Planeetta, jonka ilmaa emme voi hengittää
Alussa oli vain kaasua ja pölyä. Mutta pölyhiukkaset eivät siedä avaruuden yksinäisyyttä, vaan takertuvat toisiinsa herkästi törmätessään, muodostaen suurempia ja suurempia kappaleita. Lopulta aines oli kasautunut niin isoiksi kimpaleiksi, että gravitaatiovoima otti vallan ja ja syntyi protoplaneetta, jonka pinnalle satoi materiaa ympäröivästä pöly- ja kaasupilvestä. Raskaimpina aineina rauta ja nikkeli, joista Maapallon ydin muodostuu, putosivat pohjalle planeetan saavutettua hydrostaattisen tasapainotilan ja muotouduttua pallomaiseksi. Sen päälle jäivät keveämmät alkuaineet ja hapen, piin, alumiinin ja monen muun aineen muodostama silikaattivaippa ja kuori. Maapallon alussa oli sulaa laavaa ja pääosin vedystä ja sen yksinkertaisista yhdisteistä muodostunut kaasukehä mutta pian kuori jähmettyi muodostaen kiinteän pinnan, jota kutsumme maankamaraksi. Sen jälkeen biogeokemialliset prosessit ottivat vallan ja muuttivat kaiken.
Primitiivinen vedystä ja sen yhdisteistä kuten vedestä, metaanista ja ammoniakista koostunut pelkistävä kaasukehä syntyi tietenkin planeettamme synnyn sivusuotteena, koska planeetat syntyvät keskellä tähteään ympäröivää, pääosin kaasumaisen vedyn ja heliumin muodostamaa kertymäkiekkoa. Vetyä on silloin kaikkialla ja vaikka se keveänä molekyylinä karkaakin helposti avaruuteen maankaltaisen kiviplaneetan pinnalta, sen hapen, hiilen ja typen kanssa muodostamat tutut yhdisteet pysyvät raskaampina planeettamme gravitaatiokaivossa. Pian primitiivinen kaasukehä kuitenkin korvautui voimakkaan tulivuoritoiminnan vapauttamilla kaasuilla. Vety hävisi ja tilalle tuli hiilidioksidin ja typpimolekyylien muodostama kaasuseos. Silloin alkoi myös hiilen geologinen kiertokulku, kun kaasukehän hiili liukeni ensin meriin ja sitoutui merenpohjien karbonaateiksi ja siten osaksi maankuorta, josta tulivuoret vapauttivat sen taas kaasukehään vuosimiljoonien kuluessa.
Lopulta syntyivät elävät solut ja niistä tuli voima, joka muokkasi Maan kaasukehää geologisten aikakausien saatossa. Ne oppivat yhteyttämään ja tuottivat vapaata happea, joka sitoutui aluksi hanakasti rautaoksideiksi ruostuttaen planeettamme kauttaaltaan. Lopulta happea oli kuitenkin liikaa, joten se jäi kaasukehään ja muodosti yhden tärkeän komponentin myöhempien eliöiden tehokkaampaan aineenvaihduntajärjestelmään. Maan ilmakehä ei ole ollut samanlainen aina, vaan se on ollut jatkuvassa muutoksessa. Eksoplaneetoilla tuskin on toisin.
Pienten, koostumukseltaan kivisten eksoplaneettojen ominaisuuksien kartoittaminen ja tutkimus on vasta lapsenkengissään, koska havaintojen tekeminen kaukaisia tähtiä kiertävien kivenmurikoiden ominaisuuksista on niin tavattoman vaikeaa olemassaolevilla instrumenteilla. Uudet lähitähtien eksoplaneettalöydöt kuitenkin tarjoavat lupaavia kandidaatteja planeetoiksi, joiden kaasukehää voidaan tulevaisuudessa havaita. Vain runsaan 26 valovuoden päässä sijaitsevaa planeettaa Gliese 486 b ehdittiinkin jo kuvaamaan kiviplaneettojen Rosettan kiveksi, yhdeksi parhaista kiviplaneetoista, joiden kaasukehien tutkiminen olisi mahdollista avaten kokonaan uuden planeettatutkimuksen haaran — koostumukseltaan maankaltaisten kiviplaneettojen kaasukehätieteen. Toinen aiemmin löydetty planeetta Gliese 1132 b ehti kuitenkin edelle. Sen kaasukehän koostumuksesta onnistuttiin tekemään havaintoja Hubble-avaruusteleskoopilla.
Gliese 1132 on aivan tavanomainen punainen kääpiötähti, jota kiertää järjestelmä pieniä planeettoja, kuten luultavasti likimain jokaista vastaavankaltaista pientä tähteä Auringon galaktisessa naapurustossa. Sen planeettakunnan sisin kiertolainen, Gliese 1132 b, on kuitenkin yksi niistä harvoista lähitähtien planeetoista, joka kulkee radallaan säännöllisesti tähtensä editse mahdollistaen ylikulkujen havaitsemisen. Havaintojen perusteella tiedetään kyseessä olevan noin 16% Maata kookkaampi planeetta, joka on massaltaan noin 70% Maata suurempi. Siten kyseessä on samalla keskimäärin Maata hiukan tiheämpi kappale, joka on takuulla kiviplaneetaksi luokiteltava kiertolainen. Planeetalla tosin on todennäköisesti aavistuksen Maata suurempi rautanikkeliydin ja suhteessa ohuempi silikaattivaippa. Gliese 1132 b ei kuitenkaan ole millään muulla muotoa maankaltainen, koska sen kiertorata aivan tähtensä pintaa viistäen tekee planeetasta liian kuuman esimerkiksi nestemäisen veden esiintymiselle. Laskennallinen pintalämpötila 140 celciusastetta on liikaa jopa Maan sitkeimmille kuumaa kestämä än erikoistuneille mikrobeille, ekstremofiileille.
Kuuman kiviplaneetan ylikulkua voidaan kuitenkin tarkastella transmissiospektroskopialla. Se on menetelmä, jossa mitataan kuinka paljon planeetta tähtensä editse kulkiessaan heikentää tähdestä saapuvaa valoa eri aallonpituuksilla. Vaikka pallomainen kiviplaneetta tietenkin peittää saman osuuden tähden pinnasta tarkasteltiin sitä millä aallonpituusalueella hyvänsä, planeetan ohuen kaasukehän suhteen on toisin. Planeetan Gliese 1132 b kaasukehä imee itseensä joitakin aallonpituuksia paremmin kuin toisia, joten tähti näyttää himmenevän joillakin aallonpituuksilla enemmän kuin toisilla — se tarkoittaa, että planeetalla on kaasukehä (1). Eri kaasukehän molekyylit sitovat eri aallonpituuskaistojen säteilyä, joten riittävän tarkoilla havainnoilla voidaan selvittää erilaisten molekyylien, kuten vaikkapa yksinkertaisten hiilen yhdisteiden vetysyanidin ja metaanin olemassaoloa kaasukehässä (Kuva 2.). Juuri niitä havaittiinkin Gliese 1132b:n kaasukehästä tehdyissä havainnoissa (2).
Kun sopivan energian fotoni osuu planeetan kaasukehään, se virittää kehän molekyylejä korkeampiin energiatiloihin. Jokaisella molekyylillä on ominaiset energiansa ja siten säteilyn aallonpituudet, joilla ne virittyvät ja suodattavat vastaavan säteilyn pois meitä kohti saapuvasta valosta. Esimerkiksi yksinkertaisen vedystä, hiilestä ja typestä koostuvan vetysyanidin virittää infrapunavalo 1.5 ja 1.6 mikrometrin aallonpituuksien välillä, jolloin tähti näyttää himmenevän hiukan enemmän niillä aallonpituuksilla. (Kuva 2.). Havainnosta vedetyt johtopäätökset ovat kuitenkin mielenkiintoisia.
Ilmeisesti planeetta on menettänyt alkuperäisen vedystä ja heliumista koostuneen kaasukehänsä (2). Maan tavoin, Gliese 1132 b ei ole tarpeeksi massiivinen, jotta sen vetovoima riittäisi pitämään kiinni pienistä ja vikkelistä vedyn ja heliumin molekyyleistä. Pelkkä lämpöliike saa niiden nopeudet ylittämään planeetan pakonopeuden ja ne vuotavat miljoonien vuosien saatossa avaruuteen. Uuden, raskaampia molekyylejä sisältävän kaasukehän on siksi täytynyt muodostua planeetan syntyaikojen jälkeen. Silloin havainto kaasukehän vetysyanidista ja metaanista on merkki tulivuoritoiminnasta planeetan pinnalla — valtavat laavakentät voisivat vuotaa tuliperäisiä kaasuja planeetan kaasukehään havaittavia määriä. Havaitsemalla pienten kiviplaneetojen kaasukehiä saamme siis tietoa niiden geologiasta, kehityksestä ja muodostumisesta, mikä auttaa ymmärtämään galaktista planeettapopulaatiota ja sen syntyä entistä paremmin.
Havainto on mielenkiintoinen. On ajateltu, että kuumat supermaapallot muodostuvat, kun neptunuksenkaltaiset planeetat ajautuvat liian lähelle tähteään ja tähden säteily ja voimakas hiukkastuuli riisuu niiden kaasukehät pois jättäen jäljelle vain karrelle palaneen kivisen pinnan. Mutta se ei ole loppu, vaan planeetan geologinen aktiivisuus voi tuottaa sille uuden kaasukehän tehden siitä täysin uudenlaisen kappaleen, joita emme tienneet olevan olemassakaan. Kuumat neptunukset voivat siten muuttua kuumiksi supermaapalloiksi, jotka muistuttavat lähinnä Danten helvettiä laavakenttineen ja myrkyllisine kaasukehineen. Niiden ilmaa me emme voi hengittää mutta ne voivat tarjota meille runsain mitoin tietoa yhden yleisen planeettaluokan, kuumien kiviplaneettojen synnystä, kehityksestä ja ominaisuuksista. Tutkimusmatkamme on vasta alussa.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lähteet
Tieteellisen julkaisemisen sietämätön keveys
Tutkijan työhön kuuluu erittäin oleellisena osana saatujen tutkimustulosten julkaisu. Tutkijat kirjoittavat raportin, jossa kerrotaan yksityiskohtaisesti mitä on tutkittu ja miksi, millä menetelmillä tutkimusta on tehty ja mitä on saatu tuloksiksi, sekä mitkä ovat tulosten merkitykset ja tulkinnat. Kaikessa tässä pyritään mahdollisimman läpinäkyvään prosessiin, minimoimaan tehdyt subjektiiviset oletukset ja lopuksi verrataan saatuja tuloksia siihen, mitä asiasta on aiemmin tiedetty. Se ei kuitenkaan riitä, vaan ennen julkaisua tutkimus käy vertaisarvioinniksi kutsutun prosessin läpi — siinä alan muut asiantuntijat arvioivat onko tutkimus tehty tieteen ja tieteenalan vaatimuksia noudattaen, riittävän huolellisesti ja luotettavasti, ja ovatko tulokset ja niistä tehdyt tulkinnat oikein ja riittävän hyvin perusteltuja. Vasta vertaisarvioinnin läpäistyään, tutkimuksesta tulee tiedettä, osa tieteen kirjallisuutta, jota jatkossa kritisoidaan, tarkennetaan, epäillään ja tuetaan tieteen kriteerien mukaisesti. Uusi tutkimus on julkaistu mutta julkaisuprosessissa on ominaisuuksia, jotka vaikuttavat julkaistun tieteen laatuun, eivätkä aina positiivisesti.
Tieteellisessä julkaisemisessa on runsaasti ongelmakohtia, joista ilmeisimmät herättivät vilkasta keskustelua Helsingin yliopiston tutkijan Roope Kaarosen otettua asiaan kantaa ymmärrettävän turhautuneena. Merkittävässä roolissa ovat tieteen julkaisijoiden liiketaloudelliset motiivit, niistä seuraava osin sinisilmäisten tutkijoiden hyväksikäyttö, ja sensaatiohakuinen julkaiseminen, joka pakottaa tutkijatkin tekemään sensaatiohakuista tutkimusta, josta saa revittyä maukkaita otsikoita ja joka myy. Kaupallisuus ja tutkimus on sotkettu sekavaksi vyyhdeksi, jossa tieteelliset ansiot saavat väistyä.
Tieteellinen julkaisutoiminta on ehkä koko tiedejärjestelmän pahin ongelmakohta. Silti siitä Suomessa tunnutaan puhuvan verrattain vähän.
— Roope Kaaronen (@RoopeKaaronen) April 16, 2021
Pieni yleissivistävä ketju siitä, miten perseellään ollaan. Kolme pääpointtia.
Ilmeisin ongelmista on suurten kustantamoiden voitontavoittelu niiden jahdatessa äärimmäisen kannattavina yhä enemmän lisäarvoa tutkijoiden kustannuksella. Kun tutkijat saavat tutkimuksensa valmiiksi, he lähettävät siitä kirjoittamansa raportin julkaistavaksi. Kustantamot eivät maksa sisällön tuottamisesta penniäkään, vaan päin vastoin saattavat vaatia tutkijoilta jopa tuhansien eurojen maksuja siitä, että tutkimus ylipäätään julkaistaan. Kustantamot palkkaavat toimittajat, jotka järjestävät vertaisarvioinnin, ja lähettävät tutkimukset vertaisarvioitaviksi alan asiantuntijoille, toisille tutkijoille. He taas suorittavat arvioinnin — laaduntarkkailun ja tieteen merkittävyyden seulonnan — ilmaiseksi, saamatta minkäänlaista korvausta työstään. Vertaisarviointiin kuluu minimissään joitakin tunteja mutta joskus jopa useita päiviä tai viikkoja, joidenkin arvioijien suorittaessa työnsä suurella huolellisuudella. Se on ilmaista työtä kustantamoiden liikevoiton eteen.
Jotta kuvio olisi vieläkin ihmeellisempi, kustantamot julkaisevat tieteen maksullisena — pääsy tieteellisiin julkaisusarjoihin maksaa kymmeniätuhansia euroja akateemisille instituutioille ja jokaisen yksittäisen tutkimuksen lukeminen maksaa yksittäiselle lukijalle parhaimmillaan kymmeniä euroja sen ollessa kustantamoiden rakentamien maksumuurien takana. En esimerkiksi itsekään pääse lukemaan Nature -julkaisusarjassa julkaistua artikkelia, jonka keskeiset tulokset tuotin itse ja jonka kirjoittamiseen osallistuin, koska artikkeli on maksumuurin takana (Kuva 1.). Minulla on tietenkin pääsy artikkeliin työnantajani Helsingin yliopiston tarjoamana, koska yliopisto maksaa siitä kustantajalle vuosittain maltaita. Se on rahaa, joka on poissa tutkimuksesta ja tutkijoiden palkoista. Kustantajat siis myyvät yliopistoille ja tutkijoille tuotteen, jonka yliopistojen itsensä palkkaamat tutkijat ovat omakustanteisesti tuottaneet. Millä tahansa muulla alalla tällaista toimintamalla edes ehdottavia pidettäisiin kylähulluina, joiden kuuntelemiseen ei kannata hukata aikaa.
Miksi tiedeyhteisön älykkäinä pidetyt jäsenet sitten suostuvat näin nurinkuriseen ja omituiseen julkaisumalliin? Usein heillä ei ole vaihtoehtoja. ”Arvostetuimmat” julkaisusarjat ovat tavallisesti juuri niitä ahneimpia sarjoja, koska voivat olla. Tutkijoiden taas on pakko julkaista ”arvostetuissa” sarjoissa, koska heidän suoriutumistaan arvioidaan sen perusteella, kuinka paljon ”arvostettua” tiedettä he julkaisevat. Kierre on valmis. Maksamme siitä, että julkaisemme tiedettä, jotta saamme rahaa akateemisten arviointikriteerien perusteella jatkaaksemme tutkimusta ja maksaaksemme uudet julkaisut. Verrattaen uutena innovaationa julkaisusarjat vaativat useita tuhansia euroja maksuja siitä, että julkaistavaa artikkelia ei piiloteta maksumuurin taakse, vaan se on kaikille ilmaiseksi saatavilla. Kuvan 1. artikkelin tapauksessa ryhmällämme ei ollut sellaista rahaa maksettavaksi, vaan tutkimus pysyy maksumuurin takana. Kustantaja siis tekee jatkossakin kovaa tulosta piilottamalla merkittävimmän tieteellisen tuloksemme maksumuurin taakse. Kaikkein ironisinta on, että tieteellinen tutkimus rahoitetaan pääasiassa julkisista varoista ja silti tuotettu tutkimus pysyy suurelle yleisölle piilossa. On suorastaan absurdin merkillistä, että tutkimusta rahoittavat valtiot eivät vaadi tilanteeseen muutosta.
Mutta muutosta vaativat kovaan ääneen tutkijoistakin vain harvat. Julkaiseminen on kiinteä osa tieteellistä tutkimusta — jos tulosta ei raportoida vertaisarvioidussa muodossa, muun tutkijayhteisön mielestä sitä ei ole edes tehty. Vain kritiikille altistettu, ja ennakkoarvioinnin läpäissyt tiede katsotaan olemassaolevaksi tieteeksi. Mikään ei tietenkään estä julkaisemasta muualla ja yksittäinen tutkija voi aina valita lähettää raporttinsa muualle, voittoa tavoittelemattomiin julkaisusarjoihin. Ne vain usein katsotaan vähempiarvoisiksi ja kun tutkijan tieteellisiä ansioita jatkossa arvioidaan, hän häviää armotta niille, jotka julkaisevat ”arvostetuissa” sarjoissa kuten kuvan 1. Nature. Tapahtuu luonnonvalintaa. ”Arvostettuja” julkaisusarjoja hyljeksivät tutkijat jäävät vaille työpaikkaa, ilman rahoitusta, ja heitä ei palkata yliopistojen virkoihin. He poistuvat akateemisesta koneistosta, koska valitsivat mediansa väärin — täysin riippumatta siitä, kuinka laadukasta, kiinnostavaa ja pätevää heidän tuottamansa tiede on. Ne, jotka eivät kyseenalaista järjestelmää, vaan toimivat sen puitteissa, saavat jäädä ja saavuttavat johtavan aseman tieteellisissä instituutioissa.
Mikä sitten määrää julkaisusarjan arvostuksen? Miksi yhdessä lehdessä julkaistu tulos on merkittävämpi kuin jos se olisi julkaistu toisessa lehdessä? Syy löytyy siitä kuinka vaikeaa tutkimuksen merkittävyyden arviointi on. Eri tieteenaloja kattavasta julkaisujen paremmuusjärjestyksestä ei voida puhuakaan mutta edes saman tieteenalan julkaisujen merkitsevyydelle on mahdotonta asettaa paremmuusjärjestystä muutoin kuin täysin subjektiivisin kriteerein. Yksi sellainen subjektiivinen kriteeri on tarkastella kuinka moni myöhempi tieteellinen julkaisu käyttää julkaisua lähdemateriaalinaan ja viittaa siihen.
Tavallisesti oletetaan, että mitä useampi viittaus julkaisuun tulee, sitä arvostetumpi ja parempi se on. Oletus on ongelmallinen monella tapaa. Se voi olla totta mutta on myös mahdollista, että julkaistun tutkimuksen arvoa ei ole vielä yleisesti ymmärretty ja siksi siihen ei ole viitattu. Saattaa olla, että tutkimus on julkaistu vähemmän arvostetussa julkaisusarjassa, jolloin se ei ole tullut tiedeyhteisteisön sisällä laajemmin tunnetuksi ja siihen ei siksi viitata. Tutkijat kun ovat vain ihmisiä, eivätkä he voi viitata tuloksiin, joiden olemassaoloa eivät tunne. Tutkijat saattavat myös viitata tulokseen sanoen sen olevan heikosti perusteltu tai väärä, mikä tulkitaan arviointijärjestelmässä meriitiksi tutkimukselle. Toisinaan ”arvostetussa” julkaisusarjassa julkaistu mutta metodologisesti väärin tehty tutkimus saa paljon viittauksia, koska monet tutkijat näkevät julkaistun tuloksen ja ottavat sen esimerkiksi ongelmasta tai menetelmällisesti virheellisestä tuloksesta.
Samalla periaatteella arvotetaan eri julkaisusarjat. Niiden arvostusjärjestys määrittyy sen mukaisesti kuinka paljon niiden julkaisemiin tutkimuksiin keskimäärin viitataan. Silloin julkaisusarjojen kannattaa julkaista hämmästyttäviä ja huomiota herättäviä tuloksia jopa riippumatta siitä kuinka hyvin ne on tehty. Itse asiassa, ”arvostetuimmat” julkaisusarjat ovat toisinaan jopa keskimääräistä heikompia, kun tarkastellaan tulosten luotettavuutta (1). Tilanne kuvastaa vain äärimmäisen vääristynyttä käsitystä siitä, mikä on arvostettua — siksi olen käyttänyt sanan ympärillä lainausmerkkejä. Olen nähnyt ”arvostetuissa” julkaisusarjoissa julkaistavan metodologisia virheitä vilisevää roskaa, jota en kelpuuttaisi edes opiskelijan harjoitustyöksi. Vastaavasti olen nähnyt fantastisen perustavanlaatuisia ja merkittäviä tuloksia julkaistavan sarjoissa, joita juuri kukaan ei lue ja joiden tulokset jäävät pääasiassa tuntemattomiksi jopa saman tietenalan tutkijoille. Lisäksi, ”arvostetut” julkaisusarjat vain harvoin ottavat julkaistavakseen tiedettä, joka muodostaa perustutkimuksen kivijalan: tuloksia, jotka toistavat ja varmentavat aiemmat tutkimukset tai negatiivisia tuloksia, jotka osoittavat, miten jollakin tekijällä ei ole vaikutusta tutkittavaan asiaan. Sellaiset tulokset eivät juuri herätä huomiota ja niihin ei viitata niin paljon kuin alkuperäisiin positiivisiin tuloksiin, jolloin niiden julkaiseminen katsotaan vähemmän arvokkaaksi. Siitä kärsii tiede.
Mitä voimme tehdä?
On monia toimenpiteitä, joihin tutkijat ja tiedeyhteisön jäsenet, yliopistot ja tieteen rahoittajat voivat ryhtyä akateemisen julkaisumaailman ongelmakohtien ratkaisemiseksi.
Tieteen merkittävyyden kriteereinä ei voida pitää yksinkertaisia numeroita kuten viittausten määriä, ja tutkimustulosten ja siten tutkijoiden työn merkittävyyden arvioinnissa on ryhdyttävä katsomaan kokonaisuutta. Se media, jossa tutkimus julkaistaan, ei saa vaikuttaa arvioihin tutkimuksen laadusta, kunhan vain tieteellisen julkaisemisen minimivaatimukset on täytetty. Tutkimuksen on oltava tieteen pelisääntöjen mukaan tehty, vailla ongelmia tehdyissä oletuksissa ja käytetyissä menetelmissä, mikä on varmennettava alustavasti vertaisarvioinnilla. Kun tämä perusvarmistus on tehty, tulisi olla aivan samantekevää millä alustalla tulos julkistetaan. Sen merkittävyyden määrittää tiedeyhteisö, jonka jäsenet, omin subjektiivisin kriteerein, kyllä osaavat arvioida yksittäisen tieteellisen tutkimuksen laadun ja merkitsevyyden. Aivan samoin alan asiantuntijat kykenevät arvioimaan yksittäisen tutkijan työn merkittävyyden tarkastelemalla hänen julkaisemiaan tutkimuksia. Ongelma tässä kaikessa on siinä, että yksinkertaisiin numeroihin kuten vittausten määriin on helppoa perustaa päätöksiä. Perusteellinen arviointi taas vie resursseja ja on vaivalloista. Siitä päästään toiseen ratkaisuun.
Kilpaillun rahoituksen määrää on vähennettävä radikaalisti tieteenteossa. Mitä enemmän tutkijat joutuvat kilpailemaan rahoituksesta, sitä enemmän heidän tutkimustaan on arvioitava ja asetettava paremmuusjärjestykseen. Vastaavasti, sitä vähemmän resursseja jokaiseen arviointiin riittää, joten käytämme entistä helpommin yksinkertaisia numeroita kuten viittausten määriä. Tieteenteon rahoitusmallit siis johtavat tilanteeseen, jossa käytetään yksinkertaisia arviointikriteerejä, mikä johtaa ongelmiin tieteellisessä julkaisemisessa. Tulisi muutenkin hyväksyä, että perustutkimus on tuloksellisinta silloin kun tutkijoilla on vähemmän paineita julkaista merkittäviä tuloksia, vakaampi taloudellinen asema nykyisen pätkätyökierteen sijaan ja enemmän mahdollisuuksia työstää tuloksiaan yhteistyössä muiden tutkijoiden kanssa paremmiksi, vaikuttavammiksi ja kattavammiksi. Jatkuva kilpailu rahoituksesta pirstaloi tutkimuksen, polttaa lopuun sen tekijät ja heikentää tieteen laatua mutta se johtaa myös yksinkertaisten viittausindikaattorien suosimiseen, koska jokaisen tutkijan suoriutumista joudutaan arvioimaan kaiken aikaa.
Yksittäiset tutkijat eivät juuri voi vaikuttaa rahoitusmalleihin ja -kriteereihin, joiden suunnittelu on viime kädessä poliitikkojen ja tiedettä rahoittavien säätiöiden tehtävä. Yksittäiset tutkijat kuitenkin voivat omilla toimillaan vaikuttaa julkaisukäytäntöihin toimimalla itse paremmin ja vastuullisemmin. Voimme kieltäytyä tekemästä ilmaistyötä voittoa tavoittelevien kustantamoiden hyväksi ja vaatia palkkiota toimiessamme uuden tieteen vertaisarvioijina tai kieltäytyä maksumuurin taakse piilotettavan tieteen arvioinnista. Voimme julkaista julkaisusarjoissa, jotka eivät ole voittoa tavottelevia toimijoita, vaan tarjoavat tieteen kaikkien saataville vapaasti. Voimme viedä tutkimuksemme sinne missä sen julkaiseminen on moraalisesti oikein, eduksi tieteelle, vaikka se olisikin lyhytnäköisesti haitallista omalle urallemme. Voimme puhua kollegoillemme ongelmakohdista ja saada heidät toimimaan samojen periaatteiden mukaisesti, tieteen vapauden puolesta. Suurin vastuu on akateemisen hierarkian huipulla olevilla kokeneilla tutkijoilla, tutkimusryhmiä ja -laitoksia johtavilla professoreilla. Määräaikaisessa asemassa olevan nuoren tutkijan on toimittava olemassaolevan järjestelmän pelisääntöjen mukaan, jotta saa elantonsa rakastamastaan työstä, mutta professoreiden painoarvolla voidaan muuttaa vallitsevia käytäntöjä.
Lopultakin, tiede on aivan liian arvokasta, jotta antaisimme suurille kustantamoille oikeudet sen piilottamiseen mahdollisimman tehokkaasti niiltä, joilla ei ole mahdollisuuksia maksaa alati kasvavia maksuja pääsystä julkisin varoin tuotetun tiedon äärelle. On luotava parempia julkaisuareenoita, kuten oman tieteenalani tähtitieteen uusi julkaisusarja The Open Jurnal of Astrophysics, joka on rakennettu vapaan julkaisuarkiston arXiv päälle vertaisarviontikanavaksi. Näiden uusien medioiden nostaminen hyväksytyiksi tieteellisiksi areenoiksi taas vaatii sitä, että niitä käytetään ja niissä julkaistua tiedettä pidetään yhtä hyväksyttynä rahoituspäätöksiä tehtäessä kuin muuallakin julkaistua. Samalla perinteisistä julkaisusarjoista on luovuttava, jotta mikään liikevoittoa tavoitteleva toimija ei voisi enää kiristää yliopistoilta maksuja vain, jotta tutkijoilla olisi pääsy edes lukemaan alansa uusinta tiedettä.
Tieteen vapaus ja riippumattomuus kärsivät rahallisiin arvoihin hirttäytyneestä yhteiskuntamallista mutta asian ei ole pakko olla niin, vaan järjestelmiä voi aina muuttaa. Jotta tiede olisi mahdollisimman laadukasta, järjestelmää on muutettava ja julkaisukäytännöt on otettava pois taloudellisen edun tavoittelun turmiollisesta vaikutuspiiristä. Tiede voi olla vapaata vain silloin, kun se on saatavilla kaikille. Olemme kuitenkin rakentaneet maailman, jossa näin ei ole. Se maailma on muutettava. Emme voi vain luottaa poliitikkoihin, koska tieteelliset julkaisijat osaavat kyllä muuttaa taloudellisen valtansa poliittiseksi vallaksi, vaan tutkijoiden itsensä on oltava aktiivisina toimijoina. Ja aika toimia on nyt.
Lähteet
Universumin vanhimmat maailmat
Maailmankaikkeus on noin 13.8 miljardia vuotta vanha. Se ei ole ollut olemassa aina, vaan sillä on ollut alku, jota kutsumme leikkisästi ”alkuräjähdykseksi” tietäen hyvin, että mikään ei todellisuudessa räjähtänyt. Koko universumillamme, materialla, ajalla ja jopa itse avaruudella on siis ollut alku — ajanhetki, jota ennen mitään niistä ei ollut olemassa. Siksi on varmaa, että tähtiäkään ei ole ollut aina. Ensimmäiset tähdet muodostuivat, kun maailmankaikkeus oli laajennut ja jäähtynyt riittävästi, noin 0.1-0.3 miljardia vuotta alun jälkeen, mutta tuolloin oli olemassa alkuaineista vain vetyä ja heliumia, sekä ripaus litiumia ja ensimmäisten tähtien ympärille ei luultavasti syntynyt kovinkaan paljon planeettoja.
Kaikki muuttui, kun ensimmäiset massiiviset tähdet räjähtelivät supernovina vapauttaen raskaampia alkuaineita tähtienväliseen avaruuteen. Silloin planeettojen synty tähtien synnyn sivutuotteena käynnistyi ja miljardien maailmojen synty kävi mahdolliseksi. Räjähtäneiden tähtien pölystä syntyivät myöhemmin planeettojen lisäksi kaikki ne tutut asiat, jota maailmoista ainoan elinkelpoiseksi tiedetyn pinnalta tunnemme, kuten vaahterat, peruskalliot, meret ja ihmiset.
Mutta oma planeettamme Maa on vain 4.5 miljardia vuotta vanha. Sitä ennen tähdet planeettakuntineen ovat syntyneet ja kuolleet jo miljardien vuosien ajan ja osa varhaisen maailmankaikkeuden synnyttämistä planeetoista on edelleenkin havaittavissa, aivan Aurinkokunnan lähiavaruudessa.
Helsingin Sanomat kirjoitti tuoreesta eksoplaneettalöydöstä nimeltään TOI-561 b. Se on 561. TESS-avaruusteleskoopin löytämä eksoplaneettakandidaatti, ja sitä kuvattiin ”yhdeksi vanhimmista löydetyistä kiviplaneetoista.” On helppoa olla samaa mieltä siitä, että 10 miljardia vuotta vanha eksoplaneetta tosiaankin saattaa olla yksi maailmankaikkeuden vanhimmista, onhan se syntynyt hulppeat 5.5 miljardia vuotta ennen Maata, maailmankaikkeuden ollessa vain noin neljänneksen nykyisestä iästään. Mutta miten oikeastaan tiedämme kaukaisen kiviplaneetan iän?
Tähdet ja niitä kiertävät planeetat syntyvät suunnilleen samoihin aikoihin massiivisten tähtienvälisen aineen pilvien romahtaessa oman gravitaationsa vaikutuksesta prototähdiksi ja niitä ympäröiviksi kertymäkiekoiksi, joita kansoittamaan muodostuvat protoplaneetoiksi kutsutut kappaleet. Planeettojen ja tähtien yhteinen synty takaa myös sen, että ne ovat aina likimain samanikäisiä. Planeettojen verrattaen tarkkaan iänmääritykseen riittää siis tähden iän määrittäminen, mikä voidaankin tehdä käyttämällä hyväksi tähtien asettamista fysikaalisten ominaisuuksiensa perusteella oikeaan kohtaan niiden elinkaarta. Tähdet nimittäin muuttuvat — Aurinkokin kirkastuu hiljalleen ja säteilee lopulta niin voimakkaasti, että noin miljardin vuoden kuluttua Maan meret ja kaasukehä kiehuvat avaruuteen ja tekevät planeetastamme elinkelvottoman autiomaan. Aurinko kuitenkin kirkastuu aivan samoin kuin muutkin yhtä massiiviset keltaiset kääpiötähdet. Asettamalla tähtiä niiden massan ja kirkkauden mukaisesti järjestykseen, voidaan tähtien elinkaarta mallintamalla arvioida kuinka kauan tähdet ovat loistaneet (massan arviointi on sekin varsin kompleksinen prosessi). Sivutuotteena saadaan planeettakuntien ikä.
Tällä tekniikalla arvioitiin myös TOI-561:n ikää ja saatiin tulokseksi, että se on noin 10 miljardia vuotta vanha (1). Hitaasti muuttuvien vanhojen tähtien iän määrittäminen on kuitenkin hyvin epätarkkaa, joten ikäarvion epävarmuus on noin 3 miljardia vuotta kumpaan tahansa suuntaan. Se taas tarkoittaa, että tähti voi olla syntynyt aivan universumimme alkuaikoina tai vain noin 2.5 miljardia vuotta Aurinkoa ennen — mikä tahansa ikä tältä väliltä on arvion epävarmuuksien rajoissa. Tunnemme kuitenkin tätäkin vanhempia planeettakuntia ja niistä yksi sijaitsee aivan Auringon galaktisessa lähinaapurustossa.
Tutkimusryhmäni raportoi vuonna 2014 mielenkiintoisesta planeettakunnasta, kahden supermaapallon muodostamasta järjestelmästä läheisen punaisen kääpiötähden, Kapteynin tähden ympärillä (2). Kyseessä on ikivanha tähti. Kapteynin tähden iäksi on arvioitu noin 11.5 miljardia vuotta — arvion alaraja on 10 ja yläraja noin 12, joten tähti on todennäköisesti vieläkin vanhempi kuin TOI-561. Tiedämme siksi, että jo noin 2.3 miljardia vuotta vanhassa maailmankaikkeudessa muodostui kivisiä planeettoja kiertämään varhaisen maailmankaikkeuden tähtikaartia. Iänmääritys on kuitenkin ongelmallinen. Vaikka Kapteynin tähti on kiistatta vanha — se on itse asiassa syntynyt Linnunradan pienessä seuralaisgalaksissa, joka vuosimiljardien saatossa sulautui omaan galaksiimme — iänmäärityksessä on epävarmuuksia, koska vakaasti loistavat punaiset kääpiöt tarjoavat määritykseen vain vähän havaittavissa olevaa informaatiota. Yksi tapa arvioida ikää onkin se tosiasia, että Kapteynin tähti on osa Omega Centauriksi kutsuttua vanhojen tähtien joukkoa — jäljellä olevaa hajanaista kokoelmaa tähtiä, joka kiertää Linnurataa tyypillisestä poikkeavilla radoilla ja jonka tähdet ovat syntyneet suunnilleen samoihin aikoihin, suunnilleen 11.5 miljardia vuotta sitten.
Mutta edes Kapteynin tähden järjestelmä ei ole vanhin paikka, josta planeettoja on havaittu. Tunnetaan vieläkin muinaisempi planeetta, omituinen PSR B1620−26 b, joka kiertää kahden kuolleen tähden, pulsarin ja valkoisen kääpiötähden muodostamaa paria. Planeetta on vajaat kolme kertaa Jupiteria massiivisempi mutta sen arvioitu ikä on peräti 12.7 miljardia vuotta. Ikä tunnetaan, koska PSR B1620−26 on osa pallomaista tähtijoukkoa yli 12 000 valovuoden päässä Aurinkokunnasta. Joillekin joukon tähdistä iänmääritys on onnistunut ja sen perusteella, että joukoissa kaikki tähdet ovat tyypillisesti hyvin saman ikäisiä, on voitu päätellä myös tämän omituisen, kahdesta kuolleesta tähdestä ja jättiläisplaneetasta koostuvan kolmikon ikä.
Kapteynin tähden planeetat ovat kuitenkin vanhimpia tunnettuja kandidaatteja eläviksi planeetoiksi. Planeetan Kapteyn b pinta on luultavasti paksun jääkuoren peitossa lämpötilan ollessa kymmeniä celciusasteita pakkasen puolella. Jääkuoren alla, vuorovesivoimien lämmittämässä valtameressä elämä voi kuitenkin kukoistaa ja on voinut tehdä niin jo yli kaksi kertaa yhtä kauan kuin elämää on esiintynyt oman kotiplaneetamme pinnalla. Muinaisilla planeetoilla myös elämä voi olla ikivanhaa perua. Kukapa tietää minkälaisia elämänmuotoja maailmankaikkeudessamme on ehtinyt kehittyä jo niiden vuosimiljardien kuluessa, kun omaa aurinkoamme ja planeettakuntaamme ei ollut vielä edes olemassa.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lähteet
- Weiss et al. 2021. The TESS-Keck survey. II. An ultra-short-period rocky planet and its siblings transiting the galactic thick-disk Star TOI-561. AJ, 161, 56.
- 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.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 