Yhteyttävän elämän vyöhyke
Punaiset kääpiötähdet ovat lukumäärältään galaksimme ja koko maailmankaikkeuden yleisimpiä tähtiä. Lähes kolme neljästä tähdestä on punaisia kääpiötähtiä jo Auringon lähinaapurustossa, joten myös meitä lähinnä sijaitsevat eksoplaneettakunnat ovat tyypillisesti punaisten kääpiötähtien järjestelmissä. Kyseessä on kuitenkin himmeiden, likimain täysin punertavaa valoa säteilevien tähtien joukko, jonka ominaisuuksien tutkiminen on muita tähtityyppejä vaikeampaa siitä yksinkertaisesta syystä, että himmeys vaikeuttaa havaitsemista. Punaiset kääpiöt eivät loista taivaalla kirkkaina, paljain silmin havaittavina kohteina, vaan niiden tarkkailuun vaaditaan aina teleskooppeja. Kolme Aurinkoa lähinnä sijaitsevaa punaista kääpiötä — Proxima Centauri, Barnardin tähti ja Wolf 359 löydettiinkin vasta 1900-luvun alkupuolella, kun havaittiin niiden ominaisliikkeen taivaalla olevan niin suurta, että tähtien täytyi olla hyvin lähellä.
Viimeisen vuosikymmenen aikana, tehokkaiden eksoplaneettojen etsintään erikoistuneiden avaruusteleskooppien myötä, on tullut selväksi, että punaisia kääpiöitä kiertää myös hyvin usein joukko monella tapaa maankaltaisia kiviplaneettoja. Ne esiintyvät tyypillisesti tiukkaan pakatuissa järjestelmissä, joissa planeetat kiertävät tähtiään hierarkisilla radoilla hyvin lähellä toisiaan ja tähteään. Punaisten kääpiöiden heikko, punaisille aallonpituuksille keskittynyt säteily ei kuitenkaan kuumenna sellaisia planeettoja elinkelvottomiksi, vaan niistä moni — keskimäärin jopa yksi planeetta kahta tähteä kohti — on sopivassa lämpötilassa, jotta vesi voi pysyä niiden pinnoilla nestemäisessä olomuodossaan. On mahdollista, että jopa valtaosa maailmankaikkeuden elämästä esiintyy punaisten kääpiötähtien kiertoradoilla ja oma kuumemman, keltaisen tähden järjestelmämme on poikkeus. Ne ovat joka tapauksessa mielenkiintoisia kandidaatteja elinkelpoisiksi planeetoiksi mutta vaikka voimme spekuloida miltä niiden pinnoilla näyttää, emme oikeastaan tiedä paljoakaan voisiko esimeriksi maankaltainen yhteyttämiseen perustuva elämä edes kukoistaa niin kovin erilaisissa valaistusolosuhteissa. Jo elämän esiintyminen on epävarmaa, koska lähellä tähteään, punaisten kääpiöiden planeetat saattavat kärsiä tähden voimakkaista purkauksista ja hiukkastuulesta.
Elämän mahdollisuuksia selviytyä ja kukoistaa punaisten kääpiötähtien kiertoradoilla ei tietenkään voida tutkia paikan päällä, vaan on tyydyttävä laboratoriossa tapahtuvaan tutkimukseen. Voimme testata vaikkapa minkälaisia säteilyolosuhteita oman planeettamme mikrobit pystyvät sietämään niiden elintoimintojen vaarantumatta. Tiedämme esimerkiksi sen, että monet mikrobit voivat sietää säteilyolosuhteita, jotka olisivat ihmiselle tappavia — mikrobit selviävät avaruuden olosuhteissa alttiina tyhjiölle ja kosmiselle säteilylle ja kukoistavat jopa maanpäällisissä ydinreaktoreissamme, joissa säteilyannos ylittää kaikki turvallisuusstandardit sekunneissa.Näistä ekstremofiileistä Deinococcus radiodurans on niin kestävä, että se löytyikin sattumalta, kun säilykeruokaa koetettiin steriloida gammasäteilyllä ja havaittiin ruoan kaikista yrityksistä huolimatta pilaantuvan mikrobitoiminnan ansiosta. Bakteerit siis kykenevät selviämään haastavissa olosuhteissa mutta kykenevätkö ne myös yhteyttämään eksoplaneettojen eksoottisissa säteilyolosuhteissa ja muodostamaan siten perustan punaisten kääpiötähtien biosfääreille?
Omalla planeetallaamme sinilevät eli syanobakteerit ovat yhteyttämisen pioneereja. Ne keksivät kauan sitten evoluutionsa saatossa tavan sitoa Auringon säteilyenergiaa kemialliseksi sidosenergiaksi, ja oppivat siten tuottamaan niin energiaa kuin kasvun ylläpitämiseen vaadittavia monimutkaisia orgaanisia molekyylejä. Kun bakteerien symbioosi suurempien solujen kanssa sai sitten alkunsa ja syntyi monisoluisia organismeja, jotka käyttivät soluihinsa vangittuja sinibakteereita yhteyttämiseen, luotiin edellytykset koko planeettamme pinnan vihertymiselle yhteyttämiseen kykenevien organismien vallatessa merten lisäksi kuivan maan. Kasvienkin yhteyttäminen perustuu kuitenkin sinibakteereille, joiden jälkeläisiä kasvisolujen viherhiukkaset ovat. Siksi juuri sinilevien ominaisuuksien tutkiminen on oleellisessa roolissa yhteyttämisen mahdollisuuksien astrobiologisessa tutkimuksessa.
Samanlaiset olosuhteet tuottavat konvergentin evoluution myötä samankaltaisia ratkaisuja, ja siksi voidaan mainiosti olettaa elävien organismien keksivän evoluution saatossa tehokkaita mekanismeja muuttaa säteilyenergiaa käyttökelpoisempaan muotoon. Silloin voisi muodostua kasvillisuutta, ja biosfäärejä, jotka muistuttaisivat oman planeettamme vihreitä metsiä ja meriä, joissa yhteyttävä elämä luon pohjan pitkille, monisäikeisille ravintoketjuille ja -verkostoille. Ei kuitenkaan ole selvää, että yhteyttävä elämä voisi kukoistaa kaikkien tähtien planeettakunnissa. Juuri punaisten kääpiötähtien planeetat voivat kärsiä siitä, että niiden pinnoilla ei ole riittävästi sopivan energeettistä säteilyä yhteyttämiseen. Enää ei ole kuitenkaan syytä arvailla, vaan voimme tarkastella tutkittua tietoa — tutkijat ovat altistaneet yhteyttäviä sinibakteereita punaisten kääpiötähtien tuottamille säteily-ympäristöille.
Kirkaskin valo voi näyttää himmeältä vain, koska havaitsijan silmät eivät ole erikoistuneet sen sisältämien aallonpituuksien havaitsemiseen. Kyse on molekyylitason mekanismista, jossa kompleksiset orgaaniset molekyylit virittyvät kemiallisesti, kun niihin osuu sopivan energian, eli aallonpituuden, omaava fotoni. Sinilevien klorofyllimolekyylit toimivat samaan tapaan kasvimaailman tuotantoyksikköinä varastoiden valosta saamansa energian orgaanisten molekyylien rakenne-energiaksi. Yhteyttämiseksi kutsuttua reaktiota kykenevät kuitenkin ylläpitämään monet erilaiset klorofyllimolekyylien versiot, ja niiden pienet erot herkkyydessä säteilyn energialle on valjastettu käyttöön erilaisissa planeettamme säteilyolosuhteissa. Jo molekyylien moninaisuus kertoo, että yhteyttävä elämä tulee varsin hyvin toimeen monenlaisessa valossa. Tutkijat päättivät silti varmistaa asian laboratoriossa.
Koska tiedämme minkälaista valoa punaiset kääpiötähdet loistavat, voimme luoda laboratorio-olosuhteisiin samanlaisen valomaailman ja kokeilla miten maanpäälliset sinilevät sopeutuvat olosuhteisiin (1). Tehtyään kokeen tutkijat saivat tuloksen, joka ei yllättänyt ketään: sinilevät voivat mainiosti punaisen valon laboratorio-olosuhteissa, ja käyttivät hyväkseen klorofyllimolekyyliensä herkkyyttä punaisen valon aallonputuuksilla ja -energioilla. Ne kukoistivat mainiosti aivan kuin olisivat kotonaan punaisen tähden tuottamassa valossa. Tulos ei ole yllättävä, koska tiedämme sinilevien elävän merenpinnan alapuolella, niin syvällä, että vain punaista valoa on enää jäljellä sinisten aallonpituuksien sirottua pois. Tulos siis kertoo vain oman planeettamme elävien organismien sopeutumiskyvystä, mutta evoluution lahjomattomat lainalaisuudet takaavat sen, että jos kyky yhteyttää syntyy jollakin punaisen kääpiötähden planeetalla, on sillä täydet mahdollisuudet kukoistaa aivan kuten Maassakin.
Pelkkä yhteyttämiseen soveltuva tähden säteily ei kuitenkaan riitä varmistamaan elämän edellytyksiä, vaan on oltava myös nestemäistä vettä. Kaiken tietämämme mukaan, vesi on elämän edellytys, universaali liuotin, jonka märässä mediassa elämäksi kutsutut biokemialliset reaktiot voivat tapahtua. Mutta valo ei ole yhteyttämiselle otollista yhtä yhtä laajalti kuin nestemäisen veden olemassaolo on mahdollista. Lukemattomat vetiset planeetat saattavat olla paksun kaasukehän peitossa, joka estää tehokkaasti valon pääsyn planeettojen pinnoille tehden fotosynteesistä mahdotonta. Toisaalta, kaasukehän ollessa harva, valo kyllä läpäisee sen mainiosti, mutta sen paine ei välttämättä riitä pitämään vettä nesteenä ja elämän esiintymiselle ei ole edellytyksiä. Siksi on tarkoituksenmukaista tarkastella planeettojen olosuhteita molempien mittareiden suhteen. Yhteyttävän elämän vyöhyke (2) on siihen soveltuva työkalu (Kuva 1.).
Arviot yhteyttävän elämän vyöhykkeestä ovat suorastaan musertavia punaisten kääpiötähtien elämälle. Vyöhyke on arvioiden mukaan likimain yhtä laaja kuin itse nestemäisen veden elinkelpoinen vyöhyke mutta vain, jos planeetan kaasukehä on erittäin harva ja päästää kaiken tähden valon lävitseen. Maapallonkaltaisille ilmakehän omaaville planeetoille vyöhyke on hyvin kapea, ja se häviää olemattomiin kun tähti on massaltaan alle puolet Auringon massasta. Silloin likimain jokainen punainen kääpiötähti rajautuu pois niiden tähtien joukosta, joiden planeetoilla yhteyttävää elämää voisi esiintyä. Se taas tarkoittaa, että maailmankaikkeudessa voi olla kymmeniä tai jopa satoja kertoja enemmän sellaisia planeettoja, joiden pinnalla nestemäinen vesi kyllä pääsee virtaamaan mutta joilla elämä ei voi käyttää yhteyttämistä energiantuotantoon.
Jos arviot osuvat oikeaan, on mahdollista, että kosmisessa lähinaapurustossamme on kyllä runsaasti eläviä planeettoja, joiden perustuottajat tyytyvät energeettisesti tehottomampiin mekanismeihin aineenvaihdunnassaan. Niissä ei silloin synny yhtä pitkiä ravintoketjuja, eikä ehkä edes monisoluista elämää, joka voisi lopulta kehittää teknologisia sivilisaatioita. On kuitenkin liian aikaista sanoa millään varmuudella mikä on totuus ja kuinka yleisiä yhteyttävän elämän täyttämät planeetat todellisuudessa ovat. Toistaiseksi voimme vetää johtopäätöksiä perustuen vain yhteen ainoaan tunnettuun esimerkkiin elävien orgamismien monimuotoisuudesta ja toimintakyvyistä.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Battistuzzi et al. 2023. Oxygenic photosynthetic responses of cyanobacteria exposed under an M-dwarf starlight simulator: Implications for exoplanet’s habitability. Frontiers in Plant Science, Volume 14.
- Hall et al. 2023. A New Definition of Exoplanet Habitability: Introducing the Photosynthetic Habitable Zone. The Astrophysical Journal Letters, submitted.
Ei edelleenkään merkkejä vieraista teknisistä sivilisaatioista
Etelä-Suomen vuoroin vetisessä ja vuoroin jäisessä talvessa on usein varminta edetä iltakävelyllä tuijottaen jalkoihinsa, jotta voi nähdä paremmin vaaranpaikat ja välttyä liukastumisilta ja ikäviltä tapaturmilta. En kuitenkaan poikkeuksellisesti tuijottanut jalkojeni alla olevaa jäistä maata, vaan taivaalle, koska pitkän, usean viikon pilvisemmän jakson katkaisi tähtikirkas yö ja ylläni loistivat kymmenet kirkkaat tähdet. Kun vain satuin kävellessäni rittävän kauaksi lähimmistä katuvaloista, saatoin nähdä taivaalla tuttuja valopisteitä huolimatta taustan valosaasteesta. Pysähdyin pimeän puiston laitaan ja katsoin miten Mars loisti taivaalla punertavassa värissään punaisen jättiläistähden Aldebaranin ja Pleiadien seitsemän sisaruksen vieressä. Katsoessani lähemmäs taivaanrantaa näin Jupiterin tutun loisteen mutta sen alapuolella, aivan puurajassa oli toinen, Jupiteria huomattavasti kirkkaampi kohde, joka välkkyi punaista ja sinistä valoa hyvin epäsäännöllisesti aivan kauimmaisten rakennusten kattojen yllä.
Tavallisesti taivaan valot eivät saa kokenutta tähtitieteilijää hätkähtämään mutta tajusin, että näkemäni kohteen etäisyyden määrittäminen oli kiusallisen hankalaa. En osannutkaan sanoa oliko se ilmakehän sisä- vai ulkopuolella. Se vilkkui aktiivisesti ja vaikutti liikkuvan mutta pysähtyessäni paikalleni tarkkailemaan, en voinut havaita kohteen liikettä. Se ei ollut radiomaston valo, eikä kauempana lentävä lentokone. Tähdeksi kohde oli aivan liian kirkas ja se näytti kuin roikkuvan ilmassa kiusatakseen minua näytöksellään.
Havaitsemani taivaanrannassa vilkkuva kirkas valo ei kuitenkaan ollut merkki vieraan sivilisaation edustajista, eikä myöskään mikään oman teknologisen sivilisaatiomme tuotos, vaan kyse oli luonnollisesta valoilmiöstä. Vaikka tyypillisesti ajatellaan, että taivaan tähdet voidaan erottaa planeetoista sillä, että tähdet tuikkivat mutta planeetat eivät, ilmakehän kaoottinen pyörteily vaikuttaa myös planeetoista silmiimme saapuvaan valoon. Jos vain välissä on riittävän paksulti riittävän turbulenttia ilmakehäämme, myös Venuksen kirkas valo saattaa näyttää skintilloivan ja se tuikkii kuin tähti vaihtaen välillä hetkeksi jopa väriään reunoistaan joidenkin aallonpituuksien sirotessa hetkeksi pois näkyvistä. Havaitsin Venuksen kirkkaan loisteen taivaanrannassa. Se oli lähellä horisonttia, mikä tarjoaa vertailupisteen ja luo illuusion valonlähteen liikkeestä, jos havaitsija itse on liikkeessä. Valo myös kulkee maksimaalisen pitkän matkan ilmakehämme läpi antaen ilmakehän kaoottisille pyörteille mahdollisuuden vaikuttaa valoon mahdollisimman voimakkaasti. Se tuottaa tuikkimisen ja värinvaihtelut. Jaksollisesti mediassa palstatilaa saaneista, kuvitelluista vieraiden sivilisaatioiden lentävistä aluksista ei ollut kyse.
Jos niistä ylipäätään on syytä uutisoida, jokaisen median tulisi kirjoittaa ajoittaisista tunnistamattomista lentävistä esineistä kertovista huhupuheista kuten Ars Technican toimittaja Eric Berger: ”Kyse ei ole alieneista. Kyse ei todennäköisesti koskaan tule olemaan alieneista. Joten lopettakaa. Olkaa hyvä ja lopettakaa.” Mutta journalistit tuskin lopettavat, koska ihmiset haluavat kuulla spekulaatioita vieraiden sivilisaatioiden edustajien visiiteistä. Tunnistamattomat lentävät esineet eivät kuitenkaan ole merkkejä sellaisista, vaan niillä on aina luonnonilmiöihin tai ihmiskunnan omaan teknologiaan liittyvä selitys, vaikkemme sitä oikeaa havaintoja selittävää tekijää aina keksisikään. Aivan kuten näkemäni taivaanrannassa välkkyvä värikäs kohde ei ollut vieraan sivilisaation avaruusalus, ei mikään toistaiseksi havaitsemamme avaruuden tai ilmakehän asia, valo tai ilmiö vaadi selityksekseen sellaista. Havaintojen epäselvyys tai näennäinen selittävien tekijöiden puute ei riitä todistusaineistoksi toisen planeetan avaruusolentojen vierailusta. Sellaisen vierailun voidaan katsoa tapahtuneen vasta, kun asian taustalla on kiistämättömän vankkoja havaintoja. Erityisen fantastiset tieteelliset havainnot kun tarvitsevat taustalleen erityisen vankkaa todistusaineistoa — ja kyse tosiaankin on havainnosta, jota voidaan tarkastella tieteellisen metodin järkähtämättömien vaatimusten puitteissa.
Ei ole tietenkään mitään syytä miksei vieras, teknisesti riittävän kehittynyt sivilisaatio voisi olla kiinnostunut planeettamme biosfääristä ja omasta lajistamme. On mainiosti kuviteltavissa, että sellaisessa tilanteessa tulisi kyseeseen robottiluotainten lähettäminen paikanpäälle tutkimaan elävää planeettaamme lähemmin — jo pelkkä tieteellinen mielenkiinto voisi riittää motiiviksi. Lähetämmehän mekin robottejamme tutkimaan toisia planeettoja ja kuita, vaikkakin toistaiseksi vain oman planeettakuntamme puitteissa. Asiassa on kuitenkin noudatettava positiivisen todistusaineiston periaatetta. Vain todistusaineisto toisen sivilisaation teknologiasta antaa mahdollisuuden vetää johtopäätöksiä sellaisen olemassaolosta planeetallamme tai sen lähettyvillä. Se, että hatara todistusaineisto ei anna mahdollisuutta sanoa millään varmuudella mistä jossakin tietyssä havainnossa oli kyse ei ole todisteena minkään arvoinen. Vaikka emme kykene osoittamaan minkään luonnonilmiön tai ihmistoiminnan olevan syynä johonkin tehtyyn havaintoon, ei ole minkäänlaista syytä kehitellä fantastista hypoteesia toiselta planeetalta saapuneiden alieneiden vierailusta paikkaamaan tiedonpuutettamme. Asiaan liittyy tiiviisti pyrkimys selittää tieteelliset havainnot mahdollisimman yksinkertaisesti. Vieraan teknisen sivilisaation keksiminen selitykseksi on likimain vastakohta selityksen yksinkertaisuudelle — on suunnattoman paljon todennäköisempää, että kyse on vaikkapa silkasta havaintovirheestä.
Olen kirjoittanut aiheesta aiemminkin outojen radiosignaalien havaintojen yhteydessä. Silloinkaan ei ollut mitään kunnollista perustelua sille, että tulisi rakentaa monimutkaisia hypoteeseja vieraan teknisen sivilisaation teknologiasta. Jotkut tähtitieteilijät kuitenkin spekuloivat edelleen jopa kiusallisen äänekkäästi sillä mahdollisuudella, että Aurinkokunnassa on jo käynyt vieraita. Aiheesta nimittäin paasaa säännöllisesti Harwardin yliopiston Avi Loeb, jonka jaksolliset kommentit koskien milloin tähtienvälistä komeettaa ’Oumuamua tai spekulaatioita Proxima Centauri b:n hypoteettisen sivilisaation keinovalojen havaitsemisesta tuottavat nykyisellään tähtitieteilijöiden keskuudessa lähinnä voimakasta myötähäpeän tunnetta.
Ei ole edelleenkään mitään perusteita arvella ’Oumuamuan olevan vieraan sivilisaation luotain, koska kaikki siitä tehdyt havainnot ovat kappaleen luonnollisen syntyprosessin tukena. Silti Loeb kirjoittaa asiasta itsevarmaan sävyyn, kertoen, miten tulkintamme kappaleen luonnollisesta luonteesta voi olla väärä. Se on tietenkin totta. Mikä vain havainto tai sen tulkinta saattaa tulevaisuudessa osoittautua vääräksi, jos vain saamme havaintoja, jotka osoittavat sen kiistatta. Ja siinä Loebin ongelma piileekin. Koska sellaisia havaintoja ei ole, pidämme todenäköisimpänä selitysmallina sitä, että havaitsemamme universumin ilmiöt ovat seurausta luonnollisista prosesseista, tai korkeintaan omasta teknologiastamme. Selitysmalliksi ei voida kelpuuttaa huikean monimutkaista oletusta muualta tulleista vieraan teknisen sivilisaation edustajista ennen kuin sellaisista saadaan vankkaa todistusaineistoa. Ja nykyisellään sellaista todistusaineistoa ei yksinkertaisesti ole olemassakaan.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Elinkelpoisuuden takaava ja tuhoava vesi
Nestemäinen vesi on elämän edellytys — ainakin sellaisen elämän, jota omalla planeetallamme esiintyy. Vesi on erinomainen liuotin tarjoten median, jonka sisällä elämän tarvitsemat kemialliset reaktiot voivat tapahtua. On vaikeaa kuvitella mitään muuta vastaavaa liuotinta, joka toimisi elämän kemian perustana yhtä hyvin. Vesimolekyyli on polaarinen molekyyli, joka muodostaa siksi sidoksia monenlaisten yhdisteiden kanssa muttei rasvojen kanssa, mikä edesauttaa solukalvojen muodostumista veteen liukenemattomista rasvamolekyyleistä. Olemme syntyneet vedestä ja kannamme vettä mukanamme jokaisen solumme sisällä, jotta elämäksi kutsutut monimutkaiset orgaanisen kemian reaktiot voivat tapahtua kontrolloidusti. Siksi vesipitoiset planeetat ovat jo pitkään olleet kiinnostavia kohteita toisiksi eläviksi planeetoiksi. Myös muualla veden peittämät planeetat ovat saattaneet synnyttää biosfäärejä, joissa valtaisa elämän kirjo noudattaa evoluution lainalaisuuksia kuten omallakin planeetallamme. Vesi ei kuitenkaan takaa automaattisesti elämän edellytyksiä kaikissa olosuhteissa, vaan saattaa toisinaan jopa estää elämän esiintymisen.
Yksi suhteellisen tuore tähtitieteilijöiden määrittämä planeettatyyppi — valtameriplaneetat — saattaa tarjota yhden vastaesimerkin. Kun vettä on planeetan pinnalla satojen tai jopa tuhansien kilometrien paksuinen kerros, se voi kyllä muodostaa vapaana virtaavan meren mutta estää elämän synnyn ja siten biosfäärin muodostumisen. Esimerkin tarjoavat Kepler-138 järjestelmän kaksi supermaapalloa, jotka paljastuivat hiljattain valtameriplaneetoiksi. Syvällä niiden sisuksissa vesi on kovassa paineessa puristuneena eksoottisiksi jään muodoiksi, eikä enää virtaakaan nestemäisenä. Silloin kosketuspintaa nestemäisen veden ja geologisesti aktiivisen kallioperän välillä ei enää synny, ja geologisen energiagradientin valjastaminen elollisten organismien aineenvaihdunnaksi abiogeneesissä, eli elämän synnyssä elottomista prosesseista, muuttuu epätodennäköisemmäksi. Emme tietenkään voi väittää elämän synnyn olevan sellaisten planeettojen sisuksissa mahdotonta mutta olosuhteet vaikuttavat tekevän siitä vähintäänkin hankalampaa. Siksi meriplaneettojen ja hyseaanisten planeettojen syvissä vesissä voi olla heikentynyt mahdollisuus elämän synnylle.
Selvästi siis veden määrä kontrolloi eksoplaneettojen elinkelpoisuutta. Jos vettä ei ole tai se ei ole nestemäisessä olomuodossaan, on vaikeaa nähdä miten elämän vaatima kemiallisten reaktioiden kirjo voisi saada alkunsa ja pysyä käynnissä. Jos vettä taas on liiaksi, sen määrä estää tyypilliset kiviplaneettojen pintakerrosten kemialliset reaktiopolut ja elämän synty voi vaikeutua. Punaisten kääpiötähtien elinkelpoisen vyöhykkeen kiviplaneetat taas kohtaavat aivan oman ongelmavyyhtinsä, mikä aiheutuu pitkälti siitä, että niiden pyöriminen on lukkiutunut vuorovesivoimien vaikutuksesta sellaiseksi, että planeetat näyttävät aina tähdelleen saman puoliskonsa. Se vaikuttaa kaikkeen, mutta ennen kaikkea veteen planeetan pinnalla.
Kun planeetan toinen puolisko on jatkuvassa tähden loisteessa ja toinen ikuisessa pimeydessä, syntyy puoliskojen välille voimakas lämpötilaero, jota kaasukehän virtaukset pyrkivät tasaaman. Ero aiheuttaa planeetan elinkelpoisuudelle merkittäviä rajoitteita ja ne koskevat likimain kaikkia punaisten kääpiötähtien elinkelpoisen vyöhykkeen planeettoja. Pohjimmiltaan ongelmat aiheutuvat siitä, että punaiset kääpiöt ovat hyvin himmeitä ja niiden elinkelpoiset vyöhykkeet ovat siksi tähtien lähellä, missä vuorovesivoimatkin ovat merkittäviä ja vuorovesilukkiutuminen yleistä. Koko planeetta ei silloin voi olla elinkelpoinen, vaan planeetan ollessa rataetäisyydeltään kauempana, elinkelpoisuus keskittyy keskelle ikuisen valon puoliskoa. Silloin planeetan pimeä puoli on ikijäässä. Planeetan ollessa hiukan lähempänä, ikuisen keskipäivän alueet ovat liian kuumia ja elinkelpoiset alueet löytyvät planeetan pinnalta rengasmaiselta ikuisen aamuhämärän alueelta. Tällaisia osittaisen elinkelpoisuuden maailmoja on tutkittu runsaasti tietokonesimulaatioilla, koska niistä on erittäin hankalaa saada yksityiskohtaisia tietoja havaitsemalla.
Vaikka tilanne, jossa planeetta on elinkelpoinen vain rengasmaisella ikuisen aamuhämärän vyöhykkeellä, vaikuttaa erikoiselta, simulaatiot kuitenkin osoittavat, että se on hyvinkin fysikaalisesti mahdollinen (1) — mutta ehtona on se, että vettä on vain vähän. Kuuman ja autiomaaksi korventuneen puoliskon ja jään peittämän talvisen pimeyden väliin mahtuu elinkelpoinen rengasvyöhyke vain, jos veden määrä on rajattu ja se ei riitä voimistamaan kasvihuoneilmiötä kuten Venuksen pinnalla. Simulaatiomallien mukaan, valoisan puolen lämpö siirtyy tehokkaasti myös pimeälle puolelle, jos planeetan pinnalla ja samalla kaasukehässä on runsaasti vettä. Se voi samalla merkitä kuoliniskua monien valtameriplaneettojen elämälle, vaikka niiden vesivaipat olisivat vain hyvin maltillisia syvyydeltään.
Mutta pimeä puoli voi myös osoittautua elinkelpoisuuden pelastajaksi. Kun voimakkaat virtaukset tasaavat lämpöä valoisan ja pimeän puoliskon välillä, ne samalla kuljettavat kuumuudessa höyrystynyttä vettä pimeälle puolelle kertyväksi jäätiköksi. Lukkiutuneen planeetan pimeän puoliskon voimakas jäätiköityminen voi kuivattaa planeetan kaasukehää riittävästi, jotta se pysyy osittain elinkelpoisena rengasmaisella vyöhykkeellä. Silloin kaikki riippuu kaoottisen ilmastojärjestelmän oikuista ja siitä, miten planeetta muodostui ja kehittyi geologisesti ja kemiallisesti. Paljon riippuu myös tähden itsensä oikuista ja siitä, ovatko sen hiukkastuuli ja purkaukset maltillisissa rajoissa antaakseen elämälle mahdollisuuden.
Eksoplaneettojen elinkelpoisuutta rajoittaa moni muukin tekijä mutta vesi on ehdottomasti yksi tärkeimpiä elämän esiintymistä rajoittavia tai sen mahdollistavia tekijöitä. Se voi mainiosti liuottaa orgaanisia molekyylejä muillakin planeetoilla ja mahdollistaa pitkät reaktioketjut ja niiden monimutkaiset verkostot, joita kutsumme elämäksi.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Ennustaako 300-vuotias laki eksoplaneettojen ratoja?
Optisten apuvälineiden avustaman tähtitieteen ottaessa vielä ensiaskeleitaan, 1700-luvun alkupuoliskolla tunnettiin 17 Aurinkokunnan planeettaa. Tuolloin kaikkia suurempia Aurinkokunnan kappaleita kutsuttiin planeetoiksi, mikä olisi lähinnä linjassa geofysikaalisen planeetan määritelmän kanssa. Sen mukaan planeettoja tunnetaan nykyään ainakin 36, kun kutsumme suurimpia kuita sekundäärisiksi planeetoiksi. Oli kuitenkin jo selvää, ettemme tunteneet jokaista järjestelmämme planeettaa ja tutkijat ymmärsivät, että Aurinkokunnassa saattoi piillä vielä monia tuntemattomia kappaleita. Tähtitieteilijät olivatkin huomaavinaan systematiikkaa planeettojen radoissa. Aivan kuin radat noudattaisivat jonkinlaista matemaattista lainalaisuutta ja laskentakaavaa, jonka perusteella planeettojen rataetäisyydet olisi helppoa muistaa. Jokin mekanismi oli saanut planeetat järjestymään kiertoradoille ihmisen selvitettävissä olevan säännön mukaisesti. Mutta mikä sellainen sääntö voisi olla?
Vuosisadan loppupuoliskolla Johann Daniel Titius ehdotti lainalaisuutta, jossa hän jakoi Saturnuksen ja Auringon välisen etäisyyden sataan yhtä pitkään pituusmittaan. Silloin Merkurius olisi 4 mitan etäisyydellä, Venus 4+3 mitan etäisyydellä Auringosta ja Maa 4+6 mitan etäisyydellä. Edelleen, Mars olisi 4+12 mitan päässä, Jupiter 4+48 mitan ja Saturnus itse 4+96 mitan päässä. Numerot on tarkoituksella kirjoitettu summiksi, joissa jokaisessa on asetettu Merkuriuksen etäisyys, 4 mittaa erikseen. Silloin jokaisen muun planeetan etäisyys lasketaan lisäämällä Merkuriuksen etäisyyteen luku 3 kerrottuna luvulla 2 niin monta kertaa kuin planeetan järjestysnumero edellyttää, jos vain Venukselle annetaan järjestysnumeroksi 0. Tässä hämmentävässä laskukaavassa on tavallaan kyse numerologiasta, jossa etsitään planeettojen rataetäisyyksiin sopiva numeroleikki, mutta koska kaava on hämmästyttävän tarkka ja planeettojen todelliset etäisyydet poikkeavat siitä korkeintaan vain muutamia prosentteja, se sai jonkin verran huomiota aikakauden astronomien keskuudessa. Niin Titius kuin hiukan myöhemmin Johann Elert Bode pitivät ilmeisenä, että vaikka etäisyydellä 4+24 ei kuitenkaan ollut tunnettua planeettaa, kyse oli vain siitä, että sellaista ei oltu vielä onnistuttu havaitsemaan. Lakia ei silti pidetty kovinkaan tärkeänä, vaan sen arveltiin olevan ehkäpä vain sattuman tuotosta.
Tilanne kuitenkin muuttui Uranuksen löydyttyä suunnilleen etäisyydeltä 4+192 vuonna 1781. Vuonna 1801 löydetty Ceres puolestaan sattui lähes täsmälleen Marsin ja Jupiterin väliin jääneeseen aukkokohtaan etäisyydellä 4+24. Tuolloin laki vaikutti sopivan tunnettuihin planeettoihin ja samalla onnistuneen ennustamaan kaksi uutta Aurinkokunnan planeettaa, mikä sai luonnollisesti tähtitieteilijät arvelemaan lain taustalla voivan piillä jotakin fysikaalista tietoa planeettakuntamme rakenteesta. Vaikka se ei enää soveltunut tuleviin löytöihin erityisesti Neptunuksen poiketessa valtavasti ennustetusta, Titius-Boden laki jäi ehkäpä yksinkertaisuutensa ja historian menestyksensä vuoksi elämään astronomien keskuuteen ikään kuin kulttuuriperintönä, eikä sitä unohdettu tulevina vuosisatoina. Siitä tuli osa tähtitieteilijöiden kertomakirjallisuutta, ja laki otetaan toisinaan edelleenkin puheeksi käsiteltäessä yliopiston peruskurssilla tähtitieteen historiaa. Modernina aikakautena lakia ja sen monia variaatioita on myös koetettu soveltaa eksoplaneettajärjestelmiin. Sovelluksia on tuskin koetettu siksi, että olisi uskottu niiden voivan osua oikeaan, vaan ennemminkin siksi, että laskut ovat varsin helppoja.
Titius-Boden laki on oikeastaan vain yksinkertainen eksponentiaalisen kasvun laki, joka sanoo, että planeettojen väliset etäisyydet kasvavat joka askelmalla samalla kertoimella. Historiallisesti, puhuttaessa Aurinkokunnasta, kertoimena on ollu luku 2, vaikka monia muitakin arvoja on ehdotettu. Helpointa on kuitenkin vain määrittää luku planeettakunnasta sovittamalla matemaattisesti eksponentiaalisen kasvun käyrä planeettojen rataetäisyyksiin. Silloin Aurinkokunnan kertoimeksi saadaan noin 1.72 tai hiukan enemmän, riippuen valitusta laskutavasta. Ja koska Aurinkokunnan planeettojen rataetäisyydet sopivat tällaiseen eksponentiaaliseen lakiin niin kovin hyvin, on tavallaan luonnollista kysyä kuinka hyvin sellaiset lait voisivat ennustaa eksoplaneettajärjestelmien rakennetta.
Ennusteita onkin koetettu tuottaa. Kepler -avaruusteleskoopin ensimmäisten havaintojen jälkeen usean planeetan järjestelmiä on tunnettu jo kymmeniä ja yleistetyn Titius-Boden (YTB) lain pohjalta on ennustettu kymmenien planeettojen olemassaolo tunnetuissa järjestelmissä (1). Ennusteiden ongelmana on kuitenkin se, että vaikka niiden varmentaminen ei tarkemmilla havainnoilla onnistuisikaan, voidaan aina sanoa, että ennusteen mukaisella radalla oleva planeetta on vain liian pieni havaittavaksi vaikkapa ylikulkumenetelmällä. Vaikka ennustettujen planeettojen olemassaolo olisikin joskus mahdollista sulkea pois tarkastelemalla planeettakunnan stabiiliutta ja osoittamalla, että ennustetulla rataetäisyydellä ei ole stabiileja ratoja, sellaiset tilanteet eivät ole kovinkaan yleisiä. Yhden selvän poikkeuksen tarjoaa harvinainen planeettakunta Gliese 876, jossa poikkeuksellisesti kaksi jättiläisplaneettaa kiertää pientä punaista kääpiötähteä hyvin lähellä sekä tähteä että toisiaan. Planeetat ovat resonanssiradoilla, joilla ulompi kiertää tähden kerran aina sisemmän kiertäessä sen kahdesti. Se on ainutlaatuinen planeettakunta, jonka herkkä tasapainotila ja voimakkaat planeettojen väliset vetovoimat suistaisivat YTB ennusteiden mukaiset sisemmät planeetat välittömästi radoiltaan. Voidaan siis olla varmoja, että minkäänlainen YTB laki ei sovellu Gliese 876 tähden kiertolaisiin.
Toiset tähtitieteilijät ovatkin koettaneet varmentaa YTB-lakien tuottamia ennusteita, koska ennusteita tuottaneiden hypoteesien osoittaminen vääriksi on yksi ehkäpä tärkeimpiä tapoja edistää tieteellistä tutkimusta. Käytyään läpi havaintoja kymmenistä järjestelmistä, joille oli tehty ennusteita uusista planeetoista, tutkijat havaitsivat ennusteisiin sopivia uusia planeettoja vain kourallisen. Tulos sai heidät tylysti toteamaan YTB ennusteiden olevan todellisuudessa luotettavuudeltaan kyseenalaisia (2). Toteamus tarkoittaa käytännössä sitä, että ennustettu planeetta voi joskus olla olemassa, pääasiassa ei, mikä tekee ennusteesta lähinnä arvauksen ja melkoisen perusteettoman pohjan jatkotutkimuksille.
Asiassa on kuitenkin muutakin. Planeetat ovat nimittäin tyypillisesti suunnilleen samassa ratatasossa, joka on vain hyvin harvoin täsmälleen tähden ja havaintolaitteidemme välillä. Planeettojen ratataso voi olla mitä vain, mutta niiden havaitseminen on mahdollista vain siinä harvinaisessa tilanteessa, jossa planeetat kulkevat meidän näkökulmastamme katsottuna tähden editse. Silloin tähteä lähimpänä kiertävät planeetat ovat todennäköisemmin havaittavissa ja kaukaisempien planeettojen ylikulkutodennäköisyys pienenee sitä pienemmäksi mitä kauempana ne ovat. Se taas tarkoittaa, että kaikkia järjestelmien ulko-osiin ennustettuja planeettoja ei voikaan havaita, vaikka ne olisivatkin olemassa. Huomioimalla tämä korjaus, ja vaikka kaikki tähtitieteilijät eivät olekaan samaa mieltä, YTB laeilla saattaa sittenkin olla jonkinlainen tilastollinen ennustevoima (3).
Kyse on kuitenkin pohjimmiltaan siitä, että planeettakuntien muodostuessa planeettojen radat voivat olla vain niin lähellä toisiaan kuin järjestelmän stabiiliuden puitteissa voivat, mutta eivät yhtään lähempänä. Mikä voidaan tulkita Titius-Boden lakien kaltaisena järjestelmällisyytenä, onkin todellisuudessa vain planeettojen pakkautumista planeettakuntiin sellaisille radoille, joilla ne voivat kiertää tähtiään pitkiä aikoja. Muussa tapauksessa syntyy kaoottista käyttäytymistä ja planeetat joko törmäilevät toisiinsa tai tähteensä tai sinkoutuvat ulos järjestelmästä. Sellaisia planeettakuntia emme tietenkään voi olla havaitsemassa, koska ne ovat jo tuhoutuneet.
Tiedämme eksoplaneettakunnista ainakin sen, että niiden planeetat ovat tosiaan likimain tasaisin välimatkoin tähtiensä kiertoradoilla (4). Lisäksi planeettakunnissa on tyypillisesti korostetusti samankokoisia planeettoja ja harvemmin suuria kokoeroja. Se vaikuttaa hämmästyttävältä suurten kokoerojen Aurinkokunnasta katsottuna mutta Aurinkokunta ei olekaan täyteen pakattu järjestelmä, koska jättiläisplaneetat ovat vetovoimillaan estäneet tiiviin sisäplaneettakunnan synnyn. Samankaltaiset planeettojen koot johtavat kuitenkin siihen, että planeetat voivat olla suunnilleen tasaisin välimatkoin radoillaan — Gliese 876 järjestelmässä onkin hyvin poikkeuksellisesti Jupiteria massiivisempia planeettoja yhdessä pienten kiviplaneettojen kanssa.
Voidaan siis sanoa, että Titius-Boden laki heijastaa jotakin todellista planeettakunnista, vaikka sitä ei voidakaan pitää hyödyllisenä koetettaessa vaikkapa ennustaa millaisilla radoilla uusia planeettoja voisi todennäköisimmin löytyä. Siksi se pysyy luultavasti tulevaisuudessakin tähtitieteen perinteenä ja esimerkkinä ensimmäisistä yrityksistä ymmärtää miten planeetat valikoivat ratansa. Todellisuus vain on monin verroin yksinkertaisia laskukaavoja mielenkiintoisempi.
Journalistinen kysymykseksi muotoiltuja otsikkoja koskeva Betteridgen laki sanoo, että oikea vastaus on aina yksiselitteinen ”ei”. Laki pitää tälläkin kerralla paikkansa. Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Bovaird & Lineweaver 2013. Exoplanet predictions based on the generalized Titius–Bode relation. MNRAS, 435, 1126.
- Huang & Bakos 2014. Testing the Titius–Bode law predictions for Kepler multiplanet systems. MNRAS, 442, 674.
- Bovaird et al. 2015. Using the inclinations of Kepler systems to prioritize new Titius–Bode-based exoplanet predictions. MNRAS, 448, 3608.
- Gilbert & Fabrycky 2020. An Information Theoretic Framework for Classifying Exoplanetary System Architectures. The Astronomical Journal, 159, 281.
Yksinäisyyden saarekkeet
James Webb -avaruusteleskoopin kuvat ovat paljastaneet runsaasti uutta tietoa avaruuden erilaisista kohteista lähtien oman aurinkokuntamme planeetoista ja päätyen kaukaisiin, universumin varhaisimpiin galakseihin. Sen etäisyysasteikon välissä teleskooppi on tehnyt huikeita havaintoja eksoplaneettojen ylikuluista tutkien niiden koostumusta ja havainnut niitä jopa suoraan, sekä tutkinut vasta muodostumassa olevia nuoria aurinkokuntia toisten tähtien ympärillä. Infrapuna-alueen teleskooppina Webb kykenee näkemään syvälle tähtienvälisen aineksen pölypilvien sisälle, koska infrapunasäteily läpäisee helposti harvat tähtienväliset pölyn muodostelmat. Siten on mahdollista nähdä syntyvien tähtien ympärilleen kasaamia kertymäkiekoiksi kutsuttuja rakennelmia. Ne ovat aurinkokuntien nuoruusvaiheita, joissa kiekon tasoon tiivistyvä materia saa planeetat syntymään.
On suorastaan vaikeaa uskoa, että kykenemme näkemään suoraan tähtien ja planeettojen synnyn. Havainnot ovat kuin aikakone, jolla voimme siirtyä kauas menneisuuteen, noin 4.5 miljardin vuoden takaiseen historiaan ja aikakauteen, jolloin oma planeettakuntamme syntyi. Silloin Aurinkoakin ympäröi kaasun ja pölyn muodostama kiekko, jonka kaaoksesta planeetat saivat alkunsa materian kasauduttua aina vain suuremmiksi kappaleiksi.
Silmiinpistävintä on kuitenkin syntyvien planeettakuntien yksinäisyys. Ne ovat kaukana toisistaan, eristyksissä muita tähtiä kiertävistä vastaavanlaisista muodostelmista, vailla suuria mahdollisuuksia vuorovaikuttaa keskenään edes tähtitieteellisten aikojen kuluessa. Webbin kuvaama yksittäinen kertymäkiekko Orion 294-606 kuvastaa omankin planeettakuntamme yksinäistä luonnetta. Matka seuraavalle avaruuden saarekkeelle on niin valtaisa, että sen kuvaaminen sanoin on likimain mahdotonta. Kuvan 1. keskellä näkyvä yksinäinen kertymäkiekko on halkaisijaltaan noin 300 astronomista yksikköä, mutta matka sen tuntumasta seuraavalle avaruuden saarekkeelle on suuruusluokaltaan ainakin tuhat kertaa enemmän. Tässä vertailussa on syytä muistaa, että klassisista planeetoista uloimman, Neptunuksen, rataetäisyys Auringosta on vain 30 astronomista yksikköä. Ja sekin on matka, jonka taittamiseen kuluu nopeimmilta luotaimiltamme vuosikausia.
Luhistuessaan oman gravitaatiokaivonsa syövereihin, tähtienvälinen aine synnyttää tyypillisesti tähtiä vain harvakseltaan valtavien etäisyyksien päähän toisistaan. Ja vaikka yhdestä valtaisasta tähtienvälisen aineksen molekyylipilvestä voikin syntyä lukuisia tähtiä planeettakuntineen, ne ovat tyypillisesti syntynsä jälkeen yksin. Ne kiertävät galaksin keskusta omilla alati muuttuvilla radoillaan, silti galaktista gravitaatiopotentiaalia tiukasti noudatellen. Se on huono uutinen pyrkimykselleme matkata tähtiin. Luultavasti mekin, riippumatta teknologisista saavutuksistamme, olemme koko lajimme eliniän sidottuja omaan tähteemme ja sitä hierarkisessa järjestyksessä kiertäviin planeettoihin — omaan, yksinäiseen avaruuden saarekkeeseemme.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Kun tähtitiede loikkaa eteenpäin
Monen tähtitieteen tutkijan aamurutiineihin kuuluu sähköisten ennakkojulkaisujen arkiston arXivin tuoreiden julkaisujen silmäily aamukahvin lomassa. Se on ilmaiseksi selattavissa oleva arkisto, johon likimain jokainen tähtitieteen alan tutkimus tallennetaan tyypillisesti sen tultua hyväksytyksi julkaistavaksi jossakin tieteellisessä julkaisusarjassa. Tuorein tiede saatetaan siis kaikkien vapaasti luettavaksi ennen kuin sen varsinainen julkaisu monesti huomattavasti hitaammin toimivissa tiedeellisissä sarjoissa on ehtinyt tapahtua. Kyse on tieteen avoimuudelle ja saatavuudelle valtavan hyödyllisestä palvelusta ja menettelytavasta, ja suoraan sanoen ihmettelen miten niinkin moni kaupallinen julkaisija sietää palvelun olemassaoloa.
Tällä viikolla ei ole kuitenkaan mennyt päivääkään niin, että kahvi ei olisi ehtinyt jäähtymään jäätyäni aamuvarhaisella selaamaan tuoreita tutkimustuloksia. Muutoinkin nopeasti etenevässä eksoplaneettatutkimuksessa viikko on ollut aivan huikeaa uuden tiedon tykitystä ja vaikka jokainen tieteellinen artikkeli tuokin mukanaan vain jonkin pienen murusen uutta tietoa, tuntuu kuin olisimme tällä viikolla edistyneet vähintäänkin jonkinlaisen harppauksen verran tieteenalallamme.
Proxima b vaikuttaa elinkelvottomalta
Aiemmat arviot Proxima Centauria kiertävän elinkelpoisen vyöhykkeen eksoplaneetan Proxima b mahdollisesta elinkelvotomuudesta ovat saaneet lisää tukea. Uudessa tutkimuksessa (1) arvioitiin planeetan pintaan osuvaa suurienergisen hiukkas- ja sähkömagneettisen säteilyn voimakkuutta. Ollessaan elinkelpoisella vyöhykkeellä, jossa nestemäistä vettä voi lämpötilan puolesta esiintyä, punaisia kääpiötähtiä kiertävät planeetat ovat hyvin lähellä tähteää ja kiertävät ne vain muutamassa tai korkeintaan muutamassa kymmenessä päivässä. Silloin ne altistuvat suurille annoksille säteilyä, jos tähti sattuu olemaan aktiivinen nuoruutensa tai muiden tekijöiden vuoksi.
Proxima Centaurilla on muiden kaltaistensa pienten tähtien tapaan magneettikenttä, jonka voimakkuutta voi arvioida mallintamalla sitä tietokoneella. Mallintaminen taas on mahdollista, koska magneettikentästä on tehty havaintoja Zeeman-Doppler -kuvantamisella. Periaate on yksinkertainen. Tähden säteilyn spektriviivat jakautuvat Zeeman-ilmiön vuoksi useaan osaa, jotka voidaan erottaa toisistaan tarkoilla spektrimittauksilla — oleellisesti kyseessä ovat samanlaiset spektrihavainnot, kuin millä havaitaan tähden radiaalinopeuden jaksollisia vaihteluita ja siten planeettoja. Havainnoista saadaan siten selville tähden magneettikentän rakenne ja voimakkuus ja sitä mallintamalla voidaan arvioida sitä sähkömagneettista dynamoa, joka kentän aiheuttaa. Dynamot taas perustuvat siihen, että liikkuva varaus aiheuttaa magneettikentän — tähden sisuksissa kyse on sähköisesti varatun plasman liikkeistä tähden pyöriessä ja kuumemman plasman virratessa pintaa kohti.
Tuoreiden tutkimustulosten mukaan, tähtituuli puhaltaa Proxima b:n radan etäisyydellä noin 100-300 kertaa voimakkaampana kuin Maapallolla. Tähden ollessa aktiivisimmillaan, tähtituulen voimakkuus voi kasvaa jopa monituhatkertaiseksi. Se taas tarkoittaa, että Proxima b ei välttämättä kykene pitämään kiinni kaasukehästään, puhumattakaan nestemäisestä vedestä, joten planeetan luonne kandidaattina elinkelpoiseksi planeetaksi on vähintäänkin kyseenalainen. On kuitenkin mahdollista, että Maata massiivisempana Proxima b:n oma magneetikenttä voisi olla Maan kenttää huomattavasti voimakkaampi ja tarjota suojaa vihamieliseltä tähdeltään. Se on kuitenkin vain spekulaatiota, koska havaintoja ei ole ollut mahdollista tehdä.
Uusia elinkelpoisen vyöhykkeen planeettoja
Vaikka Proxima b vaikuttaakin elinkelvottomalta, uudet lähitähteä Gliese 1002 kiertävät kiviplaneetat eivät ehkä ole sitä (2). Tuoreiden havaintojen mukaan, tähteä kiertää kaksi arviolta Maan massaista planeettaa etäisyydellä, jossa niiden pinnoilla on sopivat lämpötilaolosuhteet nestemäisen veden esiintymiselle. Tähti sijaitsee vain 16 valovuoden etäisyydellä, joten se tarjoaa uuden esimerkin Auringon lähinaapuruston elinkelpoisen vyöhykkeen planeetoista. Tunnemme jo peräti seitsemän lähijärjestelmää, joissa on ainakin yksi elinkelpoisen vyöhykkeen kiviplaneetta. Ne ovat siten hyvin yleinen planeettatyyppi, vaikkakin kaikki esimerkit ovat punaisten kääpiötähtien järjestelmissä.
Tutkijoiden uusi löytö ei kuitenkaan tullut aivan helpolla siitäkään huolimatta, että heidän käytössään oli maailman tarkimmat havaintolaitteet, mukaan lukien Euroopan Eteläisen Observatorion ESPRESSO -instrumentti, joka on asennettu 10 metrin teleskoopille nimeltään VLT. Havaintoja häiritsi tähden pinnalla oleva pilkkurakenne, joka tuottaa havaintoihin jaksollisia vaihteluita noin 115 päivän jaksoissa. Tutkijat kuitenkin onnistuivat suodattamaan tähdenpilkkujen aiheuttamat vaihtelut pois havainnoistaan, mikä riitti planeettojen olemassaolon paljastumiseen.
Vetisiä maailmoja
Kepler -avaruusteleskoopin havainnoista löydetyt lukuisat planeetat eivät ole unohtuneet tähtitieteilijöiltä, vaan niiden jatkotutkimukset ovat käynnissä ja tuottavat jatkuvasti uusia tietoja planeettoen ominaisuuksista. Nyt tutkijat ovat saaneet tarkempaa tietoa neljän planeetan järjestelmästä tähden Kepler-138 ympärillä. Kaksi planeetoista on saatu punnittua tekemällä havaintoja radiaalinopeusmenetelmällä ja massojen avulla on voitu arvioida planeetojen keskitiheyttä ja siten koostumusta.
Planeettojen Kepler-138 c ja d tutkimus paljasti, että ne koostuvat aineksesta, joka on keveämpää kuin kivi mutta raskaampaa kuin neptunuksenkaltaisten planeettojen vedystä ja heliumista koostuva kaasuvaippa. Ainoaksi realistikseksi vaihtoehdoksi jää silloin vesi, jota on jopa puolet planeettojen kaikesta massasta. Aiemmin on ajateltu, että vastaavat noin 50% Maata suuremmat supermaapallot ovat koostumukseltaan maankaltaisia planeettoja, joilla on vain ohut kaasukehä peittämässä silikaattivaippaa ja metalleista koostuvaa ydintä. Tähden Kepler-138 supermaapalloilla on kuitenkin pinnallaan tuhansien kilometrien paksuinen meri, jonka pohjalla vesi muuttuu kovassa paineessa eksoottiseksi jääksi, jonka fysiikkaa ei ole voitu tutkia kovinkaan tarkasti maapallon olosuhteissa.
Vaikka meriplaneettojen olemassaoloa onkin ehdotettu perustuen siihen, miten yleisiä vedestä (jäästä) koostuvat kappaleet ovat omassa planeettakunnassamme, näinkin pienten supermaapallojen vetinen koostumus oli silti tutkijoille yllätys. Se kuitenkin alleviivaa vanhaa totuutta, jonka mukaan luonto ei ole vain ihmeellisempi kuin kuvittelemme, vaan ihmeellisempi kuin edes voimme kuvitella. Havaitut eksomeret eivät kuitenkaan ole elinkelpoisia, koska planeetat ovat niin lähellä tähteään, että kuumuus tekee niiden vetisestä pinnasta kiehuvan painekattilan, jossa elämän edellytyksiä ei ole. Elämän esiintyminen meriplaneettojen olosuhteissa voisi kuitenkin olla mahdollista, jos niiden lämpötila on sppiva ja elämän synty ei ole estynyt meren valtavan syvyyden vuoksi.
Uusia havaintoja James Webb -teleskoopilta
James Webb -avaruusteleskooppi on jo kirjaimellisesti ehtinyt mullistaa tähtitieteen. Emme ole kuitenkaan vielä nähneet mitä sen havainnot kertovat tasapainon reunalla keikkuvan TRAPPIST-1 järjestelmän planeettaseitsikosta. Havaintoja on tehty jo runsaasti, mutta niiden analysointi on edelleen kesken ja tuloksia ei ole julkaistu tutkijayhteisön nähtäville kokonaisuudessaan.
Tiedon murusia on kuitenkin jo ehditty paljastaa. TRAPPIST-1 järjestelmän planeettojen koostumus ei ole vielä tiedossa mutta tiedämme, että JWST kykeneen tekemään havaintoja niiden kaasukehien ominaisuuksista — jos niitä vain peittävät sopivan paksut kaasukehät. Tiedämme jo sen, että järjestelmän uloimmalla ylikulkevalla supermaapallolla TRAPPIST-1 g ei ole suojanaan paksua vedystä ja heliumista koostuvaa primitiivistä kaasukehää, joka peittää lukuisia minineptunuksia ja Neptunuksen kokoluokan planeettoja. Kyse on planeettakunnan suurimmasta planeetasta, joka sattuu sijaitsemaan tänden elinkelpoisella vyöhykkeellä. Primitiivisen vetypitoisen kaasukehän puute taas tarkoittaa sitä, että planeetta on luultavasti tyypillinen kiviplaneetta ja siten monella tapaa maankaltainen maailma. Koska kaasukehä ei ole vetypitoinen ja siten paksu ja helposti JWST:n havaittavissa, sen on oltava koostumukseltaan sellainen, jossa on suuria määriä painavampia molekyylejä kuten esimerkiksi hiilidioksidia. Vaikka koostumus ei olekaan vielä tiedossa, siitä julkistetaan varmasti lisää tietoa, kun havaintojen työläitä analyyseja saadaan valmiiksi lähitulevaisuudessa. Vastaavia viitteitä on saatu myös lämpimästä sisäplaneetasta TRAPPIST-1 b, jonka kaasukehältä niinikään puuttuu vetypitoiselle kaasukehälle tyypillinen paksuus ja ominaisuudet.
Tutkijat kuitenkin kertovat, että ensi vuoden puolella järjestelmän planeetoista saadaan kattavampaa tietoa, ja voimme ryhtyä tarkastelemaan niiden elinkelpoisuutta perustuen suoriin havaintoihin kaasukehien koostumuksista ja ominaisuuksista, eikä pelkästään laskennalliseen pintalämpötilaan ja tietokonesimulaatioihin.
Luvassa on kiinnostava tuleva vuosi eksoplaneettatutkimuksen saralla ja uskon, että mielenkiintoisten tutkimustulosten tulva jopa kasvaa lähitulevaisuudessa, kun esimerkiksi JWST:n thavaintojen käsittelystä tulee uutuuden sijaan rutiinia. Aion henkilökohtaisesti osallistua niin eksoplaneettatutkimukseen kuin tulosten popularisointiinkin, joten kannattaa seurata tapahtumia tällä kanavalla.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Garraffo et al. 2022. Revisiting the Space Weather Environment of Proxima Centauri b. ApJ, 941, L8.
- Suárez Mascareño et al. 2022. Two temperate Earth-mass planets orbiting the nearby star GJ 1002. Astronomy and Astrophysics, accepted.
- Piaulet et al. 2022. Evidence for the volatile-rich composition of a 1.5-Earth-radius planet. Nature Astronomy.
Viimeinen tutkimusmatka, osa 4
Tieteellisessä työssä, kuten kaikissa inhimillisissä pyristelyissämme, on se puoli, että onnistumiset ruokkivat kunnianhimoa. Kun onnistuu selvittämään jonkin merkittävän tieteellisen faktoidin, pikkiriikkisen palasen tieteellisen tiedon kumuloituvaa kokoelmaa, on seurauksena lähes kokonaisvaltainen hyvänolontunne, joka saa tutkimuksen tekemisen ainaisen kamppailun vaikeudet ja rasitukset unohtumaan ainakin muutaman hetken ajaksi. Se tunne kantaa läpi vuosikymmenten. Kun on kerran saanut seistä jättiläisten harteilla ja nähdä kauemmas kuin kukaan muu, sinne haluaa aina vain uudelleen. Eksoplaneettatutkimuksessa tieteen rajaseudulla näkee kirjaimellisesti uusia maailmoja, eksoplaneettoja, joista emme aiemmin tienneet mitään ja joita voimme tulevaisuudessa tutkia yhä tarkemmin.
Meiltä eksoplaneettatutkijoilta kysytään usein miltä tuntuu löytää kokonaisia uusia maailmoja. Sitä tunnetta on jokseenkin mahdotonta kuvailla, koska sitä ei voi oikein verrata mihinkään yleisesti ihmisten kokemuspiirissä olevaan asiaan. Tieteen parissa työskentelevät kuitenkin tietävät tunteen, josta puhun. Uuden tieteellisen löydön tekeminen, uuden merkittävän oivalluksen saaminen, ja tieteen rajapinnan työntäminen hitusen verran kauemmas tuntemattomaan on se tutkijoita eteenpäin ajava voima. Se tuottaa sisäisen motiivin, jota voimakkaampaa ei koskaan voi saada rahalla ja joka auttaa vetämään akateemisen maailman kivirekeä aina vain eteenpäin. Kun sisäistä motivaation lähdettä ajoittain ruokkii sillä, että havaitsee uusia planeettoja, joiden pinnalla elämä voi kukoistaa monimuotoisena, on uravalinta varmasti lukittu loppuelämäksi, jos vain taloudelliset tekijät sen mahdollistavat.
Katson horisontissa kohoavaa El Plomon vuorta, jonka valkoinen huippu siintää yhtenä korkeimmista Andien huipuista Santiagon lähettyvillä. Sitä katsoivat kunnioittavasti jo inkat, jotka satoja vuosia sitten uhrasivat ihmishenkiä huipulle rakentamassaan temppelissä. Nyt vuoren rinteet ovat ohueen ilmaan sopeutuneiden vikunjojen ja niitä ajoittain saalistavien puumien valtakuntaa, jonne ihmiset kiipeävät korkeintaan vain hetkeksi katsomaan maisemia. Vieressäni kasvaa subtropiikkiin sopeutuneita palmuja ja läheiseen puuhun laskeutuu parvi patagonianaratteja (Cyanoliseus patagonus) kävellessäni yhdessä Las Condesin kaupunginosan suurista puistoista. Lumen peittämä huippu kaupungin yllä kertoo täysin erilaisesta maailmasta, joka näyttäytyy Santiagon trooppisesta kuumuudesta katsottuma lähinnä kaukaiselta unelta.
Tutkimusmatkani eteläiselle pallonpuoliskolle on tullut päätökseen ja minun on pakattava laukkuni lentääkseni Suomen hyiseen talveen. Minua odottavat lumityöt ovat ehkä kaukana maantieteellisesti mutta ajallisesti ne ovat vain muutaman päivän päässä, koska Etelä-Suomeen on luvattu jopa 30cm lumikinoksia lähipäivinä. Las Condesin artesaanikylästä saa onneksi lämpimiä alpakan villasta kudottuja puseroita kotiin tuotavaksi. Ne sopivat oikein mainiosti suomalaiseen viimaan.
Olen kuitenkin muuttanut mieltäni. En ajattele enää, että tämänkertainen matkani Etelä-Amerikkaan ja Chileen jäisi viimeiseksi. Tutkimuksellisesti matka on ollut täysosuma, ja useat tieteelliset projektit ovat nytkähtäneet eteenpäin sellaisella voimalla, että matkan kipupisteet tuntuvat sen rinnalla suorastaan mitättömiltä pikkujutuilta. Laskin mielessäni, että kuukauden visiitistä voi olla seurauksena yhteensä 4-6 tieteellistä artikkelia erilaisista eksoplaneettoihin liittyvistä asioista. Se on enemmän kuin osasin edes toivoa — joukkoon mahtuu niin tuoreita planeettalöytöjä kuin uusia matematiikan ja tilastotieteen menetelmien sovelluksia eksoplaneettojen havainnointiin. Edistyminen menetelmäpuolella taas tyypillisesti johtaa uusiin löytöihin ja tarkempaan tietoon tulevaisuudessa, kunhan sovellamme uusia työkaluja olemassaoleviin havaintoihin. Tutkimus etenee myös Suomessa. Opiskelijani ovat edenneet ja kykenevät varmasti osallistumaan tuleviin yhteistyöprojekteihin chilenojen kanssa. Sekin avaa uusia mahdollisuuksia tulevaisuudessa mutta vain aika näyttää mihin tarkalleen tieteellinen työ meidät kuljettaa.
Suomalaiseen ilmastoon tottuneena tuntuisi hienolta, jos pihassa kasvaisi oma sitruunapuu, josta saisi aina tarvittaessa hedelmiä ruokien tai juomien maustamiseen tai jos chilejä voisi kasvattaa pihamaan nurkassa, eikä tarvittaisi kasvihuonetta kasvukauden pituuden riittävyyden varmistamiseksi. Ajatukseni kuitenkin harhailevat ainaisiin rahoitushuoliin ja siihen, miten voin varmistaa oman tutkimusrahoitukseni jatkumisen niin pitkään, että voin tulevaisuudessakin vierailla Santiagossa tutkimusmatkalla. Tajuan kuitenkin nopeasti ajatteluni lähteneen väärille urille. Jos olen vielä viiden vuoden kuluttua työllistynyt tähtitieteilijänä, olen onnistunut hankkimaan niin paljon rahoitusta tutkimukseeni, että meriittini luultavasti riittävät virkaan suomalaisissa yliopistoissa. Jos taas en onnistu tutkimusrahoituksen hankkimisessa, en silloin luultavasti ole alan ammattilaisena, vaan olen ryhtynyt tekemään elääkseni jotakin muuta. Ehkäpä en siis enää palaa tälle ihmeelliselle vuorten ja valtameren rajoittamalle kapealle kaistaleelle maata, jolle maailman suurimmat teleskoopit rakennetaan. Pohdin silti mielessäni tulevani vielä takaisin vaikka sitten vain tapaamaan ystäviäni.
Nostan matkalaukkuni auton takapenkille ja istun itse kuljettajan viereen. Kuljemme mäkisen maaston läpi, jossa viljellään viiniä sekä alavammilla pelloilla mangoja ja avokadoja. Matkaan lentokentälle mutten halua ajatella edessä olevaa yli 30 tunnin matkustusrupeamaa, vaan käännän ajatukseni kaikkeen siihen, mitä ikkunasta sattuu näkymään. Santiagon esikaupunkialueet näyttäytyvät köyhyyden, toivottomuuden ja rikollisuuden piinaamina palasina paratiisia, jossa on aina lämmin ja jonka asukkaat ovat aina ystävällisiä ja vieraanvaraisia. Voin vain toivoa sen asukkaille parempaa hallitsijaonnea. Sellaista, josta olemme saaneet hyötyä vuosikymmenten ajan pohjoisessa. Chilenot jos ketkä sen ansaitsisivat.
Lentokentän tympeässä ympäristössä voi rentoutua, jos onnistuu sulkemaan ihmisvilinän ja kulutuskulttuurin pois mielestään keskittymällä lukemaan jotakin kiinnostavaa. Luen erään Diego Portalesin yliopiston opiskelijan kirjoittamaa artikkelia yrityksestä havaita lähitähteä kiertävän kuuman neptunuksen kaasukehän ominaisuuksia ylikulkumenetelmällä. Kuumat neptunukset ovat kaasuvaippansa tähden intensiivisen säteilyn syleilyssä säilyttäneitä planeettoja, jotka menettävät massaansa jatkuvasti tähden säteilyn ja hiukkastuulen haihduttamana ja myös vuotamalla kaasua tähteen vuorovesivoimien vaikutuksesta. Ne eivät siksi pysy neptunuksenkokoisina kauan, vaan päätyvät paljaiksi planetaarisiksi kivi- ja silikaattiytimiksi satojen miljoonien vuosien saatossa. Silloin ne luokitellaan kuumiksi supermaapalloiksi mutta niiden syntyhistoria poikkeaa täysin samankokoisista viileämmistä planeetoista. Ajatuksena on määrittää kuinka pitkälle prosessi on edennyt mittaamalla raskaampien ainesten pitoisuutta planeetan kaasukehässä mutta havaintojen tarkkuus ei riitä kuin antamaan arvio pitoisuuden ylärajalle.
Historiallisessa perspektiivissään tutkimus on kuitenkin suorastaan uskomaton. Toisen auringonkaltaisen tähden kiertoradalla havaittu planeetta on selviö, koska sen olemassaolo on osoitettu täysin kiistämättömällä varmuudella. Se on massaltaan Neptunusta suurempi mutta kiertää tähtensä alle päivässä, mikä on täysin ennenkuulumatonta meidän kotoisan planeettakuntamme kontekstissa. Vain kolme vuosikymmentä sitten sellaisten planeettojen olemassaoloon ei olisi uskonut kukaan mutta nykyään jopa niiden koostumuksen tutkiminen on opiskelijoille soveltuva pikkuprojekti. Joskus hämmästyn itsekin siitä, miten nopeasti eksoplaneettatutkimus on edennyt jo oman, varsin lyhyen, vajaan viisitoistavuotisen tutkijanurani aikana. Tuskin maltan odottaa mitä tiedämme seuraavan viidentoista vuoden kuluttua.
Kirjoitus on viimeinen osa matkapäiväkirjastani Chilen Santiagoon marraskuussa 2022. Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Viimeinen tutkimusmatka, osa 3
Pakkasen vuosittain kylmettämässä maassa sitä ei tule ajatelleeksi, miten subtrooppisilla alueilla on aivan omat ongelmansa. Kun maa ei jäädy, ja lämpötilakin putoaa pakkasen puolelle vain muutamana talvisena yönä, on eläinmaailman pienillä sankareilla yksi ongelma vähemmän — kylmältä ei juuri tarvitse suojautua. Se voi kuitenkin olla ihmisille kiusallista, koska paikallisiin hämähäkkieläimiin kuuluu esimerkiksi jalkojen kärkiväliltään viisitoistasenttinen chilentarantula (Grammostola rosea). Vielä kiusallisempi kotien kutsumaton vieras on myrkyllinen ruskohämähäkki (Loxosceles laeta), jonka purema saa ihokudoksen kuolioon ja voi aiheuttaa muutamassa tapauksessa sadasta jopa kuoleman, jos myrkkyä pääsee verenkiertoon. Se on kuitenkin vain yksi tapa, jolla ilmasto-olosuhteet ja maantiede vaikuttavat ihmisiin. Ei silti ole syytä hukata aikaa peläten kohtaamisia kahdeksanjalkaisten eläinmaailman edustajien kanssa. Tyypillisesti ne haluavat joka tapauksessa piilotella jossakin suojaisassa lattianlistan raossa tai ulkona seinän halkeamissa. Vaatteiden jättämistä läjään lattialle piilopaikkoja luomaan on kuitenkin vältettävä.
Katsomme kaukana vihreän laakson tuolla puolen kohoavaa betonihelvettiä, jonka yläpuolella leijuu sankan savusumun muodostama ruskea sumukerros. Santiagon keskustan ilma ei ole parantunut huolimatta kaupungin johdon pyrkimyksistä vähentää liikennettä ja päivittää lämmitysjärjestelmiä kivihiiltä ja puuta polttavista pannuista puhtaammiksi ja modernimmiksi. Kaupunki kyllä puhdistuu, mutta prosessi on suorastaan kivuliaan hidas. Ilma ei ole varsinkaan keskikesällä terveellistä keuhkoille, mutta syynä ei suinkaan ole vain fossiilisten polttoaineiden ja puun poltto, vaan myös maantiede. Santiago sijaitsee vuorten ympäröimässä, laajassa kattilalaaksossa, johon Pedro de Valdivia, espanjalainen konkistadori, sen perusti 1500-luvun puolessa välissä huolimatta paikallisten alkuperäisasukkaiden sinnikkäästä vastustuksesta. Ongelmia aiheuttavat myös jokakesäiset maastopalot kaupungin lähistöllä. Niiden savu saattaa jäädä leijumaan laakson päälle uhkaavaksi pilveksi päivien ajaksi jopa palojen jo tultua sammutetuiksi.
Keväinen ilma on kuitenkin lempeä, eikä ilmassa ole liiaksi ilmansaasteiden tunkkaisuutta. Kuin merkiksi raikkaasta aamusta, monet keskustan kadut ovat saaneet purppuranvärisen hunnun, kun jakarandat (Jacaranda mimosifolia), Argentiinasta peräisin olevat kadunvarsien puut, kukkivat täydessä loistossaan. Kyse on vettä armotta muilta puulajeilta rosvoavasta vieraslajista, mutta siitä pidetään puun kauniin kukinnan ja sitkeyden vuoksi.
Saliin on kokoontunut kolmisenkymmentä tähtitieteen tutkijaa ja opiskelijaa. Tarkkailen heidän sekalaista joukkoaan minut seminaariin kutsuneen Jose Prieton ja professori James Jenkinsin vuoroin kertoessa lyhyesti kuulijoille kuka oikein olen. Puhun tunnin verran niistä teknisistä yksityiskohdista, jotka on otettava huomioon mallinnettaessa tähdenpilkkujen vaikutusta tähdistä tehtyihin havaintoihin. Mainitsen myös lyhyesti miten olen onnistunut löytämään uuden planeetan kiertämässä yhtä lähitähdistä, mutta juuri kukaan ei osoita minkäänlaisia merkkejä yllättymisestä — eksoplaneettalöydöt ovat arkipäivää ja yleisön joukossa on useita eksoplaneettatutkijoita, jotka itsekin tehtailevat uusia löytöjä tämän tästä. Esitelmääni seuraava mahdollisuus kysymyksille muodostuu erityisen mielenkiintoiseksi, koska vaikuttaa siltä, että lähes kaikilla on kysymyksiä kehittämieni menetemien sovellusalueesta ja niiden tarjoamista mahdollisuuksista uusiin tutkimusavauksiin. Tähtitieteilijät ovat tavallisesti varsin ujoja, ja kysymyksiä esitetään vain vähän. Tilanne on kuitenkin varsin epämuodollinen ja turvallinen, mikä tekee ilmapiirin sopivammaksi kommunikointiin.
Tapaan Diego Portalesin yliopistolle vierailulle tulleen chileläisen astronomin Barbara Rojas-Ayalan, joka toimii professorina Tarapacán yliopiston Santiagon toimipisteessä. Tutustuimme vuonna 2019 Barbaran järjestämässä konferenssissa ollessani tuolloinkin Chilessä vierailulla. Nyt tapaamiseen on jälleen mainio syy: tutkimukselliset tavoitteemme ovat yhtenevät. Barbara on pienten punaisten kääpiötähtien spektroskopiaan erikoistunut asiantuntija, joka on kehittänyt uuden menetelmän niiden alkuainepitoisuuksien aiempaa tarkempaan kartoittamiseen käyttämällä infrapuna-alueen havaintoja. Hän on havainnut noin sadan Aurinkoa lähellä olevan punaisen tähden spektrit ja tarkoituksenamme on nyt tarkastella riippuvatko tähtiä kiertävien planeettojen määrä ja ominaisuudet siitä, kuinka paljon tähtien kaasukehässä näkyy vetyä ja heliumia raskaampia aineita. Planeettojen tarkastelu tässä yhteydessä on puolestaan minun erikoisalaani, joten luvassa on kiinnostavia tuloksia kunhan saamme havaintojen vaivalloiset tietokoneanalyysit valmiiksi.
Suunnitelma on ehkä yksinkertainen, mutta se voi tuottaa merkittäviä tietoja maailmankaikkeuden planeettojen moninaisuudesta ja ominaisuuksista. On yleisesti tiedossa, että varhaisen maailmankaikkeuden tähdet syntyivät likiman pelkästään vedystä ja heliumista — joukossa oli vain pieniä määriä muita alkuaineita, pääasiassa kolmanneksi keveintä ainetta litiumia. Vuosimiljardien kuluessa supernovaräjähdykset kuitenkin rikastuttivat tähtienvälisen kaasun tähtien sisuksien ydinreaktioissa syntyneillä raskaammilla alkuaineilla ja ajan saatossa muodostui yhä enemmän raskaampia alkuaineita sisältäviä tähtisukupolvia. Planeetat eivät kuitenkaan koostu vain vedystä ja heliumista, vaan niiden muodostuminen riippuu oleellisesti raskaammista alkuaineista ja monenlaisista yhdisteistä, kuten metalleista, silikaateista ja jäästä. Silloin on selvää, että eri aikoina syntyneet planeettasukupolvet ovat ominaisuuksiltaan toisistaan poikkeavia.
Yleisesti ottaen ajattelemme, että planeettojen rakennusaineksia on sitä enemmän mitä runsaammin raskaampia alkuaineita on ollut saatavilla. Sen enempää emme kuitenkaan uskalla arvella. On täysin hämärän peitossa miten saatavilla olevan materiaalin koostumus vaikuttaa planeettojen ominaisuuksiin, ratoihin ja runsauteen. Samalla kuitenkin selvitämme perustavanlaatuisesti planeettojen syntymekanismien lainalaisuuksia ja sitä, kuinka yleisiä planeetat ovat maailmankaikkeudessa. Se on suunnattoman kiinnostavaa perustutkimusta, joka auttaa kirjaimellisesti vastaamaan kysymyksiin elämästä, universumista ja kaikesta.
Jatkan tyypilliseen tapaani kirjoittamista vielä alkuillasta, kun tekstinkäsittelyohjelmani äkkiä jumittuu. Tietoliikenneyhteydet ovat katkenneet. Se vaikuttaa kirjoittamiseen, koska käytämme tyypillisesti työkaluja, jotka ovat verkossa. Silloin tutkimusryhmän eri jäsenet voivat muokata tekstiä kukin tahollaan ja muutokset tallentuvat kaikkien nähtäväksi reaaliaikaisesti. Samoin opiskelijoiden ohjaaminen helpottuu, kun voi seurata heidän tekstintuottamistaan ja antaa välitöntä palautetta. Se toki tekee kirjoitustyön riippuvaiseksi verkkoyhteyksistä mutta se riippuvuus on olemassa joka tapauksessa, koska käsillä pitää jatkuvasti olla kaikki oleellinen tieteellinen kirjallisuus, jotta ainuttakaan faktaa ei eksy valmiiseen tekstiin ilman asiaan kuuluvaa lähdeviittausta.
Nyt poikki ei kuitenkaan ole vain verkkoyhteys, vaan sähköt. Se rajoittaa käytännössä kaiken työnteon siihen muutamaan tuntiin, joiden ajaksi kannettavan tietokoneen akussa riittää virtaa ja silloinkin on mahdollista tehdä vain hyvin vähän rajallisia asioita. Chilessä ihmiset pyrkivät kuitenkin varautumaan kaikkeen, koska infrastruktuuri on verrattaen huonossa kunnossa ja sen hajoaminen ja toiminnan ongelmat ovat yleisiä. Santiagon kaupungin laidalla, Pirquen maalaispitäjässä, ei lisäksi ole tyypilliseen tapaan ketään päivystämässä, jotta sähkölaitos voisi ryhtyä selvittämään sähkön saatavuuden ongelmia mahdollisimman nopeasti. Paikalliset käynnistävät siksi mahdollisuuksiensa mukaan generaattorinsa tuottaakseen itse sähköä. Aurinkosähköjärjestelmiä tosin näkyy tuskin lainkaan, vaikka aurinkoenergiaa olisi saatavilla kesäaikaan keskeytyksettä noin 12 tuntia vuorokaudessa.
Asiat kyllä hoituvat, vaikka niissä kestäisikin hiukan kauemmin kuin mihin olemme alati kiireisinä pohjoiseurooppalaisina tottuneet. Voin jatkaa kirjoittamista huomenissa sähköverkon ja tietoliikenneyhteyksien ollessa jälleen kunnossa. Sitä ennen, hikisen hellepäivän päätteeksi, voin hypätä vaikkapa Jamesin takapihalla kutsuvana odottavaan uima-altaaseen seuraamaan chilenhaukkojen kaartelua sinisellä taivaalla niiden etsiessä seuraavaa ateriaansa.
Kirjoitus on kolmas osa matkapäiväkirjastani Chilen Santiagoon marraskuussa 2022. Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Viimeinen tutkimusmatka, osa 2
Aivan aluksi nukun. Ihmisen kognitiiviset kyvyt heikkenevät merkittävästi, jos hän kokee merkittävää unenpuutetta. Sellaiseksi lasketaan kokonaisen yön valvominen, yhteensä 27 tuntia matkustamista ja vuorokauden siirtäminen viisi tuntia myöhempään eri aikavyöhykkeelle saapumisen merkiksi. Olen kuitenkin toipunut matkasta lähes 16 tunnin katkonaisilla unilla ja perjantaiaamun Aurinko loistaa Andien länsireunan matalampien huippujen yläpuolella. Vuoret ovat siinä, missä ennenkin mutta niiden läsnäolo on aina jotenkin yllättävää ja kunnioitusta herättävää laakeisiin suomalaisiin maisemiin tottuneelle pohjoisen pojalle.
Ehdimme käynnistää tieteelliset keskustelumme jo saavuttuani, oltuani vielä matkustuksen jäljiltä väsymyksen kevyessä sumussa. Kävi ilmi, että James Jenkinsin, Chileläisen kollegani ja ystäväni, eräs lahjakas opiskelija on ottanut tutkimussuunnakseen aiheen, joka voisi aivan yhtä hyvin olla minun ideoimani. Ja tavallaan se onkin, koska projekti liittyy eksoplaneettahavaintojen bayesilaiseen käsittelyyn ja erityisesti ennakkoinformaation mahdollisimman tarkoituksenmukaiseen hyödyntämiseen, mistä julkaisin lyhyesti jo vuonna 2013 ja kirjoitin väitöskirjassani. Ennakkoinformaatiolla tarkoitetaan sitä, mitä tiedämme vaikkapa jostakin havaitusta planeettakunnasta ennen kuin edes tarkastelemme siitä tekemiämme havaintoja. Kyseeseen tulee vaikkapa se ilmeiseltä vaikuttava asia, että puhumme planeetan kokoisista ja massaisista pienemmistä kappaleista kiertämässä tähden kokoista ja massaista suurempaa kappaletta. Jo se aikaansaa reunaehtoja, joita kutsumme ennakkoinformaatioksi. Samoin tiedämme ennakkoon, että planeetat ja tähti liikkuvat avaruudessa suhteellisuusteorian tarkasti ennustamalla tavalla, jota voimme mainiosti approksimoida Keplerin laeiksi kutsutuilla yksinkertaisilla yhtälöillä. Edelleen, sellaisen gravitaatiovoiman yhteen sitoman järjestelmän on oltava stabiili, koska muuten se ei voisi olla olemassa emmekä sitä koskaan havaitsisi. Planeettojen ratojen on siis oltava sellaisia, että niiden keskinäinen vetovoima ei aiheuta kaoottista käyttäytymistä ja lähiohituksia tai törmäyksiä. Asiaan littyy vielä paljon muutakin, mutta pohjimmiltaan meillä on tosiaan runsaasti tietoa planeettakunnista ennen kuin edes suuntaamme teleskooppejamme niitä kohti.
Planeettakuntien ennakkoinformaatioon liittyy eräs kiinnostava yksityiskohta, jonka ehkäpä kuuluisin seuraus tunnetaan Titiuksen-Boden lakina. Planeettojen radat vaikuttavat nimittäin olevan likimain tasaisin välein ratajaksonsa logaritmin muodostamassa koordinaatistossa. Se on oikeastaan vain gravitaatiovuorovaikutuksen tuottama efekti, koska planeettojen radat ovat niin lähellä toisiaan kuin vain voivat tekemättä järjestelmästä epästabiilia. Mitä kauempana Auringosta planeetat kiertävät, sitä hitaammin ne liikkuvat heikommassa vetovoimakentässä planeettakunnan ulko-osissa. Silloin ne tarvitsevat enemmän tilaa, jotta planeettojen keskinäiset vetovoimat eivät ole liian suuria heikentääkseen järjestelmän stabiiliutta. Aurinkokunnassa asia huomattiin jo 1700-luvulla ja tunnetut eksoplaneettakunnan näyttävät noudattavan samaa periaatetta. Ja tietenkin ne noudattavat, koska kyse on vain gravitaatiovuorovaikutuksen yksinkertaisesta seurauksesta. Asian huomioiminen ennakkoinformaationa data-analyysissa ei kuitenkaan ole aivan ongelmatonta, ja koetamme ratkaista siihen liittyviä hankaluuksia yhteistyössä chileläisten kanssa. Sellainen tieteellinen ongelmanratkaisu taas on tehokkainta keskeytymättömän keskusteluyhteyden vallitessa. Siksikin nykyaikana on edelleen tarpeellista matkustaa tekemään tieteellistä työtä toiselle mantereelle. Ihminen on sosiaalinen eläin, joka on parhaimmillaan kasvotusten tapahtuvassa vuorovaikutuksessa lajikumpaniensa kanssa.
Ikkunan läpi tuijottavat vuoret eivät kuitenkaan jätä minua rauhaan ja keskeyttävät tuon tuosta ajatustyön. Mieleni laukkaa kirjaimellisesti aivan muihin maailmoihin. Pohdin kuinka tyypillisiä vuoristomaisemat ovat muilla planeetoilla. Päädyn nopeasti siihen lopputulokseen, että vuoria on aivan kaikilla eksoplaneetoilla, joilla vain on kiinteä pinta. Aurinkokunnassakin vuoria ja vuoristoja on kaikkialla — korkein ja mahtavin vuorenhuippu löytyy Marsista, jossa Olympus Mons kohoaa peräti 21.9 kilometrin korkeuteen. Tiedämme siksi varmuudella, ettei Maa ole vuoristoineen uniikki. Eksoplaneettojen vuorista emme tosin voi tehdä havaintoja. Emme ainakaan vielä.
Katson mietteliäänä, kun jokin paikallinen, pienikokoinen haukka (luullakseni chilenhaukka, Accipiter chilensis) laskeutuu katonräystäälle tarkkailemaan pihamaata. Se on iskenyt silmänsä koiran ruokakuppiin, jossa on proteiinipitoisia nappuloita syömättä. Lintu tarkkailee vuoroin kuppia ja vuoroin ovea, jonka avautuminen merkitsee potentiaalista vaaraa ihmisten saapuessa paikalle. Se kuitenkin toteaa tilaisuutensa tulleen, lennähtää ruokakupille nappaamaan muutaman koirannappulan nokkaansa ja lentää pois arvatenkin viemään saaliinsa pesässään odottaville nälkäisille suille. Tilaisuus on tehnyt varkaan, mutta vaikka haukka onkin hiukan poikkeuksellisen ravinnon äärellä, ei sen käyttäytymisessä ole mitään uutta. Höyhenpeitteisiä, lentokykyisiä dinosauruksia on ollut olemassa ainakin 150 miljoonaa vuotta, ja niiden ravinnonhankinta on luultavasti perustunut aina sopivien tilaisuuksien maksimaaliseen hyödyntämiseen. Linnut ovat aktiivisia eläimiä, jotka tarkkailevat ympäristöään herkeämättä tarttuakseen jokaiseen tarjoutuvaan mahdollisuuteen ja toisaalta välttyäkseen joutumasta jonkin lähempänä ravintoketjun huippua olevan saalistajan ateriaksi. Niiden lentokyky edellyttää keveyttä ja siroutta, jolloin ne eivät voi olla pääasiallisia huippusaalistajia. Ja tilanne on luultavasti sama muuallakin, koska samat fysikaalisen maailmamme rajoitukset pätevät takuuvarmasti mudenkin elävien planeettojen pinnoilla. Jos jollakin kaukaisella planeetalla on älykkäitä, lehtäviä opportunisteja, niiden käyttäytyminen muistuttaa luultavasti monella tavalla oman planeettamme lintuja. Aivan samalla tavalla muut biologisen sukupuumme lentokyvyn kehittäneet haarat ovat päätyneet noudattamaan samankaltaisia käyttäytymismalleja. Lepakot ja muinaisuuden pterosaurukset ovat sellaisista mainioina esimerkkeinä.
Konvergentti evoluutio tarjoaa mahdollisuuden tehdä Maapallolla näkemästämme elämästä universaaleja yleistyksiä. Jos jossakin on samankaltaiset olosuhteet kuin Maassa, voimme olla varmoja, että elämä sopeutuu niihin samankaltaisilla tavoilla. Jos jonkin planeetan pinnalle saapuu Aurinkoa vastaavan tähden säteilyä planeetan kaasukehän ollessa sille läpinäkyvä, on suorastaan varmaa, että monisoluiset organismit sopeutuvat käyttämään säteilyn suomia mahdollisuuksia hyväkseen kehittämällä näkemiseen soveltuvia elimiä. Jo Maapallola sellaisia silmiksi kutsuttuja elimiä on kehittynyt toisistaan riippumatta eri eläinryhmissä arviolta 40 kertaa, joten kyseessä on suorastaan vääjäämätön kehityskulku, jos vain näkökyvyn asteittaiset parannukset tuovat organismeille mahdollisuuden tuottaa muita tehokkaammin lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä. Emme tietenkään voi ennustaa millaisia rakenteita evoluutio täsmälleen tuottaa muilla planeetoilla, mutta voimme silti arvioida, että esimerkiksi kyky liikkua on tärkeää niin saalistajille kuin joillekin niitä vältteleville saaliseläimillekin. Toiset saaliseläimet taas koettavat välttyä tulemasta havaituksi maastoutumalla ympäristöönsä mahdollisimman hyvin. Yksinkertaiset fysikaaliset ja geokemialliset reunaehdot taas tuottavat herkästi elävien muotojen valtaisan moninaisuuden, mihin olemme planeetallamme tottuneet. Sekin on universaali tosiasia, koska Maan elämä on monimuotoistunut samankaltaisella tavalla useaan otteeseen toivuttuaan massasukupuuttoaaltojen aiheuttamasta lajirikkauden äkillisestä kapenemisesta.
Mutta minkälaisia reunaehtoja vaikkapa punaisten kääpiötähtien heikko punainen säteilyspektri ja armottomat purkaukset asettavat niitä kiertävien planeettojen elämälle? Voimme lopultakin vain arvailla, koska emme tunne sellaisesta elämästä ainuttakaan esimerkkiä. On silti mielenkiintoista koettaa arvioida näiden maailmankaikkeuden yleisimpien planeettojen olosuhteita perustuen siihen, mitä olemme saaneet selville punaisten kääpiötähtien ominaisuuksista ja fysiikasta. Kyseessä on kiinnostava tutkimusprojekti, jota olen käynnistämässä Helsingin yliopistolla. Siihen tarvitaan osaamista niin eksoplaneettojen ominaisuuksista kuin tähtien pinnan prosesseistakin, joten kyseessä on suorastaan täydellinen tilaisuus tehdä lähitulevaisuudessa yhteistyötä Santiagon eksoplaneettatutkijoiden ja Helsingin aktiivisiin tähtiin erikoistuneiden astrofyysikoiden välillä.
Sunnuntain aamukahvin ääressä käytävä keskustelu käy välittömästi kiinnostavaksi, kun sen lomaan on puolihuolimattomasti asetettu kysymyksen muotoon puettu toteamus: mitä mieltä muuten olet tästä uudesta löytämästäni planeetasta? Jamesilla on havaintoja oranssien jättiläistähtien planeettakunnista, enkä oikein voi kuin nyökätä hyväksyvästi ja todeta asian kiinnostavaksi. Mutta onko planeetan havaittu kiertoaika oikea? Onko olemassa vaihtoehtoisia ratkaisuja, jotka selittävät havainnot yhtä hyvin tai vieläkin paremmin? Voiko havaintoon luottaa niin, että sen voisi julkaista? Keskustelemme pitkään jaksollisten signaalien havaitsemisen problematiikasta ja siitä, kuinka laskostumiseksi kutsuttu ilmiö voi toisinaan johdattaa harhaan. Jättiläistähdet myös sykkivät ja pyörivät verkkaisesti, mikä saattaa aiheuttaa havaintoihin jaksollisuuksia, joita ei voi tulkita merkeiksi planeettojen olemassaolosta. Ehkäpä kuitenkin olemme jälleen saaneet seville jotakin kiinnostavaa maailmankaikkeudesta.
Vaikka tutkimuksemme etenee tieteelle tyypilliseen tapaan verkkaisella tahdilla, julkaisemme silti uusia tuloksia varsin säännöllisesti. Raportoimme vain pari viikkoa sitten uudesta neptunuksenkokoisesta planeetasta kiertämässä nuorta tähteä, joka tunnetaan luettelokoodilla HD 18599 (1). Planeetta on kuuma neptunus, joita on vain vähän, koska ne menettävät kaasuvaippansa tähtiensä paahtavassa poltteessa varsin nopeassa tahdissa. Luultavasti myös HD 18599 b on kokenut kovia ja menettänyt merkittäviä määriä kaasuvaippaansa, koska sen Maata 2.7 kertaa suuremman halkaisijan sisään on pakattu peräti 26 Maan massan verran materiaa. Planeetan koostumuksen selittää noin kolme neljännestä kattava raudasta ja silikaateista koostuva ydin ja sitä peittävä vesivaippa. Keveämmät kaasut planeetta lienee menettänyt avaruuteen alttiina tähtensä voimakkaalle säteilylle mutta prosessi ei vain ole vielä ehtinyt edetä loppuun asti, koska kyseessä on varsin nuori järjestelmä. Saamme siis tarkkailla vasta hiljattain syntyneen vauvaplaneetan kärsimystä julman, aktiivisen tähtensä käsittelyssä. Asiasta ei tosin tarvitse tuntea sääliä, koska planeetat eivät ole tuntevia organismeja. Eikä HD 18599 b ole elävä planeetta, koska se ei ole koskaan voinut muodostaa pinnalleen biosfääriä — planeettaa peittää todennäköisesti kiehuvan kuuma meri, jonka olosuhteissa orgaaniset molekyylit tuhoutuvat joka tapauksessa millisekuntien aikaskaalassa.
Kirjoitus on toinen osa matkapäiväkirjastani Chilen Santiagoon marraskuussa 2022. Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Viimeinen tutkimusmatka
Siellä, missä on mantereen reuna, alkaa valtameri. Planeettamme suurin. Kun erilaiset henkiolennot vielä vaelsivat vuoristoisilla mailla inkojen imperiumin laidalla, missä Maule -joki virtaa, aluetta asuttivat myös ”maan lapsiksi” itseään kutsuvat asukkaat. He olivat kulttuurillisesti ja kielellisesti omanlainen Etelä-Amerikan yhteisönsä, joka ei muodostanut inkojen tapaan valtiota, vaan lähinnä löyhemmän linnoitettujen kylien verkoston nykyisen Chilen ja Argentiinan alueilla. Mapuchet ovat edelleen Chilen lukumäärältään merkittävin alkuperäiskansa. Heidän mytologiassaan vesi tuo tulvan ja tuhon, kun kuivuus palauttaa kiinteän maan ja auringonpaisteen jatkuvassa hyvän ja pahan väliseksi rinnastuvassa kamppailussaan. Geologisesti nuoren Andien vuoriston alueella jäätiköiden sulamisvedet ja maanjäristysten tuottamat tsunamit tosiaan tuovat tuhon jatkuvissa sykleissä mutta laaksojen hedelmällinen maa antaa myös elannon niille, jotka muistavat kohdella sitä kunnioittavasti.
Nykyään ilmastonmuutos ei jätä Mapuche-kansan maita rauhaan. Kun Andien jäätiköt hupenevat, ne vievät mukanaan niin sulamisvesistä riippuvaiset joet kuin suuren osan maatalouttakin. Chileä vaivaa vesipula ja se vaikuttaa aivan kaikkeen mutta kyseessä on täysin keinotekoinen kriisi jopa unohtaen ilmaston lämpenemisen. Kriisin keskiössä on ravinteikas, ruskean kuoren peittämä hedelmä, jonka vihreän sisällön kasvava kysyntä Euroopassa ja Yhdysvalloissa on saanut viljelijät laajentamaan sen viljelyyn käytettyä maa-alaa Chilen hedelmällisissä laaksoissa Santiagon pohjoispuolella. Diktatuurilta peritty talousmalli ja halpa maa tarjosivat mainiot olosuhteet tuottaa runsain mitoin avokadoja länsimaiden ahnaille markkinoille mutta kuten lähes aina, riistävä liiketoimintamalli rikastutti harvoja ja johti ulkoisvaikutuksinaan vakaviin ongelmiin.
Kun valtavat avokadoplantaasit imevät jokien koko virtaaman, näivettäen ne kuiviksi uomiksi, paikalliset asukkaat joutuvat rajoittamaan veden käyttöä ja jopa tuomaan juomavetensä muualta. Samalla monokulttuuriset plantaasit kiihdyttävät eroosiota ja heikentävät viljelysmaan laatua ja niiden viljelyssä käytetyt runsaat torjunta-aineet saastuttavat pohjaveden. Chilen markkinaliberaali lainsäädäntö on kuitenkin antanut maanomistajille lähes vapaat kädet käyttää omistamiensa maiden resursseja haluamallaan tavalla. Vaikka maiden läpi virtaisi joki, ei yksityisten omistajien ole juurikaan tarvinnut piitata alajuoksulle aiheuttamastaan vesipulasta tai sinne valuvista saasteista. Kourallinen suuria maanomistajia pitääkin hallussaan suurinta osaa Petorca -provinssin vedestä, mikä vain kuvastaa yksityisomistuksen vahingollisuutta varallisuuden annettaessa kasautua rajoitta harvoille. Alue on lisäksi valtaosan vuodesta kuivaa ja avokadon kasvattaminen vaatii runsaasti vettä, peräti 320 litraa jokaista hedelmää kohti, mikä on johtanut pysyvään kuivuuteen provinssin laaksoissa luonnolle ja ihmisille tuhoisalla tavalla.
Suuret tuottajat kukoistavat samalla kun ihmiset kärsivät. Sama kehityskulku on nähty uudelleen ja uudelleen aivan liian monessa yhteydessä mutta Chile on murrosvaiheessa, pyristelemässä eroon viimeisistä uusliberaalin sotilasdiktatuurin kahleista. Lakimuutokset, erityisesti yritys saattaa voimaan Chilen uusi perustuslaki, ovat tuomassa mukanaan parempaa. Vesi määriteltiin jo lainsäädännöllisesti loukkaamattomaksi ihmisoikeudeksi. Uusi perustuslaki taas tähtää tieteen ja tutkimuksen aseman parantamiseen, luonnon ja ympäristön suojeluun, sekä koulutuksen aseman, rahoituksen ja saatavuuden merkittävään parantamiseen. Vaikka se kaatuikin kansanäänestyksessä paljolti taloudellisen eliitin käynnistämän propagandakampanjan ja konservatiivien vastustuksen turvin, uutta dokumenttia pidetään laajasti parannuksena verrattuna diktatuurin aikana tuotettuun nykyiseen perustuslakiin. Päätellen ainakin siitä, että kirjoittajina on demokraattisesti valittu joukko kansalaisjärjestöjen edustajia, tutkijoita, opettajia ja opiskelijoita, sekä alkuperäiskasojen edustajia, eikä niinkään sotilaita, taloudellista eliittiä tai poliitikkoja, on hyviä syitä luottaa uuden perustuslain tuovan mukanaan mahdollisuuden parempaan, jos se vain saadaan voimaan.
Mutta tarkoitukseni ei ole kirjoittaa Chilen poliittisesta ilmapiiristä tai edes planeettamme ekosysteemejä ja ihmisyhteisöjä uhkaavasta ilmastokatastrofista. Ne luovat vain näyttämön omalle tutkimusmatkalleni Etelä-Amerikan länsirannikolle, Andien valtavan vuoriston kupeeseen. Olen matkustanut Chileen tekemään tutkimusta, tapaamaan pitkäaikaisia yhteistyökumppaneitani ja kollegoitani, sekä ystäviä. Chile on tähtitieteen paratiisi, jossa sijaitsee yli 70% kaikesta ihmiskunnan rakentamasta tähtitieteellisestä valon keräämiseen suunnitellusta kapasiteetista peilipinta-alalla mitattuna. Olen käynyt maassa aiemmin neljästi ja jokainen vierailu on ollut menestys niin tieteen etenemisen kuin paikallisten opiskelijoidenkin kannalta. Ounastelen kuitenkin tämän viidennen kerran olevan viimeinen, vaikken oikein osaakaan perustella miksi.
Mannertenväliset lennot tuovat mukanaan monenlaista tuskaa. Huomaan kipuilevani jo astuessani lentokentän terminaalirakennuksen maanpäälliseen kulutushelvettiin, joka muistuttaa kuhinaltaan lähinnä painajaismaisia joulumarkkinoita myynnin maksimointiin suunnitellussa kauppakeskuksessa. Lepopaikkoja tai rauhaa ei juuri ole, ja jokainen epämukava istuinkin on asetettu siten, että ihmiset ohjataan kuluttamaan maksimaalisesti. Kaikkialla on matkamuistoja ja kaikenlaista rojua, jota kukaan ei tarvitse, sekä loppumattomat rivit luksustuotteita, joita heikossa asemassa olevat epätoivoiset ihmiset tuottavat kaukoidän hikipajoissa. Minkä dystopian olemmekaan luoneet!
Yhtä kivuliasta on viettää lentokoneen aivan liian pienessä tuolissa vajaat parikymmentä tuntia koettaen lääkitä kipeytynyttä selkää ja puutuneita jalkoja kirjallisuudella ja runsaalla määrällä punaviiniä. Koska nukkuakaan ei voi, lentokoneessa tulee vietettyä aikaa ajatellen. Päällimmäisenä mielessä on seuraava kipuilun aihe — lennosta aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt. Vaikka olenkin kompensoinut päästöni rahoittamalla väliamerikkalaisia pienviljelijöiden metsitysprojekteja ja siten koettanut ostaa itselleni hyvän omatunnon, en osaa olla tyytyväinen. Ilmastokatastrofi uhkaa meitä kaikkia ja jokainen toimenpide tarvitaan. Sen sijaan, että ”kompensoimme” toiminnastamme aiheutuvat päästöt meidän tulisi vähentää sitä päästöjä tuottavaa toimintaa ja samanaikaisesti toteuttaa kaikki kompensaatioiksi kaavaillut toimenpiteet. Enkä aivan luota kompensaatiopalveluita tarjoavien yritysten toimintaan, koska ei ole lopultakaan mitään takeita, että ne tosiaan toimivat luvatulla tavalla.
Motiivini kestää kaikki lentomatkailusta aiheutuva kipu on kuitenkin yksinkertainen. Olen akateemisen maailman nomadi, vailla virkaa ja siten taloudellista turvaa, ja joudun pyrkimään tutkimustyöni tuotteliaisuuden maksimointiin tai riskeeraan työttömyyden ja siitä aiheutuvan taloudellisen ahdingon. Olen yhteiskuntamallin vankina epävarmassa taloudellisessa tilanteessa ja minun on käytännössä pakko takertua jokaiseen tarjottuun oljenkorteen — on tartuttava kynään kirjoittaakseni hakemuksen jokaiselle mahdolliselle tutkimusrahoitusta tarjoavalle säätiölle ja huolehdittava verkostoitumisesta, julkaisuluettelon laajuudesta ja kokemuksesta. Chilestä en saa tulevaisuudessa rahoitusta mutta matkan on tarkoitus tuottaa muita oljenkorsia.
Lentokoneessa on kuitenkin vain hyvin rajallisesti tilaa tehdä mitään järkevään kuten valmistella seminaariesitystä, koska kannettava tietokone mahtuu vain juuri ja juuri edessä olevalle pienelle kokoontaitettavalle pöydälle. Käsiäkin on vaikeaa saada tietokoneen käyttöön soveltuvaan asentoon, jos viereiset istuimet eivät ole vapaina. Onnistun kuitenkin laatimaan esitystä jonkin verran — aiheena on Proxima Centaurin rikas planeettakunta ja siitä tehtyjen havaintojen uudelleenanalysointi. Yksi Santiagon Diego Portalesin yliopiston paikallisista tutkijoista, Jose Prieto, on pyytänyt minua pitämään esitelmän aiheesta. Yliopisto on yksityinen, mikä on suomalaisesta näkökulmasta omituinen järjestely, mutta en tuhlaa aikaani hallinnollisten asioiden pohtimiseen. Minulla on kiinnostavaa esitettävää liittyen Proxima Centaurin planeettojen ominaisuuksiin ja varmentamiseen riippumattomilla havainnoilla. Olen nimittäin onnistunut riipimään olemassaolevista havainnoista aiempaa enemmän informaatiota puhtaasti matemaattisen data-analyysin keinoin, ja haluan kuulla mitä chileläiset kollegani asiasta ajattelevat. Olen saanut uutta tietoa planeettakunnasta mutta samalla olen onnistunut määrittämään itse tähden pintarakennetta — sen pilkut vaikuttavat niin kirkkaushavaintoihin kuin spektroskooppisiinkin mittauksiin ja niiden koko ja näennäinen liike tähden pinnalla sen pyöriessä kiinteästä kappaleesta poikkeavalla tavalla vaihtelevalla nopeudella eri leveyspiireillä antavat tietoa tähden itsensä magneettisesta dynamosta ja sen fysiikasta.
Tuoreissa tuloksissani on kuitenkin muutakin kiinnostavaa. TESS -avaruusteleskoopilla ja muilla instrumenteilla tehtyjen kirkkaushavaintojen variaatiot aiheutuvat paljolti kahdesta lähteestä: roihupurkauksista ja tähdenpilkuista. Erityisesti pilkut, joita tähden pyöriessä saapuu jatkuvasti sen näkyvälle puolelle himmentäen näennäistä kirkkautta ja poistuu toisella reunalla, aiheuttavat järjestelmällisiä variaatioita noin 83 päivän sykleissä. Roihupurkaukset taas näkyvät tähden merkittävänä kirkastumisena satunnaisina ajankohtina minuuttien tai korkeintaan kymmenien minuuttien ajaksi. Molemmat ilmiöt voivat antaa kiinnostavaa tietoa tähden pinta-aktiivisuudesta ja siten fysiikasta mutta ne voivat myös peittää alleen huomattavasti pienemmät kirkkausvaihtelut: sellaiset, jotka aiheutuvat planeettojen liikkeestä tähden editse. Vaikka Proxima b ei olekaan sopivalla radalla kulkeakseen tähden pinnan editse, jokin järjestelmän muista planeetoista saattaa hyvinkin olla. Siksikin kirkkausvariaatioiden ymmärtäminen on tärkeää.
Raapustan muutaman yhtälön muistikirjaani ja mietin mitä ne tarkoittavat. On mahdotonta pohtia tiedettä kovinkaan kauan ahtaassa, hikisessä lentokoneen kapselissa, vaan käytän mielummin aikani kulttuurin parissa. Kun olkalaukusta löytyy kiinnostavaa kirjallisuutta on aina mahdollista paeta lukemattomiin maailmoihin jättäen oman ruumiinsa kärsimään puutuneista jaloista ja kipeytyneestä selästä pienikokoisemmille ihmisille suunnitellussa istuimessa.
Saavun pian Santiagon miljoonakaupunkiin, jonka paksu savusumu peittää kaupungin toisen laidan näkyvistä. En kuitenkaan jää pilaamaan keuhkojani huonolaatuisella hengitysilmalla, vaan matkaan ystäväni ja kollegani James Jenkinsin kanssa aavistuksen verran kaupungin ulkopuolelle, Pirquen maalaismaakuntaan, missä viinitilat kukoistavat ja ilma on raikasta. Apulaisprofessorina Diego Portalesin yliopistossa toimiva James Jenkins on yksi pitkäaikaisimmista yhteistyökumppaneistani ja olemme yhdessä julkaisseet vuosikymmenen aikana noin 30 tieteellistä artikkelia. Puitteet hedelmälliseen yhteistyöhön ovat siis ainakin kunnossa.
Kirjoitus on ensimmäinen osa matkapäiväkirjastani Chilen Santiagoon marraskuussa 2022. Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 