Webb näkee mistä planeetat on tehty
Kaukaisten eksoplaneettojen havaitsemista pidettiin likimain mahdottomana vielä runsaat kolme vuosikymmentä sitten. Mutta kun löytöjä sitten ryhdyttiin tekemään, ja niitä varten rakennettiin asialle omistettuja avaruuteen lähetettäviä robotisoituja observatorioita, kaikki muuttui yhdessä rysäyksessä. Tunnemme yli 5000 eksoplaneettaa kiertämässä läheisiä ja kaukaisia tähtiä omassa galaksissamme. Tiedämme, että niitä on aivan kaikkialla, jopa aivan lähimmissä tähtijärjestelmissä. Ja miljardit planeetat galaksissamme voivat olla elinkelpoisia — tiedämme sen, koska voimme jo arvioida eksoplaneettapopulaation yleisiä ominaisuuksia, muodostumista ja historiaa, sekä koostumusta. Koskaan ennen ei kuitenkaan ole ollut mahdollista selvittää yhtä tarkasti mistä ne on tehty kuin nyt.
James Webb -avaruusteleskooppi on osoittautunut juuri niin tarkaksi instrumentiksi kuin suunniteltua. Sen laukaisu onnistui suunnitellulla tavalla ja sen ensimmäiset tieteelliset havainnot ovat osoittautuneet yhtä merkittäviksi kuin ounasteltiinkin. Eksoplaneettatutkimuksen kannalta merkittävintä on kuitenkin teleskoopin spektrografi, joka rekisteröi useita eri infrapunasäteilyn aallonpituuskaistoja samanaikaisesti havaitessaan tähtiä. Se auttaa havaitsemaan eksoplaneettojen kaasukehien koostumuksia nerokkaalla tavalla, jota kutsutaan transmissiospektroskopiaksi (Kuvat 1 ja 2).
Ensin on tiedettävä milloin eksoplaneetta kulkee radallaan tähtensä editse. Sopivia eksoplaneeettoja tunnetaankin tuhansia mutta erityisesti ne, joiden kiertoradat ovat lyhyitä ja sijaitsevat lähellä tähteään ovat parhaita kandidaatteja spektroskooppisille havainnoille. Syy on yksinkertainen. Mitä nopeampi planeetan ratakierros on, sitä vähemmän aikaa on odotettava ennen seuraavaa ylikulkua, jotta voidaan tehdä havaintoja sen aikana. Eksoplaneetta WASP-39 b on mainio kohde, koska planeetta kiertää tähtensä vain noin neljässä päivässä. Kyseessä on aivan tavanomainen kuumaksi jupiteriksi kutsuttu eksoplaneetta, vaikka se onkin massaltaan vain noin 30% Jupiterista. Kuvassa 1. näkyvässä Webbin havaintosarjassa on yksi planeetan ylikulku, jonka aikana se himmentää tähden näennäistä kirkkautta taivaalla noin kahden prosentin verran. Merkittävää on kuitenkin se, että himmeneminen on erisuuruista eri aallonpituuksilla — planeetta näyttää siis hiukan suuremmalta tai pienemmältä, riippuen aallonpituusalueesta. Miten se voi olla mahdollista?
Planeetan näennäisen koon vaihtelun voi selittää vain se, että sillä on ympärillään kaasukehä, jonka läpi tähden säteily pääsee eri tavalla riippuen säteilyn aallonpituudesta. Asiaan vaikuttaa kaasukehän kemiallinen koostumus. Jokainen kaasukehän molekyyli voi virittyä korkeampaan viritystilaan, jos siihen osuu tietyn energian omaava fotoni. Eri aineiden herkkyys taas osuu erilaisille fotonien energioille ja siten aallonpituuksille. Silloin voimme katsoa ylikulun kokoa eri aallonpituuksilla ja päätellä mitä molekyylejä kaasukehä sisältää. Webbin havaintojen mukaan, planeetta WASP-39 b näyttää hiukan suuremmalta noin 4.2 – 4.6 mikrometrin aallonpituusvälillä (Kuva 2.), koska niillä aallonpituuksilla planeetan kaasukehän hiilidioksidi suodattaa säteilyä tehokkaasti (2). Voidaan siis todeta, että kaasukehässä on runsaasti hiilidioksidia — havainto on niin selvä, että jopa tutkijat, jotka eivät juuri ajattele minkään tieteellisen tiedon olevan lopullinen totuus, kertovat nyt löydön olevan täysin varma. Se kuitenkin kertoo vain Webbin havaintojen valtavasta tarkkuudesta sen tarkkaillessa jättiläisplaneettojen kaasukehiä. Jättiläisplaneetan paksun kaasukehän toteaminen hiilidioksidin täyttämäksi on nyt muuttunut rutiininomaiseksi, helpoksi havannoksi.
Yhdessä toisen jättiläisplaneetan WASP-96 b kaasukehästä havaintun vesihöyryn kanssa, Webb on nyt osoittanut täysin kiistatta kykenevänsä havaitsemaan mainiosti yksinkertaisia molekyylejä eksoplaneettojen kaasukehissä ennennäkemättömällä tarkkuudella. Siksi sen seuraavat havainnot ovat entistäkin kiinnostavampia. Webb kykenee tarkkuutensa ja valonkeräyskykynsä ansiosta mittaamaan myös pienempien kiviplaneettojen kaasukehien ominaisuuksia. Yksinkertaisten molekyylien, kuten hiilidioksidin, metaanin ja veden havaitseminen on ensimmäinen askel selvittäessämme niiden luonnetta elinkelpoisina planeettoina. Saamme pian selville onko lähimpien elinkelpoisella vyöhykkeellä tähtiään kiertävien kiviplaneettojen joukossa sellaisia, joiden kaasukehässä on vesihöyryä merkkinä niiden merellisestä luonteesta ja hiilidioksidia taikka metaania merkkinä aktiivisesta geologiasta ja tulivuorista.
Elämme yhtä merkittävimmistä tähtieteen ja astrobiologian aikakausista. Ensi kertaa ihmiskunnalla on konkreettisia mahdollisuuksia selvittää suorin havainnoin mistä toiset maapallot on tehty. Havainnot auttavat samalla arvioimaan voiko niiden olosuhteissa esiintyä elämää. Sen jälkeen voimmekin ryhtyä etsimään niiden kaasukehistä merkkejä elämästä, jos vain pääsemme yhteisymmärrykseen siitä, mitkä voitaisiin tulkita kiistattomina merkkeinä sellaisesta.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Eksoplaneettojen elämän täyttämät meret
Yksi eksoplaneettatutkimuksen kiinnostavimmista päämääristä on löytää esimerkkejä toisista elävistä planeetoista, tai ainakin planeetoista, joiden olosuhteissa elämän esiintyminen on mahdollista. Vaikka tunnemmekin jo monta kandidaattia elinkelpoisiksi planeetoiksi, emme ole onnistuneet selvittämään täyttyvätkö elinkelpoisuuden kriteerit niistä ainoankaan pinnalla. Voimme mainiosti arvioida ja jopa havaita suoraan planeettojen kokoja ja massoja, jotka antavat tietoa niiden keskitiheydestä ja koostumuksesta, sekä siitä, onko niillä kivinen pinta. Arvioimme rutiininomaisesti tähdestä planeetan pinnalle saapuvan säteilyn määrää ja siten planeetan laskennallista pintalämpötilaa. Voimme jopa huomioida kasvihuoneilmiön vaikutuksen ja mitata karkeasti jodenkin planeettojen kaasukehän koostumusta ja siten todellisia olosuhteita. Emme kuitenkaan saa juuri tietoa edes tärkeimmästä elinkelpoisuutta määrittävästä tekijästä: onko planeetan pinnalla nestemäistä vettä.
Veden olemassaolosta voi saada suoria havaintoja, jos on mahdollista havaita planeetan kaasukehän koostumusta transmissiospektroskopiaksi kutsutulla menetelmällä. Siinä tähden valo suodattuu sen editse kulkevan planeetan kaasukehän läpi tuottaen havaittavia muutoksia teleskooppeihimme saapuvaan valoon. Vesihöyry planeetan kaasukehässä voidaan siten havaita suoraa, joskin sen merkkien kaivaminen esiin havainnoista on jo itsessään matemaattisen datankäsittelyn taidonnäyte. Havainnoissa on kuitenkin jo onnistuttu ja esimerkiksi planeetan K2-18 b kaasukehässä on vesihöyrystä koostuvia muodostelmia — niitä kutsutaan meille tutummin pilviksi. Joidenkin planeettojen pintaa kuitenkin peittää jopa tuhansien kilometrien paksuinen valtameri ohuen, pelkistävän pääosin vedystä koostuvan kaasukehän alla. Niiden merissä voi olla runsaasti elämää, jota emme voi koskaan päästä tarkastelemaan lähemmin.
Omalla planeetallamme meret pysyvät nestemäisessä olomuodossaan, koska Auringon säteily ja ilmakehämme kaasujen tuottama kasvihuoneilmiö pitävät pinnan lämpötilan sopivana, jotta vesi pysyy nestemäisessä olomuodossaan. Koemme sääilmiöitä kuten sadetta sen eri muodoissaan, koska vesi voi höyrystyä planeettamme pinnalla tiivistyäkseen taas pisaroiksi ylempänä kaasukehässä, jossa lämpötila on alhaisempi. Lämpötilan lisäksi oleellisia ovat paine ja kaasukehän koostumus, joka Maassa on muuttanut muotoaan useaan otteeseen planeettamme historian aikana. Primitiivinen, pelkistävä ja vetypitoinen kaasukehä on ollut mennyttä jo neljä miljardia vuotta. Toisilla planeetoilla sellainen alkuperäinen kaasukehä voi olla paksumpi ja siksi paljon pitkäikäisempi.
Supermaapalloja, joiden pintaa peittää paksu vetypitoinen kaasukehä, on kutsuttu nimellä hyseaaninen planeetta. Ne ovat eksoplaneettojen luokka, jonka olemassaolo on vasta hiljattain selvinnyt uusien avaruusteleskooppien tekemien havaintojen myötä. Kiinnostavaa on, että niiden kaasukehä kykenee ylläpitämään alapuolellaan paksua nestemäisen veden merta, jopa olosuhteissa, joissa tähden säteily ei riitä lämmittämään tarpeeksi. Liian lähellä tähtiä primitiiviset kaasukehät katoavat ja korvautuvat Aurinkokunnastakin tutummilla hiilidioksidipitoisilla kaasukehillä, koska tähden säteilyenergia saa keveimmät vetyatomit karkaamaan avaruuteen jättäen jäljelle vain raskaammat molekyylit. Jos lisänä on sopivasti geotermistä lämpöä, hyseaanisten supermaapallojen meret voivat pysyä nestemäisessä muodossaan kymmenien vuosimiljarden ajan jopa kaukana tähtien lämmittävästä vaikutuksesta.
Arviot hyseaanisten supermaapallojen elinkelpoisuudesta perustuvat tietokonesimulaatioihin, joissa on tutkittu planeettojen fysiikkaa erilaisilla ominaisuuksilla (1). Koska emme voi vain havaita erilaisia planeettoja ja tutkia niiden koostumusta suurimmillakaan teleskoopeilla, jäävät tietokonesimulaatiot ainoaksi tavaksi koettaa ymmärtää eksoottisten planeettojen fysiikkaa. Tulokset ovat kuitenkin yllättäviä vain omassa rajoittuneessa kontekstissamme. Se, että Aurinkokunnassa ei ole ainuttakaan hyseaanista, primitiivisen kaasukehän omaavaa supermaapalloa, on ehkä vain sattumaa, eikä kerro mitään niiden yleisyydestä maailmankaikkeudessa. Ne vaikuttavat kuitenkin olevan jopa maankaltaisia planeettoja yleisempiä, joten vetykehien alla syvissä merissä esiintyvä elämä saattaa olla oman planeettamme matalien merien ja mantereiden täyttämää elämää yleisempää. Mielenkiintoista on sekin, että joidenkin hyseaanisten planeettojen meret ja siten elinkelpoisuus voivat säilyä jopa siinäkin tilanteessa, että ne sinkoutuvat tähtensä kiertoradalta avaruuteen tähtienvälisiksi planeetoiksi.
Kysymysmerkkejä kuitenkin riittää ja hyseaanisten supermaapallojen elinkelpoisuuteen vaikuttaa monta muutakin tekijää. Kriittistä on esimerkiksi se, kuinka paksu primitiivinen kaasukehä sattuu olemaan. Pisimpään nestemäistä vettä kykenevät ylläpitämään jopa kymmenen kertaa Maata massiivisemmat supermaapallot, joiden kaasukehä on massaltaan kymmenesosan Maapallon massasta. Sellaisen massiivisen vetykehän suojissa meret voivat periaatteessa virrata korkeassa paineessa vapaana jopa yli 50 miljardia vuotta. On silti selvää, että olosuhteet ovat silloin täysin poikkeavat siitä, mitä Maapallolla esiintyy ja emme tiedä voiko sellaisissa olosuhteissa esiintyä eläviä organismeja. Asiaa saattavat lähitulevaisuudessa valaista James Webb -avaruusteleskoopin havainnot hyseaanisista planeetoista.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Planetaariset rajat ja Fermin paradoksi
Olen kirjoittanut aiemmin siitä, miten ilmastokatastrofi ja siihen rinnastuvat kriisit saattavat olla merkittävä yksittäinen syy Fermin kuuluisaan paradoksiin. Enkä ole huomiossani ainoa, vaan sama hypoteesi on havaittu muidenkin asiaa ajatelleiden toimesta (1). Kyse on yksinkertaisesta havainnosta, jonka popularisoi Enrico Fermi, italialaissyntyinen yhdysvaltalaisastronomi. Fermi asetti sanoiksi sen yksinkertaisen tosiasian, että jos maailmankaikkeudessa on lukemattomia miljardeja tähtiä kuten Aurinko, ja jos niiden ympärillä on lukemattomia maankaltaisia planeettoja, joiden pinnoilla vääjäämättömien luonnonlakien toimesta syntyy eläviä organismeja, niin on vain ajan kysymys koska muillakin planeetoilla kehittyy älykkäitä monisoluisia organismeja, jotka rakentavat teknisiä sivilisaatioitaan. Silloin on järkevää kysyä miksemme näe niistä jälkeäkään, kun universumi on ollut olemassa jo 13.8 miljardia vuotta ja sivilisaatioilla on ollut aikaa kehittyä paljon kauemmin kuin omalla 4.5 miljardia vuotta vanhalla pallollamme. Mikä estää älykkäitä sivilisaatioita syntymästä, kukoistamasta tai kolonisoimasta koko galaksiamme?
Fermi ymmärsi, että teknologinen sivilisaatio, joka kehittää laitteet tekemään tähtienvälisestä matkailusta mahdollista ja haluaa lisää elintilaa levittäytyy kosmisiin aikaskaaloihin suhteutettuna erittäin nopeasti koko galaksiin, jolloin siitä tulisi näkyä merkkejä aivan kaikkialla. Maapallolla sellaisia merkkejä ei kuitenkaan ole — emme ole havainneet minkäänlaisia todistusaineistoa maanulkopuolisista teknisistä sivilisaatioista joidenkin eksentrikkojen aika-ajoin esittämistä väitteistä huolimatta. Edes minkäänlaisia radiosignaaleja ei ole havaittu kielimässä toisen teknisen sivilisaation olemassaolosta.
On siis oltava olemassa jonkinlainen ”suuri kosminen suodatin”, joka estää teknisiä sivilisaatioita saapumasta näkyviimme. Sellaista eivät kuitenkaan tarjoa fysiikan lait, joiden mukaan tähtienvälinen matkustaminen on aivan mainiosti sallittua ja teknologisesti saavutettavissa. Suodatinta ei myöskään ole löytynyt tähtitieteilijöiden havainnoista, jotka osoittavat maankaltaisten ja elämää ainakin periaatteessa ylläpitämään kykenevien planeettojen olevan maailmankaikkeudessa suorastaan erittäin yleisiä. Omassa galaksissamme on arviolta miljardeja sopivia planeettoja, joten sekä elinkelpoista tonttimaata että aikaa kyllä riittää mainiosti elämän ja sivilisaatioiden syntyyn ja kehitykseen.
Jonkinlainen suodatin saattaa aiheutua siitä, että monisoluisen elämän kehittyminen ainakin maapallolla näyttää olleen hidasta ja valtaosan eliniästään planeettamme biosfääri onkin koostunut yksisoluisista organismeista, jotka ovat aivan liian yksinkertaisia kyetäkseen abstraktiin ajatteluun, työkalujen laajamittaiseen käyttöön tai teknisen sivilisaation perustamiseen. Kun monisoluisuutta sitten kehittyi, evoluution säälimättömät lainalaisuudet ja peto-saalis -suhteiden monipuolistuminen johtivat nopeasti siihen, että eläinten oli otettava huomioon niin ympäristönsä kuin omankin toimintansa vaikutus siihen. Se johti lopulta tietoisuuteen ja älykkyytteen, kykyyn vaativaan ongelmanratkaisuun, työkalujen käyttöönottoon ja monipuoliseen teknologiaan, jota sivilisaatiomme menestyksekkäästi käyttää. Juuri teknologiassa saattaa kuitenkin piillä merkittävin kosminen suodatin, joka tekee havaitsemastamme Fermin paradoksista todellisuutta.
Kuvitellaan jollekin elinkelpoiselle planeetalle tekninen sivilisaatio, joka on onnistunut valjastamaan käyttöönsä modernin fysiikan mukanaan tuoman suunnattoman voiman ja sen avaamat teknologiset kyvyt. Mahdollisuutena on laajamittainen planeetan luonnollisten resurssien hyödyntäminen alkaen biosfäärin muista lajeista ja päätyen planeetan kivisen kuorikerroksen mineraaleihin ja metalleihin. Mitä tehokkaampaa teknologiaa niiden hyödyntämiseen käytetään, sitä nopeampaa niiden rajallisten varantojen hupeneminen on ja vastaan tulee resurssien loppumisesta aiheutuva pullonkaula. Vaikka kaikkialla ei ehkäpä tavoitellakaan ainaista kasvua, on samalla selvää, että ennen pitkää jokin teknologisen sivilisaation kulttuureista saattaa tavoitella kasvua, jolloin se vääjäämättä syrjäyttää muut kulttuurit tieltään muodostaen planeetalle monokulttuurin, joka tavoittelee aina vain uusien resurssien hyödyntämistä. Seuraukset ovat laajoja alkaen resurssien vääjäämätömästä lopusta ja liiallisesta ekosysteemien ja luonnon tuhosta ja päätyen massiivisiin ulkoisvaikutuksiin kuten esimerkiksi kaasukehän koostumuksen muutokseen, mikä voi johtaa jopa planeetan elinkelpoisuuden tuhoutumiseen. Omalla planeetallamme teollisuuden sivutuotteena ja ulkoisvaikutuksena tuotettujen kasvihuonekaasujen avulla aiheuttamamme imastokatastrofi on esimerkkinä sellaisesta tilanteesta.
Prosessi asettaa sivilisaatiolle karkeasti kaksi vaihtoehtoista tulevaisuutta. On mahdollista, että resurssien ylikulutuksen vaarat havaitaan ajoissa, ja kulutus suitsitaan kestävälle uralle samalla vaalien luonnon monimuotoisuutta ja stabiileja planetaarisia elinolosuhteita. Sivilisaatio, joka ajautuu kestävälle uralle sijoittaa ehkä avaruuden ihmeiden havainnointiin ja muuhun tieteelliseen tutkimukseen ja koettaa havaita muista tähtijärjestelmistä merkkejä toisista sivilisaatioista mutta se ei välttämättä ryhdy laajentamaan elinpiiriään ja kolonisoimaan läheisiä tähtijärjestelmiä. Miksi rajallisia resursseja niin valtavasti vaativaan projektiin kannattaisi ryhtyä, jos yhteiskuntamalli on jo kestävä ja oman planetaarisen elinpaikan resurssit uusiutuvat tasapainossa kulutuksen kanssa? Sivilisaatio saattaisi tehdä tutkimusta lähiaurinkokunnissa, lähettää robottiluotaimia tutkimaan niitä ja tehdä ehkäpä tähtienvälisiä lentoja itsekin mutta se tuskin laajenisi aggressiivisesti ja emme välttämättä havaitsisi merkkejä sellaisesta sivilisaatiosta lainkaan. Ennen kaikkea, sivilisaatio, joka kunnioittaa elämää omalla planeetallaan ja ymmärtää sen arvon eläen sen kanssa sopusoinnussa, osaisi luultavasti laajentaa samanlaisen kunnioituksen myös vieraille biosfääreille, jättäen ne elämään ja kehittymään rauhassa.
Toinen vaihtoehto on, että sivilisaatio ei kykene muuttamaan yhteiskuntiaan kestäviksi, jolloin sen kotiplaneetan elinkelpoisuus romahtaa ja sivilisaatiota uhkaa nopea loppu. Romahtaneen teknisen sivilisaation tuhkista ei välttämättä nouse uutta vastaavaa, koska kaikki helpot, uusiutumattomat tavat tuottaa energiaa on yksinkertaisesti jo kulutettu loppuun. Jos sivilisaatio tuhoutuu tai ei kykene nousemaan romahduksen jälkeen, emme voi havaita siitä koskaan merkkejä, mikä ratkaisee Fermin paradoksin. Vaihtoehtoisesti sivilisaatio oppii hallitsemaan tähtienvälisen kolonialismin ennen kotiplaneettansa elinkelpoisuuden romahtamista ja ryhtyy kolonisoimaan ja hyväksikäyttämään muidenkin tähtijärjestelmien planeettoja. Sellainen sivilisaatio leviäisi nopeassa tahdissa koko galaksiin, kuluttaen aina kohtaamiensa planeettojen resurssit ja siirtyen seuraavien kimppuun mutta koska mitään merkkejä ei ole havaittavissa, voimme pitää aggressiivisesti leviävää galaktista kolonialismia likimain olemattomana vaihtoehtona tekniselle sivilisaatiolle. Eikä se ole vain spekulaatiota. Tiedämme, että teknologia, joka mahdollistaa tähtienvälisen kolonialismin mahdollistaa huomattavasti aiemmin sivilisaation kotiplaneetan uusiutumattomien resurssien tuhoisan ylikulutuksen.
Implikaatiot omaan toimintaamme ovat enemmän kuin ilmeiset. Ihmiskunnallakin on vain kaksi vaihtoehtoa — joko muutamme yhteiskuntamme kestäväksi tai koemme romahduksen ja tuhon. Tiedämme, että ylikulutus varmsati loppuu, ja ehdimme vielä päättää haluammeko sen tapahtuvan hallitusti vai hallitsemattomasti. Teknologiamme ei todellakaan ole vielä sillä tasolla, että voisimme edes harkita muuttoa toiselle planeetalle. Emme osaa rakentaa toimivaa, elinkelpoista biosfääriä omalla planeetallamme turvallisissa ja miellyttävissä fysikaalis-kemiallisissa olosuhteissa, joten sellaisen vieminen avaruuteen tai jollekin vihamieliselle taivaankappaleelle kolonialismin mahdollistamiseksi on suorastaan mahdotonta. Venus on meille aivan liian kuuma painekattila. Marsin olosuhteet — säteily, alhainen paine, kylmyys, myrkyllinen kaasukehä — taas ovat ihmisille ja muille biosfäärimme organismeille tappavat. Ja matkustaminen edes lähimpään tähtijärjestelmään vaatisi ylisukupolvisen aluksen lähettämistä usean tuhannen vuoden matkalle vailla takeita sen perille pääsystä. Ihmiskunnan tapauksessa planeettaa B ei siis ole, eikä edes pienen kolonialistijoukon lähettäminen matkaan ole mahdollista.
Tilanteemme on siten galaksimme muiden elävien planeettojen suhteen suoranainen onnenpotku. Emme ole kolonisoimassa galaksia tai edes lähimpiä eksoplaneettakuntia. Emme ole viemässä kasvuhakuista kulutuskulttuuriamme muualle, koska voidaksemme saavuttaa kulttuuriviennin mahdollistavan teknologisen tason, meidän on ensin opittava elämään kestävästi planetaarisissa rajoissa. Ja jos sen opimme, on mahdollista, suorastaan todennäköistä, ettemme lähde valloittamaan ainuttakaan planeettaa toisissa tähtijärjestelmissä. Miksi lähtisimme minnekään, vaaralliselle matkalle vihamieliseen ympäristöön ja kauas sivilisaatiomme tarjoamasta sivistyksestä, jos kykenemme säilyttämään elämän edellytykset sekä valtaosan luonnosta ja tuottamaan jokaiselle ihmiselle kaiken tarvittavan omalla planeetallamme kunnes Aurinko muuttuu planeettamme elinkelpoisuudelle liian kuumaksi? Jos se on tulevaisuutemme, uskon, että tähtienvälinen matkailu muuttuu lopulta mahdolliseksi, mutta sitä motivoi korkeintaan loppumaton inhimillinen uteliaisuus ja tiedonjano. Olemme halunneet tutkia oman planeettamme jokaisen kolkan korkeimmista vuorten huipuista aina syvimpiin merenpohjan halkeamiin. Se kiinnostus saa meidät varmasti tutkimaan tarkemmin lähiavaruuden toisia maaailmoja, jos vain pysymme hengissä teknologisena sivilisaationa ja opimme kunnioittamaan planeettamme rajallisuutta.
Toivon todellakin, että opimme.
Lisää aiheesta
Lähteet
Nopeasti etenevä eksoplaneettojen tutkimus
Modernin tähtitieteen aikakautena tiede tapahtuu ajoittain kirjaimellisesti silmiemme alla. Se, minkä saamme selville tänään voi olla vanhentunutta tietoa jo heti huomenna. Se pätee erityisesti yhdellä tieteenalan nuorimmista haaroista, eksoplaneettatutkimuksessa — ajoittain uudet instrumentit päivittävät tieteellistä tietämystä uusilla, tarkemmilla havainnoillaan yhdessä rysäyksessä. James Webb -avaruusteleskooppi on parhaillaan mullistamassa tietomme maailmankaikkeuden varhaisista galakseista ja niiden synnystä, planeettojen ja planeettakuntien moninaisuudesta ja rakenteesta sekä monesta muusta tähtitieteen tutkimuskohteesta, josta voi saada tietoa infrapunasäteilyn aallonpituuksilla.
WASP-96 b on aivan tavanomainen kuuma jupiter. Kuten ensimmäinen löydetty auringonkaltaista tähteä kiertävä eksoplaneeta 51 Pegasi b, WASP-96 b on keveämpi kuin Jupiter mutta sen kaasukehä on kovassa kuumuudessa laajentunut ja planeetan halkaisija onkin Jupiterin halkaisijaa suurempi. Kyse on varsin tavallisesta kuumasta jupiterista, joita löytyy karkeasti joka sadannen auringonkaltaisen tähden kiertoradalta. Erityiseksi planeetan kuitenkin tekee se, että JWST suunnattiin sitä kohti aivan ensimmäisten kohteiden joukossa teleskoopin aloitettua tieteellisen työskentelynsä heinäkuun puolessa välissä. WASP-96 b kulkee tähtensä editse, joten sen kaasukehän havainnointi on mahdollista ennätyksellisen tarkasti James Webb -avarusteleskoopin spektrometrillä. Transmissiospektroskopialla voidaan siten tutkia planeetan kaasukehän koostumusta, vaikka se on peräti runsaan tuhannen valovuoden päässä meistä. JWST ei ole kuitenkaan ensimmäinen teleskooppi, jolla planeetan WASP-96 b koostumusta on koetettu selvittää.
Tyypilliseen tapaan, planeetan WASP-96 b ominaisuuksista oli tiedossa vain sen halkaisija ja massa, kun löytö raportoitiin vuonna 2014 (1). Tarjolla oli myös arvio planeetan laskennallisesta pintalämpötilasta perustuen tunnettuun tähden säteilyyn sen rataetäisyydellä mutta sen enempää tietoa on likimain mahdotonta saada tarkastelematta planeetan kemiallista koostumusta. Vuonna 2018 julkaistut spektroskooppiset havainnot tuottivatkin uutta tietoa. WASP-96 b:n taivaan havaittiin olevan niin kirkas, että natriumin absorptiospektrin viivat olivat havaittavissa mahdollistaen natriumin määrän mittaamisen planeetan kaasukehässä (2). Tyypillisesti kuumien jupiterien (tai saturnusten) kaasukehien yläosat ovat niin paksujen pilvien peitossa, että natriumin määrää on mahdotonta mitata, joten samalla saatiin vahvistus planeetan kaasukehän pilvettömyydestä. Kyseessä on siis kuuma jupiter, jolla aurinko paistaa aina.
Havainto natriumista sai vahvistuksen heinäkuun ensimmäisellä viikolla, kun natriumin merkit noin 0.60 mikrometrin aallonpituusalueella havaittiin toisellakin instrumentilla (3). Samalla sai vahvistuksensa planeetan pilvettömyys. Planeetan spektrissä (Kuva 1.) näkyy kuitenkin myös veden merkkejä — noin 1.15 ja 1.40 mikrometrin kohdalla planeetan näennäinen koko näyttää hiukan suuremmalta, koska kaasukehän vesimolekyylit suodattavat valoa voimakkaammin. Vain vajaata viikkoa myöhemmin julkaistiin ensimmäinen James Webb -avaruusteleskoopin havaitsema spektri. Sen mukaan vettä on tosiaan runsaasti planeetan kaasukehässä (Kuva 2.) mutta spektristä käy ilmi myös vesihöyryn muodostaman usvan ja pilvien olemassaolo. Planeetan taivas ei siten olekaan kirkas, vaan vesihöyry muodostaa pilviä myös sen taivaalla — niiden havainnointi vain ei ollut mahdollista ennen JWST:n huikeaa tarkkuutta.
Vettä on havaittu eksoplaneettojen kaasukehistä ennenkin. JWST kykeneen kuitenkin havaitsemaan veden merkkejä kaukaisten eksoplaneettojen kaasukehistä huomattavasti herkemmin kuin aiemmat olemassaolevat instrumentit ja se onnistui havainnossa jo ensimmäisellä yrityksellään. Voimme toistaiseksi vain arvailla mitä tuloksia saadaan, kun JWST suunnataan kaukaisten jättiläisplaneettojen sijaan havaitsemaan läheisiä kiviplaneettoja ja veden merkkejä niiden kaasukehistä. Arvailua ei kuitenkaan tarvitse jatkaa kauan, koska läheiset TRAPPIST-1 -järjestelmän kiviplaneetat ovat jo lähitulevaisuudessa teleskoopin havaintojen kohteena. Ehkäpä saamme jo tämän vuoden puolella selville jonkin järjestelmän planeetoista olevat vetinen, merten peittämä planeetta Maan tapaan. Se olisi valtava askel eteenpäin etsiessämme merkkejä elämästä toisten tähtien planeettakunnissa. Ja vaikka vettä ei havaittaisikaa kiviplaneettojen kaasukehistä, uutta tietoa saadaan lähitulevaisuudessa varmasti, koska eksoplaneettatutkimus on murrosvaiheessa ja etenee jatkossakin kiihtyvällä vauhdilla.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Hellier et al. 2014. Transiting hot Jupiters from WASP-South, Euler and TRAPPIST: WASP-95b to WASP-101b. MNRAS, 440, 1982.
- Nikolov et al. 2018. An absolute sodium abundance for a cloud-free ‘hot Saturn’ exoplanet. Nature, 557, 526.
- McGruder et al. 2022. ACCESS: Confirmation of a Clear Atmosphere for WASP-96b and a Comparison of Light Curve Detrending Techniques. The Astronomical Journal, accepted.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 