Uutuuskirja: Eksoplaneetat

Heikki Oja
Eksoplaneetat
Ursa ry 2020
Nid. 256 sivua
ISBN 978-952-5985-82-5

 

Kukapa ei olisi kuullut eksoplaneetoista, siis planeetoista, jotka kiertävät muiden tähtien kuin Auringon kiertoradoilla. Tällä hetkellä niitä tunnetaan pyörein luvuin noin 4 000 ja lisää löytöjä tehdään viikoittain. Näyttääkin siltä, että Linnunradassa eksoplaneettoja on paljon enemmän kuin tähtiä, ja se on paljon se.

Kuten arvata saattaa, eksoplaneettoja on hyvin erilaisia. Oman Aurinkokuntamme planeetatkin ovat erilaisia, varsinkin kun verrataan esimerkiksi Merkuriusta Jupiteriin. Samankaltaiset erot vahvistettuna kertoimella kymmenen on havaittavissa eksoplaneetoista ja tulevaisuus paljastaa aivan varmasti vielä enemmän erojen eri eksoplaneettojen välillä. Planeetat omassa Aurinkokunnassamme ovat teema ja eksoplaneetta ovat sen lukemattomat muunnelmat ja variaatiot.

Heikki Oja on paneutunut kirjassaan Eksoplaneetat näin muunnelmiin hyvin perusteellisesti. Äkkiseltään tuntuu kuin Heikki olisi lukenut jokaisen tutkimuksen, joka eksoplaneetoista on ikinä tehty. Näin ei tietystikään ole mutta aivan varmasti niitä luettuja tutkimuksia on hyvin paljon.

Eksoplaneettojen ominaisuudet, kuten koot, vaihtelevat suuresti. Samoin lämpötila laavaplaneetoista ikuisesti jäässä oleviin planeettoihin asti. Ilmakehän paksuus ja koostumus vaihtelee hyvin paljon, samoin vesipitoisuus: toiset ovat hyvin kuivia aavikkoplaneettoja ja toiset vesiplaneettoja, joista ei kuivaa maata löydy. Yksi erityinen eksoplaneettojen ryhmä on tutkijoiden suuren mielenkiinnon kohteena: maapallon kaltaiset (Maa v.2) tai hieman massiivisemmat supermaat. Niitä on huomattavan vaikea havaita, mutta siitä huolimatta niitäkin on löytynyt koko joukko, ei kuitenkaan niin paljoa kuin Jupiterin tai Neptunuksen koko luokaa olevia.

Yksi tärkeimmistä ominaisuuksista ja eroista Aurinkokuntaamme verrattuna on se, millaisilla radoilla eksoplaneetta kiertävät omaa tähteään. Etäisyys määrittelee hyvin monia eksoplaneettojen ominaisuuksista. Monet eksoplaneetat kiertävä radoilla, jotka ovat hyvin lähellä tähteään. Usein tällaisessa tapauksessa moniplaneettaisien järjestelmien kaikki kiertoradat mahtuisivat Merkuriuksen radan sisäpuolelle.

Tämänhetkistä tutkimusta rajoittaa se, että suurin osa tehdyistä löydöistä on tehty ylikulkumenetelmällä. Meistä katsottuna eksoplaneetan kulkiessa tähden editse, se himmentää tähden valoa aavistuksen verran. Ongelmat tässä tavassa havaita eksoplaneettoja on kahdenlaisia: Yleensä vain planeetan koko ja etäisyys tähdestä on mahdollista määrittää. Sen sijaan moni muu asia, kuten esimerkiksi planeetan massa jää selvittämättä. Ylikulkuja havaitsemalla on myös mahdollista havaita vain 1 – 2 % kaikista planeetoista, muut planeetat jäävät löytymättä tai ainakin niiden löytöjen määrä on huomattavasti vähäisempi. Tämä selittyy sillä, että muut menetelmät vaativat havaintoaikaa isoista kaukoputkista ja kuten tiedetään, näiden laitteiden havaintoajat ”ovat kortilla”.

Eksoplaneetat-kirja on hyvin perusteellinen. Se kertoo lähes kaiken sen, mitä eksoplaneetoista tiedetään, ja vieläpä hyvin ymmärrettävästi. Eksojen rinnalla myös oman Aurinkokuntamme planeettoja käsitellään siten, että se avaa uusia näkökulmia niiden ominaisuuksiin.

Kirjan ulkoasu on loistava. Kirjassa on erinomainen kuvitus ja luettavat luvut ovat lyhyitä, kerralla luettavia. Lisäksi kirjassa on varmasti saman verran tietolaatiokoita, jossa kerrotaan esimerkkejä kulloinkin käsiteltävästä asiasta. Näin teoria puoli saa ”lihaa luiden ympärille”. Laaja liiteosa on myös mielenkiitoinen ja helposti saavutettava, sillä näiden asioiden löytäminen Internetin syvyyksistä ottaisi varmasti jokusen tovin.

Jälleen kerran kirjoittajan, kirjan taittajan (Heikki ja Arja Oja) ja Ursan (kustannustoimittaja Suvi Syrjä) yhteistyönä on syntynyt kirja, jota on helppo suositella kaikille aihepiiristä kiinnostuneille.

Kari A. Kuure

Venuksesta on löydetty mahdollisesti elämän olemassaoloon viittaava molekyyli

 14. syyskuuta 2020

eso2015fi / Pasi Nurmi — Tutkimustiedote

Kansainvälinen tähtitieteilijöiden ryhmä ilmoitti tänään löytäneensä Venuksen pilvistä harvinaisen fosfiini molekyylin. Maapallolla tätä kaasua syntyy vain teollisesti tai hapettomissa ympäristöissä viihtyvien mikrobien tuottamana. Tähtitieteilijät ovat vuosikymmenien ajan spekuloineet, että Venuksen korkealla olevat pilvet voisivat toimia mikrobien asuinpaikkana, jossa ne ovat kaukana kuumasta pinnasta, mutta pystyvät sietämään pilvien erittäin suurta happamuutta. Fosfiinin havaitseminen voisi viitata tällaiseen Maan ulkopuoliseen pilvissä leijuvaan elämään.

Venuksen ilmakehästä on havaittu fosfiinia. Kuva ESO.

”Kun näimme ensimmäiset merkit fosfiinista Venuksen spektrissä, se oli shokki!”, tutkimusryhmän johtaja Jane Greaves Cardiffin yliopistosta Britanniasta sanoi. Hän oli ensimmäinen, joka havaitsi merkkejä fosfiinista James Clerk Maxwell teleskoopilla (JCMT) tehdystä havainnoista. Teleskooppia operoi Itä-Aasian observatorio Havaijilla. Löytö vahvistettiin 45 antennin Chilessä sijaitsevalla Atacama Large Millimetri/submillimetri Array (ALMA) havaintolaiteella, joka on James Clerk Maxwell teleskooppia herkempi havaintoilaite. Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on yksi ALMA:n kumppaneista. Molemmat tutkimusyksiköt havaitsivat Venusta noin 1 millimetrin aallonpituudella. Vain korkealla vuoristoissa tai ylätasangoilla sijaitsevat teleskoopit pystyvät havaitsemaan tällä aallonpituudella tehokkaasti.

Kansainvälinen tutkimusryhmä, johon kuuluu tutkijoita Britanniasta, Yhdysvalloista ja Japanista, arvioi, että fosfiinia esiintyy Venuksen pilvissä pienenä pitoisuutena, joka vastaa vain noin kahtakymmentä molekyyliä miljardissa molekyylissä. Havaintojen jälkeen he tekivät laskelmia nähdäkseen, voisiko tämä määrä olla peräisin luonnollisista planeetan ei-biologisista prosesseista. Joitakin selvitettyjä tekijöitä olivat auringonvalo, pinnalta ylöspäin siirtyvät mineraalit, tulivuoret tai salamointi, mutta mikään näistä ei voinut tuottaa lähellekään tarpeeksi fosfiinia. Näiden ei-biologisten lähteiden havaittiin saavan aikaan korkeintaan kymmenestuhannesosan siitä fosfiinimäärästä, jonka teleskoopit näkivät.

Fosfiinin kulkeutuminen yläilmakheään. Kuva ESO.

Tuottaakseen Venuksessa havaitun määrän fosfiinia (joka koostuu vedystä ja fosforista) maanpäällisten organismien olisi tuotettava kaasua vain noin 10 % niiden maksimaalisesta tuottavuudesta. Maan bakteerien tiedetään tuottavan fosfiinia. Ne ottavat mineraaleista tai biologisesta materiaalista fosfaattia, lisäävät vetyä ja lopulta tuottavat fosfiinia. Venuksen mahdolliset organismit olisivat luultavasti hyvin erilaisia kuin serkkunsa Maassa, mutta nekin voisivat olla kaasukehässä havaitun fosfiinin lähteenä.

Vaikka fosfiinin löytyminen Venuksen pilvistä tuli yllätyksenä, tutkijat ovat varmoja havainnostaan. ”Olimme helpottuneita, kun Venus oli sopivassa kulmassa Maahan nähden hyville ALMA:n seurantahavainnoille. Tietojen jatkokäsittely oli tosin hankalaa, sillä ALMA:a ei yleensä käytetä hienovaraisten tekijöiden löytämiseksi hyvin kirkkaista kohteista kuten Venuksesta", tutkimusryhmän jäsen Anita Richards Britannian ALMA-aluekeskuksesta ja Manchesterin yliopistosta kertoi. ”Lopulta huomasimme, että molemmissa observatorioissa oli nähty sama asia, eli säteilyn heikko absorptio oikealla fosfiinikaasun aallonpituudella, missä fosfiinin alapuolella olevat lämpimämmät pilvet taustavalaisevat molekyylejä”, lisäsi Greaves, joka johti tänään Nature Astronomy-lehdessä julkaistua tutkimusta.

Fosfiinin spektriviiva löytyi radiotaajuuksilla. Kuvan taustana havainnekuva siitä, kuinka ALMA näkee Venuksen alimillimetriaalloilla. Kuva ESO.

Tutkimusryhmän jäsen Clara Sousa Silva yhdysvaltalaisesta Massachusetts Institute of Technologysta, on tutkinut fosfiinia ”elämänmerkki”-kaasuna muiden tähtien ympärillä olevien planeettojen ei-happea käyttävien elämänmuotojen etsimiseksi. Tämä sopii tähän tarkoitukseen hyvin, koska normaali kemia tekee fosfiinia niin vähän. Hän kommentoi: ”Fosfiinin löytäminen Venuksella oli odottamaton bonus! Löytö nostaa esille monia kysymyksiä, kuten miten mitkään eliöt voisivat selvitä Venuksella hengissä. Maapallolla jotkin mikrobit selviävät ympäristössä, jossa happopitoisuus on jopa noin 5 %, mutta Venuksen pilvet koostuvat lähes yksinomaan haposta”.

Tutkimusryhmä uskoo, että heidän löytönsä on merkittävä, koska he voivat sulkea pois monia vaihtoehtoisia tapoja fosfiinin tuottamiseksi. He tunnustavat kuitenkin, että ”elämän” olemassaolon vahvistaminen vaatii paljon enemmän työtä. Vaikka Venuksen korkeissa pilvissä on jopa miellyttävä 30 celsiusasteen lämpötila, niin ne ovat uskomattoman happamia. Pilvissä on noin 90 % rikkihappoa, joka aiheuttaa suuria vaikeuksia kaikille mikrobeille, jotka yrittävät siellä selvitä.

ESO:n tähtitieteilijä ja ALMA:n Euroopan operaatioiden manageri Leonardo Testi, joka ei osallistunut tähän uuteen tutkimukseen, sanoi: ”Fosfiinin ei-biologista alkuperää oleva tuotanto Venuksella voidaan poissulkea perustuen nykyiseen käsitykseemme kivisten planeettojen ilmakehässä tapahtuvasta fosfiinikemiasta. Venuksen ilmakehässä olevan elämän olemassaolon vahvistaminen olisi suuri läpimurto astrobiologialle. Siten tämän jatkoksi on tärkeää tehdä lisää teoreettista ja havaintoihin perustuvaa tutkimusta, joilla voidaan poissulkea se mahdollisuus, että kiviplaneetoilla fosfiinilla voi olla erilainen kemiallinen alkuperä kuin Maassa”.

Lisähavainnot Venuksesta ja aurinkokuntamme ulkopuolisista kivisistä planeetoista ESO:n tulevan Erittäin suuren teleskoopin (Extremely Large Telescope) ja muiden teleskooppien avulla voivat auttaa keräämään tietoa fosfiinin alkuperästä, sekä etsimään elämän merkkejä Maan ulkopuolelta.

 

Venus valokuvattiin ensimmäisen kerran Mariner 10 luotaimella. Kuva NASA.

Kommentti

Avaruusmagasiini pyysi tuoreeltaan kommentin uutisesta Turun Yliopistossa työskentelevältä molekulaarisen kasvibiologian dosentilta FT Kirsi Lehdolta, joka tunnetaan myös astrobiologina ja Ursan (2019) julkaiseman kirjan Astrobiologia kirjoittajana. Kirsi kommentoi näin:

”Olen nähnyt uutisen, mutta en ole lukenut varsinaista tutkimusta. En siis vielä tiedä millä (tutkijat) perustelevat sitä olettamusta, että fosfiinia ei voisi syntyä abioottisesti, siis suoraan spontaanien mineraalisten reaktioiden kautta. Alkuaine fosfori on hyvin reaktiivista ja reagoi esim. veden tai NaOH:n kanssa ja tuottaa fosfiinia. Elämän kannalta tämä olisi hyvin suotava aina, sillä erilaiset pelkistyneet fosforiyhdisteet olisivat erittäin suotuisia ja liukoisia lähtöaineita elämän synnyn reaktioille. Niitä ei enää löydä maan pinnalta, koska ne välittömästi hapettuvat hapellisessa ympäristössä, mutta alun perin, nuorella Maalla, sen kuumissa ja hapettomissa olosuhteissa olisi hyvin voinut olla.

Mutta joka tapauksessa: Fosfiini ei missään tapauksessa edusta mitään elävää. Olisipahan vain yksi hyvä lähtöaine elämän syntyyn -- mutta jo muutenkin tiedetään, että jonkinlaisia pelkistyneitä fosforituotteita (esim. schreibersiittia, jossa fosforin pelkistysaste on sama kuin fosfiinissa) on tullut tänne ainakin meteoriittien mukana. Siis, ei ollut kovinkaan yllättävää, että sitä on olemassa myös Venuksen kuumissa/energiarikkaissa ja hapettomissa oloissa.”

 

Avaruusmagasiinin kommentti: Fosfiini ei ole aivan niin harvinainen elottomilla planeetoilla kuin mitä artikkelissa annetaan ymmärtää. Jupiterin ilmakehästä on myös havaittu fosfiinin spektri ja siellä sen ainoa syntytapa on epäorgaaninen. Näin ollen fosfiinin ja mahdollisen mikrobielämän yhdistäminen samaan artikkeliin ei edusta kovinkaan hyvää tieteellisen julkaisutoiminnan periaatteita. Joka tapauksessa lisää vertaisarvioituja tutkimuksia täytyy tehdä ja tulevaisuudessa varmastikin Venukseen lähetetään tutkimusluotaimia, jotka kykenevät toimimaan myös Venuksen ilmakehän yläosassa. Venuksen ilmakehä on tiheä ja noin 50 – 60 km korkeudella ilmanpaine ja lämpötila on suunnilleen sama kuin maanpinnalla.