Tuoksuu taivaalliselta

4.6.2019 klo 16.05, kirjoittaja
Kategoriat: Ilmiön takana , Otsikon takana , Yleinen

Jättimäinen molekyylipilvi Sagittarius B2 sijaitsee lähellä Linnunradan keskustaa. Sieltä on havaittu tässä jutussa mainittujen lisäksi useita muitakin molekyylejä. Kuvassa näkyy sinertävällä infrapunassa kuvattua Linnunradan keskustan aluetta ja punertavalla värillä sen edustalla näkyvät alueet, joista on löydetty tiheää, lämmintä pölyä. Pölyn avulla saadaan näkyviin myös Sagittarius B2, joka sijaitsee kuvassa keskiosasta vasemmalle (kirkkaan punertavat repaleet).
Kuva ESO/APEX & MSX/IPAC/Nasa

Kaikkihan tietävät, että avaruudessa on tyhjää. Tai ainakin lähes.

Paraskaan Maan päällä nykyään tuotettu tyhjiö ei päihitä avaruuden oloja: tyypillisessä tähtienvälisessä avaruudessa on aina muutama atomi tai muu hitu jokaisessa kuutiosentissä avaruutta, kun huippulaboratorioissa saadaan nykyään aikaan tyhjiöitä joissa hiukkasia on edelleen satakertainen määrä.

(Täydellistä tyhjiötä ei edes voida saavuttaa kuin korkeintaan hetkellisesti ja pienessä skaalassa: siellä olisi edelleen fotoneita, neutriinoja, kenties pimeää ainetta, ja ns. virtuaalihiukkasia.)

Oma lukunsa ovat tietysti tähtienväliset kaasu- ja pölypilvet, joissa hiukkasia on tiheämmässä. Jopa satoja valovuosia halkaisijaltaan olevissa kaasupilvissä on keskimäärin tuhatkunta hitua kuutiosentissä, ja tiheimmissä ja pimeimmissä pilvenlongissa niitä voi olla miljoonakin.

Koska täyttä tyhjiötä ei avaruudessakaan ole, uteliaan ihmisen on täysin aiheellista kysyä: Miltä siellä haisee? Koska täytyyhän siellä haista. Ja jo vain haiseekin.

Kysymys on tietysti pitkälti teoreettinen, sillä jos nyt suuressa viisaudessasi menisit riisumaan avaruuspuvun kypärän kesken avaruuskävelyn kuvitteellisella tutkimusmatkalla jättimäiseen molekyylipilveen, et kyllä haistaisi mitään, mutta siinä tilanteessa sinulla olisi varmaan muutakin ajateltavaa ja huolenaihetta.

Onneksi avaruutta voi haistella turvallisemminkin.

Rommia ja mätiä munia

Tähtienvälisistä kaasupilvistä on löytynyt monenmoisia yhdisteitä, joita voi haistella myös Maan pinnalla. Yksi näistä aineista on valtavasta Sagittarius B2 -pilvestä löytynyt etyyliformiaatti. Sen maku muistuttaa vadelmaa ja se tuoksuu rommille, mutta se toisaalta myös ärsyttää silmiä ja ihoa.

Vähemmän herkulliselle tuoksuisi Rosetta-luotaimen tutkima komeetta 67P/Tšurjumov–Gerasimenko. Sen pinnalta on löydetty avaruudessa hyvin yleistä vetysulfidia, jonka ominaishaju muistuttaa mätiä kananmunia. Komeetan pinnalta myös löytynyt yleisaine ammoniakki tuoksuu lähinnä vanhalle virtsalle. Nenään saattaisi ajelehtia myös mantelin, marsipaanin ja etikan aromeita. Jupiter tuoksunee hiukan samalta, riippuen siitä, kuinka syvällä sen eri kerroksissa seikkailee.

Myös Uranuksen pilvet näyttävät haiskahtavan mädille munille. Sehän on vitsi jo itsessään.

Painovoiman vähäisyys voi myös vaikuttaa kotoisten tuotteiden tuoksuun. Kansainväliselle avaruusasemalle vuonna 1998 lennätetty ruusu tuoksui yllättäen paljon ruusuisemmalle, kuin ruusut Maan päällä.

Kosminen ruudinkäry

Avaruuskävelyillä käyneiden astronauttien pukuihin on havaittu tarttuneen aurinkokunnan sisäosien hajua. Nasan astronautti Dominic ”Tony” Antonelli on kuvaillut, että avaruuden katkun tuntee heti, kun avaruuskävelyltä palaajat saapuvat ilmalukosta aluksen sisään.

”Avaruus tuoksuu ehdottomasti erilaiselle, kuin mikään muu”, Antonelli on sanonut. Haastatellut astronautit ovat kuvailleet tuoksun muistuttavan mm. kunnolla käristettyä pihviä, palanutta metallia, saksanpähkinöitä, hitsauskäryä tai kuumentuneen elektroniikan hajua.

Myös Apollo-astronautit saivat osansa avaruuden hajumaailmasta, kun Kuun pinnalla kävelleet riisuivat avaruuspukunsa. Joka paikkaan tunkevaa ja takertuvaista kuupölyä kantautui sisälle kuulaskeutujaan puhdistusyrityksistä huolimatta.

”Tuoksuu palaneelle ruudille”, kuvaili kuupölyn aromia Apollo 17 -astronautti Gene Cernan. Apollo 16:lla lentänyt John Young peräti maistoi kuupölyä. ”Ei hassumpaa”, hän totesi.

Okei, John.

Teräväpintainen kuupöly ei ole erityisen lempeää ainetta eikä sitä ehdoin tahdoin kannattaisikaan nuuskutella. Apollo 17 -astronautti Jack Schmitt sai ilmeisesti historian ensimmäisen avaruusperäisen heinänuhan kuupölyn ansiosta. Kuupölyn onkin arveltu olevan merkittävä terveysriski mahdollisilla tulevaisuuden kuulennoilla. Se voi aiheuttaa tuhoja keuhkoissa, aivoissa ja DNA:ssa.

Avaruus tuoksuu elämälle

Mikä sitten saa avaruuskävelijät haiskahtamaan? Tarkkaa tietoa tuoksun aiheuttajasta ei ole, mutta syypäiksi on arveltu happimolekyylejä sekä polyaromaattisia hiilivetyjä eli PAH-aineita.

Arvellaan, että yksittäisiä happiatomeja voi takertua avaruuspuvun pintaan oleiltaessa aluksen ulkopuolella. Kun palataan happirikkaaseen sisätilaan, hengitysilman kaksiatomiset happimolekyylit voivat tarttua näihin yksittäisiin atomeihin ja muodostaa kolmiatomista happea, eli juurikin otsonia.

PAH-aineita taas on löydetty viljalti ympäri avaruutta, mutta niiden syntytapa ei ole varmasti selvillä. Ehkä yleisesti hyväksytyimmän teorian mukaan niitä syntyy tietyssä jättiläistähtien kehitysvaiheessa tähtiä ympäröivissä kaasuvaipoissa. Tähden energiantuoton loppuvaiheissa se puhaltaa PAH-aineet pintakerrostensa mukana avaruuteen, jossa niitä odottavat uudet seikkailut.

PAH-aineet osallistuvat muun muassa komeettojen, planeettojen ja tähtien muodostumiseen. Erään hypoteesin mukaan ne saattoivat olla osallisena jopa elämän synnyssä maapallolle.

On lohdullinen ajatus, että kenties sinänsä ankara avaruus tuoksuu uuden synnylle — ja elämälle.

Korjaus 6.6.2019: Tyypillisessä tähtienvälisessä avaruudessa on muutamia hiukkasia per kuutiosentti, ei kuutiometri.

Lähteitä:
https://www.science.org.au/curious/space-time/smells-space-horse-pee-and-raspberries
https://www.science.org.au/curious/space-time/smells-space
https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2006/30jan_smellofmoondust
https://ismlandmarks.wordpress.com/polycyclic-aromatic-hydrocarbons-pahs/
https://io9.gizmodo.com/this-space-cloud-smells-like-rum-and-tastes-like-raspbe-1695890013
https://www.space.com/6509-space-smells-funny-astronauts.html
https://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/space_scents_feature.html

4 kommenttia “Tuoksuu taivaalliselta”

  1. Pitäisköhän se olla muutama atomi kuutiosentissä eikä kuutiometrissä, tähtienvälistä avaruutta nimittäin. Galaksien välillä muistaakseni on yksi protoni per kuutiometri, mutta täällä galaksin sisällä on tiheämmät tunnelmat

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Hyvä pointti, kiitos! Mun lähteeni oli vanhentunut. Korjaan.

  2. Erkki Tietäväinen sanoo:

    Olipa virkistävää luettavaa, ja ainakin minulle asiaa, jota en ole tullut edes ajatelleeksi. Kiitos.

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Eipä kestä! Hauskaa että maittoi.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Esirippu kohoaa

3.4.2019 klo 13.46, kirjoittaja
Kategoriat: Ilmiön takana , Otsikon takana , Uutisoinnin arvoista

Tietokonesimulaatio siitä, mitä Event Horizon Telescope voisi nähdä. Kuvassa punertavana näkyy aukkoa kiertävä ohut, kuuma plasma. Pyöreää, tummaa hahmoa kehystää aukkoa kiertävien fotonien muodostama rengas, ja sen sisällä häämöttää Linnunradan keskustan supermassiivisen mustan aukon tapahtumahorisontin hahmo. Kuva Hotaka Shiokawa

”Tulemme havaitsemaan mustien aukkojen tapahtumahorisontteja suoraan vielä tällä vuosikymmenellä”, ennusti Event Horizon Telescope -hankkeen johtaja Sheperd Doeleman Tähdet ja avaruus -lehteä varten tekemässäni haastattelussa liki 10 vuotta sitten.

Olin itse kuullut suht tuoreeltaan, että tutkijat ovat todellakin maailmanlaajuisesti puuhaamassa tällaista hurjaa hanketta: yhdistetään usean radioteleskoopin signaali ympäri maailmaa, jolloin saavutetaan niin pöyristyttävä erotuskyky, että Linnunradan keskustan supermassiivinen musta aukko, Sagittarius A*, voidaan nähdä kuvassa suoraan.

Tai no, oikeastaan kuvassa nähtäisiin mustan aukon tapahtumahorisonttia kehystävä fotonirengas (joka muodostuu hurjan gravitaation taivuttamista fotoneista aukon ympärille sille etäisyydelle, jossa edes valon nopeudella ei voi tehdä muuta kuin jäädä kiertämään mustaa aukkoa), mutta ajatus oli silti miellyttävän tyrmäävä. Ja on se sitä edelleenkin. Tätä nimenomaista kahdeksan radio-observatorion muodostamaa virtuaalista teleskooppia kutsutaan Event Horizon Telescopeksi (EHT).

Eikä Doeleman ollut väärässä. Eteläisellä taivaalla sijaitseva Sgr A* oli kuin olikin EHT:n intensiivisen havaitsemisen kohteena keväällä 2017. Samalla havaittiin myös lähigalaksin M87 keskustan supermassiivista mustaa aukkoa (sekä muutamia muita kohteita). M87 sijaitsee noin 50 miljoonan valovuoden etäisyydellä — galaksiksi edelleen lähellä — mutta tämän superjättiläisellipsigalaksin keskustan musta aukko on itsekin superjättiläisluokkaa, joten sen kokokin on vastaavasti suurempi. M87:n aukko näkyy taivaalla lähes Sgr A*:n kokoisena!

Viiden hyvin sujuneen havaintoyön jälkeen tutkijoilla oli noin tuhat terabitin kokoista kovalevyä täynnä dataa, jota on sittemmin pureskeltu hartaasti.

Niin suuri, mutta niin kaukana

Linnunradan keskustassa on joukko tähtiä, jotka kieppuvat näkymättömän, pienen alueen ympärillä. Koska tähtien radat määrää se massa, jota ne kiertävät, radoista voidaan suoraan laskea tuon näkymättömän pisteen sisältämä massa. Ja siellä todella on roinaa reilun neljän miljoonan Auringon massan verran alueella, joka mahtuisi Merkuriuksen radan sisäpuolelle. Tästä on voitu melkoisen hyvin perusteluin päätellä että jep, jättimäinen musta aukkohan se siellä.

Sgr A* on näennäisesti suurikokoisin musta aukko mitä taivaalta löytyy. Silti sen fotonirengas täältä 27 000 valovuoden päästä katsottuna näyttäisi taivaalla vain 50 mikrokaarisekunnin kokoiselta. Tämä vastaisi golfpallon erottamista Kuun pinnalta.

Kun halutaan katsoa tällaisia hyvin pieniä kohteita, erotuskykyä voidaan parantaa pienentämällä käytettyä aallonpituutta, tai kasvattamalla teleskoopin kokoa. Koska pidempiä valon aallonpituuksia (kuten radioaaltoja) on paljon helpompi laskea yhteen kuin vaikkapa näkyvän valon aallonpituuksia, useamman teleskoopin havaintoja yhdistävät ns. interferometrit tapaavat edelleen toimia radioalueella. Radioaallot myös läpäisevät mukavasti meidän ja galaksimme keskustan välissä olevat sakeat pölypilvet, joista ei vaikkapa Hubblella näkisi läpi lainkaan.

Jännän äärellä

Miksi puhua Event Horizon Telescopesta juuri nyt? Siksi, että koko maailma jännää nyt ensi viikon keskiviikkona 10.4.2019 järjestettävää lehdistötilaisuutta, jossa viimeinkin (oletettavasti!) paljastuu, mitä EHT:n datassa näkyy. ”Tieteen läpimurtotulos julkaistaan Brysselissä”, hehkuttaa tiedotusvälineille lähetetty kutsu, joten odotukset ovat korkealla. Tilaisuus alkaa klo 16 Suomen aikaa ja sitä voi seurata verkon yli useammallakin sivulla, muun muassa tällä ESOn sivulla.

Suomalaisedustustakin EHT:ssä on. Aalto-yliopiston Tuomas Savolainen oli puhumassa aiheesta Ursan esitelmätilaisuudessa jo vuosi sitten, jolloin oli jo pieniä toiveita että tulokset olisivat jo tulleet ja saisimme tuoreeltaan esitelmän juuri julkaistusta kuvasta. Lehdistötilaisuutta odotellessa voi siis viritellä fiiliksiä ja perehtyä asiaan tai virkistää muistia katselemalla tämän Tuomaksen vallan erinomaisen esitelmän.

Mitä EHT:n odotetaan nähneen? Tämän jutun yläosassa on yksi tietokonemallinnettu kuva siitä, miltä Sgr A* voisi suunnilleen näyttää EHT:n kuvissa — joskin todellinen kuva olisi sumeampi. Aukkoa kiertävän kuuman, ohuen plasman hehku voitaisiin nähdä, kirkastuneena siltä reunalta jossa plasma virtaa meitä kohti, ja tummempana siltä reunalta, jossa se kiertyy aukon taakse. Aukkoa kehystää hurjassa gravitaatiokentässä taipuneiden fotonien muodostama rengas, ja pimeyden keskellä häämöttää rajapinta, jonka takaa ei ole paluuta: tapahtumahorisontti.

On nämä jänniä aikoja. Ja aivan pian kuulemme lisää. Media ympäri maailmaa tulee seuraamaan tätä tarkasti, samaten tietenkin Tähdet ja avaruus -lehti, ja naapuriblogin Syksy Räsäseltäkin lienee tulossa katsaus pari päivää tulosten julkistamisen jälkeen.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Tarjoilija, aurinkokunnassani on vettä

4.3.2019 klo 14.51, kirjoittaja
Kategoriat: Ilmiön takana , Otsikon takana , Uutisoinnin arvoista , Yleinen

Taiteilijan visiossa edesmennyt Cassini-luotain lentää Saturnuksen Enceladus-kuun vesisuihkujen läpi. Cassini havaitsi Enceladuksen etelänavalta lähtevät vesisuihkut, lensi niiden läpi ihan oikeastikin ja löysi suihkuista suoloja. Näyttää siltä, että Enceladuksen valtameri on kosketuksissa kivisen pohjan kanssa, josta liukenee veteen ravinteita mahdollisten mikrobien käytettäväksi. Tämä tekee merestä astrobiologisesti erittäin mielenkiintoisen.
Kuva NASA/JPL-Caltech

Juttelin jonkin aikaa sitten erään toimittajan kanssa puhelimessa jostain aivan muusta asiasta. Tulin siinä maininneeksi, että aurinkokunta ja (moderni) maailmankaikkeus ylipäätään on suorastaan täynnä vettä. Toimittaja hämmästyi ja riemastui tiedosta — hän oli ollut siinä käsityksessä, että vesi on avaruudessa erittäin harvinaista. Eikä tietysti mikään ihme, jos katsoo, mistä uutisotsikot kertovat.

Marsista on löydetty vettä! Kuusta on löydetty vettä! Merkuriuksesta on löydetty vettä! Mahtavia uutisia kaikki, mutta on hyvä asettaa ne asianmukaiseen viitekehykseen.

Kelataan vähän taaksepäin ja katsotaan, mistä kaikki tämä vesi oikein on tullut.

Alussa oli vety (ja helium)

Alkuräjähdyksen hiukkaspuuro oli kuumaa, ja hiukkaset kimpoilivat siinä kiivaasti. Puuron jäähtyessä protonit, neutronit ja elektronit hidastuivat ja liikkuivat lopulta riittävän verkkaisesti, jotta ne saattoivat ryhtyä kimpassa atomeiksi. Käytännössä kaikki atomit joita universumissa muodostui tässä vaiheessa olivat vetyä (noin 75 %) tai heliumia (noin 25 %).

Ensimmäiset galaksit syntyivät. Ensimmäiset tähdet syttyivät, ja ne tehtailivat vedystä ja heliumista raskaampia alkuaineita ja levittivät niitä ympärilleen räjähtäessään supernovina. Nämä aineet päätyivät taas vedyn ja heliumin mukana uusiin tähtisukupolviin.

Kelataan erinäisiä miljardeja vuosia eteenpäin, ja näin meillä on nyt olemassa tällainen kiva galaksi Linnunrata, jossa on jo vähän muutakin kuin vetyä ja heliumia. Ei paljoa — noin 2 % — mutta ihan riittävästi, jotta tästä saa muovailtua jo vaikkapa planeettoja ja muurahaisia.

Alkuaineiden yleisyyttä avaruudessa voidaan mitata tutkimalla esimerkiksi tähtienvälisten kaasupilvien lähettämää valoa ja sen spektriviivoja. Linnunradan yleisimmät alkuaineet (vedyn ja heliumin lisäksi) ovat hiili, typpi, happi, magnesium, pii, rikki ja rauta. (Jätin välistä neonin, mutta se on jalokaasu, eikä näin ollen alennu leikkimään mitään molekyylijuttuja muiden aineiden kanssa.) Niistähän rakentelee jo vaikka mitä. Aivan erityisesti niistä rakentelee  vettä: vesimolekyylihän on se mikkihiirimäinen hahmo jossa on isompi happipallukka päänä ja kaksi pienempää vetypallukkaa korvina. Molempia raaka-aineita on hyvin saatavilla.

Jäisellä takapihalla

Tähdet ja planeetat syntyvät yhdessä, kun tähtienvälinen kaasupilven lonka alkaa luhistua kasaan. Tällaisissa pilvissä on yllä lueteltuja, avaruuden yleisimpiä alkuaineita ja pölyä suunnilleen suhteessa 100/1. Luhistuvan pilven ytimeen alkaa tiivistyä tähti, ja prototähden ympärille muodostuu kaasu- ja pölykiekko, jossa planeetat sitten pikku hiljaa kehittyvät.

Kehittyvä tähti lämmittää kaasukiekon sisäosia sen verran, että vesi ja muut helposti höyrystyvät aineet, kuten ammoniakki ja metaani, ovat kaasumaisessa muodossa. Planeettakuntien sisäosiin pääsee siksi muodostumaan vain kuivia kiviplaneettoja. Jos katsotaan aurinkokuntaa, suunnilleen nykyisen asteroidivyöhykkeen ulkolaidoilla alkoi olla jo riittävän kylmä, että vesi, ammoniakki ja metaani saattoivat jäätyä ja muodostaa kiinteitä kappaleita.

Ulkoaurinkokunnassa kehittyville kaasuplaneetoille olikin yllin kyllin rakennusaineita. Ne saivat rohmuttua itselleen suuret määrät jäitä, jotka sitten planeetan gravitaation puristuksessa lämpenivät ja kaasuuntuivat. Jupiter ja Saturnus kasvoivat niin jättimäisiksi, että niiden gravitaatiolla pidetään kiinni myös kevyistä ja helpostikarkaavista kaasuista, vedystä ja heliumista, joita muodostuvassa aurinkokunnassa oli aivan valtavat määrät, ja niistä ne pääasiassa koostuvatkin. Pienemmät Uranus ja Neptunus sen sijaan ovat muodostuneet pääasiassa vedestä, ammoniakista ja metaanista. Ne lasketaan siksi kaasuplaneettojen alaluokkaan, jääjättiläisiin.

Vähän kuin juuri nyt ulos katsoessa, Jupiterin radan takana avautuu kivinen ja jäinen takapihamme. Siellä muodostuneet kappaleet ovat pääasiassa varsin vetisiä — tai no, jäisiä — maailmoja. Karkeasti voi sanoa, että mitä ulommas aurinkokunnassa mennään, sitä vähemmän rakennusmateriaaliksi on riittänyt kiveä, ja sitä jäisemmäksi maisema menee. Neptunuksen radan takaa löydetyt kappaleet ovat varsin kevyitä ja vaikuttavat muodostuneet pitkälti juuri jäistä. Täältä, Kuiperin vyöhykkeen takaa, ns. hajanaisen kiekon alueelta ovat peräisin monet lyhytperiodiset (eli verraten nopeasti Auringon kiertävät) komeetat. Aivan uloinna arinkokuntaa ympäröi kaikkialta miljardien jäisten komeetanytimien pallonkuorimainen Oortin pilvi, josta saapuvat pitkäperiodiset komeetat.

Jäätynyttä vettä löytyy toki täältä etupihaltakin. Sitä on Merkuriuksen ja Kuun navoilla ikivarjossa olevien kraattereiden pohjalla sekä Marsissa mm. navoilla napalakkeina (ja maapallolla, tietysti). Venuksella ja Marsilla oli aiemmin myös juoksevaa vettä, mutta kumpikin planeetta menetti sen — Mars kaasukehänsä koostumuksen, ja Venus kuumuutensa vuoksi.

Uuvuttavissa määrin valtameriä

Luennoimallani Maailmankaikkeus-kurssilla hipaistaan kevyesti aurinkokunnan ulko-osien pieniä kohteita (niitä on valtavat määrät, ja aika on muutenkin loppua kesken — ja jossain kohtaa kaikki loputtomat harmaat pallerot alkavat vilistää silmissä). Luentomateriaalia päivittäessä ja kerratessa tuntuu välillä siltä, että kun jättiläisplaneettojen isoimpia kuita katsoo, vähän jokaisella on laskeskeltu olevan pinnan alainen valtameri sisällään.

Saturnuksen suurin kuu Titan on yksi ulomman aurinkokunnan kuista, joiden pinnan alla tulkitaan kenties olevan nestemäisen veden kerros. Taustalla olevan Saturnuksen renkaat ovat nekin muodostuneet lähes kokonaan vesijäästä.
Kuva NASA / JPL-Caltech / SSI / Val Klavans (CC BY-NC-SA 3.0)

Kaikkihan muistavat paljon puhutun Europan, jonka pinnan alla lasketaan olevan pari kolme kertaa niin paljon vettä kuin maapallon valtamerissä? Mutta vähemmän tunnettuja, mahdollisen valtameren suuruuksia ovat myös mm. Ganymedes, Titan, Kallisto, Triton, Pluto, Titania, Rhea, Oberon, Dione, Enceladus… Asteroidivyöhykkeellä on lisäksi vielä Ceres, jolla silläkin on uumoiltu olevan nestemäisen veden kerros pintansa alla.

Miten pinnanalaisen meren olemassaolon voi päätellä? Esimerkiksi Enceladus-kuun tapauksessa Cassini-luotain havaitsi kuun tutisevan siihen tapaan radallaan, että sen pintakerrosten ja ytimen saattoi päätellä olevan irrallaan toisistaan. Ja jos jäisen kuun sisällä on jokin lämmönlähde, kuten radioaktiivisten aineiden hajoamisen aiheuttama lämpö, soikean radan aiheuttamat vuorovesivoimat ja ehkä vielä jäätymispistettä laskevia epäpuhtauksia mukana, vesikerros voi säilyä nestemäisenä ulomman aurinkokunnan hyisessä ympäristössä.

Mitäköhän oikein yritän tällä kaikella sanoa? Ehkä sitä, että vesi on oikeasti erittäin yleistä aurinkokunnassa. On melkein vaikeampaa löytää kappale, jolla ei ole vettä missään muodossa, edes sitoutuneena kiviainekseen. Ja koska emme ole mitenkään erityisessä asemassa Linnunradassa, vettä on muuallakin. Valtavissa tähtienvälisissä pilvissä, joista uudet tähdet syntyvät, on saatavilla vetyä ja happea, ja pilvien pölyisissä, varjoisissa ja kylmissä sopukoissa muodostuu vettä — ja muitakin kiintoisia, elämälle tärkeitä molekyylejä — pikkuruisten tähtienvälisten pölyhiukkasten pinnalla.

Vettä siis on kahmalokaupalla. Ainakin jäänä.

Astrobiologian ja elämän kehittymisen kannalta kiinnostavia ovatkin juuri nuo nestemäisen veden keitaat ulkoaurinkokunnassa — ja toki vesi ylipäätään toisissa planeettakunnissa. Vesihöyryä onkin löydetty jo joidenkin kuumien jättiläiseksojen kaasukehistä (esim. HD 209458 b, HD 189733 b).

Vesilinjalla voisi jatkaa vielä pitempäänkin. Onko kaikki vesi samanlaista? Mistä maapallon vesi on peräisin? Sekään ei nimittäin ole täysin ilmeistä.

Muutos 5.3.2019: muokattu hieman Marsia koskevia tietoja lukijapalautteen perusteella.

5 kommenttia “Tarjoilija, aurinkokunnassani on vettä”

  1. ”Marsilla aiemmin juoksevaa vettä… mutta menetti sen.. pienuutensa takia.”

    Marsillahan on vettä ja hiilidioksidia kohtalaisen paljon, jään muodossa. Niitä on saattanut hävitäkin matkan varrella avaruuteen, mutta siitä riippumatta planeetan nykytilan voi ymmärtää suoraan kaasujen termodynamiikasta. Jos Marsin kaasukehän paine nousee, CO2:n härmistymislämpötila nousee. Tällöin napa-alueen kaamosajan pintalämpötila nousee, koska se seuraa härmistymislämpötilaa (talvellahan siellä hiilidioksidia härmistyy pintaan jatkuvasti, mikä estää pintaa jäähtymästä alle härmistymispisteen). Aiempaa lämpimämpi (siis vähemmän kylmä) pinta säteilee avaruuten aiempaa suuremman lämpömäärän talven aikana (Stefan-Boltzmannin laki), jolloin talven aikana kertyvä hiilidioksidilumikerros on aiempaa paksumpi, eikä kesä ehdi haihduttaa sitä kokonaan. Tällöin hiilidioksidia kertyy navalle vuosi vuodelta enemmän, ja kaasukehän paine alenee, kunnes jälleen saavutetaan dynaaminen tasapaino. Ja vastaavasti jos paine jostain syystä alenee, käy päinvastoin ja vähän aikaa tilannetta prosessoituaan planeetta päätyy samaan tilaan.

    Tasapainoa vastaava CO2:n paine sattuu olemaan niin matala että se on veden kolmoispisteen alapuolella. Tällöin juoksevaa että ei voi esiintyä planeetan pinnalla, vaan ainostaan pinnan alla. Ohut kaasukehä myös vähentää kasvihuoneilmiötä, joten juoksevaa vettä ei kylmyydenkään takia hevin esiintyisi pinnalla.

    Jos Marsiin tuotaisiin muita kasvihuonekaasuja kuten fluorihiiliyhdisteitä, tasapaino muuttuisi ja kaasukehä paksunisi. Sama tapahtuisi jos napa-alueita jotenkin lämmitettäisiin talvella, esim. jonkinlaisilla aurinkoheijastimilla.

    On sitten toinen kysymys onko Marsissa normaalimäärä vai jotenkin erityisen vähän H2O:ta ja CO2:ta. Sitä on vaikea arvioida, koska pitäisi jotenkin nähdä pinnan alle että kuinka paljon niitä aineita siellä on.

    Marsista puheen ollen, syys-AGU:ssa Trace Gas Orbiter -esityksessä sanottiin että TGO ei näe siellä metaania lainkaan. Jos pinnan alla jokin hengittää, sen pitäisi tuottaa metaania, joten jos metaania ei näy, niin siellä taidetaan olla hiljaista poikaa.

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Epäilemättä tiedät Marsin kaasukehästä paljon enemmän kuin minä. Olen itse ymmrtänyt aiemmin, että kaasukehän ohuus johtuu pitkälti Marsin koosta ja sen magneettikentän katoamisesta, jolloin aurinkotuuli pääsee kuluttamaan kaasukehän yläosia. Eli Marsin kaasukehän koostumus on suoraan syypäänä kaasukehän ohuuteen ja siten veden haihtumiseen pinnalla?

      1. Tuo minkä sanot on minun näkökulmastani laajasti toistettu legenda johon törmää jatkuvasti, myös tutkijoiden keskuudessa. Kuitenkin hävikki aurinkotuuleen on mitattu, ja se on aika pieni, ja se on samaa suuruusluokkaa Marsilla, Maalla ja Venuksella. Myös jos kaasukehää jatkuvasti häviäisi aurinkotuuleen, luultavimmin se olisi jo hävinnyt kokonaan. Olisihan kummallinen yhteensattuma jos juuri meidän aikanamme siitä olisi viimeinen prosentti menossa. Pakoprosessihan koskee yläilmakehän ja aurinkotuulen vuorovaikutusta, joten sen nopeus ei riipu siitä kuinka massiivinen ilmakehä alla lepäilee.

        Marsin pintapainedatassa näkyy selvä vuodenaikaisvaihtelu, kun osa ilmakehän massasta käy härmistymässä aina kulloisellekin talvipallonpuoliskolle.

        Planeetan magneettikenttä muuttaa plasmaympäristön ja aurinkotuulen vuorovaikutuksen hyvin toisenlaiseksi ja prosessin mallintaminen on suuri haaste ja avoin kysymys. Mutta ainakin Marsin, Maan ja Venuksen vertailu viittaa siihen suuntaan että magneettikenttä yhtäältä helpottaa ja toisaalta vaikeuttaa plasman pakenemista, ja nettovaikutus ei näyttäisi olevan dramaattisen suuri.

        Auringon nuoruudessa aurinkotuuli ja auringon UV ovat olleet vahvempia, mutta ei tiedetä kuinka paljon, joten nuoren aurinkokunnan kohdalla erilaisille speulaatioille on enemmän tilaa.

        1. Anne Liljestrom sanoo:

          Ok, kiinnostavaa! Kiitos kommenteista! Tein pieniä muutoksia tekstiin, siellä lukee nyt että Mars kadotti nestemäiset vetensä kaasukehän koostumuksen vuoksi. Koetan siinä saada kuitattua asian melko nopeasti, koska Mars on hieman sivujuonteena tässä jutussa.

  2. Tämä ei enää liity blogiin, mutta
    tässä on esimerkki uutisesta jonka aurinkokuntavertailuosuus ei kestä lähempää tarkastelua: http://www.anu.edu.au/news/all-news/thank-earth%E2%80%99s-magnetic-field-for-water-that-gives-you-life : ”The sheer strength of Earth’s magnetic field helps to maintain liquid water on our blue planet’s surface, thereby making it possible for life to thrive.”

    Mielestäni Venuksen, Maan ja Marsin erot selittyvät etäisyydellä auringosta, enkä näe syytä uskoa että magneettikenttä vaikuttaisi asiaan olennaisesti. Kuumalla Venuksella pinnan mineraalit ovat ryöstäneet vedeltä hapen (serpentinisaatioreaktio yms.), jolloin vety kevyenä molekyylinä on karannut avaruuteen. Kylmässä Marsissa puolestaan H2O on routana pinnan alla, piilossa keskipäivän auringolta.

    Toinen asia on, että eksoplaneetan magneettisuudella saattaa olla epäsuorasti tekemistä elinkelpoisuuden kanssa, jos on niin että magneettisuus kielii aktiivisesta ytimen konvektiosta ja laattatektoniikasta. Laattatektoniikka voi hyvinkin olla elinkelpoisuuden ehto, koska ilman sitä hiili pyrkii sedimentoitumaan meren pohjalle biosfäärin ulottumattomiin.

    Tuon uutisen taustalla olevan paperin abstraktin perusteella sen pääaihe on eksoplaneettojen magneettikenttien mallinnus. En kritisoi sitä (ja oletettavasti planeettojen sisuksiin perehtyneet referoijat ovat sen osuuden tarkistaneet), vaan kritisoin abstraktin kahta ensimmäistä lausetta ja paperista kirjoitettua tiedeuutista. Jonkinlaista tieteen hukkakauraa.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Tervetuloa pimeälle puolelle

4.2.2019 klo 11.10, kirjoittaja
Kategoriat: Ilmiön takana , Taivashommat , Yleinen

Kuun rupista takapihaa Nasan LRO-luotaimen kuvaamana. Lähellä Kuun etelänapaa häämöttää muiden, pienempien kraatterien alla valtavan suuri tummempi alue. Se on 13 kilometriä syvä muinainen Aitkenin allas, yksi aurinkokunnan suurimmista törmäyskraattereista. Kiinan Chang’e 4 laskeutui juurikin Aitkenin altaassa olevaan von Kármánin kraatteriin (paikka merkitty silmämääräisesti pinkillä tähdykällä). Kuun meille näkymättömältä puolelta ei juuri löydy basalttitasankojen muodostamia tummia mare-alueita, vaan se on lähes kokonaan vahvasti kraatteroitunutta anortosiittiylänköä. Syytä puoliskojen erilaiseen ulkonäköön ei vielä tunneta tarkasti, mutta lukuisia hyviä teorioita on esitetty. Vaikka Kuu on Maan jälkeen toiseksi parhaiten tunnettu kappale aurinkokunnassa, siinäkin riittää vielä kosolti syynättävää. Kuva NASA/GSFC/Arizona State University

Kuusta on puhuttu viime aikoina paljon, muun muassa kun Kiinan Chang’e 4 laskeutui heti tammikuun alussa Kuun tuolle puolen kiertolaisemme meille näkymättömälle puolelle. Toisinaanhan haksahdetaan puhumaan myös Kuun ”pimeästä” puolesta, mutta siellä ei ole sen pimeämpää kuin tälläkään puolella Kuuta. Kuun takapuolella on kirkas keskipäivä aina uudenkuun aikaan ja yö, kun me näemme täysikuun. Puoliskon pimeys lieneekin perua pienestä käännösvirheestä: englannin ”dark side” tarkoittaa myös näkymätöntä (”unseen”), ei yksinomaan valotonta puolta.

Mutta takaisin asiaan. Miksei Kuun toinen puoli näy meille? Onko se vain sattumaa?

(Seuraavassa koetan kertoilla hyvin kevyellä kädellä kaiken maailman pyörimis- ja rataliike-energioiden vaihtumisesta ja muuntumisesta kahden kappaleen välillä. Koko tarina ei ole aivan näin yksinkertainen enkä ole tässä selittänyt kaikkea, mutta suunnilleen näin hommat menevät.)

Keskinäistä pullistelua

Maa ja Kuu ovat potria pallukoita: niillä on roimasti massaa, minkä ansiosta niillä on painovoimaa eli gravitaatiota, ja sen ansiosta kappaleiden välille kehittyy erilaisia vuorovesivaikutuksia. Ne taas johtuvat siitä, että Kuun ja Maan kokema, toisen kappaleen gravitaatio on voimakkaampi sillä kyljellä, joka on kaveria kohti, ja vähäisempi toisella puolella.

Tämä aiheuttaa vuorovesivoimia sekä Maahan että Kuuhun: Maan merenpinnat ja maankuorikin pullistuvat kohti Kuuta, ja toisaalta pääsevät vähäisemmän vuorovaikutuksen vuoksi pullistumaan ulospäin myös Maan vastakkaisella puolella. Kuussakin kuori pullistuu kohti Maata ja Kuun takana Maasta poispäin. (Aurinko toki osallistuu myös painovoimallaan vuorovesiin, mutta rajataan se nyt tästä ulos yksinkertaisuuden nimissä.)

Koska Maa myös pyörii akselinsa ympäri nopeammin kuin Kuu kiertää Maan (eli Maan vuorokausi on lyhyempi kuin kuukausi), Kuun nostattama pullistuma Maassa kiertää pois Kuun alta, mikä gravitaation vuoksi hidastaa Maan pyörimistä. Ja koska energiaa ei voi kadota minnekään, Kuun rataliike saa vähän lisää potkua. Avaruudellisten liikelakien nimissä tämä tarkoittaa sitä, että Kuu loittonee Maasta, mutta sen rataliike itse asiassa hidastuu.

Kuun ryövätessä Maalta energiaa planeettamme pyöriminen hidastuu eli päivä pitenee, noin 15 mikrosekunnilla vuodessa. Ja Kuu todellakin loittonee meistä 3,8 senttimetrin verran vuodessa! Tämä on voitu mitata osoittamalla lasersäteitä Apollo-astronauttien Kuuhun jättämiin heijastimiin, joista ne singahtavat takaisin kohti maapalloa. Sitten voidaankin laskea, kuinka pitkään valolta menee menopaluureissuun.

Maan pyöriminen siis hidastuu, mutta vuorovesivoimat vaikuttavat myös Kuun pyörimiseen. Kuu ja Maa vaihtavat keskenään pikku hiljaa fysikaalista suuretta nimeltä pyörimismäärä. Koska Kuu on kevyempi, se kokee suuremman vaikutuksen. Maan suurempi vetovoima saa Kuun pyörimisen hidastumaan siten, että lopulta Kuun pyöriminen tapahtuu samassa tahdissa kuin se kiertää maapallon. Näin se näyttää meille aina saman posken itsestään. Tätä kutsutaan vuorovesilukkiutumiseksi.

Lukkiutuminen on luonnollinen prosessi ja sama on käynyt useille muillekin aurinkokunnan kuille: pikkuiset kuustoset Phobos ja Deimos ovat vuorovesilukossa Marsin kanssa, samaten useat Jupiterin, Saturnuksen, Uranuksen ja Neptunuksen kiertolaisista planeettansa kanssa.

Pitkälti keskenään saman kokoisia olevat Pluto ja Kharon ovat jo kimppalukossa toistensa kanssa: kumpikin näyttää toiselleen vain toisen puolensa. Ja itse asiassa myös Maa-Kuu-kaksikolle on käymässä näin. Jos hommat saisivat kehittyä omalla painollaan eteenpäin, kaukana tulevaisuudessa myös Maa näyttäisi naapurilleen vain toisen puolen itsestään. Ja sillä toisella puolella maapalloa Kuuta ei näkyisi koskaan.

Tähän menee niin kauan aikaa, että Auringon hidas kehittyminen kohti punaista jättiläisvaihetta tulee onneksi (!) apuun: Maa on jo asuinkelvoton tai peräti tuhoutunut kun Maa vuorovesilukkiuu Kuun kiertoaikaan, joten kenenkään täällä ei sitten tarvitse kokea ikuisesti kuutonta ja kurjaa maisemaa. Mikä huojennus.

Vaapunnan seuraukset

Kuun meille näkyvän ja näkymättömän puolen raja ei ole aivan niin tiukka kuin ensi-istumalta kuulostaisi. Kuu hiukan vilauttelee meille tämänpuoleisen ja tuonpuoleisen puoliskonsa reuna-alueita. Vain noin 41 % Kuun pinnasta on oikeasti sellaista, jota voimme nähdä vain avaruudessa lentävien apuvälineiden ansiosta. Kuu nimittäin näyttää huojahtelevan hitaasti taivaalla. Nopeutettuna tämä liike näyttää hauskalta muljahtelulta. Syitä tähän muljuntaan (jolla on myös vakavasti otettava nimi, libraatio) on kolme.

Ensinnäkin Kuun rata on hiukan soikea. Tästä johtuen (ne avaruudelliset liikelait taas takapiruina) Kuun ratanopeus vaihtelee: se liikkuu hiukan nopeammin ollessaan lähimpänä Maata, ja hitaammin ollessaan meistä kauimpana. Tästä syystä edellä kuvattu, tahdistettu pyöriminen falskaa hiukan.

Kun Kuu on meitä lähinnä, näemme hiukan tavallista kauemmas pitkin Kuun oikeaa reunaa (näin pohjoiselta pallonpuoliskolta katsottuna). Kauimpana hituroidessaan Kuu vilauttaa meille vastaavasti vasenta kylkeään.

Vähäisempi vaikutus on Maan pyörimisliikkeellä, joka kuljettaa havaitsijaa kiertolaisemme suhteen. Kun Kuu nousee idästä, näemme hiukan oikean reunan taakse, ja Kuun laskiessa länteen paljastuu taas vasenta reunaa.

Ja kolmanneksi: koska kiertolaisemme rata on paitsi soikea, myös hiukan kallellaan, pääsemme kurkistamaan paremmin sen napaseutuja Kuun ollessa ratansa eteläisellä tai pohjoisella osalla.

Kuun takapuoli onkin siis vajaa puolikas, kiitos kiertoradallisen keikuttelun.

Kuun libraatio paljastaa meille yhteensä 59 % Kuun pinnasta. Kuva on koostettu loka-marraskuussa 2007 otetuista kuvista. Kuun vaiheet ja libraatio eivät toistu samanlaisia kuukaudesta toiseen.
Kuva Tom Ruen

7 kommenttia “Tervetuloa pimeälle puolelle”

  1. A. Karhumaa sanoo:

    Kiitos, sinulla on selvästi sanan säilä hallussasi! Olisiko tuohon ensimmäiseen valokuvaan mahdollista saada vielä photoshopatuksi Chang’E 4:sen paikka siellä von Karman kraatterissa?

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Kiitos! Voisihan sen koettaa tuohon vielä värkätä, hetkinen.

      1. Anne Liljestrom sanoo:

        Onks ny paree?

  2. A. Karhumaa sanoo:

    On. Kiitos!

  3. Veikko Mäkelä sanoo:

    Olen usein itse Kuusta esitelmöidessäni todennut, että ”huojunta” on libraatiolle aika harhaanjohtava termi, kun Kuu ei itse asiassa huojahtele mitenkään ja pyörii akselinsa ympäri varsin tasaiseen tahtiin. Kaikki, mikä näyttää huojahtelulta on näennäistä ja johtuu vain Kuun (säännöllisen) vaihtelevasta rataliikkeestä tai radan asennosta Maahan nähden, jotka tuossa hyvin selitätkin.

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      No joo, ehkäpä siinä voisi sanoa että Kuu näyttää huojahtelevan. Korjaan sen.

      Nämä blogitekstit ovat sen verran yleistajuisiksi tarkoitettuja, että en ole megatarkka kielenkäytöstäni, vaikka asiasisältö on tietenkin tarkoitettu tiukan faktapitoiseksi.

  4. Pentti J Hautala sanoo:

    Kiitos Anne selityksestä!

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Tosi yleiset, sairaan harvinaiset tähdenlennot

18.1.2019 klo 09.57, kirjoittaja
Kategoriat: Otsikon takana , Taivashommat , Yleinen


2,5 tunnin valotuksessa vuoden 2016 perseidien tähdenlentoparvesta näkyy 56 tähdenlentoa, joista muutama ei kuulu perseideihin – ne näyttävät tulevan eri suunnasta taivaalta kuin lähes kaikki muut.
Kuva Jeff Sullivan (CC BY-NC-ND 2.0)

Samettisen pimeällä taivaalla tuikahtava tähdenlento on vaikuttava näky. Suorastaan ikimuistoisia ovat harvinaisemmat, mutta huikean kirkkaat tulipallot (toisinaan käytetään myös nimitystä bolidi) jotka ehkä vielä välähtävät ja hajoavat silminnähden useaksi kirkkaaksi kohteeksi. Ei ihme, että jostain on kehittynyt ajatus siitä, että tähdenlennon nähtyään saa toivoa ja tällaisella toiveella on suuremmat mahdollisuudet toteutua.

Tähdenlennot eivät kuitenkaan tästä romanttisesta maineestaan huolimatta ole ollenkaan harvinaisia ilmiöitä, ja todellinen toiveajattelun ryöstöviljelijä voikin tehostaa tulevaisuudennäkymiään menemällä ulos minä tahansa tähtikirkkaana yönä. Maapallo jyrää eteenpäin radallaan noin 30 kilometrin sekuntivauhtia, ja aurinkokunnassa leijuvaa pientä pölyhiukkasta ja isompiakin sorajyviä paukahtaa proverbiaaliseen tuulilasiimme jatkuvasti.

Ilmakehään päätyvän tomuhiukkasen ns. kohtaamisnopeus on yli 11 kilometriä sekunnissa, tyypillisesti 2040 km/s, noin 100 000 kilometriä tunnissa! Tällaisella nopeudella kiitävän pikkukappaleen eteen muodostuu ilmakehässä sokkiaalto, ja sokkiaallon ja kappaleen välissä oleva ilma kuumenee hurjasti. Kuumuus irrottaa läheisistä ilmakehän happi- ja typpimolekyyleistä elektroneita, eli sanotaan, että ilma putoavan kappaleen ympärillä ionisoituu.

Hetikohta meteorin mentyä ohi ilmakehän kaasu jäähtyy, molekyylit saavat elektroninsa takaisin, ja samalla vapautuu valtavasti valoa. Putoavaa avaruushitua ympäröi siis valtavasti suurempi, hehkuvasta ilmasta muodostunut valopallo. Samalla putoavaa kappaletta ympäröivä kuumuus sulattaa sen pintaa, ja kaikki tyypilliset tähdelentoja ja tulipallojakin tuottavat pienet avaruuskivet tuhoutuvat täysin ilmalentonsa aikana. (Toisinaan jäljelle jää jotain, mikä voi ropsahtaa maastoon, mutta säästetään mahdollinen meteoriittiteksti myöhemmäksi.)

Ilmakehäämme päätyvän taivaallisen ryönän määrästä liikkuu hieman erilaisia arvioita, mutta 100 tonnia vuorokaudessa lienee ainakin oikea suuruusluokka. Se on yhtä paljon kuin noin 70 täysikasvuista virtahepoa. Suurin osa tästä kamasta on niin pientä ja heiveröistä, ettei se aiheuta valoilmiöitä. Vähän isommat pölyhituset ja hiekanjyväset aiheuttavat satunnaisia tähdenlentoja, joita voi nähdä minä tahansa pilvettömänä, kuuttomana yönä kymmenisen kappaletta tunnissa.

Taivaalliset vakivieraat

Oma lukunsa ovat sitten säännölliset tähdenlentoparvet. Tiettyinä päivinä vuodessa tähdenlentojen määrä kasvaa, ja niitä voi näkyä useita kymmeniä tunnissa, jopa satoja. Parviin kuuluvat tähdenlennot eivät saavu näkökenttään mistä päin taivasta sattuu, vaan niillä näyttää olevan tietty tulopiste taivaalla, jonka (koko tähtikuvion tai lähitähden) mukaan parvet ovat saaneet myös nimensä. Mistä tähdenlentoparvet johtuvat?

Aurinkoa kiertää planeettojen ja asteroidien lisäksi valtavia määriä jäästä ja pölystä muodostuneiden pyrstötähtien ytimiä. Kun ne ajautuvat sisemmälle aurinkokuntaan, ne lämpenevät ja alkavat sulaa. Samalla komeetat kylvävät ympärilleen pölyä, joka jää niiden radalle. Jos Maan rata risteää tällaisen komeetan radan kanssa, planeettaamme odottaa joka vuosi samassa kohtaa tietyn komeetan ja oman ratamme risteys  ja tähdenlentoja tuottava, enemmän tai vähemmän tukeva pölyvana. Kaikille tähdenlentoparville ei kuitenkaan ole vielä tunnistettu emokomeettaa.

Näin syntyvät meteoriparvet. Kaikki varmaan muistavat ainakin elokuun perseidit, joita on mukava katsella suht pilvettömien taivaiden alta elokuun öiden lämmössä. Yhtä satoisia parvia olisivat joulukuun geminidit ja tammikuun kvadrantidit, mutta niiden katselua Suomessa haittaa yleensä ajankohdalle tyypillinen pilvisyys, minkä lisäksi kvadrantidit aiheuttavan pölyvanan materiaali on niin keskittynyttä, että tähdenlennoista valtaosa näkyy muutaman hassun tunnin aikana. Jos kvadrantidien huippu osuu Suomen aikaa päivätaivaalle, peli on heti menetetty.

Nämä ovat ne merkittävimmät tähdenlentoparvet, joista yleensä tulee Ursan nimissä huudeltua. Ne eivät kuitenkaan suinkaan ole ainoat. Ursan julkaisemassa Tähdet-vuosikirjassa on listattu 29 parvea, mutta virallisesti niitä tunnetaan tällä hetkellä 112 kappaletta ja yli 800 muustakin parvesta on olemassa vihjeitä. Ne on ehkä havaittu vain kerran tai kahdesti, ja lisähavaintojen myötä niistäkin saattaa vielä tulla virallisia parvia.

Nämä uudet ja vähemmän maineikkaat parvet eivät juuri erotu satunnaisten tähdenlentojen joukosta ne ovat usein äärimmäisen niukkoja ja lyhytkestoisia ja siksi perin hankalia havaita, vaikka taivas olisi pilvetönkin. Esimerkiksi tätä kirjoittaessa aktiivisena on γ-ursae minoridien parvi, joka parhaimmillaankin tuottaa vain kolme tähdenlentoa tunnissa. Nimensä mukaisesti ne näyttävät tulevan Pienen karhun gamma-tähden läheltä, pari astetta siitä etelään.

Kaikkia vahvistettuja ja vahvistamattomia, näyttäviä ja olemattoman vaatimattomia tähdenlentoparvia voi selailla IAU:n Meteor Data Centerin tietokannassa. Ursassakin muuten puuhataan tähdenlentojen parissa: meillä on oma meteoriharrastusryhmä, sekä tietysti kansainvälisesti ja ammattimaisesti toimiva tulipallotyöryhmä, joka tutkii sellaisia tulipalloja, joista olisi saattanut selvitä maastoon meteoriitteja.

Tätä tekstiä ei voi kirjoittaa (toimikoon tämä loppukevennyksenä!) mainitsematta hiljattaisia suunnitelmia ryhtyä tehtailemaan keinotekoisia tähdenlentoparvia. Niissä Maata kiertävä satelliitti sylkisi ulos parisenttisiä pampuloita, jotka ajautuisivat ilmakehään sopivalla hetkellä ja aiheuttaisivat mojovan tähdenlentosateen. Itse kukin voi sitten tykönään pohdiskella, miten sykähdyttävä näky tämä olisi, ja miksi.

 

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Mistä tunnet sä planeetan?

4.1.2019 klo 15.00, kirjoittaja
Kategoriat: Otsikon takana , Taivashommat , Yleinen

Ursan tornilla käytiin katselemassa Venusta ja Jupiteria keväällä 2012.
Kuva Hermanni Sarjakoski

Kuluneen talven aikana Ursalle kaikkein useimmin esitetty kysymys on koskenut aamutaivaalla silmiinpistävän kirkkaana loimottavaa pistettä. Mikä ihme se on?

Malttakaa! Kerron kohta.

Taivaan kirkkaista valoista (poislukien nyt Aurinko, Kuu ja ihmisen rakentamat härvelit) tähdet ja planeetat voi yleensä erottaa suhteellisen yksinkertaisilla konsteilla, vaikka kulloinenkin planeettojen näkymistilanne ei olisikaan aivan hanskassa.

Miten niin ”näkymistilanne”? Kuten maapallokin, myös muut planeetat kiertävät Aurinkoa vähän eri tahtiin. Tästä johtuen planeetat ovat meistä katsottuna välillä Auringon takana tai niin lähellä Aurinkoa, etteivät ne näy taivaalla. (Joskin Venus ja Jupiter ovat niin kirkkaita, että harjaantuneella silmällä ne ovat juuri ja juuri erotettavissa päivätaivaalta.)

Aurinkokunnan kahdeksasta tunnetusta planeetasta Venus, Mars, Jupiter ja Saturnus ovat varsin kirkkaita. Uranus ja Neptunus ovat niin kaukana, että niistä ei paljain silmin pääse riemuitsemaan — joskin Uranuksen voi kyllä nähdä kunnolla pimeissä oloissa paljain silmin, jos tietää, mikä taivaan himmeistä pisteistä se nyt on. Merkurius on yleensä varsin himmeä, ja matalalla. (Maa on löydettävissä siinä määrin helposti että emme nyt puhu siitä tarkemmin.)

Mutta katsotaan vähän, miten planeettoja voi koettaa tunnistaa.

Jos taivaalla havaitsee yhtään yllättävämmän kirkkaan pisteen, se usein on planeetta — ne kun liikuskelevat taivaalla tähtien lomassa hissukseen ja saattavat etenkin pitemmän pilvirupeaman jälkeen yllättää satunnaisen taivaan tarkkailijan. Auringon jälkeen taivaan kirkkain tähti Sirius saattaa myös herättää kummastusta talvitaivaalla. Se on näyttää kirkkaan valkoiselta ja saattaa tuikkia ja väläytellä eri värejä.

Siriuksen voi tunnistaa helposti, jos hahmottaa viereisen Orionin tähtikuvion tutun tiimalasimaisen muodon ja sen vyötäröllä kolmen tähden muodostaman suoran viivan. Tämä viiva osoittaa lähes suoraan kohti Siriusta, vasemmalle alaviistoon Suomen taivaalla.

Tuikkimista tapahtuu tyypillisesti vain tähdillä — niistä meille tuleva valonsäde on pistemäinen ja terävä, ja ilmakehän myllerrys saa valonsäteen taipumista ilmakehän eri kerroksissa. Planeetat ovat niin lähellä meitä, että ne eivät ole aivan pistemäisiä, ja niistä tuleva valonsäde on, noh, leveämpi. Ilmakehä ei aiheuta planeetoille samalla tavalla huomattavaa tuikkimista ellei planeetta ole hyvin lähellä horisonttia, mutta aiheuttaa riesaa kyllä kaukoputkien kanssa.

Aamu- ja iltatähdet

Se aamutaivaalla nyt leimuava taivaankappale on Venus.

Venus ja Merkurius kiertävät Aurinkoa Maan radan sisäpuolella ja ovat siitä syystä meikäläisten planeettojen erikoistapauksia. Radastaan johtuen ne näkyvät aina joko aamu- tai iltataivaalla. (Jos tämä ei tunnu heti ilmiselvältä, kannattaa miettiä, miten Maan radan sisäpuolella kiertävä planeetta voisi näkyä taivaalla keskiyöllä.)

Merkurius on näistä hankalampi havaita, eikä se taivaalta silmille pomppaakaan. Koska se on aurinkokunnan sisin planeetta, se on aina taivaalla varsin lähellä Aurinkoa eikä kohoa kovin korkealle. Se näkyy siksi yleensä vaalealla taivaalla, jonne se helposti hukkuu, minkä lisäksi taivaanrannassa on usein utua joka saattaa kätkeä planeetan. Merkuriusta on paras havaita keväisellä iltataivaalla tai syksyisellä aamutaivaalla. Havaintopaikalta tulisi olla lähes esteetön näkymä auringonpuoleiseen horisonttiin.

Venus! Se on todellakin parhaimmillaan juuri nyt, ja taivaalla korkeimmillaan loppiaisena 6.1.2019. Venus on aamu- tai iltataivaalla loistaessaan planeetoista kaikkein kirkkain, peräti 16 kertaa Siriusta kirkkaampi. Se on varsin lähellä sekä meitä että Aurinkoa ja liki Maan kokoinen, minkä lisäksi se on paksun pilvikerroksen peittämä — valoa ja hyvää heijastuspintaa siis löytyy. Jos taivaalla porottaa aamu- tai iltataivaalla tällainen lähes pelottavan kirkas läiskämäinen kohde, se on melkoisen varmasti Venus.

Opposition edustajat

Mars, Jupiter ja Saturnus kiertävät Aurinkoa Maan radan ulkopuolella ja voivat siksi näkyä taivaalla vaikka koko yön. Kun Maa on suorassa linjassa tällaisen ulkoplaneetan ja Auringon välissä (siis täysikuuta vastaava tilanne!), planeetan sanotaan olevan oppositiossa, se näkyy yötaivaalla, ja koko sen meille näkyvä puolisko heijastaa tehokkaasti Auringon valoa. Planeetta näkyy tällöin kirkkaimmillaan.

Pieni kiviplaneetta Mars on meistä heti seuraava planeetta Auringosta lukien. Se näyttää opposition ulkopuolella melko himmeältä, mutta se on usein helppo tunnistaa selkeän oranssinpunertavan värinsä ansiosta. Marsin rata on melko soikea, joten sen oppositiotkin ovat välillä kirkkaampia, välillä vähemmän näyttäviä, riippuen siitä, miten lähellä Mars on Maata opposition aikaan.

Aurinkokunnan suurin planeetta, kaasujättiläinen Jupiter on aina suunnilleen yhtä kirkas kuin Sirius tai kirkkaampi. Sen ja Saturnuksen erottaa ehkä parhaiten juuri kirkkauseron perusteella. Kumpikin on vaalean kellertävä väriltään ja kirkas, mutta Saturnus on kuitenkin aina Jupiteria selvästi himmeämpi. Saturnus voi himmeimmillään helposti hukkua tähtien sekaan, jos tähtitaivas ei ole aivan tuttu.

Taivaalliset apajat

Milloin sattuvat seuraavat hyvät planeettahetket? Valitettavasti 2019 ei ole suinkaan paras planeettavuosi koskaan, mutta jotain voidaan sentään nähdä.

Seuraava havaintoikkuna Merkuriukselle koittaa noin iltakuudelta helmi-maaliskuussa 2019, korkeimmillaan Merkurius on 27.2. (mutta silti varsin matalalla). Planeetta on tällöin siis lähellä auringonlaskun suuntaa, vaalealla taivaalla ja himmeä. Kiikari voi auttaa paikallistamaan planeetan, minkä jälkeen sen voi koettaa hahmottaa taivaalta paljan silmin. Harvinaista Merkurius-hupia seuraa tämän vuoden marraskuussa, kun planeetta kulkee Auringon editse 11.11., mutta koska kyseessä on marraskuu, pilvet saattavat tulla pilaamaan bileet. (Taas.)

Venus? Juuri nyt. Kevään jälkeen Venus palaa matalalle iltataivaalle joulukuussa 2019 ja kohoaa sieltä sitten talven aikana korkeammalle kohti maaliskuuta 2020.

Mars kannattaa myös bongata nyt iltataivaalta, sillä sekin luuhaa Auringon takana ison osan vuotta ja palaa aamutaivaalle vasta vuoden lopulla. Marsin seuraava oppositio on odotettavissa lokakuussa 2020.

Jupiter luimistelee pitkin vuotta matalalla horisontissa. Keväällä se näkyy aamulla, kesällä öiseen aikaan ja syksyllä iltataivaalla. Vuosi 2020 ei ole juuri parempi. Sen sijaan hieno kohtaaminen tapahtuu 22.1. kun Jupiter loistaa aamutaivaalla vierekkäin Venuksen kanssa. Odotettavissa on näyttävä parivaljakko.

Saturnus seurailee Jupiterin liikkeitä taivaalla pitkin vuoden (suunnittelevatko ne ehkä yhdessä jotain konnuuksia?). Saturnus hipoo taivaanrantaa helmikuusta alkaen ja kiertää kevään aamutaivaalta kesän vaalean yötaivaan kautta iltahämäriin loppuvuodesta.

Sellaista on taivaallinen kiertokulku: välillä tulee tällaisia köyhempiä planeettavuosia. Ehkä kannattaa suhtautua siten että planeetat pitää ladata välillä…

Loppuun vielä pieni mainos: jos taivaan planeetta- ja muutkin tapahtumat kiinnostavat eikä ehkä pääse käymään Ursan Kuukauden tähtitaivas -planetaarioesityksissä, aloimme juuri julkaista podcastia nimeltä Tähtitaivas nyt. Syyskuulta toukokuulle joka kuukauden ensimmäisenä päivänä ilmestyvässä podcastissa professori Markku Poutanen kertoo, mitä taivaalta on odotettavissa alkaneen kuun aikana. Tähtitaivas nyt löytyy YouTubesta, Spotifysta ja iTunesista. Hyviä kuunteluhetkiä!

2 kommenttia “Mistä tunnet sä planeetan?”

  1. Emmi sanoo:

    Kiitos kivasta ja humoristisesta tekstistä.
    Tästä oli paljon apua! Ovatko taivaan kohteista Jupiter ja Saturnus ainoita, joista voi tehdä merkittäviä havaintoja kaukoputkella (minulla Skymax 127) vai kannattaako kaukoputki suunnata myös Venukseen?
    Yritin yksi aamupäivä, mutta ainakin 25mm okulaarilla planeetta oli vain pieni piste.
    Kiitos vastauksesta!

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Venuksesta voi kaukoputkella havaita lähinnä sen vaiheen, sillä sitä tosiaan peittää paksu pilvikerros. Juuri nyt Venus näkyy melko tarkkaan puolivenuksena.

      Esimerkiksi erivärisiä suotimia käyttämällä pilvikerroksesta voi helpommin hahmottaa tummempia ja vaaleampia alueita. Venusta kehotetaan havaitsemaan hämärätaivaalla, jotta se ei olisi aivan niin sokaisevan kirkas kuin pimeää taivasta vasten tutkittuna.

      Tarkempia Venus-vinkkejä saat jos vaikkapa soitat Ursaan (09 6840 4030) tai laitat postia osoitteeseen ursa@ursa.fi. Olen itse ollut aina vahvemmin astrofyysikko kuin tähtiharrastaja ja menen lopulta ihan solmuun käytännön kaukoputkiasioissa 😉

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Edistys edistyy

26.10.2018 klo 12.42, kirjoittaja
Kategoriat: Sitkeät huhut , Yleinen

Muurailuhommia William Streetin voimalaitoksella Brisbanessa vuonna 1910.

Nyt on käynnissä Helsingin kirjamessut. Lienee syytä heti tässä alussa valistaa lukijaa että Ursakin löytyy messuilta, ja osastomme on 6f61. Tervetuloa! (Sieltä saa nyt mm. Carlo Rovellin uunituoretta Ajan luonne -kirjaa. Suosittelen.)

Koska on kirjamessut, ohjelmassa on kirjailijoiden haastatteluja, ja niissä merkeissä itsekin korjaan luuni toimistolta sinne haastatellakseni Heikki Ojaa tuoreimmasta kirjastaan Maailmankaikkeuden rakenne (olemme Kruununhaka-lavalla klo 16 eteenpäin). Heikkiä on aina kivaa haastatella ja kirja on lukemisen arvoinen, mutta koska aivo aina välillä falskaa, on hyvä vähän miettiä etukäteen mistä kulmasta aikoo aihetta lähestyä.

Heikin kirja mielessäni seikkailin Ursan kirjastossa. Alun perin tähtäimessäni oli Heikin varhaistuontantoon kuuluva teos Albert Einstein — tutkija ja ihminen. En löytänyt sitä (vaikka se varmaan siellä jossain onkin), sillä törmäsin ensin kirjaan nimeltä The Structure of the Universe joka on The Smithsonian Treasury of Sciencen huikean nimekkäiden tyyppien kirjoittama artikkelikokoelma vuodelta 1944. Riemastuin tietysti siitä että kirja on oleellisesti saman niminen kuin Heikin uutuus (joskin saman nimisiä kirjoja varmaan löytyy maailmasta useita — erilaisia ”kotona maailmankaikkeudessa” -teoksiakin on lukuisia), mutta halusin selailla sitä vähän saadakseni kouriintuntuvaa fiilistä siitä, miten valtavasti tietomme maailmankaikkeudesta on yli 70 vuodessa kehittynyt.

Ja onhan se kehittynyt. En nyt lähde perinpohjaisesti perkaamaan kirjaa — eikä olisi aikaakaan — mutta tässä jotain huomioita.

Ensimmäistäkään eksoplaneettaa ei ollut vielä löytynyt vuonna 1944, mutta ykkösartikkelin kirjoittaja Claude W. Heaps toteaa, että uskomus on että vain hyvin harvojen tähtien ympäriltä löytyy planeettoja. Nykyään tiedämme, että planeetat ovat vallan tavallisia tähtien synnyn sivutuotteita.

Verraten tuore havainto oli, että kaukaiset ”supergalaksit” eli galaksijoukot näyttävät etääntyvän meistä hurjaa vauhtia. Havainto oli kummallinen ja kiistanalainen, ja Heaps perustelee pitkällisesti, miten se tehtiin. Universumin laajeneminen olisi ollut hyvä selitys havainnolle, mutta hyvin epäilyttävä ja epämiellyttäväkin. Jos ajan kulku käännettäisiin ympäri, se merkitsisi että universumin aine olisi ollut kaikki yhdessä läjässä vain noin miljardi vuotta sitten, ja tämähän ei voi pitää paikkaansa, kun maapallokin on selvästi vanhempi. Heaps kirjoittaakin, että ymmärryksemme universumin rakenteesta suurilla etäisyyksillä on selvästi epätyydyttävä.

Toinen tuore havainto oli se, että valohiukkasen eli fotonin oli havaittu hajoavan kahdeksi eri hiukkaseksi, elektroniksi ja positroniksi. Mitään vastaavaa ei ollut koskaan aiemmin havaittu ja Heaps vertaa havaintoa siihen, että auringonvalon ohittaessa rautakuulan se hajoaisi hauleiksi. ”Voimme hyvin sanoa, että jotain eriskummallista tapahtuu mikroskooppisella tasolla.” Kvanttikenttädynamiikka oli olemassa vasta tuskanhikenä tutkijoiden otsalla, eikä ihme, että Heaps oli hämillään.

Kaikkea tätä lukiessa oli helppoa hihitellä viehättyneenä tutkimuksen etenemisestä ja taannoisten tiedetyyppien tietämättömyydestä. Mutta miten nyt sitten pitäisi suhtautua tieteeseen ja tutkimukseen ylipäätään? Tähän problematiikkaan törmää näissä hommissa tämän tästä, usein esim. Ursan Facebook-sivulla (hei!). Mihin tässä nyt pitäisi uskoa, mitä me kuvittelemme muka tietävämme, kaikkihan menee kohta taas uusiksi, miksi tätäkin pitää tutkia. Turhaa hommaa etkä usko tuohon itsekään.

Voidaan sanoa, että luonnontiede on tietoa toistaiseksi. Tiede lähestyy totuutta, mutta ei koskaan saavuta sitä (no kyllä nyt joskus, jos joku asia saadaan mitattua tarkasti). Tiede on tiiliseinän muuraamista: ladotaan tiiltä alempien kerrosten päälle. Tieteen muurarit naputtelevat niitä alempia tiiliä jatkuvasti osana työtään ja välillä joudutaan purkamaan pois kohtia, jotka ovat osoittautuneet niin heikosti muuratuiksi, ettei siihen sovi enää rakentaa päälle. Näin tiede korjaa itseään.

Kun tiedettä yleistajuistetaan, mutkia suoristellaan joka tapauksessa (sitä se yleistajuistaminen tarkoittaa), ja osa prosessia on, että ei jäädä joka käänteessä muistuttamaan että tämä on nyt sitä tietoa toistaiseksi. On ihan asiallista muistuttaa siitä välillä, mutta jos sitä ei tehdä, tarkoituksena ei ole koskaan väittää, että tässä nyt on meillä absoluuttinen viimeinen totuus tästä aiheesta. Jos joku niin tekee, hän ei ymmärrä tiedettä.

Tieto toistaiseksi tarkoittaa sitä, että niitä ylempiä tiilikerroksia on ladottu alempien päälle — alempien tiilikerrosten kantavuuteen luotetaan. Ja se seinä on aina vaiheessa. Tiede on prosessi. Ne tyypit joita Heaps siteeraa tekstissään — kuten nimekkäät tutkijat ja todelliset tehomuurarit Edwin Hubble tai Paul Dirac — muurailivat niitä alempia kerroksia, mutta ne olivat tärkeitä kerroksia. Ilman niitä seinä ei olisi nyt tässä korkeudessa.

Mitä tässä ollaan rakentamassa? Ehkä yrityksen ja erehdyksen kautta fysiikan seinä on viimein riittävän korkea ja alamme tajuta, miten tämä homma perimmiltään toimii. Löytyy kaikkien aikojen työpiirustus, kaiken teoria. Sitä ennen rapataan — ja roiskitaan.

Kirjoittaja ei tiedä missä kohtaa vertaus on mennyt jo liian pitkälle.

3 kommenttia “Edistys edistyy”

  1. Aidonoloinen allegoria, valaiseva vertaus, tutustumisen arvoinen tunnuskuva!

  2. Erkki Tietäväinen sanoo:

    Hyvä, ajatuksia herättävä kirjoitus.

    Joskus minusta tuntuu, että se missä ollaan edistytty on vain havainnointi, ei niinkään maailmankaikkeuden tapahtumien ymmärtäminen. Kaukaisten kohteiden ja ilmiöiden (kuten painovoima-aaltojen) löytyminen näyttää vain lisänneen kysymyksiä. Ja TEORIOITA! Lopulliset selitykset havainnoille antavat odottaa itseään.

    Apuun tarvitaan ilmeisesti löytämistään aina vaan odottavaa kaiken teoriaa. Tai sitten blogissa mainittua tiiliseinää tulee purkaa alavarvien tasolle ja aloitaa sen rakentaminen (siis kosmologian tutkimus) alusta. Nykyinen teorioiden viidakko saattaa nimittäin pahimillaan johtua siitä, että jossain vaiheessa muurarit ovat mokanneet ja tiiliseinä on alkanut kasvaa vinoon. Eikä kukaan ole huomannut mokaa.

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Uusista havainnoista uutisoidaan nykyään paljon, se varmaan vääristää sitä kuvaa mikä tutkimuksesta syntyy. Painovoima-aallotkin ovat juuri sellaisia kuin mitä aiemmat teoriat ennustivat, ja nyt niiden avulla voidaan havaita kaikkeutta aivan uusilla tavoilla. Meillä ei nykyään ehkä ole hyvää kuvaa siitä, että myriaadien teorioiden avulla tiede on edennyt aiemminkin. Nykyään ne ovat eri tavalla tapetilla, kun tiedeuutisointia on (onneksi!) enemmän. Teoriahan on vain kysymys, joka esitetään maailmankaikkeudelle. Ja vastausta etsitään niistä havainnoista. Nykyään nää kysymykset alkaa tietysti olla aika vaikeita ja yksityiskohtaisia, kun tiedämme jo niin paljon että perusasiat ovat monesta asiasta jo hyppysissä. Ja vastaamiseen vaaditaan yhä tarkempia ja herkempiä havaintoja.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Kotona Linnunradassa

5.11.2017 klo 07.00, kirjoittaja
Kategoriat: Bongaa Linnunrata , Otsikon takana

Aurinko pakertaa parhaillaan läpi pienen kaasupilven. Se saapuu meitä kohti Skorpionin-Kentaurin tähtijoukon suunnalta, joka on samalla meitä läheisintä tähtien syntyseutua. Tähtiä on syntynyt noilla seuduilla jo parinkymmenen miljoonan vuoden ajan, ja hommat jatkuvat. Yksi alueen tähtiensyntypaikoista on noin 400 valovuoden päässä oleva ρ (rho) Ophiuchin molekyylipilvi, jonka tumman tomuisissa longissa tähtiä muodostuu edelleen. Osa on kuoriutunut jo esiin, kuten ρ Ophiuchi itse, joka näkyy kirkkaana sinisenä tähtenä kuvan yläoikealla. Se on moninkertainen tähti, johon kuuluu ainakin viisi osakasta. Kuvan alaosaa hallitsee vanhempi, Skorpionin-Kentaurin tähtijoukkoon kuluva nopeasti elänyt jättitähti Antares, joka on jo elämänsä ehtoopuolella ja näkyy Suomen tähtitaivaalla parhaiten keväisin. Se hikoilee pinnaltaan avaruuteen kaasua, jota se itse myös valaisee. Kuvassa näkyy myös kaksi paljon kauempana sijaitsevaa pallomaista tähtijoukkoa, M4 sekä Antareksen harsojen takana häämöttävä NGC 6144. Kuvaa ei ole väritetty.
Kuva ESO / Digitized Sky Survey 2. Maininta: Davide De Martin

Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 5.11.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017.

Tässä sitä kuulkaa mennään hippulat vinkuen.

Maapallo pyyhältää radallaan Auringon ympäri noin 30 kilometrin sekuntinopeudella. Vaka vanha Aurinko on planeettakuntamme keskipiste ja vain hiukan tutajaa planeettojen nykiessä sitä ympäriinsä, kaikkein eniten Jupiterin vaikutuksesta. Mutta jos laajennetaan näkymää koskemaan koko Linnunrataa, Aurinko planeettoineen ja itse asiassa koko Auringon tähtinaapurusto ei suinkaan pysy edes lähimain paikallaan vaan viilettää ympäri galaksia kulkevaa rataansa noin 250 kilometriä sekunnissa. Aurinko ei pysy paikallaan edes lähitähtien suhteen vaan posottaa kohti Herkuleen ja Lyyran rajaseutuja noin 17 kilometrin sekuntinopeudella.

Pohjoisen pallonpuoliskon taivaalla sijaitseva, noin 1500 valovuoden päässä sijaitseva Orionin molekyylipilvikompleksi on osa Paikallista kuplaa reunustavista tähtiensyntyalueista. Sen pituus on satoja valovuosia päästä päähän ja se sisältää useita erikseen nimettyjä alueita kuten Orionin suuri kaasusumu (Orionin vyön keskimmäisestä tähdestä suoraan alaspäin), Hevosenpääsumu (heti vyön vasemmanpuoleisimman tähden alapuolella) ja Barnardin luuppina tunnettu kaasukaari, jonka alkuperästä ei ole varmuutta – sen uskotaan olevan joko Orionin sumua valaisevien tähtien ulosvirtausten muovaama tai pari miljoonaa vuotta vanha supernovajäänne.  Kuva Rogelio Bernal Andreo

Pohjoisen pallonpuoliskon taivaalla sijaitseva, noin 1500 valovuoden päässä sijaitseva Orionin molekyylipilvikompleksi on osa Paikallista kuplaa reunustavista tähtiensyntyalueista. Sen pituus on satoja valovuosia päästä päähän ja se sisältää useita erikseen nimettyjä alueita kuten Orionin suuri kaasusumu (Orionin vyön keskimmäisestä tähdestä suoraan alaspäin), Hevosenpääsumu (heti vyön vasemmanpuoleisimman tähden alapuolella) ja Barnardin luuppina tunnettu kaasukaari, jonka alkuperästä ei ole varmuutta – sen uskotaan olevan joko Orionin sumua valaisevien tähtien ulosvirtausten muovaama tai pari miljoonaa vuotta vanha supernovajäänne.
Kuva Rogelio Bernal Andreo

Aurinko puhaltaa jatkuvasti aurinkotuulena ympäröivään avaruuteen hurjaa vauhtia kiitäviä hiukkasia, jotka levittävät Auringon magneettikenttää kauas planeettojen ratojen taakse. Tämä Auringon kuplamainen vaikutuspiiri tunnetaan nimellä heliosfääri, ja se tyssähtää heikentyneenä vasten tähtienvälisen avaruuden harvaa kaasua alueella jota kutsutaan heliopaussiksi. Kaukaisimmaksi koskaan matkanneet ihmiskäsien luomukset eli Voyager-luotaimet tutkivat parhaillaan tätä aluetta, joka näyttää alkavan noin 120 Maa-Aurinko-etäisyyden päässä. Siellä puhaltaa Skorpionin tähdistön suunnalta navakka galaktinen tuuli, ja kaasun tiheys napsahtaa nelikymmenkertaiseksi. Ympäri Linnunrataa ja muualta maailmankaikkeudesta vinhasti kiitävien hiukkasten eli kosmisten säteiden määrä kasvaa voimakkaasti.

Millainen on tämä galaktinen takapihamme? Aurinko sijaitsee tällä hetkellä Orionin kierteishaaran kainalossa ja näyttää seikkailevan tietään löyhän ja kuuman, halkaisijaltaan noin 30 valovuotta olevan kaasupilven läpi. Pilvi sisältää pääasiassa vetyä ja heliumia sekä aavistuksen verran pölyä. Auringon odotetaan tupsahtavan ulos pilvestä reilun 10 000 vuoden kuluttua. Viereisen pilven reunamilla ovat menossa myös mm. Sirius, Altair ja Alfa Centaurin kolmoistähti, Aurinkoa lähin tähtijärjestelmä (ja eksoplaneetta). Pilvi tunnetaan englanniksi nimellä Local Fluff, mikä kääntyy ehkä tälle palstalle ominaiseen tyyliin Paikalliseksi pörhöksi.

Tässä kohtaa lienee syytä mainita, että nämä tähtienvälisen avaruuden kuumat alueet eivät ole samalla tapaa kuumia kuin me ne käsitämme, sillä ne ovat erittäin harvaa ainetta – huikeasti harvempaa kuin paraskaan maanpäällisessa labrassa nykyään saavutettava tyhjiö – eikä mitään kosmista käristysefektiä tapahdu. Meitä ympäröivän pilven kaasu on Auringon pintaa kuumempaa ja tässä sitä vaan silti ollaan olematta moksiskaan. Avaruuden kuuma kaasu on itse asiassa plasmaa, eli kaasua jossa atomit ovat menettäneet osittain tai kaikki elektroninsa.

Tämä pieni pilvenlonka sijaitsee suuressa kammiossa, joka sisältää äärimmäisen harvaa, noin miljoona-asteista plasmaa joka rätisee röntgensäteitä, jota syntyy kun plasman vapaana vilistävät elektronit muksahtelevat atomiytimiin. Tätä noin 1300 valovuotta halkaisijaltaan olevaa, ympäristöään harvempaa onkaloa kutsutaan Paikalliseksi kuplaksi (Local Bubble), ja Aurinko on matkannut sen halki jo useita miljoonia vuosia. Ei olla täysin yksimielisiä siitä, mitkä tapahtumat puhalsivat onkalon olemaan. Kyseessä saattoi olla supernova tai kokonainen sarja tähtiräjähdyksiä. Voi myös olla, että onkalo avautui tähtien synnyn yhteydessä.

Paikallista kuplaa kehystääkin useita tähtiensyntypaikkoja, ja niiden sisältämien osittain paljain silminkin näkyvien kirkkaiden tähtien vana tunnetaan Gouldin vyönä. Se kulkee halki maapallon taivaan, näin meikäläisestä perspektiivistä suunnilleen Kefeuksen, Perseuksen ja Orionin halki kohti Siriusta. Gouldin vyö kulkee sen verran lähellä Linnunradan kiekkoa, että näitä kahta ei välttämättä erota helposti toisistaan. Näistä tähtien lastenkamareista meille tutuin lienee Orionin sumukompleksi, jonka sisältämä Orionin suuri kaasusumu häämöttää Orionin vyön keskimmäisen tähden alapuolella ja erottuu hiukan sumumaisena paljain silminkin.

Meitä lähin, laaja tähtiensyntyalue  löytyy eteläisen pallonpuoliskon ja Skorpionin-Kentaurin tähtijoukon suunnalta, jossa sen jo syntyneet kirkkaat tähdet loimottavat Etelän ristin, Kentaurin ja Suden tähdistöissä. Näiden nuorten starojen poispäin pöheltämä kaasu etenee sutjakkaasti Paikallisen kuplan tyhjyydessä ja on kutitellut meitä jo ainakin 250 000 vuoden ajan, ja näyttääkin siltä, että myös se pieni kaasupilvi jossa me tällä hetkellä matkaamme on peräisin näiden tähtien syntyseuduilta.

Aurinko jatkaa tässä ympäristössä matkaansa vielä miljoonia vuosia, kiertäen Linnunradan keskustaa noin 27 000 valovuoden etäisyydellä siitä. Yhteen kierrokseen galaksin ympäri menee vajaat 230 miljoonaa vuotta. Aurinkokunnan vanhimmat materiaalit ovat (eri alkuaineiden radioaktiivisten muotojen esiintymisen perusteella) paljastuneet iältään noin 4,568 miljardia vuotta vanhoiksi, joten Aurinko on ennättänyt kiertää Linnunradan ympäri reilut 18 kertaa. Galaktisissa vuosissa täysi-ikäisyys on siis saavutettu.

Aurinko ei kuitenkaan vain kierrä Linnunrataa vaan se sukeltelee edestakaisin kiekon läpi pari kertaa kierroksessa, noin 33 miljoonan vuoden välein. On esitetty, että pulahdukset galaksin kierrehaarojen läpi voisivat selittää osan maapallon massasukupuutoista, mutta teoria ei ole saanut taakseen vankkaa kannatusta ja on edelleen varsin kiistanalainen. Tällä hetkellä näyttää siltä, että olemme hintsusti galaksin kiekon keskitason yläpuolella ja kohoamassa vähitellen korkeammalle.

Putkahdimme siis viimeksi kiekon keskitason läpi noin 2,5 miljoonaa vuotta sitten, eli galaksin aikaskaalalla aivan hetki sitten. Se oli meillekin mukavaa aikaa: suunnilleen samoihin aikoihin kehittyi luulöytöjen perusteella mm. Homo-suku ja sen myötä ensimmäiset varsinaisesti ihmiseksi kutsutut olennot, jotka keksivät alkaa käyttää työkaluja.

Naapurigalaksissamme Suuressa Magellanin pilvessä on valtava sumukompleksi N44, joka muistuttaa Paikallista kuplaa, jonka läpi Aurinko on matkalla. Se on halkaisijaltaan noin 1200 valovuotta, siis samaa kokoluokkaa kuin omakin kuplamme. Sitä ovat kaivertaneet niin massiivisten nuorten tähtien säteily kuin supernovat, kun tähdistä raskaimmat ovat räjähtäneet. Kuvan siniset alueet ovat röntgensäteilyä ja vastaavat alueen kuumimpia paikkoja. Punaiset alueet kertovat, missä on eniten pölyä ja viileää kaasua, jotka säteilevät infrapunasäteilyä. Keltainen väri vastaa näkyvän valon aluetta ja paljastaa tähdet sekä niiden valaiseman kaasun ja pölyn. Kuva  Näkyvä valo: ESO, röntgen: NASA/CXC/U.Mich./S.Oey, infrapuna: NASA/JPL

Naapurigalaksissamme Suuressa Magellanin pilvessä on valtava sumukompleksi N44, joka muistuttaa Paikallista kuplaa, jonka läpi Aurinko on matkalla. Se on halkaisijaltaan noin 1200 valovuotta, siis samaa kokoluokkaa kuin omakin kuplamme. Sitä ovat kaivertaneet niin massiivisten nuorten tähtien säteily kuin supernovat, kun tähdistä raskaimmat ovat räjähtäneet. Kuvan siniset alueet ovat röntgensäteilyä ja vastaavat alueen kuumimpia paikkoja. Punaiset alueet kertovat, missä on eniten pölyä ja viileää kaasua, jotka säteilevät infrapunasäteilyä. Keltainen väri vastaa näkyvän valon aluetta ja paljastaa tähdet sekä niiden valaiseman kaasun ja pölyn.
Kuva Näkyvä valo: ESO, röntgen: NASA/CXC/U.Mich./S.Oey, infrapuna: NASA/JPL

3 kommenttia “Kotona Linnunradassa”

  1. Onko siis niin että tuollaisen pölyisenkaasuisen tähtiensyntyalueen liepeillä on tyypillisesti supernovan posauttama kupla tai useita? Eli että normaalia tiheämmän alueen lähellä on usein normaalia harvempi alue?

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Kun tähtien syntyalueessa muodostuu suurimassaisia tähtiä, niiden hurja säteily availee tällaisia harvakaasuisia onkaloita muutoin tiheään kaasuun. Mitä massiivisemmasta tähdestä on kyse, sitä nopeammin sen kehitys etenee, ja ne räjähtävät supernovina varsin nopeasti (muutamissa miljoonissa vuosissa). Samaan aikaan alueella saattaa olla edelleen käynnissä pienempimassaisten tähtien kehitystä, ja supernovan sokkiaallot ja/tai nuorten tähtien ulospäin puhaltamat kaasut saattavat laukaista taas lisää tähtien muodostumista, kun ne puristavat kaasua tiiviimmäksi törmätessään siihen. Vastasiko tämä kysymykseen?

      1. Eli vastaus on ”kyllä”. Syy kysymykseeni oli oikeastaan se että pohdiskelin millaisten seutujen läpi itse tulemme todennäköisesti lähivuosimiljoonina matkaamaan. Esimerkiksi isompi määrä pölyä saattaa tarkoittaa tähtienvälisten luotaimien vaikeutumista, kun tällä hetkellä niille olisi melko puhdas kupla tarjolla. Utilitarismia…

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Pimeän aineen syleilyssä

29.10.2017 klo 07.00, kirjoittaja
Kategoriat: Bongaa Linnunrata , Otsikon takana

Galaksijoukko Abell S1063 kaareuttaa avaruutta niin voimakkaasti, että sen takaa olevista galakseista tuleva valo taipuu sen ympärillä ja niiden kuvat näkyvät kaarina ja kirkastumina galaksijoukon ympärillä yleisen suhteellisuusteorian ennustamalla tavalla. Kaareutumisen voimakkuus riippuu galaksien ja niitä ympäröivän pimeän aineen massasta ja siitä, miten se on jakautunut. Kuva NASA, ESA, and J. Lotz (STScI)

Galaksijoukko Abell S1063 kaareuttaa avaruutta niin voimakkaasti, että sen takaa olevista galakseista tuleva valo taipuu sen ympärillä ja niiden kuvat näkyvät kaarina ja kirkastumina galaksijoukon ympärillä yleisen suhteellisuusteorian ennustamalla tavalla. Kaareutumisen voimakkuus riippuu galaksien ja niitä ympäröivän pimeän aineen massasta ja siitä, miten se on jakautunut.
Kuva NASA, ESA, and J. Lotz (STScI)

Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 29.10.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017.

Pimeä aine on kutkuttavaa tavaraa. Emme tiedä, mitä se aivan tarkalleen on, mutta voimme silti nähdä sen vaikutukset monessa eri paikassa. Tässä tekstissä puhumme vähän lisää Linnunradan (tai galaksien yleensä) ja pimeän aineen yhteydestä.

Linnunradan syntyä käsittelevässä tekstissä 24.9. kerroimme, miten galaksien siemenet kehittyivät varhaisessa maailmankaikkeudessa pienistä lämpötila- ja tiheyseroista. Mikäli nuori universumi olisi ollut lämpötilaltaan ja tiheydeltään täysin tasainen, kaikkialla olisi vallinnut sama laiska gravitaatiokenttä eikä mitään aineen tihentymiä ja sitä kautta rakennetta olisi päässyt muodostumaan.

Tavallinen aine – se atomeista muodostunut peruskama josta tähdet ja planeetat ja kaikki planeetan pinnalla puuhastelevat tyypit ovat muodostuneet – ei olisi yksin jaksanut muodostaa ensimmäisiä tähtiä ja galakseja, ainakaan siinä tahdissa kuin mitä havaitsemme menneisyydessä tapahtuneen. Ellei pimeää ainetta olisi ollut mukana projektipäällikkönä päsmäröimässä, nykypäivän galaksit olisivat vain prosentin verran tiheämpiä kuin maailmankaikkeus keskimäärin. Todellisuudessa ympärillämme näkyvät galaksit ovat kuitenkin noin miljoona kertaa tiheämpiä kuin ympäröivä universumi eli keveät sata miljoonaa kertaa tiheämpiä kuin pitäisi – ellei pimeää ainetta olisi.

Kolmion galaksi (M33) on Linnunradan ja Andromedan suuri seuralainen paikallisessa galaksiryhmässä. Se on yksi niistä galakseista, joissa tähtien ja kaasupilvien kiertoliikkeen on havaittu kasvavan ulko-osissa. Pimeän aineen massa sitä siellä kiihdyttelee menemään. Kuten viime viikolla jo mainittiin spiraalihaarojen syntymekanismia käsitellessä, tällaiset repaleiset galaksit saattavat syntyä sen seurauksena, että niitä ympäröi poikkeuksellisen tukeva pilvi pimeää ainetta ja tämän perusteella näin tosiaan näyttäisi olevan. Kuva ESO

Kolmion galaksi (M33) on Linnunradan ja Andromedan suuri seuralainen paikallisessa galaksiryhmässä. Se on yksi niistä galakseista, joissa tähtien ja kaasupilvien kiertoliikkeen on havaittu kasvavan ulko-osissa. Pimeän aineen massa sitä siellä kiihdyttelee menemään. Kuten viime viikolla jo mainittiin spiraalihaarojen syntymekanismia käsitellessä, tällaiset repaleiset galaksit saattavat syntyä sen seurauksena, että niitä ympäröi poikkeuksellisen tukeva pilvi pimeää ainetta ja tämän perusteella näin tosiaan näyttäisi olevan.
Kuva ESO

Ensimmäiset tähdet ja galaksit siis syntyivät pienten pimeän aineen pilvien keskelle gravitaation voimalla ajautuneesta kaasusta. Kun nämä alkugalaksit törmäilivät toisiinsa, myös pimeän aineen pilvet seurasivat luontevasti mukana ja sulautuivat yhteen. Ja näin on jatkunut nykypäivään saakka: mitä suurempi galaksi, sitä enemmän sen ympärillä näyttää olevan pimeää ainetta. Tätä pimeää pilveä kutsutaan yleensä pimeän aineen haloksi. Sen olemassaolo voidaan nähdä muun muassa tavasta, jolla galaksit pyörivät.

Linnunradassa näkyvää ainetta (kuten tähtiä ja kaasupilviä) löytyy melko tarkkaan tasaisesti koko kiekon leveydeltä. Galaksi pyörii varsin tasaisesti, ja pyörimisen tulisi hidastua vasta aivan ulko-osissa, joissa on lähinnä yksittäisiä tähtiä ja kaasupilviä. Mutta tämä ei ole se, mitä todellisuudessa havaitsemme ympäröivässä avaruudessa. Galaksien pyörimisnopeus jopa kasvaa ulospäin. Tunnettujen gravitaatiolakien mukaan näin nyt ei vaan pyöritä, ellei galaksin ulko-osissa ole jotain ylimääräistä ja massiivista. (Sitäkin on tutkittu, ettei gravitaatio toimisi normaalisti galaksien ulko-osissa, mutta näin ei näytä olevan.)

Mitä siellä on? Miksi emme näe sitä? Voisiko siellä olla hysteeriset määrät jotenkin mahdottoman himmeitä tähtiä, tai planeettoja, tai kumiankkoja? Mistään tällaisesta ei ole löytynyt merkkejä. Koska pimeästä aineesta on runsaasti havaintoja muualtakin, koska sen on havaittu ympäröivän suuria galaksijoukkoja ja koska pimeän aineen halo olisi luonnollinen jatkumo toimivalle galaksien syntyhistorialle, ei ole huono veikkaus, että galaksien ulko-odissa todella olisi pimeää ainetta – tuntemattomista hiukkasista koostuvaa puuroa joka vuorovaikuttaa tavallisen aineen kanssa lähes yksinomaan massansa kautta, eli gravitaatiolla.

Linnunradan tähtien arvioitu massa vastaa noin 55 miljardia Aurinkoa. Lisäksi galaksissamme on noin 5-8 miljardin Auringon verran vapaata kaasua ja pölyä. Pimeää ainetta näyttää olevan kymmeniä kertoja enemmän. Meillähän ei ole mitään jättipuntaria johon voisimme Linnunradan ripustaa, vaan massa-arviot on tehtävä epäsuorasti, tutkimalla vaikkapa miten pienet galaksit tai pallomaiset tähtijoukot kiertävät meitä. Massa-arviot ovat siis vain arvioita, mutta ei ole syytä epäillä, etteivätkö ne antaisi oikeaa suuruusluokkaa.

Pimeän aineen halo näyttää ulottuvan noin miljoonan valovuoden päähän galaksin keskustasta, siinä missä näkyvän aineen muodostama kiekko ulottuu vain noin 50 000 valovuoden päähän (joskin kiekko saattaa osoittautua vielä tätä leveämmäksi). Täällä ollaankin jo puolivälissä kohti Andromedan galaksia. Saattaa jopa olla, ettei meillä olekaan omaa irrallista pimeän aineen haloa lainkaan, vaan liikumme muiden lähiympäristön galaksien kanssa yhteisen pilven sisällä, joka on vain tiheämpi aivan galaksien ympärillä. Useimmat Linnunradan seuralaisgalaksit uiskentelevat Linnunradan suurhalon sisälllä mutta ne näyttävät edelleen olevan kääriytyneenä omaan pimeään pilveensä, joka ympäröi pikkugalaksia paikallisesti hiukan ympäristöä tiheämmin. Ne saattavat myös menettää pimeää ainetta omasta pikkuhalostaan Linnunradan suurempaan haloon. Tämä teoria on varsin uusi ja sitä tutkitaan nyt vilkkaasti.

Pimeän halon sisällä, galaksin kiekon ulkopuolella liikkuu monenlaista menijää, kuten jo aiemmin esitellyt pallomaiset tähtijoukot, nuo galaksinmuodostuksen fossiilit. Linnunradan keskustan supermassiivinen musta aukko on myös sinkautellut turhan lähelle tulleita tähtiä aivan valtaviin nopeuksiin, ja näitä tähtiä havaitaan kiitämässä karkuun kaukana Linnunradan ulkopuolella. Osa tähdistä liikkuu niin lujaa, että ne tulevat lopulta häippäisemään galaksienväliseen avaruuteen, kun taas osan Linnunradan gravitaatio tulee kiskaisemaan takaisin. Toiset näistä tähdistä tulevat räjähtämään supernovana kesken matkaansa ja ne jättävät jälkeensä kaasupilven. Tällaisia kaasupilviä on jo löydetty halosta. Jotkut halon tähdistä ovat tulleet riipaistuiksi irti ohikulkeneista galakseista, ja ne kiertävät ohuina tähtinauhoina Linnunrataa.

Kun sanotaan, että galaksien ulkolaidoilla on pimeää ainetta, se ei tarkoita sitä, että pimeää ainetta olisi vain siellä. Itse asiassa tämä pimeän aineen pilvi tihenee kohti galaksin keskustaa, ja pimeää ainetta on myös Linnunradan sisällä, siis myös aurinkokunnassa, ja oman nenän edessä. Sitä on kuitenkin harvakseltaan, ja Auringon massa on edelleen valtavasti suurempi kuin vaikkapa maapallon radan sisäpuolella olevan pimeän aineen massa, joka vastaa pienehköä asteroidia. Niinpä sen vaikutus vaikkapa planeettojen ratoihin ei ole ollenkaan merkittävä, eikä sitä ole havaittu. Toisaalta aurinkokunta on galaksin mittapuulla aika tiivistä tavaraa, ja valtavassa, löyhässä galaksissa pimeän aineen massan vaikutus kiertoliikkeeseen on paljon suurempi.

Jos pimeän aineen luonne yleisemmin kiinnostaa, niin siitä on kirjoittanut (ja kirjoittaa varmasti jatkossakin!) erinomaisesti kosmologi ja hiukkasfyysikko Syksy Räsänen. Syksy kirjoittaa nykyään Kosmokseen kirjoitettua -blogia Ursalle, mutta kenties parhaiten pimeää ainetta pohjustaneet, vanhemmat tekstit löytyvät Tiede-lehden puolelta:

https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/merkkeja_nakyvan_tuolta_puolen
https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/pimeyden_henkilollisyys

Tähdet muodostavat galakseja, galaksit galaksijoukkoja ja galaksijoukot lopulta suurimpia universumin rakenteita, kosmisia rihmoja, joiden väliin jää suuria tyhjiä kuplia, voideja, jotka sisältävät vain hyvin vähän tai ei ollenkaan galakseja. Nämä galaksirihmat on havaittu taivaalla, ja jos tutkitaan pimeän aineen seikkailuja tietokoneella miljardien vuosien saatossa, sen havaitaan muodostavan vastaavia rihmoja. Usein sanotaankin, että pimeä aine on universumin selkäranka. Tässä on kuvankaappaus yhdestä tällaisesta simulaatiosta eli tietokonemallista. Universumin selkärangan rakentumista lähes tasajakoisesta alkutilasta voi seurata oheisesta videosta. Kirkkaimmissa solmukohdissa on runsaammin pimeää ainetta, ja ne ovat myös paikkoja, joissa sijaitsevat suurimmat galaksiryppäät. Tältä universumi suunnilleen näyttäisi, jos katsoisimme sitä hyvin kaukaa. Oikean yläkulman laskuri kertoo ajan kulkevan: Gyr tarkoittaa miljardia vuotta. Simulaatio kattaa koko universumin kehityksen. Video: https://www.cfa.harvard.edu/…/Movies/movie8_br05.0_fps35.mp4 Kuva Benedikt Diemer ja Phil Mansfield Lisää saman tiimin videoita ja tiedot käytetyistä parametereista: http://www.benediktdiemer.com/visualization/movies/

Tähdet muodostavat galakseja, galaksit galaksijoukkoja ja galaksijoukot lopulta suurimpia universumin rakenteita, kosmisia rihmoja, joiden väliin jää suuria tyhjiä kuplia, voideja, jotka sisältävät vain hyvin vähän tai ei ollenkaan galakseja.
Nämä galaksirihmat on havaittu taivaalla, ja jos tutkitaan pimeän aineen seikkailuja tietokoneella miljardien vuosien saatossa, sen havaitaan muodostavan vastaavia rihmoja. Usein sanotaankin, että pimeä aine on universumin selkäranka.
Tässä on kuvankaappaus yhdestä tällaisesta simulaatiosta eli tietokonemallista. Universumin selkärangan rakentumista lähes tasajakoisesta alkutilasta voi seurata oheisesta videosta. Kirkkaimmissa solmukohdissa on runsaammin pimeää ainetta, ja ne ovat myös paikkoja, joissa sijaitsevat suurimmat galaksiryppäät. Tältä universumi suunnilleen näyttäisi, jos katsoisimme sitä hyvin kaukaa.
Oikean yläkulman laskuri kertoo ajan kulkevan: Gyr tarkoittaa miljardia vuotta. Simulaatio kattaa koko universumin kehityksen.
Video: https://www.cfa.harvard.edu/~bdiemer/Visualizations/Movies/movie8_br05.0_fps35.mp4
Kuva Benedikt Diemer ja Phil Mansfield
Lisää saman tiimin videoita ja tiedot käytetyistä parametereista: http://www.benediktdiemer.com/visualization/movies/

2 kommenttia “Pimeän aineen syleilyssä”

  1. Tuo ensimmäinen videolinkki ei tunnu toimivan mutta jälkimmäisen takaa videoita löytyy.

    Tuo video näyttää siltä että universumi urbanisoituu, alueet tyhjenevät ja keskukset tihenevät.

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Hei, kiitos huomiosta. Sain korjattua linkin.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Jäljet johtavat tähtitehtaalle

22.10.2017 klo 07.00, kirjoittaja
Kategoriat: Bongaa Linnunrata , Otsikon takana

Pienempi NGC 5195 (oikealla) on lipumassa hitaasti Pyörregalaksin M51 ohi takakautta. Seuralaisen painovoimavaikutus näyttää selkiyttäneen Pyörregalaksin spiraalirakennetta ja käynnistäneen tähtien syntyä sen kierteissä. Kuva Nasa / ESA / S. Beckwith (STScI) / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Pienempi NGC 5195 (oikealla) on lipumassa hitaasti Pyörregalaksin M51 ohi takakautta. Seuralaisen painovoimavaikutus näyttää selkiyttäneen Pyörregalaksin spiraalirakennetta ja käynnistäneen tähtien syntyä sen kierteissä.
Kuva Nasa / ESA / S. Beckwith (STScI) / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 22.10.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017.

Galaksit ovat, kuten jo aiemmin kuvattu, pimeän aineen pilvien sisäänsä houkuttamia kokoelmia kaasua, pölyä ja tähtiä, siis eräänlaisia kosmisia kökkäreitä. Galakseja pitävät koossa pimeän aineen sekä näkyvän aineen massa ja painovoima. Voisi sanoa, että galaksien sisältämä tavara pöristelee ympäri avaruuteen painamaansa kuoppaa.

Elliptisistä galakseista on puhuttu näissä Linnunrata-sarjan teksteissä niin paljon, että otetaan tähän kuva yhdestä sellaisesta. NGC 1132 on valtava köriläs joka sijaitsee noin 320 miljoonan valovuoden päässä. Se löllii valtavassa pimeän aineen pilvessä, josta riittäisi kymmenille tai sadoille tavanomaisille galakseille. Galaksia kiertää tuhansia pallomaisia tähtijoukkoja ja kääpiögalakseja, jotka näyttävät olevan jämiä muinaisista syömingeistä. Sen takana avaruudessa näkyy suuri määrä paljon kauempana olevia galakseja. Kuva Nasa, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration. Acknowledgment: M. West (ESO, Chile)

Elliptisistä galakseista on puhuttu näissä Linnunrata-sarjan teksteissä niin paljon, että otetaan tähän kuva yhdestä sellaisesta. NGC 1132 on valtava köriläs joka sijaitsee noin 320 miljoonan valovuoden päässä. Se löllii valtavassa pimeän aineen pilvessä, josta riittäisi kymmenille tai sadoille tavanomaisille galakseille. Galaksia kiertää tuhansia pallomaisia tähtijoukkoja ja kääpiögalakseja, jotka näyttävät olevan jämiä muinaisista syömingeistä. Sen takana avaruudessa näkyy suuri määrä paljon kauempana olevia galakseja.
Kuva Nasa, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration. Acknowledgment: M. West (ESO, Chile)

Galaksit voivat kuitenkin olla hyvin eri näköisiä riippuen siitä, kuinka suuria ne ovat, millaisilla radoilla tähdet ja muu aines siellä liikkuu, ja paljonko galaksissa on kaasua käytettävissä tähtien muodostukseen. Paljon vaikuttaa myös se, miten kauas ajassa taaksepäin katsomme, kun katsomme kauas kosmoksen perukoille. Muinoin – siis kaukana – galaksit olivat epämääräisemmän muotoisia. Keskitymme tässä tekstissä puhumaan lähinnä moderneista galakseista, ja sielläkin niistä suurimmista, keskittyen toki Linnunrataan.

Modernit, suuret galaksit ovat joko elliptisiä, spiraaligalakseja tai niiden välimuotoja. Elliptiset galaksit ovat melko piirteettömiä, enemmän tai vähemmän pyöreitä tai sikarinmuotoisia palleroita ja pötkylöitä jotka muuttuvat hissukseen harvemmiksi ulko-osissaan. Elliptiset galaksit voivat olla melko pieniäkin, mutta kaikkein suurimmat galaksit ovat aina elliptisiä. Niissä on runsaasti vanhoja, köykäisiä tähtiä (ne ovat ainoita, jotka ovat enää jäljellä) erilaisilla radoilla keskustan ympäri, mutta ei sitten juuri muuta. Niissä on vain hyvin vähän kaasua jäljellä, joten niissä myös syntyy naftisti uusia tähtiä. Kaikki tavara on jumissa jo olemassaolevissa pitkäikäisissä tähdissä.

Meillä spiraaligalakseissa sen sijaan käy iloinen tähtienmuodostuksen rytke. On kaasua ja pölyä millä mällätä. Nykyään tunnetuista galakseista noin 35 prosenttia on spiraaligalakseja, ja reilulla puolella niistä on keskustassaan sauvamainen rakenne – näin myös Linnunradalla. Ehdottomasti valtaosa spiraaligalakseista pyörii siten, että haarat osoittavat tulosuuntaan. Joidenkin harvinaisempien vastarannankiiskien on kuitenkin havaittu pyörivän siten, että kierteiden kärjet osoittavatkin menosuuntaan.

Kierregalaksit voivat olla ällistyttävän monimuotoisia. Toisilla on kaksi tiukasti kiertynyttä, selkeää spiraalihaaraa, kun taas toisten rakenne on väljempi, haarakkaampi ja epämääräisen repaleinen. Hyvin massiiviseen kiekkoon näyttää syntyvän helpommin kaksihaarainen spiraalirakenne ja kevyempään monihaaraisempi rakenne. Myös galakseja ympäröivä pimeän aineen muodostama halo näyttää saavan aikaan sirpaleisemman spiraalirakenteen.

Kierregalakseissa valtaosa tähtien syntyalueista sijaitsee spiraalihaaroissa. Miksi? Mikä siellä painaa kaasupilviä kasaan ja sysää tähtitehtaan käyntiin?

NGC 4622 on yksi harvoista spiraaligalakseista, joiden on havaittu pyörivän siten, että spiraalihaarat aukeavat menosuuntaan. Galaksi pyörii meistä katsottuna myötäpäivään. Poikkeuksellisen pyörimisen uskotaan johtuvan siitä, että NGC 4622 on ohittanut menneisyydessä jonkin toisen galaksin, joka on kääntänyt sen pyörimissuunnan. Galaksilla nähdään itse asiassa kaksi spiraalirakennetta, jotka aukeavat eri suuntiin. Havaintojen perusteella materian kiertosuunta kiekossa on kuitenkin sama, joten toinen spiraalirakenteista on edistävä. Kuva Nasa / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

NGC 4622 on yksi harvoista spiraaligalakseista, joiden on havaittu pyörivän siten, että spiraalihaarat aukeavat menosuuntaan. Galaksi pyörii meistä katsottuna myötäpäivään. Poikkeuksellisen pyörimisen uskotaan johtuvan siitä, että NGC 4622 on ohittanut menneisyydessä jonkin toisen galaksin, joka on kääntänyt sen pyörimissuunnan. Galaksilla nähdään itse asiassa kaksi spiraalirakennetta, jotka aukeavat eri suuntiin. Havaintojen perusteella materian kiertosuunta kiekossa on kuitenkin sama, joten toinen spiraalirakenteista on edistävä.
Kuva Nasa / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Spiraalien tarkka syntymekanismi on kuitenkin askarruttanut tutkijoita tähän päivään saakka, eikä asiasta olla vieläkään yksimielisiä. Spiraalirakenne on hyvin yleinen ilmiö, joten mikä mekanismi ne sitten synnyttääkin, sen tulee esiintyä galaksissa hyvin pitkän aikaa. Voi jopa olla, että spiraalikuvio ei synny kaikkiin galakseihin samalla tavalla. Jotkut galaksit saattavat saada haaransa läheisen seuralaisgalaksin gravitaation aiheuttamana, mutta monilla näin ei selvästi ole.

Tutkijat ovat nykyään kohtuullisen yksimielisiä siitä, että spiraalirakenne liittyy jotenkin tiheyshäiriöihin galaksin kiekossa. Ratkaisematta on kuitenkin se, ovatko spiraalihaarat pysyviä rakenteita, vai ovatko ne väliaikaisia piirteitä joita syntyy ja katoaa jatkuvasti. Mutta mikä saa ne syntymään uudelleen?

Kiekkomaiset, ei-elliptiset galaksit pyörivät keskustansa ympäri siten, että sisempänä kiekossa sijaitsevat tähdet kiertävät keskustaa suunnilleen vakionopeudella, mutta ulompana kiertonopeus hidastuu. Mikäli spiraalihaarat muodostuisivat aina tismalleen samoista tähdistä, tällainen pyörimisliike kiertäisi kierteiskuvion tiukasti keskustan ympärille. Haarat katoaisivat kokonaan näkyvistä vain muutaman galaktisen täyskierroksen aikana.

Näyttää siltä, että spiraalirakenteen on joko jatkuvasti uusiuduttava tai synnyttävä aivan toisella tavalla. Tämä onnistuu, jos spiraalihaarat eivät muodostukaan aina samoista tähdistä, vaan galaksin kiekossa kiertää jonkinlainen tiheysaalto, joka pakkaa väliaikaisesti yhteen lähistölle sattuvia tähtiä ja kaasua.

Tiheysaaltoa voi verrata liikenneruuhkaan: itse ruuhka on ilmiö, joka pysyy pääasiassa paikallaan, mutta siihen osallistuvat autot vaihtuvat koko ajan. Galaktiseen liikenneruuhkaan ajautuvan tähden liike hidastuu ruuhkan kohdalla, ja se viipyy siinä jonkin aikaa ennen kuin jatkaa normaalia kiertoliikettään galaksin keskustan ympäri. Kun kaasupilvi ajautuu ruuhkaan, se rutistuu kasaan ja tähtien synty voi alkaa.

Tässä onkin jotain, millä voi pakokaasuisissa ruuhkissa keventää mieltään. Kasaan rutistumista suosittelemme silti välttämään.

NGC 5584 hehuttelee suuria määriä nuoria, kirkkaita sinisiä tähtiä repaleisissa spiraalihaaroissaan. Spiraalihaarojen välissä on enemmän vanhempia, keltaisia tähtiä. Repaleisia spiraaleja vaikuttaa syntyvän esimerkiksi silloin, kun galaksia ympäröivän pimeän aineen pilvi on hyvin massiivinen suhteessa galaksin kiekon (näkyvän aineen) massaan. Kuva Nasa / ESA / A. Riess (STScI/JHU) / L. Macri (Texas A & M University) / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

NGC 5584 hehuttelee suuria määriä nuoria, kirkkaita sinisiä tähtiä repaleisissa spiraalihaaroissaan. Spiraalihaarojen välissä on enemmän vanhempia, keltaisia tähtiä. Repaleisia spiraaleja vaikuttaa syntyvän esimerkiksi silloin, kun galaksia ympäröivän pimeän aineen pilvi on hyvin massiivinen suhteessa galaksin kiekon (näkyvän aineen) massaan.
Kuva Nasa / ESA / A. Riess (STScI/JHU) / L. Macri (Texas A & M University) / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

4 kommenttia “Jäljet johtavat tähtitehtaalle”

  1. Juhani Harjunharja sanoo:

    Hyvä kirjoitus, mutta mikä osuus galaksien muodostumisessa on mustilla aukoilla? Luetaanko nuo mustat aukot mukaan pimeään aineeseen?

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Suoraan sanoen en tiedä voidaanko sanoa, että mustat aukot eivät voisi vaikuttaa galaksien muodostumiseen, mutta koska supermassiivisia mustia aukkoja löydetään yleisimmin juuri kookkaista spiraali- ja ellipsigalakseista, olisin valmis uskomaan, että mustat aukot kasvavat galaksin mukana, eikä niitä tarvita galaksin muodostumiseen. Pienistä galakseista ei välttämättä löydy supermassiivista mustaa aukkoa. Aukkojen massa näyttää myös olevan sidoksissa galaksin massaan. Aukko kyllä vaikuttaa galaksin kehitykseen myöhemmin, mm. tähtien muodostukseen. Supermassiivisten mustien aukkojen kehityksen tutkimus käy kuumana, avoimia kysymyksiä on mm. se, miten jo noin miljardi vuotta vanhasta universumista löytyy supermassiivisia mustia aukkoja ja miten ne saattoivat kasvaa niin nopeasti. Oletan, että Antti Rantalan esitelmä ensi viikolla saattaa valottaa asiaa, kannattaa seurata lähetystä.

      Mustia aukkoja ei lasketa osaksi pimeää ainetta.

  2. Jani Heiskanen sanoo:

    Suurin osa spiraaligalakseista muistuttaa muodoltaan ja kuvioltaan vettä lavuaarissa, josta on nykäisty tulppa pois.

    Onko galaksien rakenteiden välisiä etäisyyksiä mahdollista tutkia. Loittonevatko spiraalien haarat vai lähenevätkö ne galaksien keskustoja?

    Mikäli pyörimisliike on riittävä ja vetovoima riittävän ”pieni”, niin onko mahdollista, että spiraalin haaran ulkoreuna karkaa spiraalista?

    Elämme mielenkiintoisia aikoja… 😉

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Hyviä kysymyksiä, Jani, enkä osaa vastata niihin ollenkaan riittävällä tarkkuudella. Spiraalihaarojen dynamiikan tutkimus sisältää myös runsaasti avoimia kysymyksiä. Galaksien rakenteiden välisiä etäisyyksiä on mahdollista tutkia, mutta kuten etäisyyden määritykset avaruudessa usein, ne ovat enemmän valistuneita arvioita kuin tarkkoja tuloksia. Yleensä tällaisia etäisyyksiä lasketaankin kulmamitoissa — kaarisekunteina ja -minuutteina.

      Loittonevatko spiraalien haarat galaksien keskustoja vai loittonevatko? Kyse liittyy siihen mekanismiin, jolla spiraalihaarat ylipäätään muodostuvat, ja tätä mekanismia ei vielä varmuudella tunneta. Se voi myös olla erilainen eri galakseille. Jos haarat lähenisivät galaksin keskustaa pyörimisen myötä, se johtaisi pian kierteiden kiertymiseen tiiviisti galaksin ympäri. Tiheysaaltoteoriassa tätä ei ymmärtääkseni pitäisi tapahtua.

      Tähdet eivät liiku kiekon ulkolaidoilla nopeammin kuin lähellä keskustaa, sillä galaksi ei pyöri kuten jäykkä kappale. Tästä syystä tähdet eivät sinkoile ulos ainakaan pylrimisliikkeen johdosta galaksin ulkolaidoilta. Sen sijaan lähiohitukset keskustan mustan aukon kanssa voivat aiheuttaa singahtelua, aiheesta lisää tänä sunnuntaina.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *