Kun avaruusluotain Interstellar Probe kiertää Auringon ympäri ja suuntaa Aurinkokunnan ulkopuolelle, se saavuttaa 300 000 kilometrin tuntinopeuden. Vauhtia on paljon enemmän kuin millään muulla ihmisen laitteella – itse asiassa niin paljon, että luotain voi tavoittaa Marsin vain kahdeksassa päivässä.
Interstellar Probe tähtää kuitenkin vielä kauemmaksi. Luotaimen on tarkoitus lentää ja lähettää tietoa Maahan puoli vuosisataa.
Määränpää on tähtienvälinen avaruus, missä Aurinko on surkastunut yhdeksi monista Linnunradan pienistä valopilkuista ja missä on ainoastaan vähän kaasua ja pölyä.
50 vuoden kuluessa luotain ehtii tuhannen Maan ja Auringon välisen matkan päähän Auringosta ja jättää taakseen 150 miljardia kilometriä.
Yhdysvaltalainen astronomi Ralph McNutt on yli 15 vuoden ajan pitänyt esillä Aurinkokunnan ulkopuolelle suuntautuvaa operaatiota. Nyt siihen vaadittava tekniikka alkaa olla näköpiirissä.
Toistaiseksi Interstellar Probe on vasta piirustuslaudalla. Idean isä on yhdysvaltalainen avaruustutkija Ralph McNutt, joka on osallistunut useisiin avaruushankkeisiin vuoden 1992 jälkeen. Yli 15 vuoden ajan hän on pitänyt esillä Aurinkokunnan ulkopuolelle suuntautuvaa operaatiota, vaikka vaadittavaa tekniikkaa ei ole ollut.
Tulevan superraketin ansiosta luotaimelle voidaan kuitenkin antaa riittävästi vauhtia, ja ajatukselle onkin syttynyt Nasan lisäksi Euroopan avaruusjärjestö ESA. Lähitulevaisuudessa – todennäköisesti vuonna 2023 – päätetään, lähetetäänkö luotain Aurinkokunnan ulkopuolelle.
Pieni luotain saa kilven ja rakettimoottorin
Insinöörit suunnittelevat luotaimen, joka kevyenä liikkuu tarpeeksi nopeasti ja kestää suojauksensa ansiosta Auringon kuumuuden. Lisäksi luotain kerää paljon tietoa välitettäväksi Maahan.
Välineet keräävät pölyä
Laitteet kokoavat analysoitavaksi pölyä ja mikroskooppisia hiukkasia, mittaavat magneettikenttiä ja ottavat vastaan infrapunasäteilyä.
Antenni lähettää tietoa Maahan
Radioantennin halkaisijan pitää olla reilut kaksi metriä, jotta se voi välittää viestejä Maahan. Signaalit kulkevat 150 miljardin kilometrin matkan 139 tunnissa.
Generaattori käy plutoniumilla
Termosähköradioisotooppigeneraattori muuttaa radioaktiivisen plutoniumin hajotessa syntyvää lämpöä sähköksi, jolla luotaimen laitteet toimivat.
Rakettimoottori siivittää menoa
Saavuttaakseen mahdollisimman suuren nopeuden luotain käynnistää tehokkaan rakettimoottorin ollessaan lähinnä Aurinkoa. Siellä raketin teho on suurimmillaan.
Kilpi suojaa Auringolta
Hiilikuidusta ja volframista valmistettu kilpi antaa luotaimelle ja sen herkille laitteille suojaa aina 3 000 asteeseen asti Aurinkoa hipovan kierron aikana.
Maasta tulee pieni pikseli
Tähtienvälisen luotaimen päätehtävä on tutkia erittäin ohutta aineen ja säteilyn keittoa, jota esiintyy avaruudessa tähtien lomassa.
Tämä kosminen väliaine on peräisin suurista tähdistä, jotka ovat palaneet loppuun jo aikoja sitten ja räjähtäneet supernovina. Tällaisesta aineesta ovat syntyneet Aurinko ja Aurinkokunnan kaikki planeetat, kun valtava pöly- ja kaasupilvi luhistui 4,6 miljardia vuotta sitten.
8 päivässä luotain saavuttaa Marsin. Sen nopeus on 300 000 km/h.
Pöly saattaa sisältää myös orgaanisia molekyylejä – jotka ovat sellaisten monimutkaisempien molekyylien rakennuspalikoita, jollaisista elämä sai alkunsa. Ainetta koskeva tieto avaa tutkijoille ainutlaatuisia näköaloja Aurinkokunnan syntymään.
Kaukana Auringosta ja planeetoista avaruusluotain voi katsoa taakseen ja nähdä, miltä Aurinkokunta näyttää ulkoapäin. Muistuttaako Aurinkokunta muita aurinkokuntia vai onko se erikoinen? Miltä planeetat näyttävät kaukaa katsottuna? Ja onko mahdollista nähdä, että Maa on asuttu planeetta, kun se on surkastunut pieneksi siniseksi kuvapisteeksi?
Kierros Auringon ympäri nostaa nopeuden maksimiin
Luotaimen on tarkoitus suorittaa operaatio, jota ei ole yritetty ennen. Saavuttaakseen mahdollisimman kovan vauhdin luotain ohittaa Auringon läheltä ja hyödyntää sen painovoimaa.
1. Luotain tekee pitkän mutkan
Tähtienvälinen luotain viedään SLS-raketilla kiertämään ensin Maata. Tältä radalta luotain lähetetään edelleen kohti Jupiteria.
2. Jupiter jarruttaa luotainta
Luotain kaartaa Jupiterin ympäri. Suunta on kuitenkin vastakkainen verrattuna planeetan kiertoliikkeeseen. Luotain liikkuu hitaammin ja kääntyy Aurinkoa kohti.
3. Rakettimoottori antaa työntöapua
Putoaminen kiihdyttää vauhtia. Lähellä Aurinkoa rakettimoottori käynnistyy. Kun moottori ja lämpösuoja ovat irronneet, luotain suuntaa pois Aurinkokunnasta yli 300 000 kilometrin tuntinopeudella.
Kysymysten vastaukset voivat auttaa tähtitieteilijöitä Maan ulkopuolisen elämän etsinnässä. He ovat tunnistaneet jo puolisensataa muuta tähteä kuin Aurinkoa kiertävää planeettaa, joilla koon ja lämpötilan puolesta voi esiintyä elämää.
Eliöt ovat muuttaneet Maan ilmakehän koostumusta, ja luotain voi paljastaa Aurinkokunnan ulkopuolelta, millä tavalla muutos ilmenee kaukaa katsottuna. Siten päästään ehkä jyvälle siitä, mikä muilta planeetoilta tulevassa valossa kielii mahdollisesta elämästä.
Kaksi luotainta on päässyt rajalle
Jotta luotain näkee Aurinkokunnan ulkoapäin, sen täytyy poistua heliosfääristä eli siitä valtavasta kuplasta, jonka Aurinko puhaltaa avaruuteen. Kuplan muodostaa Auringon jatkuva hiukkasvirta, aurinkotuuli. Se työntää tähtienvälistä kaasua aina 18 miljardin kilometrin päähän Auringosta.
Heliosfääri on niin suuri, että vain kaksi luotainta on poistunut siitä: Nasan vuonna 1977 lähettämät Voyager-luotaimet. Vuonna 2012 eli 35 vuotta myöhemmin Voyager 1 läpäisi heliopaussin, joksi heliosfäärin ja tähtienvälisen avaruuden rajaa kutsutaan, ja vuonna 2018 oli Voyager 2:n vuoro.
Luotainpari lähettää yhä tietoa Maahan, mutta se kykenee kertomaan vain rajallisesti tähtienvälisestä avaruudesta. Ensinnäkin luotaimet suunniteltiin toiseen tehtävään – tutkimaan suuria kaasuplaneettoja – ja toiseksi niiden radioaktiiviset paristot tyhjenevät lähiaikoina.
Voyager-luotainten yhä toimivien laitteiden mittaukset kertovat kaikesta huolimatta tutkijoille yhtä ja toista siitä, kuinka heliosfääri ja tähtienvälinen avaruus eroavat toisistaan.
Kun luotaimet saavuttivat heliopaussin, Voyager-anturit mittasivat yhtäkkiä enemmän hiukkasia. Elektronien tiheys kasvoi 2 000:sta kuutiometriä kohti 20-kertaiseksi. Sen sijaan lämpötila laski varautuneiden hiukkasten muodostamassa ohuessa kaasussa, jota fyysikot nimittävät plasmaksi.
Lisäksi kävi ilmi, että Voyager-luotaimiin kohdistui enemmän kosmista säteilyä hyvin suurienergiaisina hiukkasina. Heliosfääri vaikuttaa antavan Aurinkokunnalle 70-prosenttisen suojan tätä säteilyä vastaan, joka tiedetään haitalliseksi eliöille.
Voyager-luotaimiin osuu entistä enemmän kosmista säteilyä, kun ne ohittavat Aurinkokunnan suojaavan heliosfäärin.
Voyager 2 siirtyi tähtienväliseen avaruuteen 17,8 miljardin kilometrin päässä Auringosta, kun taas Voyager 1:n piti lentää 18,2 miljardia kilometriä. Heliosfääri ei siis ole täydellisen pyöreä, ja on mahdollista, että Aurinko jättää jälkeensä pitkän hiukkaspyrstön kiertäessään Linnunradan keskusta.
Tuntemattomien kappaleiden ohi
Heliosfäärin muodon ja tähtienvälisen avaruuden koostumuksen kykenee paljastamaan vain tähtienvälinen luotain, joka on varustettu tätä tutkimusta varten suunnitelluilla laitteilla.
Luotain saa kuitenkin myös muita välineitä, jotka toimivat jo matkalla määränpäähän. Mitä ilmeisimmin valitaan nimittäin reitti, jonka ansiosta luotain voi ohittaa läheltä ainakin yhden astrofyysikoita kiinnostavan kappaleen.
Luotain poistuu Aurinkokunnasta
Kun määränpää on Aurinkokunnan ulkopuolella, välimatka mitataan miljardeina kilometreinä. Interstellar Proben on tarkoitus päästä 50 vuodessa niin kauas kuin Voyager-luotaimet pääsevät 300 vuodessa. Aurinkokunnan rajan takana luotain kohtaa tuntemattomia kappaleita.
1 au/0,15 mrd. km: Maa on Aurinkokunnan mittayksikkö
Astronomit käyttävät Maata ja Aurinkoa kuvaamaan Aurinkokunnan mittasuhteita. Maan ja Auringon välimatka on 150 miljoonaa kilometriä. Tätä matkaa kutsutaan astronomiseksi yksiköksi, jonka lyhenne on au.
Aurinkokunta kutistetussa mittakaavassa
Välimatkat Aurinkokunnassa ovat valtavia. Tässä Aurinkokunta on piirretty logaritmisessa skaalassa, eli välimatkat kymmenkertaistuvat jokaisen merkinnän kohdalla.
43 au/6,5 mrd. km: Uusi jääkappale on puolet Plutosta
Luotaimen mahdollisesti läheltä ohittamiin ja tutkimiin kohteisiin kuuluu pieni jääkappale Quaoar. Arvoituksellinen kiertolainen on tunnettu vasta vuodesta 2002, ja se voi olla kääpiöplaneetta. Sen läpimitta on noin 1 121 kilometriä, eli Pluto on noin kaksi kertaa Quaoarin kokoinen.
120 au/18 mrd. km: Auringon valtakunta ulottuu heliopaussiin
Auringosta lähtee voimakas hiukkasvirta, mutta tällä aurinkotuulella on rajansa. Auringon vaikutuspiiri päättyy heliopaussissa. Siitä alkaa tähtienvälinen avaruus, jossa hallitsevassa asemassa ovat muiden tähtien hiukkaset.
122,7 & 147,9 au/18 & 22 mrd. km: Voyager-luotaimet ovat nyt kauimpana
Mikään muu laite ei ole kulkenut niin kauas avaruudessa kuin kaksi Voyager-luotainta, jotka lähetettiin 1977 tutkimaan Aurinkokunnan ulkoplaneettoja. Voyagerit jatkavat matkaansa tähtien välissä, mutta radioviestejä ei enää tule, kun sähkö loppuu.
400 au/60 mrd. km: Pimeydessä voi piillä yhdeksäs planeetta
Useat pienet jääkappaleet kiertävät ratoja, jotka vihjaavat, että tuntematon yhdeksäs planeetta vaikuttaa niihin kaukana Auringosta. Laskelmien mukaan hypoteettinen planeetta on viisi kertaa niin raskas kuin Maa, ja jos se löytyy, Interstellar Proben on määrä ohittaa se.
1 000 au/150 mrd. km: Luotain katsoo Aurinkokuntaa ulkoa
Kun tähtienvälinen luotain on 1 000 kertaa niin kaukana kuin Maa on Auringosta, se on päässyt varsinaiseen tähtienväliseen avaruuteen. Silloin se voi tarkkailla Aurinkokuntaa ulkopuolelta, mitata muista tähdistä tulevaa ainetta ja säteilyä ja ehkä löytää orgaanisia molekyylejä – Maan elämän rakennuspalikoita.
2 000–100 000 au: Jäisten kappaleiden pilvi kiertää Aurinkokuntaa
Oortin pilveksi kutsutaan pienen jäisten kappaleiden muodostamaa pilveä, joka ympäröi Aurinkokuntaa. Teorian mukaan pilvi ulottuu 2 000–100 000 astronomisen yksikön alueelle. Oortin pilvi jaetaan sisempään ja ulompaan Oortin pilveen.
2 000-100 000 au: 5 000 vuoden matka pilven läpi
Interstellar Probe -luotaimelta kuluisi 5 000 vuotta matkaan Oortin pilven läpi. Astronomit arvelevat, että komeetat, joiden kiertoaika on yli 200 vuotta, ovat kotoisin tästä kaukaisesta jääkappaleiden parvesta.
100 000 au: Auringon painovoimavaikutus loppuu
Pallomaisen Oortin pilven ulkoraja on noin 100 000 astronomisen yksikön päässä. Täällä Auringon painovoima on niin heikko, että kappaleet eivät enää kierrä sitä.
268 000 au/4,2 valovuotta: Ensimmäiset tähdet
Auringon lähin naapuritähti on Proxima Centauri, punainen kääpiö, jonka massa on vain 14 prosenttia Auringon massasta. Tähdellä on ainakin yksi planeetta. Se on luultavasti kiviplaneetta, ja se kiertää tähteään elinkelpoisella vyöhykkeellä. Proxima Centauri kuuluu Alfa Centaurin tähtijärjestelmään.
Nykyään tunnetaan varsin hyvin kahdeksan planeettaa, mutta Aurinkokunnan äärilaidalla on yhä tutkimattomia kiertolaisia.
Ylimpänä tähtitieteilijöiden toivelistalla on kaukaisen, toistaiseksi vielä tuntemattoman, planeetan ohilento. Planeetta Yhdeksästä, joksi hypoteettista kappaletta kutsutaan, on esitetty vahvoja epäilyksiä.
Vuodesta 2016 tähtitieteilijät Michael Brown ja Konstantin Batygin ovat todistaneet sen puolesta, että hyvin kaukana Auringosta kiertää suuri planeetta, joka vain odottaa löytämistään.
He perustavat oletuksensa siihen, että monet pienehköt Neptunuksen takaiset jääkappaleet kiertävät samankaltaisia ratoja, jotka ovat selitettävissä ainoastaan ne kurissa pitävällä isolla kohteella. Planeetta on viisi kertaa niin raskas kuin Maa ja kaukana heliopaussin tuolla puolen.
”Jos kaukaisuutta halutaan tutkia tosissaan, Aurinkokunnasta on päästävä mahdollisimman pian pois.” Astronomi Ralph McNutt
Koska hypoteettinen yhdeksäs planeetta on niin etäällä, teleskooppien on tavattoman vaikea löytää sitä, mutta tähtitieteilijät yrittävät silti. Jos kiertolainen löytyy ennen tähtienvälisen luotaimen laukaisua, reitti olisi paikallaan vetää sen kautta tutkimussyistä.
Aurinko toimii katapulttina
Interstellar Probe lähtee matkaan aikaisintaan vuonna 2030, jolloin Ralph McNutt on jo 75-vuotias. Sukupolvenvaihdos on tapahtunut paljon ennen kuin luotain alkaa välittää tietoa tähtienvälisestä avaruudesta. Asia ei huolestuta tutkijaa, jota askarruttaa enemmän operaation toteutuminen.
Suurin huoli on, riittääkö nopeus. Tarvitaan valtava avaruusraketti, ja Nasan rakenteilla oleva 100 metriä pitkä Space Launch System saattaa vastata tarvetta. Lisäksi uhkarohkea kierto Auringon ympäri voi siivittää menoa.
Maahan 150 miljardin kilometrin päässä Auringosta tietoa lähettävää tähtienvälistä luotainta sopii pitää testaajana, joka ennakoi vielä pitempiä matkoja toisiin planeettakuntiin. Niitä ei tehdä nykytekniikalla, sillä Auringon lähin naapuritähti on 40 000 miljardin kilometrin päässä.
Kaikki matkat alkavat kuitenkin ensi askeleista, ja Interstellar Probella ihmiskunta lähtee toden teolla Aurinkokunnan ulkopuolelle.