Uranuksen tutkimus

Tämä artikkeli käsittelee Uranuksen tutkimusta. Uranus on Aurinkokunnan kaasuplaneetta, jota on tutkittu Maasta käsin ensimmäisen kerran vuonna 1690, jolloin sitä luultiin tähdeksi. Vuonna 1781 Uranus havaittiin ensimmäisen kerran planeetaksi. Uranuksen vuonna 1986 ohittanut Nasan Voyager 2 -luotain on ainoa avaruusluotain, joka on tutkinut sitä lähietäisyydeltä. Suurin osa siitä, mitä Uranuksesta nykyisin tiedetään, perustuu Voyager 2:n dataan. Uranusta on tutkittu myös Hubble- ja James Webb -avaruusteleskoopeilla. Nasa ja Kiina suunnittelevat uutta luotainlentoa Uranukseen.
Tutkimus.
Löytyminen.
Uranus oli ensimmäinen planeetta, joka löydettiin kaukoputken avulla. Ensimmäiset mahdolliset havainnot Uranuksesta teki Hipparkhos 25. maaliskuuta 127 eKr. Myöhemmin Hipparkhoksen havainnot kirjoitettiin ylös Klaudios Ptolemaioksen "Almagest"-teokseen. Mahdollisesti myös Ptolemaios havaitsi Uranuksen tähtitaivaalla, mutta hän luuli sitä tähdeksi. Ensimmäiset varmat havainnot Uranuksesta teki vuonna 1690 John Flamsteed, joka kuitenkin merkitsi Uranuksen 34 Tauri -nimiseksi tähdeksi. Hän havainnoi Uranusta uudelleen vuosina 1712 ja 1715, kuten myös James Bradley vuosina 1748, 1750 ja 1753. Myös ranskalainen Pierre Charles Le Monnier havainnoi Uranusta monia kertoja vuosien 1750 ja 1769 aikana, ja hänkin uskoi kohteen olevan tähti.
Kymmenen ja yhdentoista välisenä aikana illalla 13. maaliskuuta 1781 saksalaissyntyinen englantilainen tähtitieteilijä ja muusikko William Herschel huomasi Kaksosten ja Härän tähdistöjen lähettyvillä muita tähtiä suuremmalta näyttävän kohteen tähtitaivaalla. Löytönsä hän teki uudella itse rakentamallaan kaukoputkellaan kotitalonsa takapihalta Englannin Bathissa. Suuruutensa vuoksi hän piti kohdetta komeettana, mutta se varmistui joksikin muuksi taivaankappaleeksi neljä päivää myöhemmin, kun Herschel huomasi kohteen liikkuneen tähtitaivaalla. Herschel uskoi löytäneensä komeetan. Herschel ilmoitti löydöstään Royal Societylle, jonka jäsenet ryhtyivät tutkimaan kohdetta tarkemmin. Herschel raportoi löydöstään myös Kuninkaallisen tähtitieteilijän virassa olleelle Nevil Maskelynelle, joka uskoi Uranuksen olevan planeetta. Suomalainen Anders Johann Lexel laski Uranuksen radan ja huomasi sen muistuttavan enemmän ympyrämäistä, planeettalle kuuluvaa rataa kuin komeettamaista rataa. Lexel ilmoitti asiasta kirjeitse sveitsiläiselle matemaatikolle Daniel Bernoullille, joka julkaisi kirjeen. Näin eurooppalaisten tieteilijät saivat tietää Uranuksen planeettamaisesta radasta. Johann Elert Bode alkoi tutkia vanhempia havaintoja kohteesta ja huomasi, että Uranus oli nähty lukuisia kertoja mutta kirjattu ylös tähdeksi. Kaksi vuotta myöhemmin Uranus hyväksyttiin yleisesti uudeksi planeetaksi lukuisten eurooppalaisten tähtitieteilijöiden havaintojen ansiosta.
Herschel ehdotti Uranuksen nimettävän Britannian kuninkaan Yrjö III:n mukaan. Herschel ehdotti nimeksi "Georgium Sidus" (), joka ei saanut kannatusta Britannian ulkopuolella. Hän ehdotti taivaankappalleelle nimeä "Neptunus". Ranskalaiset tähtitieteilijät ehdottivat planeetan nimettävän löytäjänsä mukaan "Herscheliksi". Johann Elert Bode ehdotti nimeksi kreikkalaista taivaan jumalaa Uranosta. Boden kollega Martin Klaproth kannatti, ja hän nimesi pian ehdotuksen jälkeen löytämänsä alkuaineen uraanin Uranoksen mukaan. Lopulta Uranus yleistyi planeetan nimeksi. Britanniassa uudesta planeetasta käytettiin nimeä "Georgium Sidus", kunnes siitä luovuttiin 1800-luvun puolivälissä.
Yrjö III palkitsi Herschelin planeetan löydöstä vuonna 1781 Royal Societyn Copley-mitalilla. Vuonna 1787 Herschel löysi kaksi Uranuksen kuuta, Titanian ja Oberonin. 1790-luvulla hän väitti löytäneensä vielä neljä kuuta lisää sekä Uranuksen renkaat, mutta havaintoja ei pystytty todentamaan.
John Couch Adams ja myöhemmin Urbain Le Verrier huomasivat Uranuksen kiertoradassa poikkeamia, jotka voitiin selittää tuntemattomalla planeetalla Uranuksen takana. Siten Neptunuksen rata pystyttiin laskemaan, ja planeetta löydettiin 23. syyskuuta 1846.
Maasta tehdyt havainnot.
Englantilainen tähtitieteilijä William Lassell löysi vuonna 1851 Uranukselta kaksi uutta kuuta, Arielin ja Umbrielin. Uranuksen viidennen kuun, Mirandan, löysi 18. helmikuuta 1948 Gerard Kuiper. Kahden australialaisen observatorion tutkijoiden havainnot 10. maaliskuuta 1977 johtivat Uranuksen renkaiden löytymiseen.
Voyager 2.
Uranusta on tutkittu lähietäisyydeltä ainoastaan Nasan Voyager 2 -avaruusluotaimella. Ennen sen ohilentoa planeetasta tiedettiin melko vähän. Voyager 2 laukaistiin 20. elokuuta 1977 Floridasta Cape Canaveralin laukaisualustalta Launch Complex 41:stä. Uranuksen erikoisen akselin kallistuman takia tutkijat eivät olleet varmoja siitä, mitä planeetalta löydettäisiin. Luotain lensi Uranuksen ohi 24. tammikuuta 1986, mutta se oli aloittanut planeetan tutkimisen jo 4. marraskuuta 1985 ottamalla ajastettuja videoita planeetasta ja sen kuista. Uranuksen vähäisen auringon valon takia Nasa teki muutoksia luotaimen kuvaustekniikkaan kuvien laadun parantamiseksi. Ennen ohilentoa Nasa myös päivitti maanpäällisiä luotaimen signaalien vastaanottoasemien herkyyttä. Voyager 2 löysi 30. joulukuuta 1985 sen ensimmäisen uuden kuun Uranukselta, Puckin. Vain kolme päivää ennen varsinaista kuuden tunnin ohilentoa Nasan Jet Propulsion Laboratoryssa saatiin ratkaistua vika Voyager 2:n kuvausjärjestelmässä, joka tuotti epäselviä kuvia. 11 tuntia ennen ohilentoa luotain saapui Uranuksen magnetosfääriin. Kuuden tunnin ohilennon aikana luotain kuvasi Uranuksen monia kuita läheltä. Luotain oli lähimmillään 81 500 kilometrin etäisyydellä Uranuksen yläilmakehästä. Uranuksen tutkinnan aikana luotain havaitsi:
Voyager 2 käytti höydykseen Uranuksen painovoimalinkoa saaden lisää nopeutta. Luotain sai päätökseen Uranuksen ja sen kuiden tutkinnan 25. helmikuuta 1986. Tutkinnan aikana luotain oli ottanut yli 7 000 kuvaa. Seuraavaksi luotain suuntasi kohti Neptunusta, jonka luotain ohitti 1989. Voyager 2 on matkannut ulos Aurinkokunnassa ja on tähtienvälisessä avaruudessa.
Datan uudelleenanalysointi.
Vuonna 2020 Voyager 2:n tuottamaa dataa uudelleen analysoitaessa havaittiin, että Uranuksen magneettikenttä mahdollisesti vuotaisi Uranuksen ilmakehän ainetta avaruuteen. Ilmiötä kutsutaan plasmoidiksi.
Voyager 2:n dataa analysoitiin jälleen vuonna 2023, jolloin saatiin selville, että neljällä Uranuksen kuulla saattaisi olla pinnanalainen meri. On mahdollista, että Titanialla ja Oberonilla pinnanalainen meri olisi lämmin, jolloin olosuhteet elämälle olisivat niissä suotuisat. Myös Arielilla ja Mirandalla saattaisi olla pinnanalainen meri. Mirandan meri on kuitenkin hyvin mahdollisesti jo jäätynyt.
Vuonna 2024 paljastui, että osa Voyager 2:n mittauksista oli johtanut tutkijoita harhaan. Uranukseen oli vuonna 1986 osunut Aurinkomyrsky juuri Voyager 2:n lentäessä sen ohi, mikä vääristi luotaimen keräämä dataa.
Hubble.
Hubble-avaruusteleskooppi kuvasi vuonna 2003 Uranusta, ja vuonna 2005 näistä kuvista paljastui uusi rengaspari sekä kaksi uutta kuuta, Mab ja Cupid. Nasa julkisti löydöt 22. joulukuuta 2005.
Hubblen ja Keckin observatorion havaintojen perusteella vuonna 2006 todettiin Uranuksen ulkoiset renkaat sinisiksi ja sisäiset renkaat punertaviksi.
James Webb -teleskooppi.
James Webb -avaruusteleskooppi löysi Uranukselta vuoden 2023 loppupuolella infrapunarevontulet teleskoopin NIRCam (Near-Infrared Camera) -infrapunakameralla.
Tulevat luotaimet.
Nasa kaavailee uutta kiertolaisluotainta Uranukseen. Nasa on kertonut uuden Uranus-luotaimen olevan järjestön yksi tärkeimmistä tavoitteista ja kuvannut sitä Mars Sample Return Missionia tärkeämmäksi. Luotain maksaisi 4,2 miljardia dollaria ja laukaistaisiin mahdollisesti vuonna 2031. Matka Uranukseen kestäisi noin 13 vuotta. Luotaimen alustava nimi joulukuussa 2024 oli Uranus Orbiter and Probe (UOP).
Luotaimeen kuuluisi kaksi osaa: kiertolaisluotain, joka kiertäisi Uranusta, sekä laskeutumiskapseli, joka laskeutuisi Uranukseen tehden planeetan ilmakehässä mittauksia ja päättäisi matkansa tuhoutumalla Uranuksen pintaan. Samankaltainen luotain oli Jupiteria tutkimaan lähetetty Nasan Galileo. Uranuksen ilmakehä on Aurinkokunnan planeetoista kylmin (kylmimmillään 153–218 Celsiusta), mikä luo haasteita laskeutumiskapselin suunnittelussa.
Myös Kiina on kaavailemassa Uranukseen luotainta nimeltä Tianwen-4. Suunnitelmana on laukaista vuonna 2035 kaksi luotainta yhdessä Pitkä Marssi 5 -raketilla. Toisen, suuremman luotaimen määränpäänä olisi Jupiterin kuu Kallisto ja pienemmän Uranus.
Lähimmät laukaisuikkunat Uranukseen ovat vuosille 2030 ja 2034.
Muita ehdotettuja luotaimia.
ESA:lle ja Nasalle on ehdotettu useita erilaisia Uranus-luotaimia. Niitä ovat muun muassa: