Proxima Kentauri — 98. matkustaja

”Odysseuksen päivä 1150538, matkustaja numero 98.
Olemme tänään saavuttaneet matkan puolivälin. En osaa oikein sanoa mitä siitä tulisi ajatella. Odysseus on ainoa kotini, jonka koskaan voin tuntea mutta ainakin olemme nyt lähempänä määränpäätä kuin Maata. Elän ehkäpä vielä 50-60 vuotta. Sinä aikana mikään ei muutu, olemme sidottuja läpi tähtienvälisen avaruuden matkaavaan alumiiniputkiloon. Se antaa meille elämän ja pitää meitä vankinaan. Jos kaikki menee hyvin, lapsenlapsemme 126 sukupolven kuluttua voivat saavuttaa vapauden.
Toivon, että he hymyilevät ja muistavat uhraukset, joita matkan varrella teimme, sen suunnattoman kurinalaisuuden, jota noudatimme ja säännöt, joiden mukaan elimme. He saavat runsaasti uusia mahdollisuuksia. Heillä on tilaa. Kokonainen maailma, jonka pinnalla kävellä, jota tutkia ja jossa elää. Toivon heille kaikkea hyvää. Tulevaisuus on heidän.
Pidän esiäitejäni ja -isiäni itsekkäinä. He halusivat sitoa satojen sukupolvien kohtalon omalla päätöksellään. He ottivat mukaan kaiken, mitä itse halusivat mutteivät kaikkea, mitä sadat sukupolvet heidän jälkeensä tarvitsevat. Ja miten se olisikaan ollut mahdollista, eiväthän he voineet kysyä mitään syntymättömiltä lapsenlapsiltaan.
En kuitenkaan ole katkera. Mitä hyötyä siitä edes olisi? Olen osa tarkasti valittua joukkoa ihmisiä, ja meillä on tarkoitus. Olemme yhden sukupolven mittainen lenkki ketjussa, jonka avulla ihmiskunta ottaa yhden suurimmista askeleistaan. Lapsemme asuttavat Proxima b:n.”
Jos lähettäisimme nykytekniikalla ylisukupolvisen avaruusaluksen kohti Proxima Kentaurin järjestelmää, sen 98. matkustaja saattaisi kirjoittaa päiväkirjaansa jotakin tämän kaltaista matkan puolessa välissä, noin 3150 vuoden kuluttua lähdöstä.
Tämä on kuitenkin vain omaan kulttuurilliseen kontekstiini sijoitettu versio tavasta kokea ja ajatella tilanne, jota en ole kokenut, enkä koskaan edes voi kokea. Todennäköisesti hypoteettinen 98. matkustaja ajattelisi jollakin aivan muulla tavalla — tavalla, jota emme voi edes kuvitella, koska sadassa sukupolvessa tähtienväliseen alukseen sulkeutunut populaatio ehtii jo moneen kertaan kehittämään omat ajatusmallinsa, kulttuurilliset erityispiirteensä ja sopeumansa.
Nykytekniikalla matka Proxima Kentaurin planeettakuntaan ja Proxima b:n kiertoradalle kestäisi suunnilleen 6300 vuotta. Matkan vaatimuksena olisi kyky ylisukupolvisen avaruusmatkailun teknologiaan. Geneettisesti riittävän monimuotoisen ihmispopulaation tulisi kyetä pysymään elinkelpoisena, ilman perinnöllisten sairauksien kumuloitumista, suunnilleen 250 sukupolven ajan päästäkseen perille terveenä. Siihen taas vaadittaisiin vähintään 98 matkustajaa (1).
Olosuhteet, joissa 98 hengen populaatio selviäisi matkasta lähitähdelle olisivat hyvin rajoittavia. Lapsiluku olisi tarkkaan määrätty, koska aluksen hyvin rajallinen kantokyky ei kestäisi populaation kasvua ja populaation geneettinen diversiteetti ei kestäisi sen kutistumista. Lapsia saavat parit olisi valittava geneetisin perustein, jotta perinnöllisiltä taudeilta vältyttäisiin, joten jälkeläisten saanti ei olisi vapaata tai edes valinnaista. Näiden lisäksi on mahdotonta arvioida minkälaista psykologista taakkaa matkustajat kantaisivat mukanaan päädyttyään muinaisten esiäitien ja -isien päätöksen vuoksi ihmiselle luonnottomiin olosuhteisiin ja matkalle, jonka loppua he eivät voisi koskaan nähdä. Ihminen on kuitenkin sopeutuvainen ja selviäisi luultavasti tällaisistakin haasteista.
Selviäminen matkasta olisi kuitenkin vasta ensimmäinen haasteista. Vaikeuksia tulisi esimerkiksi päätettäessä milloin olisi oikea aika lähteä, ottaen huomioon sivilisaation teknisen kehityksen asteen ja sen, kuinka nopeasti olemassaolevalla teknologialla matka onnistuisi. Matkaan ei kannattaisi lähteä niin kauan kuin lähtöajankohdan siirtäminen tulevaisuuteen N vuotta vähentäisi teknologisen kehityksen myötä matkan kestoa yli N vuotta.
Olisi myös suunniteltava huolella mitä tapahtuu, kun alus useiden sukupolvien kuluttua saapuu perille. Tiedämmekö kohteesta tarpeeksi, jotta voimme olla varmoja, että olemme ottaneet huomioon kaikki sen asettamat haasteet? Voimmeko olla varmoja, että kolonisaatio onnistuu ja aluksen ihmispopulaatio pysyy hengissä pitkällä tähtäimellä vielä perilläkin?
Avaruusmatkailu on mahdollista vain, jos siihen on voimakas motiivi. Edes teknisesti edistynyt sivilisaatio ei ryhdy suunnittelemaan avaruusmatkailua vahingossa, vaan vasta, kun on olemassa riittävät resurssit ja halu tehdä niin. Teknologian kehittyessä saavutetaan tilanne, jossa avaruusmatkailusta tulee helpompaa ja suhteellisen halpaa, jolloin vähäisempikin motiivi riittää. Avaruuteen saatetaan mennä lopulta samasta syystä kuin vuorikiipeilijä kiipeää vuorelle. Siksi, että avaruus on olemassa ja tarjoaa sinne lähtemisen haasteen.
Taloudellinen etu ei voisi olla motiivina aloittaa sukupolvia kestävä tähtienvälinen matka. Syy lähtöön saattaisi olla puhdas halu osallistua ihmiskunnan suurimpaan löytöretkeen. Monelle pelkkä lähtö ja paikka 98. matkustajana olisi tavoittelemisen arvoinen mutta sittenkin on vaikeaa kuvitella, että kukaan voisi kyetä vangitsemaan myös lapsensa ja lapsenlapsensa pieneen avaruuden halki kiitävään hengissäpitokoneeseen, josta ei olisi poispääsyä satoihin sukupolviin, jos koskaan. Se on kuitenkin vain minun subjektiivinen näkemykseni.
Lähteet
Aavistuksen himmenevä tähti

Henry Draperin valtaisan tähtiluettelon kohde numero 95338 himmeni äkkiä hetkeksi. Aivan hitusen verran. Sen kirkkaus putosi seitsemän tunnin ajaksi vajaat kaksi promillea ennen palaamistaan takaisin normaaliksi, noin puoleen siitä kirkkaudesta, jolla Aurinko loistaa. Se olisi himmentynyt uudelleen, täsmälleen samalla tavalla, aina 55 päivän välein, mutta kukaan ei kyennyt tarkkailemaan tähteä niin pitkään. Maata kiertävä TESS avaruusteleskooppi tuijotti samaa tähtitaivaan aluetta vain 27 päivän ajan, kunnes kääntyi tarkkailemaan aikataulunsa mukaisesti seuraavaa aluetta, joten sen havainnot rekisteröivät vain yhden ainoan himmenemisen.
Mitättömältä vaikuttanut himmeneminen johtui kiertoradallaan vaeltavasta planeetasta HD 95338 b, joka sattui kulkemaan tähtensä editse (1). Pelkästään yhden ylikulun perusteella ei kuitenkaan olisi voinut päätellä mitä edes havaittiin.
Eksoplaneettojen havainnoinnissa ylikulkumenetelmän idea on ehkäpä helpoin ymmärtää. Ajatuksena on tarkkailla kohteena olevaa tähteä niin tiiviisti kuin mahdollista koettaen nähdä himmeneekö se hiukan sen editse radallaan kulkevien planeettojen estäessä murto-osan tähden säteilyä saapumasta Maahan ja teleskooppeihimme. Kuulostaa helpolta mutta käytännössä planeettojen etsintä ylikulkujen avulla on hämmästyttävän vaikeaa, koska emme tiedä minkä tähtien planeetat ovat oikeanlaisella radalla ja milloin ne kulkevat radallaan tähtensä editse. Yhdenkin havainnon tekoa varten on kyettävä havaitsemaan tuhansia tähtiä samanaikaisesti päivien ja kuukausien ajan. Sellainen onnistuu vain avaruusteleskooppien avulla.
Jos planeetta on kooltaan kymmenesosan tähdestä, sen ylikulku himmentää tähteä noin sadasosan. Maapallo on kooltaan noin prosentin Auringosta. Jos jonkin vierasta tähteä kiertävällä planeetalla asuvan sivilisaation tutkija tarkkailisi teleskoopillaan Aurinkoa havaiten Maan ylikulun, se tarkoittaisi kykyä nähdä Auringon himmeneminen noin promillen kymmenesosan verran. Tuhansia planeettoja löytäneelle Kepler avaruusteleskoopille sellainen tarkkuus oli mahdollista, joten tekniset sivilisaatiot kyllä kykenevät havaitsemaan Maan ylikulun — jos vain tarkkailevat Aurinkoa suunnasta, josta katsottuna Maa kulkee radallaan Auringon editse.
Kun havaitaan vain yksittäinen ylikulku, ei voida tehdä päätelmiä siitä, mitä on havaittu. Kyseessä voi olla suuri yksittäinen tähden pilkku tai niiden ryhmä taikka jonkin himmeän taustataivaan kaksoistähden tuottama efekti. Periaatteessa vaaditaan kaksi ylikulkuhavaintoa, jotta voidaan määrittää niiden välinen aika ja siten planeetan kiertoradan jakso — planeetan vuosi. Jotta vieraan sivilisaation tutkija voisi havaita Maan vuoden pituuden, hänen tulisi tarkkailla herkeämättä Auringon kirkkautta ylikulkujen varalta vähintään vuoden ajan. Käytännössä vieläkin pidempään.
Vaikka havaittaisiin kaksi ylikulkua, ne eivät välttämättä ole saman planeetan aiheuttamia. Ne voivat aiheutua kahdesta erillisestä suunnilleen saman kokoisesta planeetasta, jolloin kahden pienen himmenemisen rekisteröinti havaintoinstrumentin digitaalikameralla ei vielä riitä. Tarvitaan kaksi mittausta planeetan ratajaksosta, eli vähintään kolmen ylikulun havainnointi, jotta voidaan selvittää planeetan radan ominaisuuksia tai arvioida planeetan kokoa.
Maankaltaisen planeetan havaitsemiseen vaaditaan siis jatkuvaa auringonkaltaisen tähden kirkkauden havainnointia keskeytyksettä parin vuoden ajan. Sellainen ei voi olla mahdollista planeettamme pinnalta käsin. Maanpäällisillä teleskoopeilla voimme havaita tähtiä vain öisin, ja tyypillisesti vain osan vuodesta, jolloin havaintojen tekoon tarvitaan käytännössä paljon enemmän aikaa kuin kaksi ratajaksoa. Jos ylikulku sattuu väärään vuodenaikaan tai päivällä, se jää armotta havaitsematta. Siksi silmää räpäyttämättä taivasta tuijottavat avaruusteleskoopit, sellaiset kuin Kepler tai TESS, ovat parhaita instrumentteja eksoplaneettojen ylikulkujen havainnointiin ja niiden ominaisuuksien tutkimiseen.
Tähden HD 95338 tapauksessa ylikulkuja kuitenkin havaittiin vain yksi. Se oli onnellinen sattuma, koska TESS avaruusteleskooppi tuijotti tähden sisältämää taivaan aluetta vain 27 päivää. Yksittäinen seitsemäntuntinen ylikulku olisi aivan hyvin saattanut jäädä osumatta havaintojaksoon. Tiesimme kuitenkin etsiä planeetan merkkejä HD 95338:n havainnoista, koska olimme selvillä sen olemassaolosta jo entuudestaan.
HD 95338 sijaitsee 37 parsekin päässä Auringosta ja on siksi yksi Auringon lähinaapuruston tavallisista spektriluokan K oransseista kääpiötähdistä. Se ei loista niin kuumana kuin Aurinko, eikä ole aivan yhtä suuri massaltaan tai halkaisijaltaan, mutta se kuuluu galaksimme tavallisiin kääpiötähtiin, joden ympärillä on runsaasti tähden synnyn sivutuotteena muodostuneita planeettoja. Käytännössä voidaan olettaa, että jokaista tähteä kiertää planeetta tai planeetoja. Kysymys on vain siitä, voidaanko niitä havaita.
Teimme havaintoja kohteesta HD 95338 kahdella eri teleskooppeihin asennetulla spektrometrillä, joiden tarkoituksena on mitata tähden huojumista näkösäteen suunnassa planeetan vetovoiman vaikutuksesta. Yhdessä Calanin observatoriossa Santiagossa työskentelevien Matias Diazin ja James Jenkinsin sekä useiden muiden tutkijoiden kanssa, olimme havainneet tähteä HARPS instrumentilla La Sillan observatoriossa sekä Las Campanasin observatorion PFS instrumentilla.
Tiesimme havaintojen perusteella, että tähteä kiertää vähintäänkin kaksi kertaa Neptunusta massiivisempi planeetta 55 päivän kiertoradalla (1). Muuta emme tienneet ja planeetta näytti olevan vain yksi monista tavanomaisista kaasuplaneetoista kiertämässä lähitähtiä. Olimme keskustelleet löydön julkaisemisesta mutta se ei vaikuttanut niin kiinnostavalta, että kenenkään kannattaisi käyttää viikkoja tieteellisen julkaisun huolelliseen valmisteluun.
Sitten TESS muutti kaiken.
Radiaalinopeushavainnoista saa selville vain planeetan minimimassan, koska sen ratatason kallistuskulma jää tuntemattomaksi. Jos kuitenkin havaitaan planeetan ylikulku (Kuva 2.), radan kallistuskulma selviää hetkessä — se on silloin noin 90 astetta taivaan tasoon nähden, koska rata kulkee täsmälleen tähden ja havaitsijan välistä. Selvisi, että HD 95338 b oli massaltaan lähes täsmälleen kaksi kertaa Neptunusta suurempi ja siten luultavasti suhteellisen tyypillinen kaasuplaneetta.

Mutta ylikulusta selvisi myös planeetan halkaisija, joka osoitti sen olevan Neptunuksen kanssa saman kokoinen. Kahden Neptunuksen massa oli siis pakkautunut vain yhden Neptunuksen kokoiseksi planeetaksi.
Toisin kuin Neptunus, jonka koostumuksesta suunnilleen 20% on kaasumaista vetyä ja heliumia, HD 95338 b on koostunut likimain kokonaan vetyä ja heliumia raskaammista aineksista. Havainnot planeetan koosta ja massasta on selitettävissä parhaiten kappaleella, joka koostuu jäästä. Olemme siis löytäneet valtaisan, noin 40 kertaa Maapalloa massiivisemman, lumipallon kiertämässä tähteä 120 valovuoden päässä meistä.
Se ei tosin muistuta lainkaan tavanomaisia lumipalloja, sillä planeetan vetovoima on valtaisa ja jää on kovassa paineessa hyvin erilaista kuin Maapallon lauhkeissa olosuhteissa. Lisäksi, noin 130 celsiusasteen lämpötilassa planeetta ei voi olla jäässä pinnaltaan — eikä niin massiivisella kappaleella voi Neptunuksen tapaan edes olla kiinteää pintaa.
HD 95338 b ei ole aivan tavaton tunnettujen eksoplaneettojen joukossa mutta on vaikeaa selittää miten jokin kappale voisi kasata 40 Maapallon edestä jäätä itseensä keräämättä vetovoimansa avulla ympärilleen paksua vedyn ja heliumin vaippaa, kuten Jupiter ja Saturnus. Emme osaa selittää miten jättiläismäiset lumipallot syntyvät. Se kuvastaa sitä, miten puutteellisia tietomme planeetoista, niiden synnystä ja kehityksestä ovat.
Mutta HD 95338 b:n löytöprosessi kuvastaa myös toista asiaa. Se kertoo, että puhtaalla tuurilla on edelleen merkittävä osuus tähtitieteessä. Koskaan ei voi tarkkaan tietää mitä onnistumme havaitsemaan. Emme todellakaan odottaneet törmäävämme massaltaan 40 Maapallon suuruiseen lumipalloon kaukana avaruudessa.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.