komeetat

Hubblella havaittiin tähti, jonka ympärillä sataa komeettoja

La, 01/07/2017 - 12:17 Jari Mäkinen

Tähden nimeltä HD 172555 ympärillä oleva avaruus olisi varmasti käynnin arvoinen paikka, ainakin jos haluaisit nähdä komeita maisemia: siellä nimittäin sataa komeettoja.

HD 172555 on nuorekas, vain 23 miljoonaa vuotta vanha tähtönen, ja se sijaitsee 95 valovuoden päässä Maasta. Siis hyvin lähellä omassa Linnunradassamme.

Tähden ympärillä on selvästikin Jupiterin kokoinen planeetta, jota ei ole vielä havaittu, mutta kohti tähteään syöksyvät komeetat ovat seurausta planeetan painovoimasta: kiertäessään tähteä se sinkoaa muita, pienempiä kappaleita eri suuntiin, ja myös kohti tähteä. 

Kun nämä kappaleet putoavat kohti tähteään, ne joko syöksyvät siihen suoraan, tai viilettävät sen ohitse hyvin läheltä. Silloin ne loistavat kirkkaina pyrstötähtinä – ja saattavat hajota tähden painovoimakentän murskaamana.

Juuri näin käy aina välillä omassa Aurinkokunnassammekin, kun pyrstötähdet tulevat hyvin lähelle Aurinkoa. 

Aiemmin Aurinkokunnan nuoruudessa tällaisia auringonliippaajia on ollut enemmänkin, ja nyt tehty löytö auttaa ymmärtämään paremmin oman planeettakuntamme syntyä ja kehitystä. Nähtävästi sinne tänne sinkoilevat komeetat ovat osa tähden nuoruusaikaa.

Kiinnostavinta näissä komeetoissa on se, että ne levittävät muun muassa elämän kannalta olennaisia aineita ympäriinsä nuoressa planeettakunnassa. Muun muassa käytännössä kaikki vesi maapallolla on peräisin tänne syöksyneistä komeetoista. Komeettaytimissä on myös hiiltä ja ne kypsyttelevät erilaisia mutkikkaampia hiiliyhdisteitä pinnallaan, kun ne käyvät aina silloin tällöin lähellä tähteään kuumentumassa.

Kuin katse oman Aurinkomme nuoruuteen

HD 172555 kuuluu samaan vastasyntyneiden tähtien joukkoon 16 muun tähtikunnan kanssa. Joukon tähdet ovat eteläisellä tähtitaivaalla seitsemän tähtikuvion alueella Etelän ristin tienoilla.

Joukkoa kutsutaan Beta Pictoriksen liikkuvaksi joukoksi, koska Beta Pictoris – Maalarin tähtikuvion toiseksi kirkkain tähti – oli ensimmäinen tällainen nuori tähti, joka havaittiin. Sittemmin samoilla seuduilla, samoihin aikoihin syntyneitä ja samalla tavalla avaruudessa liikkuvia tähtiä on löydetty 16 muutakin. Myöhemmin osalta näistä on löytynyt tähtikumppaneita, joten joukkoon kuuluu kaikkiaan 28 tähteä sekä ruskeaa kääpiötä. Ruskeat kääpiöt ovat ikään kuin liian pieniä tähtiä ollakseen kunnolla tähtiä.

Myös Beta Pictoriksen ympäriltä on havaittu komeettoja sen lisäksi, että sen ympärillä on suuri kaasukiekko ja eksoplaneettoja. Kaikkiaan 11 tähdeltä on havaittu toistaiseksi komeettoja (kun Aurinkoa ei lasketa mukaan).

Beta Pictoriksen joukko on kiinnostava siksi, että se on kaikkein lähinnä Maata sijaitseva nuorten tähtien kerääntymä. Sen tähdet ovat juuri sen ikäisiä, jolloin aurinkokunnankin oletetaan alkaneen muodostaa planeettoja ympärilleen. 

Havainnot esiteltiin tällä viikolla pidetyssä Yhdysvaltain tähtitieteellisen yhdistyksen kokouksessa.

Löydettiin päättelemällä – ei suoraan komeettoja näkemällä

Alun perin komeetat HD 172555:n ympärillä havaittiin vuosien 2004 ja 2011 välillä Euroopan eteläisen observatorion HARPS-spektrografilla, joka onnistui löytämään tähden valosta tyypillisesti tähteensä syöksyvien komeettojen jättämiä jälkiä.

Lisää havaintoja tehtiin Hubblen avaruusteleskoopilla vuonna 2015, ja nyt tähden ympäriltä havaittiin myös piitä ja hiiltä. Lisäksi näitä sisältävät alueet näyttivät liikkuvan suurella nopeudella. Todennäköisin selitys havainnolle ovat tähteä ympäröivässä kaasukiekossa liikkuvat komeetat.

Havainnot ovat selvästi erilaisia kuin eksoplaneetoista saatavat merkit. 

Komeettojen suoraan näkemiseen tarvittaisiin paljon nykyisiä suurempia ja tarkempia havaintolaitteita, joten esimerkiksi jutun alussa oleva kuva on taiteilijan näkemys siitä, miltä komeettatähden ympärillä voisi näyttää.

Lisää löydöstä: hubblesite.org/news_release/news/2017-02

Kuva: NASA, ESA, and A. Feild and G. Bacon (STScI)

 

Suomalaiset mukana tutkimuksessa: Lähiasteroidien kohtalo selvisi

Ke, 02/17/2016 - 21:15 Markus Hotakainen
Maa ja lähiasteroideja

Aiemmin luultiin, että suurin osa potentiaalisesti vaarallisista lähiasteroideista ja -komeetoista (near-Earth objects, NEO) eli Maan radan tietämille tulevista pienkappaleista päätyy lopulta Aurinkoon. Luulo ei taaskaan ollut tiedon väärti.

Tuoreen tutkimuksen mukaan kappaleet tuhoutuvat jo selvästi kauempana Auringosta. Uusi tulos tuo selvyyden moniin hämmentäviin havaintoihin, joita viime vuosina on tehty.

Helsingin yliopiston tutkijan Mikael Granvikin johtaman kansainvälisen ryhmän alkuperäisenä tavoitteena oli muodostaa lähikappaleiden populaatiosta malli, joka on tarpeen suunniteltaessa tulevia kartoituksia ja luotainlentoja. Malli kuvaa kappaleiden kiertoratojen jakaumaa ja antaa arvion erikokoisten kappaleiden lukumääristä.

Valtaosa lähikappaleista on peräisin Marsin ja Jupiterin ratojen välillä olevalta asteroidivyöhykkeeltä. Yksittäisten asteroidien radat muuttuvat hitaasti, kun Aurinko lämmittää niiden pintaa ja lämpö karkaa epätasaisesti avaruuteen. Asteroidien liikkeisiin vaikuttavat vetovoimillaan myös jättiläisplaneetat Jupiter ja Saturnus.

Jos asteroidin radan lähin piste on alle 1,3 tähtitieteellisen yksikön (Maan ja Auringon keskietäisyys) päässä Auringosta, se luokitellaan lähikappaleeksi. 

Tutkijaryhmä käytti uutta populaatiomallia kehittäessään CSS-kartoituksessa (Catalina Sky Survey) kahdeksan vuoden aikana kertynyttä havaintoaineistoa. Noin 100 000 kuvasta löytyi lähes 9 000 lähikappaletta. Yksi keskeisiä ongelmia oli selvittää, millaisia asteroideja kartoituksen avulla pystyttiin löytämään.

Jos kaukoputkella ei katsota oikeaan suuntaan oikeaan aikaan eli silloin, kun asteroidi tai komeetta on riittävän kirkas ja liikkuu sopivalla nopeudella, se jää löytymättä. Ryhmä laati mallin, jossa otettiin huomioon havaintotekniikkaan liittyvät valintatekijät, kertynyt aineisto ja ratojen jakaumaa koskevat teoriat.

Mallissa huomattiin kuitenkin ongelma: sen mukaan hyvin lähelle Aurinkoa – alle 10 säteen etäisyydelle – tulevia kappaleita pitäisi olla lähes kymmenen kertaa havaittua enemmän. Vuoden kestäneen laskelmien tarkistuksen jälkeen tultiin tulokseen, että vika ei ollut itse analyysissa vaan sen pohjana olevissa oletuksissa Aurinkokunnan rakenteesta ja radoista.

Mallin todettiin sopivan paremmin havaintoihin, jos lähikappaleiden oletetaan tuhoutuvan lähellä Aurinkoa, mutta kuitenkin paljon ennen törmäämistä siihen. Se edellytti sellaisten asteroidien ”eliminoimista”, jotka näyttivät viipyvän liian pitkään alle kymmenen säteen päässä Auringosta.

"Havainto, että asteroidien täytyy hajota kappaleiksi niiden lähestyessä Aurinkoa, oli yllättävä ja siksi meiltä meni niin pitkään laskelmien varmistamisessa", toteaa Robert Jedicke Havaijin yliopistosta.

Ryhmän tutkimus auttaa selittämään muitakin eroavaisuuksia havaintojen ja Aurinkokunnan pienkappaleiden oletettujen jakaumien välillä. Esimerkiksi tähdenlentoja aiheuttavat meteoroidit muodostavat usein "virtoja", jotka seuraavat niiden alkuperäkappaleen rataa, mutta useimpien Auringon läheisyyteen tulevien virtojen emokappaleita on ollut vaikea tunnistaa.

Uusien tulosten mukaan kappaleet ovat hajonneet kokonaan joutuessaan liian lähelle Aurinkoa, jolloin jäljelle on jäänyt ainoastaan niistä irronneiden meteoroidien virta. 

Samalla huomattiin, että tummat asteroidit tuhoutuvat kauempana Auringosta kuin vaaleat. Se puolestaan selittää aiemmin tehdyt havainnot, että lähemmäs Aurinkoa päätyvät lähikappaleet ovat kirkkaampia kuin kauempana pysyttelevät. Havainto viittaa siihen, että tummat kappaleet hajoavat helpommin, koska niiden koostumus ja rakenne ovat erilaiset kuin vaaleiden kappaleiden.

"Ehkä kiehtovin tutkimuksesta saatu tulos on, että nyt on mahdollista testata asteroidien sisäosia koskevia malleja yksinkertaisesti tarkkailemalla niiden ratoja ja kokoja. Se on todella merkittävää ja täysin odottamatonta, kun aloimme laatia uutta NEO-mallia", sanoo Granvik.

Tutkimuksesta kerrottiin Helsingin yliopiston uutissivuilla ja se julkaistaan Nature-tiedelehdessä.

Kuva: ESA/P. Carril

 

Aurinkokunnan käsikirja liftareille

Ke, 09/02/2015 - 19:28 Markus Hotakainen
Komeettaliftari

Douglas Adamsin viisiosaisen klassikkotrilogian alkajaisiksi Ford Prefect ja Arthur Dent liftaavat tuhoutuvalta maapallolta Vogonien rakennuslaivaston komentoaluksen kyytiin. Tieteiskuvitelma alkaa kohta olla todellisuutta, joskin vain Aurinkokunnan mitassa. Eikä matkaajina ole elollisia olentoja, vaan pienkappaleita tutkiva robottiluotain.

NASA on kehittelemässä uutta "komeettaliftaria", joka lähtisi peukalokyytiläisenä komeetan tai asteroidin matkaan. Pelkkä sähköpeukalo – kuten Adamsin kirjassa – ei kuitenkaan riitä, vaan luotaimen on turvauduttava järeämpiin konsteihin: vaijerilla varustettuun harppuunaan.

Moneen kertaan käytettävä vaijerijärjestelmä korvaisi polttoaineen, jota tarvitaan kiertoradalle asettumiseen ja laskeutumiseen, joten tankkien tyhjenemisestä ei tarvitsisi olla huolissaan.

Kohdettaan lähestyvä luotain sinkoaisi harppuunalla varustetun vaijerin sen pintaan. Kelaamalla vaijeria sopivaan tahtiin ulos luotain jarruttaisi liikettään komeetan tai asteroidin suhteen.

Kun luotaimen ja kohteen nopeudet ovat yhtä suuret, luotain voisi kiskoa itsensä vaijerin avulla pinnalle ja "laskeutua" äärimmäisen pehmeästi – ilman pisaraakaan polttoainetta.

Seuraavaan kohteeseen luotain pääsisi sinkauttamalla itsensä vaijerin ja tutkimansa asteroidin tai komeetan liike-energian avulla matkaan.

"Liftaamalla olisi mahdollista käydä tutkimassa yhdellä lennolla useampaa, kenties viittä tai jopa kymmentä kohdetta joko asteroidi- tai Kuiperin vyöhykkeellä", laskeskelee Masahiro Ono, joka on kehitellyt uudenlaista avaruusmatkailua JPL:ssä (Jet Propulsion Laboratory).

Ongelmana on, kestääkö harppuuna kovan iskun asteroidin tai komeetan pintaan, ja saako vaijerista riittävän lujatekoisen tällaista tarkoitusta varten. Supertietokoneilla tehtyjen mallinnusten avulla tutkijat ovat kehittäneet "avaruusliftausyhtälön". Se kytkee toisiinsa vaijerin lujuuden, vaijerin ja luotaimen massasuhteen sekä tiettyä manööveriä varten tarvittavan nopeudenmuutoksen.

Tähän asti luotainlennoilla on tarvittu suuri määrä polttoainetta pelkästään siihen, että alus saa sovitettua nopeutensa kohteen nopeuteen. "Komeettaliftari ei vaadi kiihdyttämiseen ja jarruttamiseen lainkaan polttoainetta, sillä se käyttää hyväkseen kohteensa liike-energiaa", Ono toteaa.

Laskeutumisessa komeetalle tai asteroidille on keskeistä hidastaa vauhtia riittävästi, jotta se olisi turvallista. Siksi komeettaliftarin vaijerin täytyy kestää valtaisia jännityksiä ja suuria lämpötilanvaihteluja, kun se jarruttaa luotaimen liikettä. 

Laskelmien mukaan vaijerin tulisi olla 100–1 000 kilometriä pitkä, jotta tarvittavat ratamuutokset onnistuisivat. Se pitäisi olla edestakaisin kelattava, sietää rajuja nykäyksiä ja selvitä vahingoittumatta pienten meteoroidien iskuista.

Tällä hetkellä on olemassa jo kaksi materiaalia, jotka voisivat täyttää ankarat kriteerit: Zylon ja Kevlar. Jos matka-aikoja halutaan lyhentää tuntuvasti, nopeudenmuutokset ovat kuitenkin niin suuria, että mikään nykyisin tunnetuista materiaaleista ei kestäisi rasitusta. 

Piirustuspöydällä on jo suunnitelmia hiilinanoputkivaijereista ja timanttiharppuunoista, mutta ehkä tieteiskuvitelmat eivät sittenkään ole aivan vielä totta.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/Cornelius Dammrich

Komeetat - uhka vai mahdollisuus?

Ke, 08/19/2015 - 12:16 Markus Hotakainen
Komeetan isku

Avaruuden kappaleiden törmäykset Maahan ovat menneinä vuosimiljardeina olleet tuhoisia. Ainakin osa suurista joukkotuhoista on ollut seurausta asteroidin tai komeetan iskusta, jonka seuraukset ovat muuttaneet ilmastoa radikaalisti.

Komeettoja on kuitenkin pidetty myös mahdollisina elämän edistäjinä – tosin monet "tutkimukset" ovat osoittautuneet huuhaaksi ainakin lennokkailta johtopäätöksiltään. 

Parhaillaan Prahassa käynnissä olevassa geokemian konferenssissa on esitelty tuoreita tutkimustuloksia, joiden mukaan komeettatörmäykset ovat saattaneet olla merkittävässä asemassa Maan elämän synnyn kannalta.

Japanilaistutkijat Haruna Sugahara ja Koichi Mimura ovat tehneet kokeita, joissa jäljilteltiin komeettojen iskuja Maahan noin neljä miljardia vuotta sitten, kun ensimmäiset merkit elämästä ilmaantuivat planeetallemme.

Kokeessa komeetoissa esiintyvien glysiini-aminohapon ja forsteriitti-silikaattimineraalin sekä veden seos jäähdytettiin noin -200 celsiusasteen lämpötilaan. Kosmista iskua simuloitiin ampumalla jäiseen kohteeseen polykarbonaatti-teräsammus.  

"Törmäyksessä" syntyneet aineet analysoitiin kaasukromatografilla ja tulosten mukaan aminohaposta oli syntynyt lyhyitä peptidiketjuja. Pituutta niillä oli korkeintaan kolmen yksikön verran, mutta ne olivat tyypiltään lupaavia. 

"Kokeemme osoitti, että alhainen lämpötila törmäyshetkellä oli synteesin kannalta keskeinen tekijä, sillä iskussa syntynyt peptidilaji muodostaa todennäköisemmin pidempiä ketjuja", arvioi Sugahara.

Tutkimustulosten mukaan kosmisissa törmäyksissä syntyneiden peptidien määrä olisi suunnilleen sama kuin aiemmin merkittävimpinä pidetyissä maanpäällisissä prosesseissa, kuten sähköpurkausten – eli ukkosmyrskyjen – seurauksena. 

Jos komeetat ovat olleet tärkeitä Maan elämän synnyn kannalta, se herättää kysymyksiä elämän mahdollisuuksista myös muualla. 

"Omassa Aurinkokunnassamme Jupiterin ja Saturnuksen jäisiin kuihin kuten Europaan ja Enceladukseen on ammoin kohdistunut samanlainen komeettapommitus", huomauttaa Sugahara. "Ja NASAn Stardust-luotain on osoittanut, että komeetoissa on glysiiniä."

"Lyhyiden peptidien muodostuminen on keskeinen askel mutkikkaampien molekyylien kemiallisessa evoluutiossa. Kun prosessi on ensin lähtenyt liikkeelle, tarvitaan paljon vähemmän energiaa pidempien peptidiketjujen muodostumiseen maanpäällisissä, vetisissä olosuhteissa", Sugahara päättelee.

Tutkimus on julkaistu Geochemical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Komeetat töhrivät Merkuriusta!

Ma, 03/30/2015 - 15:18 Markus Hotakainen

Tutkijat ovat päässeet kosmisen vandalismin jäljille. Yksi Merkuriuksen arvoituksista on sen tumma pinta. Vaikka lähinaapurimme Kuu, joka muistuttaa monin tavoin Merkuriusta, heijastaa keskimäärin vain 12 prosenttia siihen lankeavasta valosta, Aurinkokunnan sisin planeetta on vielä tummempi.

Kuun ja muiden Aurinkokunnan kaasukehättömien kappaleiden pintaa tummentaa jatkuva mikrometeoriittien ja aurinkotuulen hiukkasten pommitus. Ne saavat aikaan ohuen raudan nanohiukkasten muodostaman kerroksen, joka heijastaa kehnosti valoa.

Merkuriuksesta tehtyjen spektrihavaintojen perusteella sen pinnalla on hyvin vähän nanorautaa, ei läheskään riittävästi selittämään planeetan tummuutta. Tuoreen tutkimuksen mukaan selitys saattaakin olla komeetoissa: ne kylvävät Merkuriuksen pinnalle hiiltä.

Merkuriuksen kiertoradan tienoilla Aurinkoa lähestyvät komeetat alkavat murentua vauhdilla. Niistä irtoavan pölyn massasta voi jopa neljäsosa olla hiiltä. Megan Bruck Syal laski mikrometeoriittipommituksen arvioidun voimakkuuden perusteella, kuinka paljon Merkuriuksen pinnalle on miljardien vuosien kuluessa kertynyt komeetoista irronnutta hiiltä. Tuloksen mukaan Merkuriuksen pintamateriaalissa on hiiltä 3–6 prosenttia.

Seuraavaksi tutkijoiden oli selvitettävä, kuinka paljon moinen määrä hiiltä tummentaisi Merkuriuksen pintaa. Sitä varten NASAn Ames-tutkimuskeskuksessa olevalla "tykillä" singottiin pieniä ammuksia Kuun basalttia muistuttavaan kiveen yli 25 000 kilometrin tuntinopeudella eli noin seitsemän kilometrin sekuntinopeudella.

"Käytimme mallina Kuun basalttia, sillä halusimme tehdä kokeen jollakin valmiiksi tummalla aineella ja katsoa, saisimmeko muutettua sen vielä tummemmaksi", toteaa tutkimukseen osallistunut Peter Schultz.

Oleellinen osa koejärjestelyä oli tutkijoiden "mutkikkaaksi orgaaniseksi yhdisteeksi" luokittelema aine – eli sokeri. Sen tarkoitus oli jäljitellä komeetoissa havaittuja yhdisteitä. Suurella nopeudella tapahtuneissa törmäyksissä sokeri kärysi ja siitä irtosi hiiltä.  

Saatujen tulosten perusteella törmäysten synnyttämät pienet hiilihiukkaset sekoittuivat kuumuuden sulattamaan kiviainekseen. Kun tummennetun pinnan heijastuskyky mitattiin, se jäi alle viiden prosentin. Merkuriuksen tummimmat alueet heijastavat valoa suunnilleen saman verran.

Mielenkiintoista oli myös se, että laboratoriossa kaltoin kohdeltua pintaa peittävä hiili ei näkynyt spektrimittauksissa. Sekin sopii yksiin Merkuriuksesta tehtyjen havaintojen kanssa, sillä spektroskopian keinoin ei ole pystytty selvittämään syytä planeetan tummaan olemukseen.

Tutkijoiden mukaan pienet hiilihiukkaset ovatkin kuin näkymätöntä maalia. Komeetat ovat töhrineet sillä Merkuriusta kenenkään huomaamatta vuosimiljardien ajan.

Tutkimuksesta kerrottiin Brown-yliopiston uutissivuilla ja se ilmestyi tänään Nature Geoscience -lehdessä (maksullinen).

Kuvat: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / Ames