Rosetta-luotain todisti jäisen komeetan heräämistä

Professorit Esa Kallio Aalto-yliopistosta ja Hannu Koskinen Helsingin yliopistosta ovat analysoineet Rosetta-luotaimen mittauksia komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenkosta elokuusta 2014 alkaen. Ensimmäiset komeetasta lähtevät vesisuihkut havaittiin jo syyskuussa 2014, eli hyvin varhaisessa vaiheessa komeetan syntyvaihetta.

Tulos yllätti tutkijat

– Olimme hämmästyneitä siitä, että komeetasta suihkunnut vesihöyry pystyi häiritsemään aurinkotuulta merkittävästi, vaikka komeetta on vielä kaukana Auringon lämmöstä. Komeetan etäisyys Auringosta oli mittausten alkuaikana yli kolme kertaa Maan ja Auringon välinen etäisyys, professori Esa Kallio kuvailee.

Suomalaisryhmä pystyi myös arvioimaan mittausten perusteella, että komeetalta karkasi vettä noin kilogramma sekunnissa. Kallion ja Koskisen tulokset julkaistiin arvostetussa Science-lehdessä 23. tammikuuta.Kallion ryhmän tutkimus keskittyy luotaimen ICA (Ion Composition Analyzer)-hiukkasinstrumentin antaman aineiston tulkintaan. ICA-hiukkasmittalaite on yksi RPC-instrumentin (Rosetta Plasma Consortium) viidestä anturista ja se mittaa, milloin komeetassa syntyy vesihöyrysuihkuja ja niistä syntyneitä kevyitä sähköisesti varattuja hiukkasia. Ilmatieteen laitos on osallistunut ICA-laitteiston rakentamiseen jo 1990-luvun puolivälistä alkaen tutkimuspäällikkö Walter Schmidtin johdolla.

Ymmärrystä mallinnuksella

Komeetan kiertoradalle asettuneessa luotaimessa on yksitoista tieteellistä mittalaitetta, jotka mittaavat monipuolisesti komeetan kehittymistä sen lähestyessä Aurinkoa.

Irtautuessaan hiukkaset muodostavat komeetalle pyrstön, jonka kasvua päästään nyt seuraamaan ensimmäistä kertaa sen synnystä hiipumiseen saakka. ICA-hiukkasmittalaite oli todistamassa Auringon aiheuttamaa jäisen komeetan heräämistä ja höyrystymistä jo ennen Rosettan Philea-laskeutujan irtautumista ja välitti uutta tietoa komeetan pinnan eroosiosta.

– Pyrstöstä lähtevät hiukkaset kertovat komeetan avaruussäästä eli komeetan avaruusympäristöstä, jossa Auringon valon aikaansaama lämpö ja aurinkotuuli yhdessä saavat aikaan komeetan pinnan eroosion, Kallio selventää.Kallio tutkimusryhmineen analysoi luotaimen mittauksia kolmiulotteisilla tietokonesimulaatioilla.

– Käyttämämme mallinnus syventää saamamme mittausaineiston ymmärtämistä merkittävästi. Kokonaiskuvaa komeetan tapahtumista ei saada pelkillä yksittäisissä paikoissa tehdyillä mittauksilla eikä myöskään yhdestä mittalaitteesta, vaan analysoimalla ja yhdistelemällä mittaustuloksia ja tekemällä niistä mallinnuksia.

Jäästä muodostuneen kaasun lisäksi komeetan pinnalla karkaa muutakin materiaa. Kallion tutkimusryhmä toivookin saavansa myöhemmin tutkittavaksi raskaita pölyhiukkasia. Tutkimustyön seuraava vaihe on verrata tuloksia muiden mittalaitteiden kanssa.

– Tutkimme erityisesti eroosion voimakkuuden vaihteluja komeetan elinkaaren aikana. Eroosion uskotaan vahvistuvan komeetan lähestyessä Aurinkoa ja aktiivisimmillaan sen oletetaan olevan elokuussa 2015. Siksi odotammekin vesisuihkujen lisääntyvän kesää lähestyttäessä.

Kuvassa on esitetty 3-D-simulaatio komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenkon lähiavaruuden varatuista hiukkasista ja niiden vuorovaikutuksesta aurinkotuulen kanssa. Kuvassa näytetään komeetan ytimestä purkautuvan, auringon UV-säteilyn ionisoimien vesi-ionien pilvi, jota aurinkotuulen virtaus puhaltaa pois komeetalta. Aurinkotuuli esitetään värillisillä nuolilla, joiden väri kuvaa aurinkotuulen tiheyttä: valkoinen väri kuvaa matalaa, punainen suurta tiheyttä. Osuessaan komeetan ionipilveen aurinkotuulen virtaus kääntyy alaspäin sekä hidastuu lähellä komeetan ydintä. Kuva: Markku Alho / Aalto-yliopisto

Lisätietoja:

Tutkimuspäällikkö Walter Schmidt, Ilmatieteen laitos puh. 029 539 4658, Walter.Schmidt@fmi.fiProfessori Esa Kallio, Aalto-yliopisto puh. 050 4205 857, Esa.Kallio@aalto.fiProfessori Hannu Koskinen, Helsingin yliopisto puh. 050 4155 356, Hannu.E.Koskinen@helsinki.fi

Linkki julkaisuun: http://www.sciencemag.org/content/347/6220/aaa0571.full

Kallion tutkimusryhmän mallinnukseen pohjautuva animaatio ja muuta komeettatietoa suomeksi on nähtävissä täällä: http://space.aalto.fi/news/pub-science-2015-01-23-fi.html

Rosetta on Euroopan avaruusjärjestön ESAn kulmakiviohjelma. Rosetta-luotain koostuu kiertolaisesta ja Philae-laskeutujasta. Rosetta-kiertolainen seuraa komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenkoa ainakin vuoden 2015 loppuun saakka. Komeettaa kiertävässä Rosetta-luotaimessa on yksitoista tieteellistä mittalaitetta, jotka antavat jatkuvasti historiallista tietoa komeetasta ja sen kehityksestä. Suomessa ICA-mittalaitteen rakentamiseen osallistui Ilmatieteen laitos ja mittausten tulkintaan Aalto-yliopisto sekä Helsingin yliopisto. Mittausten odotetaan lisäävän tietoamme Aurinkokuntamme alkuhetkistä, jolloin komeetat syntyivät. Komeetat kiinnostavat myös siksi, että Maahan iskeytyneet komeetat ovat tuoneet mukanaan vettä ja mahdollisesti orgaanisia molekyylejä.