vesi

Ennätystarkka kuva vettä hylkivistä pinnoista

La, 12/02/2017 - 18:18 By Toimitus
Mikroskoopin pisara-anturi perhosen (varjovelhosiipi, Troides aeacus) superhydrofobisella siivellä. Kuva: Matti Hokkanen / Aalto-yliopisto

Aalto-yliopiston tutkijoiden kehittämä mikroskopiatekniikka auttaa muun muassa itsepuhdistuvien pintojen kehittämisessä.

Kun vesi joutuu kosketuksiin superhydrofobisen eli erittäin vettähylkivän pinnan kanssa, se muodostaa pallomaisia pisaroita, jotka pyörivät helposti pois pinnalta.

Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet mullistavan Scanning Droplet Adhesion Microscopy (SDAM) -mittaustekniikan, jolla voidaan tutkia entistä tarkemmin superhydrofobisten materiaalien kastumisominaisuuksia eli sitä, miten neste leviää ja käyttäytyy tietyllä pinnalla. 

Uusi tekniikka on tuhat kertaa tarkempi kuin parhaat nykyiset kastumisominaisuuksien mittaamiseen käytetyt menetelmät. Nature Communications julkaisi juuri menetelmästä kertovan tutkimusartikkelin.

”Uuden mikroskooppimme ansiosta ymmärrämme paremmin, miten pinnan mikrorakenteet vaikuttavat kastumiseen", Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen professori Robin Ras selittää.

"Mittausinstrumentti pystyy havaitsemaan pintojen mikroskooppisia virheitä, jotka ilmenevät pieninä vaihteluina kastumisominaisuuksissa. Tämä on erittäin tärkeää itsepuhdistuvien sekä jäätymistä, huurtumista, korroosiota ja biologisen aineksen kertymistä estävien tuotteiden kehittämisessä, sillä niissä pienetkin viat voivat haitata koko pinnan toimintaa”, 

Erittäin herkkä SDAM-tekniikka on tuhat kertaa tarkempi kuin parhaat nykyiset kastumisominaisuuksien mittaamiseen käytetyt menetelmät. Ne pystyvät mittaamaan pisaroiden tarttumisvoimia mikronewtonin tarkkuudella, mikä ei riitä superhydrofobisten pintojen tutkimuksessa.

SDAM-tekniikalla pystytään myös mittaamaan pintojen mikroskooppisia ominaisuuksia ja epätasaisuuksia.

”Selvitimme pinnan vedenhylkivyyttä vesipisaroiden avulla niin, että mittasimme erittäin pieniä, nanonewtonien suuruisia, voimia pisaran koskettaessa pintaa ja irrotessa siltä. Teimme mittauksia näytepinnoilla millimetrin sadasosan välein, ja pystyimme näin laatimaan pinnan vedenhylkivyydestä kaksiulotteisen kuvan – tavallaan kartan sen kastumisominaisuuksista”, kertoo Aalto-yliopiston professori Quan Zhou.

Tähän mennessä pintojen kastumisominaisuuksien tutkimisessa on käytetty kontaktikulman, eli vedenpinnan ja kiinteän pinnan kosketuskulman, mittaamista. Menetelmä on kuitenkin altis epätarkkuuksille erittäin vettähylkivillä pinnoilla.  

Uuden menetelmän etu on myös se, että toisin kuin kontaktikulman mittaaminen, se ei edellytä suoraa näköyhteyttä pisaran ja pinnan rajapinnalle, joten sillä voidaan mitata tekstiilien tai biologisten pintojen kaltaisia epätasaisia pintoja. SDAM-menetelmällä pystytään lisäksi tutkimaan pienten biosirujen, kemiallisten antureiden ja mikrosähkömekaanisten komponenttien ja järjestelmien mikroskooppisten toiminnallisten alueiden kastumista, mitä on vaikea tutkia perinteisillä menetelmillä.

Tutkimukseen osallistuivat tutkijat Ville LiimatainenMaja VuckovacVille JokinenVeikko SariolaMatti Hokkanen, Quan Zhou ja Robin Ras.

Jutun pohjana on Aalto-yliopiston tiedote.

Mars-mönkijä väistää virtaavaa vettä - uhkana mikrobit

To, 09/08/2016 - 11:00 By Jarmo Korteniemi

Nasan Curiosity-mönkijän eteen on ilmestynyt ehkä koko reissun suurin haaste: mikrobit. Ne voivat pakottaa muuttamaan laitteen kulkusuuntaa.

Nasan tuorein Mars-mönkijä Curiosity lähestyy hiljakseen rinnettä, jolta on yllättäen löydetty lukuisia tummia ja vuodenaikojen kierron myötä toistuvia juovia. Näiden uskotaan olevan virtaavan veden aiheuttamia.

Tyypilliset juovat ovat muutamia metrejä leveitä ja satoja metrejä pitkiä.

Rinnejuovia on löydetty alueelta lähes 60 kappaletta. Lähimpiin on vielä matkaa viitisen kilometriä, mutta suunniteltu reitti kulkisi niistä kahden kilometrin päästä. Ja silloin voidaan olla jo aivan liian lähellä.

Itse rinnejuovien tutkiminen olisi kiintoisaa. Kukaan ei tiedä, mitä aineita marsilaisessa vedessä todella on, tai edes sitä, ovatko ne syntyneet todella veden vai jokin aivan muun aineen tekemänä. Jos siellä on vettä, sieltä voisi erittäin hyvällä tuurilla löytää jopa marsilaisia pöpöjä. Epätodennäköistä, mutta asiaahan ei voi tietää ennen tutkimista. Ikävä kyllä juovien lähelle ei pääse, sillä ne sijaitsevat aivan liian jyrkillä rinteillä Curiositylle.

Mikä tärkeintä, mönkijä ei edes saisi mennä veden lähelle, vaikka voisikin. Syynä ovat mikrobit. Tämä on varsin ironista, sillä laitteen suurin tavoite on etsiä juuri merkkejä vedestä ja elämästä.

Haitallisia eivät kuitenkaan olisi marsilaiset pöpöt vaan laitteen itsensä kuljettamat mikrobit. Niitä on varmasti mukana, sillä Curiosityä ei ole puhdistettu riittävän hyvin. Marsilaiseen luontoon päästessään mönkijän kyytiläiset voisivat saastuttaa vastaan tulevat vesialueet. Pahinta on, että vahinko saattaisi tapahtua jopa useiden kilometrienkin päästä, mikäli tuulenpuuska sattuu tempaamaan pöpöjä oikeaan suuntaan.

Tutkijat pähkäilevätkin nyt, kuinka pitkään erilaiset mikrobit voisivat periaatteessa säilyä Marsissa hengissä , ja että pystyisikö alueella puhaltava tuuli kuljettamaan niitä tuona aikana kilometrejä. Jos todennäköisyys on liian suuri, Curiosity voidaan joutua kääntämään toiseen suuntaan.

Tuolloin tutkijoiden haaveet menisivät mönkään. Mönkijän on nimittäin tarkoitus mutkitella juuri näitä rinteitä ylös Aeolis Mons -vuorelle ja päästä siellä muinaisten ranta- ja pohjakerrostumien kimppuun. Tuoreet valumat voivat vesittää koko touhun. Vaihtoehtoista reittiä riittävän kaukana juovista ei ole.

Kuva: NASA / JPL
Curiosityn laskeutumispaikalta nähty Aeolis Mon -vuori (NASA/JPL-Caltech)

Rinnejuovat lienevät ajoittaisia kastumisjälkiä, jotka johtuvat hyvin suolaisen veden virtaamisesta. Johtavan oletuksen mukaan vesi on valtaosan ajasta jäänä rinteiden seinämissä, mutta sulaa ja aktivoituu vuoden lämpimimpinä päivinä. Vielä ei kuitenkaan ole täysin varmaa, ovatko jäljet täysin veden aikaansaamia. Joidenkin oletusten perusteella valumassa on vettä vain häviävän pieni osa, toisten mukaan täysin kuivatkin valumat voisivat aiheuttaa vastaavia juovia.

Rinnejuovia on löytynyt Marsista viime aikoina aina vain enemmän ja enemmän. Määrän kasvu johtuu paitsi aiempaa tarkemmista kuvista, myös samojen paikkojen toistuvasta kuvauksesta eri vuodenaikoina.

Curiosityn ongelma on aivan uusi – muilla laskeutujilla ei vastaavia ole ollut. Teoreettinen perinpohjainen perehtyminen rinnejuoviin sekä Maasta peräisin olevien mikrobien leviämiseen on kuitenkin hyödyksi tulevien Mars-lentojen kannalta.

Pienen auton kokoinen Curiosity on tutkinut Marsia tällä hetkellä neljän vuoden ja yhden kuukauden ajan. Sen ajama kokonaismatka lähentelee jo yhdeksää kilometriä.

Ironisesta ongelmasta kertoi tiedelehti Nature. Suomessa siitä uutisoi ensimmäisenä Tiedetuubi.

Video: tällainen levä taisi vallata olympia-altaan

Rion olympialaisten sukellusallas muutti omituisesti väriään: normaalisti sinertävä vesi oli muuttunut yön aikana vihreäksi. Järjestäjät eivät tienneet syytä, vaan vakuuttivat vain, ettei vesi ole haitallista urheilijoille. Todennäköisesti syynä tähän oli todennäköisesti levä.

Se, että ulkona olevan altaan väri muuttuu vihreäksi, ei ole mitenkään tavatonta. Syitä tällaiseen on useita, mutta yleisimmin kyseessä on nopea leväkukinta. 

Etenkin olympia-altaan kaltaisissa oloissa, kun tuulta ei ole ja veden lämpötila on varsin korkea (jopa 32°C), voi altaan vesi tulla happamaksi ja altaan puhtaana pitämisessä käytetyn kloorin teho heiketä nopeasti.

Silloin vedessä olevat pienet levät alkavat lisääntyä nopeasti ja saavat aikaan veden värin muuttumisen. Levää ei ole paljon, mutta se saa aikaan selvästi vihreän värin.

Etenkin eteläisemmillä leveysasteilla tavalliset ulkouima-altaat voivat kokea saman kohtalon, kuten tässä videossa. Ukkosen jälkeen vesi on seisonutta ja lämmintä, jolloin se on muuttunut hetkessä vihreäksi. 

Veteen lisätään natriumvetykarbonaattia, jolloin pH laskee ja vesi tulee "kovemmaksi", jolloin levä saa nopeasti kyytiä ja väri muuttuu normaaliksi. Aikaa tähän kuluu vain pari minuuttia (kuten video näyttää).

Väristä ja levästä tässä määrässä sinällään ei ole haittaa, mutta saattaa ärsyttää silmiä.

On aika todennäköistä, että brasilialaiset ovat parhaillaan väriongelman kimpussa, eikä vastaavaa enää kisoissa tule tapahtumaan...

Tutkimus: Grönlannin jäätikön pohja suurimmaksi osaksi sula

To, 08/04/2016 - 21:19 By Jarmo Korteniemi
Kuva: NASA Earth Observatory / Jesse Allen

Tuore kartta näyttää, mitkä osat Grönlannin jäätiköstä ovat jäätyneet pohjaan kiinni, ja missä jää liukuu vesikerroksen päällä.

Kartta Grönlannin jäätikön pohjan varmasta sulamisasteesta on valmistunut. Kyse on ensimmäisestä kerrasta, kun tällainen kartta on tehty. Aiemmat tiedot jäätikön pohjan tilasta ovat perustuneet vain muutamiin pohjalle asti porattuihin kairausnäytteisiin.

Tutkimuksessa käytettiin hyväksi useita suoria ja epäsuoria tietoja jään toiminnasta.

Visuaalisin tulos on oheinen kartta. Alueet, joilla kaikki mallit ovat samaa mieltä pohjan tilasta, on merkitty sinisellä ja punaisella. Ristiriitaiset seudut - noin kolmannes koko jäätiköstä - on jätetty harmaiksi. Tärkein havainto oli, että massiiviset jäävirrat Grönlannin koillis- ja lounaisosissa ovat lähes kokonaan sulapohjaisia.

Tutkimuksen pohjalla olivat kahdeksan erilaisen tietokonemallinnuksen ennusteet jäätikön pohjan lämpötilasta. Nämä yhdistettiin suoriin havaintoihin jään liikkeistä. Lentokoneesta tehty tutkaus läpäisee jään ja paljastaa, millä alueilla pohja sulaa erityisen nopeasti. Satelliittiaineistosta taas erottuu, kuinka vauhdikkaasti jään pintakerrokset liikkuvat – kuivapohjainen jäätikkö nimittäin ei voi liikkua läheskään yhtä nopeasti kuin liukkaalla pohjalla liukuva. Viimeisenä silauksena tutkimukseen liitettiin analyysi jään pinnanmuodoista: Paksunkin jäätikön alla olevat esteet ja etenkin jään nopea liike pakkaavat jäätä epätasaisiksi ja rosoisiksi muodostumiksi.

Tutkimus julkaistiin viime kuussa JGR - Earth Surface -tiedejulkaisussa.

Havainto ei missään nimessä tarkoita, että mannerjäätikkö olisi kartalla punaisella näkyviltä osiltaan nyt sulamassa, sillä sulavedet liittyvät aivan normaaliin jäätikön toimintaan. Kartta kertoo ennemminkin nopean ja hitaan jään alueista. Pidemmän päälle löytö auttaa tutkimaan ja ennustamaan, kuinka mittavia jäämääriä tulee missäkin sulamaan ja liikkumaan, sekä seuraamaan, kuinka tilanne muuttuu. Mitä nopeammin jää virtaa, sen vauhdikkaammin se myös reagoi lämpenevään ilmastoon.

Jäätiköt luokitellaan kylmäpohjaisiin ja lämminpohjaisiin. Yksittäisenkin jäätikön alueella voi olla kummankin tyypin alueita.

Lämminpohjaisissa jäätiköissä niiden alla vallitseva lämpötila ja paine mahdollistavat jään sulamisen, ja näin jäätikön ja maanpinnan väliin muodostuu vesikerros. Vesi liukastaa ja nopeuttaa jään liikkeitä, ja aiheuttaa samalla jään alla hyvin voimakasta maanpinnan muokkausta.

Pohjaa lämmittävät maasta huokuva lämpö sekä jääkerroksen aiheuttama paine. Myös jäätikön leveysaste vaikuttaa huomattavasti pohjankin lämpötilaan, eristävästä jääkerroksesta huolimatta.

Kylmäpohjaisten jäätiköiden pohjalla ei sulavettä ole. Ne ovat käytännössä jäätyneet kiinni maanpintaan, ja liikkuvat varsin hitaasti lähinnä jään sisäisten muodonmuutosten ansiosta. Tällaiset jäätiköt eivät myöskään aiheuta kovinkaan mittavaa eroosiota jään ja maan rajapinnassa.

Kaikki jäätiköt ovat aina ja kauttaaltaan alituisessa liikkeessä. Liike on paksun keskiosan alueella yleensä hyvin hidasta ja ohuiden reuna-alueiden tienoilla taas varsin nopeaa. Grönlannin jäätikkö on tästä oiva esimerkki: jäänjakaja-alueet ovat jäätyneet pohjaan kiinni ja reunaosat virtaavat vauhdilla ulospäin.

Grönlannista 80 prosenttia on mannerjään peitossa. Tuon maailman toiseksi suurimman jäätikön tilavuus on noin 2,85 miljoonaa kuutiokilometriä, minkä sulaminen nostaisi merenpintaa arviolta seitsemällä metrillä.

Grönlanti on Tanskalle kuuluva maailman suurin saari.

Tästäkin asiasta kertoi Suomessa ensimmäisenä Tiedetuubi. Artikkeli pohjautuu NASAn Jet Propulsion Laboratoryn tiedotteeseen sekä tutkimusartikkeliin (maksumuurin takana).

Kuvat: NASA Earth Observatory / Jesse Allen

Mars-kulkijan töyssyinen taival

To, 04/28/2016 - 08:04 By Markus Hotakainen
Naukluftin ylänköä

Curiosity otti 4. huhtikuuta ympäristöstään suuren määrän kuvia, joista koottiin 360 asteen panoraama. Kulkija oli tuolloin viettänyt Marsissa jo 1 302 sikäläistä vuorokautta.

Päivän kuvaPäivän kuvassa on osa laajakulmaotoksesta, jonka keskellä näkyy Naukluftin ylängölle tyypillistä hyvin epätasaista maastoa. Naukluft Plateau on Sharp-vuoren alarinteillä, joita Curiosity on kivunnut hitaasti yhä ylemmäs.

Maastoa peittävät eroosion kuluttamat hiekkakivikerrostumat. Alempana, Gale-kraatterin pohjalla, Curiosity vaelsi veteen kerrostuneen kiviaineksen muodostamassa maastossa, jonka vetisestä menneisyydestä kertoivat myös saviesiintymät.

Lähtiessään nousemaan kohti Naukluftin ylänköä Curiosity siirtyi alueelle, jota hallitsevat kuvassa näkyvät tuulen kasaamat hiekkakerrostumat. Näillä seuduin on aikoinaan ollut vähemmän vettä tai kerrostumat ovat muodostuneet kuivempana ajanjaksona.

Koko panoraamakuva löytyy täältä.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Metsä vesipisarassa

Ti, 04/19/2016 - 11:02 By Jari Mäkinen
Metsä näkyy vesipisrassa

Luonto on täynnä optiikkaa – etenkin kun sataa. Valon leikki vesipisaroissa paitsi saa aikaan sateenkaaria, niin myös muunlaisia ilmiöitä. Yksi näistä on päivän kuvassa.

Päivän kuvaKirkas sadevesi toimii kuin linssi, eli sen läpi katsottuna taustalla oleva maisena näkyy samaan tapaan kuin pienen linssin läpi katsottuna. Pisaran muoto tekee kuvasta vääristyneen, mutta periaatteessa kyse on samasta kuin paksun linssin läpi tutkisi maisemaa.

Linssin läpi katsottuna kuva on kuitenkin ylösalaisin, minkä vuoksi kuva on itse asiassa ylösalaisin. Harvoinpa pisarat muodostuvat oksaan sen yläpuolelle odottamaan putoamista.

Tällaisia kuvia on suhteellisen helppo ottaa metsässä, kun olosuhteet ovat sopivat. Tässä tapauksessa todennäköisesti kuva on otettu sadekuuron jälkeen Auringon paistaessa maisemaan taas kauniisti. Parhaat tulokset saadaan pitkäpolttovälisellä makro-objektiivilla, joka tekee kohteista tarpeeksi suuren, tarkan kuvan kennolle, mutta jättää taustan epätarkaksi.

Nestettä voidaan käyttää aivan oikeasti myös linssinä. Ranskalaiskeksijä, professori Bruno Berge on keksinyt tavan myös säätää tällaisten nestelinssien polttoväliä sähköisesti. Linsseissä on läpinäkyvää öljyä ja vettä sisäkkäin siten, että ohut öljykerros pitää veden sisällään ja muutaman milliwatin sähkövirran avulla on mahdollista hallita öljyä, joka puolestaan kaitsii vettä. Virran voimakkuutta muuttamalla voidaan muuttaa pintajännitystä ja siten linssin muotoa, ja edelleen linssin polttoväliä.

Berge väittää, että nestelinssit ovat mm. teollisuuskameroissa kestävämpiä kuin perinteiset, ja että tekniikkaa voisi käyttää jopa kännykkäkameralinsseissä, koska nestelinssi voisi toimia yksinkertaisena zoom-objektiivina kuluttaen hyvin vähän virtaa.

Tuloksia odotellessa voi muistella maailman ensimmäistä linssiä, niin sanottua ‘Nimrudin linssiä'. Se on vanhin tiedossa oleva optinen laite, jota käytettiin mm. suurennuslasina.

Kyseessä on Assyriasta (nykyisen Irakin alueelta) löytynyt kivikristallipalanen, joka lienee ollut käytössä joskus vuonna 750 eaa.

Linssi suurentaa noin kolminkertaisesti ja todennäköisesti sitä on käytetty apuna kaiverruksia tehtäessä. Tai sitten se on ollut vain koru, jonka läpi näkyvä kuva teki siitä vain kauniin ja mystisen.

Nimrudin linssi on näytteillä British Museumissa (kuva alla).

Vesi - teema ja muunnelmia

Ti, 04/05/2016 - 07:07 By Markus Hotakainen
Jäätä purossa

Vesi on kummallinen aine. Se voi esiintyä kolmessa eri olomuodossa samoissa olosuhteissa – tai ainakin melkein. Ja nyt eletään taas sitä vuodenaikaa, kun olosuhteissa tapahtuu alvariinsa veden olomuotoon vaikuttavia muutoksia.

Toki kaikilla aineilla on erilaisia olomuotoja, mutta veden tekee poikkeukselliseksi sen olomuotojen muuttuminen meille passeleissa ympäristöoloissa.

Aineelle voidaan määritellä niin sanottu kolmoispiste, jossa sen olomuoto muuttuu kiinteästä nesteeksi tai nesteestä kaasumaiseksi hyvin pienen paineen tai lämpötilan muutoksen seurauksena. 

Vedellä tuo kolmoispiste on 0,01 celsiusasteen lämpötilassa (ja 0,006 baarin paineessa). Se ei välttämättä ole mukavin mahdollinen lämpötila meille ihmisille, mutta silti huomattavasti miellyttävämpi kuin esimerkiksi 4 700 celsiusastetta, jossa on hiilen kolmoispiste.

Meille tuttu lämpötila-asteikko, jonka ruotsalaisen Anders Celsius kehitti 1740-luvulla, perustuu juuri veden olomuodon muutoksiin tietyissä lämpötiloissa: nollassa celsiusasteessa vesi jäätyy (ja sulaa), sadassa celsiusasteessa se kiehuu (ja nesteytyy). Tosin Celsius käytti alkuun käänteistä asteikkoa, jossa veden sulamispiste oli sata astetta ja kiehumispiste nolla astetta.

Lämpötilan laskiessa nollaan celsiusasteeseen – siis nykyisellä celsius-asteikolla – vesi alkaa muodostaa jääkiteitä. Talvella jääkiteiden kasaumia sataa taivaalta lumena. Jää on vettä kevyempää, joten järvissä – tai vaikka pakkaseen jääneessä vesiämpärissä – kiteet nousevat pinnalle, jolloin ne tarttuvat toisiinsa ja muodostavat vähitellen yhtenäisen jääpeitteen. Ilmiö on tuttuakin tutumpi meille pohjoisten leveysasteiden asukkaille, jotka pystyvät osan vuotta kävelemään vaivatta vetten päällä.

Usvaa järvellä

Kun veden lämpötila nousee sataan celsiusasteeseen, vesimolekyylien liike on nesteessä niin rivakkaa, että niitä alkaa sinkoilla vedenpinnasta ilmaan. Jos ollaan tarkkoja, esimerkiksi teekattilasta nouseva "höyry", järvenpinnasta vilpoisaan kesäyöhön kohoava usva tai taivasta peittävät pilvet eivät ole vesihöyryä, vaan ne koostuvat pienenpienistä vesipisaroista. Vesihöyry on näkymätöntä.

Tietyissä olosuhteissa veden olomuoto voi muuttua myös kiinteästä kaasumaiseksi tai päinvastoin ilman nestemäistä välivaihetta. Jos ilmanpaine on hyvin alhainen, jää sublimoituu eli muuttuu suoraan vesihöyryksi.

Toisaalta vesihöyry voi härmistyä eli muuttua suoraan kiinteään olomuotoon. Ilmiö on tuttu talviaamuista, kun ilman vesihöyry on kuorruttanut auton ikkunat kuuralla. Ja ainakin juuri nyt se on tuttua myös kevätaamuista.

Cereksen kirkkaat pisteet tarkentuivat tappiin asti

Ke, 03/23/2016 - 15:55 By Jarmo Korteniemi
Kuva: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI / Jarmo Korteniemi

Cereksen kirkkaat pisteet alkavat vähitellen hahmottua. Uusista kuvista paljastuvat pinnanmuodot kertovat pinnan alta pursunneesta aineesta.

Cereksen kirkkaista pisteistä on julkaistu uusia kuvia. Optimoitu valotus näyttää nyt ensi kertaa kirkkaiden kohteiden pinnanmuotoja.  Aiemmissa kuvissa kohteet olivat joko liian pieniä tai ylivalottuneita. Uusien kuvien erotuskyky yltää 35 metriin kuvapistettä kohden. Cereksen pinnalla kurvaileva bussi tai näköalapaikalle rakennettu kesämökki saattaisivat siis erottua jo – vaikkeivät välttämättä kokonaista pikseliä täyttäisikään.

Tämän tarkempia kuvia Cereksen pinnalta ei näillä näkymin saada. Dawn-luotain on saavuttanut kääpiöplaneettaa lähimpänä olevan kartoitusratansa, ja sen lento lähestyy loppuaan.

Otsikkokuvassa uusi tarkka kuva on yhdistetty aiemmin otettuun väärävärikuvaan alueesta. Alla kirjoittajan hahmotelma kuvassa näkyvistä piirteistä.

 

Kuvasta erottuu kauniisti, kuinka lähes kaikki kirkkaat alueet ovat mittavan ja haarautuvan halkeamaverkoston varrella.

Laikuksi aiemmassa kartassa nimetty suurin ja kirkkain piste sijaitsee noin kymmenkilometrisen, halkeamien ja kielekkeiden ympäröimän kuopan sisällä. Laikun keskellä nousee 2–3 kilometrin levyinen kohouma, joka lienee kirkkaan materian lähde. Mikä se sitten on, onkin jo vaikeampi selvittää.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA / Jarmo Korteniemi

Yllä: Aiempi kartoitus antaa kontekstia kirkkaiden pisteiden sijainnille. Kuvien erot kertovat kirkkaiden pisteiden kenties muuttuvan varsin nopeasti.

 

Laikun kuoppa ei missään nimessä vaikuta törmäyskraatterilta. Siltä puuttuvat sekä reunavalli (vaikka sellaisen osia voikin halutessaan kuvassa nähdä) että heittelekenttä, eikä kraattereiden reunoja yleensä kierrä halkeamaverkostoakaan. Kuoppa lienee 92-kilometrisen Occator-emokraatterin keskuskuoppa, ja seurausta juuri tuosta törmäyksestä - vastaavia keskuskuoppia löytyy muiltakin taivaankappaleilta. Kun vielä oikealla näkyvät pienemmätkin kirkkaat pisteet sijoittuvat halkeamien varrelle, käy selväksi, että sisäsyntyinen prosessi selittää piirteet parhaiten. Jotain on pursunnut Cereksen pinnan alta.

Materian pursuttamiseksi pinnalle tarvitaan painetta. Maapallon tulivuorissa paine tulee alhaalta, kuuman materian vaatiessa lisää elintilaa, suoladoomeissa (jotka tosin eivät pinnalle asti yleensä tursua) syynä taas on päällä lojuvan kerroksen kasvanut tiheys. Mutatulivuoret ovat edellisten prosessien yhdistelmiä. Pingot ja palsat taas paisuvat maan alla kasvavan jääsydämen ansiosta.

Cereksen kirkkaiden pisteiden materia on hyvin suolapitoista – eivät kuitenkaan natriumkloridia vaan magnesiumsulfaattia. Kun tieto yhdistetään muutaman vuoden takaisiin ja nyt varmistettuihin löytöihin kääpiöplaneetan moninaisista vesiprosesseista, kuva alkaa selkiytyä. Luultavasti Laikku ja sen pienet serkut ovat jonkinlaisen meikäläisittäin ajateltuna varsin eksoottisemman tulivuoritoiminnan aikaansaamia. Suolaista vettä, vetistä suolaa, ja kenties koko systeemiä ajaa Occatorin varsin tuoreen kraatterin indusoima lämpö. Laikun keskiosat vaikuttavat myös olevan tiheämpää materiaalia kuin ympäröivä seutu.

Tai sitten ne ovat jotain hieman muuta. Vaikka kirkkaat pisteet siis erottuvatkin jo varsin selvästi, alkuperä jää vielä vähäksi aikaa hämärän peittoon.

Suomessa uusista kuvista kertoi ensimmäisenä Helsingin Sanomat.

Kirjoittaja on luotainkuvien analyysointiin erikoistunut planeettageologi.

Päivitys 23.3.2016 klo 20.00: Otsikkoa muutettu.
Päivitys 23.3.2016 klo 22.00: Selvennetty ensimmäistä leipätekstikappaletta.

Päivitys 24.3.2016 klo 17.30: Lisätty linkki Helsingin Sanomien juttuun.

Kaikki kuvat: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI / Jarmo Korteniemi

Uudenlainen jää on huippuharvaa

Ti, 02/16/2016 - 09:35 By Markus Hotakainen
Uuden jään molekyylirakenne

Keskellä talvea tuntuu vähän pöljältä kehitellä uusia jään muotoja, kun vanhoistakin on ihan riittävästi riesaa.

Nebraskan yliopiston tutkijat ovat kuitenkin moiseen ryhtyneet ja onnistuneet luomaan veden 18. tunnetun kidemuodon – tosin vasta teoreettisesti.

Vuonna 2014 eurooppalaiset tutkijat loivat keinotekoisesti jäätä, jonka tiheys oli ennätyksellisen alhainen – 0,81 g/cm3 (tavallisen jään tiheys on 0,9167 g/cm3 nollassa celsiusasteessa) – mutta nyt hahmotellulla jäällä se on vielä 25 prosenttia pienempi.

"Teimme paljon laskelmia siitä, onko kyse vain harvasta jäästä vai peräti kaikkien aikojen harvimmasta jäästä", toteaa tutkimusta johtanut Xiao Cheng Zeng

Zeng on aikaisemminkin tehnyt paljon jäähän liittyvää tutkimusta. Hänen löytöihinsä kuuluu esimerkiksi kaksiulotteinen "Nebraska-jää", joka tietyissä olosuhteissa jäätyessään kutistuu, kun tavallinen jää laajenee.

Uusimmassa tutkimuksessa Zeng mallinsi ryhmänsä kanssa paine- ja lämpötilarajoja, joissa vesi jäätyisi tiettyyn kidemuotoon niin sanotuksi klatraatiksi. Häkkimäisen rakenteen on aiemmin arveltu olevan mahdollinen ainoastaan "vierasmolekyylien", esimerkiksi metaanin avulla. Zengin ryhmä totesi, että rakenne voi olla stabiili ilman ylimääräisiä molekyylejä.  

Siis teoriassa. Käytäntö onkin toinen juttu. Laskelmien mukaan uudenlaista jäätä voi syntyä vain silloin, kun vesimolekyylit ovat suljetussa tilassa, jossa vallitsee hyvin suuri, ulospäin suuntautuva paine.

-23 pakkasasteessa vaadittu paine olisi noin neljä kertaa suurempi kuin Tyynenmeren syvimmissä kohdissa. Ja lämpötilan laskiessa paineen täytyy kasvaa vielä siitäkin. Lisäksi klatraatista pitäisi poistaa vierasmolekyylit tyhjiömenetelmällä. 

Ihan heti uudenlaista jäätä, jolle on annettu nimeksi "Jää XVII", ei siis päästä käsin koskettelemaan. 

Uudenlaisesta jäästä kerrottiin Nebraskan yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Science Advances -tiedelehdessä

Kuva: Yingying Huang and Chongqin Zhu

Marsin järvet ovat ehkä olleet elämälle suotuisia

Su, 02/14/2016 - 16:04 By Markus Hotakainen
Marsin muinainen järvi?

Sinänsä ei ole mikään uutinen, että Marsin muinaisissa järvissä on saattanut olla elämää – tai ainakin elämän kannalta suotuisat olosuhteet.

J. Alexis Palmero Rodriguez ryhmineen on tutkinut Marsin vulkaanisten ylänköjen reunamilla sijaitsevia hautavajoamia. Yli kolme miljardia vuotta sitten niissä lainehti vesi, joka oli peräisin punaisen planeetan pohjavesiesiintymistä.

Laaksoihin muodostuneet järvet eivät olleet mitään aivan ohimeneviä ilmiöitä, vaikka eivät pysyviä olleetkaan. Järvet tulivat ja menivät olosuhteiden muuttuessa, mutta saattoivat tarjota kymmenien tai satojen miljoonien vuosien ajan elämälle edullisia turvapaikkoja. 

Kuvassa on tasanko, jolla on mahdollisesti lainehtinut vettä joitakin kymmeniä miljoonia vuosia sitten. Sen reunamilla olevat harjanteet (merkitty nuolilla) ovat kenties syntyneet, kun jäätynyt vesi on työntänyt edelleen maakerrostumia. 

"Sopivat lämpötilan vaihteluvälit, nestemäisen veden esiintyminen ja saatavilla olevat ravinteet, jotka luonnehtivat elämälle suotuisia ympäristöjä Maassa, ovat todennäköisempiä Marsissa alueilla, joilla on pitkäaikaisia veteen ja vulkaaniseen toimintaan liittyviä prosesseja", Rodriguez toteaa.

"Suolakerrostumien ja muiden sedimenttien esiintyminen muinaisissa Marsin järvissä ovat astrobiologian kannalta erityisen merkittävää, kun etsitään elämälle suotuisia paikkoja. Se pätee etenkin silloin, jos Marsin muinaisen pohjaveden purkaukset, jotka muistuttavat miljardeja vuosia aktiivisina olleita hydrotermisiä järjestelmiä, muodostivat tutkimuksessa esitettyjen kaltaisia paleojärviä."

Marsin muinaisten järvien paikallistaminen on haastavaa, sillä planeetan hyvin kylmässä ja harvassa kaasukehässä syvänteisiin kertynyt vesi olisi käyttäytynyt toisella tavalla kuin Maassa.

"Tutkimuksemme mukaan Tiibetin vuoristojärvissä on ainutlaatuisia muodostelmia, jotka saattavat selittää Marsin tasangoilla esiintyviä ilmiöitä", Rodriguez kuitenkin lisää.

Tutkimuksia on tarkoitus jatkaa paikan päällä, ei tosin Marsissa vaan Tiibetissä. Rodriguez käy ensi kesänä Tiibetissä tutkimassa alueita, joilla saattaa olla merkitystä astrobiologisen tutkimuksen kannalta.

Tutkimuksesta kerrottiin Planetary Science Instituten uutissivuilla ja se on julkaistu Planetary and Space Science -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA