Christiaan Huygens ja Titan
Jos satunnaiselta suomalaiselta tähtitieteestä kiinnostuneelta kysyttäisiin, kuka löysi ensimmäiset toista planeettaa kiertäneet kuut ja mistä planeetasta oli kyse, aika moni vastaus osuisi kohdalleen. Tämä ei ole isokaan ihme, sillä Galileo Galilein (1564–1642) tammikuussa 1610 löytämät neljä Jupiteria kiertävää ”Medicin tähteä”, jotka myöhemmin on opittu tuntemaan Galilein kuina, olivat merkittävä tekijä kopernikaanisessa vallankumouksessa: kaikki liike aurinkokunnassamme ei suinkaan tapahdu Auringon ympäri. Tämän voi tänä syksynä itsekin todeta melko helposti jalustalla olevan keskikokoisen kiikarin avulla.
Ihmisluonnolle valitettavan ominaista on, että vain ensimmäiset muistetaan. Niinpä kysymys Galilein kuita seuraavasta kuulöydöstä olisikin paljon vaikeampi. Oikea vastaus löytyy Hollannin Haagista.
Luonnontieteilijä ja laiterakentaja
Christiaan Huygens (1629–1695) syntyi varakkaaseen sivistysperheeseen. Hänen isänsä Constantijn Huygens (1596–1687) oli paitsi runoilija ja säveltäjä, myös Hollannin johtava virkamies. Lisäksi hän oli ranskalaisen monitaituri René Descartesin (1596–1650) ystävä ja suojelija. Christiaan Huygensin nuorena kuollut äiti Suzanna van Baerle (1599–1637) puolestaan oli rikas perijätär, joka runoili yhdessä miehensä kanssa ja jonka älykkäitä kommentteja Descartes piti suuremmassa arvossa kuin filosofikollegojensa horinoita.
Christiaan Huygens opiskeli lakia ja matematiikkaa Leidenin yliopistossa ja harkitsi diplomaatin uraa. Luonnontieteet veivät kuitenkin onneksi voiton. Matemaatikkona hänet tunnetaan etenkin geometrian ja todennäköisyyslaskennan edistäjänä. Fyysikkona Huygensin nimi elää muun muassa aaltoliikeopin Huygensin periaatteessa. Hänen joulupäivänä 1656 keksimänsä heilurikello puolestaan mullisti ajan mittaamisen ja sen myötä myös pituusasteen määrittämisen maa-alueilla.
Havaintolaitteista kiinnostuneille tähtitieteen harrastajille Huygens tulee vastaan nykyisin lähinnä halvimpien markettiputkien okulaareissa. Toisin kuin usein esitetään, Huygens ei varsinaisesti ollut ensimmäinen, joka kehitti kaksilinssisen okulaarin. Hänen versionsa oli kuitenkin muita monin verroin parempi. Vaikka vähänkään vakavammassa havaitsemisessa Auringon projisointia lukuun ottamatta aika on ajanut Huygens-okulaarien ohi, se että niitä yhä valmistetaan samalla optisella periaatteella, on väkevä osoitus Huygensin 1660-luvun innovaation nerokkuudesta ja elinvoimasta.
Alkujaan reilun parikymppisen Huygensin kiinnostus kaukoputkia kohtaan heräsi vuonna 1652. Jo seuraavana vuonna hän alkoi isoveljensä Constantijn Huygens Jr.:n (1628–1697) kanssa hioa linssejä ja rakentaa kaukoputkia. Myöhemmin veljekset jopa kehittivät hiontaan sopivan koneen.
Tuon ajan linsseille tyypillisen voimakkaan värivirheen takia kaukoputket oli pakko rakentaa epäkäytännöllisen pitkiksi. Kuuluisin Huygensin veljesten viritys, jonka kuva koristaa lähes jokaista tähtitieteen historiaa käsittelevää kirjaa, oli niin kutsuttu ilmakaukoputki, eli putketon teleskooppi, jossa tolpan päässä olevan objektiivilinssin muodostamaa kuvaa katseltiin vaijerin päässä olevalla okulaarilla. Vaikka periaate olikin toimiva, käytännössä järkevien havaintojen tekeminen osoittautui lähes mahdottomaksi.
Planeettahavaitsija
Syksyllä 1659 Huygens havaitsi sittemmin Syrtis Majorina tunnetun tumman laavatasangon Marsissa ja onnistui määrittämään planeetan pyörähdysajan äimistyttävällä tarkkuudella. Viidentoista Pariisissa viettämänsä vuoden aikana, tarkemmin sanottuna vuonna 1672 hän puolestaan havaitsi ensimmäisenä Marsin eteläisen napajäätikön, kuten reilut viisi vuotta sitten kirjoittelin. Kuun maineikkaimman siirroksen eli Suoran vallin hän taas löysi vuonna 1686. Näistä saavutuksistaan huolimatta planeettojen ystäville Huygensin nimi yhdistyy kuitenkin ennen kaikkea Saturnuksen järjestelmään, jonka tutkimisesta hänen planeettatutkijan uransa varsinaisesti alkoi.
Jo Galilei oli kesällä 1610 havainnut Saturnuksella olevan ”korvat”. Pari vuotta myöhemmin ne hämmentävästi katosivat vain ilmestyäkseen vuonna 1613 uudelleen näkyviin. Galilei sen paremmin kuin kukaan muukaan ei kuitenkaan kyennyt ymmärtämään, mistä noin omituinen käytös johtui. Asian selvittämiseen tarvittiin Huygensin kaukoputkia ja älyä. Vuonna 1655 luultavasti lievästi likinäköinen Huygens alkoi havaita Saturnusta. Havaintojaan hän sitten jatkoikin antaumuksella ja julkaisi vuonna 1659 kirjan Systema Saturnium. Siinä hän ensimmäistä kertaa selitti Saturnuksen ”korvien” olevan itse asiassa planeetasta irrallaan oleva rengas. Se katoaa näkyvistä ainoastaan siksi, että Saturnuksen vajaat 30 Maan vuotta kestävän kierron aikana näemme sen kahteen otteeseen suoraan sivulta. Renkaiden paksuuden osalta Huygens oli tosin lukuisia kertaluokkia väärässä. Hänen mukaansa renkaat olivat jopa 4500 km paksut, kun nykyiset arviot liikkuvat kymmenestä metristä pariin sataan metriin, paikoin kilometriin.
Systema Saturniumissa Huygens kertoi tarkemmin myös keväällä 1655 tekemistään havainnoista, joista hän oli jo vuonna 1656 julkaissut lyhyen artikkelin nimeltä De Saturni luna observatio nova.1 25.3.1655 Huygens katseli Saturnusta reilun 5,6 cm:n läpimittaisella linssillä varustetulla kaukoputkellaan, jonka polttoväli oli hulppeat 377 cm ja suurennus luultavasti noin 43–50-kertainen. Tuolloin hän näki Saturnuksen vieressä ”tähden”, joka sijaitsi samassa tasossa kuin Saturnuksen ”käsivarret”, joiksi hän renkaita kutsui. Ainakin Huygensin itsensä mukaan hän alkoi heti miettiä, voisiko kyseessä olla samanlainen kiertolainen kuin Galilein löytämät neljä Jupiterin kuuta. Niinpä hän piirsi rengastasossa olleen ”tähden” paikan Saturnukseen ja lähellä olleeseen toiseen tähteen nähden ja alkoi seurata tilannetta seuraavina iltoina.
Huygens jatkoi löytämänsä ”tähden” havaitsemista seuraavat viikot, kuukaudet ja vuodet. Neljän kierroksen jälkeen kesäkuussa 1655 Huygens oli jo täysin varma, että kyseessä on todellakin pakko olla Saturnuksen kuu. Havainnoistaan hän sai määritettyä sen kiertoajan, noin 15 vuorokautta ja 22 tuntia.2
Nykyisin tämä Huygensin löytämä kuu tunnetaan nimellä Titan ja sen tiedetään olevan aurinkokuntamme toiseksi suurin kuu, halkaisijaltaan Merkuriustakin kookkaampi. Ainutlaatuiseksi sen tekee sitä verhoava paksu kaasukehä. Tästä Huygensillä ei tietenkään ollut vielä mitään tietoa, vaan hän kuvitteli Titanin Kuun kaltaiseksi karuksi maailmaksi. Elämänsä ehtoopuolella Huygens tosin ajatteli planeettojen niin omassa aurinkokunnassamme kuin muiden tähtien ympärilläkin olevan asuttuja.
1600- ja 1700-lukujen tieteen suurien nimien mainetekoja ihaillessa on syytä pitää mielessä, että kaikenlainen taikausko ja mystiikka vaikuttivat vahvasti fiksuimpienkin tutkijoiden keskuudessa. Huygensin kohdalla pythagoralaisesta ja kristillisestä mystiikasta kumpuava numerologinen usko sai hänet kuvittelemaan, että kun Titan oli löytynyt, aurinkokunta oli ”valmis.” Taivaalla nimittäin oli nyt 12 liikkuvaa kappaletta – Aurinko, Kuu, Merkurius, Venus, Mars, Jupiter ja sen neljä kuuta, sekä Saturnus kuineen, ja numero 12 on tietenkin numerologiassa merkittävä luku. Osaltaan tämä numerologinen hörhöily johti siihen, että Huygens ei myöhemmin havainnut Saturnusta sellaisella tarkkuudella kuin ehkä olisi kannattanut. Pariisin observatoriossa vaikuttanut Giovanni Domenico Cassini (1625–1712) nimittäin löysi vuosina 1671–1684, siis Huygensin vielä ollessa elossa ja aktiivinen tutkija, sekä nykyään nimeään kantavan aukon eli jaon Saturnuksen renkaissa, että neljä kuuta lisää: Tethyksen, Dionen, Rhean ja Iapetuksen. Näistä Huygens tiettävästi näki Rhean ja Iapetuksen, joten periaatteessa hän olisi ne voinut löytääkin.
Vähältä piti, että kunnia Titaninkin löytämisestä olisi mennyt Huygensiltä ohi. Arkkitehtina parhaiten tunnettu monilahjakkuus Christopher Wren (1632–1723)ja tähtitieteilijä ja poliitikko Paul Neile (1613–1686) olivat todennäköisesti nähneet Titanin ennen Huygensiä. Puolan Gdańskissa eli saksalaisittain Danzigissa havaitsijasuuruus Johannes Hevelius (1611–1687) oli myös nähnyt Titanin, mutta pitänyt sitä taustataivaan tähtenä. Tällaiset ”esilöydöt” ovat modernissakin tähtitieteessä arkipäivää ja arvokkaita havaintoja. Aurinkokuntatutkimuksen näkökulmasta kuuluisin vastaava tapaus ovat Galilein havainnot Neptunuksesta vuosien 1612 ja 1613 taitteen molemmin puolin.
Titanin nimeäminen
Toisin kuin Galilein, varakkaan Huygensin ei tarvinnut väkisin yrittää miellyttää suojelijoita ja rahoittajia. Niinpä hän ei antanut Titanille mitään erityistä nimeä. Hän ei myöskään käyttänyt termiä ”satelliitti”, jonka Johannes Kepler (1571–1630) oli keksinyt Jupiterin kuille. Kepler myös aikoinaan ehdotti Galilein kilpailijalle Simon Mariukselle (1573–1625) nimiä Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto, mutta ne eivät vielä tuolloin jääneet yleiseen käyttöön.
Kuten De Saturni luna -artikkelin nimikin osoittaa, Huygensille Titan oli vain Saturnuksen kuu vailla sen kummempaa nimeä. Tämä oli kuitenkin tiettävästi ensimmäinen kerta, kun merkittävässä tieteellisessä tekstissä sanaa ”luna” käytettiin kuvaamaan jotain muuta kuin meidän omaa Kuutamme.
Nimen Titan otti käyttöön vasta lähes 200 vuotta myöhemmin John Herschel (1792–1871). Samalla Herschel nimesi muut tuolloin tunnetut Saturnuksen kuut: Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea ja Iapetus. Näistä Mimas ja Enceladus olivat Uranuksenkin ensimmäisenä havainneen William Herschelin (1738–1822) eli John Herschelin isän löytöjä. Kaikki John Herschelin nimeämät kuut olivat Kreikan mytologiassa Uranoksen eli taivaan ja Gaian eli maaemon poikia ja tyttäriä, joita Kronos eli roomalaisittain Saturnus johti.
Huygensin perintö
Christiaan Huygens ei nykyisin ole likikään samalla tavalla kaikille tuttu tutkija kuin Galilei tai Isaac Newton (1643–1727), jonka Huygens ehti tavatakin. Huygens ei innostunut Newtonin painovoimateoriasta, mutta esimerkiksi Huygensin aaltopohjaiset käsitykset valosta osoittautuivat ajan saatossa paljon Newtonin hiukkasmallia toimivammiksi. Galilein ja Newtonin välisenä aikana Huygensin voi perustellusti sanoa olleen Euroopan johtava luonnontieteilijä, jonka löydöt ja oivallukset olivat käänteentekeviä monilla aloilla.
Vaikka Huygens on ehkä nykyisin hieman unohdettu, hänen nimensä elää kuitenkin yhä vahvasti varsinkin Titan-tutkijoiden mielissä. Tästä on kiittäminen eritoten Euroopan avaruusjärjestön Huygens-laskeutujaa, joka tammikuussa 2005 leijaili Titanin pinnalle. Sen tekemät löydöt ovat kuitenkin jo ihan oma tarinansa.
1De Saturni luna ilmestyi paitsi eripainoksena, jota Huygens lähetti kollegoilleen, myös osana Pierre Borelin (n. 1620–1671) kaukoputken ja mikroskoopin historiaa käsitellyttä teosta. Tässä versiossa Huygensin jutun otsikossa on painovirhe, eli otsikko kuuluu ”De Saturni luna observatio nona”, eikä suinkaan ”nova”. De Saturni lunassa on myös kuuluisa Huygensin anagrammi, jossa hän selitti Saturnuksen ”korvien” olemuksen (niille, jotka kykenivät anagrammin arvoituksen selvittämään). Anagrammin ratkaisun hän esitti vasta Systema Saturniumissa kolme vuotta myöhemmin.
2Lukemani sekundääriset lähteet tuntuvat olevan keskenään hieman eri mieltä siitä, oliko Huygensin määrittämä kiertoaika tuntien vai minuuttien päässä nykyisin tunnetusta todellisesta arvosta. Hyvin lähelle se joka tapauksessa osui.
Laiska kun olen, käsittelee tämä juttu osittain samaa aihepiiriä kuin Ursalle 2.12.2025 klo 18.00 pitämäni esitelmä, jossa tosin mennään vahvasti nykytutkimuksen pariin ja jätetään historia sivuosaan. Sitä sopii tulla kuuntelemaan Ursan Youtube-kanavalle, josta se sitten myöhemminkin löytyy tallenteena.
”Ihmisluonnolle valitettavan ominaista on, että vain muistetaan.” Puuttuukohan tästä joku sana? Vain ensimmäiset muistetaan?
Mihin lie matkan varrelle jäänyt, koska niinhän siinä tietysti piti lukea. Tuo on nyt korjattu, kiitos tarkkanäköisyydestä!
”Kaikki John Herschelin nimeämät kuut olivat Kreikan mytologiassa Uranoksen eli taivaan ja Gaian eli maaemon poikia ja tyttäriä, joita Kronos eli roomalaisittain Saturnus johti.”
Tähän tarkentava lisäys: Nimi Titan tarkoittaa yleisesti Kreikan mytologian ”esiajan” jumalia, joita ovat ennen kaikkea Uranos, Gaia ja heidän 12 lastaan. Näihin kuuluivat Kronoksen ohella Rhea, Tethys ja Japetus. Myöhemmissä jälkeläispolvissa osa porukasta on uusia olympolaisia jumalia, osa taas lasketaan edelleen titaaneihin kuuluviksi. Jälkimmäisiä ovat Dione, Enceladus ja Mimas sekä useat muut joiden mukaan on samalla titaaniteemalla nimetty myöhemmin löydettyjä Saturnuksen kuita.
Sain juuri katsottua Youtubesta tuon uuden Titania koskevan esitelmän, sekä myös kuuden vuoden takaisen Kuun syntyä ja geologiaa koskevan esitelmän. Hyvää kontenttia, paljon mielenkiintoista ja minulle osin uutta asiaa.
Esitelmästä ei tullut kovin selväksi miten paksu Titanin kaasukehä oikeastaan on, joten ajattelin kommentoida sitä. Wikipedian mukaan kaasukehän kokonaismassa vastaa noin 1.7-1.8 Maan ilmakehää. Kun ottaa huomioon että Titanin pinta-ala vastaa 0.16 maapalloa, kaasukehän kokonaismassa pinta-alayksikköä kohti on noin 11-kertainen. Kuitenkin pienen painovoiman (0.14 g) vuoksi paine pinnalla on siis ”vain” noin 1.5-kertainen Maahan nähden. En ole asiantuntija, mutta tämä karkea laskeskelu näyttää suunnilleen täsmäävän kaikin puolin.
Sitten on erikseen kaasukehän tiheys pinnalla, johon vaikuttaa kaasun koostumus ja lämpötila suhteessa vallitsevaan paineeseen. Wikipedian mukaan kaasun tiheys Titanin pinnalla on noin nelinkertainen Maahan nähden, eli kaasu on aika tiheää suhteessa ilmanpaineeseen, johtuen lähinnä alhaisesta lämpötilasta. Kaasun tiheys (ei paine) yhdessä painovoiman kanssa määrää sen, miten helposti Titanissa pystyy kone-tai lihasvoimalla lentämään.
Mitä tulee zeppeliineihin ja vastaaviin, niissä taas kaasun paine ja suhteellinen tiheys ovat eduksi. Huoneenlämpöön lämmitetty suuri tila täynnä hengityskelpoista ilmaa toimisi jo itsessään kuin kuumailmapallo, siitä huolimatta että maankaltaisen ilman ominaistiheys on samassa lämpötilassa hieman suurempi kuin Titanin ilman.
Kaasukehän suuri pinta-alakohtainen massa ja Titanin pieni painovoima saa kaasukehän levittäytymään pystysuunnassa paljon korkeammalle kuin Maan ilmakehä. Tätä tosin osittain kompensoi kylmyyden aiheuttama kaasun kokoonpuristuminen. Korkea ja utuinen kaasukehä saa Titanin näyttämään jopa 5% kokoaan suuremmalta, kun taas Maan ilmakehä on vain ohut kalvo suhteessa planeetan kokoon.