Saturnuksen kiertoradalle asettuminen

spaceweb@oulu.fi - viimeinen päivitys: 6.3. 2006 (JV)

Cassini asettui Saturnuksen kiertoradalle 1.7. 2004. Ohjelman kriittisin hetki laukaisun jälkeen onnistui ja planeettojen välinen luotain muuttui yhdeksi Saturnuksen monista satelliiteista. Radalle asettumisen aikaan saava jarrutuspoltto oli täysin automatisoitu operaatio, koska mahdolliset korjaavat Maasta lähetetyt ohjainkomennot eivät olisi ehtineet ajoissa Saturnukseen asti, mikäli jotain olisi mennyt pieleen. Lähestyminen Saturnukselle ja jarrutuspolton aika olivat niin kriittisiä, että suurin osa instrumenteista olivat mahdollisimman hilajisessa moodissa. CAPS-instrumentille tämä tarkoitti pyöritymoottorin käyttökieltoa. Rajoituksista huolimatta CAPS instrumentti teki mittauksia lähestymislennon aikana. Varsinaisen jarrutuspolton aikana instrumentti oli pois päältä ja se käynnistettiin jatkamaan mittauksia uudelleen heti kriittisen vaiheen jälkeen.

Cassinin radalle asettuminen Saturnuksella oli ihmisen laitteille lähin koskaan toteutunut. CAPS instrumenttia voitiin käyttää tutkimaan plasmaa aivan Saturnukse renkaiden yläpuolella heti jarrutuspolton jälkeen. Molekylaarisia ja atomisia happi-ioneita havaittiin aivan renkaiden yläpuolella. Tämä havainto osoitti Saturnuksen renkaiden neutraalin ilmakehän olemassaolon. Tässä yhteydessä on huomattava ilmakehän käsitteen venyttäminen plasmafyysikoiden keskuudessa. Havaittu ilmakehä on käytännössä vain hyvin ohutta neutraalia kaasua, joka on merkittävä vain ionin muodostukselle alueella. Neutraalin kaasun ionisaatio tapahtuu kun auringon valo luovuttaa energiaa elektroneille tai kun neutraali kaasun atomit törmäilevät keskenään tai ne törmäävät renkaan kappaleisiin. Heti kun partikkelit ovat ionisoituneet, ne alkavat vuorovaikuttaa Saturnuksen magnetosfäärin kanssa. Neutraali kaasukehä voidaan siten havaita epäsuorasti plasma instrumenttie avulla, joihi CAPSkin lukeutuu ja jolla oli ensimmäisenä mahdollisuus tehdä tämä havainto. CAPS/IMS datassa neutraalin happi-ilmakehä näkyi molekylääristen happi-ionien määrän voimakkaana kasvuna ja atomäärisen happi-ionien lukumäärän lievänä kasvuna juuri B ja A renkaiden yläpuolella lennettäessä.

Oheinen kuva näyttää Cassinin radalle asettumisen radan. Värien avulla on havainnollistettu CAPS instrumentin vaiheita tapahtuman aikana. Katkoviivat osoittavat eri kuiden ratoja. (approach=lähestyminen, ring rengas, Cassini divison = renkaiden Giovanni Cassinin havannoima jako, recede = etääntyminen).

Kun CAPS havaintoja pohditaan kauempana Saturnukselta, magnetosfääri voidaan jakaa karkeasti ulompaan magnetosfääriin ja sisempään plasma-sfääriin (katso kuvia alla). Ulkomagnetosfääri koostuu pääosin planeetan ympäri liikkuvasta lämpimien vety-ionien virrasta (co-rotation=myötäpyörivä). Cassinin lähestymislento Saturnukselle tapahtui liian korkealta Titanin ratatasosta, että sieltä kaapattujen typpi-ionien osuus olisi ollut riittävä niiden havannoimiseen CAPS- instrumentin avulla. Sisempi magnetosääri, plasmafääri, voidaan jakaa kolmeen osaan. Uloin osa (A ja Ap kuvassa) sisältää pääasiassa planeettaa kiertäviä vety ioneita. Vesiryhmän (OH+ H₂O+ H₃O+) ioneita havaittiin vähemmän kuin kymmenen prosenttia ja happi-ioneita noin prosentin verran. Keskimmäisellä plasmasfäärin alueella (B ja Bp) vesiryhmän- ja happi-ionien osuus nousee merkittävämpään osaan. Tämä trendi jatkuu sisimpään alueeseen (C ja Cp kuvassa) mentäessä. Kun ionien lähteitä arvioidaan plasmasfäärin alueella, voidaan jääkuiden ja renkaiden olevan pääasiallinen lähde vesiryhmän- ja happi-ioneille. Vedyn lähde on pääasiassa aurinkotuuli. Saturnuksen ionosfääri on myös ionilähde vedylle. Titan, tai sen ilmakehä ja ionosfääri, tuottavat typpi- ja ammoniakki-ioneita Titanin radan ympäristöön. Aluetta kutsutaan Titanin plasmavanaksi. Lähestymisen ja ensimmäisen kierroksen aluksi typpeä ei kuitenkaan havaittu Titanin etäisyydellä. Sisemmässä pöasmasfäärissä kuitenkin haavaittiin typpi-ioneita. Miläli havaitut ionit olivat peräisin Ttanilta, on niiden täytynyt matkustaa neutraaleina sisempään magnetosfääriin ja ionisoitua siellä. Varattuina matkustaessaan ne eivät olisi sinne päässeet vaan tulleet Saturnusta kiertävän plasman kaappaamiksi. Toinen typpilähde, Titanin lisäksi, sisemmässä magnetosfäärissä saattaa olla myös löydön takana.

Tämä kuva näyttää Cassinin radan radalle asettumisen aikoihin pohjoisesta, järjestelmän pohjoisnavan yläpuolelta, kuvattuna. Värein on merkitty eri magnetosfäärin alueita.

Taiteilija näkemys (J. Tubbin, Los Alamos Natinal Laboratory) Saturnuksen magnetosfääristä. Aurinkotuuli (solar wind) näyttää auringon suunnan.

Lue lisää:

Takaisin Cassini sivulle