Varjoista valoon
Eksoplaneettojen havaitsijoita on toisinaan kutsuttu varjojen etsijöiksi, koska havaintomenetelmistä menestyksekkäin, planeettojen ylikulkuja kartoittava menetelmä, perustuu ihan kirjaimellisesti planeettojen varjojen havaitsemiseen. Näiden varjojen metsästäjät ovatkin rakentaneet jopa etsintään erikoistuneita avaruusteleskooppeja ja rekisteröineet jo tuhansien planeettojen varjot, kun ne kulkevat radoillaan tähtiensä editse ja aiheuttavat tähdistä teleskooppeihimme tulevaan valoon jaksollista, hiuksenhienoa himmenemistä. Muutokset havatsemassamme valossa kertovat kuitenkin monenlaisista dynaamisista tähtitieteen kohteista paljon asioita. Jos kohteessa tapahtuu muutoksia, sen ominaisuuksia voi koettaa havaita, jos muutokset vaikuttavat jollakin tavalla kohteiden säteilemään energiaan.
Tähtitieteilijät osaavat tutkia monenlaisia dynaamisia järjestelmiä perustuen muutoksiin havaittavassa kohteessa. Voimme havaita planeettoja kiertämässä tähtiä mutta myös tähtiä kiertämässä toisiaan moninkertaisissa järjestelmissä. Voimme havaita asteroidien pyörimisen ja komeettojen purkaukset tai jopa kaukaisten mustien aukkojen liikkeen niitä ympäröivien kertymäkiekkojen läpi. Muutosten havaitsemisen ei tarvitse olla rajoittunutta sähkömagneettisen säteilyn tarkkailuun, vaan voimme havaita neutriinoita, jotka kertovat kaukaisten galaksiytimien purkauksista tai jopa gravitaatioaaltoja, joilla tutkitaan mustien aukkojen törmäyksiä. Kaiken taustalla on kuitenkin muutoksen havaitseminen. Eksoplaneettojen tutkimuksessa niiden rataliike on ehkäpä selkein muutosta aiheuttava tekijä. Toisinaan se kuitenkin tuottaa odottamattomia havaintomahdollisuuksia.
Vuonna 2017 saatiin todistusaineistoa toisenlaisesta varjosta liittyen eksoplaneettoihin. Kun tutkijat havaitsivat Hubble-avaruusteleskoopilla läheisen nuoren tähden TW Hydrae ympäristöä, he onnistuivat saamaan tietoa tähteä ympäröivästä kaasu- ja pölykiekosta. Kuten moni muukin nuori tähti, myös TW Hydrae on kaasusta ja pölystä koostuvan kiekon ympäröimä. Sellaiset kiekot muodostuvat jokaisen syntyvän tähden ympärille, ja niiden aineksesta muodostuvat planeetat tähtien kertoradoille. Infrapuna-alueen instrumenteilla on voitu havaita rengasmaisia, tummia alueita sellaisten kiekkojen rakenteessa. Ne paljastavat radat, joilta syntynyt jättiläisplaneetta on siivonnut kaasun ja pölyn pois vetovoimansa avulla. TW Hydraen tapauksessa rengasrakenteiden lisäksi huomio kuitenkin kiinnittyi kiekon poikkeavaan kirkkauteen eri puolilla tähteä.
Tähtiä ympäröivien kiekkojen kirkkausjakaumassa ei tavallisesti havaita muutoksia eri suunnissa, vaan ainoastaan eri etäisyyksillä. Koska aines on sitä harvempaa mitä kauemmas tähdestä mennään, kiekkojen kirkkaus heikkenee suhteessa etäisyyteen tähdestä. Poikkeuksen tähän yleiseen sääntöön muodostavat kuitenkin rengasmaiset aukkokohdat, jotka kertovat planeetoista mutta toisinaan kiekkorakenteita on useampia tai ne ovat kokeneet muodonmuutoksia tähtikumppaneiden vetovoiman vuoksi. TW Hydrae on kuitenkin yksinäinen tähti, joten sen kiekkoon tähtikumppaneilla ei ole voinut olla vaikutusta. Vaikka kaukaisempien tähtikumppanien vaikutusta ei heti voitu sulkea pois, jo seuraavat havainnot paljastivat, ettei tähtien vaikutus voinut tulla kyseeseen. Kiekon kirkkausvaihtelut olivat siirtyneet hiukan, kuin joku olisi kääntänyt kiekkoa parikymmentä astetta.
Tähteä ympäröivä laaja kiekkomuodostelma ei tietenkään voi kiertyä karusellin tavoin, koska se ei ole kiinteä ja sen sisältämät pölyhiukkaset ja kaasumolekyylit vähät välittävät muilla rataetäisyyksillä olevasta materiasta. Ne tuntevat vain tähden vetovoiman liikkuessaan omilla radoillaan tähden ympäri, joten niiden liike on ennustettavissa Johannes Keplerin jo 1600-luvun alussa keksimillä liikelaeilla. Samalla on selvää, että kiekon aines ei mitenkään voisi liikkua niillä valtavilla nopeuksilla, jotka ovat seurauksena kiekon ulko-osien noin parinkymmenen asteen pyörähdyksestä vain vuoden kuluessa. Oman järjestelmämme ulkoplaneetta Neptunus, jonka rataa vastaava etäisyys on likiman kuvan 1 kiekkojen keskellä olevan mustan ympyrän reunalla, kiertää radallaan vain vajaat kaksi astetta vuodessa, joten jos havaittu ilmiö aiheutuisi pyörimisestä, tähden massa ei millään riittäisi pitämään vinhaa vauhtia liikkuvaa materiaa radallaan. Silloin kiekko hajoaisi vain sadoissa vuosissa ja emme olisi voineet sitä koskaan edes havaita 8 miljoonaa vuotta vanhan tähden ympärillä. Erot valaistuksessa voisivat kuitenkin saada aikaiseksi havaitun efektin, jos vain kiekon sisäosissa olisi jotakin tähden kiertoradalla varjostamassa ulompia alueita.
Yksittäinen planeetta ei tietenkään voi langettaa valtavaa varjoa tähteä ympäröivään kiekkoon. Siihen ei riittäisi edes planeettaa itseään ympäröivä pienempi kiekko, jollaisista kuiden järjestelmät syntyvät kuin minikokoisina planeettakuntina. Vaihtoehdoksi jää erillinen sisempi kiekko, jota tähteä kiertävä jättiläisplaneetta vetää puoleensa. Vaadittava tilanne voi muodostua, jos sisempi ja ulompi kiekko ovat hiukan eri tasossa suhteessa toisiinsa. Tulkinta saa tukea ALMA-teleskoopin infrapuna-alueen havainnoista, joista käy ilmi sisempänä järjestelmässä oleva rengasmainen kiekon aukko jättiläisplaneetan radan merkkinä. Vaikka sisempää kiekkoa ei voida tutkia sen tarkemmin tähden läheisyyden tehdessä siitä likimain mahdotonta, on sen aikaansaama varjo ainoa tapa selittää ulomman kiekon vastapäivään liikkuvat kirkkausvaihtelut.
Planeettakunnat syntyvät tähtiä ympäröivistä kertymäkiekoista. Kasvettuaan massiivisiksi, planeetat ryhtyvät muokkaamaan kiekkoja, siivoten niihin materiasta vapaita renkaita kiertoratojensa merkiksi ja muuttamalla kiekkojen materiajakautumaa vetovoimallaan. Mutta TW Hydraen kertymäkiekon varjot paljastivat vielä muutakin (1). Vuoden 2021 Hubble-avaruusteleskkoopin havainnoissa järjestelmän kertymäkiekon ulko-osista paljastui toinenkin varjo, joka aiheutuu toisesta erillisestä järjestelmän sisäosien kiekkorakenteesta (Kuva 3.). Kokonaisuutena tähteä ympäröivä kertymäkiekko on siis jaoteltuna ainakin kolmeen osaan, joista sisimpiä ei edes voida nähdä, koska edes Hubble-avaruusteleskoopin kapasiteetti ei riitä erottamaan sisempiä kiekkoja lähellä kirkasta tähteä. Jaottelun voivat kuitenkin aikaansaada vain tähteä kiertävät jättiläisplaneetat, joita on oltava ainakin kaksi uloimman kiekon sisäpuolella. Aiemmissa havainnoissa varjot vain olivat niin lähellä toisiaan, että niiden erottaminen kahdeksi erilliseksi objektiksi oli mahdotonta. Planeettojen ratojen taas on oltava suunnilleen samalla etäisyydellä tähdestä kuin Jupiter on Auringosta, eli karkeasti 800 miljoonan kilometrin etäisyydellä vastaten noin viittä Maan rataetäisyyttä Auringosta.
Olemme vasta saavuttaneet tähtitieteellisen havaintoinstrumenttien tason, jolla nuoria tähtiä ympärövien kiekkorakenteiden havaitseminen ja tutkiminen on mahdollista. Se on samalla tehnyt mahdolliseksi kartoittaa nuorten lähitähtien planeettakuntia jo niiden muodostumisvaiheessa, vaikka emme edes voi havaita planeettoja suoraan kuin vain yksittäisissä erikoistapauksissa, joissa planeetat ovat riittävän kirkkaita ja riittävän kaukana tähdestään, jotta niiden suora valokuvaaminen onnistuu. Kiekkojen rakenteet kuitenkin paljastavat niiden olevan planeettojen vetovoimavaikutukselle alttiita dynaamisia rakenteita, joista voi löytää merkkejä planeetoista tarkkailemalla kaasun ja pölyn jakautumista eri radoille. Uusimmat löydöt osoittavat, että planeetat voivat paljastaa olemassaolonsa myös vaikuttamalla kiekon ulko-osien valaistukseen vetovoimansa välityksellä. Se tuo planeetatkin kuvainnollisista varjoista valoon, vaikka emme voikaan havaita niitä suoraan.
Lisää valaistusta TW Hydraen planeettakuntaan saadaan varmasti, kun tähtitieteilijät suuntaavat uusimman instrumenttinsa, James Webb -avaruusteleskoopin sitä kohti.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Ilmastokatastrofin ekonomia
Yksi suurimpia kohtaamiamme globaaleja kriisejä on fossiilisten polttoaineiden ja metsien hakkuiden aiheuttama hiilen vapautuminen planeettamme ilmakehään hiilidioksidina, voimakkaana kasvihuonekaasuna. Kriisin seuraukset ovat olleet tiedossa jo vuosikymmenten ajan, mutta jatkamme ainutkertaisen ilmakehämme kyllästämistä kasvihuonekaasuilla kuin huomista ei olisi. Seurauksista tunnetuin on planeetan keskilämpötilan nousu, ja siksi puhutaankin yleisesti ilmaston lämpenemisestä. Vaikutukset ovat kuitenkin monenlaisia.
Keskilämpötilan hiuksenhieno parin asteen nousu ei tarkoita sitä, että kaikkialla olisi tasaisesti pari astetta lämpimämpää, mikä ei tosiaan kuulostaisi kovinkaan katastrofaaliselta tilanteelta. Seurauksena on ilmastovyöhykkeiden siirtyminen kohti napa-alueita — alkuun voimme iloita vaikka siitä, että viininviljely muuttuu helpommaksi Pohjolassa, jos unohdamme, että samalla kääntöpiirien aavikot siirtyvät pohjoisemmaksi. Saharan autiomaan olosuhteet uhkaavat jo levitä Välimeren yli Espanjaan, Ranskaan ja Italiaan, joissa viljelijöille tilanne on paikoin katastrofaalinen. Poikkeuksellinen kuivuus on parhaillaan tekemässä tuhojaan Etelä-Euroopan viljelysmailla, millä on takuuvarmasti seurauksensa globaaleilla markkinoilla. Yksi merkitsevästi muutuva tekijä on sademäärä. Vaikka keskimääräistä lämpimämpään ilmaan sitoutuu enemmän meristä haihtunutta vesihöyryä, sateiden jakautumisen muutokset muuttuneessa ilmastossa tarkoittavat monilla alueilla vakavia kuivuuksia. Itä-Afrikka on juuri nyt tappavan kuivuuden kourissa mutta vastaavia kuivuusjaksoja nähdään jatkossa yhä useammin sivilisaatiomme vilja-aittoina toimivilla Yhdysvaltojen, Kiinan, Intian ja Itä-Euroopan alueilla. Se alleviivaa varoituksia, joiden mukaan ilmastokatastrofi on ensisijaisesti ruokaturvakriisi. Ilmakehän kosteuskin kyllä sataa lopulta alas, mutta silloin aiheutuu useammin tuhotulvia, jotka ovat voimakkaampia kuin tähän asti näkemämme.
Monet näennäisen pienet muutokset, kuten merenpinnan nousu, merten happamoituminen hiilidioksidin liuetessa siihen, sekä kuivuuden aiheuttamat maastopalot saavat aikaiseksi tuhoa merkittävästi enemmän kuin ennen. Vakavinta on kuitenkin lämpötilan ja kosteuden nousu märkälämpötilan tasolle, jossa ihmiselämä muuttuu mahdottomaksi. Jos ilmankosteus on niin korkealla, että vesi ei voi haihtua iholta tehden ihmisen luontaisen jäähdytysmekanismin toiminnan mahdottomaksi, jo tyypillinen trooppinen 35 celciusasteen lämpötila on ihmisille tappava. Arvioiden mukaan suuret alueet planeettamme tropiikkia Lähi-idässä, Etelä-Aasiassa ja Afrikassa kokevat tulevaisuudessa olosuhteita, joissa märkälämpötila saavutetaan. Se tarkoittaa kokonaisten valtioiden pyyhkiytymistä kartalta, koska jo yksittäinen päivä elinkelvottomissa olosuhteissa hävittää valtaosan väestöstä — puhumattakaan ravinnoksi käyttämistämme eläimistä.
Samaan aikaan poliitikot keskustelevat edelleen siitä onko meillä varaa ilmastokatastrofin hidastamisen edellyttämiin päästövähennyksiin. Kyse on tietenkin valheellisesta kehystyksestä — tilanteessa, jossa ilmastokatastrofia ei enää voi välttää, vain lieventää, kyse on siitä, minkä poliittisen valinnan seuraukset aiheuttavat vähiten inhimillistä kärsimystä, ekologista tuhoa ja kustannuksia. Vaikka tutkijoiden näkemys on yksimielisesti se, että kaikkien ilmastotoimien toteuttaminen mahdollisimman nopeasti on sekä humaanein että taloudellisestikin paras ratkaisu, poliitikot viivyttelevät. Yksi tekijä viivyttelyssä on joidenkin poliitikkojen korviin kuiskivien ekonomistien viesti, jonka mukaan ilmastokatastrofin vaikutukset olisivat matalia: vain 0.29% bruttokansantuotteesta vuosisadan loppuun mennessä, jos ilmaston lämpeneminen pidetään 1.5 celciusasteen rajoissa, tai 3.67% bruttokansantuotteesta, jos lämpeneminen saavuttaa 4.0 asteen rajapyykin (1). Poliitikkojen luonnollinen reaktio tieteestä verrattaen vähän ymmärtävinä on se, että jo läpikäymämme Covid-19 pandemian vaikutus bruttokansantuotteeseen oli hetkellisesti suurempi, joten miksi olisimme huolissamme parin prosentin talousvaikutuksista? Oikea vastaus on tietenkin, että ekonomistit eivät osaa kunnolla huomioida systeemisiä muutoksia, keikahduspisteitä, tai eksponentiaalisia vaikutuksia, vaan pahimmillaan vain ekstrapoloivat perustuen tilanteeseen, jossa ilmastokatastrofia ei ole. Eikä satojen miljoonien ihmisten kuolema elinkelvottomissa olosuhteissa näy ekonomistien laskelmissa.
Itä-Anglian yliopiston Rachel Warrenin tutkimus (1) ilmastokatastrofin kustannuksista on valikoitunut esimerkiksi lähinnä sattumalta. Se ei ehkä ole edustava, mutta se kuvastaa sitä ajatusmaailmaa, josta käsin ilmastokatastrofin taloudellisia vaikutuksia on pitkään koetettu arvioida. Omista fyysikon, matemaattisen mallintajan, ja hiilenkierron ilmastovaikutuksistakin julkaisseen tutkijan nähtökohdista katsottuna, artikkeli on suorastaan hämmentävä perusteettomien oletusten kavalkadi. Artikkelissa lähdetään liikkeelle siitä, miten merenpinnan nousun taloudelliset vahingot mallinnetaan polynomisella yhtälöllä. Samoin mallinnetaan läpötilan nousun aiheuttamia vahinkoja. Miten mallien parametrit on sitten saatu arvioitua? Tietenkin etsimällä korrelaatioita taloudellisen aktiviteetin ja lämpötilan välillä jättäen huomiotta kaikki sosioekonomiset tekijät, kuten kolonialismin perua oleva maiden jako rikkaaseen globaaliin pohjoiseen ja köyhään etelään. Maailmanlaajuisen kaupankäynnin ollessa normi, maat ja alueet lisäksi käyvät kauppaa keskenään, joten mahdollisuudet saada hyödykkeitä ilmasto-olosuhteissa, joissa niiden tuotanto on mahdotonta, ovat varsin hyvät. Se ei kuitenkaan ole ekstrapoloitavissa tulevaisuuteen, koska tulevaisuudessa emme voi käydä kauppaa menneiden aikojen suotuisammissa ilmasto-olosuhteissa asuvien kanssa.
Lisäksi, ilmasto-olosuhteet vaikuttavat korostetusti veden saatavuuteen ja ruoantuotannon toimivuuteen. Ne muodostavat varsin marginaalisen osan globaalia taloutta, mutta niiden rajut muutokset vaikuttavat kokoaan merkitsevämmin. Ihmisen taloudellinen aktiviteetti riippuu kriittisesti ravinnosta, joten polynomisten mallien käyttäminen arvioimaan katastrofaalista tilannetta, jota emme ole kokeneet, on suorastaan häkellyttävän naivia. Kirjoittajat mainitsevat ilmastokatastrofin suorina taloudellisina kustannuksina maatalouden tuotannon pienenemisen lisäksi ilmastointilaitteiden tuomat lisäkustannukset. On jokseenkin hankalaa hahmottaa miten ihmisasumusten pitäminen viileinä olisi minkäänlainen asia sen tilanteen rinnalla, että huvenneet jäätiköt vievät mukanaan juoma- ja kasteluveden; kuivuudet, lämpöaallot ja maastopalot hävittävät maatalouden tuotannon; ja happamoituneiden merten ravintoketjut romahtavat hävittäen kalansaaliit. Voimme varmasti pitää tuotantoeläintemme tilat viileinä halvan uusiutuvan energian avulla mutta missä tuotamme niiden ravinnon, kun muuttunut ilmasto estää rehun tuotannon laajoilla, aavikoituvilla maa-alueilla?
Artikkelissa mainitaan sekundääriset vaikutukset, jotka eivät suoraan vaikuta bruttokansantuotteeseen, jota käytetään taloudellisten vahinkojen mittarina. On kuitenkin vaikeaa ottaa vakavasti ihmisten terveysongelmien pitämistä sekundäärisenä talouteen vaikuttavana asiana, kun muistaa vaikkapa märkälämpötilan ylitysten vievän mukanaan niin väestön kuin koko alueen taloudenkin. Miljardeille ihmisille ilmastoiduista sisätiloista puhuminen ei ole millään tavalla realistista, ja heistä valtaosa asuu juuri pahimmassa vaarassa olevilla alueilla.
Seuraava omituinen oletus liitty siihen, että merenpinnan nousun aiheuttama tuho kasvaa hitaammin kuin lineaarisesti, koska valtaosa ihmisistä asuu alavimmilla maa-alueilla. Oletukset siitä, että ihmiset vain muuttaisivat muualle ja kaikki jatkuisi kuten ennenkin ovat suorastaan häkellyttävän naiveja. Sodat, konfliktit ja kilpailu häviävistä resursseista tuskin aiheuttaisi vähenevissä määrin tuhoa merenpinnan noustessa ja kokonaisten valtioiden jäädessä suolaisen veden valtaan. Kun lisäksi maanviljelysmaastakin valtaosa on alavimmilla alueilla, on vaikeaa nähdä miten merenpinnan nousun vaikutukset eivät kasvaisi suuruudeltaan nopeasti yhä uusien alueiden muuttuessa asumis- ja viljelykelvottomiksi. Esimerkiksi Bangladeshissa puolen metrin merenpinnan nousu pyyhkii pois jopa 40% viljelyskelpoisesta maasta. Ihmiset eivät kuitenkaan jäisi nääntymään nälkään, vaan heillä on taipumuksena ryhtyä toimiin elinolosuhteidensa parantamiseksi. Sotia on historiassamme aloitettu huomattavasti vähäpätöisempien asioiden vuoksi, ja modernin aseistuksemme voiman kasvaessa jatkuvasti, niiden potentiaalinen tuhoisuuskin on jatkuvassa nousussa.
Artikkelin hämmentävin virke kuuluu kuitenkin seuraavasti: ”jotkin [taloudelliset] aktiviteetit, kuten koulutus ja tietokonepelit ovat selvästi vähemmän haavoittuvaisia ilmastonmuutokselle kuin toiset, kuten maatalous.” On vaikeaa nähdä mitä kirjoittajat ajattelevat. Kun maatalouden tuotanto romahtaa kuivuuden vuoksi, ja ruoan hinta nousee globaaleilla markkinoilla taivaisiin kysynnän kasvun vaikutuksesta, sekä myös siksi, että kansallisvaltiot turvautuvat protektionismiin ja lopettavat tuotantonsa myynnin varmistaakseen oman ruokaturvansa, syntyy nälänhätiä ja valtioiden romahduksia. Alueilla, jotka kokevat vakavimmat vaikutukset, eivät ihmiset voi toimia edes henkensä pitimiksi ja taloudellinen aktiviteetti romahtaa. Ei kukaan käytä rahaa tietokonepeleihin, jos ei ole rahaa riittävään määrään ravintoa.
Mutta onko planeettamme niin laaja, että kokonaisuutena BKT putoaa vain muutaman prosentin vuosisadan loppuun mennessä, vaikka ilmastokatastrofin pahimmat skenaariot toteutuisivat ja joillakin alueilla tuhot olisivat mittavia? Ilmastotiede ei tue tällaista näkemystä. Jo merten happamoitumisen vaikutukset osuvat koko ihmiskuntaan, kuten osuvat kuivuuksienkin aiheuttamat ruoantuotannon ongelmat. Jäätiköt haihtuvat jo kautta planeetan, ja esimerkiksi Aasian suurten jokien virtaaman hiipuminen veisi leivän parilta miljardilta ihmiseltä — siis sikäli, kun heidän elinalueensa Pakistanista Etelä-Kiinaan edes pysyisivät märkälämpötilan turvallisella puolella. Epälineaariset muutokset voisivat iskeä nopeastikin, kun Aasian suuret ydinasevaltiot turvautuisivat epätoivossaan voimakeinoihin vedensaannin turvaamiseksi tai jos globaalia ruokaturvaa heilauttaisi poikkeuksellinen samanaikaisten katastrofien suma. Warrenin ja kumppaneiden artikkelissa toki arvioidaan tämän päivän BKT huomista arvokkaampana, kuten käytäntöihin kuuluu. He käyttävät 3% vuosittaista arvon alenemaa, kun kyse on kehittyneistä maista ja peräti 48% alenemaa kehittyville maille. On selvää, että ilmastokatastrofin taloudelliset vaikutukset näyttäytyvät lievinä, jos kehittyvien maiden huomioitu arvo laskee vain vuosikymmenessä jo promillen tuntumaan.
Warrenin tutkimus ei ole yksin. Etelä-Kalifornian yliopiston Matthew Kahn ryhmineen arvioi, että globaali lämpeneminen kutistaa planeettamme bruttokansantuotetta vuosisadan loppuun mennessä 7.22% (2). Se on toki suurempi lukema, mutta arvioon on päästy laskemalla korrelaatio menneiden lämpötilojen ja BKT-lukemien välillä, ja ekstrapoloimalla sitä vuosisadan loppuun huomioiden ennustettu ilmaston lämpeneminen. On täysin selvää, että tällaisella menetelmällä ei voida saada selville edes muutoksen suuruusluokkaa, koska emme voi ennustaa tulevan ilmaston vaikutuksia talouteen perustuen talouslukuihin menneessä ilmastossa. Kahn kuitenkin huomauttaa, että hänen saamansa karkeat tulokset osoittavat ilmastonmuutoksen vaikutusten oleva taloudellisesti vakavampia kuin poliitikkojen keskuudessa yleisesti ymmärretään. Poliitikoille ei tietenkään tuota vaikeuksia uskoa ilmastonmuutoksen olevan vaikutuksiltaan vähäistä, koska se on miellyttävä tieto, joka tarkoittaa, että syytä merkittäviin toimiin ei ole.
Poliittiseen päätöksentekoon kuuluu aivan oleellisena osana jatkuvat lobbareiden vaikutusyritykset, eikä yksikään päätöksiä tekevä ihminen voi olla sellaiselle immuuni. Kun nykyistä tuotantorakennetta, fossiilikapitalismia, edustavat lobbarit tulevat kertomaan poliitikoille kerta toisensa jälkeen, miten ilmastokatastrofia ei olekaan ja lämpenemisen aiheuttamat vahingot jäävät muutamiin BKT:n prosentteihin vuosisadassa, se saa poliitikot epäröimään kallina pitämiään toimia. Toimien hintaa taas arvioidaan aivan liian usein suhteessa siihen, että ilmastokatastrofia ei tapahdu, eikä siihen tulevaan vertailumaailmaan, jossa ilmastotoimia ei tehdä.
Tutkijat osaavat kuitenkin arvioida, minkälainen se aikajana on, jossa ilmastotoimia jatkuvasti vesitettiin ja jossa poliitikot kuuntelivat fossiilikapitalismin puolestapuhujia. Se on maailma, jossa koko teknologisen ihmissivilisaation olemassaolo on uhattuna (3). Ja koska sivilisaation romahdus on tosiasiallinen riski, on jokaisen hiukankaan järkevän riskianalyysin tulos se, että kaikki mahdolliset ilmastotoimet on toteutettava nopeassa aikataulussa. Se olisi kuitenkin myös taloudellisesti järkevin strategia. Sivilisaation romahdukseen meillä ei ole varaa.
Lähteet
- Warren et al. 2021. Global and regional aggregate damages associated with global warming of 1.5 to 4 °C above pre-industrial levels. Climatic Change, 168, 24.
- Kahn et al. 2021. Long-term macroeconomic effects of climate change: A cross-country analysis. Energy Economics, 104, 105624.
- Steel &DesRoches 2022. Climate change and the threat to civilization. The Proceedings of the National Academy of Sciences, 119, 42.
Elämän ja kuoleman metallit
Tähtitietelijöillä on erikoisia tapoja luokitella asioita. Muiden tieteenalojen edustajat kauhistelevat tyypillisesti tähtitieteilijöiden monenlaisia approksimaatioita ja arviointeja. Kosmologille piin likiarvoksi voi riittää aivan hyvin numero 3, koska silloinkin saadaan yhden desimaalin tarkkuus ja ainakin lopputuloksen suuruusluokka oikein. Mutta erityisesti kemistien parissa herättää hilpeyttä astronomien terminologia, jossa sanalla metalli vitataan kaikkiin alkuaineisin, jotka ovat heliumia raskaampia. Maailmankaikkeudessa on siis vain vetyä, heliumia ja metalleja. Rauta nyt on metalli mutta tähtitieteilijöille yleisiä metalleja ovat hiili, typpi, happi, ja monet muut alkuaineet olivat ne sitten metalleja kemiallisessa mielessä tai eivät. Ihmiset koostuvat siten vedystä ja suuresta määrästä metalleja, joten tähtitieteellisessä mielessä olemme kaikki suureksi osaksi metallia.
Kontekstissaan määrittely on tietenkin järkevä approksimaatio, koska vety ja helium ovat universumin yleisimmät alkuaineet, ja siksi kaikki tähdet koostuvat pääasiassa niistä. Vetyä on noin 73% kaikesta materiasta ja heliumiakin noin 25%. Loppu 2% on metalleja, joiden pitoisuutta esimerkiksi tähtien kaasukehissä on tyypillisesti mitattu spektroskooppisesti, eli havaitsemalla tähtien säteilyn voimakkuutta eri aallonpituuksilla. Eri alkuaineet jättävät spektriin oman ominaisen absorptio- ja emissioviivojen kokoelmansa, joten eri tähtien toisistaan poikkeavia metallipitoisuuksia onkin mitattu jo pitkään spektrien avulla. Yksinkertaisin mahdollinen mittari tähden koostumukselle on juuri metallipitoisuus, eli heliumia raskaampien alkuaineiden osuus tähden kaasukehässä. Vaikka tutkijat usein mittaavatki tarkemmin monen eri alkuaineen pitoisuuksia erikseen, on yleinen ”metallipitoisuus” hyvin käytännöllinen suure määrittämään vaikkapa sitä, kuinka paljon heliumia raskaampia aineita oli juuri sen tähtienvälisen aineksen joukossa, josta kyseinen tähti sai alkunsa.
Tähden metallipitoisuus voi kertoa myös väkivaltaisesta historiasta, koska planeettojen törmääminen tähteensä voi jättää jälkeensä tähden kaasukehän kohonneen metallipitoisuuden. Tyypillisesti tilanne on kuitenkin päinvastainen: metallipitoisemmasta aineksesta alkunsa saaneiden tähtien kiertoradoilla on enemmän planeettoja. Tilanne havaittiin jo varhaisten radiaalinopeushavaintojen myötä ja se on saanut vahvistuksensa Kepler-avaruusteleskoopin löytämien tuhansien planeettojen tilastollisen analyysin avulla. Metallipitoisuus vaikuttaa kuitenkin myös tähden itsensä käyttäytymiseen.
Oletetaan, että vertailemme laboratoriossamme kahta muutoin samanlaista tähteä mutta toinen on metallipitoisempi kuin toinen. Ne ovat massaltaan samanlaisia, ja siten kooltaan likimain identtisiä. Ne loistavat yhtä kirkkaasti näkyvän valon aallonpituuksilla ja näyttävät aivan samanlaisilta nopeasti tarkasteltuna. Silti ne poikkeavat toisistaan merkittävästi — suurempi metallipitoisuus saa toisen tähdistä säteilemään ultraviolettivaloa poikkeavalla tavalla (1). Emme tietenkään voi oikeasti asettaa tähtiä laboratorioon tutkiaksemme niitä kontrolloiduissa olosuhteissa mutta voimme suunnitella täsmälleen haluamiamme koejärjestelyitä mallintamalla tähtien käyttäytymistä yksityiskohtaisilla tietokonesimulaatioilla. Silloin tähtien ominaisuuksien vaikutusta kokonaisuuteen voidaan testata täsmälleen halutulla tavalla.
Voimme siis mennä laboratoriokokeessamme pidemmälle. Oletetaan, että kahta tähteämme kiertää molempia maankaltainen, elinkelpoinen planeetta. Planeetat ovat samanlaisia ja samanlaisella kiertoradalla, jotka sijoittuvat tähtien elinkelpoisten vyöhykkeiden sisäpuolelle. Planeettojen olosuhteissa onkin päässyt kehittymään eläviä organismeja, jotka ovat oppineet yhteyttämään ja sitomaan siten tähden säteilyenergiaa orgaanisten yhdisteiden rakenne-energiaksi. Elämä kukoistaa molemmilla planeetoilla, ja yhteyttäminen tuottaa kaasukehään happea, joka muodostaa sen yläosiin otsonikerroksena tunnetun ultraviolettisäteilyltä suojaavan kerroksen. Koko tapahtumaketju voi vaikuttaa epätodennäköiseltä mutta tiedämme sen tapahtuneen kertaalleen ainoalla tuntemallamme elävällä planeetalla. Muilla tähdillä oleelliseksi muuttujaksi muodostuu juuri tähden metallipitoisuus. Ollessaan suurempaa, se vähentään ultraviolettisäteilyä kokonaisuutena, mutta samalla myös otsonin muodostumisprosessi hidastuu. Se taas tekee metallipitoisempien tähtien planeetoista epätodennäköisempiä maailmoja maankaltaiselle, pintaa peittävälle biosfäärille.
Ultraviolettisäteilyn tyypillä on väliä. Sen pidemmät aallonpituudet kyllä tuhoavat otsonia osuessaan planeetan kaasukehään mutta lyhyemmät aallonpituudet rikkovatkin happimolekyylejä synnyttäen otsonia, kun syntyvät happiradikaalit reagoivat muiden happimolekyylien kanssa. Syntyy tasapainotilanne, jossa otsonikerroksen paksuus rippuu saapuvan ultraviolettisäteilyn aallonpituuksista. Jos tähden metallipitoisuus on matalampi, sen ultraviolettisäteilystä suurempi osa on lyhyiden aallonpituuksien säteilyä, jolloin otsonia pääsee muodostumaan runsaasti ja planeetan elämä saa suojan tappavaa ultraviolettisäteilyä vastaan. Korkeamman metallipitoisuuden tähteä kiertävä planeetta taas saa ohuemman otsonikerroksen ja sen pinnalla ultraviolettisäteily hajottaa tehokkaasti orgaaniset molekyylit steriloiden planeetan elottomaksi. Kaikki toki riippuu siitä, että kaasukehässä on vapaata yhteyttävien kasvien tuottamaa happea, mikä kuvastaa vain sitä, että osaamme spekuloida planeettojen elinkelpoisuudella lähinnä vain perustuen yhteen ainoaan esimerkkiin elollisesta planeetasta — omaamme.
Tähden metallipitoisuus kertoo kuitenkin muutakin. Koska planeetat muodostuvat korostetusti juuri tähtitieteellisistä metalleista, eli heliumia raskaammista alkuaineista, niiden syntyyn vaikuttaa se, kuinka paljon näitä metalleja oli saatavilla planeettojen alettua muodostumaan tähtensä kiertoradoille. Mitä enemmän metalleja oli, sitä herkemmin planeettoja muodostui ja sitä yleisemmiksi ne tulivat. Siksi kaikkein metallipitoisimmat tähdet synnyttävät kyllä herkemmin planeettoja kiertoradoillleen mutta eivät ehkä päästä niitä kehittämään pinnoilleen kompleksisia yhteyttämiseen perustuvia biosfäärejä.
Kultaisen keskitien periaate pätee luultavasti tässäkin asiassa. Jos tähden metallipitoisuus on keskimääräistä luokkaa, kuten omalla tähdellämme Auringolla, sen kiertoradalle syntyy kyllä planeettoja mutta vain maltillisesti ja niistä sisimmät jäävät herkemmin kooltaan pieniksi. Silloin niistä jokin tai jotkut saattavat osoittautua ominaisuuksiltaan juuri sellaisiksi, että elämä saa alkunsa elottomista geokemiallisista prosesseista ja valtaa planeetan kuoren. Kuten kaikkea muutakin, metallejakin tarvitaan siksi juuri sopivasti, jotta tuntemamme kaltainen elämä voi kukoistaa maailmankaikkeudessa.
Metalleja, kuten mitään materiaa, ei ole ollut aina. Maailmankaikkeudellamme on alku, ja sen ensimmäisinä hetkinä saivat alkunsa niin keveimmät alkuaineet vety ja helium kuin myös ripaus kolmanneksi keveintä alkuainetta litiumia. Kaikki raskaimmat alkuaineet syntyivät sitten myöhemmin tähtien ydinreaktioissa, kun keveämmät alkuaineet fuusioituvat raskaammiksi vapauttaen energiaa tähtien energianlähteenä. Osa siitä aineksesta, kuten esimerkiksi suurin osa kaikkea litiumia, hiiltä ja typpeä, vapautui tähtienväliseen avaruuteen uusien tähtisukupolvien rakennusmateriaaliksi kuolevien pienimassaisten tähtien puhallettua metallien kyllästämät ulko-osansa avaruuteen elinkaarensa lopussa. Valtaosa muista yleisemmistä alkuaineista puolestaan vapautui massiivisempien tähtien sisuksista supernovaräjähdysten myötä.
Planeettojen materiaali ja siten myös elämän tarvitsemat alkuaineet syntyivät siis kirjaimellisesti räjähtävien tähtien siroteltua ne pölynä avaruuteen. Samalla supernovaräjähdysten paineaallot saattoivat toimia sopivana häiriötekijänä, joka sai tähtienvälisen aineksen pilvet luhistumaan tähdiksi ja niiden joukoiksi. Supernovatkin siis kylvivät elämän edellytyksiä mutta saattoivat samalla myös riistää ne. Supernovaräjähdykset nimittäin tuottavat pitkiä intensiivisen röntgensäteilyn purkauksia, jotka kestäessään jopa vuosikymmeniä, saattavat steriloida tehokkaasti läheisissä tähtijärjestelmissä sijaitsevia elinkelpoisia planeettoja (2). Supernovienkin suhteen olemme siten samalla riippuvaisia niistä ja alttiina vaaralle niiden sattuessa liian lähelle. Pelkoon ei kuitenkaan ole aihetta, sillä lähelle Aurinkokuntaa sattuva supernovaräjähdys on äärimmäisen epätodennäköinen tapahtuma, jota tuskin sattuu ihmislajin ollessa olemassa.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 