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
• toukokuu 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

---

Punaisten maailmojen synty

14.6.2021 klo 10.00, kirjoittaja Mikko Tuomi
Kategoriat: Eksoplaneetat , Synty ja kehitys

Valtaosa Linnunradan ja maailmankaikkeuden tähdistä on punaisia kääpiötähtiä. Niiden ympäriltä löytyy valtaisa määrä pieniä planeettoja — keskimäärin ainakin kolme planeettaa per tähti. Se taas tarkoittaa, että kaikki planeettojen yleisyydestä kertovat tilastot ovat punaisia kääpiötähtiä kiertävien planeettojen dominoimia. Emme voi siis alkuunkaan ymmärtää eksoplaneettojen moninaisuutta, yleisyyttä ja planeettakuntien diversiteettiä tarkastelematta ensimmäisenä juuri punaisten kääpiötähtien maailmoja. Kuinka oikeastaan saavat alkunsa ne lukemattoman moninaiset maapallojen, supermaapallojen ja minineptunusten järjestelmät, joita on niin runsaasti jo aivan Aurinkokunnan lähinaapurustossa?

---

Kaikki alkaa, kun tähdet syntyvät materian pudottua oman gravitaationsa tuottamaan potentiaalikaivoon. Prototähtien ympärille muodostuu silloin kertymäkiekko, jossa aines on vajonnut keskimääräisen pyörimisakselinsa määrittämään tasoon. Silloin materian tiheys kasvaa niin suureksi, että pölyhiukkaset ryhtyvät törmäilemään toisiinsa muodostaen suurempia kappaleita ja lopulta satoja protoplaneettoja, planeettojen alkioita ja esiasteita. Kehityskulkua ei kuitenkaan tarvitse arvailla, vaan sitä voidaan simuloida asettamalla näitä protoplaneettoja kiertämään tähteään keskelle kertymäkiekkoa ja katsomalla mitä tapahtuu. Käy ilmi, että lopputuloksena on hyvinkin havaitunkaltaisia planeettakuntia.

Vaikka kyseessä onkin kaoottinen prosessi, planeettakuntien synnyn etenemiseen vaikuttavat tekijät ovat aina samoja ja lopputulos samankaltainen. Pienet kappaleet törmäilevät hanakasti ja törmäyksissä muodostuu keskimäärin suurempia kappaleita. Lisäksi kertymäkiekon kaasun ja pölyn kitka hidastaa kappaleiden ratanopeuksia ja saa ne vajoamaan syvemmälle vastasyntyneen tähden gravitaatiokaivoon, eli lähemmäs tähteä. Lopulta, kun tähden säteily ja hiukkastuuli puhaltavat kiekon kaasun ja pölyn pois järjestelmästä, törmäily lakkaa. Jäljelle jääneiden kappaleiden kiertoradat ovat silloin riittävän väljiä, koska jäljellä ovat enää planeetoiksi kutsumamme suurimmat kappaleet tiukkaan pakatussa järjestelmässä aivan tähden lähellä (Kuva 1.). Sattuma määrää kuinka monta planeettaa järjestelmään jää ja mitkä niiden täsmälliset kiertoradat ovat mutta keskimäärin ne muodostavat kuumien maapallojen, supermaapallojen ja minineptunusten planeettakuntia, joita on havaittu useita aivan lähitähtien ympäriltä. Luonnonlait hiovat satunnaisuudesta esiin järjestystä ja tuottavat samankaltaisia lopputuloksia kaikkialla.

Planeetat syntyvät kertymäkiekon pölystä mutta kiekon kaasulla on syntyprosessiin merkittävä vaikutus. Planeettojen muodostuessa ja kertymäkiekon vielä ollessa voimissaan (Kuva 1., harmaa alue), tapahtuu valtaosa kappaleiden törmäyksistä ja planeetat saavuttavat likimain lopulliset massansa. Mutta samalla kaasu päätyy planeettojen pinnoille ja syntynyt planeettakunta saa jäsenilleen vetypitoiset kaasukehänsä. Sen jälkeen planeettojen kehityskaaret ja niiden kaasukehien koostumukset eriytyvät toisistaan riippuen niiden syntypaikasta ja etäisyydestä tähdestään. Etäisyys on planeettakunnissa kaikki kaikessa. Mutta lopulliset kiertoradat eivät ilmeisesti kerro paljoakaan siitä, millä etäisyydellä tähdestä protoplaneetat ovat syntyneet — aivan kuin järjestelmä unohtaisi alkutilansa pyyhkien pois kaikki merkit historiastaan ja kehityksestään. Se on huono uutinen eksoplaneettatutkijoille. Emme voi ennustaa esimerkiksi sitä, millä etäisyydellä tähdistä esiintyy enemmän vaikkapa meriplaneettoja. Syntyprosessin kaoottisuus varmistaa sen, että vettä voi olla runsaasti — tai vain hyvin vähän — riippumatta siitä, millä etäisydellä tähdestään planeetta sattuu kiertämään.

---

Planeettojen syntyprosessin satunnaisuus voi kuitenkin olla hyväkin asia. Se varmistaa, että jokainen planeettakunta on omanlaisensa maailmojen kokoelma ja jokainen uusi planeettakunta, jonka havaitsemme, on jollakin tavalla uniikki avaruuden saarekkeensa. Jo nopea, aivan lähimpien punaisten kääpiötähtien tarkastelu osoittaa että on mahdotonta ennustaa minkälainen planeettakunta yksittäisellä tähdellä on ympärillään mutta ne kaikki ovat mielenkiintoisia kohteita tutkimukselle ja uusille havainnoille. On kirjaimellisesti mahdotonta ennustaa mitä uudet havainnot lähimmistä tähdistä, kuten Proxima Centauri ja Barnardin tähti, tuovat tullessaan mutta se on varmaa, että löytöretkemme lähiavaruuden planeettakuntiin on vasta alussa.

---

Valot päälle, Proxima b

7.6.2021 klo 10.00, kirjoittaja Mikko Tuomi
Kategoriat: Astrobiologia , Eksoplaneetat , Elinkelpoisuus

Miljardit lamput, jotka valaisevat kotejamme, teitämme ja muuta infrastruktuuriamme, auttavat meitä selviämään heikon yönäkömme aiheuttamista haasteista. Emme kompastu yöaikaan katukiviin, koska katulamput valaisevat kokonaisia kaupunkeja ja asuinalueita niin tehokkaasti, että edes nukkuminen ei tahdo onnistua, jos emme pimennä makuuhuoneitamme verhoilla. Valaisulla on kuitenkin vääjäämättömät seurauksensa. Osa valosta heijastuu tavaalle maanpinnasta tai rakennuksistamme ja osa karkaa sinne suoraan suunnattuamme valonlähteemme epäoptimaalisilla tavoilla. Valosaasteemme on saanut meidät kautta planeettamme unohtamaan miltä tähtitaivas todellisuudessa näyttää ja sen häiritsevä vaikutus on saanut yöllä liikkuvat eläimet sekaisin niille tuhoisin seurauksin. Mutta lähettämämme valo sisältää myös merkittävän viestin. Se voisi olla havaittavissa toiselta planeetalta, kaukaa aurinkokuntamme ulkopuolelta, kielien planeettamme olevan teknisen sivilisaation asuttama. Viestimme tavallaan valolla jatkuvasti avaruuteen merkkisignaalia omasta olemassaolostamme ja on mahdollista, että joku on jo huomannut valomerkkimme — aivan kuten on mahdollista, että joku on havainnut vaikkapa planeettamme ylikulun Auringon editse.

Moninaiset sähkövalomme loistavat planeettamme pimeällä puolella niin voimakkaina, että niiden havaitseminen Maan kiertoradalta on suorastaan naurettavan helppoa. Kaupungit loistavat kellertävää valoaan sitä voimakkaammin mitä tiheämmin asuttuja ne ovat ja mitä suuremmiksi ne ovat kasvaneet. Kyseessä on yksinkertainen keinovalon tuominen niihin vuorokaudenaikoihin ja paikkoihin, joissa näköaistimme ei riitä tuottamaan riittävän yksityiskohtaista kuvaa ympäristöstämme. Jos jokin toinen tekninen sivilisaatio on sopeutunut käyttämään näkyvää valoa elinympäristönsä havainnointiin, on syytä uskoa sen voineen keksiä kyvyn tuottaa valoa aivan samoista syistä. Silloin voimme kääntää kysymyksenasettelun päälaelleen: jos jonkin lähitähden planeetalla on tekninen sivilisaatio, voisimmeko havaita sen olemassaolon tarkkailemalla onko planeeetan pimeällä puolella keinovaloja?

---

Kirjoitin aiemmin israelilais-yhdysvaltalaisen astrofyysikon, Avi Loebin uskomattomasta hypoteesista, jonka mukaan Aurinkokunnan läpi lentänyt tähtienvälisellä radalla oleva komeetta ’Oumuamua, olisikin jonkin teknisen sivilisaation rakentama valopurjeella toimiva luotain. Juuri kukaan ei usko hypoteesin paikkansapitävyyteen, koska vaikka sitä ei voidakaan sulkea pois, havaintomme komeetasta voidaan selittää aivan yhtä hyvin tuntemiemme fysiikan lakien avulla ja mikään ei viittaa siihen, että olisi syytä tehdä valtaisa oletus miljardeja luotaimia lähettävän teknisen sivilisaation olemassaolosta. Loeb kääntää mielellään kysymyksenasettelun päälaelleen todeten senkin olevan oletus, että muita teknisiä sivilisaatioita ei ole. Tavallaan aivan totta mutta tiedettä tehtäessä valitaan aina se havaintoihin sopiva selitysmalli, joka sisältää vähiten ylimääräisiä oletuksia. Itse ainakin aion pitäytyä kunnioittamaan tätä Occamin partaveitseksi kutsuttua periaatetta, ja leikata fantastisen kompleksiset hypoteesit pois rönsyilemästä luotettavien selitysmallien joukosta, jos niitä ei ehdottomasti tarvita selittämään havaintoja. Ja nyt ei tarvita. Mutta Loebilla on muitakin kiinnostavia ajatuksia.

Tuoreessa artikkelissaan (1) Loeb ja Elisa Tabor tarkastelevat toista hypoteettista vaihtoehtoa. Entäpä, jos lähin tuntemamme elinkelpoisen vyöhykkeen eksoplaneetta, Proxima b, onkin aivan oikeasti elämälle suotuisa? Entäpä, jos vastoin kaikkia odotuksia, Proxima b on kyennyt pitämään kiinni kaasukehästään ja elinkelpoisuudestaan tähtensä voimakkaista purkauksista ja hiukkastuulesta huolimatta? Entäpä, jos planeetan meret eivät ole kiehuneet, vaan sen pinnalla, valoisan ja pimeän puoliskon rajalla, on syntynyt elämää, monisoluisia organismeja, väritykseltään mustia kasveja ja moninaisia eläimiä muodostaen kokonaisen biosfäärin? Entäpä, jos jokin planeetan laji ryhtyi muokkaamaan ympäristöään, kehittäen siihen työkaluja, halliten tieteen ja osaten rakentaa infrastruktuuria, kuten sähköverkkoja ja valaistusta? Silloin olisi mahdollista, että se laji olisi muokannut Proxima b:n pimeän puolen kodikseen ja rakentanut sinne kaupunkinsa suojaan valoisan puolen voimakkaalta säteilyltä. Ehkäpä silloin voisimme havaita planeetan pimeällä puolella valon kajastusta, joka kertoo teknisen sivilisaation olemassaolosta.

Kaksikon tekemien laskelmien mukaan, Proxima b:n pimeän puolen keinovalot voitaisiin havaita, jos ne vastaavat kirkkaudeltaan noin 5% planeetan tähdestään saamasta säteilystä. On vaikeaa kuvitella miksi sivilisaatio valaisisi planeettansa niin kirkkaaksi — vaadittava kirkkaus on noin 500 kertaa suurempi kuin missään parhaiten valaistuissa kaupungeissa oman planeettamme pinnalla. Jos jo sivilisaation olemassaolo lähijärjestelmässä vaikuttaa epätodennäköiseltä, on kaiken huipuksi todella hankalaa kuvitella sen rakentavan kaupunkeja, jotka loistavat kahdeskymmenesosan kirkkaudella planeettaa valaisevasta tähdestä.

Tulevaisuudessa havaintomahdollisuudet paranevat entisestään (2). Proxima b:n pimeän puolen kaupunkisoitumisen tulisi olla suuruusluokkaa yksi prosentti planeetan pinnasta, jotta havainto tulisi mahdolliseksi suunnitteilla olevilla tulevaisuuden instrumenteilla. Havaintokynnyksen ylittyminen vastaa oman planeettamme kaupunkisoitumistrendin mukaan tilannetta, joka meillä saavutetaan suunnilleen 2200-luvun puolessa välissä, mikäli sivilisaatiomme ei romahda ylitettyämme planetaarisen kantokyvyn. Tämän Thomas Beattyn tuoreen arvion mukaan jopa 80 lähitähteä on lähitulevaisuudessa kuvattavissa tarkkuudella, jolla voimme erottaa niiden kiviplaneettojen megakaupungit, jos ne vain peittävät merkittävän osan planeettojen pinnoista. Silloin teknisten sivilisaatioiden havaitsemisesta tulee jo todellista tieteellisen hypoteesin testausta, joka jäädessään vaille ainuttakaan havaintoa tuottaa silti konkreettisia rajoja kaupunkeja rakentavien teknisten sivilisaatioiden olemassaololle.

---

Epätodennäköisyydestään huolimatta, havaintoa toisten planeettojen keinovaloista kannattaa yrittää. Vaikka se on niin monen häkellyttävän mahdottomalta vaikuttavan sattumuksen takana, se olisi onnistuessaan sivilisaatiomme historian merkittävin havainto ja ratkaisisi kerralla niin Fermin paradoksin kuin muutkin tärkeät kysymykset koskien elämän ja kehittyneiden sivilisaatioiden yleisyyttä maailmankaikkeudessa. Kyseessä ei ole edes villein ehdotus, mitä tähtitieteilijät ovat keksineet miettiessään mahdollisuuksia havaita merkkejä teknisistä sivilisaatioista. Yksi mielikuvituksellisimmista hypoteeseista, jonka olen nähnyt, on ehdotus siitä, että erään nimellä KIC 8462852 tunnetun Kepler-avaruusteleskoopin kohdetähden kirkkaudenvaihtelut selittyvät tähden ympärille rakenteilla olevan Dysonin pallon avulla. Tähtitieteilijät ehdottivat paikallisen sivilisaation rakentavan pallokuoren muotoista rakennelmaa koko tähden ympärille, valjastaakseen käyttöönsä tähtensä kaiken säteilyn. Hypoteesia teknisestä sivilisaatiosta ei tosin tarvita, koska KIC 8462852:n tapauksessa havainnot voidaan selittää aivan luonnollisin syin.

Spekulointi puolestaan on hauskaa ja sitä tarvitaan. Jo seuraava havaintomme voi tuoda eteen todistusaineistoa toisesta teknisestä sivilisaatiosta. Tai sitten emme koskaan näe merkkejä muista tiedettä ja taidetta harjoittavista lajeista. Toistaiseksi kumpaakaan mahdollisuutta ei voida pitää toistaan uskomattomampana.