kaasu

Magneettikenttä paljastaa – musta aukko vispaa Linnunradan keskuksen kaasua ja pölyä

Ke, 02/21/2018 - 17:25 By Markus Hotakainen

Kanarian saarilla voi tehdä muutakin kuin loikoilla ja ottaa aurinkoa. Siellä onnistuu esimerkiksi Linnunradan keskusalueiden tutkimus ennätyksellisen tarkasti.

Oxfordin yliopiston professorin Pat Rochen johdolla on laadittu huippuluokan "kartta" kotigalaksimme keskuksessa piileskelevän mustan aukon lähiympäristössä kieppuvista kaasu- ja pölypilvistä sekä tähdistä.

Linnunradan keskusalueilla tähtien on todettu kiitävän jopa 30 miljoonan kilometrin tuntinopeudella, mistä on pystytty laskemaan mustan aukon massan olevan yli miljoonakertainen Aurinkoon verrattuna.

Kartoitukseen käytettiin La Palman saarella sijaitsevaa 10,4-metristä GTC-kaukoputkea (Gran Telescopio Canarias) ja siihen kytkettyä CanariCam-infrapunakameraa. Sen toiminta-alue on 7,5–25 mikronin aallonpituuksilla ja sillä pystytään tutkimaan myös magneettikenttien ominaisuuksia säteilyn polarisaation perusteella.

Näkyvän valon alueella Linnunradan keskuksen tutkimus ei onnistu laisinkaan, sillä se on Maasta katsottuna tiheiden tähtienvälisten kaasu- ja pölypilvien takana. Infrapuna-alueella, samoin kuin radio- ja röntgenalueilla, havainnot kuitenkin onnistuvat.

Uusi infrapuna-alueen kartta kattaa alueen, joka ulottuu joka suunnassa noin valovuoden etäisyydelle mustasta aukosta. Kuvassa erottuvat siveltimenvetoja muistuttavat juovat syntyvät magneettikenttien myötäisesti liikkuvien lämpimien pölyhiukkasten ja kuuman kaasun säteilystä.

Valovuosien mittaiset säikeet kiertävät mustaa aukkoa, mikä kertoo kaasun ja pölyn liikkeistä sen lähiympäristössä. Magneettikenttä näyttää yhdistävän myös alueella olevia tähtiä.

Kentän voimakkuudesta on osoituksena se, että kaasun ja pölyn muodostamat säikeet säilyttävät muotonsa, vaikka niihin puhaltaa kaiken aikaa voimakas tähtituuli. Tosin osa aineesta päätyy ennen pitkää mustan aukon syövereihin.

Toistaiseksi ei tiedetä, mistä Linnunradan keskusalueen magneettikenttä saa alkunsa, mutta todennäköisesti sen ominaisuuksiin vaikuttaa vahvasti supermassiivinen musta aukko. Kun kenttä on kytkeytynyt kaasuun ja pölyyn sekä tähtiin, ja kaikkien niiden liikkeeseen vaikuttaa valtaisa gravitaatio, mustalla aukolla on oma osuutensa myös magneettikentän muotoutumisessa.

Kartoituksesta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivulla ja tutkimus on ilmestynyt Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedejulkaisussa.

Kuva: E. Lopez-Rodriguez/NASA Ames/University of Texas at San Antonio. 

Tänään on taistelukaasujen ikävä merkkipäivä: 5000 kuoli 10 minuutissa

Pe, 04/22/2016 - 11:36 By Jari Mäkinen

Päivän kuvassa on tänään kaksi saksalaista sotilasta ja hevonen kaasunaamareihin sonnustautuneina. Kuva on otettu vuonna 1916, jolloin valitettavasti kemialliset aseet olivat jo "normaali" osa sodankäyntiä.

Päivän kuvaTänään on kaasuaseen käyttämisen suhteen ikävä merkkipäivä, sillä 101 vuotta sitten, tänään vuonna 1915 kemiallista asetta käytettiin ensimmäisen kerran laajamittaisesti rintamalla. 

Saksalaiset joukot vapauttivat ilmaan 168 tonnia kloorikaasua Ypresissä, Belgiassa olleiden ranskalais-, kanadalais- ja algerialaissotilaiden päälle. Kellertävänvihreä kaasu levisi tuulen mukana yli kuuden kilometrin päähän alueelle, jolla oli noin 10 000 sotilasta. Heistä noin 5000 kuoli kymmenen minuutin kuluessa yksinkertaisesti tukehtumalla, sillä kaasu saa aikaa rinnan supistumista, kurkun ahtautumaa ja nesteen kerääntymistä keuhkoihin. Noin 2,5 milligrammaa ilmalitrassa on tappava annos.

Kyseessä ei kuitenkaan ollut aivan ensimmäinen kerta, kun kemiallista asetta käytettiin. Sitä ennen lokakuussa 1914 saksalaiset pommittivat brittijoukkoja Ranskassa ihoa ärsyttävällä jauheella, mutta se ei osoittautunut tarpeeksi tehokkaaksi. Niinpä seuraavaksi käytettiin kaasumaista ärsytystä aiheuttavaa ainetta, ksylyylibromidia, tammikuussa 1915 Puolan alueella venäläisjoukkoja vastaan.

Kloorikaasu puolestaan osoittautui arveltua tehokkaammaksi – etenkin kun sen ei pitänyt olla tappavaa, vaan ainoastaan lamauttavaa. 

HaberNobelisti kehittämässä kaasuaseita

Erilaisia myrkkyjä ja ärsyttäviä aineita on käytetty ihmisiä vastaan jo historian hämystä, mutta idean vastustajan päälle levitettävästä laajasta myrkkykaasupilvestä keksi kemisti Fritz Haber, Berliinin luona Dahlemissa olleen Keisari Wilhelmin fysikaalisen kemian ja elektrokemian instituutin johtaja.

Hän kehitti yhdessä Carl Boschin kanssa uuden, mullistavan tavan tuottaa kemianteollisuudessa tarvittavaa ammoniakkia nopeasti ja edullisesti.

Tämä Haber-prosessiksi kutsuttu menetelmä käytti raaka-aineinaan yksinkertaisesti ilmassa olevaa typpeä ja vedestä elektrolyysillä saatavaa vetyä. Haberille annettiin tästä Nobelin kemianpalkinto vuonna 1918, tosin voi olla, että ruotsalaiset olisivat harkinneet asiaa tarkemmin, jos he olisivat tietäneet Haberin ja hänen keksintönsä osuuden ensimmäisen maailmansodan kaasuaseiden kehittämisessä.

Haberia voi nimittäin kutsua modernin kemiallisen sodankäynnin isäksi, sillä hän keksi erilaisia tapoja levittää kaasua tehokkaasti laajalle alueelle siten, että aine on nestemäisenä paineistetuissa säiliöissä, joista suurella paineella vapautuessaan se muuttuu ilman kanssa reagoidessaan kaasumaiseksi ja sinkoutuu nopeasti kauaskin.

Hän myös kehitti myrkkykaasuja, joskin hänen suosikkinsa kloorikaasun oletettiin "vain" tekevän ihmiset väliaikaisesti toimintakyvyttömiksi, ilman, että kaasun käytöstä jäisi heille pitkäaikaisia vammoja. 

Paitsi että kloorikaasu osoittautui tappavaksi, kehitettiin ensimmäisen maailmansodan aikana muita, paljon vaarallisempia myrkkykaasuja, joita levitettiin Haberin kehittämillä nerokkailla laitteilla. Näitä olivat mm. fosgeeni, sinappikaasu, kloropikriini ja syanidikaasu.

Eivätkä vain saksalaiset tehneet niin, vaan myös ranskalaiset ja britit kehittivät ja käyttivät myrkkykaasuja. 

Ensimmäisen maailmansodan taistelukaasuista kenties kuuluisinta ja ikävintä oli sinappikaasu, jonka saksalaiset kehittivät vuonna 1917. Se ei ollut kaasuista kaikkein tappavin, mutta sen vaikutusaika oli pitkä. Ilmaa painavampi sinappikaasu kun saattoi pysyä maassa jopa viikkoja tai kuukausia sääoloista riippuen. Altistuneilla myös kivuliaat oireet – esim. ihorakkulat, näkövauriot, oksentelu, sisäinen ja ulkoinen verenvuoto – kestivät pitkään. Samoin kuolettavasti sinappikaasulle altistuneet saattoivat kärsiä jopa neljästä viiteen viikkoa ennen kuolemaa.

Kaikkiaan ensimmäisessä maailmansodassa käytettiin 50 965 tonnia erilaisia taistelukaasuja ja arviolta 1,3 miljoonaa ihmistä kuoli niiden vaikutuksesta. Heistä jopa 260 000 oli todennäköisesti siviilejä, sillä kaasu ei rintamien luona olleisiin kyliin levitessään vaikuttanut vain sotilaisiin.

Kaasuhyökkäyksiä vastaan suojauduttiin kaasunaamarein, joita kehitettiin myös eläimille. 

Ensimmäisen maailmansodan jälkeen vuonna 1925 laadittiin Geneven sopimus biologisista ja kemiallisista aseista, joka on hillinnyt, mutta ei suinkaan estänyt niiden käyttöä myöhemmin.

Pölykiekon repaleisuus ei välttämättä kerro eksoplaneetoista

Ti, 11/03/2015 - 20:07 By Markus Hotakainen
Protoplanetaarinen kiekko

Nuorten tähtien ympärillä esiintyy usein kaasu- ja pölykiekkoja, niin sanottuja protoplanetaarisia kiekkoja, joissa voi olla parhaillaan syntymässä tai jo syntynyt planeettoja. Tähän saakka on pidetty jokseenkin varmana merkkinä planeetan olemassaolosta kiekossa havaittuja "aukkoja", samankaltaisia tummia kohtia kuin Cassinin jako Saturnuksen renkaissa.

Ajatuksena on, että tähteä kiertävä planeetta "auraa" kiekkoon rataansa myötäilevän tyhjän alueen. Uuden tutkimuksen mukaan kyse voi kuitenkin olla joissakin tapauksissa pelkästä havaintoharhasta, jolla ei ole mitään tekemistä planeettojen esiintymisen kanssa.

"Jos emme havaitse kiekosta sirottunutta valoa, se ei välttämättä tarkoita, etteikö sillä kohtaa olisi jotain", toteaa tutkimusta johtanut Til Birnstiel.

Tutkijat tarkastelivat kiekkoja, jotka säteilevät näkyvän valon alueella tai lähi-infrapuna-aallonpituuksilla sirottunutta valoa. Sironta johtuu pienistä pölyhiukkasista, niin pienistä, että ne muistuttavat lähinnä tupakansavua. Alkujaan hiukkaset ovat levittäytyneinä koko kiekkoon, mutta pilvessä tapahtuu aikaa myöten muutoksia.

Hiukkaset kasautuvat yhteen ja muodostavat yhä suurempia kappaleita, lopulta jopa planeettoja. Toisinaan syntyneet kappaleet kuitenkin hajoavat törmäyksissä. Hiukkaset voivat myös vaeltaa kiekossa joko lähemmäs tähteä tai kauemmas siitä. Tätä kaikkea on mallinnettu Smithsonian-instituutissa Hydra-supertietokoneklusterilla.

"Kappaleiden kasvulla, vaeltelulla ja hajoamisella on selviä, havaittavia vaikutuksia", arvioi tutkimusryhmään kuulunut Sean Andrews. "Niiden seurauksena kiekkoon voi syntyä näennäinen aukko, kun valoa sirottavat pienet hiukkaset katoavat, mutta suuremmat kappaleet ovat siellä edelleen."

Miten on sitten mahdollista erottaa planeetan raivaama aukko alueesta, jonka soraa muistuttava aines on puhdistanut pölystä? Tekemällä havaintoja pidemmillä aallonpituuksilla, joilla sora on mahdollista erottaa.

Teoriaa on tarkoitus testata havaitsemalla TW Hydrae -nimistä tähteä ympäröivää kiekkoa ALMA-teleskoopilla (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Jos kiekossa olevassa aukossa "nähdään" soraa ja kivenkappaleita, sillä kohtaa ei todennäköisesti ole planeettaa. Sen sijaan jos aukko näyttää tyhjältä myös radiohavaintojen perusteella, silloin aukon kohdalla on mahdollisesti tähteä kiertävä planeetta.

Tutkimuksesta kerrottiin CfA:n (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

Kysymyksiä ja vastauksia ISONista

La, 11/30/2013 - 17:06 By Jari Mäkinen
ISON lauantaina 30.11. iltapäivällä

Komeettana vielä viime viikolla tunnettu ISON on tällä hetkellä nähtävästi enemmänkin kasa soraa ja pölyä, jonka ympärillä on avaruuteen vähitellen leviävää kaasua. Auringon säteilyllään ja painovoimallaan palasiksi möyhentämä ISON etääntyy vauhdikkaasti Auringosta ja sen rippeet seuraavat tarkalleen alkuperin laskettua rataa, paitsi että yhden komeettaytimen sijaan radalla kiitää ylöspäin Auringosta katsottuna diffuusi täplä, jolta voi vielä erottaa kaksi pyrstöä.

Onko ISON vielä komeetta?

Kysymykseen voi vastata toisella kysymyksellä: mikä on komeetan ja asteroidin ero?

Jos asteroidi on enemmän kiinteä kivimäinen kappale ja komeetassa on mukana myös jäätä ja pölyä, mistä sille muodostuu pyrstö, niin siinä tapauksessa ISON oli jotain siltä väliltä ja nyt enemmänkin asteroidi.

Nähtävästi siinä ei ole jäljellä enää paljoakaan pyrstönmuodostusainetta, joten nyt näkyvä kaksoispyrstömäinen usva hiipuu vähitellen ja komeetta himmenee näkymättömiin (ainakin harrastajalaitteilta). Komeetta on siis muuttumassa tai jo muuttunut asteroidiksi – tai kasaksi kiviä, jotka vähitellen leviävät laajemmalle alueelle samaan tapaan kuin kourallinen santaa ilmaan heitettäessä muuttuu pian santasateeksi.

ISONia kuvataan ja mitataan parhaillaan sekä lähiaikoina hyvin innokkaasti, koska se on erinomaisen kiinnostava tapaus. Jo nyt ISON-havainnot muodostavat erään parhaimmista ja aukottomimmista komeetasta tehdyistä havaintotietokannoista. Emme ole koskaan päässeet seuraamaan vastaavaa näin hyvin ja läheltä.

Tietojen – tuhansien ja tuhansien kuvien sekä mittausten – analysointi vie vuosia. Toistaiseksi kaikki on käynyt hyvin nopeasti: komeetta tuli, hajosi silmiemme edessä ja etääntyy nyt aivan erilaisena kuin alaspäin Aurinkokunnassa syöksyessään. Emme ole ennättäneet muuta kuin keräämään tietoja ja tukitsemaan niitä pikaisesti liki reaaliajassa.

Tällä haavaa ex-komeetta ISON on vielä liian lähellä Aurinkoa, jotta sitä voitaisiin havaita suurilla kaukoputkilla, joten emme vielä tiedä millainen sen ydin on. Vasta joulukuun puolivälissä saadaan tarkempia kuvia komeetasta tai sen rippeistä.

Näkyykö ISON vielä paljain silmin?

Tuoreimpien SOHO-aurinkoteleskoopin LASCO-instrumentin havaintojen mukaan ISONin kirkkaus on noin 5 magnitudia, mikä tarkoittaa sitä, että ainakaan tällaisenaan se ei olisi näkyvissä paljain silmin.

ISONista ei siis voi odottaa enää upeaa näkyä.

Kaukoputkella ja kiikareilla sen saanee kyllä näkyviin, mutta ilman valokuvaamista näky ei liene kovinkaan hääppöinen. Tosin ISON on ollut tähän saakka yllätyksiä täynnä, joten kenties sillä on varastossaan vielä yksi yllätys ja himmenemisen sijaan se alkaisikin kirkastua ... mutta tuskin.

Oikealla on LASCOn kuvista tehty animaatio, mikä näyttää hyvin komeetan vääjäämättömän himmenemisen.

Jos ISON on nyt kasa kiviä, voisiko siitä olla vaaraa maapallolle?

Ei. ISONin jäänteet jatkavat eteenpäin komeetan radalla, sillä vaikka yhden kappaleen sijaan kyseessä olisi koko joukko pienempiä kappaleita, pysyvät ne samalla radalla Auringon ympärillä.

Näistä ei koidu Maalle mitään haittaa, vaan ne kiitävät poispäin Aurinkokunnan ulko-osia kohden. Ensi vuoden alussa maapallo kulkee ISONin radan läpi ja osa sen jälkeen jättämästä kaasusta ja pölystä varmasti törmää Maahan, mutta ne saavat aikaan vain muutamia ylimääräisiä tähdenlentoja taivaalle.

Maa kulkee aina silloin tällöin komeettojen ratojen läpi ja silloin näemme taivaalla tähdenlentoparven, kun tavallista enemmän pieniä hitusia törmää ilmakehään ja palaa siinä. Tapahtumat ovat niin huomaamattomia, että vain tähtiharrastajat ovat niistä illoissaan.

Kannattaako ISOA enää seurata?

Ehdottomasti! Vaikka siitä ei tule upeaa komeettaa taivaalle ja se vaikuttaa pannukakulta, on tapaus erittäin kiinnostava. Tiedetuubi jatkaa siksi ISONin seuraamista, mutta koska uutisia tulee tämän jälkeen hieman harvemmin, emme päivitä tilannetta enää niin usein kuin lähipäivinä.

ISON stereona

Viime aikoina hienoimmat kuvat (kuten otsikkokuvamme) ovat tulleet ESAn ja NASAn yhteisestä SOHO-aurinkotutkimussatelliitista, mutta yllä olevat kuvasarjat on otettu NASAn STEREO-luotaimilla ja niiden Cor-2 -koronagrafeilla. Vasemmalla on ISONin ohilento STEREO-A -satelliitin ja oikealla STEREO-B satelliitin näkökulmasta. Kuvat: NRL/NASA

Huom: Animaatiot ovat suuria ja niiden lataantuminen saattaa kestää parikin minuuttia!