InSight-laskeutuja on kököttänyt Marsissa nyt lähes vuoden, yrittäen saada tolkkua planeetan sisäosista. Laskeutujan havainnoista on nyt viimein kerrottu ensimmäistä kertaa Genevessä pidetyssä EPSC-konferenssissa.

Kenties yllättävimmät löydöt tehtiin magneettikenttää mittaavalla magnetometrillä.

Monia yllätyksiä

Mielenkiintoisin löytö oli yön pimeimpinä tunteina toistuva täysin odottamaton magneettinen syke. Se tarkoittaa säännöllistä vaihtelua paikallisen magneettikentän voimakkuudessa (ja/tai sen suunnassa). Jopa pari tuntia kestävässä sykesarjassa yksi pulssi saattaa kestää yli minuutin. Voimakkaimmin aaltoilu näkyy pohjoissuunnassa, heikoimmin pystysuunnassa.

Jotain vastaavaa on nähty aiemminkin sekä Maassa että Marsissa. Moista magneettista vispausta tapahtuu tyypillisesti planeetan päiväpuolella (eli siellä missä aurinkotuulen, kaasukehän yläosien virtausten ja monien muiden tekijöiden vaikutukset ovat suurimmillaan) ja öisin lähellä napa-alueita (eli siellä missä kenttäviivat ohjaavat varautuneita hiukkasia kohti ilmakehää ja aiheuttavat revontulia).

InSightin huomaama sykintä tapahtuu kuitenkin keskiyön tienoilla ja päiväntasaajalla. Eli juuri silloin, kun alue on parhaassa mahdollisessa suojassa aurinkotuulelta, lähes 7000 kilometriä paksun kivikerroksen takana.

Vielä ei ole selvää mikä sykinnän aiheuttaa, mutta tutkijoilla on jo alustava idea (valistunut arvaus) mistä hommassa saattaa olla kyse.

Aurinkotuuli synnyttää Marsin hyvin heikon magnetosfäärin (vuorovaikuttaessaan sen kaasukehän kanssa) ja venyttää sen yöpuolelle suuntautuvaksi pitkäksi hännäksi. Lepattaessaan aurinkotuulen voimasta tuo häntä saattaisi sitten vuorostaan aiheuttaa kentän sykintää suoraan allaan olevalla pinnalla – eli juuri päiväntasaajan tienoilla, kun Aurinko on juuri planeetan toisella puolen. Vastaavaa ilmiötä ei ole ikinä havaittu Maassa, ehkä koska meikäläinen magnetosfääri on paljon voimakkaampi ja ilmakehä paksumpi.

Hypoteesi voitaisiin kenties tarkistaa Marsin magneettikenttää kiertoradalta tutkivalla MAVEN-luotaimella, jos se vain saadaan oikeaan paikkaan, oikeaan aikaan.

Tutkijat ovat InSightin löydöstä ymmärrettävästi innoissaan. Jos oudon sykkeen synty joskus vielä ymmärretään ja pulssit voidaan ennustaa, niitä voitaisiin käyttää planeetan sisäosien luotaamiseen. Parhaita tuloksia saisi magnetometrien linjastoilla tai verkostolla, tai pinnalla liikkuvien magneettikenttää mittaavien kulkijoiden avulla. Näin saatu aivan uudenlainen tieto voisi hyvinkin mullistaa käsityksemme Marsin kuorikerroksen rakenteesta ja kehityksestä.

Toinen yllätys oli luotaimen laskeutumispaikan magneettikentän voimakkuus. Aiempien kiertoratahavaintojen perusteella kentän voimakkuudeksi arvioitiin 20–350 nanoteslaa, mutta se osoitautuikin noin 20 kertaa suuremmaksi. Kentän lähde on magnetisoitunut kiviaines laskeutumisalueen alla.

Kannattaa huomata, että jopa tällainen oudon voimakas magneettikenttä jää kuitenkin vain sadasosiin Maan pinnalla vallitsevasta kentästä (leveyspiiristä riippuen 30–100 mikroteslaa).

Pohjavettäkin löytyi?

InSightin magnetometrillä tehtiin toinenkin erittäin mielenkiintoinen löytö: Jossain laitteen alla sijaitsee noin 2,5 kilometriä paksu kerros ainetta, joka on erittäin hyvin sähköä johtavaa. Kerroksen sijaintisyvyydeksi tutkijat arvioivat varovaisesti "enintään 100 kilometriä".

Valistuneiden arvausten perusteella varteenotettavin selitys olisi paksu  pohjaveden kerros. Kenties suolaista, ehkä veden ja jääsohjon sekoitusta.

Olettamusta tukevat lukuisat aihetodisteet. Marsin pinnalla on paljon vesijäätä ja kaasukehässä vesihöyryä. Pinnalla on nähty pieniä suolaveden purkauksia ja etelänavan läheltä on löydetty ainakin yksi iso suolaisen veden järvi jäätikön alta. Aikoinaan pinnalla virranneet ja seisoneet vesimassat ovat jättäneet monenlaisia selviä merkkejä sekä planeetan pinnanmuotoihin että mineraaleihin, eikä noiden vesimassojen katoamista ole ikinä kyetty täysin selittämään. Planeetan lämpötilan myös tiedetään nousevan syvemmälle mentäessä, vaikkei planeetan ydin enää olekaan yhtä kuuma kuin Maalla.

Vesi on selkein tunnettu aine, jolla havaittu sähkönjohtavuus voitaisiin selittää. Kerros saattaa myös hyvin olla alueellinen, ellei jopa globaali.

Pohjavesikerros ei siis olisi täysin odottamaton, mutta sen löytyminen olisi iso asia. Se ensinnäkin nostaisi roimasti marsilaisen elämän synnyn ja jopa nykyisyyteen asti säilymisen todennäköisyyttä. Ja mikäli pohjavesi olisi ihmisteknologialla saavutettavissa, "kaivoveden" saanti voisi olla suuri helpotus Marsiin kenties joskus matkaaville astronauteille.

EPSC-kokouksessa raportoidut InSightin löydöt ovat vasta alustavia, eikä niitä ole vielä ehditty vertaisarvioimaan.

Nasan InSight laskeutui Marsin pinnalle marraskuun 2018 lopulla. Laskeutumispaikka sijaitsee vulkaanisella tasangolla lähellä päiväntasaajaa (4.5° pohj. lev., 135.6° it. pit.). Alue on "tarkoituksella tylsä", sillä InSightin tehtävä ei ole perehtyä pinnan kummallisuuksiin vaan saada uusia tietoja syvältä planeetan uumenista.

Laskeutujan mukana Marsin pinnalle saatiin tutkimushistorian ensimmäinen magnetometri. Sillä tallennetaan laskeutumispaikan magneettikentän ajalliset vaihtelut ja muodostetaan kentästä tarkka kuva kolmella akselilla: itä-länsi, pohjois-etelä ja ylös-alas.

Marsin magneettikentästä saatiin hyvä yleiskuva jo 20 vuotta sitten kiertoratamittausten perusteella, mutta se ei kerro kaikkea. Pinnalta saadaan paljon tarkempaa tietoa kentän voimakkuudesta, suunnasta ja paikasta, sekä selvyys siihen kuinka kenttä aikaa myöten muuttuu.

Aiheesta kertoi Suomessa ensimmäisenä Tekniikan Maailma.

Lähteet: Russell ja kumpp., "The Martian Magnetic Field As Seen By InSight" (EPSC 2019); Andrews, Mysterious magnetic pulses discovered on Mars (National Geographic, 2019)

Aloituskuva: Nasa/JPL-Caltech

Tutkijat ovat uumoilleet jo pitkään, että Marsin napajäätiköiden alla saattaisi olla nestemäistäkin vettä. Tätä ennen siitä ei vain ole saatu havaintoja.

Mutta nyt saatiin.

Marsin ensimmäinen järvi on noin 20 kilometrin levyinen ja sijaitsee 1,5 kilometrin syvyydellä lähellä etelänapaa (193^o itäistä pituutta, 81^o eteläistä leveyttä). Joistain uutisista poiketen järvi ei itse asiassa ole varsinaisen napajäätikön alla, vaan sen lähettyvillä levittäytyvällä laajalla tasangolla, vuorottelevien jää- ja tomukerrosten alla.

Järven syvyydestä ei ole tietoa, mutta varmaa on ettei kyseessä ole ainakaan mikään ohut kalvo jäätikön alapinnalla.

Vajaan pikosekunnin kymmenyksen kestävä pikakuumennus tehtiin tehokkaalla röntgenlaserilla. LCLS-laitteisto (Linac Coherent Light Source) löytyy Yhdysvaltain Kansallisesta kiihdytinlaboratoriosta. Tutkijat kohdistivat lyhyitä, mutta hyvin voimakkaita laserpulsseja vesisuihkuun.

"Yleensä kun vettä kuumennetaan esimerkiksi mikroaalloilla, molekyylit alkavat vain liikkua yhä nopeammin. Käyttämämme kuumennusmenetelmä oli tyystin toisenlainen", selittää tutkimusta johtanut Carl Caleman.

"Energinen röntgensäteily iski elektronit irti vesimolekyyleistä, jolloin varausten tasapaino rikkoutui. Atomien välillä alkoi yhtäkkiä vaikuttaa voimakas hylkimisvoima, mikä sai ne liikehtimään hyvin rajusti."

Alle 0,000000000000075 sekunnissa veden olomuoto muuttui nesteestä plasmaksi. Sen tiheys oli kuitenkin edelleen sama kuin nestemäisen veden, sillä atomit eivät ehtineet lyhyessä hetkessä liikkua juuri mihinkään.

Ennen kuulentoja Kuun synnylle oli kolme teoriaa. Se olisi irronnut vinhaan pyörivästä Maasta, se olisi Maan sieppaama kappale tai se olisi syntynyt samaan aikaan Maan kanssa samasta Aurinkoa ympäröineen kaasu- ja pölypilven tihentymästä.

Kun astronauttien Kuun pinnalta keräämät kivet saatiin laboratorioihin, kävi ilmi, että mikään näistä teoriasta ei pidä paikkaansa.

Tutkijat kehittivät uusien tietojen pohjalta hypoteesin, jonka mukaan muinaisen Maan ja vähän pienemmän kappaleen törmäys sinkosi avaruuteen ainetta, josta osa jäi Maata kiertävälle radalle ja kasautui lopulta Kuuksi.

Ongelmana on ollut se, että Maan ja Kuun koostumuksissa on kuitenkin sekä yhtäläisyyksiä että eroja. Jos nuoren Maan ja törmänneen kappaleen koostumukset ovat olleet hyvin erilaiset – kuten Aurinkokunnan planeettojen nykykuosin perusteella voisi olettaa – miksi Maa ja Kuu eivät ole yhtä lailla selvästi toisistaan poikkeavat.

Tutkijat ovat ratkaisseet ongelman olettamalla törmäyksen olleen niin raju, että kappaleiden aineet sekoittuivat lähes täydellisesti, jolloin ruhjoutuneen Maan ja avaruuteen sinkoutuneen materian koostumukset olivat jokseenkin identtiset. Nykyisin havaittavat erot Maan ja Kuun välillä olisivat seurausta myöhemmästä asteroidipommituksesta.

Teoreettisesti on laskettu, että tietyissä oloissa nestemäisen veden tiheys voi laskea äkillisesti ja vesimolekyylit järjestyä uudelleen tavalla, joka tekee vedestä jähmeämpää, vähemmän vuolaasti virtaavaa.

Keittiön vesihanasta juoksevan veden kohdalla ei moisista muutoksista ole pelkoa, sillä Arizonan valtionyliopiston C. Austen Angellin johtaman ryhmän kokeissa tarvittiin hyvin alhaisia lämpötiloja ja erikoisolosuhteita.

Simulaatioiden perusteella etsittyä ilmiötä on ollut vaikea havaita kokeellisesti, koska juuri ennen veden oletettua nesteolomuodon muutosta se tuppaa muuttumaan kiteiseksi jääksi. Ilmiölle on annettu nimeksi "kiteytymisverho" ja se on estänyt monia muitakin veden olemuksen selvittämiseen tähdänneitä kokeita.

"Keksimme kuitenkin keinon, jolla ’kiteytymisverhon’ saa vedettyä syrjään riittävän pitkäksi ajaksi, jotta ehdimme nähdä, mitä on sen tuolla puolen – tai pikemminkin sen alapuolella", Angell toteaa.

Nyt havaittu olomuodon muutos muistuttaa veden jäätymistä, mutta se tapahtuu paljon nollaa celsiusastetta alhaisemmassa lämpötilassa. Andellin johtamissa kokeissa tempussa onnistuttiin –90 celsiusasteen lämpötilassa. Vesi voi siis olla nesteenä paljon jäätymispistettä alhaisemmissa lämpötiloissa, mutta se onnistuu vain laboratorio-olosuhteissa.

Uudenlaisen veden jäljille päästiin laboratoriossakin jo pari vuotta sitten, kun Andell selvitteli kollegansa Zuofeng Zhaon kanssa proteiinien tutkimuksessa käytetyn "ideaaliliuoksen" ominaisuuksia. He huomasivat, että tietyissä oloissa suolaliuoksen jäähtyessä alkoikin vapautua lämpöä, joka mahdollisti veden pysymisen nesteenä, tosin uudenlaisessa olomuodossa.

Planeetalla on massaa reilu neljäsosa Jupiterista eli suunnilleen Saturnuksen verran, mutta halkaisijaltaan se on neljänneksen Jupiteria suurempi. WASP-39b on siis kuin turvonnut Saturnus.

WASP-39b kiertää tähteään vain 7,3 miljoonan kilometrin etäisyydellä, joten se on hyvin kuuma. Helteisyyttä lisää se, että planeetan pyörimisliike on lukkiutunut eli se kääntää aina saman puolen kohti tähteä.

Päiväpuolella lämpötila kohoaakin lähes 800 celsiusasteeseen. Tosin yöpuolen ikuisessa pimeydessä on miltei yhtä kuuma, sillä pimeän ja valoisan alueen rajan eli terminaattorin yli puhaltaa voimakkaita tuulia, jotka kuljettavat lämpöä öiselle pallonpuoliskolle.

Silti planeetan kaasukehässä on runsain mitoin vettä, joskin korkean lämpötilan seurauksena se ei ole nestemäisessä olomuodossa, vaan vesihöyrynä.

Hubble- ja Spitzer-avaruusteleskoopeilla tehtyjen spektrihavaintojen perusteella WASP-39b:n kaasukehässä on vettä kolme kertaa enemmän kuin Saturnuksessa.

Tutkijat olivat aavistelleet jo ennalta, että planeetan kaasukehässä voisi olla vettä, mutta sen määrä yllätti. Sitä on niin paljon, että WASP-39b ei ole voinut syntyä niillä nurkilla, missä se nyt kiertää tähteään.

Jos ja kun Kuuhun joskus palataan, on oleellista tietää, minkä verran siellä on vettä. Sitä voidaan nimittäin käyttää sekä juomavetenä että rakettipolttoaineen eli vedyn ja hengityksen kannalta suhteellisen keskeisen hapen valmistamiseen.

Tuoreet havainnot viittaavat siihen, että Kuussa on vettä aina ja kaikkialla. "Olipa vuorokaudenaika mikä tahansa ja katsoimmepa mille tahansa leveysasteelle, vettä näyttää esiintyvän", toteaa Joshua Bandfield, jonka johdolla tehty tutkimus on vastikään julkaistu.

Tähän saakka ollaan oltu käsityksessä, että Kuun vesi – eli jää – on keskittynyt napaseuduille, missä joidenkin kraattereiden pohjat ovat ikuisessa pimeydessä. Näihin "kylmyysloukkuihin" olisi aikojen saatossa kertynyt kenties suuriakin määriä vettä. Niiden liepeillä vesijään esiintyminen noudattelisi vajaan kuukauden mittaisen Kuun vuorokauden vaihtelua.

Kuun pintakerrosten koostumuksen ja muiden ominaisuuksien tutkimus perustuu sekä kiertolaisemme heijastamaan että sen lähettämään säteilyyn. Veden esiintyminen näkyy heijastuvan infrapunasäteilyn spektrissä, mutta tutkimusta hankaloittaa samoilla aallonpituuksilla esiintyvä Kuun pinnan oma säteily. Niiden erottaminen toisistaan edellyttää tietoa Kuun pinnalla vallitsevista lämpötiloista.

Jään kelluminen ei ole kenellekään yllätys: kiinteässä olomuodossa veden tiheys on pienempi kuin nestemäisessä. Siihen perustuu vesistöjen jäätyminen sillä tavoin kuin ne pakkasten tullen jäätyvät.

Yllättävämpää on, että jäästä tunnetaan 17 erilaisia muotoa ja toisaalta vesi voi esiintyä nesteenä ankarassakin pakkasessa.

Vedellä on teoreettisesti päätelty olevan myös hyvin harva-aineinen nestemäinen olomuoto, mutta sen tuottaminen on osoittautunut hankalaksi. Nyt Chuanlong Lin, Jesse Smith, Stanislav Sinogeikin ja Guoyin Shen ovat siinä onnistuneet.

Veden tiheys normaalioloissa on gramma kuutiosenttimetriä kohti eli litra vettä painaa kilon. Tiheys voi olla lämpötilasta riippuen jotain muutakin, joko suurempi tai pienempi, mutta etenkin "harvan" veden tutkimus on vaikeaa, koska sellaiseen olomuotoon on siirryttävä asteittain melkein yhtä hankalien, painetta ja lämpötilaa laskevien, vaiheiden kautta.

Ammoin sellainen on Marsissa todennäköisesti ollutkin, mutta tätä nykyä maailma on kylmä ja kuiva. Ja todennäköisesti myös kuollut.

Siellä on kyllä vettä, mutta pahimmillaan 120 asteen pakkasessa se on jäänä. Sitä löytyy sekä napa-alueilta, pinnan alta ikiroutana että toisinaan jääkidepilvinä ja jopa taivaalta tipahtelevina lumihiutaleina.

Nestemäistä vettä on etsitty kissojen ja koirien kanssa, ja usein sitä ollaan oltu löytävinään. Tällä kertaa tuli paha takapakki: Marsista löytyikin hiekkaa.

Yhtenä vahvana viitteenä nestemäisen veden ajoittaisesta esiintymisestä on pidetty kukkuloiden, kraattereiden ja kanjoneiden rinteitä kirjovia tummia juovia, joissa tapahtuu muutoksia vuodenaikojen vaihdellessa.

Pinnan alla piileksivän jään on ajateltu aika ajoin sulaneen sen verran, että pinnalle on tihkunut juoksevaa vettä, joka sitten on valunut rinnettä alas.

Kaunis ajatus, mutta väärä.

Amerikkalainen tutkimusryhmä on saanut kuvia kerroksesta, joka verhoaa noin kolmannesta Marsista. Odotusten mukaisesti kerros on pääosin jäätä. Jää on kaiken kukkuraksi kerrostunutta ja sitä on erittäin paljon.

Löytö julkistettiin Science-tiedelehden tammikuun numerossa.

Marsin keskileveysasteita peittää suurelta osin laaja materiakerros, joka ikäänkuin verhoaa kaiken alleen ja näin pehmentää muita pinnanmuotoja. Kerros ulottuu lähes kaikkialle päiväntasaajan molemmin puolin, leveysasteiden 30 ja 60 välillä. Maapallolla se siis ulottuisi jotakuinkin Kairosta Helsinkiin.

Tähän mennessä kerrosta ei ole päästy tutkimaan aivan suoraan. Sitä nimittäin peittää samanlainen tomu- ja kivikuorrotus kuin lähes kaikkea muutakin Marsissa.

Tutkijat päättivätkin suunnata huomionsa jyrkänteisiin, joissa verhoava kerros kuorrotuksineen päättyy yllättäen. Näissä kohdissa eroosio on syönyt kerrokset poikki ja paljastaa niiden sisällön.

Seinämistä otetuissa tarkoissa kuvissa erottui paksu kirkas patja, joka koostuu kymmenistä ohuemmista sisäkerroksista. Patjan materiaaliksi paljastui suhteellisen puhdas jää. Lämpötilamittaus puolestaan osoitti, ettei kyse ollut mistään ohuesta seinämälle kertyneestä kuurakerroksesta. Nyt katsottiin siis varmasti seinämän sisärakenteeseen.

Vaikka jyrkänteet alulle saattanutta ilmiötä ei tunneta, niiden nykyinen toiminta on kuitenkin yksinkertaista: Kun jää paljastuu ja altistuu kaasukehän alhaiselle paineelle, se alkaa sublimoitua suoraan vesihöyryksi. Samalla seinämä vetäytyy taaksepäin, levenee ja mahdollisesti kasvaa korkeuttakin. Ja paljastaa koko ajan lisää jäätä. Prosessi jatkuu niin kauan kuin jäätä riittää tai olosuhteet muuttuvat riittävästi.

Jyrkänteitä on toistaiseksi löytynyt kahdeksan kappaletta. Ne kaikki sijaitsevat 55–58 leveysasteiden välillä kummallakin pallonpuoliskolla. Maassa tämä vastaisi Latvian ja Etelä-Amerikan kärjen tienoita.