Arkisto

• maaliskuu 2023
• helmikuu 2023
• tammikuu 2023
• joulukuu 2022
• marraskuu 2022
• lokakuu 2022
• syyskuu 2022
• elokuu 2022
• kesäkuu 2022
• toukokuu 2022
• huhtikuu 2022
• maaliskuu 2022
• helmikuu 2022
• tammikuu 2022
• joulukuu 2021
• marraskuu 2021
• lokakuu 2021
• syyskuu 2021
• elokuu 2021
• kesäkuu 2021
• toukokuu 2021
• huhtikuu 2021
• maaliskuu 2021
• helmikuu 2021
• tammikuu 2021
• joulukuu 2020
• marraskuu 2020
• lokakuu 2020
• syyskuu 2020
• elokuu 2020
• kesäkuu 2020
• huhtikuu 2020

---

Todellinen elinkelpoinen vyöhyke

19.5.2020 klo 12.00, kirjoittaja Mikko Tuomi
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.

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.

---

Valokuvassa Proxima c

5.5.2020 klo 12.00, kirjoittaja Mikko Tuomi
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.

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.

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.