yhdeksäs planeetta

Neptunuksen takana tapahtuu outoja - yhdeksättä planeettaa ei ehkä olekaan

Ke, 06/06/2018 - 05:39 Jarmo Korteniemi
Kuva: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC-Caltech)

Uusi mallinnus vihjaa, että Neptunuksen takana voi olla paljon enemmän jäisiä kappaleita kuin aiemmin on uskottu. Niiden kollektiivinen painovoima selittäisi monia seudun outouksia paremmin kuin aiemmat mallit.

Vuoden 2016 tammikuussa uutisissa jankattiin "yhdeksännen planeetan löytymisestä". Selitimme tuolloin, ettei kyse suinkaan ollut planeettalöydöstä, vaan mallinnuksesta, jonka mukaan Aurinkokunnan ulko-osissa lymyilisi suuri ja vielä tuntematon planeetta.

Oletetun planeetan olemassaololle löytyy vihjaus muutamien kaukana Neptunuksen radan takana kiertävän kappaleiden outo käytös: Ne kiertävät Aurinkoa niin kaukana ja niin elliptisiä ratoja pitkin, ettei asiaa voida nykytiedolla selittää. Niiden kuitenkin oletetaan siirtyneen nykyradoilleen jollain, vielä tuntemattomalla tavalla. Kappaleita, joista kuuluisin on 90377 Sedna, kutsutaan "irronneiksi kappaleiksi" (engl. detached object).

Ongelmakappaleiden radat ovat kaukana Neptunuksen radan tuolla puolen, keskellä aika pitkälti ei mitään. Neptunus ei siis ole voinut tuupata niitä radoilleen. Tähän mennessä paras idea on ollut, että jossain lymyää jotain suurta ja massiivista, joka on saanut ratoja häirittyä.

Vasta julkistettu uusi mallinnus taas osoittaa, että mitään suurta tuntematonta planeettaa ei tarvita. Uuden ajatuksen mukaan alueen kaikki kappaleet yhdessä saisivat itse aikaan ratojen outoudet. Syy olisi niiden kollektiivisessa painovoimassa.

Uusi malli julkistettiin 4.6. American Astronomical Societyn vuotuisessa kokouksessa Koloradossa. Itse tutkimus on vastikään lähetetty vertaisarvioitavaksi the Astrophysical Journaliin.

Tutkimuksessa mukana ollut Ann-Marie Madigan kuvailee mallin antamaa ennustusta: "Siellä on paljon kappaleita, ja mitä niiden kollektiivinen gravitaatio saakaan aikaan. Voimme ratkaista monia ongelmia ottamalla tämän asian huomioon. Oppikirjoihin piirretty kuva Aurinkokunnan ulko-osista joudutaan ehkä tekemään uusiksi. Noilla seuduilla on paljon enemmän tavaraa kuin aiemmin oletimme. Kun päästään Neptunuksesta vähän kauemmas, asioissa ei oikein tunnu enää olevan järkeä, ja se on todella jännittävää!"

Ilmiön huomasi ensimmäisenä opiskelija Jacob Fleisig, jonka tehtävänä oli mallintaa kappaleiden liikkeitä. Hän huomasi, että neptunuksentakaiset jäiset kappaleet kiertävät Aurinkoa kuin kellon viisarit. Jotkin liikkuvat nopeasti ja yhdessä, ikään kuin minuuttiviisarissa. Toiset, Sednan kaltaiset, liikkuvat tuntiviisarin tavoin hitaasti. Ja joskus viisarit myös kohtaavat: Kun nopeammat rykelmänä kulkevat kappaleet pyyhkäisevät hitaamman ja suuremman kohteen suuntaan, niiden yhteinen gravitaatio muokkaa sen rataa. Hitaan kohteen rata muuttuu normaalista irronneeksi. Kappaleiden radat muuttuvat ajan kanssa, sitä mukaa kun ne kohtaavat ja vuorovaikuttavat.

Kun pieniä kappaleita on paljon ja ne pyyhältävät toistuvasti toistensa ohi, tulee vaikutuksesta aikaa myöten hyvin merkittävä.

Malli sopii myös aiempiin havaintoihin ja antaa niille syyn: Vuonna 2012 huomattiin, että mitä suurempi irronut kappale on, sitä kauempana se Aurinkoa kiertää. Sedna on suurin kappale mikä alueelta on toistaiseksi löydetty, ja myös kauimmainen ainakin perihelinsä osalta. Sednan läpimitta on noin 1000 kilometriä. Tämä tekee siitä todennäköisen joskin vielä varmistamattoman kääpiöplaneetan.

Sednan kiertoaika Auringon ympäri on lähes 11500 vuotta. Kauimmillaan se käy 900 AU:n etäisyydellä Auringosta, ja lähimmilläänkin se jää yli 75 AU:n päähän. Neptunus taas viettää kaiken aikansa paljon lähempänä, "vain" 29,8-30,4 AU:n etäisyydellä, Pluto ja muut seudun varmistetut kääpiöplaneetat 30-50 AU:n päässä. (AU tarkoittaa astronomista yksikköä, eli Maan ja Auringon välistä etäisyyttä.)

Malli saattaa myös auttaa ymmärtämään Maassa koettuja joukkotuhoja. Kappaleiden ratojen muuttuessa osa niistä sinkoutuu komeettoina kohti aurinkokunnan sisäosia. Tilastolliset muutokset ovat periodisia ja ennustettavissa. Varmuutta asiaan ei ehkä saa, mutta ajatus on varsin kutkuttava.

Jutun pohjana käytettiin Coloradon yliopiston tiedotetta. Tutkimusartikkelin käsikirjoitukseen voi tutustua ArXiv-palvelussa.

Aiheesta kertoi Suomessa ensimmäisenä Tähdet ja Avaruus.

Otsikkokuvassa taiteilijan näkemys Sednasta ja Auringosta sieltä nähtynä. Pallomaiseksi oletetun Sednan tiedetään olevan pinnaltaan varsin punertava. (NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)

Aurinkokunnan ulko-osissa kiertää häkellyttävä kohde

Pe, 08/12/2016 - 08:03 Jarmo Korteniemi
Kuva: Dave Bleasdale / Flickr

Neptunuksen radan tienoilla kiertää jotain outoa. Vastavirtaan kulkeva suuri kappale, jonka rataa ei osata selittää.

Aurinkokunnan ulkolaidalta on havaittu outo kohde. Löydön tehneet taiwanilaistutkijat antoivat kappaleelle alustavan nimen "Niku". Se tarkoittaa kiinaksi kapinallista.

Ensi silmäyksellä Niku vaikuttaa varsin tyypilliseltä transneptuniselta kohteelta (TNO). Sen koostumus on luultavasti jäinen, ja kirkkaudesta päätellen sen läpimitta lienee ehkä hieman alle sata kilometriä. Sen absoluuttinen magnitudi on ~7.4.

Mikä sitten tekee Nikusta niin oudon? Vastaus piilee sen radassa.

Kaikki Aurinkokunnan kappaleet syntyivät samasta pyörivästä materiakiekosta. Siksi ne myös pyörivät akselinsa ympäri ja kiertävät Aurinkoa - kaikki samaan suuntaan. Yleensä. Poikkeuksia on, mutta ne selitetään suurilla törmäyksillä, planeettojen lähiohituksilla tai niiden sarjoilla. Yleensä.

Niku on poikkeus. Se kiertää päinvastaiseen eli retrogradiseen suuntaan, voimakkaasti (110 astetta) kallistuneella radallaan. Muutoin rata on TNO:lle tyypillinen: Etäisyys Aurinkoon vaihtelee 24 ja 48 AU:n välillä. Tällä hetkellä Niku sijaitsee Neptunuksen radan sisäpuolella.

Nikun rataa ei osata selittää. Se ei ole resonanssissa Neptunuksen kanssa, eikä edes käy planeetan lähellä. Mallinnusten mukaan myöskään Pluto tai muut tunnetut kääpiöplaneetat eivät voi olla syypäitä outoon rataan. Edes hypoteettinen Ykä, yhdeksäs planeetta, ei sovi kuvaan. Se, kuten Jupiter ja Saturnus, olisi aivan liian kaukana vaikuttaakseen Nikun rataan riittävästi.

Outo kappale on seudulla, johon kukaan muu ei näytä vaikuttavan riittävästi.

Kaaviokuva Nikun tasossa kiertävistä muista kappaleista. Vasemmalle osoittavat nuolet kuuluvat retrogradisille. (Ying-Tung Chen ja kumpp. / ApJL 2016)

Kaiken kukkuraksi Niku ei ehkä ole yksin. Tutkijat ovat jo aiemmin löytäneet muutamia muitakin retrogradisia TNO:ita, mutta Niku lienee niistä suurin. Osa niistä näyttää vieläpä kiertävän tarkalleen samassa tasossa Nikun kanssa. Vaikka juuri tuo ryhmä voikin olla tilastoharhaa, tutkijat epäilevät, että seudulla voi hyvin lymytä useita muitakin retrogradisia kappaleita. Uusia kappaleita kun ei useinkaan etsitä voimakkaasti kallistuneilta radoilta.

Kuinka Niku ja sen kollegat ovat radoilleen joutuneet, on todellinen mysteeri. Vastaavanlaiset oudot ja aluksi selittämättömät radat saivat jonkin aikaa sitten aikaan hypoteesin Ykästä, yhdeksännestä planeetasta.

Varmaa on vain se, että Aurinkokunnan ulko-osissa on tapahtunut jotain outoa.

Tutkimus on hyväksytty julkaistavaksi Astrophysical Journal -julkaisusarjassa, ja on jo luettavissa arXiv-palvelussa.

Löydöstä kertoi aiemmin New Scientist. Suomessa aiheesta uutisoi ensimmäisenä Tiedetuubi.

Otsikkokuva: Dave Bleasdale / Flickr

Cassini-luotaimen radassa ei tuntemattoman planeetan vaikutusta

La, 04/09/2016 - 02:08 Jarmo Korteniemi
Kuva: Kevin Gill / Flickr

Mediassa levinneet tiedot uuden planeetan paikan varmistumisesta lienevät perättömiä.

Cassini-luotaimen tiederyhmä julkaisi myöhään perjantaina Suomen aikaa tiedotteen, jossa todetaan, ettei laitteen kiertoradassa ole huomattu selittämättömiä poikkeamia. Tieto kumoaa mediassa levinneet uutiset tuntemattoman planeetan painovoimavaikutuksesta luotaimen rataan, sekä planeetan paikan määrittämisestä Valaskalan tähdistön tienoille.

Tiedotteen takana ovat sekä luotaintiimin johtohahmot että ratalaskujen ekspertit NASAn Jet Propulsion Laboratorystä.

"Vaikka Cassinia olisikin hienoa käyttää uuden planeetan löytämisessä, me emme vain näe sen radassa mitään sellaista, mitä nykymallit eivät selittäisi", pahoittelee Earl Maize, Cassiniprojektin johtaja JPL:stä.

Useat mediat uutisoivat kuluneella viikolla – ilmeisesti Scientific Americanin innoittamana – Saturnusta kiertävän Cassini-luotaimen radasta havaituista poikkeamista sekä niille mallinnetusta huimasta selityksestä.

Uutisissa levisi muutamia virheitä, jotka on syytä korjata. Hypoteettinen yhdeksäs planeetta, lyhennettynä Ykä, heiluttaisi itse asiassa Saturnuksen eikä Cassinin rataa. Koska Cassini-luotain kuitenkin on täysin sidottu Saturnukseen, senkin rata muuttuisi planeetan heiluessa – mutta siis ainoastaan välillisesti, eikä suoraan Ykän vaikutuksesta kuten uutisissa väitettiin. Ja mikäli luotaintiimiin itseensä on uskominen, Cassinin (tai siis Saturnuksen) radan poikkeamiakaan ei toistaiseksi ole havaittu.

Tutkimuksen tärkein anti jää uutisissa hämärän peittoon. Se ennustaa, että mikäli Cassinin (tai siis Saturnuksen) rataa seurattaisiin tarkasti vuoteen 2020 asti, voitaisiin yhdeksännen planeetan sijainti kenties ehkä mahdollisesti lyödä suurin piirtein lukkoon mikäli se on tietyllä suunnalla. JPL:n tutkija William Folkner on samaa mieltä, tosin tiukoin reunaehdoin: "Tästä voisi syntyä havaittava poikkeama Cassinin radassa, mikäli planeetta [Ykä] olisi tarpeeksi lähellä Aurinkoa. Mutta emme ole havainneet mitään selittämätöntä taustakohinan ylittävää poikkeamaa Cassinin aineistossa vuosien 2004 ja 2016 välisenä aikana." Lisäksi Cassini tulee kohtaamaan loppunsa jo ennen vuotta 2020.

Todennäköisintä on, että Ykä on radallaan paljon kauempana kuin mallin oletus, eli siellä missä se viettää leijonanosan kiertoajastaan. Tutkimuksessa itsessäänkin todetaan, että tuossa tapauksessa planeetan painovoimavaikutus ei olisi enää edes teoriassa havaittavissa Cassinin liikkeistä. Ja kaiken kukkuraksi on vielä täysin auki, onko koko Ykä-planeettaa edes ollenkaan olemassa.

Cassini ehtii lentää Saturnuksen mukana vain hieman vajaat puolet sen kierroksesta Auringon ympäri. Luotain saapui Saturnusta kiertävälle radalle vuonna 2004, ja näillä näkymin laite tuhotaan polttoaineen vähyyden vuoksi Saturnuksen kaasukehässä loppuvuodesta 2017. Saturnuksen koko kierros Auringon ympäri kestää 29 vuotta, etäisyyden Auringosta vaihdellessa välillä 9–10 AU. Hypoteettisella Ykällä vastaavat luvut ovat 10000(–20000) vuotta ja 280–1120 AU.

Asiasta kertoi ensimmäisenä Suomessa Tiedetuubi.

Otsikkokuva: Kevin Gill / Flickr

Ykä, uusi yhdeksäs planeetta - jäähattuisia laskelmia

Torstaina uutisoitiin Aurinkokunnasta löydetystä uudesta planeetasta. Siitä kerrottiin uutisissa, iltapäivä- ja sanomalehdissä, televisiokanavien uutistoimitusten verkkosivuilla, ja ties missä.

Ehdin itsekin innostua uutisesta. Sitä tosin kesti vain viitisen sekuntia, kunnes huomasin luotettavasta lähteestä tiedon, että kyse oli mallinnuksesta eikä mistään uutisotsikoissa hehkutetusta "löydöstä".

Mallinnus ei mielestäni oikeasti ole uutisen arvoinen (no, ehkä pienen). Mutta tällaista oikaisubloggausta noiden häröjen uutisten jälkeen kyllä tarvitaan. Monissa uutisjutuissa (sekä suomalaisissa että ulkomaisissa) kun oli nimittäin selkeitä asiavirheitä, lapsuksia, käännöshäröjä, ja muita epätarkkuuksia. Nekin, jotka uutisoivat virheettömästi, saivat asian kuulostamaan paljon paremmalta kuin mitä se todellisuudessa oli.

Lyhyesti: Mitään uutta planeettaa ei ole löydetty. Sellaisen olemassaolo on mahdollista mallin perusteella, kuten on jo kauan ollut. Mahdollisen planeetan paikkaakaan ei ole määritetty muutoin kuin suurin piirtein – sellaiselta seudulta, jossa on jo kauan oletettu olevan jonkinmoisia isoja kappaleita, mutta josta ei ole vielä ikinä löydetty yhtään mitään. Mallinnus ei myöskään ennusta "5 tai 10 kertaa Maata suurempaa" kappaletta, eikä se ole "20 kertaa niin kaukana Auringosta kuin Maa". Jopa "20 kertaa niin kaukana kuin Neptunus" on aikamoista vääristelyä.

Lisäksi uskon, ettei planeettaa – jos sitä edes on – löydetä kovin pian. Sen havaitseminen kun on näh niimmaankauhian vaikeaa, jopa nykyisellä hulppealla tekniikalla. Toivon toki, että olen väärässä.

Mistä tässä siis oikein on kyse?

Kyse on tästä, erittäin vetävällä otsikolla julkaistusta tietokonemallinnuksesta: "Todisteita kaukaisesta jättiläisplaneetasta Aurinkokunnassa" (englanniksi).

Tutkimuksessa perehdyttiin Aurinkokunnan uloimpien tunnettujen kappaleiden outoihin ratoihin. Niitä kun on hyvin vaikea (mahdoton?) selittää syntyneeksi ihan itsestään. (En mene tässä nyt tuon ongelman yksityiskohtiin, vaan kehotan asiasta enemmän kiinnostuneita kehotan pläräämään linkatun tutkimusjulkaisun tuosta yläpuolelta.)

Ongelma kuitenkin on, ja ratkaisuksi ehdotetaan tietokonesimulaation perusteella yhtä suurta planeettaa. Samaa on ennustettu ennenkin, samoilla perusteilla, mutta tuolloin tyyli on ollut "nämä voisi selittää jotenkin silleen". Tämä tutkimus tuo lisää tarkkuutta hajatelmiin.

Minä käytän tässä jutussa planeetasta lempinimeä "Ykä". Se on tasan yhtä epävirallinen kuin jo uutisissa pyörivä tylsä nimitys "Planeetta yhdeksän". Lisäksi kunnioitan sillä Uranuksen alkuperäisen nimen suomalaismuotoa. (Olen tosin sitä mieltä, että jos Ykä joskus löydetään, viralliseksi nimeksi sopisi parhaiten vaikkapa Nemesis tai Somnus, vaikka asteroidikaimat ovat jo olemassa. Sitä odotellessa, olkoon nyt Ykä.)

Ykän koko

Ykän massa (kansanomaisesti ja väärin sanottuna "paino") on mallin mukaan noin 20 kertaa maapallon verran. Tällaisen möhkäleen painovoima olisi riittävä siirtääkseen pienemmät lähikappaleet havaituille oudoille radoilleen. Samalla tavalla Neptunuskin on pistänyt omalla seudullaan Pluton ja muut seudun kääpiöplaneetat kuriin ja järjestykseen.

Ykän halkaisijaa simulaatio ei kerro, sillä siinä vain massalla on väliä. Valistuneella arvauksella Ykä voisi olla läpimitaltaan hieman Neptunusta suurempi (mikäli niiden tiheydet vastaisivat toisiaan), tai todennäköisesti hieman pienempi (Ykä voisi nimittäin hyvinkin olla suureksi osin kiinteä). Arviot planeetan läpimitasta vaihtelevat 2–4 maapallon halkaisijan tienoilla.

Nyt hetki mediakritiikkiä: Monissa uutisissa puhuttiin ainakin aluksi ympäripyöreästi "planeetan koko on niin ja niin monta kertaa suurempi kuin Maa". Miksi tuttu termi "koko" kannattaisi automaattisesti ilmaista tarkemmin? Siksi, koskapa tyypillisimmillään sana tarkoittaa jotain näkyviä mittoja, kuten halkaisijaa: Lukijan assosiaatio voi hyvinkin olla "20 kertaa Maan levyinen". Sellainen planeetta olisi läpimitaltaan 255 000 km, eli siis melkein kaksi kertaa suurin tunnettu planeettamme Jupiter (halkaisija on 140 000 km). Sellaisen körilään massa nousisi vähintäänkin varsin lähelle ruskeaa kääpiötä, tähden ja planeetan välimuotoa. Ehkä 5-20 Jupiterin massaa, riippuen tiheydestä! Maapallon massoja tuohon mahtuisi tuhansia. Sellainen jätti olisi ihan varmasti jo löydetty, jo ihan oman säteilynsäkin vuoksi. Sanamuotojen kokoero on siis valtava, joten toivoisin tarkkuutta tässä asiassa.

Takaisin asiaan. Eli mallinnettuun Ykään.

BLOG