OTS

Outo punainen tähti kävi lähellä 70 000 vuotta sitten

Kerroimme kolme vuotta sitten Scholzin tähdestä, himmeästä punaisesta kääpiötähdestä, joka lensi aurinkokunnan läpi kosmisesti katsottuna ihan äskettäin. Nyt tästä tapauksesta on saatu lisätietoa.

 

Tähti on nimetty löytäjänsä Ralf-Dieter Scholzin mukaan, vaikkakin sen alkuperäinen koko nimi on WISE J072003.20-084651.2.

Nimi kertoo sen, että tähden löysi WISE-infrapunasatelliitti (Wide-field Infrared Survey Explorer). Näin tapahtui jo vuonna 2013, mutta vasta vuonna 2015 tapahtumaan herättiin kunnolla. Silloin tätä nyt noin 20 valovuoden päässä olevaa tähteä alettiin havaita ja sen liikerataa tutkimalla saatiin nopeasti varmistus siitä, että tähti todellakin tuli 70 000 vuotta sitten hyvin lähelle.

Nähtävästi se jopa kulki Aurinkoa ympäröivän ns. Oortin pilven läpi ja sai aikaan sen, että sieltä sinkoontui paljon komeettoja ulos aurinkokunnasta ja kohti sisempää planeettakuntaa.

Nyt ohituksesta on saatu lisää tietoa, sillä juuri julkaistussa tutkimuksessa on käyty läpi 340 ns. hyperbolisella radalla olevaa kohdetta. Niiden liike kertoo siitä, että ne ovat joko saapumassa tähtienvälisestä avaruudesta kohti Maata tai pakenemassa aurinkokunnasta kohti ulkoavaruutta niin suurella nopeudella, etteivät ne enää tule takaisin.

Tämäkin viestii siitä, että Scholzin tähti olisi tosiaankin suhahtanut ohitsemme tuolloin noin 70 000 vuotta sitten.

Kuvakaappaus videolta
Alkuihmiset tuskin katselivat taivaalla Scholzin tähteä noin 70 000 vuotta sitten, koska se oli varsin heikkovaloinen. Taiteilija voi tosin ottaa pieniä vapauksia. Kuva: José A. Peñas / SINC

Eräs ensimmäisistä tähden havaitsijoista oli Etelä-Afrikassa SALT-teleskoopilla työskentelevä, nyttemmin koko Etelä-Afrikan astronomisen observatorion johtajaksi noussut suomalainen Petri Väisänen. Hän kertoo videolla tähden havaitsemisesta helmikuussa 2015 kuvatulla videolla.

Juttua on korjattu 22.3. aamulla: Kerroimme jutussa aluksi, että tähti "loisti" taivaalla ja yllä olevan kuvan tekstissä, että "alkuihmiset olisivat voineet katsella tähteä" taivaalla. Vaikka oheinen kuva on otettu tuoreen tutkimuksen tiedotusmateriaalista, ei tähti ole ollut kirkas näky taivaalla – jos on näkynyt lainkaan. Kyseessä on heikkovaloinen punainen kääpiö, joten lähelläkin ollessaan on se todennäköisesti ollut niin heikko, ettei sitä ole paljain silmin nähty. Mikäli siinä on tapahtunut purkauksia, on se saattanut kirkastua hetkellisesti, mutta ei ole ollut silloinkaan huomiota herättävä.

Elämän edellytyksiä Enceladuksessa?

To, 03/12/2015 - 15:55 Markus Hotakainen

Saturnusta kiertävä Cassini-luotain on tehnyt havaintoja, jotka viittaavat hydrotermiseen toimintaan jäisen Enceladus-kuun uumenissa. Jo aiemmin on arveltu, että sellaista voisi esiintyä Jupiterin Europa-kuussa, jonka jääkuoren alla on syvä meri.

Havaintoja ei ole tehty suoraan Enceladuksesta, jonka etelänavan seutuvilta löytyi jo kymmenen vuotta sitten vesihöyryä ja jääkiteitä suihkuttavia geysirejä. Eri olomuodoissa olevan veden mukana avaruuteen kulkeutuu pieniä, alle kymmenen nanometrin läpimittaisia kivensiruja, joita luotaimen kosmisen pölyn mittalaite on tutkinut.

Pitkällisen analyysin, laboratoriokokeiden ja tietokonemallinnusten perusteella tutkijat ovat päätelleet, että piipitoiset kivensirut ovat syntyneet, kun Enceladuksen sisuksista on noussut kuumaa, mineraalipitoista vettä, joka on joutunut kosketuksiin kylmemmän veden kanssa. Hiukkasten ominaisuuksien perusteella vaadittava lämpötila on vähintään 90 celsiusastetta.

Samanlaisia hitusia syntyy Maan valtamerten syvänteissä, kun emäksisen, mineraalipitoisen veden lämpötila laskee äkisti. Tällainen ilmiö esiintyy hydrotermisten purkausaukkojen eli niin sanottujen valkoisten savuttajien, mustien savuttajien "serkkujen" yhteydessä.

Näyttää siis siltä, että Enceladuksen jäisen kuoren alla on meri, jonka pohjassa on samankaltaista hydrotermistä toimintaa kuin maapallon merissä. Ja valkoisten savuttajien arvellaan olleen mahdollisesti merkittävässä osassa, kun Maan elämä muinoin syntyi.

Kivensirujen pieni koko viittaa siihen, että ne kulkeutuvat alkulähteiltään avaruuteen melko nopeasti, muutamassa kuukaudessa tai korkeintaan muutamassa vuodessa. Painovoimamittausten perusteella on päätelty, että Enceladuksella on 30–40 kilometriä paksu jääkuori, jonka alla on kymmenen kilometriä syvä meri. Kivensirut olisivat siis peräisin noin 50 kilometrin syvyydestä.

Hydrotermiseen toimintaan viittaa myös Enceladuksen pinnan alta veden ja jään mukana purkautuva metaani. Kuun sisuksissa olevan meren suuressa paineessa voi syntyä klatraattia, jossa metaanimolekyylejä on sitoutunut vesijään kiderakenteeseen. Sitoutuva metaani olisi peräisin hydrotermisestä toiminnasta, johon myös kivensirujen tutkimus viittaa. 

Kumpikaan havainto ei kerro elämän esiintymisestä – vaikka sensuuntaisia otsikoita aiheesta epäilemättä tulemme näkemään – mutta ne osoittavat, että jättiläisplaneettojen jäisten kuiden sisuksissa olosuhteet voivat olla samankaltaiset kuin maapallolla elämän ilmaantuessa tänne.

 

 

Dawn on perillä – melkein

Pe, 03/06/2015 - 16:30 Markus Hotakainen

Tänään iltapäivällä vähän kello kahden jälkeen Dawn asettui Ceres-kääpiöplaneettaa kiertävälle radalle. Tosin jos joku olisi ollut luotaimen kyydissä, sitä ei olisi edes huomannut. Tässä tapauksessa kiertoradalle asettuminen tarkoittaa sitä, että luotain joutui Cereksen vetovoimavaikutuksen piiriin siten, ettei se pääse "karkuun" ilman moottoreidensa apua. 

Se ei kuitenkaan ole tarkoituskaan, sillä tulevien kuukausien, mahdollisesti jopa parin vuoden ajan, Dawn tutkii tarkoin Aurinkokunnan sisintä kääpiöplaneettaa. Jo nyt luotaimen välittämät kuvat ovat muuttaneet Cereksen varhaisissa otoksissa erottuvasta pienestä valopisteestä – alla oleva kuva on Dawn-luotaimen ensimmäinen kuva Cereksestä heinäkuulta 2010 – maailmaksi, jonka pinnanmuodot ovat vähintään yhtä arvoituksellisia kuin luotaimen aiemmin tutkiman Vesta-asteroidin. 

 

 
Vaikka Dawn on nyt Cerestä kiertävällä radalla, etäisyys pienenee melko hitaasti. Kuten edellisessä Ceres-jutussamme kerrottiin, luotain lähestyy kääpiöplaneettaa yöpuolelta hitaasti ja varovaisesti. Ratakaavioon on merkitty menneiden vaiheiden lisäksi myös tulevia.
 
Seuraava virstanpylväs ("Optival Navigation" eli OpNav 6) on vasta reilun kuukauden kuluttua eli 10. huhtikuuta. Silloin luotain tarkistaa jälleen kerran ottamiensa kuviensa perusteella, että se on lasketulla radalla. Etäisyyttä Cerekseen on tuolloin 33 000 kilometriä ja sen valaistusta puoliskosta näkyy 17 prosenttia. Kuvien erotuskyky on noin kolme kilometriä.

 

 
Neljä päivää myöhemmin eli 14. huhtikuuta on vuorossa Opnav 7, jolloin etäisyys on kutistunut jo 22 000 kilometriin ja erotuskyky petraantunut hieman yli kahteen kilometriin. Tilannetta parantaa myös se, että valaistusta puoliskosta näkyy melkein puolet, 49 prosenttia. Sen jälkeen etäisyys jälleen kasvaa, mutta samalla Dawn siirtyy kääpiöplaneetan päivän puolelle.
 
Kuluvan vuoden lopulla luotaimen rataa on alennettu siten, että sen etäisyys Cereksen pinnasta on alle 400 kilometriä. Kuitenkin jo paljon sitä ennen kuvien erotuskyky on niin hyvä, että todennäköisesti vaaleiden laikkujen ja kirkkaiden "valopisteiden" olemus on saatu selvitettyä. Ja epäilemättä Cereksestä ja sen ominaisuuksista saadaan paljon muutakin tietoa.
 
Tiedetuubi seuraa lennon vaiheita tiiviisti.

Cereksen aamunkoitto

Ti, 03/03/2015 - 20:21 Markus Hotakainen

Ensi perjantaina Dawn-luotain asettuu Cerestä kiertävälle radalle. Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun kääpiöplaneettaa päästään tutkimaan lähietäisyydeltä. Samalla Dawnista tulee ensimmäinen luotain, joka on kiertänyt kahta Aurinkokunnan kappaletta, joista kumpikaan ei ole Maa. Dawn tutki yli vuoden ajan Vestaa, joka on asteroideista suurin. Tosin se sai tittelin lahjaksi, kun asteroidivyöhykkeen ylivoimaisesti suurin kiertolainen Ceres ylennettiin kääpiöplaneetaksi.

Samalla Pluto sai arvonalennuksen planeettojen joukosta samaan ryhmään Cereksen kanssa. Pluton statuksen muuttaminen herätti paljon kritiikkiä etenkin Yhdysvalloissa – koska Pluto oli ainoa amerikkalaisastronomin löytämä planeetta – eivätkä kaikki sikäläiset tutkijat edelleenkään suostu käyttämään siitä nimitystä kääpiöplaneetta.

Uuden luokittelun ansiosta kahden luotaimen välille kehkeytyi kilpailu siitä, kumpi ehtii ensin tutkimaan tarkasti kääpiöplaneettaa. Tammikuussa 2006 laukaistu New Horizons lähetettiin alkujaan ulointa planeettaa eli Plutoa kohti, mutta saman vuoden elokuussa kaukainen pienkappale luokiteltiin uudelleen.

Dawn laukaistiin matkaan syyskuussa 2007. Luotaimen ensimmäisenä kohteena oli kuitenkin Vesta. Dawn saapui Vestan luo heinäkuussa 2011 ja asettui asteroidia kiertävälle radalle. Reilun vuoden kestäneiden tutkimusten jälkeen Dawn jatkoi matkaansa ja suuntasi kohti Cerestä.

Vaikka lähtö Vestan luota viivästyi reilulla viikolla, oli selvää, että New Horizons on hävinnyt kisan. Fysiikan ja taivaanmekaniikan lait ovat lahjomattomia. Pluto-luotain oli radalla, joka veisi sen kaukaisen kiertolaisen ohi täsmälleen tiedettynä päivänä – 14. heinäkuuta 2015. Kun Dawn irtautui Vestan heikosta vetovoimakentästä syyskuussa 2012, sen rata johtaisi yhtä täsmällisesti Cereksen luo 6. maaliskuuta 2015.

Voittaja on siis ollut selvillä jo yli kahden vuoden ajan.

DAWN-logo

Hitaasti mutta varmasti

Dawnin vuosia kestävä kiertely asteroidivyöhykkeellä ja ohjausmanööverit sekä Vestan että Cereksen lähistöllä ovat mahdollisia ainoastaan sen ionimoottorin – tai tarkemmin sanottuna kolmen ionimoottorin –ansiosta. Perinteiset rakettimoottorit kuluttavat polttoainetta niin ahnaasti, että Dawn-luotaimen olisi pitänyt olla käytännössä pelkkää polttoainesäiliötä.

Ionimoottori rinnastuu räjähtävää työntövoimaa tuottavaan kemialliseen rakettimoottoriin kuin muinaisen antiikin tarun kilpikonna jänikseen. Se on hidas, mutta etenee vakaasti ja varmasti kohti maalia. Ja kuten tarun kilpikonna voitti jäniksen, Dawn päihittää New Horizons -luotaimen – olkoonkin, että jälkimmäisellä on ollut paljon pidempi matka kuljettavanaan.

Ionimoottori perustuu siihen, että moottorin ajoaineen xenon-atomeilta riistetään elektroneja ja näin syntyneet sähköisesti varautuneet ionit kiihdytetään sähkön avulla suureen nopeuteen. Moottorin työntövoima on samaa suuruusluokkaa kuin tukankuivaajan puhallus, mutta kun se jatkuu vuosien ajan, luotaimen vauhti ehtii kasvaa riittävän suureksi planeettainvälisessä avaruudessa vaeltamiseen.

Matkalla kohti Vestaa Dawn nappasi kertaalleen lisävauhtia Marsin lähiohituksesta, mutta jälkimmäisen etapin Cerekseen se on taittanut pelkästään ionimoottoreidensa turvin. Aurinkopaneelien tuottamalla sähköllä toimiva ionimoottori on myös luotettava, sillä liikkuvia ja muitakin osia on vähän verrattuna kemialliseen rakettimoottoriin polttoainesäiliöineen ja -putkineen, venttiileineen sun muineen.

Ionimoottorin voi huoletta sammuttaa ja käynnistää useita kertoja, ja se lähtee käyntiin aina yhtä varmasti kuin vanhan Kuplavolkkarin ilmajäähdytteinen takamoottori hyytävän kylminä pakkasaamuinakin.

 

 

Kaukaiset kuvat

Dawn aloitti Cereksen kuvaamisen tammikuun alussa. Silloin etäisyyttä oli yli 600 000 kilometriä, joten kuvat olivat melkein pelkkää pikselimössöä. Ne eivät pärjänneet vielä Hubble-avaruusteleskoopin otoksille, joissa pyöreässä kiekossa näkyi kirkkaus- ja värieroja, ei kuitenkaan sen tarkempia yksityiskohtia.

Alkuvuoden kuluessa etäisyys pieneni, kuvat kävivät yhä tarkemmiksi ja Cereksen pinnalta paljastui yhä pienempiä yksityiskohtia: kirkkauserot alkoivat hahmottua erikokoisina kraattereina ja muina pinnanmuotoina.

Ceres pyöriiHelmikuun loppupuolella saatiin kuvia, joissa yksi pinnan arvoituksellisista vaaleista laikuista erottui kahtena kirkkaana pisteenä. Se herätti salaliittoteoreetikot kehittelemään sensaationhakuisia spekulaatioita Cereksen "valoista". Noin 46 000 kilometrin etäisyydeltä otetuista kuvista on koottu animaatio (oikealla), jossa näkyy yhdeksässä tunnissa akselinsa ympäri pyörähtävän Cereksen pinta kokonaisuudessaan.  

Kun Dawn asettuu ensi perjantaina kääpiöplaneettaa kiertävälle radalle, sen kamerat erottavat kraattereiden hallitsemista maastonmuodoista alle neljän kilometrin kokoisia detaljeja. Kiertoradalle asettumisen jälkeenkin luotain etenee varovaisesti. Korkeutta vähennetään hiljalleen noin 40 000 kilometristä siten, että kuukautta myöhemmin se on vielä runsaat 30 000 kilometriä.

Dawn lähestyy Cerestä yöpuolelta, joten samalla kun etäisyys pienenee, kääpiöplaneetan vaihe vähenee. Huhtikuun toisella viikolla valaistusta puoliskosta on näkyvissä alle 20 prosenttia. Luotaimen ottamissa kuvissa yhä suurempana näkyvä Ceres on siis alkuun melko kapea sirppi. 

Dawn tekee kuitenkin paljon muutakin kuin kuvaa Cerestä kaikilta kanteiltaan. Luotaimessa on kameran lisäksi näkyvän valon ja infrapuna-alueella toimiva spektrometri sekä gammasäteily- ja neutroni-ilmaisin. Niillä pystytään tutkimaan pinnan rakennetta ja koostumusta. Erityisessä syynissä ovat esimerkiksi happi, magnesium, alumiini, pii ja rauta, jotka ovat keskeisiä kiviaineksen rakennusmateriaaleja, sekä vety, jonka määrästä voidaan vetää johtopäätöksiä veden esiintymisestä.

Viime vuoden tammikuussa nimittäin raportoitiin, että Cereksestä tihkuu vettä. Euroopan avaruusjärjestön Herschel-avaruusteleskoopin havaintojen mukaan siitä purkautuu vesihöyryä samaan tapaan kuin Saturnuksen Enceladus-kuusta (alla), mutta paljon vähemmän. Silti Cereksen massasta saattaa olla jopa neljännes vettä.

 

 

Se oli kuitenkin odottamaton havainto, sillä asteroideja on pidetty kuivina ja kuolleina taivaankappaleina. Vaikka Cerestä ei enää luokitellakaan asteroidiksi, se kiertää silti Aurinkoa asteroidivyöhykkeellä ja siitä saadut tiedot kertovat myös muista suunnilleen samalla etäisyydellä sijaitsevista kappaleista.

Cereksen vesi liittyy myös Maan kehitykseen. Aiemmin arveltiin, että maapallon vesi on tullut avaruudesta komeettojen mukana. Rosettan mittaukset Churyumov-Gerasimenkosta irtoavan veden isotooppikoostumuksesta ovat kuitenkin osoittaneet, että ainakaan kaikki vesi ei voi olla peräisin komeetoista.

Toisaalta Aurinkokunnan sisäosiin päätyvät komeetat ovat lähtöisin hyvin erilaisilta etäisyyksiltä. Vaikka komeettojen alkukoti eli Oortin pilvi kuulostaa yhtenäiseltä alueelta, se on todellisuudessa valtavan laaja, paljon planeettojen kansoittamaa aluetta suurempi. Eri komeettojen välillä voi olla koostumuksessa huomattavia eroja. Kuten on todettu olevankin.

Katseet kääntyivät kohti asteroidivyöhykettä, missä oli onneksi jo valmiiksi Dawn-luotain. Sen toivotaan antavan monen muun asian ohella lisätietoa Cereksen veden koostumuksesta. Ceres on tietenkin yksittäinen kappale siinä missä Churyumov-Gerasimenkokin, mutta toisin kuin koostumukseltaan vaihtelevat komeetat, asteroidivyöhykkeen kappaleet ovat syntyneet hyvin rajallisella alueella ja törmäilleet vuosimiljardien ajan toisiinsa. Siten Ceres on edustava näyte asteroidien koostumuksesta.

 

 

Ikuinen kakkonen, mutta mitä sitten?

Entä New Horizons, jonka kohtaloksi jäi tulla toiseksi? Kisalla ei käytännössä ole mitään merkitystä, sillä Ceres ja Pluto ovat täysin erilaisia kappaleita, vaikka kumpikin on kääpiöplaneetta. Ceres on muinoin muotoutunut Aurinkokunnan sisäosissa, Pluto puolestaan kaukana "lumirajan" takana, missä aikoinaan oli paljon enemmän keveitä kaasuja ja jäätä kuin Auringon lämmön hellimillä seuduilla.

Pluto poikkeaa todennäköisesti koostumukseltaan tyystin Cereksestä, sen pinnan rakenne on todennäköisesti erilainen – vaikka lieneekin samaan tapaan kraattereiden peitossa – ja sillä on useita kuita, nykytiedon mukaan kaikkiaan viisi. Suurin niistä on Charon, jonka läpimitta on noin puolet Plutosta. Se on siis suhteessa planeettaan paljon suurempi kuin Kuu verrattuna Maahan.

New Horizons pääsee tutkimaan aivan uudenlaista maailmaa eikä silloin ole merkitystä, vaikka se pääseekin tositoimiin muutamaa kuukautta myöhemmin kuin Dawn. Tiedetuubi palaa New Horizons -luotaimeen ja sen pitkään matkaan tuonnempana. Sitä ennen seuraamme Dawn-luotaimen edesottamuksia asteroidivyöhykkeen suurimman kappaleen lähistöllä.

Pysyvää kanavalla!

Kuvat: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA

Virtahepojen sukupuu alkaa hahmottua

To, 02/26/2015 - 17:42 Markus Hotakainen
Kuva: Kabacchi

Virtahepojen kehityshistoria on ollut paleontologeille visainen arvoitus. Hampaiston ja kallon perusteella niitä pidettiin pitkään sorkkaeläinten lahkoon kuuluvan sikojen heimon sukulaisina, mutta eivät ne olekaan.

Vuosituhannen vaihteen molemmin puolin tehtiin dna-tutkimuksia, joiden tulokset olivat yllättäviä: virtahepojen lähimpiä yhä eläviä sukulaisia ovatkin valaat. Ongelmana oli kuitenkin edelleen fossiilien vähäisyys. Virtahepojen kehityksestä ei saatu selkeää kuvaa.

Ranskalaiset ja kenialaiset tutkijat ovat nyt selvittäneet, että virtahevot polveutuvat eliöryhmästä, joka on kuollut sukupuuttoon jo kauan sitten. Lokonesta Keniasta löytyneet leukaluun ja hampaiden fossiilit kuuluvat aiemmin tuntemattomalle eläinlajille, joka puolestaan kuuluu aiemmin tuntemattomaan sukuun.

Epirigenys lokonensis asusti Afrikassa noin 28 miljoonaa vuotta sitten. Löydön myötä virtahepojen kehityksestä on ensi kertaa saatu kuva, joka sopii sekä geneettiseen että paleontologiseen havaintoaineistoon.

Tutkijat vertasivat Keniasta löytyneitä fossiileja nykyisten virtahepojen, märehtijöiden, sikojen ja jo kadonneen, virtahepoja muistuttavan heimon (Anthracotherium) hampaistoon. Tulosten mukaan uusi eläinlaji, Epirigenys lokonensis, on "puuttuva rengas" noin 20 miljoonan vuoden ikäisten vanhimpien virtahepofossiilien ja Anthracotherium-heimoon kuuluneiden, noin 40 miljoonaa vuotta sitten eläneiden lajien välillä.

 

Havaintoa tukee geneettinen aineisto, jonka mukaan valaat todellakin ovat nykyvirtahepojen lähimpiä sukulaisia. Paleontologisen aineiston kannalta ongelmana on ollut, että ensimmäiset valaiden fossiilit ovat 53 miljoonan vuoden takaa. Ne ovat siis yli 30 miljoonaa vuotta vanhempia kuin iäkkäimmät tähän asti tunnetut virtahepojen esi-isät. Nyt niiden välillä olevaa ajallista aukkoa on saatu kurottua huomattavasti aiempaa pienemmäksi.

Uusi tutkimus selventää myös virtahepojen (otsikkokuvassa Hippopotamus amphibius, yllä kääpiövirtahepo eli Hexaprotodon liberiensis) asemaa Afrikan muun eläimistön suhteen. Afrikka oli erillinen manner noin 110–18 miljoonaa vuotta sitten, joten suurin osa periafrikkalaisista lajeista, kuten leijonat, leopardit, sarvikuonot, kirahvit ja seeprat, ovat melko uusia tulokkaita.

Ne kaikki – tai niiden esivanhemmat – ovat asustaneet Afrikassa alle 20 miljoonaa vuotta. Epirigenys lokonensis -fossiilien löytyminen osoittaa, että virtahepojen esivanhemmat levittäytyivät Aasiasta Afrikkaan jo noin 35 miljoonaa vuotta sitten – ensimmäisinä kookkaina nisäkkäinä.

Tutkimuksesta kerrottiin CNRS:n (Centre National de la Recherche Scientifiquetiedotteessa ja se julkaistiin Nature Communications -lehdessä (maksullinen) 24. helmikuuta.

 

Miten muinaiset kaupungit erosivat nykyisistä metropoleista?

La, 02/21/2015 - 17:19 Markus Hotakainen

Yllättäen eivät kovinkaan paljon. Vaikka ulkoisesti ja esimerkiksi hallinnollisesti erot ovat melko suuria, niiden toimintaperiaatteet ovat paljolti samanlaisia. Tähän tulokseen ovat tulleet Santa Fe -instituutin ja Coloradon yliopiston tutkijat.

Nykyisten kaupunkien väkiluvun kasvaessa myös niiden "tehokkuus" ja tuottavuus kasvavat. Vaikka väkiluku kasvaisi nopeammin kuin urbaanit rakenteet ehtivät kehittyä, kaupungeissa hyödykkeiden ja palvelujen tarjonta kasvaa kuitenkin vielä vauhdikkaammin. Näiden muuttujien välillä on todettu olevan selkeitä riippuvuussuhteita, joissa on matemaattisia säännönmukaisuuksia ja jopa ennustettavuutta.

Entä entisaikoina? Sante Fe -instituutissa työskentelevä professori Luis Bettencourtin johdolla on todettu, että samankaltaiset piirteet olivat ominaisia myös satoja ja tuhansia vuosia sitten kukoistaneissa kaupungeissa. Niiden kasvu säätelee monia muita tekijöitä samaan tapaan kuin nykyisinkin.

Tutkijat tarkastelivat Mexico Cityn alueella olleita asutuskeskuksia – esimerkiksi 1400-luvulla kukoistanutta asteekkien pääkaupunkia Tenochtitlánia – joita tutkittiin jo 1960-luvulla. Ne kattavat noin 2 000 vuoden ajanjakson, joka jakautuu neljään kulttuurikauteen, kaikki ajalta ennen Amerikan "löytymistä".

Muinaisten temppelien ja asuintalojen koon perusteella tutkijat laativat arvioita väkiluvusta ja asukastiheydestä eri aikoina, rakentamisen tahdista ja rakennusten käyttöasteesta. Johtopäätös oli selvä: mitä suurempi muinainen asutuskeskus oli, sitä suurempi oli myös sen tuottavuus.  

Tutkijat olivat tuloksesta yllättyneitä. Vallitsevan käsityksen mukaan nykymaailma on tyystin toisenlainen kuin entisaikojen yhteisöt, kiitos kapitalismin, teollistumisen ja demokratian. Vaikka ne kaikki olivat muinaisessa maailmassa tuntemattomia, kaupunkien kasvu ja niiden kehitykseen vaikuttavat tekijät olivat hyvin samanlaisia kuin nykyisinkin.

Bettencourtin mukaan näyttää siltä, että tuottavuuden ja asukastiheyden taustalla olevat syyt menevät paljon syvemmälle kuin nykyaikaiseen läntiseen maailmaan kuuluvat "keksinnöt". Merkittävänä asiana tutkijat pitävät ihmisten välisten sosiaalisten suhteiden ja niiden muodostaman verkoston luomiseen liittyviä haasteita ja mahdollisuuksia.

Tulokset ovat rajallisen aineiston vuoksi kuitenkin vasta alustavia. Seuraavaksi tutkijoiden on määrä tarkastella vanhoja asutuskeskuksia Perussa, Kiinassa ja Euroopassa. Samalla tutkimuskohdetta laajennetaan kaupunkikeskusten syntyyn ja kasvuun vaikuttavista tekijöistä myös niiden romahduksen aiheuttajiin.

Tutkimuksesta kerrottiin Newswise-sivustolla ja se on julkaistu Science Advances -lehdessä 20. helmikuuta.

 

Tähtiä tulee ja menee

Ke, 02/18/2015 - 04:14 Jarmo Korteniemi
Kuva: ESO

Kerroimme aiemmassa jutussamme kuinka Scholzin tähti ohitti 70 000 vuotta sitten Auringon vain 0,8 valovuoden etäisyydeltä.

Tulevaisuudessa tähtien ohituksia on luvassa lisää. Ja paljon lähempää.

Kosmisen hiuksen verran ohi

Coryn Bailer-Jones on laskenut tähtien liikkeitä Astronomy & Astrophysics -lehden artikkelissaan.

Bailer-Jonesin mukaan parin tulevan lähiohituksen aikana tähdet viilettävät suoraan Oortin pilven läpi. Se on Auringon uloin vaikutusalue, joka ulottuu muutamasta tuhannesta tähtitieteellisestä yksiköstä (AU eli Maan ja Auringon keskietäisyys) yli 50 000 AU:n päähän. Eli vähintäänkin niille main, mistä Scholzin tähti taannoin kulki.

Lähiohitusten kaikkien aikojen ennätys - tunnettujen tähtien osalta siis - tehdään muutaman sadantuhannen vuoden kuluttua. Silloin HIP 85605 -tunnuksen saanut tähti kulkee lähempää kuin yksikään toinen tähti tunnetussa historiassa tai tulevaisuudessa. Lähin etäisyys saattaa jäädä vain 0,13 valovuoteen, eli vaivaiseen 8 000 AU:öön. Seuraavaksi lähin tähtivierailu tapahtuu miljoona vuotta tuon jälkeen, kun Gliese 710 käy vain 0,33 valovuoden päässä.

Kummatkin tähdet ovat pieniä kääpiötähtiä, eikä niiden ratoja tunneta tarkasti. Etenkin lähin ohitus voi hyvinkin perustua virhearvioihin. Vaikka tähdet kulkisivatkin yllä kerrottua kauempaa, ne käyvät kuitenkin erittäin lähellä.

Suurempien tähtien ohitukset on helpompi laskea. Alfa Centaurin kolmoistähtijärjestelmä lähestyy meitä vielä 30 000 vuoden ajan. Sen ohitus tapahtuu vajaan kolmen valovuoden etäisyydeltä. Koko järjestelmän massa vastaa noin kahta Aurinkoa.

Entä sitten?

Tähtien lähiohitukset voivat olla ongelmallisia. Oortin pilven läpi kulkeva tähti voi muuttaa ainakin muutamien Aurinkoa kiertävien kappaleiden ratoja, ainakin vähän. Osa sinkoutuu lähemmäs Aurinkoa, osa taas poistuu pysyvästi Aurinkokunnasta.

Oortin pilvestä tehdyt mallit kertovat, että alueella kiertää jopa tuhansia miljardeja kappaleita, joiden läpimitta on vähintään kilometrin. Suurimmat lienevät kymmeniä tai satoja kertoja isompia. Arvioita parempaan ei pystytä, sillä nykyiset teleskoopit eivät yksinkertaisesti ole riittävän tehokkaita havaitakseen Aurinkoa kiertäviä pienkappaleita tuollaisilta etäisyyksiltä. (Tunnetut kaukaiset kappaleet huomataan yleensä ratansa Aurinkoa lähimmissä pisteissä. Loppurata lasketaan. Pisimmällä käyvä tunnettu kappale sijaitseekin nyt vain runsaan 20 AU:n päässä Auringosta: 2005 VX3 on hyvin elliptisellä radalla kulkeva komeetta, joka käy noin 3 000 AU:n päässä. Sen yksi kierros kestää arviolta 60 000 vuotta.)

Mainittujen kääpiötähtien massat ovat vain joitain prosentteja Auringosta. Niiden vaikutukset Oortin pilvessä jäänevätkin varsin huomaamattomiksi. Alfa Centaurin tähdet taas eivät kulje Oortin pilven läpi, eikä niidenkään painovoimavaikutus montaa pienkappaleita heilauta. Suurempiakin häiriötekijöitä on nähty.

Keltainen jättiläistähti gamma Microscopii oli eri luokkaa. Sen läpimitta on kymmenen kertaa suurempi kuin Auringon, ja massa 2,5 Aurinkoa. Tämä raskaahko tähti kulki 3,8 miljoonaa vuotta sitten ehkä vain valovuoden päästä meistä, ja luultavasti onnistui sekoittamaan Aurinkokunnan ulko-osia edes jonkin verran.

Ainakin esi-isämme, jo tuossa vaiheessa kahdella jalalla kulkeneet etelänapinat, näkivät sen taivaalla hieman Venusta kirkkaampana pisteenä vuosituhansien ajan.

Nykyisin näkemämme komeetat (ja osa törmäyskraattereista) saattavat olla gamma Microscopiin lähiohituksen aikaansaannoksia. Tai yhtä hyvin jonkin jonkin aiemman lähitähden. Varmasti emme kuitenkaan voi tietää. Emme ainakaan ennen kuin erotamme miten paljon tavaraa Oortin pilvessä todella lymyää. Tai ennen kuin pystymme laskemaan tähtien radat monin verroin nykyistä tarkemmin.

Päivitys 18.2. n. klo 13: Tarkennettu "ennätystä" tarkoittamaan vain tunnettujen tähtien lähiohituksia. Aurinko on historiansa aikana kulkenut nykyistä tiheämminkin 'tähditettyjen' alueiden läpi, joten lähempiäkin ohituksia on todennäköisesti tapahtunut. Sellaisista ei kuitenkaan ole muuta kuin simulaatioihin perustuvia tilastollisia arvioita.


Alla taulukko lähiohituksista. Muista myös muut jutut lähitähdistä: • (1) Proxima Centaurilla on kiertolainen?(2) Millainen Proxima Centauri on?(3) Tähti käväisi lähempänä kuin Proxima(4) Monet tähdet tekevät lähiohituksia

Tulevat ohitukset:
Tähti              vuosiluku               etäisyys
Hip 85605           n. 240 000-470 000 jaa. 0,13-0,65 vv = 8 200-41 000 AU
Gliese 710          n. 1 300 000 jaa.       0,33-1,44 vv = 21 000-91 000 AU
Proxima Centauri       n. 29 400 jaa.       2,90 vv = 183 000 AU
Alfa Centauri A+B      n. 30 400 jaa.       2,97 vv = 184 000 AU

Menneet ohitukset:
Tähti               vuosiluku               etäisyys
Scholzin tähti          n. 70 000 eaa.      0,59-1,17 vv = 37 000-74 000 AU
gamma Microscopii   n. 3 800 000 eaa.       1,14-4,37 vv = 72 000-273 000 AU

jaa. = jälkeen ajanlaskun alun ; eaa. = ennen ajanlaskun alkua ; vv = valovuosi ; AU = astronominen yksikkö eli 149 597 871 km

Kaikkien aikojen lähin tähti

Ti, 02/17/2015 - 21:01 Markus Hotakainen
Kuva: Michael Osadciw / University of Rochester

Proxima Centauri on Auringon lähin naapuri – nykyisin. 4,2 valovuoden etäisyydellä se on kuitenkin periferiassa verrattuna Scholzin tähden etäisyyteen noin 70 000 vuotta sitten.

Löytäjänsä Ralf-Dieter Scholzin mukaan nimetty WISE J072003.20-084651.2 on hyvin himmeä punainen kääpiötähti, joka löytyi vuonna 2013 WISE-infrapunasatelliitin (Wide-field Infrared Survey Explorer) keräämästä havaintoaineistosta.

Tarkastellessaan tähden liikettä tähtitieteilijät huomasivat, että sen on muinoin täytynyt kulkea hyvin läheltä Aurinkokuntaa.

Kansainvälistä tutkijaryhmää johtanut Eric Mamajekin mukaan tähti herätti huomiota sillä, että se on "vain" 20 valovuoden etäisyydellä, mutta silti sen havaintosuuntaan nähden kohtisuora eli niin sanottu ominaisliike on taivaalla hyvin hidasta. Sen sijaan tähti on liikkumassa melkoista vauhtia melkein suoraan poispäin meistä.

Tätä nykyä Scholzin tähti on meistä jo noin 20 valovuoden etäisyydellä Yksisarvisen tähdistön suunnassa. Alla olevaan kuvaan on merkitty tähden sijainti 60 vuotta sitten (punainen pallo) ja nykyisin (sininen pallo) sekä valkoisella katkonuolella sen liike 200 vuoden aikana.

 

Tutkijat määrittivät tähden nopeuden ja kulkusuunnan tarkemmin Etelä-Afrikassa sijaitsevalla SALT-teleskoopilla (Southern African Large Telescope) ja Las Campanasin observatoriossa Chilessä sijaitsevalla Magellan-kaukoputkella tehtyjen havaintojen perusteella.

SALT-teleskoopilla työskentelevän Petri Väisäsen mukaan mittauksiin ryhdyttiin heti, kun observatorioon saatiin tieto läheisen tähden löytymisestä. "Havainnot olivat kuin suoraan tieteiselokuvasta: tähti on ohittanut meidät hyvin läheltä melko äskettäin. Mutta kuinka läheltä? Ja vaikuttiko tähti esimerkiksi komeettojen ratoihin niin, että niitä olisi suuntautunut kohti planeettoja?"  

Väisänen kertoo asiasta enemmän jutun lopussa olevassa videossa.

Kun tutkijat ottivat huomioon tähden liikkeeseen vaikuttavat tekijät koko Linnunradan vetovoimaa myöten, saatiin tulokseksi, että Scholzin tähti on 98 prosentin todennäköisyydellä kulkenut Aurinkokuntaa ympäröivän Oortin komeettapilven ulko-osien läpi.

Etäisyyttä Aurinkoon oli tuolloin noin 52 000 tähtitieteellistä yksikköä (Astronomical Unit, AU) eli Maan ja Auringon keskietäisyyttä. Se merkitsee noin 8 000 000 000 000 kilometriä eli ainoastaan 0,8 valovuotta. Lähimmän ohituksen aikaan välimatkaa oli siis vain viidennes Proxima Centaurin etäisyydestä.

Oortin pilven ulko-osissa komeettaytimiä on niin harvakseltaan, että tähti ei ilmeisesti juurikaan vaikuttanut niiden ratoihin. Todennäköisyys sille, että tähti olisi kulkenut pilven tiheämpien sisäosien halki ja saanut aikaan Aurinkokunnan keskusalueille suuntautuvia "komeettasuihkuja", on ainoastaan 1/10 000.

Vaikutuksen vähäisyys johtui myös kääpiötähden mitättömässä massasta, joka on vain noin kahdeksan prosenttia Auringon massasta. Sillä on kumppaninaan ruskea kääpiö, joka on massaltaan ainoastaan kuutisen prosenttia Auringosta. Seuralainen on "epäonnistunut" tähti, sillä sen massa ei ole riittävän suuri fuusioreaktioiden käynnistymiseksi sen ytimessä. 

Lähimmilläänkään Scholzin tähti ei ollut kovin kirkas, vain noin 10. magnitudia, joten se olisi erottunut ainoastaan kaukoputkella – edellyttäen, että sellaisia olisi ollut tuolloin olemassa. Tähdellä on kuitenkin voimakas magneettikenttä ja sen pinnalla tapahtuu rajuja flare-purkauksia, jotka voivat kasvattaa sen kirkkauden hetkellisesti monituhatkertaiseksi.

On siis mahdollista, että 70 000 vuotta sitten taivaalle tuijotelleet esivanhempamme näkivät Scholzin tähden paljain silmin joidenkin minuuttien tai tuntien ajan aina, kun siinä tapahtui voimallinen purkaus.

Tiedetuubi palaa piakkoin asiaan SALT-teleskoopin äärellä tehdyssä raportissa.

Lisää tähtien lähiohituksista toisessa jutussamme "Tähtiä tulee ja tähtiä menee" sekä alla olevassa, SALT-teleskoopilla kuvatussa videossa.

Luonto jäljittelee taidetta

La, 02/07/2015 - 11:28 Markus Hotakainen
Kuva: ESA / Planck Collaboration

Näyttääkö yllä oleva kuva jotenkin tutulta? Ei niinkään yksityiskohdiltaan, mutta jossain määrin väreiltään ja erityisesti yleisilmeeltään.

Tutuntuntuisuus ei ole mikään ihme, sillä Vincent van Goghin maalauksessa Tähtikirkas yö taivas on kuvattu kovasti samannäköisenä kuin Planck-luotaimen mittauksista kootussa kuvassa.   

Keväällä 1889 van Gogh – leikattuaan korvansa irti – kirjoittautui Saint-Paul-de-Mausolen "hullujenhuoneeseen", missä hän maalasi monet tunnetuimmista teoksistaan, muiden muassa juuri Tähtikirkkaan yön. Se vastaa van Goghin huoneen ikkunasta avautunutta näkymää, jonka hän ikuisti yli 20 maalaukseen. 

Öisen maiseman yllä kaartuvalla taivaalla näkyy Kuu sekä kirkkaimpana "tähtenä" Venus, joka on korkean sypressin oikealla puolella. Vincent kirjoitti kesäkuun alussa veljelleen Theolle, kuinka ennen auringonnousua taivaalla näkyy kirkas "aamutähti". Sittemmin on todettu, että Venus todella oli tuolloin aamutaivaalla. 

 

Maailmankaikkeus päihitti kuitenkin van Goghin.  

Toukokuussa 2009 avaruuteen laukaistu Planck tarkkaili melkein neljän ja puolen vuoden ajan maailmankaikkeuden vanhinta "valoa", kosmista taustasäteilyä.

Säteily on peräisin noin 380 000 vuoden ikäisestä universumista, kun kosmoksen lämpötila oli laskenut niin paljon, että protonit ja elektronit lyöttäytyivät yksiin ja muodostivat atomeja. Maailmankaikkeus muuttui läpinäkyväksi ja säteily pääsi etenemään esteettä.

Maailmankaikkeuden laajeneminen on venyttänyt säteilyn aallonpituutta siten, että nykyisin se havaitaan mikroaaltoalueella. Ja juuri sillä alueella Planck mittasi säteilyn voimakkuutta ja polarisaatiota (eli säteilyn sähkömagneettisen aaltoliikkeen värähtelytason suuntaa). Havainnot kattoivat koko taivaankannen.

Otsikkokuva ei kuitenkaan esitä kosmisen taustasäteilyn jakaumaa, joten Vincent ei ollut sentään 13,7 miljardia vuotta jäljessä universumia – korkeintaan joitakin kymmeniä tuhansia vuosia.

Kuva esittää Linnunradan pölyn säteilyä, jonka polarisaatio kertoo kotigalaksimme magneettikentästä. Sen voimaviivat saavat aikaan kuvan kiemuraiset kuviot. Värit puolestaan kertovat säteilyn voimakkuudesta: punaruskea on voimakkainta, tummemman sininen heikointa.

Näkikö van Gogh sekavassa mielentilassaan taivaalla Linnunradan pölystä tulevan säteilyn polarisaation? No ei. Maalauksen ja maailmankaikkeuden välinen yhdennäköisyys on silti kiinnostava.

Perjantaipähkinä: Kuinka kauan tikkari kestää?

Pe, 02/06/2015 - 13:35 Markus Hotakainen

Noin tuhat lipaisua, mikäli tuoreeseen tutkimukseen on uskominen. New Yorkin yliopiston ja Floridan valtionyliopiston tutkijat ovat selvitelleet kappaleiden muodonmuutoksia ja aineen liukenemista veden vaikutuksesta. Ongelmana on ollut se, että virtaus vaikuttaa kappaleen pintakerroksen käyttäytymiseen ja toisaalta pinnan jatkuva muovautuminen vaikuttaa virtaukseen.

Varsinainen kysymyksenasettelu ei koskenut makeisten syömistä ja niiden riittävyyttä, vaan liittyi kemian- ja lääketeollisuuteen. Niissä kiinteän aineen liukeneminen nesteeseen on usein keskeinen tekijä ja siksi siihen vaikuttavat prosessit on hyvä tuntea mahdollisimman yksityiskohtaisesti.

Tutkijat upottivat laboratoriossa kovia karkkeja virtaavaan veteen ja kuvasivat niiden vähittäistä hiipumista. He huomasivat, että liuetessaan makeinen omaksuu tietyn muodon, joka sitten säilyy – toki kaiken aikaa kutistuen – kunnes karkki on kokonaan kadonnut.

Syntyvään muotoon ei vaikuttanut makeisen alkuperäinen muoto eikä myöskään veden virtausnopeus. Liukenemisvauhti kuitenkin kasvaa suhteessa veden virtausnopeuden neliöjuureen.

Karkkien liukeneminen kuvattiin ja kuvien pohjalta tehtyjen mittausten avulla voitiin laatia malli siitä, miten virtaus muotoilee ja kuluttaa liukenevaa kappaletta.

Nyt saatuja tuloksia voidaan soveltaa myös geologiassa. Eroosio tuottaa usein epätavallisia maastonmuotoja, jotka ovat mahdollisesti selitettävissä kehitetyn mallin avulla. Samalla tuli selvitetyksi, kuinka kauan tikkari kestää.

Tutkimuksesta kerrottiin Newswise-sivustolla ja se on julkaistu Journal of Fluid Mechanics -lehdessä (maksullinen) 26. tammikuuta.