Maankaltainen planeetta tähden Gliese 12 järjestelmässä
Tiedejournalismi on parhaimmillaan sitä, että suuren yleisön tietoon saatetaan kiinnostavia uusia tutkimustuloksia, joilla on yhteiskunnallista merkitystä tai joista suuri määrä ihmisiä on kiinnostunut. Uudet planeettalöydöt ovat sinällään hyödyttömiä* yhteiskunnallisesti, koska emme voi koskaan muuttaa toiselle planeetalle oppimatta ensin huolehtimaan omamme pysymisestä elinkelpoisena, mutta ne herättävät tieteiskirjallisuuden pyörteissä marinoituneet mielet kuvittelemaan minkälaista elämä voisi uudessa maailmassa olla. Tutkijat julkaisevat tuloksensa ja kirjoittavat huolella niiden julkistamisen kylkiäisiksi tiedotteen, josta kaikki oleellinen käy ilmi. Ja sitten paikalle saapuvat sensaatiohakuiset mediat, jotka tekevät ylitulkintoja, ja revittelevät otsikoita sivuuttaen itse tieteen ja sen mitä tutkijat oikeastaan havaitsivatkaan.
Kun uutisartikkeli sanoo astronomien löytämän uuden eksoplaneetan olevan maankaltainen ja asuttava, tunnen lähinnä, miten puna leviää kasvoilleni myötähäpeän merkiksi. Tiedän jo tutkimustuloksesta mitään lukematta, että asuttavaa planeettaa ei todellakaan ole löydetty. Ihmiskunnalla ei ole käytössään ainuttakaan tähtitieteellistä instrumenttia, jolla jonkin maapalloa jollakin tavalla muistuttavan planeetan asuttavuuteen voitaisiin edes ottaa kantaa. Termi edustaa siis puhdasta fiktiota, ja sen käyttö tiedeuutisoinnissa on harhaanjohtavaa. Olemme yhteiskuntana monella tapaa median sensaatiohakuisuudelle alttiina kuin se pieni kyläyhteisö, jonka poika aina vain huusi sutta. Kun jonakin päivänä sitten saamme merkkejä todennetusti elävästä planeetasta, uskon monen lukijan vain sivuuttavan tiedon journalistien liioitteluna. Sama pätee tietenkin myös merkittävämpiin yhteiskunnallisiin asioihin.
Uusi planeettalöytö on joka tapauksessa kiinnostava, joten on syytä avata hiukan tarkemmin mitä oikein tiedämme eksoplaneetasta Gliese 12 b ja mitä emme.
Planeetan nimi antaa ensimmäiset tiedonmuruset. Gliese 12 tarkoittaa tähteä numero 12 Wilhelm Gliesen vuoden 1957 luettelossa, johon listattiin kaikkein lähimpiä tunnettuja tähtiä. Koska ylivoimainen valtaosa kaikista lähitähdistä on punaisia kääpiötähtiä, ja koska kirkkaammilla lähitähdillä on tyypillisesti parempiakin nimityksiä kuin vain luettelonumerot, on selvää, että Gliesen luettelonumeroa käytettäessä kyse on himmeästä lähiavaruuden tähdestä ja siksi likimain varmasti punaisesta spektriluokan M kääpiötähdestä. Gliese 12 tosiaankin on tyypillinen punainen kääpiötähti — se on massaltaan ja kooltaan noin neljänneksen Auringosta ja pintalämpötilaltaan viileä 3000 celsiusasteessa loistava plasmapallo. Vaikka lämpötila voi vaikuttaa korkealta, kyse on viileästä tähdestä verrattaessa Auringon 5500 °C lämpötilaan. Lämpötilaero tarkoittaa myös sitä, että Gliese 12 on kirkkaudeltaan vain vajaan prosentin verran Auringon kirkkaudesta.
Lämpötila ja kirkkaus sanelevat fysikaalisia reunaehtoja tähden Gliese 12 planeettakunnalle ja planeettojen ominaisuudet riippuvat monella tapaa juuri tähden ominaisuuksista. Tähtitieteilijät voivat laskea tähden kirkkauden avulla millä etäisyydellä sen säteily lämmittäisi planeetan pinnan nestemäisen veden esiintymisen mahdollistavalle lämpötilavälille 0-100 °C. Laskelmat ovat varsin suoraviivaisia ja perustuvat yksinkertaisiin termodynaamisiin periaatteisiin mustan kappaleen säteilijöistä. Käsitteellä tarkoitetaan kappaletta, joka on vakiolämpötilassa, ja vapauttaa lämpötilansa mukaisesti energiaa useilla eri aallonpituuksilla. Mitä viileämpi kappale on kyseessä, sitä pidemmillä aallonpituuksilla valtaosa energiasta vapautuu. Esimerkiksi Aurinko vapauttaa eniten energiaansa keltaisena valona, kun taas viileämmät punaiset kääpiötähdet vapauttavat kokonaisuutena paljon vähemmän energiaa ja siitäkin suurimman osan mikroaaltosäteilynä, punaisen valon ollessa dominoiva säteilyn komponentti ihmissilmällä tarkasteltuna.
Tietäessämme tähden ominaisuudet, ja erityisesti sen mustan kappaleen lämpötilan, voimme laskea kuvitteellisen planeetan pinnalle eri etäisyyksillä saapuvan säteilyn määrän. Jos oletamme, että planeetta imee itseensä kaiken säteilyn, ja on myöskin mustan kappaleen säteilijänä tasapainotilassa, se säteilee kaiken saamansa säteilyenergian avaruuteen oman lämpötilansa edellyttämällä tavalla. Oletus mahdollistaa kuvitteellisen planeetan pintalämpötilan laskemisen yksinkertaisilla yhtälöillä. Silloin voimme periaatteessa arvioida minkä tahansa havaitsemamme eksoplaneetan pintalämpötilaa karkealla tavalla.
Todellisuus on kuitenkin oletuksia monimutkaisempi. Planeetat heijastavat aina osan niiden pintaan saapuvasta säteilystä, joten ne ovat viileämpiä kuin mustan kappaleen oletukset edellyttävät. Myös planeettojen kaasukehillä on vaikutuksensa. Pienetkin määrät kasvihuonekaasuja aiheuttavat kasvihuoneilmiön, joka nostaa planeetan pintalämpötilaa merkittävästi laskennallista suuremmaksi. Omalla planeetallamme on napajäätiköitä ja muita heijastavia pinnanmuodostumia, jotka saavat noin 30% kaikesta Auringon säteilemästä energiasta heijastumaan avaruuteen. Ilmakehä kuitenkin lämmittää merkittävällä tavalla, ja planeettamme keskilämpötila on mukavat 15 °C — planeettamme laskennallinen tasapainolämpötila on noin -18 °C. Vastaavasti, esimerkiksi Venuksen paksu, pääasiassa hiilidioksidista muodostunut kaasukehä nostaa pintalämpötilan yli 500 celsiusastetta laskennallista korkeammaksi. Planeetat myös pyörivät eri nopeuksilla, mikä tasoittaa tai kasvattaa niidenn pintojen lämpötilaeroja merkittävillä tavoilla.
Fysiikalla on seurauksensa myös eksoplaneetan Gliese 12 b olosuhteille. Sen laskennalliseksi pintalämpötilaksi on ilmoitettu 42 celsiusastetta, eli noin 60 astetta maan tasapainolämpötilaa enemmän. Silloin ohutkin kaasukehä tekisi helposti planeetasta täysin elinkelvottoman sen pinnan kuumuuden vuoksi. Oman lusikkansa soppaan tuo se tosiasia, että kiertäessään tähtensä vain noin kolmessatoista päivässä Gliese 12 b on lähes takuuvarmasti vuorovesilukkiutunut näyttämään aina toisen puoliskonsa tähteensä toisen ollessa ikuisesti pimeydessä. Silloin valoisa puoli on varmuudella liian kuuma elämän esiintymiselle ja elämän edellytykset koko planeetan pinnalla vaikuttavat heikoilta. Jos planeetalla on kaasukehä, se voi tasata lämpötilaeroja kuljettaen virtauksien avulla lämpöenergiaa valoisalta pimeälle puoliskolle. Planeetta on silloin ainaisten myrskytuulien kourissa, ja vaikka pimeän ja valoisan puoliskon väliin saattaisikin muodostua elinkelpoisten olosuhteiden vyöhyke, kuin rengasmainen elinkelpoinen alue, vaikuttaa jo laskennallinen lämpötila liian korkealta, jotta planeettaa voitaisiin kutsua elinkelpoisen vyöhykkeen planeetaksi.
Elinkelpoisuus arviotavana
Tarkemmat laskelmat eksoplaneettojen lämpötilaolosuhteiden selvittämiseksi vaativat taustalleen tietoa planeetan kaasukehästä. Gliese 12 b on vasta löydetty TESS ja CHEOPS-avaruusteleskooppien ylikulkuhavainnoista (1,2), ja sen kaasukehää ei ole voitu vielä tutkia. Jos kaasukehä on olemassa, sen ominaisuuksia saattaa olla mahdollista kartoittaa James Webb -avaruusteleskoopilla, jonka avulla on koetettu tutkia myös vastaavankaltaisia TRAPPIST-1 -järjestelmän sisäplaneettoja. Vaikka TRAPPIST-1 -järjestelmän sisimmät planeetat osoittautuivatkin kaasukehättömiksi kivenmurikoiksi, Gliese 12 b:n kaasukehästä ei voida sanoa mitään vailla havaintoja. Paljon voidaan kuitenkin sanoa jo perustuen siihen, mitä vastaavista planeetoista ja niiden fysiikasta tiedämme, sekä karkeisiin oletuksiin ja yksinkertaisilla kaasukehämalleilla tehtyihin laskelmiin.
Tarkemmat laskelmat elinkelpoisen vyöhykkeen sijainnista tähden Gliese 12 ympärillä paljastavat planeetan b olevan auttamatta vyöhykkeen sisäreunan sisäpuolella (Kuva 1.). Puerto Ricon yliopiston tutkijan Abel Mendezin ylläpitämään mahdollisten elinkelpoisten eksoplaneettojen luetteloon tuore löytö ei mahdu, koska se on liian lähellä tähteään. Planeetta ei ole optimistisen elinkelpoisen vyöhykkeen sisällä, ja se on todennäköisesti niin kuuma, että vesi höyrystyy sen olosuhteissa. On mahdollista, että planeetalla on venuksenkaltainen paksu kaasukehä, jonka massiivinen kasvihuoneilmiö ja paine tekevät planeetan pinnasta helvetillisen painekattilan.
Kuumuus on vain yksittäinen tekijä. Planeetan massaa ei ole onnistuttu määrittämään, joten sen koostumus on täysin hämärän peitossa. Vaikka todennäköinen koostumus on samankaltainen kuin Maalla tai Venuksella, on mahdollista, että planeetalla on massiivisempi ydin ja huomattavasti paksumpi kaasukehä kuin kummallakaan oman järjestelmämme sisarplaneetoista. Silloin se olisi jonkinlainen kuuma supermaapallo, jonka kaasukehän paineessa olosuhteet saattaisivat olla vielä Venustakin vihamielisemmät elämälle.
Gliese 12 b poikkeaa kuitenkin takuuvarmasti Maasta lämpötilajakautumaltaan. Sen valoisa puoli on kuuma ja pimeä puoli kylmä, ellei paksu, myrskyisä kaasukehä tasaa lämpötilaeroja tehokkaasti. On vaikeaa nähdä, että sellaisissa olosuhteissa esiintyisi elämälle suotuisia ympäristöjä. Lisäksi, planeetan keskilämpötilan ollessa luultavasti lähellä veden kiehumispistettä tai sen tuolla puolen, riippuen kaasukehän paksuudesta, sen pinnalla on hankala odottaa olevan elämälle soveltuvia olosuhteita edes pimeällä, viileämmällä puolella.
Gliese 12 b:n kaltaiset planeetat eivät ole erityisen harvinaisia, vaan ne edustavat jopa yhtä yleisimmistä planeettatyypeistä Auringon lähinaapurustossa. Lähintä tähteä Proxima Centauri kiertävä nimellä Proxima b tunnettu kappale on likimain vastaavankaltainen, joskin viileämpi kuin Gliese 12 b, mikä tekee sen mahdollisuuksista olla elinkelpoinen paremmat. Tähtitieteilijät eivät kuitenkaan ole innostuneet turhaan. Gliese 12 b on erityisasemassa siksi, että siitä on kyetty tekemään havaintoja ylikulkumenetelmällä. Ylikulut ja niiden havaitseminen eri aallonpituuskaistoilla ovat oleellisessa asemassa, kun planettojen koostumuksia koetetaan arvioida James Webb -avaruusteleskoopin avulla.
Läheisyytensä vuoksi Gliese 12 b on siinä harvalukuisten planeettojen joukossa, jotka ovat kooltaan maankaltaisia ja joiden ylikulut ovat havaittavissa oman planeettamme suunnasta riittävällä tarkkuudella kaasukehän koostumuksen määrittämiseksi. Tulevat havainnot eivät siksi paljasta vain uuden planeettatuttavuuden ominaisuuksia, vaan ne antavat yleisempää tietoa siitä, minkälaisia kaasukehiä vastaavilla pienten punaisten kääpiötähtien planeetoilla voi olla. Se taas auttaa arvioimaan kuinka yleisiä elinkelpoiset planeetat ovat vastaavissa järjestelmissä galaksissamme ja koko maailmankaikkeudessa.
* Uudet planeettalöydöt eivät tietenkään ole yhteiskunnallisesti täysin hyödyttömiä koskaan. Ne inspiroivat valtavan määrän nuoria luonnontieteiden pariin, jättävät jälkensä tietoihimme maailmankaikkeudesta, vaikuttavat kulttuuriin ja taiteeseen ja niiden etsintä johtaa vääjäämättä teknologisiin innovaatioihin. On silti toki mahdollista, että ihmiskunta ei hyödy yksittäisestä eksoplaneetasta mitenkään.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Dholakia et al. 2024. Gliese 12 b, a temperate Earth-sized planet at 12 parsecs discovered with TESS and CHEOPS. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 531, 1276.
- Kuzuhara et al. 2024. Gliese 12 b: A Temperate Earth-sized Planet at 12 pc Ideal for Atmospheric Transmission Spectroscopy .The Astrophysical Journal, 967, L21.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 