Arkisto

Uutisia Lieksasta

28.4.2023 klo 03.04, kirjoittaja
Kategoriat: Geokemia , Historia , Meteoriitit , Mineralogia , Shokkimetamorfoosi

Lähes kuusi vuotta sitten, 30.5.2017, eläköitynyt kelloseppä Pekka Vallimies oli koiransa Bonon kanssa Lieksan Löpönvaaran hakkuuaukolla tarkastamassa kevään korvasienitilannetta. En ole mistään lukenut tai kuullut, millainen Löpönvaaran korvasienitarjonta lopulta sinä keväänä oli. Korvasieniä huomattavasti kiinnostavampaa nimittäin oli, että Vallimies löysi reissullaan rautakappaleen. Sen vaiheet seuraavan kesän aikana on kerrottu useaan kertaan, mm. Tähdet ja Avaruus -lehden verkkouutisissa ja itse lehden numerossa 6/2017, samoin kuin rautakappaletta Geologian tutkimuskeskuksessa (GTK) analysoineen Kari A. Kinnusen mainioissa vapaasti luettavissa olevissa artikkeleissa Geolöytäjä– ja Mineralia-lehdissä. Niinpä niitä on tässä yhteydessä turha enää toistaa.

Oleellista on Vallimiehen erittäin hienon löydön seuraus: Löpönvaaran rautakappaletta markkinoitiin uutisissa Suomen ensimmäisenä rautameteoriittina. Tämä oli äärimmäisen kiinnostavaa, sillä rautameteoriitit ovat jo lähtökohtaisesti meteoriittien joukossa harvinaisuuksia muodostaen viitisen prosenttia kaikista tunnetuista meteoriiteista. Tietysti kyse oli myös pitkällisen odotuksen päättymisestä, sillä edellinen meteoriitti Suomesta oli löydetty vuonna 1974 (Orimattila) ja edellinen aiemmin löydetyn meteoriitin tunnistus oli tehty vuonna 1980 (Kivesvaara). Uutisjutuissa uumoiltiin, että pian Lieksaksi ristitty meteoriittikandidaatti saisi hyväksynnän meteoriittien virallisesta nimeämisestä päättävältä The Meteoritical Societyn nimistökomitealta.

Lieksan ensimmäinen rautakappale. Kannattaa ehdottomasti käydä katsomassa GTK:n sivuilla olevaa alkuperäiskuvaa, josta tämä on leikattu, sillä se tarjoaa pyöritys- ja zoomausmahdollisuudet. Kuva: GTK / Spinelli / CC BY 4.0.

Hyväksyntää ei kuitenkaan viralliseen meteoriittitietokantaan ilmestynyt. Ei ilmestynyt myöskään minkäänlaista tieteellista tutkimusartikkelia Lieksan mötikästä tai edes kokousabstraktia. GTK:n tutkija Jukka Kuvan johdolla tehtiin kuitenkin Lieksan raudasta posteri nimeltään Tomographic investigation of a complete iron meteorite.1 Sen perusteella Lieksan kappale koostuu tilavuudeltaan noin 80 %:sti nikkeliraudasta ja 20 %:sti silikaattimineraaleista, lähinnä oliviinista, joka on useille meteoriittityypeille ominainen runsaasti rautaa ja magnesiumia sisältävä mineraali, mutta suomalaisille tuttu lähinnä vain kiuaskivien komponenttina. Nikkeliraudan koostumuksen kerrottiin olevan noin 88 (paino-?)%:sti rautaa, 11 %:sti nikkeliä.

Vuosi löydön jälkeen Luonnontieteellinen keskusmuseo Luomus tiedotti, että Lieksan meteoriittioletetun ”ominaisuuksia tullaan selvittämään monipuolisissa jatkotutkimuksissa laajan tutkijaverkoston yhteistyönä.” Tämä lupasi erittäin hyvää, kuten oli tehnyt jo Tähdet ja avaruus -lehden uutinen ja numerossa 1/2018 ilmestynyt artikkeli, joiden mukaan Ursan tulipallotyöryhmän aktiivit Jarmo Moilanen ja Pekka Kokko olivat löytäneet lisää mahdollisia rautameteoriitteja Löpönvaaran alueelta.

Noista viimeisistä tiedotteista ja lehtiartikkeleista on nyt kulunut viitisen vuotta. Ainoat kattavammat julkiset tiedot, jotka Lieksan rautakappaleista omiin silmiini useaan vuoteen osuivat, olivat peräisin noista Tähdet ja Avaruus -lehden artikkeleista ja Jarmo Moilasen kotisivuilta. Joitain analyysejä rautakappaleista on kaikesta päätellen tehty, mutta niitä ei ole julkaistu.

Tilanne oli Lieksan rautamötiköiden osalta siis pitkään erittäin murheellinen. Virallista hyväksyntää meteoriiteiksi ei ole, eikä mitään tutkimustuloksia ole julkaistu normaaliin tieteelliseen tapaan. Lieksan julistaminen meteoriitiksi vuonna 2017 olikin koulukirjaesimerkki toiminnasta nimeltä science by press release, joka ei yleisesti hyväksyttyjä tieteellisen tutkimuksen kriteerejä täytä. Suomesta on näin ollen edelleen löydetty vain 13 kansainvälisesti hyväksyttyä meteoriittia, eikä niiden joukossa ole yhtään rautameteoriittia.2 Synkän rautatunnelin päissä alkoi kuitenkin viime vuonna näkyä heikkoa valonkajoa kahdesta hieman odottamattomastakin suunnasta.

Marylandin Lieksa

Viime vuonna Yhdysvalloissa, University of Marylandissä työskentelevän, meteoriitteja ja muita avaruuskiviä vuosikymmeniä erittäin ansiokkaasti tutkineen geokemian professori Richard J. Walkerin tutkimusryhmässä tehtiin rautameteoriittejä käsitellyt maisterin tutkielma, sikäläinen gradu siis. Emily Chiappen tutkielman nimi on Genetics, Ages, and Chemical Compositions of the Group IIIE Iron Meteorites and the Iron Meteorite Lieksa. Tässä suomalaisten meteoriittioletettujen näkökulmasta äärimmäisen kiinnostavassa työssä siis tutkitaan IIIE-ryhmän rautameteoriittien alkuperää, ikää ja kemiallista koostumusta, sekä hieman yllättäen kaupan päällisinä myös Lieksan rautaa. Lieksaa oli Luomuksesta Marylandiin päätynyt 13 g:n kappale.

Chiappe tutki Lieksaa erittäin monipuolisesti. Analyysien yksityiskohtiin ei tässä ole tarvetta uppoutua, vallankin kun tutkielma on, kuten pitääkin, kaikkien vapaasti luettavissa. Eräisiin Lieksan rautakappaletta koskeviin tutkielman tärkeimpiin johtopäätöksiin kannattaa kuitenkin perehtyä hieman tarkemmin.

Yksi viimeisen reilun kymmenen vuoden merkittävimpiä edistysaskeleita meteoriittitutkimuksessa on se havainto, että metalli-isotooppien (lähinnä kromi, nikkeli, titaani, wolframi, rutenium eli ruteeni ja etenkin molybdeeni) näkökulmasta meteoriitit pohjimmiltaan jakautuvat vain kahteen, niiden syntysijoja heijastavaan päätyyppiin. Meteoriittitutkijat puhuvat, osittain hieman hämäävästi, hiilikondriittisesta lähteestä (carbonaceous chondrite reservoir, CC) ja ei-hiilikondriittisesta lähteestä (non-carbonaceous chondrite reservoir, NC). Hämäävää tämä terminologia (kuten myös vähän hiiltä sisältävien kondriittien kutsuminen hiilikondriiteiksi – mutta se on taas toinen tarina) on siinä mielessä, että muutkin kuin hiilikondriitit voivat olla CC-tyypin meteoriitteja. Esimerkiksi osa rautameteoriiteista on peräisin hiilikondriittisesta lähteestä.

Oleellista tässä uudessa jaottelussa on, että Jupiterin kasvu aurinkokunnan ensimmäisen muutaman miljoonan vuoden aikana esti tehokkaasti eri lähteistä peräisin olevan aineksen sekoittumisen. Niinpä Jupiterin radan ulkopuolelle jäi hiilikondriittinen lähde, sen sisäpuolelle puolestaan muut kappaleet.

Myöhemmin Jupiterin kasvun ja radan mahdollisen edestakaisen liikuskelun vuoksi aines pääsi hieman sekoittumaan. Tämä selittää sen, että nykyisellä asteroidivyöhykkeellä esiintyy alkujaan sekä CC- että NC-lähteestä peräisin olevia kappaleita.

Emily Chiappen tutkielman Lieksaa koskevan osuuden perustavanlaatuisin havainto koskeekin juuri luokittelua NC- tai CC-tyypin meteoriitiksi. Hänen molybdeeni-, ruteeni- ja wolframi-isotooppianalyysiensä tulos oli varsin selvä: Lieksan rautakappale vastaa isotooppikoostumukseltaan NC-tyypin meteoriitteja. Toisin sanoen sen emäkappale muodostui Jupiterin radan sisäpuolella. Lieksan möllykkä lienee varsin suurella todennäköisyydellä ensimmäisiä ellei peräti ensimmäinen suomalainen meteoriitti tai meteoriittikandidaatti, jolle tämä perustavanlaatuinen määritys on saatu tehtyä. Wolframi-isotooppien avulla selvisi sekin, että Lieksan emäkappaleen rauta- ja silikaattiosat erkaantuivat toisistaan 1,5 ± 0,8 miljoonaa vuotta sen jälkeen kun aurinkokunnan varhaisimmat kiinteät kappaleet eli ns. kalsium-alumiinisulkeumat muodostuivat.

Isotooppitutkimusten lisäksi Chiappen opinnäytteessä tutkittiin ns. platinaryhmän metalleja ja muita geokemiallisessa mielessä raudan tapaan käyttäytyviä alkuaineita. Ne ovat erittäin käyttökelpoinen työkalu luokiteltaessa meteoriitteja. Lieksan kappaleen metallien runsauden ja etenkin niiden keskinäisten suhteiden perusteella ei kuitenkaan löytynyt vastaavuutta minkään nykyisen rautameteoriittiluokan kanssa.

Tämä ei silti tarkoita, etteikö Lieksa voisi olla rautameteoriitti tai vallankaan sitä, että analyyseissä olisi ongelmia. Tätä kirjoittaessani nimittäin tunnetaan 146 virallisesti hyväksyttyä rautameteoriittia, jotka eivät sovi mihinkään tämänhetkiseen meteoriittiluokkaan. Tämä on reilut kymmenen prosenttia kaikista hyväksytyistä rautameteoriiteista. Kyse on vain siis siitä, että käytössä oleva luokitussysteemi ei ole aukoton ja että luonto tuppaa olemaan aika monimutkainen.

Chiappen tutkimuksissa lähin yhteensopivuus löytyi Lieksan rautasirpaleen ja ns. pääryhmän pallasiittien välillä. Pallasiitit ovat harvinaisia kivirautameteoriitteja, joita tunnetaan tällä hetkellä 162 kappaletta. Yksi kuuluisimmista pallasiiteista on viime vuonna putoamisensa 120-vuotisjuhlia viettänyt Marjalahti.

Pallasiiteissa nikkeliraudan sisällä on oliviinikiteitä. Tässä vaiheessa kannattaa muistaa, että GTK:n läpivalaisututkimuksissahan todettiin, että noin 20 % Lieksan meteoriittikandidaatista oli silikaattiainesta ja enimmäkseen nimenomaan oliviinia, mikä tietysti tukee pallasiittiajatusta. Chiappen tutkimukset eivät todistaneet, että Lieksan rauta olisi pääryhmän pallasiitti, mutta tämänhetkisten tulosten valossa sitä ei voitu sulkea pois. Varmistus suuntaan tai toiseen vaatisi lisätutkimuksia. Joka tapauksessa on kutkuttavaa ajatella, että Lieksa saattaisi olla jo maamme toinen Marjalahden kaltainen harvinaisuus.

Lieksan neljäs rautakappale

Jo Lieksan kolmannen kappaleen löytänyt Pekka Kokko onnistui 10.7.2017 löytämään Löpönvaaran tienoilta myös neljännen, noin 164-grammaisen rautamöykyn. Jarmo Moilasen mukaan sen osin puolipallomainen ”muoto on hyvin omituinen” ja siinä ”on tolkuttoman paljon fosforia” ollakseen meteoriitti. Niinpä se oli Geologian tutkimuskeskuksessa tulkittu työkoneiden osien valmistuksessa käytetystä jauhemetallista valmistetuksi kappaleeksi.

Viime syksynä kuului Turusta kuitenkin positiivisessa mielessä kummia. Laura Kotomaa oli nimittäin tehnyt Lieksan neljännestä rautakappaleesta Turun yliopistoon pro gradu -tutkielman nimeltään Classification of iron meteorites and description of mineralogy, geochemistry, and texture of the Lieksa-4 meteorite. Jostain syystä gradua vain ei saa luettavaksi muualla kuin Turun yliopiston toimipisteissä. Onneksi gradun tiivistelmä sentään on vapaasti luettavissa. Lisäksi Kotomaa kollegoineen kirjoitti aiheesta kokousabstraktit niin marraskuun Lithosphere 2022 -symposiumiin kuin lyhyesti viime maaliskuun 1st GeoDays -kokoukseenkin. Niiden pohjalta saa jo kohtalaisen käsityksen siitä, mitä Lieksan neljännestä rautakappaleesta tällä hetkellä tiedetään.

Kotomaan ja kollegoiden mukaan Lieksan neljäs rautakappale todellakin sisältää poikkeuksellisen paljon fosforia, peräti neljä painoprosenttia. Nikkelin (11 p.-%) ja raudan (84 p.-%) pitoisuudet ovat jokseenkin normaaleja rautameteoriiteille, mutta erityisesti fosforin runsaus tekee sen luokittelemisesta hankalaa. Chiappen tutkiman ensimmäisen Lieksan meteoriittiehdokkaan tapaan Kotomaa ehdottaakin, että myös Löpönvaaran neljäs rautapalanen pitäisi ”luokitella” luokittelemattomaksi.

Koska Kotomaan ja Chiappen tutkimusmenetelmät poikkesivat merkittävästi toisistaan, tulokset täydentävät mukavasti kokonaiskuvaa Lieksan raudoista, mutta toisaalta tekevät keskinäisen vertailun vaikeaksi. Mineralogisesti Lieksan nelonen koostuu painoprosentteina ilmaisten noin 70 %:sti kamasiitista (eli metallurgien alfa-raudasta, α-Fe,Ni) ja 20 %:sti maanpäällä erittäin harvinaisesta mutta rautameteoriiteissa yleisestä schreibersiitistä ((Fe,Ni)3P). Troiliittia (FeS) on vain alle prosentti.

Koska Lieksan neljäs rautakimpale sisältää vain kamasiittia eikä toista nikkelirauden muotoa taeniittia (γ-Fe,Ni), siinä ei myöskään esiinny monille rautameteoriiteille (oktaedriiteille) ominaista Widmanstättenin lamellirakennetta. Sen sijaan siinä nähdään Neumannin viivoja.3 Ne ovat rautameteoriittien toiselle rakenteelliselle pääryhmälle, heksaedriiteille, tyypillisiä tasomaisia rakenteita, joskin niitä tavataan joskus harvoin myös muissa rautameteoriittityypeissä. Ne ovat ns. mekaanisia kaksoslamelleja, jotka syntyvät šokkipaineen eli käytännössä törmäyksen nitkauttaessa kamasiitin kidehilaa. Neumannin viivat ovat siis hyvin vahva todiste sen puolesta, että Lieksan neljäs rautameteoriittikandidaatti todellakin olisi meteoriitti.

Sihote-Alinin rautameteoriitin sahatulla pinnalla näkyy selkeitä Neumannin viivoja. Keskellä oleva tummempi muikula on troiliittia. Kuva: André Knöfel / https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7803661 / CC BY-SA 3.0 de.

Lieksan nykytilanne

Jos hyväksytään se ajatus, että Lieksan ensimmäinen ja neljäs rautalöytö ovat meteoriitteja, on tilanne alkuperäisen muinais-Lieksan ilmakehään syöksyneen kappaleen synnyn kannalta hyvin mielenkiintoinen. GTK:n, Chiappen ja Kotomaan tutkimukset ja niistä raportointi ovat kaikki hyvin erilaisia, joten luotettavaa kuvaa ykkös- ja nelosmurkulan yhteneväisistä piirteistä ja eroista on erittäin vaikea saada. Se on joka tapauksessa selvää, että erilaisten koostumusten yhteensovittaminen ei ole aivan suoraviivaista. Vaihtoehtoja on kuitenkin paljon.

Tällä hetkellä on tiettävästi esimerkiksi täysin auki, edustavatko Lieksan rautapalaset jonkin planetesimaalin rautaista ydintä (ns. magmatic iron meteorites) vai kenties jossain pienemmässä kiteytymisympäristössä, esimerkiksi törmäyssulakerroksessa, syntyneitä meteoriitteja (ns. non-magmatic iron meteorites). Molemmissa tapauksissa erilaiset sulan koostumusta hiljalleen muuttavat fraktioivat kiteytymisprosessit, sulien sekoittuminen ja lopulta törmäyksen synnyttämä murskautuminen ja mahdollinen uudelleenkasautuminen voivat aikaansaada kappaleen, jossa koostumus vaihtelee merkittävästi pienelläkin alueella. Vaikka Lieksan rautakappaleiden välillä siis vaikuttaakin olevan huomattavia koostumuksellisia eroja, voidaan ne silti ainakin vajavaisen nykytiedon valossa selittää alkujaan yhdeksi kappaleeksi ilman suurempaa älyllistä väkivaltaa.

Tätä kirjoittaessani Lieksan nimeä ei siis näy virallisessa meteoriittiluettelossa. Siksipä siitä ei edelleenkään sovi puhua meteoriittina (blogiteksti tästä aiheesta lienee tulossa vielä vapuksi). Chiappen ja Kotomaan tutkimustöiden perusteella näyttää kuitenkin entistäkin varmemmalta, että ainakin ensimmäinen ja neljäs Löpönvaaran rautakappale todellakin ovat meteoriitteja. Viiden–kuuden vuoden takaiseen tilanteeseen verrattuna asiat ovat tällä hetkellä myös sikäli paljon paremmin, että ainakin tutkimustulokset ovat periaatteessa julkisia, vaikkeivat vertaisarvioituja.

Julkisesti on tietääkseni kerrottu viidestä Lieksan rautakappaleesta, mutta eri asia on, kuinka paljon niitä on vuosien varrella maastosta oikeasti löydetty. Kysymysmerkkejä on senkin suhteen, päätyvätkö mahdolliset löydöt tutkijoille, tutkivatko he niitä, ja julkistavatko he mahdollisia tuloksiaan. Kun Löpönvaaran ensimmäinen rautakimpale löydettiin, siitä puhuttiin jopa kansallisaarteena. Siihen nähden Lieksan rautakappaleita edelleen ympäröivä salamyhkäisyys tuntuu näin avoimen tieteen ystävästä hieman erikoislaatuiselta. Jostain jotain varmaan kertoo sekin, että helpoimmin tietoa Lieksan rautameteoriittioletetusta on saatavilla amerikkalaisen maisterivaiheen opiskelijan opinnäytetyöstä.

Joka tapauksessa viimeisen vuoden aikana Lieksan rautameteoriittioletettujen tutkimuksessa on opinnäytteiden myötä otettu valtaisia loikkia eteenpäin. Tämä on tietysti erittäin kannatettavaa ja arvokasta toimintaa. Toivottavasti tämä johtaa ennen pitkää siihenkin, että tulevissa blogiteksteissä ei tarvitse enää etsiä kiertoilmauksia, vaan kansainvälisen hyväksynnän myötä voi ihan suoraan puhua ”Lieksan rautameteoriitista”.

1Posterit ovat puheiden ohella toinen perinteinen tapa esittää tutkimusten alustavia tuloksia tieteellisissä kokouksissa. Kokouspostereita säestää aina varsinainen kokousabstrakti eli aiheesta kirjoitettu mitaltaan hyvin vaihteleva juttu, joka ei kuitenkaan käy läpi vertaisarviointia. GTK:n tutkijoiden posterista ei käy ilmi, mihin kokoukseen se mahdollisesti liittyy, eikä aiheesta ilmeisesti ole kirjoitettu abstraktia.

2Jos tarkkoja ollaan, virallisesti Suomesta on löydetty 12 meteoriittia, sillä Meteoritical Society valitettavasti laskee vuonna 1902 löydetyn Marjalahden pallasiitin venäläiseksi. Toki Marjalahti sijaitsee nykyisin Venäjän puolella rajaa ja autonominen Suomi oli löytöhetkelläkin osa Venäjää, mutta eihän tämä siitä venäläistä tee. Marjalahtea tutki ensimmäisenä väitöskirjassaan suomalaismeteoriittien merkittävin varhainen tutkija, sipoolaissyntyinen mineralogi Leonard Borgström (Johan Henrik Leonard Borgström, julkaisuissa myös Leon. H. Borgström, 1876–1954), joka teki työuransa lähinnä Helsingin yliopiston ylimääräisenä mineralogian professorina. Marjalahden pallasiitti on sikälikin merkittävä, että sen oliviinikiteitä käytettiin pitkään ja käytetään osin edelleenkin yleisenä standardimateriaalina geokemiallisessa analytiikassa. Marjalahden pääkappaletta säilytetään Helsingissä Luonnontieteellisen keskusmuseon Luomuksen kokoelmissa.

3Neumannin viivojen löytöhistoriaan liittyy paljon hyvin yleisiä virhekäsityksiä, joten käytänpä alaviitteen suoman tilaisuuden hyväkseni oikaistakseni niitä edes pieneltä osin.

Neumannin viivat löysi Braunaun rautameteoriitista itävaltalainen(?) mineralogi Johann Georg Neumann. Hän ei ole sama henkilö kuin saksalainen kirkkohistorioitsija ja teologi Johann Georg Neumann (1661–1709), jonka kuvaa kuitenkin silloin tällöin hänen mineralogitäyskaimansa yhteydessä käytetään. Mineralogi Johann Georg Neumann ei myöskään ole sama mies kuin huomattavasti kuuluisampi saksalainen mineralogi Franz Ernst Neumann (1798–1895), jonka kunniaksi Neumannin viivojen löytäminen valitettavan monesti annetaan. Tämä virhe esiintyy ainakin useissa muutoin erittäin ansiokkaissa ja suosituissa O. Richard Nortonin (1937–2009) meteoriittikirjoissa. Oletankin, että tämä Nortonin lipsahdus on yleisen harhaluulon taustalla.

Neumann piti Wienin luonnontieteen ystävien viikkokokouksessa 21.1.1848 esitelmän nimeltään ’Structur des Braunauer Meteoreisens’ nykyiseen Tšekkiin vuonna 1847 pudonneen Braunaun rautameteoriitin rakenteesta. Kuuluisa itävaltalainen mineralogi Wilhelm Haidinger (Wilhelm Karl Ritter von Haidinger, 1795–1871) kokosi saman vuoden elokuussa  perustamansa ja johtamansa yhdistyksen julkaisuun ’Berichte über die Mittheilungen von Freunder der Naturwissenschaften in Wien (IV. Band. Nr. 1–6)’ tiivistelmät esitelmistä. Tuo ilmeisesti Haidingerin kirjoittama tiivistelmä on tiettävästi ensimmäinen kirjallinen maininta Neumannin viivoista. Jo siinä esitetään niiden syntyneen kaksostumalla.

Tiivistelmän lopussa kerrottiin varsinaisen tutkimusartikkelin olevan työn alla. Neumannin artikkeli ’Ueber die krystallinische Structur des Meteoreisens von Braunau’ ilmestyikin luultavasti jo vuonna 1849 Haidingerin toimittamassa lehdessä ’Naturwissenschaftliche Abhandlungen’ (muutamien lähes samannimisten lehtien vuoksi tätä kutsutaan joskus myös jälkiviisaasti nimellä ’Naturwissenschaftliche Abhandlungen Wien’). ”Luultavasti” siksi, että nykyisin helposti sähköisesti saatavilla oleva kirjamuotoinen yli 500-sivuinen kokoelmanide (Dritter Band in zwei Abtheilungen) on vuodelta 1850, mutta ilmeisesti lehtimuotoinen julkaisu tapahtui jo vuoden 1849 puolella. Vanhojen julkaisuvuosien selvittäminen tahtoo usein olla hieman hankalaa.

Laitetaanpa tähän loppuun vielä Neumannin piirroskaavio Braunaun meteoriitin Neumannin viivojen sijoittumisesta heksaedriin nähden, osin ihan vain siitäkin ilosta, että useimmat riittävän vanhat kuvat ja tutkimukset ovat kaikkien vapaasti ja luvallisesti käytettävissä.

Kuva: J. G. Neumann, 1849/1850: Ueber die krystallinische Structur des Meteoreisens von Braunau. Teoksessa: W. Haidinger (toim.), Naturwissenschaftliche Abhandlungen, Dritter Band in zwei Abtheilungen, 45–56, Tafel VI.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

Rashid ja Atlas – Arabiemiraattien kuumönkijä ja rakopohjaiset kraatterit

1.4.2023 klo 07.02, kirjoittaja
Kategoriat: geofysiikka , Kraatterien morfologia , Kraatterit , Kuu , kuulennot , Nimistö , Tektoniikka , Vulkanismi

Kuun pinnalle ja sitä kiertämään suunnitellaan lähivuosina laukaistavaksi runsaasti kiertolaisia, laskeutujia ja mönkijöitä. Itse olen jo aikaa sitten pudonnut kärryiltä sen suhteen, mitä hanketta on lykätty kuinkakin paljon ja miten laskeutumisaluesuunnitelmat ovat muuttuneet.

Tällä hetkellä vahvin kandidaatti seuraavaksi Kuun pinnalta kuvia ja tutkimustuloksia lähettäväksi alukseksi on Yhdistyneiden arabiemiirikuntien Rashid-mönkijä. Viime joulukuussa SpaceX-yhtiön Falcon 9 -kantoraketilla avaruuteen laukaistun aluksen on määrä päätyä huhtikuun aikana, mahdollisesti 25.4.2023 japanilaisen ispace-yhtiön Hakuto-R-laskeutujalla pehmeästi Atlas-kraatteriin. Mikäli kaikki sujuu hyvin, ispacestä tulee ensimmäinen Kuuhun tai ylipäätään toiselle taivaankappaleelle onnistuneen laskeutumisen tehnyt yksityinen yhtiö ja Arabiemiirikunnista Yhdysvaltain, Neuvostoliiton ja Kiinan jälkeen neljäs valtio, joka on saanut kauko-ohjatun laitteen siirtymään Kuun pinnalla paikasta toiseen.1

Atlas sijaitsee Kuun lähipuolen koillisosassa lähellä kolmea muuta Kreikan mytologian hahmojen mukaan nimettyä kraatteria. Kuva: Virtual Moon Atlas / LRO WAC / T. Öhman.

Hakuto-R:n kyydissä on itse asiassa kaksikin laskeutujaa. Länsimediassa Rashid on ”perinteisenä” mönkijänä saanut jonkin verran palstatilaa, mutta mukana on myös Japanin avaruushallinto JAXAn johdolla kehitelty minimönkijä Lunar Excursion Vehicle 2 (LEV-2). Siitä ei ole juuri kylillä huudeltu, mutta tietyissä piireissä se on varmasti Rashidiakin innostavampi värkki. Kyseessä on nimittäin erittäin jännä idea: LEV-2 on vain noin kahdeksan sentin läpimittainen 250 grammaa painava pallo, joka Kuun pinnalle laskeuduttuaan Transformersien tapaan muuttaa muotoaan ja ohjataan liikuskelemaan paikasta toiseen. LEV-2:n tiimissä onkin mukana Transformersit aikoinaan kehittänyt lelufirma Tomy.

Itse en ole nähnyt Hakuto-R:n laskeutumista seuraavien tapahtumien tarkkaa aikataulua, joten voi olla, että LEV-2 rullaa pinnalle ennen Rashidia. Tällöin tietysti Japani päihittää Arabiemiirikunnat pinnalla liikkuvan laitteen saamisessa Kuuhun. Hyötykuormana LEV-2:lla on kaksi kameraa, joten sen suora tieteellinen anti jää kameroiden näkymien analysoinnin varaan. Hyvin arvokasta sekin tietysti voi olla, tarkasta laskeutumispaikasta ja tuuristakin riippuen.

Hakuto-R on tällä ensilennollaan lähinnä ”vain” laskeutuja, jonka tehtävänä on paitsi todistaa, että Kuuhun laskeutumisen teknologiset haasteet eivät ole ylitsepääsemättömiä yksityisellekään toimijalle, myös ennen kaikkea toimittaa Rashid ja LEV-2 turvallisesti perille. Lisäksi Hakuto-R toimii mönkijöiden linkkimastona. Siinä on myös kanadalaisvalmisteinen kamera, jonka on tarkoitus lähinnä kuvata Rashidia ja LEV-2:ta. Hakuto-R:n ja LEV-2:n tapaan Rashid on ennen kaikkea avaruustekniikan demonstraatio ja Emiraattien osoitus teknologisesta ja taloudellisesta mahdistaan. Nelipyöräinen ja kymmenkiloinen Rashid on kuitenkin ihan pätevä tutkimuslaite eikä ”pelkästään” insinöörien taidonnäyte.

Rashidissa on kaksi2 ranskalaisvalmisteista Full HD -tasoista CASPEX-kameraa. Samaan tekniikkaan pohjautuu myös NASAn Marsia tutkivan Perseverance-mönkijän SuperCam, joten Kuun pinnalta on lupa odottaa ainakin laatunsa puolesta erinomaisia näkymiä. Rashidin onnistuessa osan mediahuomiosta viekin varmasti kamerat rakentanut Ranskan avaruusjärjestö CNES. Kameroiden on tarkoitus toimia 8–10 päivää tutkien maisemia ja geologiaa, sekä Kuun hienorakeisen pinta-aineksen eli regoliitin ja mönkijän vuorovaikutusta ja pölyn kulkeutumista.

Rashidissa on myös kolmas ranskalaiskamera, Nancyssä sijaitsevassa Lorrainen yliopistossa kehitetty mikroskooppikamera, jolla suunnitelmien mukaan tutkitaan regoliitin rakennetta. Se kuvaa 4×5 cm:n alueen noin 25 mikrometrin tarkkuudella kuvapistettä kohti. Voisi kuvitella, että mikäli regoliitin sijasta kivenmurikka saadaan mikroskooppikameran näkökenttään, senkin kuvaaminen Rashidin tutkimusryhmälle kelpaa. Rashidin neljäs kamera taas on melko alhaisen erotuskyvyn lämpökamera, joka kartoittaa mönkijän lähiympäristön lämpötilaa senttimetrien tarkkuudella.

Kameroiden lisäksi Rashidin ainoa varsinainen tieteellinen tutkimuslaite on Arabiemiraattien, Oslon yliopiston ja Eidsvoll Electronicsin (EIDEL) tutkijoiden yhteistyönä rakentama Kuun plasman ja regoliittipölyn vuorovaikutusta tutkiva laite (multi-Needle Langmuir Probe, m-NLP). Se mittaa elektronien tiheyttä neljällä korkeudella noin 15–65 cm:n korkeudella pinnasta. Kuun pinnan yläpuolella pilvimäisinä muodostelmina leijailevaa, ilmeisesti sähköstaattisten voimien kannattelemaa ja mahdollisen riskitekijän muodostavaa pölyä on ihmetelty jo Surveyor- ja Apollo-lennoista lähtien. Silti sen muodostumista tai kulkeutumista Kuussa ei vieläkään ymmärretä. Koska Kuuhun on lähivuosina suuntaamassa runsaasti herkkiä tutkimuslaitteita ja myös jokunen monipuoliseksi kuututkijaksi koulutettu astronautti, voi m-NLP:n tuloksista olla merkittävästikin iloa niin tieteellisesti kuin tulevien laskeutumisalusten, mönkijöiden ja astronauttien turvallisuuttakin silmällä pitäen.

Euroopan avaruusjärjestö ESA on ollut tukemassa m-NLP:n kehitystä, mutta ESAlla on myös suorempi yhteys Rashidiin. Rashidin renkaissa on nimittäin eri materiaaleista koostuvia pieniä paneeleja, joista osan ESAn materiaalitutkijat hankkivat. Kokeessa on tarkoitus tutkia eri materiaalien kestävyyttä ja kuupölyn tarttuvuutta niihin. Koska ESA ei ole ollut mukana aiemmissa Kuuhun laskeutuneissa tai sen pinnalla kulkeneissa aluksissa, ovat Rashidin renkaiden testilevyt ensimmäinen ESAn ja siis suomalaisten veronmaksajien suora kosketus Kuun pintaan. Rashidin on suunniteltu kestävän vain yhden Kuun päivän eli 14 meikäläistä vuorokautta, eikä tuosta ajasta tietenkään todellisuudessa ajella paljoakaan. Siksi näin epäinsinööristä tuntuu melkoisen epätodennäköiseltä, että pelkkien valokuvien perusteella pystyttäisiin tekemään kovin pitkälle meneviä johtopäätöksiä materiaalien kulutuskestävyydestä Kuun olosuhteissa. Mutta tämäkin on askel eteenpäin, ja kun ESAlle tilaisuus tällaiseen tutkimukseen mukaan menemiseen tuli, oli toki vain järkevää tarttua siihen.

Atlaksen mytologiaa ja geologiaa

Niin astronautit kuin lähivuosien robottiluotaimetkin ovat pääsääntöisesti suuntaamassa Kuun eteläiselle napaseudulle. Rashid kuitenkin eroaa muista, sillä sen tähtäimessä oleva Atlas-kraatteri sijaitee Kuun lähipuolen koillisosassa. Kuuharrastajan kannalta tässä on tietenkin se mukava piirre, että Rashidin laskeutumisaluetta voi katsella helposti jo kiikarilla. Pienehköllä kaukoputkella sen geologisista pääpiirteistä pääsee aika helposti kärryille.

Kuun kraatterit on jo pitkään nimetty lähinnä tutkimusmatkailijoiden tai luonnontieteilijöiden mukaan. Kuun koillisosa on kuitenkin erikoislaatuinen poikkeus, sillä siellä on neljä suurta kraatteria, jotka ovat saaneet nimensä Kreikan mytologian hahmojen mukaan. Eräissä tarinoiden versioissa tosin ainakin kolmelle neljästä on annettu myös tähtitieteellisiä ansioita. Yksi näistä on Endymion, komea kuolevainen johon Kuun jumalatar Selene rakastui. Sen nimesi jo Michael van Langren vuonna 1645, kuten viime lokakuussa kirjoittelin. Syystä tai toisesta Giovanni Riccioli piti van Langrenin antamasta nimestä ja kenties siitä innostuneena antoi kolmelle muullekin saman seutukunnan kraatterille mytologiaan pohjautuvan nimen.

Mytologisen nelikon eteläisin jäsen on Cepheus, joka on paljon tutumpi tähdistönä – Kefeus oli Etiopian kuningas, Kassiopeian puoliso ja Andromedan isä – kuin kraatterina. Uroteoistaan ja Kefeuksen tavoin myös tähdistönä tunnettu Hercules taas on aivan taivaankannen kannattelijan Atlaksen vieressä Mare Frigoriksen eli Kylmyyden meren itäpään tuntumassa. Herkuleen ja Atlaksen sijoittaminen vieretysten tuntuu hieman julmalta Atlasta kohtaan, sillä Herkuleella ja Atlaksella oli omat kärhämänsä jo Herkuleen eläessä, ja kun Herkules kuoli, Atlas horjahti ja maailma järkkyi Olympos-vuorelle siirtyneen Herkuleen tuoman ylipainon vuoksi.

Kraatterina Atlas on erittäin mielenkiintoinen tapaus. Sen halkaisija on noin 88 km ja se syntyi myöhäisimbrisellä epookilla ollen nyt siis varhaisessa keski-iässä. Toisin kuin tavanomaisten kraattereiden tapauksessa, Atlaksen pohja ei kuitenkaan ole tasainen. Jos unohdetaan noin 800 m korkea keskuskohouma, ovat Atlaksen pohjan keskiosat noin 100–300 m korkeammalla kuin reunaosat. Pohja on siis kupera. Lisäksi sitä halkovat noin 1–2,5 km leveät ja pari–kolmesataa metriä syvät raot. Atlaksen pohjan raot tunnetaan nykyisin kollektiivisella nimellä Rimae Atlas.

Atlas paikallisen aamupäivän, keskipäivän ja iltapäivän valaistuksessa. Keskipäivän eli täysikuun kuvaan on punaisella ympyrällä merkitty Rashidin suunniteltu laskeutumisalue. Tummat läiskät ovat pohjan raoista purkautunutta pyroklastista ainesta. Mittakaavajanan pituus 10 km. Kuva: NASA / ASU / LRO WAC / ACT-REACT QuickMap / T. Öhman.

Atlaksen kaltaisia kraattereita kutsutaan yksinkertaisesti rakopohjaisiksi kraattereiksi (engl. floor-fractured craters). Ne ovat törmäyskraattereita siinä missä kaikki muutkin Kuun suuret kraatterit. Ne ovat kuitenkin joutuneet Kuun sisäisten voimien muokkaamiksi. Rakopohjaiset kraatterit esiintyvät lähes aina Kuun merien lähistöllä, mutta niiden pohjat eivät ainakaan kokonaisuudessaan ole mare-basalttien peittämiä. Joskus pohjan raot ja/tai kuperuus ovat ainoa selkeä osoitus siitä, että kraatteria on sen synnyn jälkeen muokattu merkittävästi. Melko usein, kuten Alphonsus-kraatterin tapauksessa, rakoihin kuitenkin liittyy erittäin selväpiirteisiä vulkaanisia purkausaukkoja ja syvyyksistä pinnalle suihkunnutta tummaa tuliperäistä ainesta. Vastaavia tummia pyroklastisia läiskiä on pari kappaletta myös Atlaksen pohjalla. Niitä, kuten Kuun kaikkia värieroja, kannattaa katsella kutakuinkin täydenkuun aikaan.

Rakopohjaisten kraatterien synnyn yksityiskohdista käydään edelleen harvakseltaan keskustelua uusien tutkimusartikkelien muodossa. Perusidea on kuitenkin ollut selvillä jo kohta viisi vuosikymmentä: syviä törmäyssyntyisiä rakoja pitkin kraatterin alapuolelta on kohonnut magmaa. Se ei kuitenkaan ole noussut pintaan saakka vaan kohoaminen on tyssännyt jonkin matkaa pinnan alapuolelle. Siellä se on muodostanut muodoltaan hieman sienimäisen, niin sanottua lakkoliittia muistuttavan magmaintruusion. Se on pullistanut ja venyttänyt kraatterin pohjaa synnyttäen grabeneja eli hautavajoamia tai pienempiä rakoja.

Joltisenkinmoinen yksinkertaistettu yritys rakopohjaisen kraatterin rakojen synnyn havainnollistamiseksi. Kraatterin pohjan alapuolelle tunkeutuu magmaattinen juoni, todennäköisesti törmäyksessä syntyneitä syvälle ulottuvia rakoja hyödyntäen. Magman noste ei kuitenkaan riitä kohottamaan sitä pintaan saakka, vaan se jämähtää hieman pohjan alapuolella muodostaen lakkoliitin. Lakkoliitti pullistaa ja venyttää yläpuolellaan olevaa kraatterin pohjaa. Paikka paikoin rakoa pitkin purkautuu pyroklastista ainesta pinnalle saakka kuten vaikkapa Alphonsuksessa ja parissa kohdassa Atlaksen pohjaa on tapahtunut, mutta usein mitään magmaattista ainesta ei nouse pinnalle asti vaan kraatterin pohjalla havaitaan vain venytyksen aiheuttama rako tai graben eli hautavajoama. Kuva (Wikimedia Commons / Erimus / Stannered / T. Öhman) on jonkin verran, mutta ei riittävästi muokkailtu versio Wikipedian lakkoliittikuvasta. Ensimmäisen kerran käytin tätä kuvaa Humboldteista kertovassa jutussa, josta löytyy lisää esimerkkejä rakopohjaisista kraattereista.

Sanomattakin lienee selvää, ettei yksikään Apollo-lento sen paremmin kuin mikään aiempi miehittämätön laskeutuja tai mönkijä ole tutkinut yhtään rakopohjaista kraatteria paikan päällä. Tällaisia kraattereita ei myöskään maapallon pinnalta tunneta, joten Rashid tarjoaa ihmiskunnalla ensimmäisen lähinäkymän rakopohjaiseen kraatteriin.

Itselleni ei Rashid-uutisia ja kokousabstrakteja lukiessani ole missään vaiheessa käynyt selväksi, mikä lopulta oli syy Atlaksen valikoitumiseen Rashidin kohteeksi. Julkisuuteen ilmoitetun suunnitellun Hakuto-R:n laskeutumispaikan koordinaatit ovat 47,5°N 44,4°E. Tämä veisi Rashidin Atlaksen pohjan pohjoisosiin. Laskeutumisellipsin kokoa tosin ei ole silmiini osunut.

Laskeutumispaikan valintaa voi pitää melkoisen rohkeana. Alue on hieman tasaisempaa kuin suurempien rakojen kirjomat eteläinen, itäinen tai läntinen pohja, mutta pohjoisessakin maasto on kumpuilevaa, paikoin rakoillutta ja onpa lähistöllä lähes 4,5-kilometrinen nimetön hyvin nuori kraatterikin. Rashid voi aivan hyvin kohdata sen heittelettä, vallankin jos laskeutuminen tapahtuu vähänkään aiotuista koordinaateista länteen. Laskeutumisalue on myös lähellä Atlaksen pohjan pohjoisempaa pyroklastisen aineksen peittämää aluetta, tai määritelmästä riippuen jopa sen päällä. Joka tapauksessa alueella varmasti jonkin verran on syvältä Kuun sisuksista, todennäköisesti vaipasta saakka purkautunutta tuliperäistä ainesta.

Riippuen siitä kuinka lähelle nimetöntä pientä kraatteria, Atlaksen pohjoisreunaa tai jotain rakoa Hakuto-R laskeutuu, Rashidin ranskalaiskameroiden tallentamat maisemat voivat olla kuulaskeutumisten parhaimmistoa. Ainakaan basalttitasankojen loppumatonta piirteettömyyttä Rashid ei kohtaa. Toivotaan kuitenkin, että se osuu sen verran tasaiseen paikkaan, ettei laskeutuminen ainakaan alueen kivikkoisuuteen tai kuoppaisuuteen kirjaimellisesti kaadu.

Näin geologin näkökulmasta on harmillista, ettei Rashidiin onnistuttu saamaan ainuttakaan mittalaitetta, joka pystyisi analysoimaan pinnan kemiallista koostumusta. Mikäli esimerkiksi Rashidin renkaat ruopaisevat pinnan alta näkyville jotain erityisen kiinnostavaa vulkaanista ainesta, kuten Jack Schmitt hieman onnekkaastikin Apollo 17 -lennolla löysi oranssit lasipalloset kun oli saappaillaan ensin pöyhinyt pintaa, saataneen mikroskooppikameran kuvista kuitenkin pääteltyä jotain aineksen syntyyn liittyvistä prosesseista. Lasiahan ja ylipäätään mitä tahansa vulkaanista ainesta voi olla päätynyt pinnalle paitsi itse Atlaksen pohjan raoista myös tuoreen nimettömän kraatterin heitteleen mukana. Tuollaisen 4,5-kilometrisen kraatterin voi laskennallisesti olettaa nostaneen Atlaksen pohjalle ainesta parhaimmillaan jopa noin 500 metrin syvyydestä, joten niin pinnalle purkautuneita lasipalleroita kuin syvemmällä kiteytyneitä kiviä voi heitteleen mukana olla Rashidin näköpiirissä.

Kuten sanottu, en tiedä emiraattien tai heitä avustaneiden ranskalaisten perimmäistä syytä Atlaksen tai sen pohjoisen pohjan valinnalle Rashidin laskeutumispaikaksi. Jos geologialla on ollut mitään tekemistä valinnan kanssa – kuten tietysti luulisi ja toivoisi – on tuoreella törmäyskraatterilla ja sen syvyyksistä paljastamilla kivillä, samoin kuin tietysti pohjan raoista purkautuneella pyroklastisella aineksella kaiken järjen mukaan ollut huomattava painoarvo. Lisäksi 1970-luvulla tehdyn geologisen kartoituksen mukaan Rashidin laskeutumisalue on Atlasta nuoremman Herculeksen heittelekentän rajalla. Myöhemmissä tulkinnoissa tätä rajaa on tosin siirretty lännemmäksi Atlaksen pohjalla, mutta loppujen lopuksi sillä ei kovin suurta merkitystä liene, tavallisen ballistisen heittelentän raja kun on aina veteen piirretty viiva. 68-kilometrinen Hercules on ainakin laskennallisesti nostanut ainesta noin viiden kilometrin syvyydestä. Tällainen kiviaines, vallankin mikäli sen lähtöpaikka todellakin pystyttäisiin osoittamaan Herculekseksi, olisi geologeille erittäin kiinnostavaa.

Rashidilla ei siis työkaluja kunnolliseen geologiseen tutkimukseen valitettavasti mukanaan ole, mutta on helppo kuvitella, että tästä huolimatta lennon suunnittelijat ovat halunneet laskeutumisalueeksi geologisesti kiinnostavan paikan. Toivottavasti kaikki menee hyvin ja muutaman viikon kuluttua päästään näkemään, miltä Atlaksen pohjan geologia oikeasti lähietäisydeltä tarkastellen näyttää. Ja jospa samalla lopulta selviäisi sekin, mikä mahti Kuun pölyn oikein saa levitoimaan.

1Kiinalaiset, vuosina 2013 ja 2019 laskeutuneet Yutu-mönkijät ovat tuoreimmat tapaukset. Ainoat niitä edeltäneet kuumönkjät olivat Neuvostoliiton Lunohod 1 ja 2 -alukset vuosina 1970 ja 1973. Ensimmäinen robottialus, joka hallitusti vaihtoi paikkaansa Kuun pinnalla, oli kuitenkin Yhdysvaltain Surveyor 6 -laskeutuja syksyllä 1967. Sen rakettimoottoreita käytettiin hallittuun laskeutujan paikan muuttamiseen osana Kuun pintaosien ominaisuuksia koskeneita tutkimuksia. Tuo ensimmäinen kuuloikka oli kuitenkin ihan suunnitellusti melko vaatimaton, noin 2,5 metriä.

2CNESin itsensä mukaan kameroita olisi kolme, mutta Rashidin valmistanut Emiraattien avaruuskeskus Mohammed Bin Rashid Space Centre puhuu tiedotteissaan koko ajan kahdesta. Varmaa tietoa minulla ei ole, mutta oletan, että myös Rashidin mikroskooppikamera pohjautuu CASPEXiin, jolloin molemmat väitteet olisivat kutakuinkin oikeassa.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *