Chariklo matkii Saturnusta tuplarenkaillaan

Chariklon koko verrattuna

Pienen asteroidimaisen kappaleen ympäriltä on havaittu renkaat – eikä vain yhdet, vaan kahdet. Näin kertoo tänään tiedelehti Naturessa julkaistu tutkimus. Hämmästyttävä löytö on saanut tutkijat ymmälleen.

Renkaat kiertävät kaukaista pienkappaletta nimeltä "10199 Chariklo". Se kiertää Aurinkoa Uranuksen radan tienoilla ja on halkaisijaltaan vaivaiset 258 kilometriä. Chariklo mahtuisi sopivasti vaikkapa Jyväskylän ja Helsingin välille.

Juuri emokappaleen "pienuus" tekee löydöstä oudon. Kaikki muut renkaalliset taivaankappaleet kun ovat reippaasti maapalloa suurempia.

Renkaat on alustavasti nimetty "Oiapoqueksi" ja "Chuíksi", kahden brasilialaisen joen mukaan. Oiapoque on 7 km leveä ja kiertää Charikloa 391 km etäisyydellä. Chuí on puolet kapeampi, vain 3 km levyinen, ja kiertää emoaan 405 km etäisyydellä. Renkaiden välissä on 8 km rako.

Tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, brasilialainen Felipe Braga-Ribas, on yhä hämmästyksen vallassa: "Emme etsineet renkaita, emmekä edes ajatelleet, että Chariklon kaltaisilla pikkuisilla voisi niitä edes olla. Löytö, ja kaikki ne tarkat tiedot jota sen kautta saimme systeemistä, tulivat täytenä yllätyksenä!"

Havainto ohi hetkessä

Tutkijat havaitsivat renkaat 3.6.2013, kun Chariklo kulki aivan täsmälleen tähden UCAC4 248-108672 editse. Tällaiset tähdenpeitot, eli okkultaatiot, voivat kertoa paljon kappaleen ympäristöstä ja niiden avulla voidaan esimerkiksi määritää kappaleen kokoa.

Tähden kirkkaus himmeni odotetusti juuri oikealla hetkellä. Kuitenkin näin kävi myös sekä juuri ennen okkultaatiota että sen jälkeen. Tämä hätkäytti ja antoi vinkin siitä, että Chariklolla oli salaisuus.

Sen selvittämiseen tarvittiin seitsemän eri teleskoopin hieman eri kulmasta tekemien havaintojen yhdistämistä. Koko havaintoaineiston saamiseen kului vain 20 sekuntia, mutta tulkintaan meni kuukausia. Tutkijat saivat lopulta selville paitsi Chariklon itsensä yksityiskohtia ja renkaiden olemassaolon, myös renkaiden muodon, leveyden ja asennon.

Alkuperäinen tähdenpeitto näkyi Etelä-Amerikan yötaivaalla ja löytö tehtiin Euroopan eteläisellä observatoriolla Chilessä. Löytö tehtiin runsaan 2 miljardin kilometrin etäisyydeltä.

"Seitsemän ja kolme kilometriä leveät renkaat, välissä kahdeksan kilometrin aukko", kuvailee Martin Dominik St Andrewsin yliopistolta tarkkuutta, joka vaadittiin löytöön. "Sellaisten erottaminen oli mahdollista ainoastaan ottamalla La Sillan teleskoopillamme kymmenen kuvaa sekunnissa. Käytimme nopeaa kameraa, jotta saisimme minimoitua ilmakehässä näkyvän pyörteilyn."

Kamerasysteemiä käytetään pääasiassa pienten eksoplaneettojen etsimiseen mikrolinssi-ilmiön avulla. Mutta se on ilmeisen hyödyllinen myös muissa projekteissa.

Renkaiden asennon selvittyä asia voitiin jopa tarkistaa vanhoista havainnoista. Vuosien 1997 ja 2008 välillä Chariklon oli nimittäin huomattu oudosti himmentyneen, ja taas kirkastuneen vuonna 2013. Renkaat selittivät tämän: Laskujen mukaan niiden reuna osoitti Maata kohti juuri vuonna 2008, ja taso on jälleen alkanut kääntyä meihin päin.

Renkaissa on aimo määrä jäätä. Havainnoista löydettiin vedelle ominaisia spektriviivoja. Ne olivat kadonneet vuonna 2008, ja tulivat jälleen näkyviin 2013. On siis ilmeistä, että viivat tulevat juuri renkaista.

Itse Chariklo on suurin tunnettu "kentauri". Kentaurit on yleisnimitys pienkappaleille, jotka kiertävät jättiläisplaneettojen tienoilla, 5 - 30 kertaa niin kaukana Auringosta kuin Maa. Ne ovat asteroidimaisia, mutta niiden koostumuksen oletetaan olevan pääasiassa jäätä. Niiltä siis löytyy monia komeetoillekin tyypillisiä piirteitä. Chariklon pinnalla oletetaan esiintyvän mm. toliineita ja hiiltä.

Mistä ihmeestä renkaat ovat peräisin?

Tutkijat kuvaavat löytöä sensaatiomaiseksi. Ja sitä se onkin, koska renkaat ovat erittäin harvinainen piirre Aurinkokunnassa. Useista miljoonista kappaleista sellaiset on löydetty ainoastaan neljältä jättiläisplaneetalta, ennen kuin sellaiset äkättiin nyt Chariklolta, joka on hieman eri luokkaa. Sen halkaisija on pyöreästi vaivaiset 1/300 Jupiterista, Neptunuksestakin hieman yli sadasosa.

Löytö tavallaan sekoittaa tunnettua – tai oletettua – fysiikkaa. Tutkijoille on selittämätöntä, kuinka näin pienellä kappaleella voi olla renkaat. Ainakaan niiden ei pitäisi kestää pitkään. Se riippuu siitä kuinka renkaat ovat muodostuneet.

Mahdollisuuksia on monia. Todennäköisimpiä ovat törmäykset, painovoima sekä komeetat.

Kenties Charikloa kiersi pieni kuu, joka hajosi syystä tai toisesta. Ehkä toinen kappale osui siihen, tai ehkä Charikloon osui jotain ja siitä noussut heittele hajoitti kuun. Tai sitten Chariklolla olikin kaksi kuuta, jotka törmäsivät toisiinsa. Ehkä kuu oli pieni ja hauras ja hajosi pyöriessään. Voi olla, että kuun hajoitti emokappaleen painovoima sen tullessa liian lähelle. Tai sitten renkaiden materia on peräisin läheltä kulkeneesta komeetasta. Tai Chariklon itsensä pinnalta. Tai jostain aivan muualta. Ehkä kyse on jostain vielä tuntemattomasta, mutta hyvinkin yleisestä ilmiöstä, ja tämä on vain alkusoittoa asteroidien rengaslöydöille. Tai, ehkäpä renkaat ovat hyvin harvinaisia ja tutkijoille sattui vain hirvittävän hyvä tuuri.

"Tämä on yksi niistä hetkistä jolloin tiedemiehenä olemista rakastaa", Dominik summaa tuntemuksiaan. "Käytät 20 sekuntia teleskooppiaikaa, ja löydät jotain sellaista mitä kukaan ei odottanut! Usein juuri sitä oikeaa 20 sekunnin pätkää joutuu vain odottamaan turhan kauan."

Tutkimus on nimeltään A ring system detected around the Centaur (10199) Chariklo, kirjoittajina F. Braga-Ribas ja kumpp. Se julkaistiin Naturen nettiartikkelina DOI-numerolla 10.1038/nature13155.

Chariklon koko verrattuna

Chariklon koko verrattuna Plutoon ja omaan Kuuhumme.

 

 

Päivän kuva 14.11.2013: Sinä olet tuolla

Muistatko, kun perjantaina, 19. heinäkuuta NASA kehotti meitä kaikkia katsomaan taivaalle puoleltaöin Suomen aikaa?

Silloin, tarkalleen klo 00:27 – 00:42 (Suomen aikaa) Saturnusta kiertävä Cassini-luotain otti useamman kuvan Saturnuksesta sellaisesta kulmasta, että Aurinko oli rengasplaneetan takana ja Aurinkokunnan sisimmät planeetat näkyivät nätisti Saturnuksen lähistöllä. Kuva julkistettiin toissapäivänä.

Cassini otti vastaavanlaisen kuvan syyskuussa 2006, ja Cassinin kuvaryhmän johtajan, Carolyn Porcon mukaan "se on edelleen eräs hienoimmista ja suosituimmista kuvista, joita Cassini on ottanut."

"Heti sen jälkeen halusin ottaa uuden, mutta paremman samanlaisen kuvan. Ja tällä kerralla koitimme tehdä sen siten, että kaikki maapallolla tietäisivät sen ja voisivat katsoa juuri samaan aikaan taivaalle. Näin me kaikki voisimme osoittaa kunnioitustamme omalle sinimeriselle, kallisarvoiselle planeetallemme."

Porco oli mukana jo Voyager 1:n tutkijaryhmässä, joka otti tähän saakka tunnetuimman, kuuluisan "Pieni sininen piste" -kuvan vuonna 1990. Voyagerit olivat nappailleet jo aikaisemminkin kuvia maapallosta, joka kaukaisuudesta katsottuna oli vain pieninpieni valopiste taivaalla.

Cassinin kamerat ovat parempia kuin Voyagerien kamerat, mutta 1,44 miljardin kilometrin päästä kuvattuna Maa on vain parin pikselin kokoinen, eikä sitä ilman apua oikein huomaakaan. Maan vieressä käkyy myös Kuu.

Tämä kuva on kooste kaikkiaan 141 eri tavoilla otetusta punaisen, vihreän ja punaisen aallonpituusalueilla otetuista kuvista, joita on käsitelty siten, että ne näyttävät mahdollisimman luonnolliselta. Planeettojen lisäksi kuvassa näkyvät myös Saturnuksen renkaat (myös uloin, utumainen E-rengas) kaikessa komeudessaan ja monimuotoisuudessaan; takaa paistava Aurinko tekee niistä erityisen komeat!

Kuvan Maa ja Kuu suurennettuna:

Kuva: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Paksunahkainen jättikuu

Titan nähtynä Saturnuksen pintaa vasten, mukana myös pienempi kuu Dione
Titan nähtynä Saturnuksen pintaa vasten, mukana myös pienempi kuu Dione

Saturnuksen suurin kuu Titan (kuvassa näkyvä pienempi kuu on Dione) on samankaltainen taivaankappale kuin Maa. Sillä on tiheä kaasukehä, joka koostuu suurimmaksi osaksi typestä kuten kotiplaneettamekin ilmakehä. Paine jättikuun pinnalla on noin kaksinkertainen verrattuna ilmanpaineeseen Maassa merenpinnan tasolla, mutta siihen yhtäläisyydet sitten jäävätkin.

Lämpötila on -180 celsiusastetta ja oranssinhohtoiselta taivaalta sataa nestemäistä ja “lumihiutaleiksi” kiteytynyttä metaania ja muita hiilivetyjä. Titan muistuttaa siis Maata hyvin vähän.

Titanin pinnalle langetessaan sade muodostaa järviä ja jokia, mutta myös laajoja dyynikenttiä. Nestemäistä vettä ei pinnan hyisissä oloissa voi esiintyä, mutta Saturnusta ja sen kuujärjestelmää vuodesta 2004 tutkineen Cassini-luotaimen mittaukset viittaavat siihen, että jäisen kuoren alla velloo vähintään kymmenien kilometrien syvyinen vedestä muodostunut meri.

Nyt ongelmaksi on muodostumassa juuri tuo jäinen kuori. Se ei ilmeisesti olekaan aiempien oletusten mukaisesti ohut ja joustava, vaan kiinteä ja jäykkä. Kuoren joustavuuden avulla on pystytty selittämään kuun muuttuvia maisemia ja tiheän kaasukehän ominaisuuksia. Uusien tulosten myötä tutkijoilla on sormi suussa.

Mitatessaan gravitaation eli vetovoiman suuruutta Titanin eri puolilla Doug Hemingwayn johtama tutkijaryhmä totesi, että se on hieman vähäisempi korkeiden maastonmuotojen kohdalla. Tulos oli yllättävä, sillä kukkuloiden ja vuorten kohdalla kuoren pitäisi olla paksumpi ja gravitaation siten hieman keskimääräistä suurempi.

Selitystä haettiin kuoren alla sijaitsevan meren ja jäisen kuoren vuorovaikutuksesta. Jäätyessään vesi laajenee, joten jään tiheys on nestemäisen veden tiheyttä pienempi: siksi jää ylipäätään kelluu. Kuoren paksumpien kohtien pitäisi kellua ohuita paremmin, joten ne kohoaisivat ylemmäs ja muodostaisivat korkeita maastonmuotoja. Se edellyttäisi kuitenkin hyvin ohutta ja joustavaa kuorta.

Titanin kuori on kuitenkin liian paksu – vähintään 40 kilometrin paksuinen – ja jäykkä, jotta siinä voisi tapahtua riittävän suuria pystysuuntaisia liikkeitä. Kukkulat, vuoret ja vuoristot ovat siksi alaosiltaan veden alla. Ja koska jää on vettä harvempaa ainetta, se painaa vähemmän kuin syrjäyttämänsä vesi ja siksi gravitaatio on niiden kohdalla heikompi.

Titanin kuoren ja kaasukehän dynamiikkaa ei tunneta vielä likikään riittävän tarkasti, jotta kuun ominaisuudet pystyttäisiin selittämään. Esimerkiksi metaania on Titanin kaasukehässä niin paljon, että nestemäisessä olomuodossa se muodostaisi kuun pinnalle kymmenen metrin paksuisen kerroksen.

Auringon säteilyn vaikutuksesta metaania kuitenkin hajoaa jatkuvasti, joten sitä täytyy tulla jostakin kaiken aikaa lisää. Metaanin alkuperä on yhä arvoitus. Aiemmin sen arveltiin olevan peräisin kuoren alta, mutta jos uudet tulokset kuoren paksuudesta ja jäykkyydestä pitävät paikkansa, teoria on hylättävä. Ja sen tilalle on keksittävä uusi.

Tutkimuksesta kerrotaan ScienceNews-verkkojulkaisussa ja se on ilmestynyt Nature-tiedelehdessä 28. elokuuta.