torstai 24. elokuuta 2017

Timanttisadetta

Neptunus. Kuva NASA/Voyager 2.
Mitä yhteistä on timanteilla ja Uranus- ja Neptunus-planeetoilla? Vastaus saattaa olla yllättävä, sillä tietomme kummastakin planeetasta ovat suurelta osin Voyager 2 luotaimen ohilennolta 1980-luvulta. Vähäisistä tiedoista huolimatta tutkijat ovat ajatelleet, että niin Uranuksen kuin Neptunuksen olosuhteet voisivat olla sopivat timanttien muodostumiseen.

Kummankin planeetan ilmakehässä on saatavilla timantteihin tarvittavaa hiiltä. Hiili on peräisin metaanista, jota Neptunuksen ilmakehässä on noin 2 %. Sen lisäksi tarvitaan riittävän kova paine ja korkea lämpötila. Hiilen faasimuunnokset tunnetaan hyvin ja tiedämme, että kun lämpötila on noin 4500 K ja paine vähintään 10 GPa niin silloin hiilestä muodostuu timantteja. Neptunuksessa vaadittavat olosuhteet ovat vallitsevia noin 8050 km syvyydessä pilvipeitteen alapuolella.

Saksalaisen Dominik Kraus’in (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf)  tutkijaryhmä on nyt onnistunut jäljittelemään timanttien syntyä laboratoriossaan. Hiilen lähteenä he käyttivät polystryreeniä ja lämpötilan ja paineen he loivat kahdella voimakkaalla laserpulsilla. Kumpikin laserpulssi aiheutti polystyreeniin sokkiaallon, jotka yhdistyessään synnyttivät noin 5000 K lämpötilan ja noin 150 GPa paineen. Tämän seurauksena hiilen atomit muodostivat timantteja.

Hiilellä on kolme allotroopista kiderakennetta, joista kaksi on
kuvassa: kuutio timanteissa ja päälekkäiset hilatasot grafiitissa.
Kolmas allotroopinen muoto on fullereeni.
Kuva Wikimedia Commons
.
Timanttien koko oli tietysti äärimmäisen pieni, vain muutamia nanometrejä, mutta niin oli myös timanttien muodostumisen mahdollistava aika hyvin lyhyt. Joka tapauksessa tutkijoiden mielestä timanttien muodostumishypoteesi Neptunuksen ilmakehässä on ainakin askeleen lähempänä tieteellistä teoriaa kuin aikaisemmin.

Tutkijat olettavat, että Neptunuksen olosuhteissa timanttien koko voi olla paljon suurempi ja että timantteja syntyy jatkuvasti. Näin ollen timantit muodostaisivat timanttisateen, jonka seurauksena Neptunuksen oletetun kivimineraaleista koostuvan ytimen ympärille olisi muodostunut timanteista paksukerros. Onko näin, se lienee hyvin vaikea osoittaa oikeaksi ainakin lähitulevaisuudessa!

torstai 17. elokuuta 2017

Asteroidi (3122) Florence ohittaa Maan

Taiteilijan näkemys Florencen lähiohituksesta. Asteroidi
ei todennäköisesti ole kovinkaan pyöreä, pikemminkin
soikea peruna tai kumiankan muotoinen. Maa ja Kuu ovat
noin 7 miljoonan km etäisyydellä. Kuva © Kari A. Kuure.
Syyskuun 1. päivänä kello 15.06 Maapallon ohittaa suurehko asteroidi, joka tunnetaan nimellä Florence. Koko kivellä on noin 5 km ja nopeutta 13,7 km/s. Etäisyys on 7,1 miljoonaa kilometriä, eli 18,4-kertaisesti Kuun keskietäisyys.

Asteroidi on nimetty englantilaisen sairaanhoitajan Florence Nightingale’n (1820-1910) mukaan. Nightingalen aloitteesta aloitettiin Britanniassa sairaanhoitajien koulutus. Hänen elämästään on kerrottu Wikipediassa (https://fi.wikipedia.org/wiki/Florence_Nightingale).

Asteroidin periheli sijaitsee 1.02 ay:n etäisyydellä Auringosta, joten se on hyvin lähellä Maan rataa (1 au). Etäisyyttä on vähimmillään vain 0,04359 au eli noin 6,5 miljoonaa kilometriä. Tämänkertainen ohitus on vain aavistuksen tätä etäisyyttä pidempi.

Florence Nightingale. Kuva Wikimedia Commons.
Apheli etäisyys on 2,5 au, joten se käy joka kierroksella puolivälissä Jupiterin rataa, hieman Ceresin radan ulkopuolella. Yhteen kierrokseen Auringon ympäri kuluu aikaa noin 2 vuotta 4 kuukautta.

Asteroidi löydettiin 2 maaliskuuta 1981 Siding Spring observatoriossa (New South Wales, Australia) ja löytäjänä oli yhdysvaltalainen tähtitieteilijä Schelte John “Bobby” Bus (1956). Bus on löytänyt yksin tai yhdessä muiden tutkijoiden kanssa lähes 1700 asteroidia ja komeettaa.

Lähi etäisyys ohituksessa merkitsee sitä, että asteroidi on epätavallisen kirkas. Tätä kirjoittaessani elokuu puolivälissä, asteroidin kirkkaus oli noin Mv=11,5. Toisin sanoa se olisi näkyvissä helpostikin harrastajien kaukoputkella tai jopa kiikarilla, jos havaitsija sattuisi tekemään havaintojaan Australiassa. Se on nimittäin vielä hyvin syvällä eteläisellä taivaanpuoliskolla Tukaanin tähdistössä. Mutta ei kauaa!

 Asteroidin liike on kohti pohjoista. Viikon kuluttua se on Etelänristissä ja kirkkaus on kasvanut, ollen Mv=10,1. Muutama vuorokausi eteenpäin ja 28 elokuuta se on jo Etelän kaloissa ja korkeimmillaan vain 5 astetta horisontin alapuolella. Seuraavana päivän se onkin jo horisontin yläpuolella kello 0.28 ja asteroidin korkeus on silloin vähän yli 1 aste. Kirkkaus on Mv=9,0.

Pari yötä myöhemmin(31.8.) se on etelässä ja samalla korkeimmillaan kello 23.50 ja korkeus 25 astetta. Asteroidi siirtyy siis vauhdilla kohti pohjoista. Lähiohituksen jälkeisenä iltana, eli syyskuun 1 päivänä asteroidi on Delfiinissä sen korkeus on 34 astetta horisontista. Tämä onkin parasta aikaa kuvata, sillä asteroidin kirkkaus on vain Mv=8,9, ei näkyvissä paljain silmin mutta jo pienelläkin kiikarilla se löytyisi, jos vain tietää missä se on. Kirkkain tähti noin 4 asteen etäisyydellä kello 7 suunnassa on epsilon Equulei.

Siding Spiriing observatorio. Kuva Wikimedia Commons.
Astreroidi laskee horisonttiin aamulla ja seuraavana yönä se edelleen Delfiinissä. Tällä kertaa lähempänä Delfiinin kirkkaimpia tähtiä: delta Delphini noin 2 asteen etäisyydessä kello 2 suunnassa. Hyvän paikanmäärityksen saa myös tehtyä tähtien ypsilon Delphini ja Rotanev tähtien muodostaessa suoran kulman, jonka 90-asteen kulmassa on Florence. Kaikki mainitut tähdet jäävät asteroidista ylös oikealle. Tässä vaiheessa asteroidi on jo himmentynyt jonkin verran, sillä sen kirkkaus on Mv=9,1.

Seuraavana yönä asteroidin onkin sitten jo Ketun tähdistössä noin 2 astetta tähden 29 Vulpeculae’n pohjoispuolella. Kirkkaus on tässä vaiheessa jo Mv=9,4.

Mutta vielä ohilennon tarkkailu ei vielä ole päättynyt jos vain havaintokelejä riittää. Seuraavan yönä Florence on siirtynyt Joutsenen tähdistön alueelle ja sen kirkkaus on Mv=9,7. Joutsenen tähdistön laajuus ja asteroidin näennäisesti hidastuva matkanteko pitää sen vielä tähdistössä muutaman vuorokauden ajan.

Syyskuun 6 päivän iltana asteroidi on jo ohittanut Joutsenen Sadr-tähden ja asteroidin kirkkaus on pudonnut arvoon Mv=10,3. Se voi olla liian vähän vielä iltataivaan hämyssä. Havainnot pitäisikin ajoittaa yön pimeimpään hetkeen (7.9. kello 1.30,) jolloin asteroidin korkeus (57 astetta) on vielä riittävä niin valokuvaamiseen kuin visuaaliseen havainnointiin.

Syyskuun 10 päivän aamuyöstä asteroidin kirkkaus on jo pudonnut Mv=11.1, joten se ei enää ole kovinkaan helppokohde. Kuvausvälineistön suuntaaminen ja kohteen jäljen näkyminen kuvissa on kuitenkin kohtuullisen varmaa, kun käyttää asteroidin kuvausajankohdan koordinaatteja. Tarvittaessa voi käyttää valosaastesuotimia, jotka tosin hieman vaativat pidemmän valotuksen.

Asteroidin jatkaa matkaansa pohjoisella tähtitaivaalla: Joutsenesta se siirtyy Lohikäärmeeseen ja sieltä Pikku karhuun. Tosin asteroidin kirkkaus saavuttaa Mv=13 arvon syyskuun 22. päivän aamuyöllä, joka on ainakin jonkinlainen raja-arvo Tampereen Ursan pääkaukoputkelle. Tästä eteenpäin Florencen valokuvaaminen onnistuu vain pitkillä valotusajoilla. Tässä vaiheessa asteroidin etäisyys on kasvanut 3,5-kertaiseksi lähiohitukseen verrattuna.

Florence ei tule maapallon läheisyyteen vuosiin. Seuraavan kerran välimatka on lyhin vuoden 2097 syyskuun 10 päivänä kello 23, jolloin etäisyyttä on 23,3 miljoona kilometriä.









keskiviikko 2. elokuuta 2017

Uusi ja hämmästyttävä tutkimustulos Auringosta

Auringon sisäinen rakenne nykykäsityksen mukaan. Kuvaan
on merkitty eri kerrokset ja niissä etenevät helioseismiset
aallot. Kuva ESA/Kari. A. Kuure.
Auringon differentaalinen pyöriminen on tunnettu vuosikymmeniä. Sen sijaan Auringon sisäisten rakenteiden ja niiden pyöriminen on ollut mahdollista havaita vasta pari vuosikymmentä sen jälkeen kun opittiin havaitsemaan ja tulkitsemaan helioseismisiä värähtelyjä (p-waves)[1]. Uusimman tutkimustuloksen[2] mukaan nyt on onnistuttu havaitsemaan ja tulkitsemaan vähäisiä kaikuja Auringon ytimessä syntyviä g-moodin helioseisimisiä värähtelyjä Auringon pinnalla.

Tutkimuksen johtajana toimi ranskalaisessa Côte d'Azur Observatory työskentelevä tähtitieteilijä Eric Fossat.  Tutkimusryhmän havainnot perustuvat SOHO-luotaimen keräämiin tietoihin yli 16 vuoden ajalta. Tutkitut g-moodin (g-waves) värähtelyiltä kului aikaa 4 tuntia 7 minuuttia läpäistä Auringon ydin. Tutkimuksen mukaan ytimellä kuluu 7 vrk pyörähtää kerran ympäri.

Pyörimisnopeus on siis 3,8-kertainen verrattuna ekvaattorialueen pyörähdysaikaan, joka on noin 25,05 vrk. Differentiaalisesta pyörimisestä johtuen korkeammilla leveysasteilla pyöriminen on hitaampaa ja navoilla yhteen kierrokseen kuluu noin 34,3 vrk. Aikaisempien tulosten mukaan oletettiin ytimen pyörivän samalla nopeudella kuin napa-alueet.

Ytimen nopea pyöriminen on mitä ilmeisimmin jäännös Auringon syntyajoilla, jolloin juurisyntynyt tähti pyörii hyvin nopeasti itsensä ympäri. Nopea pyöriminen hidastuu protoplanetaarisen kiekon kehittymisen myötä. Tutkimus on tietysti vain yhden tutkimusryhmän tulos, mutta sitä pidetään kuitenkin hyvin luetettavana. Varmentuessaan tuloksella on hyvin suuri merkitys tuleviin tutkimuksiin etenkin erilaisiin helioseimisiin värähtelyihin perustuviin mutta myös magneettikentän ja sen käyttäytymistä käsitteleviin tutkimuksiin. Näyttääkin siltä, että tutkimuksen myötä aurinkotutkijoilla on avautumassa aivan uusi ikkuna selvitellessään tähtemme salaisuuksia.

Huomautukset

[1] Auringossa syntyy kahdenlaisia helioseismisiä värähtelyjä: p-aallot (p-moodi), jotka syntyvät konvektiokerroksessa ja ovat suhteellisen helposti havaittavissa ja g-aallot (g-moodi), jotka syntyvät ytimessä ja eivät varsinaisesti pääse Auringon pinnalle kuin vähäisessä määrässä.

[2] Tutkimus julkaistiin Astronomy & Astrophysics tiedejulkaisussa 1.8.2017 ja löytyy osoitteesta https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2017/08/aa30460-17/aa30460-17.html