Vieraan sivilisaation robottiluotain
Tieteiskirjallisuus on täynnä kuvailuja siitä, miten tähtienväliseen matkailuun kykenevät sivilisaatiot vierailevat muissa planeettakunnissa tutkiakseen, valloittaakseen, tai tuhotakseen heikompia, toisten elävien planeettojen sivilisaatioita. Ne ovat tietenkin aina mielikuvituksen tuotetta, eikä toisten sivilisaatioiden vierailuista omassa aurinkokunnassamme ole todistusaineistoa, vaikka ajoittain poikkeavia näkemyksiä esitetäänkin. Esimerkiksi Avi Loebin hatarasti perusteltu tulkinta tähtienvälisen komeetan ’Oumuamua luonteesta on herättänyt tähtitieteilijöiden keskuudessa lähinnä halua lyödä otsaa työpöytään. Samoin suhtaudumme tietoihin lentävien esineiden havainnoista, joissa esineen luonne on jäänyt hämärän peittoon. Vieraiden sivilisaation kanssa niillä ei ole mitään tekemistä — siitä voi vakuuttua jo huomaamalla, että UFO-havainnot ovat vähentyneet rankasti samalla kun tehokkaat megapikselikamerat ovat yleistyneet ihmisten käytössä.
Vaikuttaa todennäköiseltä, että teknologisesti tähtienväliseen matkailuun kykenevät vieraat sivilisaatiot tuskin haaskaisivat aikaansa matkustaakseen itse muualle, kun he voisivat vain lähettää matkaan hienostuneita robottiluotaimia. Miksi hukata hyötykuormaa massiivisiin elossapitojärjestelmiin, kun voi vain lähettää pienikokoisen robotin havainoimaan kiinnostuksen kohteena olevaa planeettaa. Ja jos tekninen sivilisaatio osaa tähtienvälisen avaruusmatkailun, se kyllä kykenee kehittämään tekoälyn ohjaaman robotin, joka selviää valittamatta avaruuden olosuhteissa vuosikymmeniä herätäkseen virkeänä tutkimaan matkansa kohdetta päästyään lopulta perille. On siksi perusteltua ajatella, että vieraat sivilisaatiot tutkisivat omaa planeettaamme korkeintaan pienten luotainten avulla, aivan kuten mekin teemme ottaessamme haparoivia ensiaskeleita avaruustutkimuksen saralla lähettämällä luotaimia ympäri omaa aurinkokuntaamme.
Ajatus robottiluotainten voimasta tuli esiin erittäin konkreettisella tavalla nähtyäni Marsia kiertävän Mars Reconnaissance Orbiter -luotaimen nappaaman kuvan. Kuvassa näkyy Mount Mercoy, yksi Gale kraaterin ylänköalueista Mount Sharpin reunamilla, jossa kallioista pintaa täplittää vihreänharmaalta näyttävä erilainen aines. Tässä vieraan planeetan karusta, vihamielisestä maastosta noin 300 kilometrin korkeudelta otetussa kuvassa näkyy keskellä toinen luotain, Curiosity-mönkijä, joka on matkannut Marsin pinnalla jo vuodesta 2012 lähtien. Se on esimerkki vieraan sivilisaation planeetalle lähettämästä robottiluotaimesta, jonka matkan edistymistä toinen, kiertoradalla lentävä robotti tarkkailee. Kyseessä on huikaiseva teknologisen osaamisen taidonnäyte mutta olemme vasta tutkimassa lähintä naapuriplaneettaamme omassa planeettakunnassamme.
Ehkäpä joskus lähetämme luotaimia myös tähtiin. Ainakin meillä on siihen mahdollisuus, jos huolehdimme, että oma planeettamme, kotimme ja kehtomme, pysyy suotuisana sivilisaatiomme olemassaololemme.
MRO-luotaimen kuva Curiosity-mönkijästä on ladattavissa luotaimen HiRISE kameran sivulta.
Onko eksoplaneetoilla kuita?
Jupiterin järjestelmä on kuin Aurinkokunta pienoiskoossa. Planeettakuntamme suurinta planeettaa kiertää kokoelma erikokoisia kappaleita, joista neljä suurinta löysi jo itse Galileo Galilei yli neljä vuosisataa sitten hänen suunnattuaan yhden maailmanhistorian ensimmäisistä kaukoputkista maanpäällisten kohteiden sijaan taivaalle. Jupiteria kiertämästä on havaittu jo 79 erikokoista kiertolaista, jotka muodostavat valtavan kirjon erilaisia, omalaatuisia kappaleita ja maailmoja. Ehkäpä kiinnostavimmat Jupiterin kuista ovat Europa, Ganymedes ja Kallisto, joiden paksujen jääkuorten alla vellovat suolaiset valtameret, joissa ehkä jopa elävät organismit voisivat kukoistaa geotermisen energian voimin. Mutta myös Aurinkokunnan tuliperäisin kappale, tulivuorten täplittämä Io on mielenkiintoinen maailmansa.
Saturnusta kiertää vieläkin monimuotoisempi kirjo erilaisia kappaleita. Sen 82 tunnetusta kuusta Enceladus piilottelee valtamerta jääkuorensa alla ja Titan on aivan omanlaisensa kemian omaava kiertolainen, jonka pinnalla jäätynyt vesi muodostaa peruskallion ja nestemäinen metaani järvet. Tiedämme havaintojemme perusteella, että kuut ovat paljon yleisempiä kuin planeetat, koska pienemmät kappaleet ovat aina suurempia lukuisampia. Eikä ole mitään syytä olettaa, että muissa tähtijärjestelmissä ja planeettakunnissa olisi toisin. Ainuttakaan eksokuuta, eli eksoplaneettaa kiertävää luonnollista satelliittia, ei tosin ole vielä luotettavasti havaittu. Vai onko?
Vuonna 2017 Alex Teacheyn tutkimusryhmä julkaisi ensimmäisiä viitteitä eksokuusta perustuen heidän löytämäänsä ylikulkuun Kepler-avaruusteleskoopin havainnoista kohteesta Kepler-1625. Tähteä kiertää valtaisa jättiläisplaneetta, Jupiteria lähes 12 kertaa massiivisempi kaasujättiläinen. Se on vain juuri ja juuri tarpeeksi pienimassainen ollakseen planeetta eikä ruskea kääpiötähti ja sen ylikulku on ollut helppoa havaita Keplerin tarkoista havainnoista, vaikka planeetan suhteellisen pitkä 287 päivän kiertoaika tähtensä ympäri mahdollisti vain kolmen yksittäisen ylikulun havaitsemisen. Jokaisessa niistä näkyi kuitenkin anomalioita (Kuva 2.), pieniä vääristymiä ja lisähimmenemistä, joka voisi johtua neptunuksenkokoisesta kuusta kiertämässä planeettaa Kepler-1625 b (1). Kaikeksi huipuksi, himmentymät eivät olleet tasaisesti planeetan varjon molemmin puolin kuten voisi olettaa rengasjärjestelmän aiheuttaman himmenemisen olevan, vaan näyttivät vaihtavan paikkaa, kuten kiertoradalla oleva kuu. Kuun arvioitu valtaisa koko herätti välittömästi epäilyksiä, kuten sekin, oliko havaintojen tarkkuus edes riittävää sen havaitsemiseen kyseessä ollessa järjestelmä peräti 8000 valovuoden päässä.
Vaikka oletetun planeettaa Kepler-1625 b kiertävän kuun ylikulut olivat juuri ja juuri tilastollisesti merkitsevä havainto, se ei kuitenkaan ollut niin vakuuttava, että löytö olisi hyväksytty muitta mutkitta ensimmäiseksi tunnetuksi eksokuuksi. Edes tutkijat itse eivät olleet täysin vakuttuneita, vaan kirjoittivat varovaiseen sävyyn miten hypoteettisen eksokuun Kepler-1625 b I olemassaolon puolesta on todistusaineistoa muttei tutkijoiden ”kultastandardiksi” ajatteleman ”viiden sigman verran” ja että kuun olemassaoloon on suhtauduttava varovaisuudella.
Nepunuksenkokoisen kuun olemassaolo vaikutti myös hankalalle selittää suhteessa tietoihin planeettakuntien synnystä. On miltei mahdotonta kuvitella miten Neptunus voisi päätyä massiivisen super-Jupiterin kiertoradalle stabiiliksi kuuksi. Ei siksi ollutkaan yllätys, että löytö asetettiin heti kyseenalaiseksi, kun riippumaton tutkijaryhmä uudelleenanalysoi Keplerin ottamat havainnot ja huomasi kuuksi tulkitun signaalin olemassaolon riippuvan käytetystä menetelmästä poistaa havainnoista kohinaa ja häiriöitä (2). Lisäksi, kaikeksi yllätykseksi tutkijat huomasivat kohinan voivan tuottaa havaintoihin kuuksi tulkittavia merkkejä jopa 10% todennäköisyydellä. Kuten monien muidenkin jännittävien löytöjen tapauksissa, ensimmäinen eksokuukin näytti haihtuvan ilmaan dataa käsitelleiden tutkijoiden tietokoneiden näytöillä.
Ensimmäisen eksokuun saaga ei kuitenkaan ollut ohi. Löydön tehneet Alex Teachey ja David Kipping havaitsivat kohdetta Hubble-avaruusteleskoopilla koettaen nähdä tarkemmin planeetan ylikulun ja selvittääkseen oliko kuun olemassaolosta viitteitä riippumattoman teleskoopin mittauksissa. Heidän saatuaan havaittua vielä yhden ylikulun ja nähtyään jälleen viitteitä kuun olemassaolosta, he julkistivat kuun olemassaolon olevan havaintojen tukemaa kahden eri instrumentin mittausten puoltaessa sen olemassaoloa (3). Tulosta ei kuitenkaan voida katsoa täysin varmistetuksi, koska vaihtoehtoiset selitykset havainnoista löytyneille anomalioille ovat edelleen hyvinkin mahdollisia, minkä toiset tutkijat luonnollisesti toivat esiin heti perehdyttyään tieteeseen tuloksen taustalla (4).
Lisää viitteitä eksokuista
Kepler-avaruusteleskoopin planeettakandidaatin numero 1625 kuulöytö näyttää mahdolliselta mutta sitä ei ole varmistettu eikä sitä siten voida pitää kiistattomana, ensimmäisenä havaintona eksokuusta. Kuita voidaan kuitenkin havaita myös niiden vetovoiman vaikutuksesta, vaikka niiden ylikuluista tähtien editse ei olisikaan mitään viitteitä niiden pienen koon vuoksi.
Kuu vetää kiertämäänsä planeettaa puoleensa vetovoimansa avulla. Aivan samoin kuin planeettoja voidaan havaita ainoastaan niiden vetovoiman vaikutusten perusteella, myös kuita voidaan havaita tarkkailemalla pieniä muutoksia siihen, milloin planeetat kulkevat tähtiensä editse. Pienet, muutamien minuuttien muutokset planeettojen tavallisesti kellontarkoissa ylikulkuaikatauluissa antavat viitteitä siitä, että jotkin suhteellisen massiiviset kappaleet vetävät niitä puoleensa. Sellaisia kappaleita ovat esimerkiksi planeettoja kiertävät kuut. Planeetan kiertäessä sen itsensä ja kuun yhteisen massakeskipisteen ympäri, ylikulku sattuu vuoroin hiukan aiemmin ja vuoroin hiukan myöhemmin kuin olisi odotettavissa, jos kuu puuttuisi. Pienet, joidenkin minuuttien mittaiset jaksolliset heilahtelut ylikulkuaikataulussa paljastavat siten kuun olemassaolon — ainakin teoriassa.
Chris Fox ja Paul Wiegert julkaisivat kesällä 2020 raporttinsa, jonka mukaan jopa kuusi Kepler-avaruusteleskoopilla havaittua pientä planeettojen ylikulkujen aikatauluanomaliaa olisi selitettävissä planeettoja kiertävien kuiden vaikutuksella (5). Tilanne on varsin mielenkiintoinen. Toisaalta, samat anomaliat voidaan tulkita havaitsematta jääneiden järjestelmän muiden planeettojen aiheuttamiksi mutta aivan yhtä hyvin ne voivat olla merkkejä eksokuiden olemassaolosta. Tutkijoiden laskelmat osoittavat, että molemmat skenaariot ovat karkeasti arvioiden yhtä todennäköisiä — kahdeksasta valitusta kohteesta kahdelle planeetan vaikutus selittää havainnot hiukan paremmin mutta kuudelle muulle kuun vetovoima on aavistuksen parempi selitys. Kyseisiä kuutta anomaliahavaintoa on siis mahdollista ajatella todellisina ensimmäisinä eksokuukandidaatteina.
Ehkäpä ensimmäisiä eksokuita ei ole vielä havaittu mutta saavutus alkaa olemaan aivan instrumenttiemme tavoitettavissa. Aivan kuten eksoplaneettahavaintojenkin kanssa, ensin alan pioneerit tekevät hartiavoimin työtä ensimmäisten havaintojen mahdollistamiseksi. Havainnoista kiistellään aikansa, koska osa tutkijoista ei pidä niitä uskottavina. Osa ensimmäisistä havainnoista osoittautuukin virheellisiksi ja epäilijät saavat uutta vettä myllyynsä. Mutta lopulta ensimmäinen kiistaton havainto saadaan tehtyä ja pian kuita löydetään useista kohteista, erilaisista mielenkiintoisista järjestelmistä, usean tutkimusryhmän voimin. Voimme olla varmoja, että eksokuiden havaitseminen tulee paljastamaan mullistavia uusia löytöjä. On käytännössä varmaa, että lukuisilla jättiläisplaneetoilla ja pienemmillä planeetoilla on kuita kumppaneinaan muissakin tähtijärjestelmissä. Siitä varmistuakseen ei tarvitse kuin havaita Aurinkokunnan kuiden valtaisaa määrää ja diversiteettiä ja todeta kuiden muodostuvan väistämättä kaikkialle missä vain on planeettojakin. Niin ainakin ajattelemme tähtitieteen tutkijoiden keskuudessa. Tulevaisuuden havainnot näyttävät olemmeko oikeassa.
Asiassa on vieläpä valtaisa bonus. Jotkin eksokuut, sellaiset, joiden havaitseminen alkaa olemaan mahdollista, voivat olla elinkelpoisia, maankaltaisia paikkoja. Ja kuitenkin varmasti niin kovin erilaisia kuin oma kotimme, Maa.
Nimihirviö ”Kepler-1625 b I” on rakennettu samalla periaatteella kuin Jupiterin suurimpien kuiden Ion, Europan, Ganymeden ja Kalliston nimeäminen — niitä kutsuttiin alkujaan nimillä Jupiter I, Jupiter II, Jupiter III ja Jupiter IV. Kyseessä on siis planeetan Kepler-1625 b ensimmäinen kuu, jota merkitään roomalaisella numerolla I.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lähteet
- Teachey et al. 2018. HEK. VI. On the dearth of Galilean analogs in Kepler, and the exomoon candidate Kepler-1625b I. The Astronomical Journal, 155, 36.
- Rodenbeck et al. 2018. Revisiting the exomoon candidate signal around Kepler-1625 b. Astronomy and Astrophysics, 617, A49.
- Teachey et al. 2018. Evidence for a large exomoon orbiting Kepler-1625b. Science Advances, 4.
- Heller et al. 2019. An alternative interpretation of the exomoon candidate signal in the combined Kepler and Hubble data of Kepler-1625. Astronomy and Astrophysics, 624, A95.
- Fox et al. 2020. Exomoon Candidates from Transit Timing Variations: Six Kepler systems with TTVs explainable by photometrically unseen exomoons. Monthly notices of the royal Astronomical Society, submitted.
Mitä tähdet tekevät?
Monen planeetan kotijärjestelmä poikkeaa selvästi omastamme. Planeetat kyllä kiertävät tähtiään rauhallisesti omilla radoillaan, gravitaation näkymättömän voiman vangitsemina mutta jotkin tähdet kohtelevat kiertolaisiaan kaltoin. Ne piiskaavat planeettojaan intensiivisellä säteilyllä, häiriköivät planeettojen kaasukehiä aggressiivisilla purkauksillaan ja voimakkaalla hiukkastuulella, ja toisinaan lopputuloksena on paljaaksi riisuttu planeetta, jonka koko kaasukehä on haihtunut avaruuteen tähden käsittelyssä. Selittävänä tekijänä on aika. Kaikki tähdet käyttäytyvät huonosti nuoruudessaan, ollessaan aktiivisia ja oikukkaita ja vasta asettuessaan pääsarjaan loistamaan stabiileina valon ja lämmön lähteenä jopa miljardeiksi vuosiksi.
Nuoruuden oikkuilusta kertovat nuorten tähtien valtaisat tähdenpilkut, jotka ovat purkauksien lisäksi helposti havaittavissa tarkkailemalla tähtien kirkkautta. Ne kertovat tähden pinta-aktiivisuudesta ja käyttäytymisestä ja niiden ymmärtäminen auttaa ennustamaan myös vanhempien, auringonkaltaisten ja -ikäisten tähtien fysiikkaa. Sitä työtä ryhdyin tekemään vuoden alusta Helsingin yliopiston tutkijana. Tilanne on minulle täysin uudenlainen. Aiemmin tähtien pinta-aktiivisuus on ollut se kohina, planeettahavaintoja hankaloittava häiriötekijä, jonka vaikutus piti pyrkiä eliminoimaan tai ainakin minimoimaan, jotta pienten planeettojen havaitseminen olisi mahdollista. Nyt se onkin itse tutkimuskohde — ja hyvin mielenkiintoinen sellainen.
Mutta tähtien havainnointi ja tutkiminen on suorastaan kirotun vaikeaa puuhaa. Jopa lähimmät tähtinaapurimme ovat niin kaukaisia avaruudessa loistavia plasmapalloja, että emme parhaillakaan teleskoopeilla erota niitä kuin pisteenä digitaalisessa valokuvassa. Sitä pistettä voidaan sitten tutkia määrittämällä sen kirkkaus peräkkäisinä ajanhetkinä, jollakin aallonpituuskaistalla, jotta saadaan käsitys tähden kirkkauden muuttumisesta ajan myötä. Toisinaan voimme mitata kirkkautta eri aallonpituuksilla, saaden tähden säteilyspektrin, joka antaakin informaatiota sen koostumuksesta ja pinnan fysiikasta ja kemiasta. Kirkkausmittaukset ovat kuitenkin helpoimpia tapoja saada tietoja tähdistä — ja usein ainoita käsillä olevia mittauksia, joista mielenkiinnon kohteena olevan tähden luonnetta pyritään selvittämään.
Nuorten tähtien pintoja täplittäviä valtaisia pilkkuja voidaan havaita tarkastelemalla tähtien kirkkauksien muutoksia. Tähtien pyöriessä, pilkut tulevat säännöllisesti näkyviin painuakseen taas tähden taakse. Ne ovat oikeastaan tähden pinnan alueita, jotka ovat aavistuksen ympäristöään viileämpiä ja näyttävät siksi tummilta, heikommin säteileviltä alueilta, vaikka ovatkin todellisuudessa kuumia nekin. Kaikki on suhteellista ja riippuu vahvasti siitä, mihin verrataan. Tiedämme, että mitä viileämpiä pilkut ovat ja mitä suurempia ne ovat pinta-alaltaan, sitä enemmän ne himmentävät tähtiä tarkkaillessamme niitä teleskoopeilla. Mutta himmenemiseen vaikuttaa myös pilkkujen paikka tähden pinnalla. Tilannetta on mahdollista simuloida tietokoneella (1) saaden aikaiseksi erilaisista pilkkujakautumista kertovia erilaisia valokäyriä (Kuva 1.).
Koska kirkkausvaihtelut riippuvat tähdenpilkkujen jakautumasta tähden pinnalla, voidaan ajatella, että tarkkailemalla kirkkautta riittävän pitkään ja tarkasti voitaisiin arvioida pilkkujen jakautumaa tähden pinnalla. Asia ei kuitenkaan ole niin yksinkertainen. Käytännössä hiukan viileämmän pilkun aiheuttamaa himmenemistä on mahdotonta erottaa hiukan suuremman pilkun vastaavasta. Samoin useiden vierekkäisten pilkkujen tuottama himmeneminen vastaa yhden suuren pilkun aiheuttamaa himmenemistä. Kyseessä on niin kutsuttu ”huonosti asetettu” tilastollinen inversio-ongelma — saatavasta informaatiosta voi olla mahdotonta määrittää yksikäsitteisesti havaittavan järjestelmän ominaisuuksia, kuten kaukaisen tähden pinnan pilkkujakaumaa. Luonto kuitenkin tarjoaa yhden erinomaisen apuneuvon asian tutkimiseen. Se on differentiaalirotaatio.
Tähdet eivät pyöri kuten kiinteät kappaleet. Ne ovat fuusioreaktion tuottaman lämmön ja paineen vaikutuksesta omaa gravitaatiotaan vastustavia plasmapalloja, joiden pinta käyttäytyy monella tapaa kuin neste. Tähtien synnystä jäänyt pyörimisliike ei ole kokonaan vaimentunut kitkavoimien vaikutuksesta, joten nuorena vinhasti pyörineet tähdet kuten Aurinko ovat hidastaneet pyörimistään merkittävästi. Aurinko pyörähtää kerran 27 päivässä mutta nuoruudessaan sen pyörähdysaika on ollut vain parin päivän luokkaa. Koska pinta ei ole kiinteä, tähden kaikki osat eivät myöskään aivan pysy samalla tavoin vauhdissa mukana. Auringolle pinnan eri osien pyöriminen on sitä hitaampaa mitä kauempana ne ovat päiväntasaajasta. Siten eri latitudeilla sijaitsevat pilkut näyttävät liikkuvan hiukan eri nopeuksilla siirtyessään muun pinnan mukana Auringon kiekon editse. Sama ilmiö on olemassa muidenkin tähtien pinnoilla ja sitä kutsutaan differentiaalirotaatioksi, eli pyörimisen eroiksi eri etäisyyksillä päiväntasaajasta.
Havaitsijan silmiin näyttää siis siltä, kuin pilkut kiitäisivät tähden pinnalla eri vauhtia riippuen siitä kuinka kaukana ne ovat tähden päiväntasaajasta. Se auttaa määrittämään pilkkujen paikkaa tähden pinnalla pelkkien tähden kirkkaushavaintojen avulla. Mutta pilkkujen paikan määrittämisessä auttaa toinenkin tekijä: geometria. Tähden asento avaruudessa ja pilkun latitudi vaikuttavat siihen kuinka kauan pilkku on näkyvissä yhden pyörähdyksen aikana. On karkeasti kolme vaihtoehtoa. Ensinnäkin, pilkku voi olla näkyvissä jatkuvasti ollessaan lähellä tähden napa-aluetta, kun satumme katsomaan tähteä suunnilleen navan suunnasta. Silloin pilkku himmentää tähteään eri tavalla kierroksen eri vaiheissa mutta sen vaikutus näkyy jatkuvana. Toisessa tapauksessa pilkku voi olla näkyvissä osan aikaa pyörähtäen ajoittain piiloon tähden toiselle puolelle, jolloin aika jonka se viettää näkyvissä kertoo pilkun sijainnista tähden pinnalla. Viimeisenä vaihtoehtoja on, että pilkku on jatkuvasti piilossa, jolloin emme voi edes havaita sitä, koska se ei vaikuta tähdestä tulevaan valoon millään tavalla. Lisäksi pilkku heikentää tähden valoa sitä enemmän mitä keskemmällä näkyvää tähden kiekkoa se sijaitsee. Näillä tiedoilla valokäyristä voi saada määritetyksi tähtien pilkkujakautumia ja -karttoja.
Tähdenpilkkujen lisäksi myös planeetat jättävät jälkensä tähtien kirkkaushavaintoihin, jos ne vain sattuvat kulkemaan täsmälleen tähtensä pinnan editse meidän suunnastamme tarkasteltuna. Joka ratakierroksella sattuvat ylikulut himmentävät tähden havaittua kirkkautta säännöllisin väliajoin, parin tai korkeintaan muutaman tunnin ajaksi, jolloin tiedämme, että tähti ei ole yksin, vaan sillä on seuralasinaan pienempiä kiertolaisia. Ne vaeltavat radoillaan tähden pinnan ja siten sen tähdenpilkkukompleksien editse himmentäen tähteä aina suhteessa ylittämänsä tähden pinta-alueen kirkkauteen. Lopputuloksena, pilkkujen ja planeettojen yhteisvaikutus näkyy monimutkaisina kirkkausvaihteluina, joiden huolellisella tarkastelulla voidaan selvitää monenlaisia asioita liittyen tähden pintaan ja sen planeettakuntaan (Kuva 2.).
Tähdenpilkkujen vaikutukset tähtien havaittuihin kirkkauksiin eivät tietenkään ole rajoittuneet vain aktiivisiin, nuoriin tähtiin, vaan pilkkuja on vanhoillakin auringoilla. Niiden ymmärtäminen taas auttaa ymmärtämään tähtien fysikaalisia prosesseja ja havaitsemaan tehokkaammin pieniä ylikulkuja, vain promillen kymmenesosan himmenemiä, jotka aiheutuvat jaksollisesti maankaltaisten planeettojen kulkiessa tähtiensä editse. Uusien, tehokkaiden avaruusteleskooppien myötä tarvitaan samalla parempaa kykyä mallintaa tähtien itsensä käyttäytymistä, jotta voimme erottaa maapallojen aiheuttamat signaalit tähden pinnan kirkkausmuutoksista ja taustakohinasta.
Siinä riittää minullekin työsarkaa tuleviksi vuosiksi.
Lähteet
- Luger et al. 2021. Mapping stellar surfaces II: An interpretable Gaussian process model for light curves.
- Tofflemire et al. 2021. TESS Hunt for Young and Maturing Exoplanets (THYME). V. A Sub-Neptune Transiting a Young Star in a Newly Discovered 250 Myr Association. The Astronomical Journal, 161, 171.
Kun suojakerroin ei riitä — miten elämä voi piiloutua säteilyltä
Proxima Centauria, Aurinkokunnan lähintä tähtinaapuria, kiertää luultavasti kokonainen planeettojen joukko, oma erityislaatuinen planeettakuntansa. Tutkimusryhmäni raportoitua planeetasta tähden kiertoradalla vuonna 2016, Proxima Centauri on ollu intensiivisen tutkimuksen kohteena ja seurauksena tunnemme tähden kiertoradoilta jo kaksi, mahdollisesti jopa kolme planeettaa. Jo varmistuneiden Proxima b:n ja Proxima c:n lisäksi järjestelmässä saattaa olla vielä kolmaskin planeetta. Myös tähteä ympäröivästä pölykiekosta on saatu viitteitä.
Kokonaiskuvamme lähimmästä galaktisesta planeettakuntanaapuristamme alkaa siis muotoutumaan ja monipuolistumaan, paljastaen monia tuttuja yksityiskohtia, joita olemme tottuneet näkemään Aurinkokunnassa mutta saamme selville myös paljon omalle järjestelmällemme omituisia, vieraita tiedonmurusia. Suunnilleen joka kuukausi julkaistaan jokin uusi, kiinnostava tutkimus Proxima Centaurin ja sen planeettakunnan ominaisuuksista, joten tietomme karttuvat varsin nopeassa tahdissa. Tämäkään kuukausi ei ollut poikkeus, kun laaja kansainvälinen tutkijaryhmä raportoi Proxima Centaurin äkillisestä purkauksesta, joka sai tähden kirkastumaan ultraviolettialueella peräti 14000 kertaiseksi normaalista kirkkaudestaan (1). Havainnolla on dramaattisia seurauksia tulkinnallemme Proxima b:n ominaisuuksista ja elinkelpoisuudesta.
Proxima b kylpee tähtensä lähellä voimakkaassa säteilyssä. Lämpösäteilyä planeetan pinnalle saapuu juuri sopivasti, jotta nestemäisen veden olemassaolo sen pinnan olosuhteissa voisi olla mahdollista mutta muilla aallonpituusalueilla Proxima Centauri ei kohtele seuralaistaan aivan yhtä lempeästi. Ultraviolettisäteily Proxima b:n pinnalla on voimakasta, joidenkin arvioiden mukaan tyypillisesti 30 kertaista Maahan verrattuna. Kyseessä on voimakas säteily-ympäristö, johon emme ole lempeän aurinkomme rauhallisessa loimotuksessa, otsonikerroksen suojissa tottuneet. Elämän edellytyksiä se ei kuitenkaan täysin tuhoa, koska planeetan kaasukehä voi heikentään pinnalle saapuvaa säteilyä riittävästi ja pienikin kerros vettä estää joka tapauksessa tehokkaasti UV-säteilyn molekyylejä hajottavan vaikutuksen. Tähdenpurkausten kanssa on kuitenkin toisin — jopa 14000 kertaiseksi hetkellisesti voimistuva säteily ja ja purkausten hiukkastuuli voivat aikojen saatossa riistää planeetalta koko sen kaasukehän, haihduttaa kaiken veden avaruuteen ja hajottaa jokaisen pinnalla esiintyvän orgaanisen molekyylin elämälle katastrofaalisella tavalla. Tähden purkaukset voivat steriloida planeettoja. Proxima Centauri purkautuu jopa päivittäin ja sen purkaukset ovat noin sata kertaa voimakkaampia kuin Auringon kaikkein energisimmät purkaukset. Ei silti ole selvää, että kyseessä on planeetan täydellisesti steriloiva säteily-ympäristö.
Voimakaskin ultraviolettisäteily pysähtyy pieneen määrään ainetta, kuten vedenpintaan tai kiviainekseen. Niiden alla elävät organismit eivät piittaisi tuon taivaallista vain senttimetrien päässä UV-valossa kärventyvästä pinnasta. Purkausten hiukkastuulikin pysähtyy tehokkaasti magneettikenttään, joka Proxima Centaurilla on luultavasti huomattavasti Maata voimakkaampi, koska planeetta on Maata massiivisempi ja omaa siksi todennäköisesti magneettisesti aktiivisemman vaipan ja ytimen. Magneettikentän tarjoama säteilysuoja näkyisi planeetan taivaalla voimakkaina, jatkuvina revontulina, jotka loistaisivat planeetan pimeällä puolella kaiken aikaa valaisten sen pintaa sinisen ja vihreän väreillä. Jos Proxima b on kyennyt pitämään kiinni kaasukehästään, intensiivinen säteily ja purkaukset ovat kenties tappavia kaikelle elämälle juuri tähden suunnassa mutta mahdolliset elävät organismit hämärän rajamailla, jossa tähti loimuaa ikuisesti horisontissa, eivät ehkä saisi kuolettavaa annosta säteilyä edes pinnan olosuhteissa. Proxima b näyttää nimittäin aina saman puoliskonsa tähteensä päin, ja se saattaa mahdollistaa planeetan pysymisen elinkelpoisena jopa intensiivisessä säteily-ympäristössä.
Jos Proxima b:n pinnalla on monisoluisia, liikkumiskykyisiä eläviä organismeja, niille on elinehto kyetä havaitsemaan jokainen orastava ultraviolettivalon välähdys. Sellaisen havaitseminen kertoo alkavasta muutaman sekunnin kestävästä tähden purkauksesta, jolloin on kiirehdittävä mahdollisimman nopeasti piiloon tappavalta annokselta säteilyä. Niin ainakin spekuloi Proxima Centaurin purkauksia jo vuosia tutkinut tähtitieteen professori Meredith MacGregor pohtiessaan mitä vaikutuksia voimakkailla purkauksilla olisi Proxima b:n hypoteettiselle biosfäärille. Kyseessä on tietenkin vain ajatusleikki mutta monet Maan elävät organismit kykenevät havaitsemaan ultraviolettivaloa mainiosti, ja sellaisen kyvyn syntyminen sopeumana elinympäristössä, jossa ultraviolettivalon määrä kertoo kuolettavasta tähden purkaudesta vaikuttaa hyvinkin realistiselta. Proxima Centauri kuitenkin purkautuu voimakkaasti noin kerran päivässä, joten purkaukset muodostavat olenaisen osan sitä ympäristöä, jossa Proxima b tähteään kiertää.
Riippumatta siitä onko juuri Proxima b todellisuudessa elinkelpoinen vai ei, lukuisat planeetat kiertämässä Proxima Centaurin kaltaisia punaisia kääpiötähtiä voivat luultavasti olla elinkelpoisia. Jo siksikin Proxima Centaurin ja sen järjestelmän ominaisuuksien tutkiminen kannattaa — se on lähimpänä naapurinamme yksi helpoimmin havaittavissa olevia kohteita ja sen tutkiminen edesauttaa muidenkin vastaavanlaisten järjestelmien ymmärtämistä. Voimakkaat päivittäiset tähdenpurkaukset ovat osa eksoottista maailmaa, ja Maan elonkirjo ei ole koskaan joutunut sopeutumaan niiden mukanaan tuomiin ongelmiin. On tietenkin mahdollista, että Proxima b:n elonkirjo ei sekään koskaan sopeutunut planeetan säteily-ympäristöön, vaan planeetan kaasukehä ja meret, jos niitä koskaan oli, haihtuivat avaruuteen jo vuosimiljardeja sitten jättäen jälkeensä karrelle palaneen, kuolleen maailman. Sellaisen kehityskulun varmistuminen olisi kuitenkin sekin mielenkiintoista ja auttaisi lisäämään ymmärrystämme niistä miljardeista planeetoista, joita esiintyy jo omassa avaruuden saarekkeessamme, Linnunradan galaksissa.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 