SMART-1 lähetti ensimmäiset kuvansa Kuusta

SMART-1 on ESAn planeettalennoilla vaadittavia uusia tekniikoita avaruudessa testaava luotain. Sen kohteeksi valittiin Kuu, koska se sijaitsee lähellä ja koska Kuusta voidaan tehdä paljon uusia, kiinnostavia havaintoja. SMART-1 on lentänyt vuoden 2003 syyskuussa tapahtuneesta laukaisustaan alkaen kohti Kuuta hitaasti sähköisen työntövoimajärjestelmänsä, eli ns. ionimoottorinsa voimin ja siirtyi Maan vetovoimakentästä Kuun vaikutuspiiriin marraskuun 15. päivänä viime vuonna. Sen jälkeen luotain on laskenut vähitellen kiertorataansa lähemmäksi Kuuta ja testannut havaintolaitteitaan, jotka pääsevät nyt puolentoista vuoden lennon jälkeen tekemään kuututkimustakin.

Ensimmäiset neljä vuorokautta Kuun kiertoradalle saapumisen jälkeen olivat hyvin kriittisiä, koska SMART-1 oli epävakaalla kiertoradalla. Siirtyminen Kuuta kiertämään tapahtui painovoimakenttien avulla: kun luotain oli Kuun ja Maan välissä paikassa, jossa kumpikin taivaankappale veti sitä puoleensa yhtä voimakkaasti, sysättiin SMART-1 moottorinsa avulla Maan vaikutuspiiristä Kuuta kiertävälle radalle.

Tämän painovoimakenttätempun johdosta ensimmäinen manöveerin jälkeinen rata oli epävakaa. Ellei SMART-1:n moottori olisi toiminut hyvin, olisi luotain saattanut lentää Kuun ohi tai muskautua sen pintaan. Kaikki sujui kuitenkin hyvin ja pieni kuuluotain on tämän jälkeen hidastanut ratanopeuttaan ionimoottorinsa avulla, jolloin sen kiertoradan korkeus on pudonnut jatkuvasti lähemmäksi Kuuta.

Moottori on toiminut lähes jatkuvasti joulukuun 29. päivään saakka, jolloin se sammutettiin muutamaksi päiväksi ensimmäisten havaintojen tekemisen ajaksi. Luotaimen AMIE-niminen mikrokamera otti tuolloin ensimmäiset lähikuvansa Kuun pinnasta. Tammikuun 3. päivänä moottori käynnistettiin jälleen ja se jatkoi työtään 12. tammikuuta saakka, jolloin se sammutettiin jälleen polttoaineen säästämiseksi. Aurinko paistaa Kuuhun nyt luotaimen kannalta erinomaisesta kulmasta, joten AMIE ottaa Kuusta keskiresoluutiokuvia helmikuun 9. päivään saakka.

"Teimme tammikuun alussa joukon koehavaintoja etäisyyksillä, jotka olivat välillä 1000 ja 5000 kilometriä", kertoi SMART-1:n päätutkija Bernard Foing. "Sen jälkeen laskeuduimme taas lähemmäs Kuuta, kunnes nyt jatkamme taas koekuvien ottamista aina siihen saakka, kun moottori taas käynnistetään 9. helmikuuta."

Lopulliselle radalleen Kuun ympärillä SMART-1 saapuu helmikuun 28. päivänä, jolloin sen soikean kiertoradan lähin etäisyys Kuun pinnasta on 300 kilometriä ja radan kaukaisin piste nousee 3000 kilometrin päähän pinnasta. "Tulemme tekemään havaintoja tältä radalta ainakin viiden kuukauden ajan", toteaa Foing ja toivoo, että aikaa voitaisiin vielä pidentää tästä.

Kraatterit Brianchon ja Pascal

Ensimmäinen lähikuva näyttää aluetta Kuun pinnalta 75° leveysasteen kohdalta ja siinä on eri kokoisia törmäyskraattereita. Suurin kuvassa oleva kraatteri on vasemmalla keskellä oleva Brianchon. Toiseksi suurin, kuvassa alempana, on Pascal.

Aurinko paistaa alueelle hyvin matalalta, joten kraatterien reunojen pinnalle heittämät varjot ovat pitkiä. Varjojen avulla voidaan laskea helposti reunojen korkeudet.

"Tärkeintä kuvissa on kuitenkin se, että kamera toimii hyvin myös Kuun kiertoradalla pitkän avaruuslennon jälkeen", iloitsee AMIEn päätutkija Jean-Luc Josset.

Tässä olevat kuvakoosteet on tehty laajojen pinnanmuotojen havaitsemiseksi. Ensimmäinen kooste näyttää Pythagoraan monimuotoisen törmäyskraatterin ja alla oleva nauhamainen kuva otettiin alla olevasta maastosta luotaimen kulkiessa eteenpäin radallaan - kuvassa on yhden kierroksen aikana otetut toisiaan seuraavat kuvat.

Kuvia toisiinsa liittämällä tutkijat toivovat voivansa rakentaa koko Kuun pinnan kattavan keskiresoluutioisen kartan, mihin voidaan lisätä myöhemmin tarkempia kuvia, kun SMART-1 laskeutuu alemmalle kiertoradalle.

Pieni, mutta pippurinen mikrokamera

SMART-1:n tekemisessä miniatyrisointi oli eräs tärkeimmistä vaatimuksista, minkä vuoksi myös luotaimen kameralaitteisto tehtiin hyvin pieneksi. AMIE (Asteroid-Moon Micro-Imager Experiment) on eräs edistyksellisimmistä pienikokoisista värikameroista koko maailmassa. Varsinainen kamera, sen optiikka, elektroniikka sekä liitososat luotaimeen painavat yhteensä vain 450 grammaa. Kooltaan tämä Kuun pintaa tutkiva laite on ilman optiikkaa ja tukirakenteita vain tulitikkuaskin luokkaa. Kameran on suunnitellut ja valmistanut sveitsiläinen tutkimusryhmä ja sen suunnittelija sekä päätutkija on Jean-Luc Josset. Nykyisin Josset on muodostanut ryhmästään Space-X -nimisen yhtiön, joka hoitaa AMIEn kuvien käsittelyn.

Kameran ottamien kuvien analysointiin osallistuu myös Helsingin yliopiston planeettatutkimusryhmä osallistuu Karri Muinosen johdolla. Muinosen ryhmä on erikoistunut aurinkokunnan pienkappaleiden valonheijastusominaisuuksien tutkimiseen, mikä on eräs perusfysiikan huonosti tunnetuista aloista: "Jos otetaan mikä tahansa materiaali ja kysytään miten valo heijastuu ja siroaa siitä, niin siihen ei ole olemassa yksiselitteistä vastausta", ihmettelee Muinonen. "Asiaa ei tunneta vielä hyvin, ja erityisen vaikeaa on Kuun kaltaisten ilmakehättömien pienkappaleiden pinnan valonheijastuksen laskeminen."

"Kuu on oikein hyvä esimerkki tällaisesta pienkappaleesta, joten AMIEn kuvien perusteella pystymme mittaamaan hyvin tarkasti valon siroamista eri tyyppisistä alueista Kuun pinnalla eri valaistuskulmilla", selittää Muinonen ja katsoo tulevaan: "AMIE sopisi sellaisenaan mukaan myös tuleville luotainlennoille Merkuriusta tai asteroideja tutkimaan."

Eräs SMART-1:n tekemisen päämotiiveista oli nimenomaan testata laitteita, joita voitaisiin käyttää ESAn Merkuriusta kohden vuonna 2012 laukaistavassa BepiColombo-luotaimessa.

SMART-1 on pohjoismainen luotain

SMART-1 on Ruotsissa rakennettu, noin kuutiometrin kooltaan (ilman leveiltä aurinkopaneeleita) oleva luotain, joka painaa noin 370 kiloa. Tästä tieteellisiä instrumentteja on 15 kiloa. Periaatteessa tieteellisiä koejärjestelyjä on mukana yhdeksän, mutta käytännössä niistä puolet koskee enemmän tekniikan tutkimista ja lopuistakin osa jakaantuu pariin erilliseen osaan, jolloin varsinaisten tieteellisten tutkimuslaitekokonaisuuksien määräksi tulee kolme. Näistä kaikissa ovat suomalaistutkijat mukana, ja niistä kahteen myös on tehty Suomessa tekniikkaa.

Helsingin yliopiston observatorio osallistuu paitsi AMIEn tieteelliseen ohjelmaan, niin sen suurenergia-astrofysiikan tutkimusryhmä on tehnyt Juhani Huovelinin johdolla yhdessä Oxford Instruments -yhtiöön nykyisin kuuluvan Metorex International Oy:n kanssa röntgensäteilyä tarkkailevan XSM-laitteen.

XSM (X-ray Solar Monitor) on pienikokoinen ja tarkka röntgensäteilyn aallonpituudella toimiva instrumentti. Vain 200-grammainen sensori ja sen brittiläinen oheislaite D-CIXS tutkivat mm. Kuun pintaa, jonka SMART-1 tulee kartoittamaan paitsi näkyvän valon, niin myös röntgensäteilyn alueella. Saatava tieto auttaa tutkijoita paikantamaan mineraaleja ja eri metalleja Kuun pinnasta sekä sen avulla voidaan kentien löytää vettä Kuun eteläosan kraaterien pohjilta.

Kuun lisäksi XSM mittaa Auringon lähettämää röntgensäteilyä, joka on lähteenä Kuun pinnalta tulevalle röntgensäteilylle. Niin ikään se on havainnut matkan aikana ympäröivästä avaruudesta tulevaa röntgensäteilyä ja tehnyt havaintoja esimerkiksi röntgenkaksoistähdistä.

Ilmatieteen laitoksen tutkimuslaite SPEDE (Spacecraft Potential, Electron and Dust Experiment) tutkii Kuun sijaan avaruusaluksen ympäristöä. Luotaimen ionimoottori vaikuttaa lähiympäristön sähköisiin ominaisuuksiin, joten häiriöiden tutkiminen on tärkeää varsinaisista kohteista tehtävien luotettavien mittaustulosten saamiseksi. SPEDE on mitannut siten aluksen ympäristön sähkömagneettisia ominaisuuksia ja ionimoottorin toimintaa, ja sen keräämillä tiedoilla on ollut paljon käyttöä lennon aikana. Moottorin tarkkailun lisäksi se on tehnyt tieteellisiä havaintoja avaruuden olosuhteista ja jatkaa tehtäväänsä tutkimalla plasman tiheyttä ja pölyvirtausta Kuun ympäristössä. Lisäksi laitteen avulla saadaan kiinnostavaa tietoa elektronivirtauksen epävakaisuudesta aurinkotuulessa. SPEDE on Ilmatieteen laitoksen suunnittelema ja yhteistyössä suomalaisen teollisuuden kanssa valmistama.