Luotain lentää Aurinkokunnan suurimmalle vesialueelle

JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) on Esan lippulaiva, jonka tehtävänä on kartoittaa Jupiterin kolmea suurta jääpeitteistä kuuta ennennäkemättömällä tarkkuudella.

Laaja valikoima erilaisia tutkimuslaitteita voi antaa tutkijoille paljon uutta tietoa kuiden menneisyydestä, rakenteesta ja geologisista ilmiöistä – ja ehkä myös vastauksen perimmäiseen kysymykseen, voiko niiden pinnan alla olevissa merissä piillä elämää.

Jos voi, puhutaan paitsi vuosisadan löydöstä myös vahvistuksesta epäilylle, että elämää esiintyy myös maapallon ulkopuolella – ja ettei Maan elämä ole vain poikkeustapaus.

Luotain on testattu perusteellisesti

Hintalappu paljastaa, kuinka suuri satsaus JUICE-hanke on ollut Euroopan avaruusjärjestölle. Kun Ariane 5 -kantoraketti lähtee kuljettamaan luotainta Ranskan Guayanassa sijaitsevasta avaruuskeskuksesta huhtikuussa 2023, Esa ampuu kirjaimellisesti taivaalle 1,5 miljardia euroa.

Siksi luotainta on testattu etukäteen kaikilla mahdollisilla tavoilla. Testejä on tehty muun muassa Esan avaruussimulaattorissa. Se on 10 metriä leveä ja 15 metriä korkea tyhjiökammio, jossa vallitsevat samankaltaiset olosuhteet kuin JUICEn lennolla Aurinkokunnan läpi.

Simulaattorin avulla on tutkittu muun muassa avaruusluotaimelle poikkeuksellisen isojen aurinkopaneelien toimintaa. Niiden kokonaispinta-ala, 85 neliömetriä, on kaikkien aikojen suurin.

Kun luotain kuormataan Ariane 5 -rakettiin, kaikki kymmenen paneelia on taitettu kokoon. Tutkimushankkeen onnistumisen kannalta on ratkaisevan tärkeää, että ne avautuvat avaruudessa oikein.

Aurinkoenergian ansiosta luotaimen polttoaineen pitäisi riittää ja laitteiden saada tarpeeksi sähköä operaation loppuun asti.

Vasta sitten, kun 6,2 tonnia painavan luotaimen aurinkopaneelit ovat avautuneet, Esan valvomossa voidaan huokaista helpotuksesta. Lennolla on kuitenkin paljon muitakin vaarallisia vaiheita.

Matkan alkupuolella luotain ohittaa monta kertaa melko läheltä Maan, Kuun ja Venuksen, ennen kuin se ottaa kurssin kohti Aurinkokunnan ulkoplaneettoihin kuuluvaa Jupiteria.

Siksi itse luotaimen ja sen aurinkopaneelien pitää kestää suuria lämpötilanvaihteluja. Lämpötila nousee lähellä Venusta 250 plusasteeseen ja laskee lähellä Jupiteria 180 miinusasteeseen. Loppumatkasta luotaimeen kohdistuu lisäksi kaasujättiläisen voimakas säteily.

Jos kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, JUICE pääsee Jupiterin ja sen kuiden luo vähän yli kahdeksassa vuodessa. Kymmenistä kuista erottuu nelikko: Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto. Niitä kutsutaan Galilein kuiksi, koska Galileo Galilei löysi ne kaukoputkellaan vuonna 1610.

Kolmessa kuussa on paljon vettä

Lähimpänä Jupiteria kiertävä Io tunnetaan siitä, että se on vulkaanisesti aktiivisempi kuin mikään muu Aurinkokunnan kappale. JUICE-hankkeen kannalta kiinnostavampia ovat kolme muuta Galilein kuuta.

Kolmikko vaikuttaa sisältävän runsaasti nestemäistä vettä – ja olevan siten mahdollisia elämän esiintymispaikkoja. Vaikka kuita peittää yli 100 kilometriä paksu jää, voidaan olettaa, että vesi on nestemäistä pinnan alla piilevissä valtamerissä. Niissä arvioidaan olevan vettä ainakin kymmenen kertaa niin paljon kuin Maassa.

Avaruusluotain Galileon 1990-luvun puolivälissä tekemien mittausten mukaan Jupiterin magneettikentän voimaviivat vääristyvät Europan ympärillä tavalla, joka vihjaa, että kuu kätkee sisäänsä sähköä johtavaa nestettä. Todennäköisin vaihtoehto on suolainen vesi.

Hubble-avaruusteleskooppi löysi myöhemmin Europasta geysireitä. Jään repeämistä suihkuaa vesihöyryä 160 kilometrin korkeuteen.

Ganymedeen ympärillä on havaittu samankaltaisia Jupiterin magneettikentän häiriöitä, ja Hubble-avaruusteleskooppi on vahvistanut epäilyn sulasta merestä löytämällä veden merkkejä kuun erittäin ohuesta kaasukehästä.

Myös Kallisto näyttää vaikuttavan Jupiterin magneettikenttään. Jään peittämän valtameren olemassaolosta ei voida kuitenkaan olla yhtä varmoja kuin kahden muun kuun tapauksessa.

Kuiden kaasukehä on aivan liian ohut, jotta niiden pinnalla voisi esiintyä nestemäistä vettä, mutta Jupiterin painovoimavaikutuksen vuoksi sitä voi olla jääkuoren alla.

Samalla tavalla kuin Maa ja Kuu vetävät toisiaan puoleensa Jupiter vaikuttaa voimakkaasti kiertolaisiinsa. Tuloksena on vuorovesi-ilmiö, joka lämmittää syvällä olevaa jäätä niin, että se sulaa.

Vesi on elämän edellytys

Tutkijoiden kiinnostus nestemäistä vettä kohtaan selittyy siitä, että Maassa esiintyy elämää kaikkialla siellä, missä vesi ei ole jäässä. Eliöt viihtyvät jopa mustien savuttajien liepeillä. Näistä valtamerien pohjasta pulppuavista kuumista lähteistä tulee lämmön lisäksi elämää ylläpitäviä mineraaleja ja suoloja.

Ehkä Io ei ole Jupiterin ainoa vulkaanisesti aktiivinen suuri kuu. Jos tuliperäisyys ilmenee pinnan sijasta merenpohjassa, sinne voi syntyä samankaltaisia ekosysteemejä kuin Maassa mustien savuttajien ympärille.

Kun JUICE alkaa kerätä tutkimusaineistoa, se saa – onneksi – jokaisen kuun kohdalla monta mahdollisuutta. Kiertäessään Jupiteria kolme vuotta luotain ohittaa kuut noin 30 kertaa. JUICEn odotetaan todistavan magnetometrillaan, että kuiden jääkuoren alla todellakin piilee valtameri.

Spektrometrien toivotaan lisäksi paljastavan kuiden kaasukehästä aineita, jotka esimerkiksi Europan tapauksessa voivat olla peräisin geysireistä.

Kallistoa havainnoidaan 12 kertaa jopa vain 200 kilometrin etäisyydeltä. Luotaimen tehtävänä on selvittää, miksi kuulla on ohut hiilidioksidista, hapesta ja vedystä koostuva kaasukehä, joka ilmeisesti uudistuu jatkuvasti.

Tutka näkee jään läpi

Ganymedes pääsee erityistarkkailuun siinä vaiheessa, kun luotain asettuu kiertämään sitä 500 kilometrin päässä pinnasta kulkevaa rataa pitkin. JUICE ehtii hyvin kerätä tietoa ohuesta kaasukehästä, kuoresta ja sisäosista.

Ganymedes on Aurinkokunnan suurin kuu. Sen halkaisija on 5 260 kilometriä, eli se on isompi kuin pienin planeetta, Merkurius. Kiertäessään Ganymedestä JUICE tekee havaintoja sen jääpinnan alta.

Kaikkiaan kymmenellä tutkimuslaitteella varustettu luotain katsoo RIME-tutkallaan yhdeksän kilometrin syvyyteen. Jääpeite on enimmäkseen vielä paksumpi, mutta tutka voi paljastaa jään alaosasta nestemäisen veden täyttämiä onkaloita.

Tutkahavaintojen toivotaan todistavan lopullisesti, että Ganymedes ei ole pelkkää jäätä.

JUICE kiertää kuuta vuoden ja joutuu säännöllisesti korjaamaan lentokorkeuttaan rakettimoottorillaan tänä aikana. Kun polttoaine loppuu vuoden 2035 päättyessä, luotain alkaa vähitellen lähestyä kuuta ja lopulta törmää siihen.

Parhaassa tapauksessa luotain ehtii välittää tutkijoille niin paljon ja niin tarkkaa tietoa, että kaikkiin keskeisiin jääkuita koskeviin kysymyksiin saadaan vastaus.

Varmuuden vuoksi aiotaan lähettää toinen luotain, jonka pitäisi saapua Jupiterin ja sen kuiden luo jo vuonna 2030.

Nasa aikoo lähettää lokakuussa 2024 oman Europa Clipper -nimisen luotaimen tutkimaan Europaa. Sen pitäisi useilla ohilennoilla yrittää löytää merkkejä suoloista, aminohapoista, hiilestä, hapesta, rikistä ja muista aineista, joita pidetään elämälle välttämättöminä.

Jupiterin suuret kuut nousevat ensi vuosikymmenellä avaruustutkimuksen huippukohteiksi. Suosikkiaseman selittää tietenkin se, että ne voivat todistaa elämää esiintyvän Aurinkokunnassa muuallakin kuin maapallolla.