Arkisto


Proxima b — kauan odotettu riippumaton varmistus

1.6.2020 klo 10.38, kirjoittaja
Kategoriat: Eksoplaneetat , Havaitseminen

Tieteessä mikään ei ole varmaa. Huomisen tulokset voivat aina kyseenalaistaa tai kumota sen, minkä tiedämme tänään. Uudet havainnot, selitysmallit ja teknologia tarjoavat keinoja ymmärtää maailmankaikkeutta aina vain tarkemmin, paremmin ja luotettavammin. Usein se tarkoittaa sen tiedon hylkäämistä, mitä pidimme totena vielä eilen. Vanha tieteellinen totuus väistyy uuden tieltä oltuaan epätarkka, riittämätön tai puhtaasti virheellinen. Silloin olemme oppineet jotakin uutta.

Proxima Kentaurin eksoplaneettahavainnon julkistamisesta on kulunut jo lähes neljä vuotta. Toistaiseksi kukaan ei ole raportoinut tuloksen olevan virheellinen tai riittämätön — epätarkka se on luultavasti ollut, ainakin jossakin määrin. Hyväksytyn tieteellisen näkemyksen mukaan Proxima b on olemassa, eikä kukaan ole onnistunut raportoimaan tulosta, joka olisi asian kanssa ristiriidassa.

Havainto Proxima Kentauria kiertävästä eksoplaneetasta on kestänyt mittausten uudelleenanalysoinnin. Kymmenet tutkimusryhmät ovat käyneet läpi havaintomateriaalin ja analysoineet sen koettaen osoittaa, että Proxima b ei olekaan olemassa. Kukaan ei ole raportoinut voivansa selittää havaintoja ilman planeetan aiheuttamaa efektiä. Kukaan ei ole osoittanut, että planeetan aiheuttamaksi tulkittu signaali voisikin aiheutua aktiivisesta tähden pinnasta tai jostakin muusta häiriöstä.

Viimeinenkin mahdollinen virhelähde, instrumentin aiheuttama häiriö, on saatu eliminoitua mahdollisena vaihtoehtoisena selitysmallina planeetan aiheuttamalle signaalille. Uudet havainnot maailman tarkimmalla spektrometrillä, ESPRESSO:lla, ovat tuottaneet Proxima b:n havainnon riippumattomasti (3). Se tarkoittaa sitä, että planeetan olemassaolo on käytännössä varmistunut.

Kuva 1. Proxima b:n ja sitä pienemmän toisen planeettakandidaatin radiaalinopeussignaalit ESPRESSO-instrumentin havaintsemana. Kuva: S. Mascareno et al.

Proxima b on olemassa mutta järjestelmässä on luultavasti kaksi muutakin planeettaa. Vaikka emme tiedä planeetoista kovinkaan paljon, tiedämme nyt erittäin suurella varmuudella, että Proxima Kentaurin järjestelmä on lähimmän eksoplaneetan koti. Sen ominaisuuksista ei vielä ole olemassa paljoakaan yksityiskohtaista tietoa mutta voimme nyt levollisin mielin siirtyä odottamaan mitä seuraavan sukupolven teleskoopit ja niillä tehtävät suorat havainnot Proxima Kentaurin planeetasta tai planeetoista paljastavat. Lähin eksoplaneettamme ei ole menossa enää minnekään.

2 kommenttia “Proxima b — kauan odotettu riippumaton varmistus”

  1. Lasse Reunanen sanoo:

    Hyvä tieto sinulle ja muille asiaa tutkineille, asia jää vakiintuneeksi tähtitieteen historian kirjauksiin.
    Eksoplaneetta Proxima b mahdollisine muine kiertolaisineen lähitähtemme ympärillä jatkanevat kuitenkin likimain samaa kiertoa Linnunradan ympäri kuin oma Aurinkomme planeettoineen (etäisyytemmekin säilynee pienin vaihteluin vuosimiljoonia samoin).
    Muista lähitähdistä etsittänee eksoplaneettoja edelleen, mutta useimmissa tapauksissa löytöjä läheltämme ei vielä ollut.

    Otit viimeksi kirjoituksessasi esiin Linnunradan liftarit kirjasta luvun 42 tarkemmat numerot – ns. maailmankaikkeuden tarkoituksen kysymykselle (kommenttini hieman myöhässä tähän yhteyteen).
    Maailmankaikkeudella tietysti on joitakin täsmällisyyksiä, jotka toistuu havaitussa ympäristössämme (kenties useiden lukusarjojen yhteismerkityksiä).
    Kiinalaisilla ollut vuosituhansia käytössä 64 luvun merkityksiä selittämään maailmaamme (8×8 ruudukolla), josta sumennettuna kirja; Muutosten kirja – joka usein antaa ns. sumealla logiikalla likimääräistä vinkkiä näihin maailmamme kysymyksiin (ei tietenkään tieteellisen tarkkoja vastauksia, mutta kenties niissäkin jokin totuuden ydin löytyy).

    1. Mikko Tuomi sanoo:

      Proxima Kentauri on juuri nyt lähin tähtemme mutta tilanne tulee muuttumaan tulevaisuudessa. Kun tähti poistuu lähinaapurustostamme, sen ja aurinkokunnan tiet tuskin enää kohtaavat.

      Lähitähdistämme monilta on jo löydetty planeetoja kiertolaisina. Barnardin tähti, alpha Kentaurin kolmoistähden (johon Proximakin kuuluu) jälkeen lähin tähtemme, tarjoaa siitä mainion esimerkin.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Todellinen elinkelpoinen vyöhyke

19.5.2020 klo 12.00, kirjoittaja
Kategoriat: Eksoplaneetat , Elinkelpoisuus

Linnunradan käsikirja liftareille kertoo, että kun vastaus lopulliseen kysymykseen elämästä, universumista ja kaikesta vihdoinkin saatiin, vastaukseksi selvisi numero 42. Silloin oli pakko selvittää mikä tarkalleen ottaen olikaan se varsinainen kysymys. Kaikkien mielestä kysymykseksi ei kelpaa mikä on lukujen -80538738812075974, 80435758145817515 ja 12602123297335631 kuutioiden summa, joka sattuu olemaan juuri 42, joten oleellisempaa kysymystä on etsittävä hiukan kauempaa.

Sillä matematiikan havainnolla on vain marginaalisesti mielenkiintoa, että 42 sattui olemaan viimeinen numero alle sadan, jolle löydettiin ilmaisu kolmen kokonaisluvun kuutioiden summana. Tärkeämpi havainto on, että matemaattisia lainalaisuuksia tutkimaan kykenevää elämää voi esiintyä vain tietyissä olosuhteissa. Ainakin ajattelemme niin — perustaen ajattelumme yhteen esimerkkiin elämälle suotuisista olosuhteista.

Koska juuri näissä olosuhteissa voi syntyä laji, joka kykene ajattelemaan matemaattisia totuuksia ja planeettojen elinkelpoisuutta, on luonnollista ajatella samanlaisten fysikaalisten ja geokemiallisten olosuhteiden mahdollistavan samankaltaisen elonkirjon muuallakin. Jos aloitamme tästä yksinkertaisesta lähtökohdasta, ei tarvitse ryhtyä mahdottoman vaikeaan arvausleikkiin siitä, minkälaisissa olosuhteissa elämä, jota ei esiinny Maassa, voisi potentiaalisesti kasvaa ja kehittyä.


Tähtitieteilijöille ja planetologeille on mahdollista kartoittaa elämälle soveltuvia paikkoja niin Aurinkokunnassa kuin lähitähtienkin planeettakunnissa. Kotijärjestelmässämme ne eivät rajoitu vain Maahan ja Marsiin, jonka historiaan mahtuu virtaavia vesiä, jokia ja järviä, sekä kokonainen pohjoisen pallonpuoliskon peittävä meri, vaan myös useat ulkoplaneettojen kuut piilottelevat elämälle soveltuvia valtameriä jäisten kuortensa sisällä. Aurinkokunnan ulkopuolelta taas etsimme elämälle soveltuvia olosuhteita koettamalla havaita mahdollisimman tarkasti Maapalloa muistuttavia eksoplaneettoja lähitähtien kiertoradoilta.

Ehkäpä käytännöllisin mahdollinen lähestymistapa on mitata epäsuorasti eksoplaneetan elinkelpoisuutta perustuen siihen, miten tarkasti se on maankaltainen. Maa on ainoa tuntemamme elävä planeetta, joten on luonnollista koetaa etsiä samankaltaisia paikkoja avaruudesta. Tuntemamme elämä voisi helposti kukoistaa planeetalla, joka muistuttaa Maata massaltaan, koostumukseltaan, kaasukehältään, lämpötilaltaan ja säteilyolosuhteiltaan. Kyseeseen tulevat luonnollisesti myös eksoplaneetat, jotka muistuttavat sitä, millainen Maa oli ennen kuin elämä ryhtyi muokkaamaan sen kaasukehän koostumusta ja vapauttamaan siihen voimakasta reagenssia, happea.

Ennen kuin vapaata happea havaitaan jonkin toisen planeetan kaasukehästä todennäköisenä merkkinä planeetan valloittaneesta biosfääristä, voimme koettaa asettaa tunnettuja eksoplaneettoja järjestykseen sen mukaan, mikä niistä tietojemme mukaan muistuttaa Maata eniten. Siinä on kunnostautunut erityisesti Puerto Ricon yliopiston Abel Mendez.

Mendezin ylläpitämä planeettojen elinkelpoisuuden vertailuun pyrkivä projekti on määrittänyt tunnetuille eksoplaneetoille maankaltaisuusindeksin, jonka perusteella voidaan tarkastella niiden potentiaalista soveltuvuutta eläviksi planeetoiksi. Lähin mahdollisesti elinkelpoinen planeetta on luonnollisesti Proxima b, mutta se ei ole maankaltaisuusindeksiltään kärjessä. Kärkipaikkaa pitää tällä hetkellä hallussaan läheistä Teegardenin tähteä kiertävä lämmin kiviplaneetta Teegarden b, jonka elinkelpoisuutta voi tosin heikentää aivan vieressä loistavan tähden purkaukset ja säteily — planeetta kiertää tähtensä vain vajaassa viidessä päivässä.

Kuva 1. Lähimmät eksoplaneetat, jotka ovat koostumukseltaan todennäköisesti kiviplaneettoja ja joiden pinnalla vesi voi esiintyä nestemäisessä olomuodossaan. Kuva: PHL/Arecibo.

Pelkkä maankaltaisuus ei riitä, jos jokin tekijä tuhoaa planeetan elämän edellytykset. Teegarden b on ehkä maankaltaisuudeltaan kärjessä tuntemistamme planeetoista mutta se kääntää tähteensä aina saman kyljen, joten puolet planeetasta on ainaisessa valossa ja puolet ikuisessa pimeydessä. Planeetta on myös niin lähellä tähteään, että muutoin vakaasti loistavan Teegardenin punaisen kääpiötähden purkaukset ja hiukkastuuli riisuvat helposti Teegarden b:n kaasukehästä, puhaltaen sen avaruuteen vuosimiljoonien ja miljardien kuluessa, kuten on luultavasti käynyt Proxima b:n tapauksessa. Mitä oikeastaan vaaditaan siihen, että planeetta olisi elinkelpoinen?

Elinkelpoiselle planeetalle tarvitaan ainakin kivinen pinta. Emme osaa kuvitella elinkelpoista planeettaa, joka olisi kaasusta koostuva jättiläisplaneetta. Juuri muita kiinteän pinnan muodostavia materiaaleja ei ole tarjolla — jäinen pinta tarkoittaisi huomattavan alhaista lämpötilaa, joten pinnalla ei voisi virrata nestemäistä vettä. Jotkin planeetat koostuvat lähes yksinomaan raskaammista metalleista, kuten raudasta ja nikkelistä ja pienestä määrästä muita alkuaineita, mutta niidenkin pinnalla on ainakin muutamia kilometrejä paksu kiveksi kutsumamme silikaattikerros, koska kivi nousee pintaan rautaa kevyempänä hydrostaattisen tasapainotilan saavuttaneilla kappaleilla.

Kaasuplaneettojen elämän edellytykset näyttävät heikoilta. Vaikka Maapallon ilmakehä onkin täynnä elämää, leijailevista mikrobeista lintuihin ja perhosiin, ei ole näköpiirissä tapaa saada orgaanisten molekyylien tiheyttä kasvamaan kaasumaisissa olosuhteissa riittävän suureksi elämän syntyä varten. Emme voi sanoa elämän synnyn kaasuplaneettojen kaasukehissä olevan mahdotonta, mutta vaikeaa se varmasti on. Siksi kaasuplaneetat on käytännössä rajattu elämän etsintöjen ulkopuolelle.

Maankaltaista elämää ylläpitävälle planeetalle tarvitaan vettä ja lämpötila, joka estää sitä jäätymästä kauttaaltaan tai kiehumasta pelkäksi kaasukehän vesihöyryksi. Sopiva lämpötila on mahdollinen kiviplaneetan pinnalla, jos tähdestä saapuva lämpösäteily on sopivissa rajoissa. Kasvihuoneilmiö ei kuitenkaan saa karata käsistä, kuten on käynyt Venuksen paksun hiilidioksidista koostuvan kaasukehän alla, jossa on niin kuuma, että jopa lyijy sulaa.

Tarvitaan myös rauhallinen, tasaisesti valaiseva tähti riittävän kaukana, jotta liian voimakas ultraviolettisäteily ja purkaukset eivät steriloisi planeetan pintaa. Lisäksi tarvitaan magneettikenttä suojaamaan säteilyltä ja suurienergisiltä hiukkasilta. Esimerkiksi Proxima b on luultavasti elinkelvoton pinnaltaan juuri voimakkaan säteilyn ja Proxima Kentaurin jättiläismäisten purkausten vuoksi.


Todelliseksi elinkelpoiseksi vyöhykkeeksi määriteltiin hiljattain julkaistussa ”artikkelissa” olosuhteet, joissa ginistä ja tonic -vedestä valmistettuja virvoitusjuomia on saatavilla. Artikkeli oli ilmeinen aprillipila — se julkaistiin huhtikuun ensimmäisenä päivänä — mutta se toi puolitahattomasti esiin erään hyvinkin oleellisen elinkelpoisuuteen liittyvän asian.

Maapallo sijaitsee kiistatta elinkelpoisella vyöhykkeellä. Siitä huolimatta kaikki planeettamme ihmiset eivät elä ”todellisella elinkelpoisella vyöhykkeellä”. Tietyn virvoitusjuoman saatavuus on tietenkin yhdentekevää tässä kontekstissa mutta mahdollisuutta käyttää aikaa ja resursseja vapaa-aikaan ja omaan fyysiseen ja henkiseen hyvinvointiin ei kaikilla ole olemassa. Maailmamme ei ole oikeudenmukainen tai tasa-arvoinen.

Samalla kun tähtitieteilijät keskittyvät etsimään elinkelpoisia planeettoja lähitähtien kiertoradoilta, olisi kaikki ihmiset saatava siirrettyä planeettamme ”todelliselle elinkelpoiselle vyöhykkeelle”. Siihen on kyllä varaa — hyvinvointia riittää mainiosti kaikille, vaikka leikkaisimmekin luonnon resurssien kulutuksen globaalisti kestävälle tasolle. Tarvitaan pelkkiä poliittisia päätöksiä jakaa planeettamme resurssit tasaisemmin kaikille.

Sellaisen politiikan toteuttaminen voi tosin olla vaikeampaa kuin elinkelpoisten planeettojen metsästys.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Valokuvassa Proxima c

5.5.2020 klo 12.00, kirjoittaja
Kategoriat: Eksoplaneetat , Havaitseminen

Havaitsin vuonna 2013 jaksollisuuden Proxima Kentaurin radiaalinopeushavainnoissa. Tutkimusryhmäni julkaisi tuloksen intensiivisen havaintokampanjan päätteeksi vuonna 2016, kun kävi vastaansanomattoman selväksi, että olimme onnistuneet varmistamaan signaalin olevan Maata lähinnä sijaitsevan eksoplaneetan, Proxima b:n, aiheuttama.

Vähemmälle huomiolle jäi vuonna 2014 julkaisemani artikkeli, jossa mainitsin sivulauseessa Proxima Kentaurin radiaalinopeushavaintojen luultavasti sisältävän kaksi muutakin signaalia. Toisen näistä havaittiin voimistuneen uusien havaintojen myötä vuonna 2020 ja tulkittiin planeettakandidaatin Proxima c aiheuttamaksi. Kyseessä saattaa olla tähden noin 2000 päivässä kiertävä kylmä, paksun kaasukehän ympäröimä kivi- ja jääytimen omaava planeetta mutta on hyvinkin mahdollista, että planeetan olemassaolon paljastavaksi tulkittu signaali aiheutuukin jostakin muusta, kuten tähden magneettisesta syklistä.

Magneettinen sykli oli tulkintani jaksollisen signaalin aiheuttajaksi vuonna 2014 ja suurin syy siihen, etten kutsunut signaalia planeettakandidaatiksi. Tähden aktiivisuutta ei kuitenkaan ole edelleenkään voitu sulkea täysin pois signaalin aiheuttajana, kuten on kyetty tekemään Proxima b:n tapauksessa. Se taas kuvastaa hyvin sitä, kuinka vaikeaa eksoplaneettojen havaitseminen edelleenkin on. Yksinkertaiselta kuulostava planeettojen määrän laskeminen jonkin lähitähden kiertoradoilla on erittäin vaikeaa, jos niiden aiheuttamat signaalit ovat heikkoja ja tähden aktiivisuus huonosti tunnettua. Siksi Proxima c on korkeintaan planeettakandidaatti ja sellaisenakin sen olemassaolo on hyvin kyseenalainen.

Tähtitieellinen konsensus voi kuitenkin muuttua hyvin nopeasti yhdenkin uuden havainnon myötä.


Proxima Kentauri tarjoaa läheisyytensä vuoksi mainion mahdollisuuden Jupiteria ja Saturnusta pienempien planeettojen suoraan kuvaamiseen. Edellytyksenä tietenkin on, että sen kiertoradalla on vähintäänkin yksi planeetta, joka ei ole liian lähellä tähteä, jotta kirkas pallo fuusioreaktiossa vapautuvan energian kuumentamaa plasmaa ei estäisi sitä kiertävän kivenmurikan näkemistä. Vaikka Proxima c tarjoaisi suoraan havaitsemiseen ensiluokkaisen mahdollisuuden, nykyisten instrumenttien herkkyyden ei pitänyt riittää siihen. Tutkijat kuitenkin havaitsivat jotakin Paranalin observatorion VLT:n SPHERE-instrumentilla huhtikuussa 2018.

Kuva 1. Infrapunakuva Proxima Kentaurin lähiavaruudesta — Proxima Kentaurin valo on eliminoitu kuvan keskeltä. Sininen katkoviiva kuvaa planeettakandidaatin Proxima c rataa ja keltainen ympyrä vuoden 2018 huhtikuussa radan kohdalta havaittua kirkasta anomaliaa. Toinen keltainen ympyrä kertoo missä planeetta olisi radallaan vuoden 2020 huhtikuussa. Kuva: R. Gratton.

Huhtikuussa 2018 Proxima Kentaurin lähiympäristöstä SPHERE-instrumentilla otetuissa infrapuna-alueen kuvissa näkyy vaatimaton, pikkuruinen tuhru. Se saattaa merkitä jotakin hiukan taustaansa kirkkaampaa ja siten lämpimämpää kohdetta, joka on juuri ja juuri instrumentin erotuskyvyn rajoilla. Kuvan ottaneet tutkijat kuitenkin totesivat analyyttisen viileästi, että vaikka on tietyin oletuksin alle yhden prosentin todennäköisyys, että pikkuruinen tuhru olisi puhtaan taustakohinan aiheuttama, sitä ei voida vielä pitää luotettavana havaintona. Planeetaksi se voitaisiin tulkita vain, jos sen havaittaisiin liikkuvan tähden ympäri.

Kiinnostavaksi havainnon tekee se, että tuhru sattuu sijaitsemaan juuri siinä kohdassa kuvaa, jossa Proxima c kiertää radallaan Proxima Kentaurin tähteä. Se voisi siis olla ensimmäinen infrapuna-alueen valokuva lähitähtemme eksoplaneetasta ja samalla riippumaton varmistus radiaalinopeushavainnoista löydetyn signaalin planetaariselle tulkinnalle. On vain yksi pieni ongelma. Proxima c:n ei pitäisi kokonsa ja lämpötilansa perusteella voida olla riittävän kirkas, jotta sen havaitseminen olisi mahdollista SPHERE-instrumentilla.

Proxima c voisi näkyä kuvassa ennakoitua kirkkaampana tietyin ehdoin. Se voisi näyttäytyä suurempana ja kirkkaampana kuin sen massa-arvio antaa olettaa, jos planeetan ympärillä on saturnuksenkaltainen rengasjärjestelmä. Mutta onko syytä rakennella näin pitkälle meneviä hypoteeseja yhden tuhrun perusteella?

Fantastisen lisähypoteesin tuominen mukaan paikkaamaan edellisen hypoteesin ongelmia ei ole tieteellisesti kovinkaan vakuuttavaa. Se on ehkä mielenkiintoista mutta tieteellisesti lähes arvotonta spekulointia sillä, miten asiat voisivat olla. On epävarmaa, että Proxima c on olemassa. On lisäksi epävarmaa onko saatu minkäänlaista todellista suoraa infrapunahavaintoa yhtään mistään. Vielä epävarmempaa on, onko havainto juuri planeetasta Proxima c. Rengasjärjestelmillä spekulointi kaiken tämän lisäksi menee siksi jo pitkälle tieteiskirjallisuuden puolelle. Tieteenfilosofinen työkalu Occamin partaveitsi leikkaa armotta näin pitkälle menevät rönsyilevät hypoteesiketjut pois luotettavien selitysmallien joukosta.

Spekulointi on kuitenkin hauskaa.

Monimuotoinen kuiden ja renkaiden sekä niiden vuorovaikutuksesta vapautuvan pölyn järjestelmä Proxima c:n kiertoradalla voisi helposti tehdä kohteesta niin kirkkaan, että sen näkyisi SPHERE-instrumentin kuvassa. Aurinkokunnan jättiläisplaneettojen tarjoamien esimerkkien mukaisesti voimme olettaa, että kuut ja renkaat ovat yleisiä myös riittävän massiivisten eksoplaneettojen ympärillä. Proxima c — jos se on olemassa — on massaltaan ainakin noin kymmenen kertaa Maata suurempi ja saattaa hyvinkin olla jopa Neptunuksen kokoinen kappale. Olisi suorastaan hämmästyttävää, jos sellaisen planeetan kiertoradoilla ei olisi kirjoa pienempiä kappaleita pienistä pölyhiukkasista aina kuihin asti.

Sitten vuoden 2016, Proxima Kentauri ja sen kiertolaiset ovat olleet kiivaan tutkimuksen kohteena. Viime vuosien aikana olemme oppineet hämmästyttävän paljon asioita tästä lähimmästä tähdestämme ja sitä ympäröivästä aurinkokunnasta. Tiedämme, että järjestelmässä on lämmin, kivinen sisäplaneetta Proxima b. Tähteä myös ympäröi pölykiekko, joka loistaa ALMA-interferometrin infrapuna-alueen havainnoissa. Olemme havainneet ja oppineet ymmärtämään tähden voimakkaita purkauksia ja magneettista aktiivisuutta ja on olemassa ainakin jonkinlaista todistusaineistoa toisestakin Proxima Kentauria kiertävästä planeetasta Proxima c.

Kuva 2. Taiteilijan näkemys Proxima Kentaurin järjestelmän pölykiekoista. Kuva: ESO/M. Kornmesser.

Ei ole realistista ajatella, että löytöretkemme Proxima Kentaurin järjestelmään olisi saatu päätökseen. Uudet instrumentit ja tähtitieteilijöiden uudet, nerokkaammat tavat havaita ja tutkia lähitähteämme paljastavat varmasti vielä lukemattomia uusia asioita kosmisen lähinaapurustomme kenties mielenkiintoisimmasta kohteesta. Siihen työhön aion osallistua itsekin.

4 kommenttia “Valokuvassa Proxima c”

  1. Very nice post. I just stumbled upon your blog and wanted
    to say that I’ve truly enjoyed browsing your blog posts. After all I’ll be subscribing to your feed and
    I hope you write again soon! Maglia Atletico Madrid JettaSkin Manchester United fodboldtrøjer SeleneMil

    1. Mikko Tuomi sanoo:

      Many thanks, watch this space for more!

  2. Lasse Reunanen sanoo:

    Hämmästyttävän tarkkoja havaintoja kyetään nykyään tekemään lähitähtien eksoplaneetoista. Itse en varmaankaan näkisi niitä himmeitä ”tuhru” (mahdollinen ensimmäinen kuvallinen eksoplaneetta) havaintoja tarkoin kun pistetesteissä olen osittain ns. värisokea – enkä lähikontrasteja esim. vihersävyissä lähekkäin numerokuvioina havaitse vaikka isona kokonaisuuksina eri värit hyvin toisistaan erilleen tunnistankin.
    Eksoplaneetat numeroitu b-kirjaimesta alkaen (a-kirjain varattuna tähdelle) – onko sille lähitähdeltämme löytämällesi eksoplaneetalle jo kertynyt tarkempia nimiehdotuksia ja nimetäänkö se tieteellisen nimikoodinsa lisäksi lähivuosina?

    1. Mikko Tuomi sanoo:

      Lähin eksoplaneetta, Proxima b, ei ole saanut vielä virallisempaa nimeä, koska se on havaintona niin tuore. Sen viralliseen nimeämiseen ei ole olemassa aikataulua. Tunnemme kohteen vain luettelonimillä Gliese 551 b ja HIP 70890 b tai triviaalinimellä Proxima Centauri b.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Luvassa sulaa rautaa ja muita sadekuuroja

24.4.2020 klo 12.00, kirjoittaja
Kategoriat: Eksoplaneetat , Elinkelpoisuus , Havaitseminen , Koostumus

Eksoplaneettojen olosuhteet voivat olla todella erikoisia. Oikeammin, ne voivat olla niin hämmästyttäviä ja Maapalloon rajoittuneen kokemuspiirimme vastaisia, että niiden kaasukehille ominaiset, tavalliset sääilmiöt vaikuttavat meidän maapallokeskeisestä näkökulmastamme katsottuna uskomattoman brutaaleilta ja omituisilta. Vai miltä kuulostaisi monsuunisade, jonka aikana taivas aukenisi ja sataisi sulaa rautaa?

Yli 2400 celsiusasteen lämpötiloja, joissa rautakin höyrystyy, ei esiinny lauhkeassa ilmastossamme oman planeettamme pinnalla. Tarkalleen ottaen niitä ei esiinny myöskään planeetan WASP-76 b pinnalla, koska se on jättiläismäinen kaasuplaneetta, jolla ei ole kiinteää pintaa ja joka kiertää Aurinkoa kirkkaamman ja kuumemman F-tyypin tähtensä ympäri sen koronaa viistäen vain kahdessa päivässä. Lähellä loistava tähti on syy planeetan valtaisaan, raudankin höyrystävään kuumuuteen.

Mutta WASP-76 b on vielä tätäkin oudompi. Tähden voimakkaat vuorovesivoimat ovat saaneet planeetan pyörimisen lukkiutumaan sen kiertoaikaan. Siksi se näyttää aina saman puolensa tähdelleen kuten Kuu näyttää Maalle. Voimakkaan säteilyn armotta korventamalla puoliskolla rauta höyrystyy kaasukehässä ja ankarat kaasukehän virtaukset kuljettavat sitä planeetan pimeän puolen rajalle, jossa lämpötila ei riitä pitämään rautaa kaasumaisena. Siellä rauta sataa kaasukehän alempiin kerroksiin, joista se taas kulkeutuu virtausten mukana kuumalle puolelle höyrystyäkseen uudelleen.

Planeetan WASP-76 b:n olosuhteiden rinnalla, Maapallon suurinkin hurrikaani ja rankinkin sade näyttäytyvät lähinnä rauhallisen kevätpäivän tuulenvireenä ja harmittomana pikku ripotteluna.


Vesisade on ilmakehän ilmiöistä ehkäpä paras merkki planeettamme elinkelpoisuudesta. Kaikki elämä tarvitsee vettä ja sateet saavat kuivat autiomaat, arot ja savannit virkoamaan eloon ja täyteen kukoistukseensa — ainakin lyhyeksi aikaa. Sademetsät puolestaa luovat omat sadepilvensä ja järjestävät oman veden kiertonsa pysyäkseen ikuisesti kosteina. Avainasemassa on ilmakehän vesihöyry, joka näkyy parhaiten pilvinä ennen tiivistymistään sadepisaroiksi ja putoamistaan takaisin maanpinnalle. Vesihöyryä on havaittu myös planeetan K2-18 b kaasukehästä.

Kuva 1. Taiteilijan näkemys planeetasta Ka-18 b. Taustalla näkyvät tähti K2-18 ja järjestelmän sisempi c planeetta. Kuva: A. Boersma.

K2-18 b on yksi Kepler-avaruusteleskoopin löytämistä eksoplaneetoista noin 120 valovuoden päässä Auringosta. Sen tähti K2-18 on pieni punainen kääpiötähti, josta ei tiedetty ennen planeetan löytymistä juuri mitään. Se kuitenkin tiedettiin, että sellaisia tähtiä kiertää keskimäärin vähintään noin kolme planeettaa. Tarvittiin vain se onnellinen sattuma, että planeetat kulkevat radoillaan täsmälleen tähtensä editse.

Mielenkiintoista planeetassa K2-18 b on se, että sen kaasukehässä on pilviä. Ne ovat tavallisia vesihöyrystä koostuvia pilviä. Kuten Maapallo, K2-18 on koostumukseltaan pääosin kiviplaneetta mutta sillä on huomattavasti Maan ilmakehää paksumpi kaasukehä. Kaasukehä koostuu suureksi osaksi vedystä, kuten hiukan suuremmilla Neptunuksen kokoisilla kaasuplaneetoilla, mutta veden merkit ovat selviä mittauksissa sen koostumuksesta.

On oikeastaan hämmästyttävää, että kykenemme tutkimaan sadan valovuoden päässä sijaitsevan ja pientä punaista tähteä kiertävän pienen kiviplaneetan kaasukehän ominaisuuksia. Se on kuitenkin mahdollista käyttämällä hyväksi sitä, mitä ei havaita: planeetan kaasukehän tähtensä valosta pois suodattamia aallonpituuksia.

Lähitähtiä kiertävien planeettojen kaasukehiä voidaan tutkia ovelalla tekniikalla. Tiedetään, että planeetan kulkiessa tähtensä pinnan yli, tähti näyttää himmenevän jokaisen ylikulun aikana. Jos tähti on tarpeeksi kirkas, voidaan katsoa sen spektriä ja tarkastella miten tähden säteily muuttuu eri aallonpituuksilla himmenemisen lisäksi.

Koska osa tähden säteilystä kulkee planeetan kaasukehän läpi sen ollessa suoraan tähden edessä, voidaan spektrin muutoksia havaitsemalla saada tietoa siitä, mistä planeetan kaasukehä on koostunut. Se mahdollistaa myös vesihöyryn havaitsemisen kaukaisten eksoplaneettojen kaasukehissä. Havainto kiinnostaa, koska vesi on elämän edellytys. Mutta voiko K2-18 b olla elinkelpoinen planeetta?


Voimme kuvitella eläviä organismeja, jotka pärjäisivät planeetan K2-18 b kaasukehän suuressa paineessa. Tähden K2-18 voimakkaiden purkausten ja ultraviolettisäteilyn tuhovoimalta ne olisivat hyvin suojattuja kaasuhehän sisällä. Seuraava askel niiden havainnoinnissa on kuitenkin ottamatta. Biologisten organismien ja niistä kertovien signaalien havaitseminen ei ole vielä teknisesti mahdollista.

James Webb -avaruusteleskooppi voi kuitenkin muuttaa kaiken. Sen tarkkuus riittää jopa kivisten eksoplaneettojen suoraan havaitsemiseen, jolloin emme joutuisi tyytymään vain tarkkailemaan, miten planeetat vaikuttavat tähdestään Maahan saapuvaan säteilyyn. Voisimme ryhtyä jopa tutkimaan kivisten lähitähtiä kiertävien eksoplaneettojen sääilmiöitä. Suorat havainnot ovat mahdollisia toistaisesi vain tapauksissa, joissa lähitähtiä kiertää jättiläismäisiä kaasuplaneettoja kaukana, Saturnuksen radan tienoilla. Sellaiset planeetat taas tuskin ovat elinkelpoisia millään tuntemallamme mittarilla.

Suorat eksoplaneettahavainnot tarjoavat uuden, entistä tarkemman työkalun Auringon lähinaapuruston planeettojen ominaisuuksien kartoittamiseen. Erityisen kiinnostavia ovat tarkat havainnot kaasukehien koostumuksista ja siten planeettojen pintojen fysikaalisista ja geokemiallisista olosuhteista. Ensimmäisten kohteiden joukossa on varmasti Barnardin tähden jäinen kiviplaneetta, josta tutkimusryhmäni raportoi vuonna 2018. Silloin eksoplaneettojen tutkimus ottaa jälleen yhden jännittävän askeleen eteenpäin.

2 kommenttia “Luvassa sulaa rautaa ja muita sadekuuroja”

  1. Harrastaja sanoo:

    Kauniisti kirjoitettu, kuin runoa. Kiitos.

    Terveisin
    Tähtein harrastaja*

  2. valtaojanesko(ei ehkä se oikea) sanoo:

    Hieno ja mielenkiintoinen blogi! Ja hienoa, että suomalaisiakin on mukana eksoplaneetta-tutkimuksen kansainvälisellä huipulla.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Aavistuksen himmenevä tähti

17.4.2020 klo 15.00, kirjoittaja
Kategoriat: Eksoplaneetat , Havaitseminen , Koostumus

Henry Draperin valtaisan tähtiluettelon kohde numero 95338 himmeni äkkiä hetkeksi. Aivan hitusen verran. Sen kirkkaus putosi seitsemän tunnin ajaksi vajaat kaksi promillea ennen palaamistaan takaisin normaaliksi, noin puoleen siitä kirkkaudesta, jolla Aurinko loistaa. Se olisi himmentynyt uudelleen, täsmälleen samalla tavalla, aina 55 päivän välein, mutta kukaan ei kyennyt tarkkailemaan tähteä niin pitkään. Maata kiertävä TESS avaruusteleskooppi tuijotti samaa tähtitaivaan aluetta vain 27 päivän ajan, kunnes kääntyi tarkkailemaan aikataulunsa mukaisesti seuraavaa aluetta, joten sen havainnot rekisteröivät vain yhden ainoan himmenemisen.

Mitättömältä vaikuttanut himmeneminen johtui kiertoradallaan vaeltavasta planeetasta HD 95338 b, joka sattui kulkemaan tähtensä editse. Pelkästään yden ylikulun perusteella ei kuitenkaan olisi voinut päätellä mitä edes havaittiin.

Kuva 1. Taiteilijan näkemys massiivisen eksoplaneetan ylikulusta tähtensä pinnan editse. Kuva: M. Weiss/CfA.

Eksoplaneettojen havainnoinnissa ylikulkumenetelmän idea on ehkäpä helpoin ymmärtää. Ajatuksena on tarkkailla kohteena olevaa tähteä niin tiiviisti kuin mahdollista koettaen nähdä himmeneekö se hiukan sen editse radallaan kulkevien planeettojen estäessä murto-osan tähden säteilyä saapumasta Maahan ja teleskooppeihimme. Kuulostaa helpolta mutta käytännössä planeettojen etsintä ylikulkujen avulla on hämmästyttävän vaikeaa, koska emme tiedä minkä tähtien planeetat ovat oikeanlaisella radalla ja milloin ne kulkevat radallaan tähtensä editse. Yhdenkin havainnon tekoa varten on kyettävä havaitsemaan tuhansia tähtiä samanaikaisesti päivien ja kuukausien ajan. Sellainen onnistuu vain avaruusteleskooppien avulla.

Jos planeetta on kooltaan kymmenesosan tähdestä, sen ylikulku himmentää tähteä noin sadasosan. Maapallo on kooltaan noin prosentin Auringosta. Jos jonkin vierasta tähteä kiertävällä planeetalla asuvan sivilisaation tutkija tarkkailisi teleskoopillaan Aurinkoa havaiten Maan ylikulun, se tarkoittaisi kykyä nähdä Auringon himmeneminen noin promillen kymmenesosan verran. Tuhansia planeettoja löytäneelle Kepler avaruusteleskoopille sellainen tarkkuus oli mahdollista, joten tekniset sivilisaatiot kyllä kykenevät havaitsemaan Maan ylikulun — jos vain tarkkailevat Aurinkoa suunnasta, josta katsottuna Maa kulkee radallaan Auringon editse.

Kun havaitaan vain yksittäinen ylikulku, ei voida tehdä päätelmiä siitä, mitä on havaittu. Kyseessä voi olla suuri yksittäinen tähden pilkku tai niiden ryhmä taikka jonkin himmeän taustataivaan kaksoistähden tuottama efekti. Periaatteessa vaaditaan kaksi ylikulkuhavaintoa, jotta voidaan määrittää niiden välinen aika ja siten planeetan kiertoradan jakso — planeetan vuosi. Jotta vieraan sivilisaation tutkija voisi mitata Maan vuoden pituuden, hänen tulisi tarkkailla herkeämättä Auringon kirkkautta ylikulkujen varalta vähintään vuoden ajan. Käytännössä vieläkin pidempään.

Vaikka havaittaisiin kaksi ylikulkua, ne eivät välttämättä ole saman planeetan aiheuttamia. Ne voivat aiheutua kahdesta erillisestä suunnilleen saman kokoisesta planeetasta, jolloin kahden pienen himmenemisen rekisteröinti havaintoinstrumentin digitaalikameralla ei vielä riitä. Tarvitaan kaksi mittausta planeetan ratajaksosta, eli vähintään kolmen ylikulun havainnointi, jotta voidaan selvittää planeetan radan ominaisuuksia tai arvioida planeetan kokoa.

Maankaltaisen planeetan havaitsemiseen vaaditaan siis jatkuvaa auringonkaltaisen tähden kirkkauden havainnointia keskeytyksettä parin vuoden ajan. Sellainen ei voi olla mahdollista planeettamme pinnalta käsin. Maanpäällisillä teleskoopeilla voimme havaita tähtiä vain öisin, ja tyypillisesti vain osan vuodesta, jolloin havaintojen tekoon tarvitaan käytännössä paljon enemmän aikaa kuin kaksi ratajaksoa. Jos ylikulku sattuu väärään vuodenaikaan tai päivällä, se jää armotta havaitsematta. Siksi silmää räpäyttämättä taivasta tuijottavat avaruusteleskoopit, sellaiset kuin Kepler tai TESS, ovat parhaita instrumentteja eksoplaneettojen ylikulkujen havainnointiin ja niiden ominaisuuksien tutkimiseen.

Tähden HD 95338 tapauksessa ylikulkuja kuitenkin havaittiin vain yksi. Se oli onnellinen sattuma, koska TESS avaruusteleskooppi tuijotti tähden sisältämää taivaan aluetta vain 27 päivää. Yksittäinen seitsemäntuntinen ylikulku olisi aivan hyvin saattanut jäädä osumatta havaintojaksoon. Tiesimme kuitenkin etsiä planeetan merkkejä HD 95338:n havainnoista, koska olimme selvillä sen olemassaolosta jo entuudestaan.


HD 95338 sijaitsee 37 parsekin päässä Auringosta ja on siksi yksi Auringon lähinaapuruston tavallisista spektriluokan K oransseista kääpiötähdistä. Se ei loista niin kuumana kuin Aurinko, eikä ole aivan yhtä suuri massaltaan tai halkaisijaltaan, mutta se kuuluu galaksimme tavallisiin kääpiötähtiin, joden ympärillä on runsaasti tähden synnyn sivutuotteena muodostuneita planeettoja. Käytännössä voidaan olettaa, että jokaista tähteä kiertää planeetta tai planeetoja. Kysymys on vain siitä, voidaanko niitä havaita.

Teimme havaintoja kohteesta HD 95338 kahdella eri teleskooppeihin asennetulla spektrometrillä, joiden tarkoituksena on mitata tähden huojumista näkösäteen suunnassa planeetan vetovoiman vaikutuksesta. Yhdessä Calanin observatoriossa Santiagossa työskentelevien Matias Diazin ja James Jenkinsin sekä useiden muiden tutkijoiden kanssa, olimme havainneet tähteä HARPS-instrumentilla La Sillan observatoriossa sekä Las Campanasin observatorion PFS-instrumentilla.

Tiesimme havaintojen perusteella, että tähteä kiertää vähintäänkin kaksi kertaa Neptunusta massiivisempi planeetta 55 päivän kiertoradalla. Muuta emme tienneet ja planeetta näytti olevan vain yksi monista tavanomaisista kaasuplaneetoista kiertämässä lähitähtiä. Olimme keskustelleet löydön julkaisemisesta mutta se ei vaikuttanut niin kiinnostavalta, että kenenkään kannattaisi käyttää viikkoja tieteellisen julkaisun huolelliseen valmisteluun.

Sitten TESS muutti kaiken.

Radiaalinopeushavainnoista saa selville vain planeetan minimimassan, koska sen ratatason kallistuskulma jää tuntemattomaksi. Jos kuitenkin havaitaan planeetan ylikulku, radan kallistuskulma selviää hetkessä — se on silloin noin 90 astetta taivaan tasoon nähden, koska rata kulkee täsmälleen tähden ja havaitsijan välistä. Selvisi, että HD 95338 b oli massaltaan lähes täsmälleen kaksi kertaa Neptunusta suurempi ja siten luultavasti suhteellisen tyypillinen kaasuplaneetta.

Kuva 2. Tähden HD 95338 raskaasti prosessoidut suhteelliset kirkkaushavainnot TESS-avaruusteleskoopin havaintojaksolta 10. Havaintosarjassa näkyy selvästi tähteä kiertävän planeetan aiheuttama noin 7 tuntia kestävä noin kahden promillen suuruinen himmentymä. Kuva: M. Diaz, M. Tuomi.

Mutta ylikulusta selvisi myös planeetan halkaisija, joka osoitti sen olevan Neptunuksen kanssa saman kokoinen. Kahden Neptunuksen massa oli siis pakkautunut vain yhden Neptunuksen kokoiseksi planeetaksi.

Toisin kuin Neptunus, jonka koostumuksesta suunnilleen 20% on kaasumaista vetyä ja heliumia, HD 95338 b on koostunut likimain kokonaan vetyä ja heliumia raskaammista aineksista. Havainnot planeetan koosta ja massasta on selitettävissä parhaiten kappaleella, joka koostuu jäästä. Olemme siis löytäneet valtaisan, noin 40 kertaa Maapalloa massiivisemman, lumipallon kiertämässä tähteä 120 valovuoden päässä meistä.

Se ei tosin muistuta lainkaan tavanomaisia lumipalloja, sillä planeetan vetovoima on valtaisa ja jää on kovassa paineessa hyvin erilaista kuin Maapallon lauhkeissa olosuhteissa. Lisäksi, noin 130 celsiusasteen lämpötilassa planeetta ei voi olla jäässä pinnaltaan — eikä niin massiivisella kappaleella voi Neptunuksen tapaan edes olla kiinteää pintaa.

HD 95338 b ei ole aivan tavaton tunnettujen eksoplaneettojen joukossa, mutta on vaikeaa selittää, miten jokin kappale voisi kasata 40 Maapallon edestä jäätä itseensä keräämättä vetovoimansa avulla ympärilleen paksua vedyn ja heliumin vaippaa, kuten Jupiter ja Saturnus. Emme osaa selittää miten jättiläismäiset lumipallot syntyvät. Se kuvastaa sitä, miten puutteellisia tietomme planeetoista, niiden synnystä ja kehityksestä ovat.

Mutta HD 95338 b:n löytöprosessi kuvastaa myös toista asiaa. Se kertoo, että puhtaalla tuurilla on edelleen merkittävä osuus tähtitieteessä. Koskaan ei voi tarkkaan tietää mitä onnistumme havaitsemaan. Emme todellakaan odottaneet törmäävämme massaltaan 40 Maapallon suuruiseen lumipalloon kaukana avaruudessa.

2 kommenttia “Aavistuksen himmenevä tähti”

  1. Juhani Mäntynen sanoo:

    Hieno aloitus blogille!

    Olen usein pähkinyt miten monta prosenttia planeetoista voitaisiin havaita ylikulkumenetelmällä, kun varsin harvan planeeten kiertorata sattuu juuri sille hiuksen hienolle tähtäysviivalle.

    Lisää samanlaista t: Jussi

    1. Mikko Tuomi sanoo:

      Noin prosentti suhteellisen lähellä tähteään kiertävistä planeetoista kulkee tähden pinnan editse ja niiden havainnointi onnistuu. Mitä kauempana planeetat kiertävät tähteään, sitä hankalampaa havaitseminen on, koska ylikulkujen todennäköisyys ja niiden määrä aikayksikköä kohti pienenevät.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *