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
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
Onko eksoplaneetoilla kuita?
Jupiterin järjestelmä on kuin Aurinkokunta pienoiskoossa. Planeettakuntamme suurinta planeettaa kiertää kokoelma erikokoisia kappaleita, joista neljä suurinta löysi jo itse Galileo Galilei yli neljä vuosisataa sitten hänen suunnattuaan yhden maailmanhistorian ensimmäisistä kaukoputkista maanpäällisten kohteiden sijaan taivaalle. Jupiteria kiertämästä on havaittu jo 79 erikokoista kiertolaista, jotka muodostavat valtavan kirjon erilaisia, omalaatuisia kappaleita ja maailmoja. Ehkäpä kiinnostavimmat Jupiterin kuista ovat Europa, Ganymedes ja Kallisto, joiden paksujen jääkuorten alla vellovat suolaiset valtameret, joissa ehkä jopa elävät organismit voisivat kukoistaa geotermisen energian voimin. Mutta myös Aurinkokunnan tuliperäisin kappale, tulivuorten täplittämä Io on mielenkiintoinen maailmansa.
Saturnusta kiertää vieläkin monimuotoisempi kirjo erilaisia kappaleita. Sen 82 tunnetusta kuusta Enceladus piilottelee valtamerta jääkuorensa alla ja Titan on aivan omanlaisensa kemian omaava kiertolainen, jonka pinnalla jäätynyt vesi muodostaa peruskallion ja nestemäinen metaani järvet. Tiedämme havaintojemme perusteella, että kuut ovat paljon yleisempiä kuin planeetat, koska pienemmät kappaleet ovat aina suurempia lukuisampia. Eikä ole mitään syytä olettaa, että muissa tähtijärjestelmissä ja planeettakunnissa olisi toisin. Ainuttakaan eksokuuta, eli eksoplaneettaa kiertävää luonnollista satelliittia, ei tosin ole vielä luotettavasti havaittu. Vai onko?
Vuonna 2017 Alex Teacheyn tutkimusryhmä julkaisi ensimmäisiä viitteitä eksokuusta perustuen heidän löytämäänsä ylikulkuun Kepler-avaruusteleskoopin havainnoista kohteesta Kepler-1625. Tähteä kiertää valtaisa jättiläisplaneetta, Jupiteria lähes 12 kertaa massiivisempi kaasujättiläinen. Se on vain juuri ja juuri tarpeeksi pienimassainen ollakseen planeetta eikä ruskea kääpiötähti ja sen ylikulku on ollut helppoa havaita Keplerin tarkoista havainnoista, vaikka planeetan suhteellisen pitkä 287 päivän kiertoaika tähtensä ympäri mahdollisti vain kolmen yksittäisen ylikulun havaitsemisen. Jokaisessa niistä näkyi kuitenkin anomalioita (Kuva 2.), pieniä vääristymiä ja lisähimmenemistä, joka voisi johtua neptunuksenkokoisesta kuusta kiertämässä planeettaa Kepler-1625 b. Kaikeksi huipuksi, himmentymät eivät olleet tasaisesti planeetan varjon molemmin puolin kuten voisi olettaa rengasjärjestelmän aiheuttaman himmenemisen olevan, vaan näyttivät vaihtavan paikkaa, kuten kiertoradalla oleva kuu. Kuun arvioitu valtaisa koko herätti välittömästi epäilyksiä, kuten sekin, oliko havaintojen tarkkuus edes riittävää sen havaitsemiseen kyseessä ollessa järjestelmä peräti 8000 valovuoden päässä.
Vaikka oletetun planeettaa Kepler-1625 b kiertävän kuun ylikulut olivat juuri ja juuri tilastollisesti merkitsevä havainto, se ei kuitenkaan ollut niin vakuuttava, että löytö olisi hyväksytty muitta mutkitta ensimmäiseksi tunnetuksi eksokuuksi. Edes tutkijat itse eivät olleet täysin vakuttuneita, vaan kirjoittivat varovaiseen sävyyn miten hypoteettisen eksokuun Kepler-1625 b I olemassaolon puolesta on todistusaineistoa muttei tutkijoiden ”kultastandardiksi” ajatteleman ”viiden sigman verran” ja että kuun olemassaoloon on suhtauduttava varovaisuudella.
Nepunuksenkokoisen kuun olemassaolo vaikutti myös hankalalle selittää suhteessa tietoihin planeettakuntien synnystä. On miltei mahdotonta kuvitella miten Neptunus voisi päätyä massiivisen super-Jupiterin kiertoradalle stabiiliksi kuuksi. Ei siksi ollutkaan yllätys, että löytö asetettiin heti kyseenalaiseksi, kun riippumaton tutkijaryhmä uudelleenanalysoi Keplerin ottamat havainnot ja huomasi kuuksi tulkitun signaalin olemassaolon riippuvan käytetystä menetelmästä poistaa havainnoista kohinaa ja häiriöitä. Lisäksi, kaikeksi yllätykseksi tutkijat huomasivat kohinan voivan tuottaa havaintoihin kuuksi tulkittavia merkkejä jopa 10% todennäköisyydellä. Kuten monien muidenkin jännittävien löytöjen tapauksissa, ensimmäinen eksokuukin näytti haihtuvan ilmaan dataa käsitelleiden tutkijoiden tietokoneiden näytöillä.
Ensimmäisen eksokuun saaga ei kuitenkaan ollut ohi. Löydön tehneet Alex Teachey ja David Kipping havaitsivat kohdetta Hubble-avaruusteleskoopilla koettaen nähdä tarkemmin planeetan ylikulun ja selvittääkseen oliko kuun olemassaolosta viitteitä riippumattoman teleskoopin mittauksissa. Heidän saatuaan havaittua vielä yhden ylikulun ja nähtyään jälleen viitteitä kuun olemassaolosta, he julkistivat kuun olemassaolon olevan havaintojen tukemaa kahden eri instrumentin mittausten puoltaessa sen olemassaoloa. Tulosta ei kuitenkaan voida katsoa täysin varmistetuksi, koska vaihtoehtoiset selitykset havainnoista löytyneille anomalioille ovat edelleen hyvinkin mahdollisia, minkä toiset tutkijat luonnollisesti toivat esiin heti perehdyttyään tieteeseen tuloksen taustalla.
Lisää viitteitä eksokuista
Kepler-avaruusteleskoopin planeettakandidaatin numero 1625 kuulöytö näyttää mahdolliselta mutta sitä ei ole varmistettu eikä sitä siten voida pitää kiistattomana, ensimmäisenä havaintona eksokuusta. Kuita voidaan kuitenkin havaita myös niiden vetovoiman vaikutuksesta, vaikka niiden ylikuluista tähtien editse ei olisikaan mitään viitteitä niiden pienen koon vuoksi.
Kuu vetää kiertämäänsä planeettaa puoleensa vetovoimansa avulla. Aivan samoin kuin planeettoja voidaan havaita ainoastaan niiden vetovoiman vaikutusten perusteella, myös kuita voidaan havaita tarkkailemalla pieniä muutoksia siihen, milloin planeetat kulkevat tähtiensä editse. Pienet, muutamien minuuttien muutokset planeettojen tavallisesti kellontarkoissa ylikulkuaikatauluissa antavat viitteitä siitä, että jotkin suhteellisen massiiviset kappaleet vetävät niitä puoleensa. Sellaisia kappaleita ovat esimerkiksi planeettoja kiertävät kuut. Planeetan kiertäessä sen itsensä ja kuun yhteisen massakeskipisteen ympäri, ylikulku sattuu vuoroin hiukan aiemmin ja vuoroin hiukan myöhemmin kuin olisi odotettavissa, jos kuu puuttuisi. Pienet, joidenkin minuuttien mittaiset jaksolliset heilahtelut ylikulkuaikataulussa paljastavat siten kuun olemassaolon — ainakin teoriassa.
Chris Fox ja Paul Wiegert julkaisivat kesällä 2020 raporttinsa, jonka mukaan jopa kuusi Kepler-avaruusteleskoopilla havaittua pientä planeettojen ylikulkujen aikatauluanomaliaa olisi selitettävissä planeettoja kiertävien kuiden vaikutuksella. Tilanne on varsin mielenkiintoinen. Toisaalta, samat anomaliat voidaan tulkita havaitsematta jääneiden järjestelmän muiden planeettojen aiheuttamiksi mutta aivan yhtä hyvin ne voivat olla merkkejä eksokuiden olemassaolosta. Tutkijoiden laskelmat osoittavat, että molemmat skenaariot ovat karkeasti arvioiden yhtä todennäköisiä — kahdeksasta valitusta kohteesta kahdelle planeetan vaikutus selittää havainnot hiukan paremmin mutta kuudelle muulle kuun vetovoima on aavistuksen parempi selitys. Kyseisiä kuutta anomaliahavaintoa on siis mahdollista ajatella todellisina ensimmäisinä eksokuukandidaatteina.
Ehkäpä ensimmäisiä eksokuita ei ole vielä havaittu mutta saavutus alkaa olemaan aivan instrumenttiemme tavoitettavissa. Aivan kuten eksoplaneettahavaintojenkin kanssa, ensin alan pioneerit tekevät hartiavoimin työtä ensimmäisten havaintojen mahdollistamiseksi. Havainnoista kiistellään aikansa, koska osa tutkijoista ei pidä niitä uskottavina. Osa ensimmäisistä havainnoista osoittautuukin virheellisiksi ja epäilijät saavat uutta vettä myllyynsä. Mutta lopulta ensimmäinen kiistaton havainto saadaan tehtyä ja pian kuita löydetään useista kohteista, erilaisista mielenkiintoisista järjestelmistä, usean tutkimusryhmän voimin. Voimme olla varmoja, että eksokuiden havaitseminen tulee paljastamaan mullistavia uusia löytöjä. On käytännössä varmaa, että lukuisilla jättiläisplaneetoilla ja pienemmillä planeetoilla on kuita kumppaneinaan muissakin tähtijärjestelmissä. Siitä varmistuakseen ei tarvitse kuin havaita Aurinkokunnan kuiden valtaisaa määrää ja diversiteettiä ja todeta kuiden muodostuvan väistämättä kaikkialle missä vain on planeettojakin. Niin ainakin ajattelemme tähtitieteen tutkijoiden keskuudessa. Tulevaisuuden havainnot näyttävät olemmeko oikeassa.
Asiassa on vieläpä valtaisa bonus. Jotkin eksokuut, sellaiset, joiden havaitseminen alkaa olemaan mahdollista, voivat olla elinkelpoisia, maankaltaisia paikkoja. Ja kuitenkin varmasti niin kovin erilaisia kuin oma kotimme, Maa.
Nimihirviö ”Kepler-1625 b I” on rakennettu samalla periaatteella kuin Jupiterin suurimpien kuiden Ion, Europan, Ganymeden ja Kalliston nimeäminen — niitä kutsuttiin alkujaan nimillä Jupiter I, Jupiter II, Jupiter III ja Jupiter IV. Kyseessä on siis planeetan Kepler-1625 b ensimmäinen kuu, jota merkitään roomalaisella numerolla I.
Kun suojakerroin ei riitä — miten elämä voi piiloutua säteilyltä
Proxima Centauria, Aurinkokunnan lähintä tähtinaapuria, kiertää luultavasti kokonainen planeettojen joukko, oma erityislaatuinen planeettakuntansa. Tutkimusryhmäni raportoitua planeetasta tähden kiertoradalla vuonna 2016, Proxima Centauri on ollu intensiivisen tutkimuksen kohteena ja seurauksena tunnemme tähden kiertoradoilta jo kaksi, mahdollisesti jopa kolme planeettaa. Jo varmistuneiden Proxima b:n ja Proxima c:n lisäksi järjestelmässä saattaa olla vielä kolmaskin planeetta. Myös tähteä ympäröivästä pölykiekosta on saatu viitteitä.
Kokonaiskuvamme lähimmästä galaktisesta planeettakuntanaapuristamme alkaa siis muotoutumaan ja monipuolistumaan, paljastaen monia tuttuja yksityiskohtia, joita olemme tottuneet näkemään Aurinkokunnassa mutta saamme selville myös paljon omalle järjestelmällemme omituisia, vieraita tiedonmurusia. Suunnilleen joka kuukausi julkaistaan jokin uusi, kiinnostava tutkimus Proxima Centaurin ja sen planeettakunnan ominaisuuksista, joten tietomme karttuvat varsin nopeassa tahdissa. Tämäkään kuukausi ei ollut poikkeus, kun laaja kansainvälinen tutkijaryhmä raportoi Proxima Centaurin äkillisestä purkauksesta, joka sai tähden kirkastumaan ultraviolettialueella peräti 14000 kertaiseksi normaalista kirkkaudestaan. Havainnolla on dramaattisia seurauksia tulkinnallemme Proxima b:n ominaisuuksista ja elinkelpoisuudesta.
Proxima b kylpee tähtensä lähellä voimakkaassa säteilyssä. Lämpösäteilyä planeetan pinnalle saapuu juuri sopivasti, jotta nestemäisen veden olemassaolo sen pinnan olosuhteissa voisi olla mahdollista mutta muilla aallonpituusalueilla Proxima Centauri ei kohtele seuralaistaan aivan yhtä lempeästi. Ultraviolettisäteily Proxima b:n pinnalla on voimakasta, joidenkin arvioiden mukaan tyypillisesti 30 kertaista Maahan verrattuna. Kyseessä on voimakas säteily-ympäristö, johon emme ole lempeän aurinkomme rauhallisessa loimotuksessa, otsonikerroksen suojissa tottuneet. Elämän edellytyksiä se ei kuitenkaan täysin tuhoa, koska planeetan kaasukehä voi heikentään pinnalle saapuvaa säteilyä riittävästi ja pienikin kerros vettä estää joka tapauksessa tehokkaasti UV-säteilyn molekyylejä hajottavan vaikutuksen. Tähdenpurkausten kanssa on kuitenkin toisin — jopa 14000 kertaiseksi hetkellisesti voimistuva säteily ja ja purkausten hiukkastuuli voivat aikojen saatossa riistää planeetalta koko sen kaasukehän, haihduttaa kaiken veden avaruuteen ja hajottaa jokaisen pinnalla esiintyvän orgaanisen molekyylin elämälle katastrofaalisella tavalla. Tähden purkaukset voivat steriloida planeettoja. Proxima Centauri purkautuu jopa päivittäin ja sen purkaukset ovat noin sata kertaa voimakkaampia kuin Auringon kaikkein energisimmät purkaukset. Ei silti ole selvää, että kyseessä on planeetan täydellisesti steriloiva säteily-ympäristö.
Voimakaskin ultraviolettisäteily pysähtyy pieneen määrään ainetta, kuten vedenpintaan tai kiviainekseen. Niiden alla elävät organismit eivät piittaisi tuon taivaallista vain senttimetrien päässä UV-valossa kärventyvästä pinnasta. Purkausten hiukkastuulikin pysähtyy tehokkaasti magneettikenttään, joka Proxima Centaurilla on luultavasti huomattavasti Maata voimakkaampi, koska planeetta on Maata massiivisempi ja omaa siksi todennäköisesti magneettisesti aktiivisemman vaipan ja ytimen. Magneettikentän tarjoama säteilysuoja näkyisi planeetan taivaalla voimakkaina, jatkuvina revontulina, jotka loistaisivat planeetan pimeällä puolella kaiken aikaa valaisten sen pintaa sinisen ja vihreän väreillä. Jos Proxima b on kyennyt pitämään kiinni kaasukehästään, intensiivinen säteily ja purkaukset ovat kenties tappavia kaikelle elämälle juuri tähden suunnassa mutta mahdolliset elävät organismit hämärän rajamailla, jossa tähti loimuaa ikuisesti horisontissa, eivät ehkä saisi kuolettavaa annosta säteilyä edes pinnan olosuhteissa. Proxima b näyttää nimittäin aina saman puoliskonsa tähteensä päin, ja se saattaa mahdollistaa planeetan pysymisen elinkelpoisena jopa intensiivisessä säteily-ympäristössä.
Jos Proxima b:n pinnalla on monisoluisia, liikkumiskykyisiä eläviä organismeja, niille on elinehto kyetä havaitsemaan jokainen orastava ultraviolettivalon välähdys. Sellaisen havaitseminen kertoo alkavasta muutaman sekunnin kestävästä tähden purkauksesta, jolloin on kiirehdittävä mahdollisimman nopeasti piiloon tappavalta annokselta säteilyä. Niin ainakin spekuloi Proxima Centaurin purkauksia jo vuosia tutkinut tähtitieteen professori Meredith MacGregor pohtiessaan mitä vaikutuksia voimakkailla purkauksilla olisi Proxima b:n hypoteettiselle biosfäärille. Kyseessä on tietenkin vain ajatusleikki mutta monet Maan elävät organismit kykenevät havaitsemaan ultraviolettivaloa mainiosti, ja sellaisen kyvyn syntyminen sopeumana elinympäristössä, jossa ultraviolettivalon määrä kertoo kuolettavasta tähden purkaudesta vaikuttaa hyvinkin realistiselta. Proxima Centauri kuitenkin purkautuu voimakkaasti noin kerran päivässä, joten purkaukset muodostavat olenaisen osan sitä ympäristöä, jossa Proxima b tähteään kiertää.
Riippumatta siitä onko juuri Proxima b todellisuudessa elinkelpoinen vai ei, lukuisat planeetat kiertämässä Proxima Centaurin kaltaisia punaisia kääpiötähtiä voivat luultavasti olla elinkelpoisia. Jo siksikin Proxima Centaurin ja sen järjestelmän ominaisuuksien tutkiminen kannattaa — se on lähimpänä naapurinamme yksi helpoimmin havaittavissa olevia kohteita ja sen tutkiminen edesauttaa muidenkin vastaavanlaisten järjestelmien ymmärtämistä. Voimakkaat päivittäiset tähdenpurkaukset ovat osa eksoottista maailmaa, ja Maan elonkirjo ei ole koskaan joutunut sopeutumaan niiden mukanaan tuomiin ongelmiin. On tietenkin mahdollista, että Proxima b:n elonkirjo ei sekään koskaan sopeutunut planeetan säteily-ympäristöön, vaan planeetan kaasukehä ja meret, jos niitä koskaan oli, haihtuivat avaruuteen jo vuosimiljardeja sitten jättäen jälkeensä karrelle palaneen, kuolleen maailman. Sellaisen kehityskulun varmistuminen olisi kuitenkin sekin mielenkiintoista ja auttaisi lisäämään ymmärrystämme niistä miljardeista planeetoista, joita esiintyy jo omassa avaruuden saarekkeessamme, Linnunradan galaksissa.