Kiveä vai jäätä?

Geminidejä Pendleton (Oregon) yllä.
Kuva Thomas W. Earle

Joka vuosi joulukuun puolivälissä (13–14.12.) nähdään nopeita ja kirkkaita meteoreja, jotka näyttävät saapuvan ilmakehään Kaksosten tähdistön alueelta. Meteorit tunnetaan geminideinä ja monet meteoriharrastajat pitävät parvea vuoden kauneimpana. Yhden tunnin aikana voidaan nähdä toistakymmentä hienoa meteoria, jotka piirtävät pitkän vanan taivaalle.

Kuten tunnettua, meteoriparvet ovat saaneet alkunsa jonkin komeetan jälkeensä jättämästä pölyvanasta. Toisin on ollut geminidien laita, sillä Nasan avaruuteen sijoittama IRAS-obserbatorion vuonna 1983 ottamista kuvista löytyi asteroidi, joka sain tunnuksekseen 3200 Phaethon. Sen rata muistutti geminidien laskettua rataa ja yhteen kierrokseen Auringon ympäri kului 1,4 vuotta. Asteroidilla ei kuitenkaan havaittu olevan pyrstöä, joten arvoitus vain syveni.

Kalifornian yliopistossa työskentelevän professori Dave Jewitt’in johtama tutkijaryhmä havaitsi Nasan Stereo luotaimen vuonna 2010 ottamista kuvista oudon ilmiön – asteroidin kirkkaus kasvoi yhtäkkiä kaksinkertaiseksi kun se lähestyi Aurinkoa. Ainoa selitys asialle oli, että asteroidin on täytynyt kehittää ympärilleen komeettamainen koma[1].

Stero-observatorion ottama kuva
asteroidi 3200 Phaewthon'ista.
Kuvasta on helppo havaita, että
asteroidilla on pieni koma ja pyrstö.
Kuva Jewitt, Li, Agarwal /
NASA/STEREO.

Jewittin täytyi keksiä kappaleelle uusi määritelmä ja niinpä hän ryhtyi kutsumaan asteroidia kivikomeetaksi (A rock comet).  Kappale on varmasti asteroidi[2], mutta sillä esiintyy komeettamaisia piirteitä joissakin ratansa osassa.

Kuinka pieni (Ø ~5 km) kivinen asteroidi voisi kehittää koman ja pienen pyrstön, sekä aiheuttaa meteoriparven? Tässäpä kysymyksiä joihin ei ollut kovin helppo vastata. Jewittin tutkimusryhmä julkaisi viime syyskuussa[4] tutkimustuloksensa, jonka mukaan pöly on todellakin peräisin 3200 Phaethon asteroidista.

Teorian mukaan asteroidin pintalämpötila kohoaa radan perihelin läheisyydessä[3] jopa 700 °C lämpötilaan. Tämä merkitsee sitä, että lyhytkestoisella radalla olevan kappaleen pinnalla ei voi esiintyä vesijäätä. Ainoa ajateltavissa oleva koman ja pyrstön muodostamiseen on kiviperäinen pöly.

Pöly muodostuu asteroidin pinnalle lämpörapautumisen seurauksena. Perihelin läheisyydessä asteroidin pinta kuumenee ja laajenee merkittävästi ja vastaavasti radan kaukaisemmassa puoliskossa aphelin läheisyydessä pintamateriaali kylmenee ja supistuu voimakkaasti. Mikään kivi ei tätä kestä vaan murenee hienojakoiseksi pölyksi[5]. Joukkoon mahtuu jonkin verran hiekanjyvän kokoisia isompiakin kappaleita. Irronnut aine on riittävän pientä, jotta Auringon säteilypaine ja aurinkotuuli puhaltaa sen asteroidin pinnalta avaruuteen komaksi ja pyrstöksi.

Huomautukset

[1] Koma on yleensä komeetan jäisen ytimen ympärille kehittyvä ”ilmakehä”, joka koostuu ytimestä haihtuneesta vesihöyrystä ja vapautuneesta pölystä kun komeetta lähestyy ratansa periheliä. Komeetoilla ensimmäiset merkit kehittyvästä komasta nähdään siinä vaiheessa, kun komeetta on lähestymässä aurinkokunnan sisäosia suunnilleen Jupiterin radan (~5 au) etäisyydellä Auringosta. Joskun koma kehittyy jopa hieman kauempana Jupiterin ja Saturnuksen radan välisellä alueella.

[2] Asteroidien ja komeettojen ero on paitsi rakenteessa, niin myös radoissa. Asteroidit koostuvat suurimmaksi osaksi kivestä, mutta usein niissä on havaittu olevan jonkin verran vesi- ja muiden normaalisti kaasumaisten aineiden jäitä. Komeetat puolestaan ovat suurimmaksi osaksi vesijäätä ja vain vähäisessä määrin pölyä.

Asteroidien alkuperä on Marsin ja Jupiterin ratojen välisessä avaruudessa (2–3.5 au Auringosta), jota kutsutaan pääasteroidivyöhykkeeksi. Komeetat puolestaan kiertävät Aurinkoa vähintään Neptunuksen radan ulkopuolella (> 30 au), vaikkakin useimmat ovat peräisi vielä kauempaa Oortin pilvestä (~100 000 au).

[3] Asteroidin perihelietäisyys on suunnilleen 0,14 au eli noin 21 000 000 km Auringosta.

[4] 10.9.2013 Lonttoossa pidetyssä European Planetary Science Congress (EPSC) 2013:sta.

[5] Samasta syystä saunan kiukaassa kivet murenevat pieniksi murusiksi ja kivet täytyy vaihtaa säännöllisin väliajoin.