Olemmeko löytäneet toisen Maapallon?

Tiedejournalismissa yksi artikkelien alalaji on säännölliset kirjoitukset siitä, kuinka tähtitieteilijät ovat löytäneet ”toisen Maan” — elinkelpoisen, lähes muuttovalmiin eksoplaneetan galaktisessa lähinaapurustossamme. Löytö kuvataan lähes poikkeuksetta ylisanoin, ja sitä hehkutetaan historiallisena tai sensaatiomaisena. Se kehystetään kuin olisi löydetty vieras sivilisaatio, josta vain ei ihan vielä ole havaittu merkejä.

Todellisuudessa on saatu tieteellistä todistusaineistoa jonkin lähitähteä kiertävän kappaleen olemassaolosta, jota voidaan kutsua planeetaksi, ja joka muistuttaa Maata jollakin mittarilla mitaten. Planeetta voi olla massaltaan samansuuruinen, halkaisijaltaan samankokoinen, kiertämässä auringonkaltaista tähteä, olla pinnaltaan kiviplaneetta kuten Maa tai vaikkapa omata samankaltaisen pintalämpötilan kuin kotiplaneettamme. Kaikilta ominaisuuksiltaan Maata muistuttavia planeettoja ei vielä tunneta mutta monilla on ainakin joitakin samankaltaisia piirteitä, joita nostaa esiin.

Planeetan maankaltaisuus jollakin yksittäisellä mittarilla ei tarkoita mitään, jos jokin toinen ominaisuus saa sen poikkeamaan Maasta radikaalisti. Meillä voi esimerkiksi olla Maan kokoinen silikaattivaipasta ja rauta-nikkeli ytimestä koostunut planeetta, jota siten voidaan pitää maankaltaisena maailmana. Tällaisia planeettoja on havaittu — useat eksoplaneetat ovat maankaltaisia koostumukseltaan — mutta tyypillisesti ne kiertävät tähtiään hyvin lähellä, jolloin niiden korkeat pintalämpötilat tekevät planeettojen pinnoista karuja, kuumia, elinkelvottomia voimakkaan säteilyn korventamia pätsejä. Sellaisilla planeetoilla ei tyypillisesti ole edes kaasukehää, koska valtavassa kuumuudessa pienten kiviplaneettojen kaasukehän molekyylit karkaavat avaruuteen hyvinkin nopeassa tahdissa. Kuumat kiviplaneetat, vaikka olisivatkin maankaltaisia massaltaan ja koostumukseltaan, eivät varsinaisesti ansaitse titteliä Maa 2.0.

Punaisten kääpiötähtien kiertoradoilla Maapallon kokoluokan kappaleet voivat ylläpitää elämän edellytyksiä lähellä tähteään. Tähtien ollessa auringonkaltaisia tähtiä himmeämpiä ja viileämpiä, Maan kokoiset planeetat eivät aina muutu edes niiden lähellä kuumiksi, elinkelvottomiksi karrelle palaneiksi kiviksi, vaan niiden pintalämpötilat voivat mahdollistaa nestemäisen veden olemassaolon. Jos ei ole liian kuumaa tai liian kylmää, sellaisten planeettojen pinnoilla voi olla valtameriä. Ne ovat kuitenkin hyvin erilaisia valtameriä kuin Maapallolla. Punaisten kääpiötähtien planeetat, joiden pinnalla voi olla nestemäistä vettä, kiertävät tavallisesti tähtiään niin lähellä, että tähtien valtaisat vuorovesivoimat saavat planeettojen pyörimiset lukkiutumaan niiden kiertoaikoihin. Silloin niiden toinen puolisko kylpee aina tähden valossa kun taas toinen on ikuisesti pimeä. Planeettoja kutsutaan ennustetun ulkonäkönsä vuoksi joskus ”silmäplaneetoiksi” (Kuva 1.). Ainuttakaan silmäplaneettaa ei ole vielä kuvattu suoraan, joten niiden ulkonäköä ei ole päästy tarkastelemaan lähemmin.

Kuva 1. Taiteilijan näkemys jäisestä ”silmäplaneetasta”. Kuva: NASA/JPL-Caltech.

Silmäplaneetat voivat olla hyvinkin vetisiä valtameriplaneettoja. Niitä voi peittää toiselta puoliskoltaan meri, joka voi olla hyvinkin lämmin ja lauhkea olosuhteiltaan mutta sen virtaukset ovat varmasti voimakkaita lämmön pyrkiessä siirtymään planeetan kylmälle, pimeälle puolelle. Meri voi olla pinnaltaan pysyvästi jäätynyt reunoiltaan, joille saapuu säteilyä yhtä vähän kuin Maan napa-alueille. Pimeältä puoleltaan silmäplaneetat ovat ikijään peitossa. Lähin tunnettu silmäplaneetta saattaa olla Proxima b, koska sen pinnalla lämpötilat ovat sopivia nestemäisen veden esiintymiseen ja sen pyöriminen on lukkiutunut sen kiertoaikaan (1). On kuitenkin todennäköisempää, että Proxima b on säteilyn korventama karu kivikappale, jonka kaasukehä ja meret, jos niitä on ollut, ovat kiehuneet ja haihtuneet avaruuteen jo kauan sitten.

Jotkin planeetat ovat pintalämpötiloiltaan maankaltaisia mutta kooltaan suurempia supermaapalloiksi luokiteltuja kappaleita. Vaikka niiden kivisillä pinnoilla voisi olla sopivat, lauhkeat olosuhteet, niiden suurempi massa ja voimakkaampi vetovoimakenttä tekisivät niistä hyvin erilaisia maailmoja kuin oma kotiplaneettamme. Massiivisemmalla planeetalla on suuremman vetovoimansa vuoksi aina mahdollisuus ylläpitää paksumpaa kaasukehää, joten supermaapallojen pinnoilla kaasukehän paine saattaa olla satoja tai tuhansia kertoja kovempi kuin maapallolla. Ne voivat siksi kärsiä vielä Venustakin voimakkaammista kasvihuoneilmiöistä ja olla siksi polttavan kuumia painekattiloita pintaolosuhteiltaan.


Supermaapallon ollessa Maata viileämpi ja sopivalla etäisyydellä tähdestään, jotta planeetan pinnalle saapuva säteily on verrattaen heikkoa ja pitää sen kymmeniä asteita pakkasen puolella, sen kasvihuoneilmiö saattaa toimia elämän edellytykset mahdollistavana voimana. Tutkimusryhmäni raportoi sellaisesta planeetasta vuonna 2014 erään mielenkiintoisen lähitähden, Kapteynin tähden, kiertoradalla (2). Kapteynin tähti on kotoisin Linnnunrataan miljardeja vuosia sitten sitten sulautuneesta naapurigalaksista ja sen planeettoja voi siksi pitää maailmoina toisesta galaksista. Mutta toinen tähteä kiertävistä planeetoista, Kapteyn b, on tietyillä mittareilla hyvinkin maankaltainen.

Kapteyn b on luultavasti kiviplaneetta, joka on pinnaltaan jään peitossa sen pintalämpötilan ollessa kymmeniä asteita pakkasen puolella. Kapteynin tähti itse on punainen kääpiötähti mutta Kapteyn b kiertää sitä riittävän kaukana, jotta sen pyöriminen ei luultavasti ole lukkiutunut sen kiertoaikaan, joka on noin 50 päivää. Kyseessä ei siis voi olla erikoislaatuinen silmäplaneetta. Kapteyn b on myös Maata ainakin noin viisi kertaa massiivisempi ja siten vähintään 60% suurikokoisempi halkaisijaltaan. Se on siis todennäköisesti viileä supermaapallo, jonka kaasukehän kasvihuoneilmiö voi hyvinkin lämmittää sopivaksi nestemäisen veden esiintymiselle. Raportoituamme sen löydön tiedejournalistit eivät voineet pidätellä riemuaan ja kirjoittivat mitä spekulatiivisempia otsikoita elävästä planeetasta, Maa 2.0:sta ja jopa teknisistä sivilisaatioista.

Pisimmälle spekulaatioissaan meni britannialainen Channel 4, joka otti käyttöön kysymysotsikon ”Kuinka lähellä olemme maanulkopuolisen elämän löytämistä?” (Kuva 1.). Kyseessä on tyypillinen journalistinen tapa raportoida täysin spekulatiivisia ajatuksia ja vedota sitten jatkossa siihen, että kyseessä oli vain kysymys eikä huonoa, valheellista journalismia. Betteridgen laki sanoo, että vastaus spekulatiivisiin kysymyksiin on aina ”ei” — tässä tapauksessa voidaan todeta, että emme ole todellakaan kovinkaan lähellä maanulkoisen elämän löytämistä. Sellaiset otsikot kuitenkin kalastavat runsaasti klikkauksia, mikä on absurdisti yksi nykyajan tärkeimmistä journalismin laatukriteereistä.

Kuva 1. Britannialaisen Channel 4:n uutisointi Kapteynin tähteä kiertävistä planeetoista. Kuva: M. Tuomi.

Asiaan kuuluu tietenkin myös yhtä absurdi kuvitus. Aivan kuin visuaalinen spekulaatio siitä, miltä Kapteyn b:n pinnalla kehittyneen teknisen sivilisaation rakennelmat voisivat yksittäisen taiteilijan mielestä näyttää tekisivät planeetasta mielenkiintoisemman. Tieteiskirjallisuus on mielenkiintoista, kuten vaikkapa Kapteynin tähden planeettakuntaan sijoittuva Alastair Reynoldsin lyhytnovelli ”Sad Kapteyn” osoittaa, mutta tiedettä se ei ole.

Kapteynin tähti on vanha. Sen arviolta 11 miljardin vuoden ikä tarkoittaa sitä, että Kapteynin tähden planeetat ovat universumin vanhimpien planeettojen joukossa. Elämällä on siis ollut runsaasti aikaa kehittyä ja monimuotoistua planeetan pinnalla, jos olosuhteet ovat mahdollistanet sen synnyn. Mutta tähtitieteilijät eivät keskity spekulointiin siitä, miltä Kapteyn b:n täysin hypoteettisen sivilisaation täysin hypoteettiset rakennelmat näyttävät, vaan suunnittelevat järjestelmän planeettojen kaasukehien havainnointia. Karu todellisuus on se, että emme tiedä onko Kapteyn b edes millään kriteerillä elinkelpoinen. Emme tiedä onko sillä kaasukehää, onko sen pinnalla nestemäistä vettä tai edes sitä onko sillä kiinteää pintaa vai onko kyseessä paksun kaasuvaipan omaava minineptunus. Lisäksi, kyseessä on vain planeettakandidaatti, koska sen olemassaololle ei ole saatu riippumatonta varmistusta.


Tähdet ja Avaruuskin uutisoi hiljattain, miten ”Läheisesti Aurinkoa muistuttavan tähden ympäriltä löytyi elämänvyöhykkeen planeetta”. Kiinnostava analyysi Kepler-avaruusteleskoopin noin 3000 valovuoden päästä havaitsemasta Kepler-160 planeettakunnasta paljasti yhden järjestelmän kiertolaisista olevan maankaltainen pintalämpötilaltaan (3). Lisäksi itse tähti on auringonkaltainen keltainen kääpiötähti, joka on kirkkaudeltaan, kooltaan ja spektriluokaltaan suunnilleen kuin Aurinko. On kuitenkin syytä tarkastella planeetan ominaisuuksia hiukan tarkemmin ennen kuin ryhdymme käyttämään siitä termiä Maa 2.0.

Kepler 160 d kiertää suunnilleen auringonkaltaisen tähtensä noin 380 päivässä. Tähdestä saapuva säteily lämmittää sen pinnan laskennallisesti noin -28 celsiusasteeseen (epävarmuudet tosin ovat kymmeniä asteita) — Maapallon vastaava laskennallinen lämpötila on noin -18 celsiusastetta. Vaikka nämä lämpötilat ovat pakkasen puolella, Maan todellinen pintalämpötila on noin 16 °C, koska ilmakehän kasvihuoneilmiö pitää planeettamme mukavasti teoreettista arvoa lämpimämpänä. Kepler 160 d:n tapauksessa sama efekti voisi tehdä sen pinnasta sopivan nestemäisen veden esiintymiselle. Puutteellisten tietojemme vuoksi emme kuitenkaan kykene arvioimaan kovinkaan tarkasti planeetan todellista lämpötilaa.

Mutta Kepler 160 d on Maata suurempi. Ylikulkuhavainnoista on paljastunut, että planeetta on halkaisijaltaan noin 90% Maata kookkaampi — jos sen koostumus siis olisi sama kuin Maapallolla, sen massa olisi noin seitsemänkertainen Maan massaan verrattuna. Sellaisen planeetan kaasukehä on luultavasti huomattavasti Maan ohutta ilmakehää paksumpi ja ilman tietoa sen koostumuksesta, voimme vain arvailla miltä planeetan pinnalla edes näyttää tai minkälaiset fysikaaliset olosuhteet pinnalla vallitsevat. Voidaan kuitenkin pitää todennäköisenä, että jos planeetan kaasukehällä on tyypillinen primitiivinen koostumus, ja se on valtaosaltaan hiilidioksidia kuten Marsin ja Venuksen kaasukehät, Kepler 160 d on voimakkaasta kasvihuoneilmiöstä kärsivä kappale, jonka pinnalla vallitseva valtaisa paine ja korkeat lämpötilat tekevät siitä elämälle hyvinkin vihamielisen paikan.

Tähden Kepler 160 planeettakunta ei juurikaan muistuta Aurinkokuntaa. Järjestelmän sisemmät planeetat ovat suuria, toinen on kuuma, karrelle palanut supermaapallo ja toinen kuuma minineptunus. Niiden molempien radat sijoittuisivat omassa aurinkokunnassamme Merkuriuksen kiertoradan sisäpuolelle. Vaikka sellaisia planeettoja ei ole Aurinkokunnassa, kuumat kiviplaneetat ovat yleisimpiä planeettoja lähitähtien kiertoradoilla ja kuumia minineptunuksiakin on havaittu useita. Siksi on mielenkiintoista nähdä, että maailmankaikkeuden tyypillisimmissä planeettajärjestelmissä voi esiintyä kiviplaneettoja samankaltaisilla kiertoradoilla kuin Maa.

Järjestelmän ulommista planeetoista taas ei ole tietoa. Emme tiedä onko sen ulko-osissa Jupiterin tai Saturnuksen kaltaisia jättiläisplaneettoja, jotka olisivat vetovoimallaan siivonneet järjestelmän komeetoista ja asteroideista, kuten Aurinkokunnassa. Jättiläismäisten ulkoplaneettojen puute voi tarkoittaa sitä, että elämän esiintyminen ei ole mahdollista Kepler 160 d:n pinnalla, koska valtaisat komeettojen tai asteroidien törmäykset steriloivat planeetan pinnan säännöllisin väliajoin, muuttaen sen sulaksi kiviainekseksi ja estäen tehokkaasti elämän kehittymisen.


Onko maailmankaikkeudessa maankaltaisia planeettoja? Lähes jokainen tähtitieteilijä vastaisi, että todennäköisesti on ja niitä arvioidaan olevan jo omassa galaksissamme miljardeja. Emme vain ole toistaiseksi havainneet ainuttakaan, vaan kaikki tunnetut joiltakin ominaisuuksiltaan Maata muistuttavat planeetat myös poikkeavat Maasta joiltakin oleellisilta piirteiltään.

Etsintämme on kuitenkin vasta alussa. Olemme kyenneet havaitsemaan toisia tähtiä kiertäviä planeettoja vasta 25 vuoden ajan. Pidän varmana, että seuraavat 25 vuotta tuovat mukanaan löydön, planeetan, joka sijaitsee elinkelpoisella vyöhykkeellä ja josta voimme perustellusti kirjoittaa raportteja käyttäen termiä ”Maa 2.0”.

Lähteet

  1. Anglada-Escude et al. 2016. A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri. Nature, 536, 437.
  2. Anglada-Escude et al. 2014. Two planets around Kapteyn’s star: a cold and a temperate super-Earth orbiting the nearest halo red dwarf. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 443, L89.
  3. Heller et al. 2020. Transit least-squares survey. III. A 1.9 R transit candidate in the habitable zone of Kepler-160 and a nontransiting planet characterized by transit-timing variations. Astronomy and Astrophysics, 638, A10.

Avainsanat: , , , , , , , , , ,

About Mikko Tuomi

Tähtitieteilijä, tutkija, Proxima b:n, Barnard b:n ja kymmenien muiden planeettojen löytäjä. Tähtisumusta tehty.

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggaajaa tykkää tästä: