Paluu eteläisen taivaan alle, osa 3
Horisontissa näkyvät kaukaiset vuorenhuiput ovat saaneet lumipeitteen. Aivan lähimmät, matalammat huiput ovat yhä paljaana, mutta ne saavatkin lunta laelleen vasta talven kylmimpinä päivinä. Maisemassa on silti hurjia kontrasteja. Hellepäivän noin 27 celsiusasteen lämpötilassa kuivasta ilmastosta muistuttavat piikikkäät kuumuutta ja kuivuutta kestävät puut ja monenlaiset kaktukset. Kasvustossa karua maisemaa värittämässä häärää joukko kauniita, vihreitä kolibreja (Sephanoides sephaniodes). Ne ovat puuhakkaita pieniä lintuja, joita voisi kutsua suomeksi vaikkapa viherselkäisiksi tulikruunuiksi. Näkymä on eksoottinen horisontin lumihuippujen alla. Chilen kapealla kaistaleella, vuoriston kupeessa, monet kasvillisuusvyöhykkeet ovat kuitenkin aivan rinta rinnan. Maassa voidaan kasvattaa likimain kaikkia ihmiskunnan käyttöönsä jalostamia viljelyskasveja ja sen rajojen sisäpuolelta löytyy lähes kaikkia ilmastovyöhykkeitä.
Kävin ensimmäisen kerran Chilessä vuonna 2014, kaksitoista vuotta sitten. Siitä on kulunut aikaa, mutta chilenot muistuttavat minua aina vain uudelleen aikakäsityksen kulttuurisidonnaisuudesta. Vuodet tietenkin kuluvat yhtä nopeasti kuin muuallakin, mutta päivissä on omat erikoisuutensa. Vaikka tapaaminen paikallisten kollegoiden kanssa olisi sovittu tiettyyn kellonaikaan, voi olla turhaa odottaa heidän saapuvan paikalle edes vartin sisällä sovitusta. Puoli tuntia tai tunti ei välttämättä merkitse mitään ja illalliselle voidaan saapua vaikka kaksikin tuntia myöhässä. Se on ajoissa Chilen aikaan, ja asiassa ei nähdä suuriakaan ongelmia.
Tapaan Diego Portalesin yliopistossa nuoremman kollegani Pablo Peñan, joka on juuri saanut väitelleen tutkijan työpaikan Kiinasta, Pekingin yliopistosta. Tapaamisemme on tuntia alkujaan sovittua myöhemmin. Olemme olleet yhteistyössä kirjoittamassa kahta tieteellistä artikkelia hänen toimiessaan väitöstutkijana, ja aiomme jatkaa yhteistyötä hänen siirtyessään tohtorin paperit kourassaan toteuttamaan eksoplaneettatutkimusta Tyynen meren toiselle laidalle. Kiina on nouseva tiedemahti. Maassa ymmärretään edelleen tieteen rooli käytännössä loputtomana taloudellista ja yhteiskunnallista hyvää tuottavana investointina.
Tutkimuksellisesti päämäärämme ovat yhtenevät. Haluamme selvittää kuinka paljon jupiterinkaltaisia jättiläisplaneettoja Auringon lähinaapurustosta löytyy. Se vain ei ole aivan helppoa.
Viileiden jupiterien vaikutus
Jättiläisplaneettoja on monenlaisia. Niitä esiintyy kuumina, lähellä tähteään, ja kylminä, kaukaisilla radoilla. Kuumat jupiterit olivat ensimmäisiä yllätyksiä, joita eksoplaneettojen etsintä tuotti tutkittavaksemme, mutta pian opimme, että ne ovat vain jäävuoren huippu. Oli myös outoja eksentrisiä jupitereita, jotka kiertävät tähtensä hyvin soikeilla radoilla. Ne ovat luultavasti päätyneet radoilleen planeettakumppanien vetovoimavaikutusten seurauksena. Lisäksi on kuitenkin ehkäpä merkittävin jättiläisplaneettojen joukko: viileät jupiterit. Ne ovat kaasujättiläisiä kuten Jupiter tai Saturnus, tai vieläkin massiivisempia, ja kiertävät tähtiään kaukana. Ne ovat jättiläisplaneettojen arkkityyppi, joiden joukosta vain jotkut ovat päätyneet tähtiensä lähelle tai soikeille radoille. Viileitä jupitereita on noin kuudella auringonkaltaisella tähdellä sadasta. Niitä on siis runsaasti muttei alkuunkaan jokaisessa planeettakunnassa.
Yleinen käsitys jättiläisplaneettojen ratojen kehityksestä on se, että ne syntyvät aluksi ympyräradoilla. Jos jättiläisiä on ainakin kaksi, alkavat voimakkaat planeettojenväliset vetovoimavaikutukset, jotka saavat planeettojen radat muuttamaan muotoaan. Jos sisemmät planeetat päätyvät soikeille radoille, ne voivat päätyä tekemään lähiohituksia tähden kanssa, mikä saa voimakkaat tähden vuorovesivoimat pyöristämään radan ympyräksi. Se tuottaa kuumia jupitereita, mutta jättää myös jälkeensä koko joukon eksentrisen radan jättiläisiä, jotka eivät koskaan päätyneet tarpeeksi lähelle tähteään. Voimakkaimpia vuorovaikutukset ovat niissä planeettakunnissa, joissa ulommatkin kaasujättiläiset päätyvät soikeammille radoille. Ilmiö havaitaan planeettojen ratojen eksentrisyyden, eli soikeuden jakautumista (Kuva 1.). Jakautumat kertovat, että valtaosa viileistä jupitereista jää ympyränmuotoisille radoille kuten Jupiter ja Saturnus, jos kuumaa jupiteria ei pääse syntymään.
Jupiter on merkittävin muiden planeettojen syntyä ja kehitystä kontrolloinut voima Aurinkokunnassa. Se hallitsee Aurinkokuntaa vetovoimallaan — on hallinnut syntymästään alkaen, lähes Auringon ydinreaktioiden käynnistymisestä lähtien. Jupiterin muinainen muuttoliike jätti sisäplaneettakunnan materiavarannot varsin vähäisiksi, ja esti yleisten planeettatyyppien edustajien, supermaapallojen ja minineptunusten, synnyn Aurinkokuntaan. Materiaa oli vain hiukan yli kaksi kertaa Maan massan verran, mikä johti tuntemamme sisäplaneettakunnan syntyyn.
Aihe herättää kiinnostavia tieteellisiä kysymyksiä. Voisiko viileiden jupiterien olemassaolo olla yleisemminkin maapallonkaltaisten, elinkelpoisten planeettojen olemassaolon taustalla? Asiaa voisi tutkia tarkastelemalla tähtiä joilla on viileitä jupitereita ja vertaamalla tuloksia niihin tähtiin, joilta jupiterit puuttuvat. Jo olemassaolevien havaintojen perusteella voisi olla mahdollista selvittää kuinka viileät jupiterit vaikuttavat olemassaolollaan maapallojen ja supermaapallojen yleisyyteen. On kuitenkin eräs haaste. Radiaalinopeusmenetelmällä voidaan saada selville vain planeettojen massojen alarajat, koska kiertoradan tason suuntautuminen avaruudessa jää tuntemattomaksi tekijäksi. Saatamme silloin erehtyä havaittujen kohteiden luonteesta. Toisinaan saatetaan tulkita ruskeiden kääpiöiden tai jopa sopivalla kiertoradalla olevien hyvin himmeiden punaisten kääpiötähtien aiheuttamien signaalien viittaavan planeettoihin, mikä vääristää tuloksia. Apuun on kuitenkin saatavilla Gaia -avaruusteleskoopilla tehdyt havainnot.
Gaian avulla on mitattu kaikkien lähitähtien liikettä taivaankannen suunnassa. Mittausten avulla on siksi mahdollista määrittää myös kaikkien lähiavaruuden viileiden jupiterien ratataso ja varmistaa niiden luonne planeettoina täysin kiistattomasti. Gaian havainnoista viileiden jupiterien löytäminen on edelleen erittäin hankalaa, koska havainnot eivät riitä kattamaan kuin osan tyypillisten viileiden jupiterien ratakierroksista. Mutta yhdessä kattavien radiaalinopeushavaintojen kanssa viileät jupiterit saadaan kartoitettua varsin aukottomasti. Asiassa on jo onnistuttu esimerkiksi lähitähden Epsilon Indi suhteen. Sitä kiertävän viileän jupiterin rata saatiin määritettyä perustuen Gaian havaintoihin, ja asia sai vielä varmistuksensa, kun planeetan suora kuvaaminen onnistui. Nyt radanmääritys on vain toistettava suurelle joukolle lähitähtien planeettoja.
Aiommekin yhteistyössä Pablo Peñan kanssa tarkentaa viileiden jupiterien yleisyyttä koskevia laskelmia, ja arvioida miten niiden olemassaolo vaikuttaa muiden planeettojen esiintymiseen. Se on tuleva tutkimusprojekti, joka tiivistää Helsingin yliopiston tutkimusryhmäni yhteistyötä Diego Portalesin tutkijoiden kansa ja avaa uuden suunnan yhteistyölle Pekingiin.
Asiassa on kuitenkin muitakin tekijöitä, joiden suhteen tyhjentävät tieteelliset vastaukset puuttuvat. Jupitereita nimittäin esiintyy sitä enemmän mitä suurempi niiden kiertämien tähtien metallipitoisuus on. Jos tähden koostumuksesta suurempi osuus on heliumia raskaampia tähtitieteilijöiden kollektiivisesti metalleiksi kutsumia aineksia, on samoja raskaampia aineksia ollut enemmän saatavilla myös jättiläisplaneettojen syntyyn. Silloin planeettoja on syntynyt herkemmin ja niitä on havaittavissakin enemmän. Mutta Aurinko ei ole erityisen metallipitoinen tähti, vaan karkeasti tähtien keskitasoa. Silti Auringolla on Jupiterinsa, mikä herättää kysymyksiä syy- ja seuraussuhteita.
Ehkäpä metallipitoisempien tähtien ympärillä on enemmän myös planeettakuntia, joissa sisäplaneetat ovat jääneet pieniksi ja joista kannattaa etsiä maankokoisia, elinkelpoisia kiviplaneettoja. Toisaalta, jos jättiläisplaneettoja syntyy herkemmin, ehkäpä niitä muodostuu jopa useampia ja ne päätyvät herkemmin kaoottisille radoille, joilla ne hävittävät sisäplaneettakuntansa kappaleet tai estävät niiden synnyn. Aiomme siksi huomioida projektissamme myös tähtien metallipitoisuuden vaikutuksen niitä kiertämään syntyviin planeettakuntiin.
Moni yksityiskohta on hämärän peitossa, mutta tutkimuksemme on vasta alkuvaiheessaan. Emme osaa arvata mitä tietoa tutkimuksen myötä saamme. Odotettavissa on joka tapauksessa kiinnostavia tietoja planeettakuntien synnyn lainalaisuuksista ja maapallonkaltaisten planeettojen yleisyydestä.
Yllätyksiä on myös luvassa. Jos eksoplaneettojen löytöhistoria opettaa mitään, niin sen, että luonto yllättää tutkijansa takuuvarmasti. Uusien planeettalöytöjen myötä on paljastunut, että juuri mikään ennakko-odotus, joka on perustunut tietoihimme ennen suurta määrää eksoplaneettalöytöjä, ei ole osoittautunut paikkansapitäväksi. Ihmismielelle vain on niin kovin helppoa vetää johtopäätöksiä perustuen olemassaolevaan tietoon. Jos se olemassaoleva tieto on vajavaista tai perustuu jopa yksittäiseen esimerkkiin, joka ei ole tilastollisesti edustava, ennakko-odotuksetkin ovat takuuvarmasti harhaisia. Käsityksemme Aurinkokunnasta tyypillisenä planeettakuntana on yksi sellainen yksittäinen esimerkki. Onneksemme Aurinkokunnan tilastollinen harvinaisuus on kuitenkin jo suhteellisen hyvin ymmärretty tosiasia.
Kohti kotia
Viimeisenä päivänäni Diego Portalesin yliopistolla pääsen kuulemaan opiskelijoiden esityksiä heidän tutkimuskohteistaan. Kyse on vuotuisesta jamboreesta, jossa tähtitieteen opiskelijat harjoittelevat esiintymistä esittelemällä tekemänsä tutkimuksen yksityiskohtia henkilökunnalle, vierailijoille ja toisilleen. Tarkoituksena on myös saattaa kaikki kartalle siitä, minkälaisten kysymysten parissa muut tutkijat tietokoneidensa ääressä pakertavat mutta on vielä kolmaskin ulottuvuus. Opiskelijoille kyse on tärkeästä vertaistuesta, kun he näkevät, että kaikki muutkin kärsivät samoista tieteentekijäksi opettelevien alkuvaikeuksista.
Tutkimuskohteina ovat tietenkin eksoplaneetat mutta huomio kiinnittyy myös oman galaksime ulkopuolelle. Aiheina ovat galaksien kehitys, maailmankaikkeuden varhaisimmat galaksit supermassiivisine mustine aukkoineen. Omassa galaksissamme opiskelijat tutkivat ruskeita kääpiöitä, tähtienvälistä ainetta, supernovaräjähdyksiä, nuoria tähtiä ja niiden kehitystä, sekä planeettakuntien syntyä. Ne ovat kaikki tyypillisiä tähtitieteen tutkimuskohteita kautta maailman. Jokainen tutkimus myös hyötyy valtavasti uusista havaintolaitteista ja tietoteknisistä kehitysaskeleista, joista edelliset ovat erityisen hyvin saatavilla juuri Chilessä, teleskooppien maassa. Mutta eniten tutkimusta hyödyttää jatkuva uusien opiskelijoiden ja nuorten tutkijoiden saapuminen Santiagoon kaikista maailman kolkista. Suurin tieteellinen resurssi ovat ihmiset, tieteentekijät, ja heidän mahdollisimman laaja diversiteettinsä.
Tiedämme asian perustuen lukuisiin tutkimuksiin. Kun tutkimusryhmien kokoonpano on mahdollisimman monimuotoinen ja ihmisiä on eri taustoista, etnisyyksistä, kulttuureista, sekä yhteiskunnallisista asemista, saadaan maksimoitua myös tieteellisen ajattelun monimuotoisuus. Se näkyy parempina ja kattavampina tuloksina, sekä kekseliäämpinä menetelminä, ja johtaa menestyksekkäämpiin tieteellisiin projekteihin. Siksi ovien pitäminen avoinna kaikille on korkealaatuisen tieteenteon avainedellytyksiä, vaikka esimerkiksi etnisten vähemmistöjen edustajat jäisivät edelleenkin muiden varjoon.
Lähden kohti kotia pohtien kuinka järjetöntä pienen maan olisi heittää potentiaalia hukkaan asettamalla opiskelijoiden harteille kasvavia taloudellisia taakkoja, mikä johtaa yhteiskunnallisesti heikommasta asemasta tulevien voimakkaampaan karsiutumiseen joukosta. Tieteenalojen diversiteettiä taas olisi järjetöntä karsia leikkaamalla yliopistojen perustutkimuksellisista resursseista ja akateemisesta vapaudesta tai pakottaen keskittymään kaupallisia pikavoittoja tuottaviin aloihin. Pohdin myös samaa järjettömyyttä suhteessa pyrkimyksiin sulkea rajoja maahanmuutolta, jolloin lahjakkaat opiskelijat eivät pääsisi yliopistoihin valtion rajojen ulkopuolelta. Siinä olisi häviäjänä yhteiskunta ja sen jäseninä kaikki.
Ja sitten katson hämärtyneelle taivaalle. Näen lukuisat tähdet ja linnunradan, jonka keskus on näkyvissä eteläisellä pallonpuoliskolla. Tutut tähtikuviot ovat ylösalaisin ja Kuu liikkuu väärään suuntaan, mutta ne ovat vain siirtyneen näkökulmani seurauksia. Taivaalla vilahtaa myös muutama satelliitti muistuttamassa teknologiastamme sekä sen haitallisesta vaikutuksesta tähtitieteelle. Muutoin on rauhallista.
Andien viilenevä syysilma puhaltaa otsalleni. En tiedä koska tulen takaisin, jos koskaan. Mutta sen tiedän, että globaali yhteistyöverkostoni tuottaa tieteellistä tietoa tulevaisuudessakin, enkä malta odottaa mitä saamme seuraavaksi selville.