Maa

Kuu syntyikin nokkakolarin seurauksena

Ma, 02/01/2016 - 18:15 By Markus Hotakainen
Kuun syntytörmäys

Yksi Apollo-lentojen tulos oli, että kaikki Kuun syntyä koskevat teoriat menivät romukoppaan. Kuusta tuotujen kivinäytteiden ja niiden kemiallisen koostumuksen avulla kehiteltiin nykyisin vallitseva teoria, jonka mukaan Kuu syntyi valtaisan kosmisen kolarin tuloksena.

Noin 100 miljoonaa vuotta Maan muotoutumisen jälkeen siihen osui Marsin kokoluokkaa ollut kappale, jolle on annettu nimeksi Theia. Tähän asti on arveltu, että osuma ei ollut napakymppi, vaan pienempi kappale iskeytyi Maahan vähintään 45 asteen kulmassa. 

Nyt tutkijat ovat päätyneet tulokseen, että kappaleet törmäsivät sittenkin suoraan toisiinsa. Nokkakolaria ehdottivat ensimmäiseksi vuonna 2012 Matija Ćuk, Sarah Stewart ja Robin Canup, mutta nyt siitä on saatu uutta näyttöä.

Asiaa selvitettiin tutkimalla samaisia kiviä, joiden koostumus johti alkujaankin törmäysteoriaan. Ratkaiseva tekijä on Maan ja Kuun kivien hyvin samanlainen, liki identtinen kemiallinen kokoonpano. 

Analysoitavana oli seitsemän kuukiveä, jotka tuotiin Maahan Apollo 12, 15 ja 17 -lennoilta, sekä kuusi vulkaanista kiveä, jotka ovat peräisin Maan vaippakerroksesta; viisi Havaijilta ja yksi Arizonasta.

Paul Warren (kuvassa vasemmalla), Edward Young ja Issaku Kohl keskittyivät tutkimuksessaan kivien mineraaleihin sitoutuneeseen happeen. Yli 99,9 prosenttia Maassa esiintyvästä hapesta on isotooppia O-16 eli sen ytimessä on kahdeksan protonia ja kahdeksan neutronia. Mukana on kuitenkin pieni määrä raskaampia isotooppeja O-17 ja O-18, joissa on yksi tai kaksi ylimääräistä neutronia.

 

 

Jokaisella Aurinkokunnan kappaleella on sille ominainen isotooppisuhde. Paitsi Kuulla. Vuonna 2014 saksalaiset tutkijat tulivat siihen tulokseen, että Kuun isotooppisuhde poikkeaa Maan vastaavastta, mutta uuden tutkimuksen mukaan näin ei olekaan. 

"Emme havainneet minkäänlaista eroa Maan ja Kuun isotooppisuhteiden välillä; ne ovat täsmälleen samanlaiset", toteaa tutkimusta johtanut Young.

Hänen mukaansa Maan ja Kuun kivien identtisyys on ratkaiseva tekijä. Jos Maa ja Theia olisivat törmänneet toisiinsa viistossa kulmassa, suurin osa Kuusta olisi muodostunut Theian aineksesta. Silloin Maan ja Kuun happi-isotooppisuhteet olisivat keskenään erilaiset. Nokkakolarin tuloksena hapen kemialliset sormenjäljet ovat samanlaiset.

"Theian aine sekoittui kokonaan sekä Maahan että syntyneeseen Kuuhun, ja jakautui tasaisesti niiden kesken. Se selittää, miksi emme havaitse Theiasta erilaisia jälkiä Kuussa ja Maassa", Young perustelee.

Theiastakin olisi muotoutunut todennäköisesti planeetta, ellei se olisi iskeytynyt Maahan. Young on sitä mieltä, että se oli kooltaan samaa luokkaa kuin Maa, vaikka monien mielestä se oli selvästi pienempi. 

Kysymysmerkiksi jää edelleen Maan veden kohtalo. On mahdollista, että törmäyksen seurauksena Maan silloinen vesi katosi kokonaan ja nykyiset varannot ovat peräisin myöhemmin Maahan iskeytyneistä asteroideista, kenties myös komeetoista. Uusi tutkimus ei tuo tähän selvyyttä.

Tutkimuksesta kerrottiin UCLA:n (University of California, Los Angeles) uutissivuilla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: William K. Hartmann [taiteilijan näkemys]; Christelle Snow/UCLA

 

Maa näkyy nyt iltataivaalla

Su, 11/22/2015 - 09:59 By Markus Hotakainen
Maa Marsin iltaivaalla

Päivän kuva

Ei, otsikossa ei ole kirjoitusvirhettä: Maa tosiaan loistaa iltataivaalla – Marsin pinnalta katsottuna. 

Päivän kuva on parin vuoden takaa. NASAn Curiosity-kulkija otti sen tammikuun viimeisenä päivänä vuonna 2014. Aurinko oli laskenut vajaat puolitoista tuntia aiemmin, ja Maa oli painumassa kohti horisonttia.

Samalla tavalla kuin Merkurius ja Venus näkyvät meidän taivaallamme aina melko lähellä Aurinkoa – ja siten vain aamulla tai illalla – Marsista katsottuna myös Maa kimmeltää ainoastaan aamu- tai iltatähtenä. 

Tällä hetkellä Mars näkyy Venuksen ja Jupiterin kanssa aamulla ennen auringonnousua himmeänä punaisena valopisteenä, joten Marsista katsottuna Maa on iltataivaalla – aivan kuten Curiosityn pari vuotta sitten ottamassa kuvassa.

Jos ihminen joskus matkaa Marsiin, kotiplaneettamme loistaa punasävyisellä ilta- tai aamutaivaalla kirkkaana valopisteenä, mutta sen rinnalla näkyy myös Kuu. Suurennoksessa kiertolaisemme erottuu maapallon alapuolella.

Kuvat: NASA/JPL-Caltech/MSSS/TAMU

Aurinkokunnan synty: planetaarisesta sorasta kaasujättiläisiksi

To, 08/20/2015 - 08:23 By Markus Hotakainen
Planeettojen synty

Aurinkoa kiertävien kahdeksan planeetan tiedetään syntyneen noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Saattaa tuntua nurinkuriselta, mutta ensimmäisenä muotoutuivat suurimmat planeetat. Varsinaisena ongelmana on kuitenkin ollut, että Jupiteria ja Saturnusta ei pitäisi olla ollenkaan olemassa. Ainakaan jos suosittuun kehitysmalliin on luottaminen.

Ilmeisesti siihen ei kannata luottaa. Niin sanotun "ydinkertymämallin" mukaan jättimäisten kaasuplaneettojen kasautuminen olisi alkanut kiinteän, noin 10 kertaa Maata suuremman kappaleen muodostumisesta. Tämä jää- ja kivimöykky olisi sitten haalinut itseensä suuren määrän vetyä ja heliumia.  

Mallin riesana on ollut aika. Kiinteän ytimen olisi pitänyt muodostua muutamassa miljoonassa vuodessa tai vastasyntynyttä Aurinkoa ympäröivä kaasukiekko olisi ehtinyt harventua ennen kuin Jupiter ja Saturnus olisivat kasvaneet nykymittoihinsa: niille ei yksinkertaisesti olisi riittänyt rakennusainetta. 

Toisaalta Maan kasautuminen kesti vähintään 30 miljoonaa vuotta, mahdollisesti jopa 100 miljoonaa vuotta. Miten useita kertoja Maata suurempia kappaleita olisi voinut silti syntyä muutamassa miljoonassa vuodessa? 

"Oli epäselvää, miten Jupiterin ja Saturnuksen kaltaisia planeettoja saattoi ylipäätään muodostua", pohtii vastikään julkaistua tutkimusta johtanut Hal Levinson. Ratkaisu saattaa löytyä ”planetaarisesta sorasta”, jonka syntyä ja kehitystä tutkijat mallinsivat laskennallisesti. 

Sen sijaan, että jättiläisplaneettojen kiinteät ytimet olisivat muodostuneet vähitellen pienten kappaleiden kasautuessa vaiheittain yhä suuremmiksi ryppäiksi, Aurinkokunnan varhaisvuosina syntyi ensin suunnilleen koripallon kokoisia jäisiä möhkäleitä, jotka sitten kertyivät yhteen.

Kun kasautuminen pääsi alkuun, tätä hyvin karkeaa "soraa" ajautui kasvaviin kappaleisiin paitsi vetovoiman, myös niitä ympäröivän kaasun avittamana. Kun jäiset kimpaleet lähestyivät planeetta-alkioita, kaasu hidasti niiden liikettä, jolloin ne eivät päässeet karkuun vaan päätyivät kasvattamaan alkioiden massaa.

Tutkijoiden mukaan "sorakertymämalli" selittää Aurinkokunnan rakenteen sekä Jupiterin ja Saturnuksen synnyn käytettävissä olevassa ajassa edellyttäen, että prosessi tapahtui sopivalla nopeudella. Syntyvillä planeetoilla piti olla riittävästi aikaa vaikuttaa toisiinsa vetovoiman välityksellä. 

"Jos kertyminen tapahtuu liian nopeasti, tuloksena on satoja jäisiä maapalloja", arvioi Katherine Kretke. "Kasvavilla ytimillä täytyy olla aikaa singota kilpailijansa kauemmas, jolloin ne eivät enää pysty keräämään itseensä soraa. Silloin muodostuu ainoastaan pari kaasujättiläistä."

Tutkimuksesta kerrottiin SwRI:n (Southwest Research Institute) uutissivuilla ja se on julkaistu Nature-tiedelehdessä (maksullinen)

Kuva: NASA/JPL-Caltech

 

Mitäs vikaa Venuksessa on?

Ma, 07/27/2015 - 09:41 By Markus Hotakainen

Vaikka Mars-huuma vaani 1800-luvun puolivälin jälkeen jo nurkan takana, tuolloin todennäköisimpinä naapureinamme pidettiin Venuksen asukkaita.

Venus on jokseenkin samankokoinen kuin Maa ja silloisten vähäisten tietojen varassa sen ajateltiin olevan vain hieman kuumempi maailma, koska se kiertää Aurinkoa lähempänä kuin Maa.

Sittemmin kävi ilmeiseksi, että Venuksella ja Maalla ei oikeastaan olekaan muuta yhteistä kuin suunnilleen sama koko, massa ja tiheys. Olosuhteet ovat tyystin toisenlaiset. 

Venuksella on tiheä hiilidioksidikaasukehä ja kasvihuoneilmiö on nostanut planeetan pintalämpötilan lähelle 500 celsiusastetta. Paine valtaisien laavavirtojen muokkaamalla pinnalla on sama kuin Maan merissä noin kilometrin syvyydessä ja pysyvän pilvipeitteen verhoamia maisemia piiskaavat happosateet.

Miksi Venus ja Maa ovat niin erilaisia? Mark Jellinekin johtaman tutkijaryhmän mukaan yhtenä keskeisenä syynä on uraanin ja kaliumin vähäisyys maapallon kuorikerroksessa.

Kun Maa muinoin jäähtyi, sille muodostui kiinteä kuori, jossa näitä alkuaineita oli runsaasti. Radioaktiivisen hajoamisen tuloksena ne tuottavat lämpöä. Ankara kosminen pommitus kuitenkin pirstoi alkuperäisen kuoren ja sinkosi suuren osan siitä avaruuteen. Samalla katosi merkittävä osa uraanista ja kaliumista.

Tutkijoiden mukaan näiden kahden alkuaineen puutostila johti Maan laattatektoniikan, magneettikentän ja ilmasto-olojen kehittymiseen. Ne kaikki ovat keskeisiä tekijöitä Maan asuttavuuden kannalta.

Laattatektoniikan seurauksena Maan kuorikerros on jatkuvassa liikkeessä. Mannerlaatat painautuvat toisiaan vasten ja paikoin sukeltavat syvälle Maan vaippaan, jolloin se jäähtyy. Tektoniikka pitää yllä myös tulivuoritoimintaa, joka vapauttaa kaasuja Maan ilmakehään ja pitää sen koostumuksen elämälle edullisena. 

"Maa olisi voinut hyvinkin kehittyä samanlaiseksi kuin nykyinen Venus", sanoo Jellinek. "Keskeinen erottava tekijä, joka muutti tilanteen, oli todennäköisesti kosmisen pommituksen aiheuttamat muutokset kuoren koostumuksessa."

Venuksessa ne olivat vähäisempiä, joten planeetan kehitys seurasi toisenlaista reittiä. Tuliperäinen toiminta vaihteli hyvin paljon ja se sai aikaan miljardin vuoden mittaisia ilmastojaksoja. Tällä hetkellä naapuriplaneettamme sääolot ovat tappavat.

"Kun tarkastelimme kosmisen pommituksen seurauksia, saimme selville, että planeetan alkuperäisellä koostumuksella saattaa olla keskeinen vaikutus sen myöhempään kehitykseen", toteaa Jellinek. "Maa on muotoutunut aivan erityisissä olosuhteissa."

Tutkimuksesta kerrottiin University of British Columbian uutissivuilla ja se on julkaistu Nature Geoscience -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA

Eksoplaneettapienokainen mitattiin ja punnittiin

To, 06/18/2015 - 11:20 By Markus Hotakainen

Muita tähtiä kiertäviä eksoplaneettoja tunnetaan varmuudella jo melkein 2 000 ja varmistamattomia havaintoja on yli 3 500. Suurin osa planeetoista on löytynyt niiden kulkiessa tähtensä editse ja himmentäessä aavistuksen verran tähden valoa. Tähän perustuu esimerkiksi Kepler-avaruusteleskoopin toiminta.

Eksoplaneettojen ominaisuuksien selvittäminen onkin paljon hankalampaa. Nyt on kuitenkin onnistuttu ensimmäisen kerran määrittämään Maata pienemmälle eksolle sekä koko että massa. Kepler-138b-planeetan läpimitta on uusien tulosten mukaan jokseenkin sama kuin Marsin ja massa hieman sitä pienempi.  

Kepler-138 on punainen kääpiötähti, jonka etäisyys Aurinkokunnasta on noin 200 valovuotta. Siltä on löydetty kolme planeettaa, jotka kaikki näyttävät Maasta katsottuna kulkevan aika ajoin tähden editse. Mittaamalla tähden valon himmeneminen tällaisen ylikulun aikana saadaan selville planeettojen koot.

Niiden punnitseminen onnistuu niin ikään ylikulkuja tarkkailemalla. Planeetat vaikuttavat vetovoimillaan toistensa liikkeisiin, joten ylikulkujen säännönmukaisuudessa on pieniä heittoja. Kepler-avaruusteleskoopin havainnoista saatiin ajoitettua ylikulut niin tarkasti, että niiden perusteella pystyttiin laskemaan myös kolmannen planeetan massa.

Kolmesta planeetasta pienin eli Kepler-138b on selvästi Maata kevyempi ja pienempi. Sen massa on alle kymmenesosa Maan massasta ja läpimitta noin 6 600 kilometriä, kun Marsin läpimitta on hieman alle 6 800 kilometriä. 

Kaksi muuta planeettaa ovat läpimitaltaan noin puolitoista kertaisia Maahan verrattuna. Kepler-138d on massaltaan Maan luokkaa, Kepler-138c noin neljä kertaa massiivisempi. 

Kahden isomman planeetan läpimitat ja massat on määritetty jo aiemmin, mutta niitäkin saatiin nyt tarkennettua. Kaikki kolme planeettaa kiertävät tähteään lähempänä kuin Merkurius Aurinkoa. Ne ovat siten kuumia maailmoja, joiden pinnalla olosuhteet ovat liian ankarat elämälle.

Eksoplaneettatutkimuksesta kerrottiin Pennsylvania State Universityn ja NASAn uutissivuilla, ja se julkaistaan tänään Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA

 

Kuun synty, osa 2: Salaperäinen Theia

To, 04/09/2015 - 23:47 By Markus Hotakainen

Maan ja Kuun koostumusten samankaltaisuuteen on esitetty toinenkin selitys kuin eilisessä uutisessamme esitellyssä tutkimuksessa. Alessandra Mastrobuono-Battistin johtamassa tutkimuksessa tarkasteltiin tietokonemallinnusten avulla erilaisia versioita törmäyksestä, jonka seurauksena Kuu syntyi. Tulosten perusteella näyttää siltä, että suurin osa Kuuksi kasautuneesta aineesta oli törmänneestä Theia-planeetasta ja vain vähäinen määrä on peräisin Maasta.

Tämän teorian kannalta Maan ja Kuun samankaltaisuus muodostaa entistä suuremman ongelman, sillä jopa lähimmät naapurimme Kuun jälkeen – Venus, Mars ja asteroidit – poikkeavat koostumukseltaan selvästi Maasta. Jos Theia on peräisin kauempaa Aurinkokunnasta, Kuun koostumuksen pitäisi olla tyystin toisenlainen kuin Maan.

Mallinnusten mukaan planeetat ja niihin törmäävät pienemmät kappaleet ovat usein koostumukseltaan samankaltaisia, koska ne ovat muotoutuneet samanlaisessa ympäristössä. Mastrobuono-Battistin johtama ryhmä ehdottaakin ongelman ratkaisuksi sitä, että Theia ei olekaan lähtöisin jostain Aurinkokunnan kaukaisesta kolkasta, vaan melko läheltä Maata. Siksi Theian ja Maan koostumukset muistuttivat toisiaan – ja siksi myös Kuu on koostumukseltaan hyvin samanlainen kuin Maa.

"Koska Theia ja Maa muotoutuivat samalla alueella, niihin kertyi samanlaista ainetta. Samoilla seuduilla syntyminen johti lopulta myös niiden keskinäiseen törmäykseen", Mastrobuono-Battisti selittää.

Tutkimus julkaistiin Nature-tiedelehdessä 9. huhtikuuta.

Kuva: Kööpenhaminan yliopisto

 

 

Volframi varmisti Kuun synnyn

To, 04/09/2015 - 21:51 By Markus Hotakainen

Kun Apollo-astronautit valmistautuivat yli 40 vuotta sitten vuosisadan seikkailuun, Kuun syntyteorioita oli tarjolla peräti kolme.

Evoluutioteorian kehittäjän poika George Darwin esitti 1870-luvun lopulla fissioteorian: Kuu oli alkujaan ollut osa Maata. Nuori Maa olisi pyörinyt niin vinhasti, että siitä repeytyi irti Kuun kokoinen möhkäle, joka jäi kiertämään runneltua planeettaa. Muistona muinaisesta mullistuksesta olisi Tyyni valtameri.

1900-luvun alussa Thomas See esitti sieppausteorian. Sen mukaan Kuu olisi syntynyt muualla Aurinkokunnassa ja joutunut myöhemmin Maan kaappaamaksi. Kuu olisi voinut muotoutua myös samasta kaasu- ja pölypilven pyörteestä kuin Maa, joten ne olisivat olleet alunperinkin "kaksoisplaneetta". Kuun kasautumisteoriaa kehitti esimerkiksi aviopari Viktor Safronov ja Evgeniya Ruskol 1950- ja 1960-luvuilla.

Kun Kotka sitten laskeutui Kuuhun ja Maahan saatiin viideltä muultakin Apollo-lennolta yhteensä nelisensataa kiloa kiviä, kävi ilmeiseksi, että mikään näistä teorioista ei pitänyt kutiaan. Tarvittiin ihan uusia ideoita.

William Hartmann ja Donald Davis sekä toisaalla William Ward ja Alastair Cameron kehittivät 1970-luvun puolivälissä mullistavan teorian: Kuu on syntynyt valtaisassa törmäyksessä.

 

 
Nykykäsityksen mukaan noin 150 miljoonaa vuotta Aurinkokunnan synnyn jälkeen Maahan törmäsi suunnilleen Marsin kokoinen planeetta-alkio. Kolarin vapauttama lämpö sulatti kappaleen ja osan Maastakin, ja avaruuteen sinkoutui valtaisa ainepilvi. Vähitellen se muodosti kolhiintuneen Maan ympärille renkaan, josta sitten kasautui Kuu.
 
Kuulostaa hyvältä. Teoria selittää Maa-Kuu-järjestelmän sekä Kuun itsensä ominaisuuksia, mutta ongelmana on ollut, että Maa ja Kuu muistuttavat koostumukseltaan liian tarkoin toisiaan.
 
Eri alkuaineiden runsauksissa ja erityisesti niiden isotooppien määrissä pitäisi olla eroja, sillä osan Maahan törmänneen Theia-planeetan aineesta olisi pitänyt päätyä Kuuhun. Ja kun edesmennyt Theia oli todennäköisesti muotoutunut kaukana Maan syntysijoilta, sen koostumus oli oletettavasti toisenlainen kuin matoisen Maamme.
 
Vallitsevan teorian onneksi erojakin löytyy, kun oikein kaivetaan. Marylandin yliopiston tutkijat tarkastelivat Richard Walkerin johdolla Apollo 16 -lennolta tuoduissa näytteissä (kuvassa alla) esiintyvän volframi-182-isotoopin runsauksia ja vertasivat niitä Maasta löytyvän volframin isotooppijakaumaan.

 

 

Kävi ilmi, että tätä volframin keveintä pysyvää isotooppia on Kuussa hieman enemmän kuin Maassa. Melkein tuplasti lyijyä raskaampi metalli tarjoaa tutkijoiden mukaan ratkaisun pitkäikäiseen arvoitukseen. Isotooppijakaumien ero selittäisi Maan ja Kuun samanlaisen koostumuksen.

Syynä kenties yllättävältä kuulostavaan päätelmään on se, että vielä Kuun synnyn jälkeenkin valtaisan iskun sinkoamaa kuonaa kertyi sekä Maahan että Kuuhun. Theian ja Maan välinen törmäys oli niin voimakas, että Theia höyrystyi kokonaan ja avaruuteen sinkoutunut ainepilvi sekoittui läpikotaisin ennen kuin siitä alkoi muotoutua Maan kiertolainen.

Myöhemmässä kertymässä on ollut runsaasti volframia, mutta vain suhteellisen vähän nyt tutkittua volframi-182-isotooppia. Kun Maalla on kookkaampana kappaleena suurempi vetovoima, tänne on kertynyt enemmän ainetta – ja enemmän muita, raskaampia volframin isotooppeja. Siksi isotoopin 182 suhteellisen osuuden pitäisi olla pienempi kuin Kuussa.

Tutkijoiden laskettua, minkä verran ainetta aikoinaan kertyi, volframin nykyisistä isotooppijakaumista on pääteltävissä, että alkujaan isotooppia 182 oli Maassa ja Kuussa täsmälleen yhtä paljon.

Kun Walkerin tutkijaryhmä vertasi Kuun ja Maan kiviä toisiinsa, Kuussa volframi-182-isotooppia on nykyisin suhteessa hivenen enemmän. Eli tulos on täsmälleen oikea, jos Maan vaipan ja Kuun koostumuksen oletetaan olleen heti Kuun synnyn jälkeen samanlainen. Ja kuten se edelleen näyttää olevan. Paitsi volframin osalta.

Tutkimuksesta kerrottiin Marylandin yliopiston uutissivulla ja se julkaistiin Nature-tiedelehden verkkoversiossa (maksullinen) 8. huhtikuuta.

Kuvat: NASA / JPL-Caltech / JSC

Maalla on kaksiosainen sisäydin

Ti, 02/10/2015 - 18:04 By Markus Hotakainen
Kuva: Lachina Publishing Services

Maapallo on rakenteeltaan periaatteessa yksinkertainen. Keskellä on ydin, sitä ympäröi vaippa ja koko komeuden kietoo pakettiin ohkainen kuori. Tosin jo vanhastaan on tiedetty, että ydin on kaksiosainen: sisimpänä on kiinteä sisempi ydin, eli sisäydin, ja sen ympärillä sula ulompi eli ulkoydin. Ja vaipasta löytyy myös sekä alempi että ylempi osa.

Nyt kuva on mutkistunut. Myös sisäydin on kaksiosainen: ulomman sisäytimen keskellä on sisempi sisäydin, jonka läpimitta on noin puolet sisäytimen koko halkaisijasta. Sisemmän tilavuus on siten noin kahdeksasosa ulomman sisäytimen tilavuudesta.

Jos kerroksia löytyy vielä lisää, lienee pakko keksiä uudenlaisia nimityksiä tai kukaan ei enää pysy kärryillä siitä, mistä osasta Maan sisusta kulloinkin puhutaan.

Tutkijat Illinois’n yliopistosta Yhdysvalloista ja Nanjingin yliopistosta Kiinasta ovat selvitelleet maanjäristyksissä syntyneiden resonoivien seismisten aaltojen avulla Maan sisuksissa vallitsevia olosuhteita. Menetelmä ei ole uusi, mutta aiemmin sitä on käytetty vain Maan pintakerrosten, ei sisimpien osien tutkimiseen.

Tutkimuksessa tarkkailtiin varsinaisten maanjäristysten sijasta niiden synnyttämiä seismisiä aaltoja, jotka kimpoilevat edestakaisin Maan sisuksissa. Vertailukohdaksi voi ottaa vellikellon, jota kumautetaan vasaralla. Vasaranisku vastaa maanjäristystä ja syntyvä ääni nyt tutkittuja seismisiä aaltoja.

Maailmanlaajuisen seismometriverkoston havainnot on kerätty vuosina 1992–2012. Ytimen läpi eri suuntiin kulkevien seismisten aaltojen kulkuajoissa todettiin olevan matalilla leveysasteilla suurimmillaan kymmenen sekunnin ero.

 

Ydin on kauttaaltaan lähes puhdasta rautaa, mutta sisemmän ja ulomman sisäytimen välillä on silti eroavaisuuksia: rautakiteet ovat suuntautuneet niissä eri tavoin. Ulommassa osassa kiteet ovat pohjois-etelä- eli Maan pyörimisakselin suuntaisia. Sisimmässä sisäytimessä niiden suunta sen sijaan yhtyy kuviteltuun akseliin, joka läpäisee Maan suunnilleen päiväntasaajan tasossa.

Kiteiden suuntaus on päätelty nimenomaan seismisten aaltojen etenemisnopeuksista niiden kulkiessa ytimen läpi. Ulommassa sisäytimessä nopeus on suurin, kun aallot kulkevat Maan pyörimisakselin suuntaisesti, kun taas sisemmässä osassa aallot etenevät vauhdikkaimmin, kun niiden kulkusuunta vastaa akselia, joka kulkee Väli-Amerikasta Kaakkois-Aasiaan.

Sisäydin on kokonaisuudessaan kooltaan melko vähäinen, paljon Kuuta pienempi. Silti sen ominaisuudet kertovat paitsi nykyisistä olosuhteista Maan sisuksissa, ja myös planeettamme syntyvaiheista. Pelkästään sisemmän ja ulomman sisäytimen erot saattavat paljastaa yksityiskohtia ytimen ja koko maapallon kehityksestä.

Geologian professori Xiaodong Songin (kuvassa yllä) johtaman ryhmän tutkimustuloksista kerrottiin Illinois’n yliopiston uutissivuilla ja ne on julkaistu Nature Geoscience -lehdessä (maksullinen julkaisu) 9. helmikuuta.  

J-0 / Jouluterveiset Kuun kiertoradalta

Ti, 12/24/2013 - 00:18 By Jari Mäkinen

Ensimmäiset ihmiset, jotka vapautuivat maapallon painovoiman kahleista ja näkivät toisen taivaankappaleen läheltä, olivat Apollo 8 -aluksen astronautit Frank Borman, Jim Lowell ja William Anders. He näkivät ensimmäisinä myös Maan kokonaisuudessaan yhdellä silmäyksellä, kellumassa mustan ja tyhjän avaruuden keskellä.

He, kuten monet muut kuuastronautit, kuvasivat maapalloa sinisenä, kauniina pallona, joka muistutti kovasti herkkää lasipalloa, joka olisi voinut rikkoutua, jos siihen olisi koskenut liian voimakkaasti. Se oli kuin hauras kuusenkoriste, tosin ilman kuusta vierellään. Etenkin verrattuna Kuuhun, oli värikäs Maa erityislaatuinen.

“Se on valtava, yksinäinen, luotaan karkottava levittäytymä, missä ei ole mitään”, lennon komentaja Borman kuvasi alla näkynyttä harmaata, väritöntä, kipsiltä näyttänyttä Kuun maisemaa.

Andersin mukaan Kuun Maahan näkymätön puoli on “kuin hiekkalaatikko, missä lapseni ovat myllertäneet pitkän aikaa.”

Miehistö kuvasi satoja kuvia ja tutki tarkemmin mahdollisia laskeutumispaikkoja tuleville Apollo-lennoilla, mutta matkan kuuluisin kuva esittää kuitenkin Maata, joka nousee esiin Kuun takaa.

Kuvaa ottaessaan Borman totesi varsin lakonisesti: “Tämä on elämäni kaikkein kaunein ja sydäntäsykähdyttävin näky.” Lowell jatkoi myöhemmin lennolla Maan ylistämistä todeten, että “allamme oleva laaja autius ja yksinäisyys herättää kunnioittavaa pelkoa, mutta se saa ymmärtämään mitä kaikkea siellä kotona on."

Jouluaattona, ollessaan lähellä Kuuta ja tehdessään sieltä suoraa lähetystä Maahan, otti Anders mikrofonin ja kertoi, että miehistöllä oli erikoisviesti kaikille Maan asukkaille. Kolmikon jokainen jäsen luki palan Raamatun luomiskertomuksesta ja Borman lopetti lähetyksen toivottamalla kaikille maapallon asukkaille hyvää joulua: "...ja näin me Apollo 8:n miehistö lopetamme lähetyksen toivottamalla hyvää yötä, hyvää onnea, hyvää joulua ja Jumalan siunausta kaikille – teille kaikille hyvän Maan asukkaille."

Maa ja Kuu tekivät ensimmäisiin Kuuta kiertäneisiin astronautteihin niin syvän vaikutuksen, että NASA kehotti myöhempiä miehistöjä hillitsemään hieman tunteitaan ja kuvailevan TV-lähetyksissä vähemmän uskonnollisesti näkemäänsä maisemaa.

Monien mielestä kuulentojen merkittävin saavutus olikin Maan näkeminen avaruudessa, mikä etenkin Kuu kalpeaan pintaan verrattuna oli sykähdyttävä näky.

Apollo 8

Apollo 8 oli merkittävä ja vaarallinenkin lento, jonka tarkoituksena ei ollut alun perin lentää Kuun ympäri. Sen piti olla "vain" toinen Apollo-ohjelman miehitetty koelento testattiin Maan ympärillä, ja ensimmäinen, jolla Apollo-alusta ja suurta Saturnus 5 -kantorakettia käytettiin yhdessä.

Koska tiedustelutiedot antoivat ymmärtää, että Neuvostoliitto (joka suunnitteli myös omaa kuulasketumista ja oli laukaissut luotaimia Kuun ympäri) suunnitteli miehitettyä lentoa Kuun ympäri ja oli valmis laukaisemaan kosmonautit matkaan koska tahansa vuoden 1968 lopussa. Vakoilukuvissa näkyi jopa kaksi kantorakettia laukaisuvalmiina Baikonurin kosmodromissa.

Siksi NASA päätti (varmasti poliittisesta painostuksesta) lähettää Apollo 8:n kohti Kuuta, vaikka lentoa olisi haluttu valmistella pitempään. Lennon tehtäväksi tulikin "vain" lentää pikaisesti Kuun ympäri ja palata Maahan. Teknisesti lento oli vain lievästi kiinnostava, tieteellisesti ei juuri lainkaan, mutta se toki auttoi varmistamaan sen, että Apollo toimi hyvin myös ulkoavaruudessa ja pystyi lentämään hyvin Kuuhun ja takaisin. Uutta lentosuunnitelmaan hiottiin ja lentoa valmisteltiin vain neljän kuukauden ajan.


Apollo 8:n miehistö simulaattoritestin jälkeen kuvattuna.

Apollo 8 oli siis ensimmäinen miehitetty Saturnus 5:n lento, joten jättiraketin laukaisu 21. joulukuuta 1968 oli lähes uskonnollinen kokemus. Valtavan suuren Saturnus 5:n jylinä täytti taivaan ja maan, minkä lisäksi raketin nokassa ratsastavat kolme astronauttia olivat ensimmäiset ihmiset, jotka irtaantuisivat Maan painovoimakentästä ja kävisivät toisen taivaankappaleen luona.

Kuuleman mukaan Atlantin aikanaan ensimmäisenä yksin ylittänyt Charles Lindbergh, kaikkien astronauttien esikuva, tuli tapaan astronautteja Frank Bormania, Jim Lowellia ja William Andersia paria päivää ennen laukaisua. Hän kertoi kuinka oli ennen matkaansa käynyt kirjastossa mittamassa langanpätkän avulla matkan Pariisiin ja miten oli tämän perusteella tehnyt lentosuunnitelmansa. Miehet nauroivat yhdessä kuinka ajat ovat muuttuneet, sillä nyt Apolloissa oli aikansa tehokkaimmat tietokoneet ja Saturnus 5 polttaisi lentonsa ensimmäisen sekunnin aikana kymmenen kertaa enemmän polttoainetta kuin Lindberghin Ryan-lentokone käytti koko lentonsa aikana.

Lähdön aikana tosin avaruuslentäjät tuskin ennättivät asiaa ajatella, sillä kyyti rajua. Anders kertoi jälkeenpäin, kuinka hän oli tuntenut itsensä yhtä avuttomaksi kuin olisi ollut jättisuuren vihaisen koiran suussa. Kun lentoa, tärinää ja ärjyntää oli kestänyt 40 sekuntia, rikkoi Saturnus äänivallin, jolloin ohjaamoon tuli hiljaisuus. Moottoreiden synnyttämä ääni kulki rakettia hitaammin, eikä yltänyt ohjaamoon, mutta runkoa pitkin välittyvä ravistus tuntui toki edelleen. Jättiraketti leikkasi ilmaa ja tunkeutui yhä tummempaan ja tummempaan taivaan sineen. Kiihtyvyysmittari osoitti kolmea kertaa Maan painovoimaa ja kipusi kohti korkeampia lukemia, kunnes juuri mittarin päästyä noin neljän ja puolen g:n kohdalle, kiihtyvyys katosi yhtäkkiä ensimmäisen vaiheen moottorien sammuessa. Miehet lensivät turvavöitään vasten ja parkaisivat iskun aiheuttamasta kivusta. Ensimmäinen vaihe irrotettiin ja heti sen jälkeen ikkunoita peittänyt suojakartio sekä siihen kiinnitetty hätäraketti lensivät pois ruudinsavun säestäminä, jolloin ikkunoiden takaa paljastui uskomaton näky: maapallon sinivihreä pinta, mantereet, valtameret ja niiden takana musta tähtien rei’ittämä avaruus.

Laukaisusta oli ennättänyt kulumaan van viitisen minuuttia, kun moottorit taas sammuivat. Astronautit kiisivät jo ilmakehän yläpuolella ja aluksen sisällä oli hiljaista, kontrasti edeltävään meteliin oli valtava. Itse asiassa Apollo putosi alaspäin radallaan parin minuutin ajan, keräsi nopeutta Maan painovoimasta, kunnes seitsemän minuutin kohdalla tärinä ja jyrinä tulivat takaisin. Toisen vaiheen moottorit ärähtivät käyntiin. Kolmikko iskeytyi taas istuimiinsa ja pysyi niissä liimattuina lähes kaksi minuuttia, kunnes toinen vaihe oli tehnyt tehtävänsä ja putosi pois. Isku turvavöihin ja saman tien jysäys taas selkään, sillä kolmas vaihe aloitti työnsä. Se puski Apolloa yhä suurempaan vauhtiin, kunnes 11 minuuttia ja 30 sekuntia laukaisun jälkeen senkin moottori vaikeni. Apollo 8 oli kiertoradalla.

Kun lentoa oli kulunut tarkalleen kaksi tuntia 47 minuuttia ja 37 sekuntia, röhähti kolmannen vaiheen moottori uudelleen henkiin. Se oli TLI, Trans Lunar Injection, sysäys pois Maan kiertoradalta kohti Kuuta. Tällä kertaa sen työntö ei ollut raju, vaan pikemminkin kepeä viisiminuuttinen puhallus, jonka ansiosta Apollo sai tarpeeksi vauhtia kivutakseen ylöspäin Maan gravitaatiokaivosta. Aluksen nopeus oli 10 833 m/s – kukaan ihminen ei ollut lentänyt heitä nopeammin.

Vähän aikaa myöhemmin oli aika hankkiutua eroon hyvän työn tehneestä Saturnuksen kolmannesta vaiheesta. Borman irrotti Apollon siitä ja suihkutti aluksen irti huoltomoduulin pienillä ohjausraketeilla. Hän oli sen jälkeen ikään kuin ottavinaan kuumoduulin kolmannen vaiheen sisältä mukaan, koska toimenpidettä oli hyvä harjoitella, vaikka mukana ei nyt ollutkaan kuumoduulia. Manöveerien jälkeen Borman ohjasi Apollon kauemmaksi kolmannesta vaiheesta, joka alkoi heti kutistua taivaalla. Se kiilteli ja hohti auringonvalossa kauniisti, mutta ei vetänyt vertoja maapallolle, jonka Apollo 8:n miehistö näki ensimmäisinä ihmisinä kokonaisena planeettana. Matalammalta kiertoradalta se on aina vain alla oleva suuri, kaareva sinivihreä pinta.


Kuun pintaa Apollo 8:n miehistön ottamista kuvista koottuna.

Harmaa ja väritön Kuu

62 600 kilometrin päässä Maasta Kuun ja Maan vetovoimat vetivät yhtä suurilla voimilla Apolloa puoleensa. Siihen saakka aluksen nopeus oli hidastunut, mutta tuolloin, kolmannen lentopäivän illansuussa, Kuu alkoi kiihdyttää kolmikon kärryä ja hinata sitä päättäväisesti kohti harmaata pintaansa. Kuu oli jo suurempi kuin Maa ikkunasta katsottuna; Maa oli supistunut jalkapallosta greipiksi ja greipistä golfpalloksi. Kuu puolestaan oli suurentunut ja muuttunut taivaan valtiaaksi.

Jouluaattona 1968 Apollo 8 siirtyi kiertämään Kuuta tavalla, joka tuli tyypilliseksi myöhemmilläkin Apollo-lennoilla: koska alus suoritti Kuun radalle asettumiseen vaadittavan pitkän rakettimoottorin polton Kuun toisella puolella ollessaan, istui lennonjohto TV-kuvissa vain odottamassa hetkeä, jolloin alus pulpahtaisi esiin Kuun takaa. Moottori oli luonnollisesti tehty mahdollisimman luotettavaksi ja lentorata oli laskettu siten, että Apollo palaisi Kuun painovoiman linkoamana automaattisesti kohti Maata jos moottori ei toimisikaan, mutta häiriö poltossa voisi koitua helposti myös kohtalokkaaksi. “Se oli elämäni pisin neliminuuttinen”, sanoi Lowell jälkikäteen moottorin poltosta.

Apollo 8 asettui kiertämään Kuuta ja teki kymmenen kierrosta sen ympärillä. Sitten oli aika palata takasin. Jälleen pimennossa lennonjohdolta, Kuun kääntöpuolella Ollessaan, huoltomoduulin suuri moottori puski alusta viiden minuutin ajan pois Kuun kiertoradalta ja solutti Apollon täsmälleen siihen matemaattiseen putkeen, missä Newtonin lait pitivät tiukasti matkalaiset oikealla radallaan takaisin Maahan.

58 tuntia Kuusta lähtemisensä jälkeen Apollo iskeytyi ilmakehään ja jouluinen lento päättyi onnistuneesti molskahdukseen Tyynessä valtameressä – kuinka muutenkaan – lähellä Joulusaaria.

NASA julkaisi juuri ennen vuoden 2013 joulua jäljitelmän otsikkokuvassammekin olevasta kuuluisasta Maa-kuvasta, joka otettiin 46 vuotta sitten. Nyt kuvan otti Kuuta kiertävä LRO-luotain.

Kolmikko tutkii Maan magneettikenttää

To, 11/21/2013 - 11:35 By Jari Mäkinen

Venäjällä, vain viitisensataa kilometriä Suomesta itään sijaitsevassa Plesetskin kosmodromissa on siviilikäyttöön muunnettu mannertenvälinen ohjus laukaisuvalmiina. Sen nokassa on Euroopan avaruusjärjestön kolme magneettikenttää tutkimaan lähtevää satelliittia ja jos kaikki käy hyvin, tämä Swarm-niminen kolmikko pääsee matkaan huomenna perjantaina 22.11. klo 14:02 Suomen aikaa. Laukaisua voi seurata mm. ESAn nettisivuilla.

Swarm-lennon tarkoituksena on siis tutkia maapallon magneettikentää. Vaikka planeettamme magneettisuutta harvemmin tulee ajatelleeksi, on se mukana monissa asioissa alkaen niinkin konkreettisesta kuin suunnistamisesta, päätyen siihen, että lähes kaikki elämä ja toiminta Maan pinnalla tapahtuu magneettikentän huomaamattomassa huomassa. Magneettikenttä sekä sähkövirrat maapallon sisällä ja ulkopuolella ovat vaikuttaneet täällä kaikkeen koko planeettamme historian ajan.

Elintärkeä magneettisuus

Mikäli Maalla ei olisi voimakasta magneettikenttää, todennäköisesti meitäkään ei olisi täällä: magneettikentän voi ajatella suureksi kuplaksi maapallon ympärillä. Se suojaa meitä kosmiselta säteilyltä ja Auringosta tulevalta hiukkasvirralta, aurinkotuulelta. Ilman magneettikentän suojaa olisi esimerkiksi ilmakehä kadonnut avaruuteen hieman samaan tapaan kuin on tapahtunut Marsissa.

Magneettisuus vaikuttaa myös moniin lähiavaruuden ilmiöihin sekä avaruussäähän. Revontulet tanssivat taivaalla magneettisten voimaviivojen suuntaisesti ja magneettikenttä ohjaa revontulet synnyttävät hiukkaset pohjoisille ja eteläisille alueille.

Vaikka tiedämme, että Maan magneettikenttä on tärkeä, emme tunne sitä kovinkaan hyvin. Pitkäaikaisissa magneettikentän mittauksissa, joita on tehty muun muassa ennätyksellisen kauan ja hyvin Suomessa, on huomattu miten magnettisuus on jatkuvassa muutoksessa. Magneettiset navat, pohjoinen ja etelä, siirtyvät koko ajan ja magneettikentän voimakkuus vaihtelee. Parin tuhannen vuoden välein magneettikentän suunta vaihtuu, jolloin pohjoisesta tulee etelä ja päinvastoin. Nyt magneettikenttä näyttää olevan heikentymässä ja on mahdollista, että napaisuuden vaihdos on jälleen tulossa. Mutta milloin ja mitä vaikutuksia sillä on – sitä ei osata sanoa!

Magneettikentän mittaajakolmikko

Swarm-satelliittien avulla toivottavasti näihin kaikkiin kysymyksiin saadaan vastauksia. Avaruus on paras paikka kartoittaa tarkasti Maan koko magneettikenttä, koska sieltä voidaan havaita samalla tavalla magneettikenttää joka puolelta planeettaa. Satelliittien avulla saadaan myös tietoa Maan sisustasta, kuorikerroksesta, mantereista ja meristä, minkä lisäksi avaruudesta voidaan myös mitata ionosfääriä sekä magnetostääriä kaukana pinnan yläpuolella.
 

Swarm on yhden satelliitin sijaan kolmen samanlaisen satelliitin muodostelma. Kukin satelliiteista on 9,1 metriä pitkä, 1,5 metriä leveä ja 0,85 metriä korkea, ja ne on suunniteltu siten, että ne mahtuvat limittäin ja pitkittäin asetettuna sopivasti raketin pyöreään nokkakartioon. Avaruudessa ne irtaantuvat omille teilleen. Yhden satelliitin massa on 472 kg, mistä 106 kiloa on polttoainetta, jonka oletetaan riittävän ainakin neljän vuoden toimintaan avaruudessa.

Satelliiteista kaksi kiertää Maata lähellä toisiaan radalla, joka kulkee lähes maapallon napojen kautta soikealla kiertoradalla, jonka korkeus vaihtelee 460 km:n ja 300 km:n välillä. Kolmas satelliitti ohjataan hieman erilaiselle kiertoradalle noin 530 km:n korkeuteen siten, että rata leikkaa aluksi loivassa kulmassa kahden muun satelliitin rataa. Kun ajan myötä radat menevät enemmän ristiin, ovat lopulta kolmen vuoden kuluttua kiertoradat 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden. Näin magneettikenttää voidaan mitata samanaikaisesti eri puolilta maapalloa, mikä parantaa oleellisesti mittausten kattavuutta ja tarkkuutta.

Havaintolaitteina satelliiteissa on kaksi erilaista magnetometriä ja sähkökenttämittari nelimetrisen puomin päässä. Lisäksi mukana on "normaalit" varusteet, kuten kiihtyvyysmittarit, tarkat GPS-vastaanottimet ja laserheijastin.

Eurooppalaisten tutkimuslaitosten ja yhtiöiden lisäksi Kanada on voimakkaasti mukana Swarm-hankkeessa. Suomalainen Patria on rakentanut satelliittien virranjakoyksiköt Tampereella.

Swarm-lennon esittelyvideo: