OSIRIS-REx

OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer) on Nasan avaruusluotain. Sen tarkoitus oli tutkia Bennu-asteroidia ja tuoda takaisin Maahan näyte asteroidin pinnasta. Bennu on 500-metrinen pikkuplaneetta, joka kuuluu Maan lähelle tuleviin Apollo-asteroideihin. 

Luotain laukaistiin matkaan vuonna 2016 ja se saapui Bennun luo vuonna 2018. Tutkimusvaihe vuosina 2018–2021 sisälsi näytteenoton sieltä ja paluun Maahan vuonna 2023. Sen jälkeen alus suunnattiin kohti Apophisia, johon olisi tarkoitus saapua 2029.

Näytteen haun lisäksi tärkeimpiin tutkimustavoitteisiin kuuluu kartoittaa ja analysoida Bennun pintaa ja verrata tuloksia Maasta käsin tehtyihin mittauksiin sekä mitata Auringon säteilyn eli Jarkowski-ilmiön vaikutusta Bennun rataan. Onnistuessaan luotain on Yhdysvaltain ensimmäinen asteroidin pinnasta näytteen noutanut luotain. Bennu valikoitui kohteeksi, koska se luokitellaan mahdollisesti vaaralliseksi asteroidiksi. Vuosien 2169 ja 2199 välillä sen törmäystodennäköisyys on 0,071 % eli yksi 1408:stä. Lisäksi haluttiin valita orgaanisia aineita sisältävä, hiilirikas asteroidi, jonka tyyppisellä kappaleella ei ole vierailtu aiemmin. Myös Bennun koko sekä pyörimis- ja ratanopeus vaikuttivat valintaan. 

Avaruusohjelman budjetti on noin 800 miljoonaa dollaria, johon ei kuulu luotaimen matkaan lähettänyttä Atlas V -rakettia, jonka hinta on noin 183,5 miljoonaa dollaria. Rahoitus myönnettiin keväällä 2011. OSIRIS-REx on osa Nasan New Frontiers -ohjelmaa Juno- ja New Horizons -luotainten lisäksi. Projektin päätutkija on Dante Lauretta Arizonan yliopistosta.

Luotaimen tekniset tiedot 
Luotain on kooltaan 2,43 m x 2,43 m x 3,15 m ilman aurinkopaneeleita. Leveys on 6,2 m aurinkopaneeliparin kanssa. Näytteenottovarsi on pituudeltaan 3,35 m. Paino ilman polttoainetta on 880 kg ja polttoaineen kanssa 2110 kg. Aurinkopaneelit tuottavat luotaimelle tehoa 1226–3000 W. 

Luotaimen on valmistanut Lockheed Martin. Teknisesti luotain on samaa tyyppiä kuin Mars-luotaimet Mars Reconnaissance Orbiter ja MAVEN sekä Jupiter-luotain Juno, jotka myös ovat Lockheed-Martinin valmistamia.

Tutkimustavoitteet 
Osa luotaimen päätutkimustavoitteista esiintyy sen nimessä Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer.
 Origins (alkuperä): Haettava näyte on kuin aikakapseli Aurinkokunnan alkuvaiheen koostumuksesta.
 Spectral Interpretation (Spektrin tulkinta): Teleskooppihavaintojen pohjalta tehtävää spektrianalyysiä voidaan verrata oikeaan koostumukseen ja näin parantaa menetelmien luotettavuutta.
 Resource Identification (Resurssien kartoitus): Hyödynnettävien resurssien kuten veden kartoitus auttaa in-situ resurssien hyödyntämisen suunnittelussa.
 Security (turvallisuus): Jarkowski-ilmiön kiertorataan tekemän vaikutuksen tutkiminen auttaa määrittämään asteroidien tulevia kiertoratoja ja auttaa impakteilta suojautumisessa.
 Regolith Explorer (regoliitti-tutkija): Pinnan regoliitittien tutkiminen paljastaa sen koostumusta ja siinä tapahtuvia ilmiöitä.

Tutkimuslaitteet 
Luotaimen mukana kulkee viisi eri mittalaitejärjestelmää, joiden valmistuksessa ovat olleet mukana Arizonan yliopisto, Kanadan avaruusjärjestö, Nasan Goddard avaruuslentokeskus, Massachusetts Institute of Technology ja Harvardin yliopisto: 
 OSIRIS-REx Camera Suite (OCAMS) sisältää kolme eri kameraa, joilla asteroidia voidaan kuvata joko värisuotimien läpi (MapCam), huippuresoluutiolla (PolyCam), tai ottaa nopeasti useita kuvia näytteenottopaikasta (SamCam).
 OSIRIS-REx Laser Altimeter (OLA) mittaa LIDARin eli valon avulla tarkkaa etäisyyttä luotaimen ja asteroidin välillä.
 OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer (OTES) antaa tietoa asteroidin lämpötiloista ja mineraalikoostumuksesta lämpöinfrapunasäteilyn perusteella.
 OSIRIS-REx Visible and Infrared Spectrometer (OVIRS) mittaa Bennusta näkyvää ja infrapunavaloa mineraalikoostumuksen määrittämiseksi.
 Regolith X-ray Imaging Spectrometer (REXIS) käyttää röntgensäteilyä eri mineraalien kartoittamiseksi.

Näytteenotto 
Mittalaitteiden lisäksi luotaimen kyydissä on näytteenottovarsi (TAGSAM) ja näytteenpalautuskapseli (SRC). Paluukapseli on hyvin samankaltainen kuin komeetan pyrstöstä näytteen tuoneen Stardustin. Näytteenottovarsi on suunniteltu osumaan asteroidin pintaan vain viiden sekunnin ajaksi, minkä aikana sylinterimäinen suodatinkammio purskauttaa asteroidin pintaan typpikaasua pintamateriaalin keräämistä varten. Kammioihin odotetaan päätyvän 60–2000 g pintamateriaalia, jonka raekoko on enimmillään kaksi senttimetriä. Typpeä on enintään kolmeen yritykseen. Näytteenottovarren päässä on varmistukseksi tarralevyt, jotta ainakin jotain saataisiin talteen. 

TAGSAM nostaa näytekammion ilmatiiviiseen kapseliin, joka on varustettu lämpösuojilla ja laskuvarjolla maahanpaluuta varten.

Lento

Kohti Bennua ja tutkimusvaihe 

Luotain laukaistiin 8. syyskuuta 2016 (Suomen aikaa aamuyöllä 9. syyskuuta) Kennedyn avaruuskeskuksesta Atlas V-kantoraketilla. Luotaimen massa oli sellainen, että rakettiin riitti yksi boosteri-raketti, jolloin muodostui harvinainen epäsymmetrinen laukaisu-konfiguraatio. Raketin ylin vaihe lähetti luotaimen kohti Bennua.

Luotain saavutti Bennun 3. joulukuuta 2018. 

Luotain tutki asteroidia sen kiertoradalta noin viiden kilometrin etäisyydeltä kolmen vuoden ajan. Tutkimusajan loppuvaiheessa heinäkuussa 2020 kiertorataa laskettiin ja luotain otti 20. lokakuuta 2020 (Suomen aikaa varhain 21. lokakuuta) vähintään 60 gramman näytteen Bennun pinnasta. Näytteenottohetkellä OSIRIS-RExin etäisyys Maasta oli 334 miljoonaa kilometriä ja viestit siltä Maahan kestivät matkata melkein 19 minuutin ajan. OSIRIS-RExiä ei voitu ohjata Maasta käsin laskeutumisessa, vaan luotain hoiti sen itsenäisesti ottamalla pintaa lähestyessään kuvia ja vertailemalla niitä aiemmin otettuihin kuviin valitusta laskeutumispaikasta, joka oli vain 16 metriä halkaisijaltaan. OSIRIS-REXin keräin kosketti Bennu-asteroidin pintaa alle 16 sekuntin ajan.

Paluumatka 

OSIRIS-REx-tiimi valmisteli avaruusalusta tehtävän seuraavaan vaiheeseen, paluumatkaan Maahan. OSIRIS-REx suoritti viimeisen ohilentonsa Bennun yllä 7. huhtikuuta 2021 ja alkoi hiljalleen ajautua poispäin asteroidista. 10. toukokuuta 2021 OSIRIS-REx lähti Bennun läheisyydestä ja aloitti kahden vuoden matkansa Maahan asteroidinäytteen kanssa.

Avaruusaluksesta irrottautumisen jälkeen, 24. syyskuuta 2023 noin klo 8.42 MDT (UTC-06.00), OSIRIS-RExin paluukapseli saapui Maan ilmakehään. Kello 8:52 MDT (UTC-06:00) OSIRIS-RExin paluukapseli laskeutui Utah Test and Training Range -alueelle, 3 minuuttia ennustettua aikaisemmin. Kello 10:15 MDT (UTC-06:00) kapseli poistui laskeutumispaikalta helikopterilla. Näyte kuratoidaan Nasan Astromaterials Research and Exploration Science Directorate (ARES) -yksikössä ja Japanin Extraterrestrial Sample Curation Centerissä. Asteroidinäytteiden materiaalipyyntöjä käsitellään ja jaetaan ARES:n toimesta organisaatioille ympäri maailmaa.

Avaruusalus suunnattiin irrottautumisen jälkeen poispäin Maasta suuntautuvalle radalle vuonna 2029 pidennettyä Apophis-lentoaan varten, jota kutsutaan OSIRIS-APEXiksi.

Tulokset 
Alustavien tutkimustulosten mukaan asteroidista näytteeksi saadussa pintamateriaalissa on runsaasti hiiltä ja vettä, jotka yhdessä voisi viitata siihen, että kivestä voi löytyä maapallon elämän rakennusaineita. 

Nasan hallintojohtaja Bill Nelsonin mukaan ”OSIRIS-REx -näyte on suurin maapallolle koskaan toimitettu hiilirikas asteroidinäyte, ja se auttaa tutkijoita tutkimaan elämän alkuperää omalla planeetallamme tulevien sukupolvien ajan”. 

Vaikka löydettyjen hiiliyhdisteiden luonteen ymmärtäminen vaatii vielä lisätyötä, ensimmäinen löytö lupaa hyvää asteroidinäytteen tulevia analyysejä varten. Asteroidin kivien ja pölyn sisältämiä salaisuuksia tutkitaan vielä vuosikymmeniä, ja ne tarjoavat tietoa siitä, miten aurinkokuntamme on muodostunut, miten elämän esiasteet ovat saattaneet levitä Maahan ja mitä varotoimia on toteutettava, jotta vältetään asteroidien ja kotiplaneettamme törmäykset. 

Seuraavien kahden vuoden aikana tehtävän tiederyhmä jatkaa näytteiden karakterisointia ja suorittaa analyysejä, joita tarvitaan tehtävän tieteellisten tavoitteiden saavuttamiseksi. Nasa säilyttää vähintään 70 prosenttia näytteestä Johnsonissa, jotta tutkijat ympäri maailmaa, mukaan lukien tulevat tutkijasukupolvet, voivat jatkaa tutkimusta. Osana OSIRIS-RExin tiedeohjelmaa yli 200 tiedemiehen ryhmä ympäri maailmaa tutkii regoliitin ominaisuuksia, mukaan lukien tutkijat monista yhdysvaltalaisista laitoksista, Nasan yhteistyökumppaneista Japanin avaruusjärjestöstä, CSA:sta (Canadian Space Agency) ja muista tutkijoista eri puolilta maailmaa. Myöhemmin tänä syksynä lainataan myös muita näytteitä Smithsonian Institutioniin, Space Center Houstoniin ja Arizonan yliopistoon yleisön nähtäväksi.

Katso myös 
 Hayabusa
 Hayabusa 2
 Stardust
 Deep Impact

Lähteet

Aiheesta muualla 

 Video: OSIRIS-RExin lento selitettynä ällistyttävän yksinkertaisesti 
 

 Avaruusluotaimet
Asteroidiluotaimet
Nasa