kraatterit

Usein luullaan, että Kuu näkyy parhaiten täydenkuun aikaan. Silloin se on tietysti kirkkaimmillaan ja loistaa talvisin korkealla taivaalla.

Täydenkuun aikaan kiertolaisemme pinnalta ei kuitenkaan erotu kovinkaan paljon. Tummat "meret" eli valtavat laavatasangot toki, mutta kraattereita ei juuri lainkaan.

Paras aika Kuun vaihtelevien pinnanmuotojen katseluun kiikarilla tai kaukoputkella on puolikuun tietämissä. Silloin Aurinko valaisee Kuuta Maasta katsottuna sivusuunnasta, ja pimeän ja valoisan alueen raja eli terminaattori on Kuun keskivaiheilla.

Pikimustat varjot korostavat kraattereita, vuoria ja vuorijonoja sekä laaksoja ja kukkuloita. Jos malttaa katsella näkymiä vähän pidempään, Kuun pimeältä puolelta ilmestyy näkyviin vuorenhuippuja ja kraattereiden reunavalleja, joihin yhtäkkiä lankeaa kirkas auringonvalo.

Ei niinkään sisukseltaan, vaan kuoreltaan. Uuden tutkimuksen mukaan Kuun kuori on totaalisen säröillä.

Noin neljä miljardia vuotta sitten Kuuhun kohdistui ankara pommitus. Erikokoisia asteroideja iskeytyi sen pintaan joukoittain ja pinta kirjoutui kraattereihin. Kuoreen syntyi halkeamia, jotka tekivät siitä lujan kiven sijasta huokoista höttöä.

Iskuja tuli niin tiuhaan ja ne olivat niin voimakkaita, että Kuun kuorikerros mureni käytännössä kokonaan. Kuori hajosi muinoin niin pahasti, että myöhemmät avaruuden kivien iskut eivät enää kyenneet murentamaan sitä enempää vaan päinvastoin tiivistivät aiempien törmäysten jäljiltä jauhautunutta kerrosta.  

Kuun kuoren uloimman osan muodostavaa kivimurskaa sanotaan megaregoliitiksi. Sitä hallitsevat melko pienet, korkeintaan 30 kilometrin läpimittaiset kraatterit. Esimerkiksi Etelä-Pohjanmaalle yli 70 miljoonaa vuotta sitten asteroidin iskusta syntynyt Lappajärvi on alkujaan ollut läpimitaltaan samaa luokkaa. 

Megaregoliitin alla on tiiviimpää kallioperää, jota ovat aikoinaan muokanneet voimakkaammat iskut. Tutkijoiden mukaan Kuun kuorikerroksen huokoisuus ja siinä tapahtuneet muutokset kertovat muinaisen Aurinkokunnan tapahtumista, joilla on ollut merkitystä myös elämän kannalta – ei kuitenkaan Kuussa.

"Prosessi, joka tekee planeettojen kuorikerroksesta huokoisen, on keskeisen tärkeä yrittäessämme ymmärtää, miten vesi pääsee pinnan alle", tutkimusryhmää johtanut Jason Soderblom sanoo.

"Maan elämä on kenties kehittynyt pinnan alla ja asteroidi-iskut ovat merkittävin mekanismi, joka synnyttää kuoreen koloja ja onkaloita. Se vaikuttaa oleellisesti siihen, mihin tahtiin prosessi etenee. Kuu on ihanteellinen paikka ilmiön tutkimiseen."

Tutkijaryhmä käytti NASAn GRAIL-luotainparin (Gravity Recovery and Interior Laboratory) välittämiä tietoja. Kaksikko tarkkaili keskinäistä etäisyyttään, joka kertoi niihin vaikuttavan gravitaation suuruudesta.

Mittausten perusteella kartoitettiin yli 1 200 Kuun kääntöpuolella sijaitsevan kraatterin kohdalla vallitseva vetovoimakenttä. Aineistosta poistettiin erilaisten pinnanmuotojen kuten vuorten ja laaksojen vaikutus, jolloin jäljelle jäi ainoastaan Kuun varsinaisesta kuorikerroksesta syntyvä gravitaatio.

"Teimme oletuksen, että kuoren aineessa itsessään ei ole eroja, joten kaikki havaitsemamme vaihtelut [gravitaatiokentässä] johtuvat huokoisuudesta ja kiviaineksen seassa olevasta tyhjästä tilasta", Soderblom selvittää.

Kun kunkin kraatterin gravitaatiokenttää verrattiin ympäristössä vallitsevaan, saatiin selville, miten muinainen isku on vaikuttanut huokoisuuteen paikallisesti: onko se kasvanut vai vähentynyt. Alle 30 kilometrin läpimittaisten kraatterien kohdalla iskut ovat sekä kasvattaneet että vähentäneet kuorikerroksen huokoisuutta.

"Pienimpien tarkastelemiemme kraattereiden kohdalla näemme Kuun murentuneen niin läpikotaisin, että kuoren huokoisuus on asettunut tietylle tasolle", Soderblom havainnollistaa. "Iskujen jatkuessa huokoisuus on joissakin kohdissa kasvanut ja joissakin vähentynyt, mutta keskimäärin se pysyi vakiona."

Tutkijoiden mukaan suuremmat kraatterit, jotka ulottuvat paljon syvemmälle, kasvattivat huokoisuutta vain megaregoliitin alapuolella. Siellä huokoisuus ei koskaan saavuttanut samanlaista pysyvää tilaa eikä kuoren halkeilu ole niin kattavaa kuin ylemmässä kerroksessa.

Soderblomin mukaan suurten kraatterien gravitaatiokenttä saattaa kertoa meille kuinka paljon iskuja Kuuhun ja muihin Aurinkokunnan kappaleisiin kohdistui neljä miljardia vuotta sitten ajanjaksona, jota kutsutaan "myöhäiseksi raskaaksi pommitukseksi" (Late Heavy Bombardment).

"Pienempien kraatterien kohdalla tilanne vastaa ämpärin täyttämistä vedellä. Kun ämpäri lopulta täyttyy, mutta siihen kaataa edelleen vettä kupillisen kerrallaan, on mahdoton sanoa, montako kupillista siihen meni täyttymisen jälkeen", Soderblom kuvailee.

"Syvemmällä olevien suurten kraattereiden avulla voimme saada siitä jonkinlaisen käsityksen, koska siellä ’ämpäri’ ei ole vielä täynnä."

Kuun vaihtelevaa huokoisuutta tutkimalla on ehkä mahdollista selvittää, mistä iskuja aiheuttaneet avaruuden kappaleet olivat peräisin.

"Toivomme saavamme selville noin sadan kilometrin läpimittaisten kraatterien lukumäärän, josta voimme päätellä myös pienempien kraatterien runsauden, jos teemme olettamuksia törmänneiden kappaleiden populaatioista. Näiden oletusten pohjalta voimme selvittää, mistä asteroidit tulivat", Soderblom arvioi.

"Se puolestaan auttaa ymmärtämään myöhäisen raskaan pommituksen syitä ja selvittämään, olivatko sen aiheuttaneet kappaleet lähtöisin asteroidivyöhykkeeltä vai kauempaa Aurinkokunnasta."

Tutkimuksesta kerrottiin MIT:n (Massachusetts Institute of Technology) uutissivuilla ja se on julkaistu Geophysical Research Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Jason Soderblom et al.

Mars Reconnaissance Orbiter eli MRO-luotain on tehnyt punaisesta planeetasta havaintoja, jotka kertovat sen pinnalla olevan lasia. 

Parikymmenkilometrisen Alga-kraatterin keskusvuoren rinteillä lasi erottuu värikoodatussa kuvassa vihreänä. Lasin lisäksi siinä näkyy pyrokseenia (sininen) ja oliviinia (punainen). 

Lasi on syntynyt, kun planeetan pintaan on iskeytynyt suurella nopeudella avaruudesta tullut kappale. Törmäyksessä on vapautunut niin paljon energiaa, että iskukohdan kallioperä on osittain höyrystynyt ja osittain sulanut. Kun sula kivi on jähmettynyt uudelleen, se on muuttunut lasiksi.

Lasiesiintymät saattavat kertoa Marsin muinaisesta elämästä – jos sellaista on ollut. Vaikka lasin syntyessä olosuhteet ovat olleet elämän kannalta vähintäänkin vihamieliset, maapallolta tunnetaan esimerkkejä tapauksista, joissa kosmisen iskun seurauksena syntyneessä lasissa on säilynyt orgaanisia molekyylejä ja jopa kasvisolukkoa.

Elämän merkkejä on siten voinut säilyä myös marsilaisessa lasissa.

Alga ei ole ainoa kraatteri, josta on löytynyt lasia. Helppoa lasiesiintymien jäljittäminen ei kuitenkaan ole ollut. Lasin spektrijäljet siitä heijastuneessa valossa ovat hyvin heikkoja ja hankalia tunnistaa.  

Ratkaisu löytyi laboratoriosta. Kun Marsin kiviä muistuttavia mineraaleja jauhettiin hienoksi ja sulatettiin korkeassa lämpötilassa, saatiin aikaan lasia, jonka spektriä voitiin verrata punaisen planeetan pinnalta heijastuneen valon spektriin. Tällä tavoin tiedettiin, millaista signaalia piti etsiä muiden mineraalien muodostaman kohinan joukosta.

Algan ohella yksi "lasikraattereista" on Hargraves, joka sijaitsee lähellä Nili Fossaen vajoamalaaksoa. Aluetta harkittiin vajaa kymmenen vuotta sitten Curiosity-kulkijan laskeutumispaikaksi ja se on ehdolla vuonna 2020 laukaistavan Mars-kulkijan tutkimuskohteeksi. 

Nili Fossaessa on havaittu merkkejä muinaisesta hydrotermisestä toiminnasta, mikä on saattanut tehdä siitä aikoinaan elämän kannalta otollisen paikan. 

Löydöstä kerrottiin NASAn uutissivuilla.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/JHUAPL/University of Arizona

Joulunpyhinä voi viettää laatuaikaa tähtitieteellis-kartografisissa merkeissä. Garnegie-tiedeinstituutti on julistanut kilpailun, jossa haetaan nä viidelle Merkuriuksen kraatterille. Niiden koot vaihtelevat välillä 34–105 kilometriä ja ne sijaitsevat eri puolilla Aurinkokunnan sisintä planeettaa.

Kraatterit, joista löytyy enemmän tietoa täältä, on kuvannut MESSENGER-luotain (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging). Se on kiertänyt Merkuriusta maaliskuusta 2011 lähtien. Alkuperäisenä tavoitteena oli saada planeetasta 2 500 kuvaa, mutta tähän mennessä niitä on kertynyt jo satakertainen määrä eli yli 250 000.

Ihan millaiset nimet tahansa eivät kelpaa. Kansainvälisen tähtitieteellisen unionin IAU linjauksen mukaan Merkuriuksen kraatterit nimetään taiteilijoiden, säveltäjien tai kirjailijoiden mukaan. Kuka tahansa ei heistäkään ole kelvollinen, sillä kyseisen henkilön on pitänyt olla kuuluisa yli 50 vuoden ajan ja kuolleena vähintään kolme vuotta.

Nimellä ei saa olla minkäänlaisia kytkentöjä politiikkaan, uskontoon tai sodankäyntiin, eikä se saa olla minkään toisen Aurinkokunnan kappaleen pinnanmuodon nimenä. Jälkimmäisen ehdon täyttymisen voi tarkistaa kattavasta nimiluettelosta ja Merkuriuksen nykyiseen nimistöön voi tutustua täällä.

Asiaan kannattaa paneutua huolella, sillä ehdotuksen mukana on oltava lyhyt luonnehdinta ehdotettua nimeä kantaneen henkilön tekemisistä sekä luotettava lähde kerrotuille tiedoille.

Kilpailu on avoin kaikille paitsi luotaimen tiedotustiimin jäsenille ja ehdotukset on jätettävä 15. tammikuuta 2015 mennessä. Tehdyistä ehdotuksista 15 valitaan loppukilpailuun ja lopullinen valinta tehdään IAU:ssa. Voittaneet nimet julkistetaan maalis–huhtikuun vaihteessa, kun MESSENGER-luotain ohjataan lentonsa päätteeksi törmäämään Merkuriuksen pintaan.

Kilpailuun pääsee osallistumaan Carnegie-instituutin sivuilla.

Onnea matkaan!

Yhdysvaltain Mars Reconnaissance Orbiter eli MRO-luotain on tutkinut naapuriplaneettaamme vuodesta 2006 lähtien. Yksi sen instrumenteista on huipputarkka HiRISE-kamera (High Resolution Imaging Science Experiment), jonka erotuskyky on kolmenkymmenen senttimetrin luokkaa.

Kameralla on otettu vuosien kuluessa useita kuvasarjoja, joiden avulla voidaan seurata pinnalla tapahtuvia muutoksia. Arizonan yliopiston johtamassa tutkimuksessa Marsista on etsitty tuoreita kraattereita. Kuvista löytyi 248 uutta iskukohtaa ja niiden perusteella pystyttiin laatimaan arvio planeettaan kohdistuvan kivipommituksen tahdista.

Laskelmien mukaan Marsiin osuu vuosittain yli 200 pientä asteroidia tai komeetanpalasta, jotka saavat aikaan vähintään nelimetrisen kraatterin. Se vastaa yhtä iskua noin Suomen kokoiselle alueelle joka toinen vuosi. Tahti osoittautui odotettua harvemmaksi, sillä aiemmat arviot olivat 3–10 kertaa suurempia.

Marsin pintaan osuvat kappaleet ovat läpimitaltaan vain metrin tai parin luokkaa. Maahan osuessaan ne tuhoutuisivat jo korkealla ilmakehässä, mutta Marsin harva kaasukehä ei pysty estämään niiden iskuja.

Asteroiditörmäys tappoi dinosaurukset 65 miljoonaa vuotta sitten, mutta paljon aikaisemmat iskut saattoivat auttaa elämää syntymään ja kehittymään. Viitteitä tästä löytyy yllättäen Suomen kallioperästä, Etelä-Pohjanmaalla sijaitsevasta Lappajärven kraatterista.

Lappajärvi syntyi kymmeniä miljoonia vuosia sitten, kun noin puolikilometrinen asteroidi iskeytyi voimalla maankamaraan. Lukuisat jääkaudet ovat kuluttaneet kallioperää niin, että kraatteriin syntynyt järvi ei ole enää likikään pyöreä, mutta jo pitkään sen on tiedetty olevan erikoinen muodostelma.

Aiemmin Lappajärven arveltiin olevan tulivuoren kraatteri, mutta 1970-luvun lopulla Martti Lehtinen osoitti tutkimuksillaan, että kyse on törmäyskraatterista. Siitä huolimatta paikkakunnalla järjestetään kesäisin yhä Tulivuorirock-musiikkifestivaali.

Elämä on noin 3,8 miljardia vuotta sitten kenties saanut alkunsa kuumissa lähteissä, jotka liittyvät hydrotermiseen toimintaan. Nykyisin se kumpuaa vulkanismista, mutta Maan nuoruudessa sen pääasiallisena aiheuttajana olivat lukemattomat asteroiditörmäykset.

Kun valtaisa törmäys sulatti kallioperää ja höyrysti vettä, muodostui olosuhteiltaan suotuisia “keitaita”, joissa elämä saattoi syntyä ja kukoistaa. Ongelmana on ollut se, että hydrotermisen toiminnan on arveltu hiipuneen melko pian törmäyksen jälkeen, vain muutamassa kymmenessätuhannessa vuodessa. Niin lyhyt aika ei riittäisi elämän syntyyn.

Kaksi australialaisgeologia, Martin Schmieder ja Fred Jourdan, ovat määrittäneet aiempaa tarkemmin Lappajärven iän ja saaneet tulokseksi 76,2 miljoonaa vuotta. Helmikuisessa Geochimica et Cosmochimica Acta -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan osa törmäyksen seurauksena syntyneistä mineraaleista on kuitenkin 1,6 miljoonaa vuotta nuorempia.

Tutkimuksen kohteena ollut kalimaasälpä on aikoinaan kiteytynyt iskun sulattaman kiven jäähtyessä, joten se on tapahtunut huomattavasti arvioitua myöhemmin. Hydroterminen toiminta on siten jatkunut selvästi pidempään kuin teorian mukaan on oletettu.

Lappajärven muodostumisen aikoihin elämää oli ollut maapallolla jo liki neljän miljardin vuoden ajan, joten elämän synnyn kannalta pitkään jatkuneella hydrotermisellä toiminnalla ei ollut merkitystä. Oikeastaan päinvastoin, sillä Lappajärven synnyttänyt isku tuhosi kaiken elollisen parinsadan kilometrin säteellä.

Lappajärvestä tehty odottamaton havainto antaa kuitenkin mahdollisuuden tarkastella miljardeja vuosia sitten vallinneita olosuhteita uudella tavalla. Asteroiditörmäykset olivat silloin paljon yleisempiä ja jos niissä muodostuneiden kraattereiden yhteydessä esiintyi hydrotermistä toimintaa aiemmin oletettua pidempään, ne ovat saattaneet muodostaa elämän synnyn kannalta keskeisen tärkeitä ympäristöjä.