaperän pitää olla kyllin pehmeää, jotta InSightin pora uppoaa siihen helposti.

Marsin tutkimus ei pääty InSightiin. Suunnitteilla on useita muita hankkeita – esimerkiksi niin sanottu Mars 2020, jonka luotain pääsee perille punaiselle planeetalle helmikuussa 2021.

Mars 2020 -hankkeen mönkijän rakenne perustuu InSightin tavoin aiempien laitteiden tekniikkaan – tällä kertaa Curiosity-mönkijän. Yhdessä InSightin kanssa Mars 2020 -hanke täydentää seuraavat palat Marsin palapeliin ja raivaa tietä naapuriplaneetallemme suunnatuille miehitetyille avaruuslennoille.

InSightin laskeutumispaikka Elysium Planitia valittiin siksi, että siellä pinta on tasainen eikä siellä ole kallioita, joten porauksia on helppo tehdä. Lisäksi se sijaitsee lähellä päiväntasaajaa, joten aurinkopaneeleihin riittää valoa vuoden ympäri.

© NASA