perjantai, 1. heinäkuu 2016

Merkuriuksen pinnan aineskirjo hautui planeetan uumenissa

 
 
 
Merkuriuksen pinnan kemiallinen tilkkutäkki syntyi syvällä planeetan sisällä.
 
 

Merkuriuksen pinnan vaihteleva koostumus on arvoitus. Planeetan sisuksen oloja jäljittelevä koe on saanut nyt tutkijat uskomaan, että ainesoppa keitettiin yksinkertaisista lähtöaineista syvällä planeetan sisällä.

"Muutamat Merkuriuksen pinnan alueet pysyvät yhä vaikeina selittää, mutta tämä tutkimus auttaa pitkälti ymmärtämään, miksi löydämme niin paljon vaihtelua", sanoo tutkimukseen osallistunut Asmaa Boujibar Nasasta.

Merkuriuksen pinta voidaan karkeasti jakaa kahteen eri-ikäiseen alueeseen. Selitystä vailla olevia piirteitä esiintyy vanhemmalla, 4,0–4,2 miljardin vuoden ikäisellä aluella. Yksi näistä on esimerkiksi Kanadan kokoinen magnesiumpitoinen läikkä.

Tutkijat ottivat kokeensa lähtöaineeksi enstatiitti-kondriittien koostumusta jäljittelevää pulveria. Nämä ovat maapallolle harvoin putoavia meteoriitteja, joista Merkuriuksen uskotaan aikoinaan muodostuneen. Ne ovat kemialtaan kaikkein pelkistyneimpiä tunnettuja kiviä ja Merkuriuksen oletetaan syntyneen samalla tavalla pelkistyneissä oloissa.

Enstatiitti-pulverin annettiin muhia uunissa, joka simuloi Merkuriuksen vaipan ja ytimen raja-alueella 400 kilometrin syvyydessä vallitsevia oloja. Pelkästään vaihtelemalla lämpötilaa ja painetta tutkijat saivat yksinkertaisista lähtöaineista aikaan ainesten kirjon, joka selittää useita Merkuriuksen vanhan alueen pinnan erikoisuuksia. Itse seoksessa monimuotoisuutta edesauttoi rikki, jota Merkurius-planeetta ja enstatiitti-kondriitit sisältävät runsaasti.

perjantai, 1. heinäkuu 2016

Mitä kiinnostavaa Jupiterissa vielä on?

 
 

Jupiter on aurinkokuntamme suurin planeetta ja sitä on tutkittu paljon niin maanpäällisin kaukoputkin, avaruusteleskoopein kuin luotaiminkin. Silti siinä ja sitä kiertävissä kuissa on edelleen paljon tuntematonta.

 

 

 

 

Ensimmäinen Jupiteria läheltä tutkinut luotain oli amerikkalainen Pioneer 10, joka lensi planeetan ohitse vuonna 1973. Vaikka siltä odotettiin paljon uutta tietoa, oli Jupiterin sekä sen kuiden monimuotoisuus tutkijoille yllätys. Sen jälkeen seitsemän muuta luotainta on käynyt tutkimassa jättiläisplaneettaa läheltä, ja niistä vain yksi, Galileo, on viipynyt planeetan luona pitempään.

Galileo asettui kiertämään Jupiteria joulukuussa 1995 ja tutki sitä ja Jupiterin kuita aina syyskuuhun 2003 saakka, jolloin luotain ohjattiin syöksymään hallitusti Jupiterin kaasukehään. Luotain oli käynyt jo vanhaksi ja epäluotettavaksi, joten lento haluttiin päättää kunniakkaasti Galileon vielä toimiessa. Samalla tutkijat halusivat varmistaa sen, ettei luotain vahingossakaan pääse törmäämään johonkin Jupiterin kuista, joita halutaan päästä tutkimaan koskemattomina joskus myöhemmin.

Pitälti Galileon ansiosta Juno-lennon tutkijaryhmä osaa odottaa jo paljon.

Ensiksikin halutaan määrittää tarkasti Jupiterissa olevien hapen ja vedyn määrä, koska näiden suhteesta voidaan päätellä miten Jupiter ja muut kaasujättiläiset ovat aikanaann syntyneet.

Toiseksi kiinnostaa Jupiterin ytimen massa. Tästä voidaan saada havaintoja luonnollisesti vain epäsuorasti, mutta silti: tämäkin auttaa selvittämään Jupiterin syntyhistoriaa.

Eräs tapa mitama ytimen massaa on kartoittaa tarkasti Jupiterin painovoimakenttä, mikä sinällään on myös erittäin kiinnostavaa. Sen avulla voidaan päätellä myös muita Jupiterin rakenteeseen liittyviä asioita sekä pohtia miten kaasu liikkuu planeetan sisällä.

Jupiterin magneettikentän tutkiminen puolestaan auttaa muodostamaan malleja siitä, miten planeetan ns. dynamo toimii. Kuinka Jupiterin magneettikenttä siis syntyy ja pysyy yllä, vaikka sen pitäisi periaatteessa olla nykyisin erilainen? 

Tähän liittyen eräs kiinnostavimmista kysymyksistä on planeetan napa-alueiden magneettikentän rakenne ja olemus. Luotain myös tutkii Jupiterin revontulia; otsikkokuvassa niitä on Hubble-avaruusteleskoopin kuvaamana, mutta Juno luonnollisesti voi tutkia niitä läheltä paljon paremmin ja eri mittalaitteilla. Jupiteria tutkitaan erityisen tarkasti nyt myös maanpäällisin teleskoopein, jotta niiden keräämiä tietoja voidaan yhdistää luotaimen saamiin havaintoihin.

Eräs lennon tärkeimmistä tehtävistä on yksinkertisesti seurata globaalisti koko ajan Jupiterin kaasukehän yläosien koostumusta, lämpötilaa, rakennetta ja dynamiikkaa – siis kuvata ja mitata kaasukehää oikeastaan koko ajan.

Luotaimen avulla tutkitaan myös Jupiterin pyörimistä ja liikettä radallaan Auringon ympärillä.

Lisäksi Juno tutkii ja kuvaa tarkasti Jupiterin kuita, etenkin kaikkein kaikkein kiinnostavimpia, suuria, kenties jääpinnan alla meren sisäänsä kätkeviä kuita. Näiden tarkempi nuuskiminen jää kuitenkin Euroopan avaruusjärjestön tekeillä olevan JUICE-luotaimen tehtäväksi; euroluotain ja Juno ovat tietyssä tapaa toistensa kilpailijoita, mutta niiden päätutkimuskohteet on jaettu siten, etteivät ne tekisi samoja asioita aivan samalla tavalla.

 

Alla on Jupiterin vulkaanisen Io-kuun pintaa Galileo-luotaimen kuvaamana.

 

 

 

perjantai, 1. heinäkuu 2016

Lego-ukot lähestyvät Jupiteria

 
 

NASAn JUNO-luotain lähestyy Jupiteria ja asettuu kiertämään jättiläisplaneettaa 4. heinäkuuta. Mukana luotaimessa on tutkimuslaitteita sekä kolme pientä Lego-ukkoa, jotka liittyvät Jupiter-nimen planeetalle antaneeseen antiikin Kreikan mytologiaan. JUNO avaa uuden kappaleen Jupiterin tutkimuksessa.

 

 

Lego-ukot JUNO-luotaimessa

 

 

Viime kesänä näihin aikoihin jännitettiin Plutoa lähestyvää New Horizons -luotainta, ja nyt on vuorossa Juno sekä Jupiter.

Kyseessä on kaksi aivan erilaista lentoa, eri tyyppistä luotainta ja kaksi täysin toistaan poikkeavaa maailmaa: kääpiöplaneetta Pluton ohi lennettiin ensimmäistä kertaa (ja viimeistä pitkiin aikoihin), kun taas jättiläisplaneetta Jupiteria on tutkittu jo seitsemällä luotaimella aikaisemmin ja seuraavaa luotainta ollaan jo rakentamassa.

New Horizons oli pieni ydinparistolla toimiva luotain, kun taas Juno on suurilla aurinkopaneeleilla varustettu jättiläinen. Jupiter on aurinkokuntamme suurin planeetta, jonka sisään kaikki muut Aurinkoa kiertävät kappaleet saataisiin helposti mahtumaan, Pluto taas on eräs niin pieni, että se jouduttiin "alentamaan" planeettakategoriasta kääpiöplaneetaksi.

Mitä tapahtuu 4. heinäkuuta?

Vaikka Jupiteria onkin tutkittu jo ennenkin, ei Junon saapuminen Jupiteria kiertämään ole vaaratonta. Luotain joutuu käyttämään kuuden vuoden ajan toimettomana ollutta rakettimoottoriaan 35 minuutin ajan heittääkseen itsensä planeettainväliseltä siirtoradalta kiertoradalle Jupiterin ympärillä. Säteilykenttä Jupiterin lähellä on erittäin voimakas ja se saattaa saada Junon sekaisin, vaikka se onkin luonnollisesti suojattu erittäin hyvin.

Itse asiassa kaikki on jo päätetty etukäteen ja Juno lentää jo nyt kohti Jupiteria autopilotilla lennonjohdon sille jo aiemmin lähettämien käskyjen mukaan. 

 

 

 

Jupiter ja sen kuita Junon JunoCam-kameran näkemänä 21. kesäkuuta.

 

Rakettimoottorin suojakuori avattiin kesäkuun 20. päivänä ja polttoaineputkien venttiilit avattiin 27. kesäkuuta. Seuraavana päivänä tankit paineistettiin ja 29. kesäkuuta luotaimen tutkimuslaitteet kytkettiin pois päältä odottamaan saapumista Jupiteriin.

Eilen Junon päätietokone aloitti radalleasettumisohjelman ja lennonjohto ilmoitti kaiken sujuneen hyvin. Nyt siis vain odotellaan, ja varmastikin Los Angelesin luona Pasadenassa, Jet Propulsion Laboratoryssä, rystyset ovat jo valkoisina jännityksestä.

Toiminta alkaa kunnolla heinäkuun 5. päivänä klo 6.18 Suomen aikaa (heinäkuun 4. päivänä 20.18 illalla Kalifornian aikaa), kun Junon rakettimoottori herää henkiin. Tai siis 48 minuuttia aikaisemmin, sillä lennon ajoista puhuttaessa käytetään aikaa, jolloin tieto siitä saadaan Maahan. Oikeasti signaalin saapuessa ratapolton alkamisesta Maahan on koko JOI-koodilla tunnettu (Jupiter Orbit Insertion) manöveeri jo tapahtunut.

Ennen polton alkamista on luotain kääntyneenä moottori menosuuntaan, joten rakettimoottori jarruttaa vauhtia ja hidastaa nopeutta sekä kääntää lentorataa siten, että luotain jää kiertämään Jupiteria. 

Jos moottori ei toimi kunnolla, luotain suhahtaa Jupiterin ohi. Jos moottori käy liian pitkään, Juno sukeltaa Jupiteriin. Mikäli moottori toimii yli 20 minuutin ajan, riittää jarrutus siihen, että Juno jää kiertoradalle Jupiterin ympärillä, mutta silloin lennonjohdolta menee kovasti aikaa ja tutkimustoimintaan varattuja resursseja radan saamiseksi sopivaksi. 30-minuuttinen poltto riittää saamaan radan sen verran hyväksi, että se voidaan muuttaa kätevästi tutkimustoimintaan sopivaksi.

Radalle asettumisen aikana luotain ei ota kuvia eikä tee muitakaan tutkimuksia. Mikäli jostain syystä se menisi sekaisin ratapolton aikana tai juuri sitä ennen, niin se on ohjelmoitu käynnistymään automaattisesti ja jatkamaan toimintaa saman tien. Aikaa tosin tähän boottaukseen kuluu noin kahdeksan ja puoli minuuttia.

Lähes välittömästi radalle asettumisen jälkeen lennonjohto alkaa säätää rataa ja tutkimuslaitteet käynnistetään (jos kaikki sujuu hyvin) kahden päivän kuluttua Jupiteriin saapumisesta, siis ensi keskiviikkona.

 

 

Junon rata

 

 

Juno on tarkoitus asettaa kiertämään Jupiteria sen napojen kautta kulkevalle soikealle kiertoradalle, jolta se pystyy tutkimaan koko planeettaa ja tekemään ohilentoja sen kuiden luona. Samalla se on suojassa Jupiteria päiväntasaajan kohdalla ympäröiviltä säteilyvöiltä.

Lähimmillään planeetta Juno on tällä radalla noin 4300 kilometrin päässä, mistä se pystyy tekemään jo hyvin tarkkoja ja kiinnostavia havaintoja.

Yksi kierros radalla kestää 14 Maan vuorokautta ja Junon ensisijaisen mission aikana tarkoitus on tehdä 37 kierrosta. 518 vuorokautta ei kuulosta pitkältä, mutta se on lähes kaksi vuotta. Jos luotain on hyvissä voimissa vielä helmikuussa 2018, sen lentoa todennäköisesti jatketaan. Lopulta se kuitenkin ohjataan syöksymään Jupiteriin.

Mukana LEGO-ukkoja ja Galilei

Vaikka luotaimien massa lasketaan hyvin tarkasti ja jokaisen osan tekemisessä pyritään mahdollisimman suureen keveyteen, on tapana kuitenkin laittaa planeettaluotaimien mukaan aina jotain pientä hauskaa. Esimerkiksi ESAn Mars Express -luotaimessa on Ferrari-autojen punaista väriä ja New Horizons -luotaimessa on Pluton löytäneen Clyde Tombaughin tuhkaa. Monissa luotaimissa on mukana levy, jossa on esimerkiksi yleisön lähettämiä tervehdyksiä tai kuvia.

Usein näitä muistoesineitä käytetään luotaimen tasapainoitusmassoina, joten ne eivät ole "ylimääräisiä" kappaleita; kun luotain on suunniteltu pyörimään avaruudessa (näin sen asennonsäätö esimerkiksi planeettainvälisessä lennossa on helpompaa), joudutaan mukaan joka tapauksessa lisäämään pieniä kappaleita, joilla saadaan luotain tasapainoon.

Junon tapauksessa mukana on kolme pientä LEGO-ukkoa, jotka muistuttavat roomalaisten Jupiter-kuningasta, hänen Juno-vaimoaan ja ensimmäiset kunnolliset havainnot Jupiterista tehnyttä Galileo Galileita. Jupiterin suurimmat kuut on nimetty Galilein mukaan Galilein kuiksi, koska hän näki ne ensimmäisenä kaukoputkellaan. Galilei-ukolla on kädessään luonnollisesti tuo kaukoputki.

Vaikka Juno on mytologian Jupiter-kuninkaan vaimon nimi, on luotaimen nimi virallisesti JUpiter Near-polar Orbiter, eli "Jupiterin lähes polaariradalla oleva kiertolainen".

perjantai, 1. heinäkuu 2016

Tutkijat johtivat aivoihin sähköä – Näkökyky parani selvästi 20 minuutissa

 
 
 

Visuaalisen aivokuoren ärsyttäminen sähkövirralla 20 minuutin ajan parantaa näköä kahdeksi tunniksi. Erityisesti huononäköisten kyky paranee.

Sähkövirta aktivoi yleisesti kognitiivista toimintaa ihmisen aivoissa, joten Vanderbiltin yliopiston tutkijat keksivät kokeilla, parantaisiko pieni sähkövirta myös näköä.

Tutkijat valitsivat tiedotteen mukaan 20 tervettä ja nuorta henkilöä, joiden näkö oli normaali tai lähes normaali. Heidän piti kokeessa arvioida kahdesta identtisestä pystylinjasta, olivatko ne tarkasti toistensa tasalla. Testi on tarkempi kuin perinteinen optikkojen käyttämä kirjaintesti.

Koehenkilöiden aivojen takaosaan, joka käsittelee visuaalista informaatiota, johdettiin kokeen aikana pieni sähkövirta. 20 minuutin kuluttua koehenkilöitä pyydettiin tekemään testi uudelleen, ja noin 75 prosenttia paransi suoritustaan.

Current Biology -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa suoritettiin sama koe useita kertoja pienin muutoksin muun muassa sähkövirran johtamispaikoissa ja voimakkuudessa. Kokeet vahvistivat, että sähkövirran johtaminen näkökeskukseen oli olennaista näön paranemiselle.

Ilmeni myös, että sähkövirta paransi ainoastaan näön terävyyttä muttei kontrastin erotuskykyä. Koehenkilöt eivät esimerkiksi erottaneet harmaansävyjä toisistaan normaalia paremmin.

Koehenkilöiden näkö tarkentui epätasaisesti. Niillä, joiden näkö oli heikoin, erotuskyky kasvoi eniten. Testiin valituista heikkonäköisimmät olivat kuitenkin sen verran hyvänäköisiä, etteivät he välttämättä tarvinneet silmälaseja.

Näön paraneminen voidaan selittää kahden teorian avulla. Toisen mukaan sähkövirta parantaa visuaalisten signaalien kulkua hermoratoja pitkin, mikä nopeuttaa aivojen toimintaa. Toisen mukaan virta tuo näkökeskukseen valkoista kohinaa, joka hukuttaa tarpeetonta informaatiota ja helpottaa merkityksellisen informaation käsittelyä.

Tutkimus on vielä alkutekijöissään. On liian aikaista olettaa, että näön parantaminen yleisesti sähkövirralla olisi mahdollista saati turvallista.

perjantai, 1. heinäkuu 2016

Kun jalkapallo ei ole vain pallo: EURO2016:n peliväline

 
 

Parhaillaan Ranskassa käynnissä olevissa jalkapallon euroopanmestaruuskilpailuissa käytettävä pallo on nimeltään "Beau jeu", eli "Kaunis peli". Ei liene mikään yllätys, että pallo on varsinainen materiaali- ja valmistustekninen jalokivi, ja että sen muoto on tarkasti suunniteltu pinnassa olevine aerodynaamisine ohjaimineen.

 

 

 

 

Adidaksen valmistama pallo on ympärysmitaltaan 69 cm ja sen massa on 437 grammaa. Pallon materiaali on polyuretaani, jota on pallossa kuudessa kerroksessa lateksista valmistetun pallon päällä. Pinta on lämpöliimattu kasaan kuudesta tarkasti oikeaan muotoon leikatusta palasta, jotka muodostavat toisiinsa liitettyinä hyvin tarkasti pallon muotoisen pinnan.

Valmistajan ilmoituksen mukaan jokainen pelissä käytettävä pallo on läpäissyt 80 testiä, joissa pallot on altistettu kovalle kuumuudelle ja kosteudelle sekä ammuttu 3500 kertaa 50 kilometrin tuntinopeudella metalliseinään.

Jalkapallot ovat kehittyneet kovasti vuosien varrella, sillä vielä 1980-luvulla pallojen materiaalina käytettiin nahkaa, mikä on nykyisiin synteettisiin materiaaleihin verrattuna painavaa ja helposti rikki menevää. 

Perinteisesti pallot on tehty 32 palasta, joista 20 on ollut valkoisia kuusikulmioita ja 12 mustia viisikulmioita, mutta tuloksena ei ole tarkasti ympyrän muotoinen pallo. Nyt pallot tehdään tarkasti muotoon leikatuista, tietokoneilla juuri sopiviksi lasketuista palasista, jotka yhdessä muodostavat varsin täydellisen pallomuodon.

Alla on halkileikkauskuva Rion maailmanmestaruusotteluissa käytetystä Brazuca-pallosta.

 

 

 

 

Kun pallo on pyöreä ja sen pinta on sileä, on sen ilmanvastus pienempi kuin perinteisissä palloissa. Se lentää nopeammin (jopa 90 km/h) ilman halki, mutta samalla kun pallot ovat aiempaa kevyempiä, ilmavirtaukset vaikuttavat lentoon aiempaa enemmän. Pienet pallon muodossa olevat epätäydellisyydet saavat myös aikaan yllätyksiä, kuten esimerkiksi sen, että pallo saattaa kaartaa yllättäen kesken lennon johonkin suuntaan.

Tämän poukkoilun estämiseksi nyt käytössä olevassa pallossa on rosoiselta näyttävä pinta, eli pieniä ilmanohjaimia, jotka tekevät pallon lennosta suorempaa ja vähemmän yllätyksellistä – tarkasta pallomaisesta muodosta ja keveydestä tinkimättä. Palloa on testattu jopa tuulitunnelissa samaan tapaan kuin lentokoneita.

Pallojen tekeminen jokaiseen suureen otteluun on luonnollisesti myös suuressa määrin markkinointia, sillä pallovalmistaja myy faneille suuria määriä virallisen pelivälineen kopioita. Tässä mielessä Ranskan kisat ovat myös askel eteenpäin, sillä käytössä on nyt kaksi virallista palloa: yksi karsintaotteluita varten ja toinen loppupeleihin...