Tähtienvälisen avaruuden asteroidi?

Asteroidi A/2017 U1 kuvattuna Tenagra observatoriossa

 Arizonassa. Kuvien väli on 9 minuuttia. 

Kuva Paulo Holvorcem & Michael Schwartz .

Lokakuun 18. päivänä PanSTARSS 1 teleskooppi^[1] valokuvasi pienen ja himmeän kohteen, joka sai tunnuksekseen C/2017 U1. Kirkkautta kohteella oli noin 20^m. Ratalaskelmat osoittavat kohteen ohittaneen Auringon vain 37 600 000 km etäisyydeltä, siis lähempää kuin mitä Merkurius on. Ohitus oli tapahtunut syyskuun 9. päivänä. Kokoa kappaleella laskettiin olevan noin 160 metriä ja nopeutta perihelin aikaan 87,8 km/s^[4].

Lokakuun 14. päivänä kappale oli lähimmillään maapalloa. Etäisyyttä oli silloin noin 24 000 000 km. Karen Meech Havaijin yliopistosta onnistui valokuvaamaan sen VLT-teleskoopilla ja kuvissa se näytti aivan tähtimäiseltä kohteelta. Kuvien perusteella se ei siis ollutkaan komeetta (joka oli ensimmäinen oletus kohteen luonteesta ja se näkyi myös sille annetusta tunnuksesta), vaan asteroidi. Niinpä kohteen tunnus muutettiin^[2] muotoon A/2017 U1.

Kaksi tähtitieteilijää^[3] onnistui saamaan kohteesta spektrin. Molempien tutkimusten mukaan asteroidi oli hieman punertava mutta muutoin se ei poikennut muista asteroideista nimeksikään.

Asteroidin rata oli poikkeuksellinen, vaikkakaan ei aivan ainutlaatuinen. Se lähestyi aurinkokunnan sisäosaa 122 asteen kulmassa maapallon ratatasosta. Radan eksentrisyys oli suuri (1,1922 ± 0.00268), joten se oli ilmi selvästi hyperbolisella radalla. Rata on erittäin poikkeuksellinen, sillä aikaisemmin tunnetaan vain yksi tapaus kappaleesta, jonka radan eksentrisyys on ollut suurempi kuin 1. Kyse oli silloin komeetta C/1980 E1. Bowell, jonka eksentrisyys oli 1,05. Suuri eksentrisyys komeetalle selittyi kuitenkin sillä, että se oli saanut hieman lisäenergiaa Jupiterin lähiohituksesta. Komeetta ohitti Jupiterin vain 0,23 au:n (noin 35 000 000 km) etäisyydeltä.

Asteroidin rataa laskettaessa taaksepäin havaittiin, että se oli lähestynyt aurinkokuntaa nopeudella 26 km/s. Vaikka vauhti tuntuu huikealta, kappaleelta olisi kulunut yhden valovuoden mittaisen matkana kulkemiseen noin 12 000 vuotta. Asteroidi näytti tuleen nykyisen Lyyran tähdistön suunnasta ja vain noin 4,5° etäisyydeltä Vega-tähdestä. Vega on noin 25 valovuoden etäisyydellä, joten tältä etäisyydeltä asteroidi olisi matkannut noin 300 000 vuotta. Aika on kuitenkin sen verran pitkä, että kun otetaan huomioon Vegan ominaisliike Linnunradassa, tähti ei ole ollut lähelläkään sitä paikkaa mistä asteroidin on tullut.

Video asteroidin radasta aurinkokunnassa. (Katso kokoruututilassa!)

Aurinkokuntamme liikkuu noin 20 km/s nopeudella Linnunradassamme Herkuleen tähdistön suuntaan (apeksi). Suunta on noin 6° asteroidin tulosuunnasta. Todennäköisyyksiä laskettaessa suunta (apeksi) on juuri se mistä kaikkein todennäköisimmin pitäisi kohdata tähtienvälisen avaruuden kohteita. Havainto näyttää sopivan laskemiin, mutta mitään tilastoa emme yhdestä tapauksesta voi muodostaa, sillä se voi olla täysin sattumaakin.

Olipa asteroidin alkuperä mikä tahansa, se näyttää tulleen tähtienvälisestä avaruudesta ja sinne se myös palaa, joskin sen rata ja kulkusuunta voimakkaasti muuttuneena. Se poistuu aurinkokunnastamme lähes planeettojen ratatason suuntaan.

Katso myös Nasa video aiheesta

Huomautukset

[1] Haleakala Maui, Havaiji.

[2] Avaruudesta havaittujen kappaleiden tunnukset antaa ja ylläpitää Minor Planets Center (MPC), kts. Minor Planet Electronic Circular MPEC 2017-U183.

[3] Alan Fitzsimmons Belfastin yliopistosta käytti La Palmalla olevaa (Ø 4,2 m) William Herschel -teleskooppia ja Joe Masiero Jet Propulsion laboratoriosta käytti (Ø 5 m) Hale-teleskooppia.

[4] Tähtienvälisestä avaruudesta tulevan kappaleen vauhti kiihtyy, kun se vajoaa aurinkokunnan sisäosiin. Tällöin Auringon muodostaman gravitaatiokentän potentiaalienergia muuttuu kineettiseksi energiaksi (vauhdiksi). Tällä nopeudella asteroidin vauhti (87,8 km/s) oli suurempi kuin aurinkokunnasta poistumiseen tarvittava pakonopeus (84,03 km/s) perihelietäisyydellä Auringosta. Nopeuksien erotus saattaa tuntua pieneltä, mutta se selittyy asteroidin radan ja Aurinkokunnan geometrialla ja suhteellisilla liikkeillä.

Kirjauutuus: Kohti ikuisuutta

Esko Valtoja

Kohti ikuisuutta

nid. 303 sivua

Ursa ry 2017

ISBN 978-952-5985-50-4

Avaruustähtitieteen emeritus professori Esko Valtaojalta on jälleen ilmestynyt kirja, joka käsittelee ihmiskunnan vaikeaa matkaa kohti ikuisuutta. Tämä matka ei kuitenkaan kulje maailmanlopun kautta vaan pikemminkin päinvastoin, Valtaoja tuo esille kuinka hyvin asiat ovat verrattuna menneisyyteen lyhyemmällä tai pitemmällä aikavälillä. 

Kirjassa myös kerrotaan tulevaisuuden olevan ihmiskunnan kannalta vielä nykypäivääkin parempi. Kaikki maailmanlopun ennustajat saavat huutia Eskon näppäillessä kannettavan tietokoneensa näppäimiä.

Tuntuu aihe jotenkin tutulta? Se ei ole mikään ihme, jos olet sattunut kuulemaan Esko Valtaojan esitelmiä. Hän viimeiset kolme vuotta esitelmissään tuonut juuri näitä samoja asioita esille ja tietysti kirjoittanut muiden tehtäviensä ohella tätä kirjaa. Kirjan kirjoitusprosessikin tuodaan kirjassa esille ja se on syntynyt monella eri paikkakunnalla Eskon kesämökiltä aina Italiaa myöten.

Esko Valtoja ”taannustaa” monin paikoin. Jos sana taannustaa ei ole tuttu, niin sekään ei ole ihme, sillä se on kirjoittajan oma termi, joka tarkoittaa ennustamisen vastakohtaa, kirjan sanoin ”isketään merkkipaalu kauas tulevaisuuteen, …, ja sitten aletaan palata sieltä takaisin nykyhetkeen”. Tällä tavoin Valtaoja saa kehityksen suuntaviivat suunnilleen kohdalleen, tai ainakin näin vakuuttaa lukijoilleen ja tietysti myös itselleen.

Yksi kirjan johtavista teemoista on tulevaisuuden ihminen Homo superior, joka on geneettisesti sopeutettu avaruuden valloituksen vaatimiin olosuhteisiin. Homo superior on äärimmäisen kestävä niin biologiseti kuin psykologisesti, hän ei sairastu tai ainakin paranee erittäin nopeasti. Homo superior matkustaa tähtiin sukupolvialuksilla jos matka-aika muodostuu tuhansien vuosien mittaiseksi. Sitä se ei ainakaan lähitähtien osalta tee, sillä uusi kehittyvä tekniikka mahdollistaa lähes valonnopeudella matkustamisen. Itse asiassa tämä tekniikka näyttäisi jo olevan hallussamme tai ainakin ensimmäiset testit ko. menetelmien käytöstä on tehty.

Pelkää tulevaisuutta Esko Valtaoja ei kuvaile vaan hän ottaa käsittelyn kohteeksi viime vuosikymmenten tieteelliset ennustajat, erityisesti Rooman klubin ja eritoten klubin julkaisun The Limits to Growth (suomennettuna julkaistiin nimellä Kasvun rajat) vuodelta 1972. Teoksen epäonnistuneisiin ennustuksiin Valtaoja viittaa useamman kerran. Tietysti jokaisen ajankohdan ihmiset ovat sidoksissa vahvasti omaan aikaansa ja jälkeenpäin asiat ja mielipiteet saattavat tuntua ja usein tuntuvatkin naurettavilta tai jopa täysin järjettömältä. Ja mikään ei ole sen vaikeampaan kuin ennustaminen, varsinkin tulevaisuuden!

Esko Valtaojan teksti on helppolukuista mutta tässä kirjassa hän tuntuu jaarittelevan. Tiivistämällä kolmanneksen sivumäärästä pois, olisi lopputulos ollut erinomainen. Tiivistämisessä ei varmastikaan olisi menetetty mitään, sillä jutun juoni tuntuu paikka paikoin laahaavan kovastikin. Muutoin kirja tarjoaa hyvän ja silmiä avaavan lukukokemuksen, jota voi suositella Esko Valtaojan kirjoista pitäville. 

Kari A. Kuure.

Maapallolla on uusi kvasikuu

Asteroidi 2016 HO3 näyttää kiertävän maapalloa vaikka
todellisuudessa se on vain Aurinkoa kiertävällä radalla.
Kuva JPL:n videosta.

Tähtitornilla vierailevat maallikot kyselevät usein maapallon kuista, miksi Kuu on yksi ja ainoa? Toinen samaa asiaa käsittelevä kysymys kuuluu: Onko maapallolla useampi kuu? Vastaus on, että kyllä maapallolla voi olla useampia kuita ainakin ajoittain? Edellisen kerran näin oli viitisentoista vuotta sitten kun pieni asteroidi 2003 YN107 näytti^[3] olevan maapalloa kiertävällä radalla.

Asteroidin rata näyttää vaeltava edestakaisin maapallon
suhteen. Tämä vaellus aikanaan poistaa sen maapallon
läheisyydestä. Kuva JPL:n videosta.

Paino vastauksessa on sanalla ”näytti”, sillä siitä voi päätellä, että rata vain näytti olevan maapalloa kiertävä mutta todellisuudessa se oli Aurinkoa kiertävä rata. Asteroidi 2003 YN107 katosi omille teilleen kymenkunta vuotta sitten. 

Tilanne on nyt kuitenkin muuttunut, sillä Arizonan yliopiston tutkijat ovat löytäneen uuden asteroidin, jonka rata näyttää taas vievä kappaletta maapallon ympäri. Halkaisijaltaan alle 100 m oleva asteroidi^[1][4][5][6] tunnetaan tunnuksella 2016 HO3.

Alla oleva Jet Propulsion Laboratory’n tuottama videoanimaatio havainnollistaa asteroidin kvasi-rataa maapallon ympäri. Tietokonesimulaation mukaan asteroidi näyttäisi olevan suhteellisen vakaalla radalla 38–100-kertaisella Kuun keskietäisyydellä Maasta^[2].  Aikaa kuluu vähintään vuosisadan verran, ennen kuin kappale poistuu jälleen omille teilleen maapallon läheisyydestä.
Irtoaminen maapallon vaikutuspiiristä johtuu asteroidin radan siirtymisestä edestakaisin maapallon suhteen. Lopulta etäisyys kasvaa liian suureksi ja kvasi-rata ei enää toteudu.

Huomautukset

[1] Toiset tutkijat eivät ole vakuuttuneita kappaleen asteroidi-alkuperästä. He pitävät sitä jonkin kantoraketin ylimpänä vaiheena tai Apollo ohjamassa syntyneenä avaruusromuna. Tämäkin vaihtoehto on järkevän tuntuinen, sillä metalli heijastaa voimakkaammin valoa kuin suhteellisen tumma asteroidin pinta, joten pienempi romun kappale näyttää yhtä suurikokoiselta kuin asteroidi.

Asteroidin puolesta puhuvat todisteet ovat sen 28 minuutin pyörimisaika itsensä ympäri ja pinnan materiaalin samankaltaisuus asteroidien kanssa.

[2] Noin 15–38,4 miljoonaa km, mikä on noin 1/10 Maan keskietäisyydestä Aurinkoon.

[3] Näennäisesti maapalloa kiertävän kappaleen rataa kutsutaan kvasi-radaksi.

[4] Asteroidin kirkkaus on 25,0^m ja se näkyy lokakuun 2017 lopulla Sekstantin tähdistössä isoilla (ammatti)teleskoopeilla. Ensivuoden huhtikuun 7 päivänä se on ratansa pohjoisimmassa pisteessä ja silloin sen deklinaatio on 41° 23’ 48” Ajokoiran tähdistössä. Tällöin asteroidin kirkkaus on 22,1^m.

[5] Asteroidi havaittiin ensikerran 27.huhtikuuta 2016 Pan-STARRS1 asteroidien etsintäohjelmassa Haleakala observatoriossa Havaijilla.

[6] Asteroidin kooksi arvioidaan 40–100 m.

Huikea läpimurto

Lokakuun 16. päivänä saatiin odotettu tieto tieteellisestä läpimurrosta. Molemmat LIGO- observatoriot Yhdysvalloissa^[1] ja Virgo-observatorio^[2][6] Italiassa oli havainnut gravitaatioaaltoja, joiden alkuperäksi paljastui kahden neutronitähden^[3] törmäys ja yhteensulautuminen. 

Tapahtuma synnytti myös kirkkaan gammasäteilyn purkauksen^[4] (GRB), jotka puolestaan havaittiin avaruudessa Maata kiertävillä radoilla olvissa Fermi- ja INTEGRAL-obsrevatorioissa. Hyvin pian osoittautui, että molempien havaintojen aiheuttaja sijaitsi eteläisellä tähtitaivaalla Vesikäärmeen tähdistössä sijaitsevassa NGC 4993 galaksissa.

Gravitaatioaallot, jotka saivat tunnuksen GW170817, havaittiin elokuun 17. päivänä (2017) kello 12.41.04 UTC aikaa (kello 15.41.04 Suomen aikaa). Havainto tehtiin kaikissa kolmessa laser-interferometrissä samanaikaisesti, tai oikeammin niin pienellä aikaerolla, että gravitaatioaaltojen lähteen sijainti pystyttiin laskemaan hyvin tarkasti. Gravitaatioaaltoilun kesto oli peräti 100 sekuntia, mikä on ennennäkemättömän pitkä aika. Aikaisemmin havaitut aallot ovat ajallisesti kestäneet vain 0,2–0,5 sekuntia. Poikkeuksena kuitenkin oli GW151226 joulukuun 26. päivänä vuonna 2015 tehty havainto, jolla oli pituutta noin 1,6 sekuntia.

Neutronitähtien törmäyspaikka on osoitettu nuolella. Kuvissa
nähdään jälkihehkun himmeneminen.

Gravitaatioaaltojen havaitsemisen jälkeen kului aikaa vain 1,7 sekuntia, kun röntgenpurkauksia avaruudessa etsivät Fermi- ja INTEGRAL-observatoriot tekivät gammapurkauksesta havainnon. Ne paikansivat purkauksen eteläiselle tähtitaivaalle Vesikäärmeen tähdistöön ja lähettivät automaattiviestin GRB-purkauksesta sähköpostilla. Näin suuri joukko maanpinnalla olevia ja avaruudessa olevia observatorioita pystyi tekemään purkauksesta havaintoja ensimmäisistä minuuteista alkaen.

Seuraavaksi saatiin optinen havainto kilonovaksi^[5] kutsutusta ilmiöstä. Aikaa oli kulunut gravitaatioaaltojen vastaanottamisesta 10 tuntia 52 minuuttia. Kilonovan havaitseminen varmisti paikaksi galaksin NGC 4993 Vesikäärmeen tähdistössä. Varmistus oli välttämätöntä, sillä alustavan paikanmäärityksen epätarkkuudesta johtuen, lähistöllä oli kymmenkunta muutakin mahdollista galaksia missä purkaus olisi voinut tapahtua.

Virgo-observatorio Pisassa Italiassa. Kuva Virgo.

Seuraavaksi havaittiin himmeä infrapunainen säteilylähde samalla paikalla kun aikaa oli kulunut 11 tuntia 36 minuuttia. Seuraavaksi kohde havaittiin kirkkaana uv-valon aallonpituudella kun aikaa oli kulunut 15 tuntia.

Tämän jälkeen kului hieman pitempi aika, sillä röntgensäteilyä kohteesta havaittiin vasta 9 vuorokauden kuluttua.  Viimeksi saatiin havainto radiosäteilystä 16 vuorokauden kuluttua. Näin kohde oli havaittu kaikilla mahdollisilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla ja työhön oli osallistunut 70 observatoriota ympäri maapallon.

Tutkijoille oli heti alusta alkaen päivän selvää, että tässä oltiin aivan uudenlaisen ilmiön äärellä. Havaitun gravitaatioaaltoilun pitkä kesto jo paljasti, että kyseessä eivät voineet olla yhteen sulautuvat mustat aukot, vaan neutronitähtipari. Toisiaan kiertäessään neutronitähdet menettävät potentiaalienergiaansa gravitaatiosäteilynä ja lopulta ne törmäävät toisiinsa. Tässä tapauksessa viimevaiheen tapahtumien alkaessa tähtien välinen etäisyys oli vain 300 km ja 100 sekuntia myöhemmin ne törmäsivät toisiinsa.

Gammapurkauksen havaitseminen kertoi myös omaa tarinaansa tapahtumasta, sillä jos kyseessä olisi ollut mustien aukkojen muodostama pari, gammapurkausta ei olisi syntynyt. Näin on käynyt aikaisemmin havaituissa tapauksissa. Selitystä täytyi etsiä muista tapahtumista ja neutronitähtipari on vahvin kandittaatti (toki muutama muukin ilmiö selittäisi gammapurkauksen).

Galaksin NGC 4993 sijainti Vesikäärmeen tähdistössä.

Gravitaatioaaltohavainnosta pystyttiin myös laskemaan monia muita asioita. Neutronitähtiparin etäisyys oli noin 130 miljoonaa valovuotta ja niiden massat olivat 0,86–1,36 ja 1,36–2,2 auringonmassaa. Törmäys aiheutti gammapurkauksen joka siis havaittiin hetki törmäyksen jälkeen.

Gravitaatioaaltojen ja gammapurkauksen samanaikainen havaitseminen todisti tutkijoiden olettaman siitä, että gravitaatioaallot etenevät valonnopeudella. Tästä asiasta tuskin oli eriäviä mielipiteitä tutkijoiden keskuudessa, mutta aaltojen etenemisnopeudelle ei ollut aikaisemmin saatu minkäänlaista tieteellistä näyttöä. Ja tieteessähän ei ole mikään asia varmaa ja totta ennen kuin tieteellinen näyttö on saatu.

Gravitaatioaaltojen ja galaksista NGC 4993 tulevan valon punasiirtymän avulla tutkijat pystyivät laskemaan Hubblen vakion arvon suurella tarkkuudella. Tulos oli 70⁺¹²_-8 km/sMpc, joka on kutakuinkin virherajat huomioiden sama tulos kuin jokunen vuosi sitten Planck-observatorion mittausten perusteella laskettu arvo. 

Gravitaatioaaltojen havainto LIGO-observatoriossa ja
Fermi ja INTEGRAl-observatorioissa. Kuva LIGO.

Neutronitähtien törmäys sinkoaa avaruuteen runsaasti ainetta, joka muodostaa syntyneen neutronitähden ympärille ainepilven. Pilvessä paitsi, että se säteilee kaikilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla ajan kuluessa, tapahtuu myös paljon hiukkasfysiikan alueeseen kuuluvia ilmiöitä. Nopea neutronisieppaus muuttaa pilven alkuaineet (esimerkiksi raudan) raskaammiksi alkuaineiksi. Näitä raskaita alkuaineita ja harvinaisia maametalleja ovat esimerkiksi kulta, platina, seleeni, rutenium, teknetium, barium, neodyymi ja erbium sekä uraani. Osa näistä syntyneistä isotoopeista on radioaktiivisia ja siitä syystä pilvessä on myös jonkin verran kevyempiä alkuaineita, jotka ovat syntyneet radioaktiivisissa jakautumisissa.

Katso ESOn julkaisema videoanimaatio neutronitähtiparin törmäyksestä!

Tässä on syventävä video tapahtumasta:

Huomautukset

 [1] The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) on kaksi laser-interferometriaa käyttävää observatoriota, jotka sijaitsevat Hanfordissa ja Livingstonissa Yhdysvalloissa. Observatorioiden välinen etäisyys on yli 3000 km. Katso hakusanalla LIGO tässä blogissa julkaistuja artikkeleita!

[2] Virgo-observatorio sijaitsee Pisan kaupungin läheisyydessä Italiassa. Rakenteellisesti se on samanlainen kuin LIGO-observatoriot, vain laser-säteiden tyhjiöputket ovat lyhyempiä. Niiden pituus on noin 3 km.

[3] Neutronitähdet koostuvat lähinnä neutroneista, jotka ovat pakkautuneet (ei sähkövarausta) aivan toisiinsa kiinni. Neutronitähden ytimessä on ajateltu aineen olomuodoksi kvarkki-plasmaa. Neutronitähden pinnalla voi olla muutaman senttimetrin vahvuinen ”ilmakehä” joka koostuu raudasta. Neutronitähtien halkaisija on noin 20 km ja massa noin 1–2 auringonmassaa. Neutronitähdet syntyvät kevyimmissä supernovissa, joissa tähden ydin luhistuu noin >1,4 auringonmassaiseksi neutronitähdeksi.

]4] Gammasädepurkaukset ovat lyhytaikaisia ja erittäin kirkkaita nimensä mukaisesti gammasäteilyn purkauksia. Purkausten kesto on lyhytaikaisissa purkauksissa enintään 2 sekuntia ja pitkäaikaiset voivat olla jopa muutaman minuutin mittaisia. Lyhyiden gammapurkausten aiheuttajaksi on ajateltu neutronitähtien törmäyksiä ja pitkäaikaisten purkausten aiheuttajina on pidetty hypernovia, hyvin suurimassaisten tähtien supernovapurkauksia.

Gammapurkaukset ovat kapeita keiloja ja me näemme vain sellaiset, joiden keilat osuvat meihin. Gammapurkauksia havaitaan avaruuteen sijoitetuilla observatorioilla ja niitä nähdään noin kerran vuorokaudessa tai parissa. Gammapurkausten lähteet sijaitsevat yleensä hyvin kaukaisessa avaruudessa, joten GW+GRB170817 tapahtui harvinaisen lähellä, etäisyys oli noin 130 miljoonaa valovuotta.

[5] Tähdissä tapahtuvia kirkastumia kutsutaan yhteisellä nimellä nova. Etuliitteet: hyper-, super- ja kilo- kuvastavat kirkkautta ja vapautuvaa aine- ja energiamäärää siten, että kaikkein massiivisimmat tähdet aiheuttavat hypernovaksi kutsuttuja ilmiöitä. Kilonova on siis supernovaa heikompi ja himmeämpi purkaus mutta tavallista novaa kirkkaampi. Novan himmeämpiä versioita ovat toistuvat novat, novamaiset muuttujat ja muuttujat. Näistä viimeksi mainitut ovat tähtiä, joiden kirkkaus vaihtelee enemmän tai vähemmän säännöllisesti.

[6] Virgo-observatorion havaitsema signaali oli heikko mutta riittävä paikanmäärityksen tarkentamiseen. Heikon signaalin syy oli observatorion suunta lähteeseen juuri tapahtuma-aikaan. Jos gravitaatioaaltojen tulosuunta muuttaa molempien tyhjiöputkien pituutta lähes yhtä paljon ja samaan suuntaan, signaali jää heikoksi vaikka muutoin (tai muutama tunti aikaisemmin tai myöhemmin) se olisi selvästi havaittavissa.

Asteroidi 2012 TC4 ohittaa läheltä

Asteroidien kokojakauma on laaja. Suurimmat ovat noin 500 km
halkaisijaltaan ja pienimmät vain metrien kokoisia. Asteroidi
2012 TC4 on sieltä pienemmästä päästä, eikä aiheuta vaaraa!
Kuva NASA.

Maapallon lähiavaruudessa tapahtuu päivittäin jopa useamman asteroidin lähiohituksia. Silti aivan päivittäisiä tapahtumia ei ole asteroidin ohitus vain muutaman tuhannen kilometrin etäisyydeltä. Torstaina 12.10.2012 kello 8.42 Suomen aikaa näin tapahtuu, sillä asteroidi 2012 TC4 kulkee maapallon ohi noin 43 500 km etäisyydeltä^[3].

Kokoa asteroidilla on noin 10–30 metriä. Sen suhteellinen nopeus maapalloon nähden lähestymisvaiheessa on 7,6 km/s mutta vauhti kasvaa noin 14 km/s sen lähestyessä maapalloa. Vauhti vähenee ohituksen jälkeen asteroidin noustessa maapallon gravitaatiokuopasta suunnilleen samaan kuin ennen ohitusta.

Tällä kertaa törmäysvaaraa ei ole, sillä vuonna 2012 löydetyn asteroidin rata tunnetaan hyvin. Löytövuonaan^[1] se ohitti maapallon 94 000 km etäisyydeltä vain viikko löytämisensä jälkeen.

Pienestä koosta johtuen 2012 TC4 ei ole kovinkaan kirkas. Lähimmällä hetkellä sen kirkkaus on 15^m, joten tarvitaan isohko (> 280 mm) harrastajateleskooppi sen näkemiseen. Valokuvaamalla asteroidia saadaan näkyville hieman pienemmälläkin kaukoputkella. Suomesta asteroidin näkeminen on mahdotonta, sillä se kulkee eteläisellä puoliskolla tähtitaivasta Kulmaviivoittimen (Norma) tähdistössä.

Asteroidien lähiohitus johtaa helposti kysymykseen entä jos tapahtuu törmäys? Ratalaskelmat kuitenkin osoittavat, että 2012 TC4 rata ei mahdollista törmäystä^[2] lokakuun 13. 20175. Tämä ei tarkoita sitä, että juuri tuolloin tapahtuisi törmäys tai edes milloinkaan. Jokaisen ohilennon aikana asteroidin rata muuttuu hieman ja laskelmissa se pyritään ottamaan huomioon. Laskelmissa on kuitenkin monta muuttuvaa tekijää, jotka täytyy arvioida tai käyttää keskimääräisiä arvoja, joten lopputulos on kuitenkin hyvin epävarma jos ja kun rataa lasketaan kauas tulevaisuuteen (tai menneisyyteen).

Mahdollista törmäystä arvioitaessa, on otettava huomioon myös ilmakehän suojaava vaikutus. Asteroidi 2012 TC4 on vain noin 15 metriä halkaisijaltaan. Meillä on tuoreessa muistissa Tšeljabinskin kaupungin lähellä ilmakehään syöksynyt asteroidi. Sen kooksi arvioitiin 17–20 metriä ja se tuhoutui käytännöllisesti katsoen kokonaan ilmakehässä, vain muutama sata kiloa kiveä päätyi maanpinnalle asti.

Tokihan muutama sata kiloa kiveä murskaa yhden talon jos oikein huonosti käy, mutta sen kummempaa vahinkoa näin pienet massat eivät saa aikaan. Tšeljabinskissa suurimmat vahingot syntyivät matalalla ilmakehässä moninkertaisella yliäänennopeudella kiitäneen kiven synnyttämästä paineaallosta, joka rikkoi ikkunoita ja aiheutti vaurioita rakennuksille. Ihmiset loukkaantuivat lähinnä ikkunalasien sirpaleista.

Katso video lähiohituksen radasta

Videossa asteroidin rata on merkitty vihreällä ja siinä on pisteet tunnin välein. Nuolet maapallossa osoittavat ratatason ja suunat Aurinkoon ja maapallon etenemissuuntaan. Kuu ja sen rata on merkitty harmaalla. Video © Kari A. Kuure, lähde MPC.

Huomautukset

[1] PanSTARRS projektissa Haleakala observatoriossa Mauilla Havaijilla.

[2] Palermo-asteikko on suhteellinen riskiarvio ja se on 10-kantainen logaritminen luku. Palermo-asteikon lukemaa laskettaessa otetaan huomioon törmäyksen todennäköisyys, törmäyksen ajallinen etäisyys, törmäysten taustataajuus ja vapautuva energia megatonneina. Mitä pienempi lukema asteroidille saadaan sen vähämerkityksellinen tai epätodennäköinen mahdollinen törmäys on.

Palermo-asteikon mukaan jos laskelma osoittaa lukua -2 tai pienempi, asteroidi ei ole vaarallinen. Jos lukema on suurempi kuin -0,25 asteroidia pidetään normaalia suurempana uhkana. Jos lukemaksi saadaan +2, niin silloin asteroidin törmäysriski on 100-kertainen taustatasoon verrattuna.

Asteroidin 2012 TC4 Palermo-asteikon luku on -4,34 tällä hetkellä.

[3] Ohitusetäisyyslaskelmassa on yllättävänkin suuri hajonta. Lähimmäksi ohitusetäisyydeksi on ilmoitettu noin 6 800 km maanpinnasta ja etäisin jopa 270 000 km. Hajonta johtuu suuremmaksi osaksi vuoden 2012 havaintojen vähäisyydestä, sillä havainto aika silloin oli lyhyt ja asteroidia ei havaittu viiteen vuoteen. Sama epätarkkuus on myös asteroidin koossa, sillä vuonna 2012 siitä ei saatu tutkahavaintoja.

Asteroidia on havaittu vuoden 2012 jälkeen vasta tänä vuonna heinäkuun 27 päivästä lähtien. Ensimmäinen havainto tehtii Cerro Paranalilla (ESO) ja se näkyi silloin kirkkaudeltaan 26,8^m. Tätä kirjoittaessani viimeiset havainnot on tehty 9.10. ja asteroidin kirkkaus oli silloin 17,5^m.

Fysiikan Nobel gravitaatioaaltojen löydöstä

Barry C. Barish

Tämän vuoden fysiikan Nobel-palkinto on myönnetty Rainer Weiss’lle, Barry C. Barish’lle ja Kip S. Thorne’lle. Heidän vuosikymmeniä kestänyt työnsä johti gravitaatioaaltojen havaitsemiseen. Tähän mennessä gravitaatioaaltoja on havaittu viisi kertaa, viimeisin havainto tehtiin elokuun 14. päivänä ja havainnossa osallisena oli nyt ensikerran Italiassa oleva Virgo-observatorio.

Gravitaatioaaltojen olemassa ole esitettiin ensimmäisen kerran Albert Einsteinin yleisessä suhteellisuusteoriassa vuonna 1915. Monista yrityksistä huolimatta gravitaatioaaltojen suora havaitseminen onnistui vasta 2015, jolloin havaittiin kolme erillistä tapahtumaa LIGO-observatoriossa Yhdysvalloissa. Havainnosta ilmoitettiin helmikuussa 2016.

Gravitaatioaaltojen olemassa olo varmistui kuitenkin jo ennen kuin niistä voitiin tehdä suoria havaintoja. Tutkijat Russel Alan Hulse ja Joseph Hooton Taylor saivat Nobel-palkinnon vuonna 1993, sillä he havaitsivat toisiaan kiertävien neutronitähtien kiertoajan lyhenevän. Järjestelmän energia näytti siis katoavan, sillä neutronitähdet lähestyivät toisiaan ja samalla kiertonopeus kasvoi. Ainoa tapa energian menetykselle oli se, että järjestelmästä poistui energiaa gravitaatioaaltoina.

Rainer Weiss.

LIGO- ja Virgo-observatorioissa havaitut gravitaatioaallot olivat peräisin kahden musta aukon sulautumisesta yhteen. Prosessissa vapautui energiaa useiden auringonmassojen verran ja se poistui nimenomaan gravitaatioaaltoina. Gravitaatioaaltojen havaitseminen lähivuosina tulee avaamaan aivan uuden tutkimusalan, sillä aaltojen havaitsemiseen käytettäviä observatorioita rakennetaan ainakin Intiaan ja Japaniin. Lisäksi ensi vuosikymmenellä aloitetaan avaruuteen sijoitettavan observatorion rakennustyöt.

Kip S. Thorne.

Katso myös artikkelit 

http://avaruusmagasiini.blogspot.fi/2016/02/gravitaatiotahtitieteen-synty.html

http://avaruusmagasiini.blogspot.fi/2016/06/uusi-havainto-gravitaatioaalloista.html

http://avaruusmagasiini.blogspot.fi/2017/06/lisaa-gravitaatioaalltoja.html

http://avaruusmagasiini.blogspot.fi/2017/09/uusi-gravitaatioaaltohavainto.html .

Energeettinen kosmisen säteily tulee Linnunradan ulkopuolelta

Kosminen säteily aiheutta ilmasuihkuksi sanotun sekundääristen
hiukkasten ryöpyn, jonka perusteella tutkijat pystyvät
havaitsemaan kosmista säteilyä.
Kuva A. Chantelauze, S. Staffi, L. Bret.

Kosminen säteily löydettiin jo yli sata vuotta sitten. Silloin (1912) tutkija nimeltään Victor Hess nosti säteilymittarin ilmapallolla ilmakehän yläosaan ja totesi säteilyn voimistuvan mitä ylemmäksi pallo nousi. Viiden kilometrin korkeudessa säteilyn voimakkuus (vuon tiheys) on noin viisinkertainen merenpinnan tasoon verrattuna. Säteilymittarina Hess käytti hyvin alkeellista elektrometriä, jolla säteilyvuon tiheyden mittaus ei ole kovinkaan tarkkaa.

Parisen vuota myöhemmin Werner Kolhörster vahvisti Hessin havainnon ja totesi, että säteilyvoimakkuus oli vielä suurempi noin 9 km korkeudella. Hänen teoriansa mukaan säteilyn alkuperä oli ilmakehän ulkopuolella, mutta tarkempaa arviota säteilylähteestä ei pystytty päättelemään.

Energeettinen kosminen sätely näyttää tulevan
Linnunradan ulkopuolelta.
Kuva The Pierre Auger Collaboration.

Säteilylähde pysyi salaisuutena aivan meidän päiviimme asti. Parhaina säteilylähteinä pidettiin Aurinkoa ja Linnunradassa esiintyneitä supernovia. Niistä tuleva säteily onkin todettu olevan matala- ja keskienergistä mutta suurienenergisen säteilyn lähde on pysynyt aivan tähän päivään asti salaisuutena. Paras selitys on että se tulee Linnunratamme ulkopuolelta galaktisesta lähteistä mutta sen tarkemmin säteilylähdettä ei ole pystytty selvittämään.

Kosminen säteilyn on hyvin suurella nopeudella, melkein valonopeudella etenevää hiukkassäteilyä, joka koostuu suurimmaksi osaksi (90 %) vety-ytimistä eli protoneista. Noin 9 % on alfahiukkasia (ionisoituneita heliumytimiä) ja loput raskaampien alkuaineiden ytimiä. Kaikkein energeettisimpien hiukkasten energia on 3×10²⁰ eV mikä vastaa 40 miljoona-kertaisesti energia, joka voidaan saavuttaa LHC-törmäyttimessä Cernissä. Suurimmat energiat ovat samaa luokkaa kuin noin 25 m/s nopeudella lentävän baseball-pelissä käytetyn pallon energia on.

Kosminen sätely tulee Linnunradan ekvaatorin eteläpuolelta.
Kuva Wikimedia Commons, Kari A. Kuure.

Kosmisen säteilyn uusin tutkimustulos tulee Pierre Auger observatoriosta (Pampas, Argentina), jolla on käytössään yli 3000 neliökilometrin alueelle 1600 ilmaisinta, jotka havaitsevat kosmisen säteilyn aiheuttamia ilmasuihkuja. Kosmisen säteilyn hiukkaset törmäävät ilmakehään ja aiheuttavat sekundääristen hiukkasten suihkun. Ilmaisina käytetään 12 tonnin puhdasvesisäiliöitä, joissa sekundäärissäteilyn hiukkaset aiheuttavat Cherenkovin säteilynä tunnetun valoilmiön. Lyhytaikaiset valonvälähdykset havaitaan valovahvistimilla. Vesisäiliöiden käyttäminen ei ole ainoa mahdollisuus, sillä erittäin pimeän taivaan alla voidaan havaita myös ilmakehässä syntyviä Cherenkovin säteilyn aiheuttamia valonvälähdyksiä.

Auger observatorion tutkijat ovat koonneet aineistoa ilmasuihkujen aiheuttamista yli kymmenestä miljardista sekundäärisestä hiukkasesta. Hiukkaset ovat olleet elektroneja, fotoneita ja myoneita. Tutkimukseen otettiin mukaan noin 30 000 korkeaenergistä (> 8×1018 eV =EeV)kosmisen hiukkasen ilmasuihkua, jolloin ne voitiin erottaa Auringosta ja Linnunradan supernovista tulevista hiukkasista. Onneksi korkeaenergiset kosmiset hiukkaset eivät ole aivan yhtä herkkiä avaruuden erilaisten magneettikenttien vaikutukselle kuin matalaenergiset hiukkaset. Matalaenergisiä hiukkasia näyttää tulevan joka puolelta, mutta uusimman tutkimustuloksen mukaan suurienergiset hiukkaset tulevat selkeästi yhdestä lähteestä.

Kosminen sätely näyttää tulevan alueelta, jonka kosminen
mikroaaltosätely on voimakkainta.
Kuva Wimedia Commons, Kari A. Kuure.

Kosmisen säteilyn lähde ei ole Linnunradan massiivinen musta aukko, sillä säteily näyttää tulevan noin 120 asteen etäisyydestä siitä. Toisin sanoen säteilyn lähde on Linnunradan ulkopuolella^[1]. Valitettavasti havainnot eivät vielä riitä säteilylähteen aivan tarkan paikan määrittämiseen mutta 95 % tarkkuudella säteilylähde sijaitsee noin 15–20 astetta eteläisellä pallonpuoliskolla galaksisessa järjestelmässä ja noin 120 asteen etäisyydellä itään Linnunradan keskustasta.



Huomautukset

[1] Kosmisia säteitä tutkineen professori Bruce Dawsonin (University of Adelaide's High Energy Physics Group) mukaan.