Vera C. Rubin -observatorio valmistuu – uusi aikakausi taivaan kartoituksessa alkaa

KAK – Maailman suurin taivaan kartoitusprojekti on astumassa ratkaisevaan vaiheeseensa, kun Vera C. Rubin -observatorio valmistautuu julkaisemaan ensimmäiset kuvansa. Ensimmäisten kuvien julkaisu tapahtuu kesäkuun 23. päivänä, jolloin myös järjestetään julkisia ja kutsuvierasjuhlia kaikilla mantereilla pois lukien Antarktis.

Chilen Elqui:n maakunnassa El Peñónin huipulla Cerro Pachónissa (30°14′41″S 70°44′58″W) 2 672 metrin korkeudessa sijaitseva observatorio on suunniteltu mullistamaan käsityksemme maailmankaikkeudesta ottamalla käyttöön täysin uudenlaisen tavan havainnoida taivasta: jatkuvan, koko näkyvän taivaan systemaattisen kuvantamisen.

El Peñóninhuiplle on rakennettu Vera C. Rubinin observatorio, jossa on erityisen valovoimainen peiliteleskooppi ja se tuottaa joka yö valtavan määrän kuvia seuraavam kymmenen vuoden ajan.Kuva Vera C. Rubin observatorio.

 

Legacy Survey of Space and Time (LSST) – ainutlaatuinen kartoitusprojekti

Observatorion päätutkimusohjelma, Legacy Survey of Space and Time (LSST), tulee seuraavan kymmenen vuoden aikana kuvaamaan lähes koko eteläisen taivaan kahden yön välein. Tämän ansiosta se pystyy havaitsemaan niin tähtien kirkkauden vaihtelut kuin avaruuden suurten rakenteiden kehityksenkin. LSST:n tuottama data tulee olemaan valtavaa, noin 20 teratavua yössä ja yhteensä yli 60 petatavua projektin aikana.

Tämä tekee LSST:stä toistaiseksi kattavimman ja aikajaksollisesti yksityiskohtaisimman taivaan kartoituksen.

Havainnekuva teleskoopin peilijärjestelmästä. Kuva Vera C. Rubin observatorio.

LSST Camera – maailman suurin digitaalikamera

Rubin-observatorion sydän on LSST Camera, 3,2 gigapikselin CCD-kamera, joka on suurin koskaan rakennettu digitaalikamera tähtitieteelliseen käyttöön. Kameran koko on lähes henkilöauton luokkaa: 3 metriä pitkä ja massaa noin 2 800 kiloa. Sen kuvakentän laajuus on 9,6 neliöastetta taivaasta, noin 40 täysikuun verran yhdellä otoksella.

Kamerassa käytetään kuuta suodatinta (u, g, r, i, z ja y) kattaen aallonpituusalueen ultraviolettivalon (u) rajalta lähi-infrapunaan (y). Tämä mahdollistaa sekä tähtien värien että galaksien etäisyyksien arvioinnin erittäin tehokkaasti.

Kameran kennot jäähdytetään –100 °C lämpötilaan, ja koko laite on asennettu tyhjiökammioon minimoimaan lämpösäteilyn ja ilman vaikutukset. Objektiivin etulinssi on halkaisijaltaan 64 cm, ja se on suurin koskaan valmistettu optinen linssi.

 

Kameran layaout-kaavio. Ihmishamo on mittakaavana kameran koolle.Kuva Vera C. Rubin observatorio.

Teleskooppi – nopea, laajakulmainen ja tarkka

Rubin-observatorion teleskooppi (Simonyi Survey Telescope) on suunniteltu erityisesti suurten taivaanalojen kuvaamiseen nopeasti ja toistuvasti. Kyseessä on kolmipeilinen järjestelmä, jonka suunnittelussa on käytetty innovatiivista kaksoiskoveraa yhdistelmäpeiliä: pääpeili (M1) ja tertiääripeili (M3) on valettu ja hiottu samalle lasimonoliitille, mikä tekee rakenteesta sekä jäykän että optisesti tehokkaan.

Teleskoopin kolmas, keskimmäinen peili (M2) täydentää järjestelmän, joka mahdollistaa f/1,2 optisen aukon, joka on poikkeuksellisen nopean arvo ja se mahdollistaa lyhyet valotusajat. Teleskooppi pystyy muuttamaan suuntaansa ja tarkentamaan uuteen kohteeseen alle 5 sekunnissa, mikä tekee siitä ihanteellisen nopeasti muuttuvien ilmiöiden, kuten supernovien tai asteroidien, seuraamiseen.

Tieteelliset tavoitteet – universumin dynamiikan mittaamista

Rubin-observatorion tuottamaa dataa tullaan hyödyntämään useilla tieteenaloilla. Projektin keskeisiä tavoitteita ovat muun muassa:

• Pimeän aineen ja pimeän energian tutkimus, mm. galaksien muodonmuutosten ja heikon gravitaatiolinssin avulla.
• Aurinkokunnan pienkappaleiden kartoitus, erityisesti niin sanottujen "läheltä ohittavien" asteroidien ja kenties uusien komeettojen havaitseminen.
• Muuttuvien ja räjähtävien kohteiden havainto-ohjelma, joka kattaa supernovat, mikrolinssitapahtumat ja mahdollisesti jopa gravitaatioaaltojen optiset vastineet.
• Galaksien ja galaksijoukkojen muodostumisen ja kehityksen seuranta eri kosmologisilla etäisyyksillä.

Lisäksi LSST:n laaja-aikainen kuva-arkisto tarjoaa ainutlaatuisen alustan koneoppimisen ja automaattisten havaintoputkien kehittämiseen. Observatorio tuottaa n. 10 miljoonaa havaittua muuttuvaa kohdetta yössä, mikä vaatii täysin uudenlaista tiedonkäsittelyä.

Avoin tiede ja globaali yhteistyö

Rubin-observatorio noudattaa avoimen tieteen periaatteita. Sen keräämä data tulee olemaan tutkijoiden ja kansalaistieteilijöiden saatavilla maailmanlaajuisesti lähes reaaliajassa. Tämä tarjoaa vertaansa vailla olevan alustan uusien ilmiöiden havaitsemiseen ja seuraamiseen.

Observatoriota hallinnoivat NSF (National Science Foundation) ja DOE (Department of Energy) yhteistyössä SLAC National Accelerator Laboratoryn ja NOIRLabin kanssa. Hankkeen budjetti on noin 700 miljoonaa dollaria, ja sen rahoitukseen on osallistunut myös lukuisia kansainvälisiä instituutioita ja yliopistoja.

Kuvat sisältävät myös arkaluonteista dataa

Suurten taivaskartoitusten, kuten Vera C. Rubin -observatorion LSST:n reaaliaikainen datanjulkaisu voi sisältää väärinkäytettävää tai turvallisuussyistä rajoitettavaa tietoa. Siksi järjestelmään on rakennettu useita mekanismeja näiden kohteiden tunnistamiseksi ja suojaamiseksi ennen datan vapauttamista.

Kuviin saattaa tallentua tietoa monista sellaisista kohteista, joista liian aikainen tieto julkisuudessa voi olla vahingollista tai haitallista. Tällaisia kohteita voivat olla esimerkiksi Maata lähestyvät asteroidit (NEO, PHA), joiden ensimmäisen vuorokauden tieto radoista voi olla aluksi epätarkkaa, ja siten luoda väärää käsitystä esimerkiksi törmäyksen todennäköisyydestä. Tällaisesta on esimerkkejä tapauksista aivan viime vuosilta.

Maata kiertää lukuisia tiedustelusatelliitteja, joiden ratojen parametrejä ei haluta jakaa julkisesti. Tästä syystä tiedot näistä on salattuja tapauskohtaisesti lyhyemmän tai pidemmän ajan verran.

Joissakin tapauksissa esimerkiksi supernovan kirkastumisen alkuvaiheet on ihmisten tarkistettava, jotta vältyttäisiin väärältä tulkinnalta ja siten myös teleskooppien varaaminen olemattoman tapahtuman seuraamiseen. Väärä hälytys voisi johtaa jonkin tärkeän havaintoprojektin keskeytymiseen tai muuttumisen täysin tieteellisesti arvottomaksi.

Vera C. Rubin -observatorion lähtökohtana on täysin avoin tiedejulkaisu, mutta turvallisuutta, tieteellistä vastuullisuutta ja strategisia näkökohtia varten käytössä on kehittynyt automaattinen ja ihmistyöhön perustuva yhdistetty suojamekanismi, jonka avulla varmistetaan julkaistavien tietojen korkeatasoinen laatu.

Ensivalo lähestyy

Rubin-observatorion "ensivalo" eli ensimmäinen virallinen tähtitaivaan kuva julkaistaan kesäkuun 23. päivänä. Ensivalon kuvia otettaessa teleskooppi, kamera ja datankäsittelyjärjestelmät testataan yhdessä ensi kertaa täydellä kapasiteetilla. Testikuvia on jo otettu kameramoduuleilla erikseen, ja ne ovat osoittaneet järjestelmän olevan erinomaisessa kunnossa.

Kun havainnointiohjelma pääsee käyntiin, Rubin-observatorio tulee olemaan tähtitieteen kentällä paitsi työkalu, myös käännekohta. Se siirtää tutkimuksen painopisteen yksittäisten kohteiden tarkastelusta kohti dynaamista, ajallisesti seuraavaa kokonaisuuden tarkastelua – maailmankaikkeuden dynaamista karttaa, joka päivittyy joka yö.

 

 

2017 OF201 – uusi kääpiöplaneettaehdokas haastaa Planeetta Yhdeksän -hypoteesin

KAK — Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on virallisesti tunnistanut [1] uuden, erittäin etäisen kääpiöplaneettaehdokkaan luettelotunnukseltaan 2017 OF201. Vaikka kohde havaittiin ensimmäisen kerran jo vuonna 2017, sen poikkeuksellinen luonne selvisi vasta toukokuussa 2025 tarkempien rata-analyysien myötä.

Kyseessä on yksi syrjäisimmistä tunnetuista Aurinkokunnan kappaleista, ja sen ominaisuudet ravistelevat käsityksiä ulkoaurinkokunnan rakenteesta – erityisesti niin sanotusta Planeetta Yhdeksän -hypoteesista.

Havainnekuva suurehkosta jääpintaisesta kappaleesta Aurinkokuntamme ulko-osassa. 2017 OF201 on riittävän massiivinen muotoutuakseen liki pallomaiseksi kuten Ceres tai Vesta pääasteroidivyöhykkeellä. Kuva © Kari A. Kuure.

Mitä 2017 OF201:stä tiedetään?

• Etäisyys Auringosta: tällä hetkellä noin 90,5 au
• Rata: 838 × 44,9 au, eksentrisyys 0,95 ja kiertoaika Auringon ympäri noin 25 000 vuotta
• Halkaisija: arviolta 550 – 850 km, oletusparametreilla laskettuna noin 700 km
• Ratakaltevuus: noin 16 astetta.

Rata-analyysi paljastaa, että 2017 OF201 ei asetu samaan linjaan muiden äärimmäisten transneptunisten kohteiden kanssa, joiden ratojen outo klusteroituminen on aiemmin ollut yksi tärkeimmistä perusteluista Planeetta Yhdeksän -teorialle. Tämän vuoksi tutkijat uskovat, että kohde voi haastaa kyseisen hypoteesin olemassaolon perusteet.

Löytö tehtiin Cerro Tololo Inter-American Observatoryssa (CTIO) Chilessä, joka on yksi maailman johtavista tähtitieteellisistä havaintokeskuksista. Ratkaisevaa oli Dark Energy Camera (DECam), huipputekninen 570 megapikselin CCD-kamera, joka on asennettu observatorion 4-metriseen Blanco-teleskooppiin.

Todellinen valokuva otettuna CTIO-observatoriossa. kohde 2017 OF201 on osoitettu punaisilla viivoilla, muuta kohteet ovat taustatähtiä. Kuva (Cheng et al., arXiv, 2025).

DECam mahdollistaa laajojen taivaankartoitusten suorittamisen erittäin syvälle – aina himmeimpiin ja etäisimpiin havaittavissa oleviin kappaleisiin asti. 2017 OF201 havaittiin alun perin osana Dark Energy Survey -kartoitusta, ja sen liike paljastui vasta vuosien mittaan, kun useat havainnot yhdistettiin ja analysoitiin.

2017 OF201 kuuluu transneptunisten kohteiden luokkaan, mutta sen rata viittaa siihen, että se voi olla osa aiemmin tuntematonta, laajaa ja syrjäistä kappalepopulaatiota, jonka yhteismassa saattaa olla jopa 1 % Maan massasta.

Lisäksi sen poikkeava rata herättää kysymyksiä siitä, mitkä mekanismit ovat voineet ohjata sen nykyiselle radalleen, jos ei Planeetta Yhdeksän. Mahdollisia vaihtoehtoja ovat mm. varhaisen Aurinkokunnan häiriöt tai tähtienväliset kohtaamiset Auringon syntyvaiheessa.

Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) [2] on eteläisen pallonpuoliskon havaintotähtitieteen tukikohta, jonka teleskoopit, kuten Blanco ja useat SMARTS-laitteet, palvelevat sekä yksittäisiä tutkijoita että laajoja kansainvälisiä projekteja. DECam on erityisesti tunnettu kyvystään kartoittaa suuria taivaanalueita nopeasti ja tarkasti.

CTIO:n havaintokapasiteetti ja huippuluokan instrumentaatio ovat olleet keskeisessä roolissa useiden etäisten kohteiden löytämisessä – ja nyt myös 2017 OF201:n kaltaisten mahdollisten kääpiöplaneettojen havaitsemisessa.

2017 OF201 tarjoaa kiehtovan vilauksen Aurinkokunnan reuna-alueisiin, joiden tutkimus on edelleen lapsenkengissä. Se muistuttaa, kuinka paljon meillä on vielä opittavaa – ja kuinka pitkäjänteinen data-arkistojen käyttö voi tuottaa merkittäviä löytöjä vielä vuosienkin päästä.

Yksi himmeä piste vuosien takaisessa kuvassa voi avata oven kokonaan uuteen näkemykseen Aurinkokunnan rakenteesta.

Viiteet

[1] Tutkimusraportti julkaistiin arXiv -sivustolla 21.5.2025.

https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.15806

Se on myös saatavissa pdf-tiedostona.

[2] Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) on merkittävä tähtitieteellinen observatorio, joka sijaitsee Andien vuoristossa Pohjois-Chilessä, noin 2 200 metrin korkeudessa merenpinnasta. Observatorio on osa NOIRLabia (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory), jota hallinnoi yhdysvaltalainen NSF (National Science Foundation). CTIO on toiminut eteläisen pallonpuoliskon tähtitieteen keskuksena vuodesta 1960 lähtien.

Tärkeimmät teleskoopit CTIO:ssa

1. Víctor M. Blanco 4-metrinen teleskooppi

• Rakennettu 1974.
• Pitkään yksi suurimmista eteläisen taivaan optisista teleskoopeista.
• Käytössä mm. kosmologisiin kartoituksiin ja syvän taivaan kohteiden tutkimukseen.
• Tunnetaan erityisesti DECam-kamerastaan.

2. DECam (Dark Energy Camera)

• Asennettu Blanco-teleskooppiin.
• Yksi suurikenttäisimmistä ja herkimpiä CCD-kameroita maailmassa.
• Rakennettu Dark Energy Surveytä (DES) varten.
• Soveltuu loistavasti kaukaisten galaksien, supernovien ja transneptunisten kohteiden havaitsemiseen, kuten 2017 OF201.

3. SMARTS-teleskoopit

• Useita pienempiä teleskooppeja (0.9 m – 1.5 m), joita käytetään yhteiskäyttöisesti.
• Käytössä mm. tähtien fotometriaan, eksoplaneettojen etsintään ja pitkäaikaiseen seurantaan.

4. PROMPT (Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescopes)

• Robottiteleskooppijärjestelmä, jota käytetään mm. gamma-ray burstien ja muiden nopeasti muuttuvien kohteiden seurantaan.

CTIO:n sijainti tarjoaa erinomaiset havainto-olosuhteet:

• Kirkas, kuiva ja stabiili paikallinen ilmasto.
• Eteläinen sijainti mahdollistaa sellaisten kohteiden tarkkailun, joita ei voi havaita pohjoisen pallonpuoliskon observatorioista.
• CTIO on ollut mukana useissa kansainvälisesti merkittävissä tutkimushankkeissa, kuten:
• Dark Energy Survey (DES)
• COSMOS
• transneptunisten kohteiden kartoitukset

Vaikka osa havainnoista siirtyy uusille teleskoopeille kuten Vera C. Rubin Observatory:lle, CTIO jatkaa tärkeänä alustana sekä tähtitieteen tutkimukselle että instrumentaation kehitykselle.

Planeettajärjestelmä löydetty lähitähdeltä

Tiivistelmä

Astronomit ovat löytäneet planeettajärjestelmän Barnardin tähden kiertoradoilta, joka on lähin yksittäinen tähti Maahan nähden. Gemini North -teleskoopin ja MAROON-X-instrumentin avulla on löydetty todisteita neljästä Maata pienemmästä eksoplaneetasta, jotka kiertävät tätä punaista kääpiötähteä. Löytö sisältää pienimmän eksoplaneetan, joka on koskaan löydetty radiaalinopeustekniikalla, mikä on merkittävä edistysaskel pienempien planeettojen havaitsemisessa lähellä olevien tähtien kieertoradoilta.

Astronomit käyttivät radiaalinopeustekniikkaa havaitakseen Barnardin tähden hienovaraisen huojunnan, jonka aiheuttaa sen eksoplaneettojen gravitaatio. Yhdistämällä MAROON-X:n tietoja aiempiin tutkimuksiin he vahvistivat neljän kiviplaneetan olemassaolon, joista jokainen on noin 20 – 30 % Maan massasta ja kiertää hyvin lähellä tähteään.

Tämä löytö on läpimurto sadan vuoden etsinnän jälkeen planeettojen löytämiseksi Barnardin tähden ympäriltä, ja se korostaa uusien instrumenttien, kuten MAROON-X:n, tarkkuutta. Näiden pienempien eksoplaneettojen löytäminen voi tarjota näkemyksiä planeettojen muodostumisesta ja elinkelpoisuudesta.

 

Noirlab2510 – Science Release — National Science Foundation ja NSF NOIRLAbin operoimat tähtitieteilijät ovat löytäneet neljä Maata pienempää eksoplaneettaa, jotka kiertävät Barnardin tähteä [1]. Yksi planeetoista on vähiten massiivinen eksoplaneetta, joka on koskaan löydetty säteisnopeustekniikalla, mikä osoittaa uuden vertailuarvon pienempien planeettojen löytämiseksi läheisten tähtien ympärillä.

Havainnekuva Barnadin tähteä kiertävän eksoplaneetan pinnalta. Tähden neljä eksoplaneettaa ovat kaikki luultavasti kiviplaneettoja, joskaan täyttä varmuutta tutkimusten tässä vaiheessa ei ole. Kuva International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld.

Tähtitieteilijät ovat tutkineet jo vuosisadan ajan Barnadin tähteä toivoen löytävänsä planeettoja sen kiertoradoilta. Tähden havaitsi ensimmäisenä E. E. Barnard  Yerkesin Observatoriossa vuonna 1916. ja se osoittautui olevan Maata lähin yksittäinen tähtijärjestelmä [1]. Barnardin tähti on luokiteltu punaiseksi kääpiötähdeksi, jotka ovat hyvin pienimassaisia tähtiä.  Näillä tähdillä voi olla usein monia kiviplaneettoja kiertoradoillaan. Punaisia kääpiöitä on maailmankaikkeudessa hyvin paljon, ehkä enemmän kuin muita tähtiä yhteensä.

Tutkijat käyttivät MAROON-X instrumenttia, joka on suunniteltu erityisesti etsimään punaisten kääpiötähtien kiertoradoilla olevia eksoplaneettoja. MAROON-X on asennettu Gemini North teleskooppiin

MAROON-X metsästää eksoplaneettoja havaitsemalla tähtien säteisnopeutta, siis tähden vähäisen edestakaisen huojunnan. Huojunta aiheutuu eksoplaneettojen gravitaatiosta, kun järjestelmän massakeskipiste ei sijaitse tähden keskipisteessä.  Huojunta näkyy spektriviivojen vähäisenä Doplersiirtymänä sen mukaan, mihin suuntaa tähti on siirtymässä havaintosuuntamme suhteen. Kohti tuleva tähti lyhentää spektriviivojen aallonpituutta (sinisiirtymä) ja poispäin suuntautunut liike puolestaan pidentää aallonpituutta (punasiirtymä).

Kalibroituaan ja analysoituaan tarkasti 112 yön aikana kolmen vuoden aikana otettuja tietoja, tutkimusryhmä löysi vankat todisteet kolmesta Barnardin tähden ympärillä olevasta eksoplaneetasta, joista kaksi luokiteltiin aiemmin ehdokkaiksi. Tiimi myös yhdisti MAROON-X: n tiedot vuoden 2024 tietoihin tutkimuksesta, joka tehtiin ESPRESSO instrumentti Euroopan eteläisen observatorion (ESO) VLT observatoriossa Chilessä. Yhdistetyt tiedot vahvistivat neljännen eksoplaneetan olemassaolon.

“Se on todella jännittävä löytö — Barnardin tähti on kosminen naapurimme, ja silti tiedämme siitä niin vähän) sanoo Ritvik Basant, tohtoriopiskelija Chicagon yliopistossa ja tutkimusraportin ensimmäinen kirjoittaja, joka julkaistiin Astrophysical Journal Letters -tiedejulkaisussa. “Se merkitsee läpimurtoa edellisten sukupolvien uusien instrumenttien tarkkuudella”

Vasta löydetyt planeetat ovat mitä todennäköisimmin kiviplaneettoja. Tätä on kuitenkin vaikea varmuudella selvittää, sillä Maasta havaintosuunnan vuoksi planeetat eivät kulje tähden editse. Ylikulku on tavanomainen menetelmä eksoplaneettojen koostumuksen määrittämiseksi. Mutta muiden tähtien kiertoradoilla olevien samankaltaisten planeettojen tietojen avulla ryhmä pystyy tekemään parempia arvioita niiden ominaisuuksista. Tutkijoiden mukaan yksikään näistä uusista eksoplaneetoista ei sijaitse Barnadin tähden elokehällä.

Neljä planeettaa, joista kukin on vain noin 20 – 30% Maan massasta, ovat niin lähellä tähteään, että niiden kiertoajat ovat vain muutamien vuorokausien mittaisia. Neljäs planeetta on vähiten massiivinen planeetta, joka on tähän mennessä löydetty säteisnopeustekniikalla. Tiimi toivoo, että tämä käynnistää uuden aikakauden vähemmän massiivisten eksoplaneettojen etsimisessä.

Useimmat tähän mennessä löydetyt kiviplaneetat ovat paljon Maata massiivisempia, ja ne näyttävät olevan melko samanlaisia koko Linnunradassa. Mutta on syytä ajatella, että vähemmän massiivisilla eksoplaneetoilla on laajemmin vaihtelevia koostumuksia. Kun tutkijat löytävät enemmän niitä, he voivat alkaa kerätä lisää tietoa siitä, miten nämä planeetat muodostuvat ja mikä tekee niistä todennäköisesti elinkelpoisia olosuhteita.

MAROON-X on edelleen Gemini Northin vieraileva laitteisto. Koska se on erinomainen suorituskyky ja suosio käyttäjäyhteisön kanssa, sitä ollaan parhaillaan muuttamassa pysyvän laitoksen instrumentiksi.

 

Huomautuksia

[1] Meitä lähin tähtijärjestelmä on Proxima Centauri. Se on kolmesta toisiaan kiertävästä tähdestä koostuva järjestelmä.

Webb paljastaa uusia yksityiskohtia ja mysteerejä Jupiterin revontulessa

NASA/ESA/CSA weic2510 — Science Release

NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppi on taltioinut aurinkokuntamme suurimman planeetan revontulien uusia yksityiskohtia. Jupiterissa havaitut revontulet ovat satoja kertoja kirkkaampia kuin maapallolla. Webbin herkkyyden avulla tähtitieteilijät ovat tutkineet ilmiöitä ymmärtääkseen paremmin Jupiterin magnetosfääria.

Nämä havainnot Jupiterin revontulista (kuvassa vasemmalla) on otettu Webbin Near-InfraRed-kameralla (NIRCam) 25. joulukuuta 2023 (F335M-suodatin). Tutkijat havaitsivat, että kolmivetyionin emissio on paljon vaihtelevampaa kuin aiemmin on uskottu. H⁺₃ syntyy, kun korkeaenergiset elektronit törmäävät molekyylivetyyn. Koska tämä emissio loistaa kirkkaasti infrapunaisella aallonpituudella, Webbin instrumentit pystyvät havaitsemaan sitä. Oikealla olevassa kuvassa on Jupiter osoittamassa havaittujen revontulien sijaintia.

Kuva: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatory of Paris), Leigh Fletcher (University of Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI), J. Nichols (University of Leicester), M. Zamani (ESA/Webb).

 

Revontulet Jupiterissa syntyvät, kun korkeaenergiaiset hiukkaset pääsevät planeetan kaasukehään sen magneettinapojen lähelle ja törmäävät kaasuatomeihin. Paitsi että Jupiterin revontulet ovat valtavan kokoisia, ne ovat myös satoja kertoja energisempiä kuin Maassa. Täällä reposet johtuvat aurinkomyrskyistä, jolloin varautuneet hiukkaset törmäävät yläilmakehään, virittävät atomit ja saavat ne hehkumaan punaisen, vihreän ja violetin värejä.

Samaa tapahtuu Jupiterilla mutta siellä on lisälähde revontulille: kaasujättiläisen voimakas magneettikenttä nappaa ympäristöstään varautuneita hiukkasia. Tähän sisältyvät aurinkotuulen sisällä olevien varautuneiden hiukkasten lisäksi myös sen kiertävän kuun Ion vulkaanien avaruuteen heittämät hiukkaset. Ion tulivuoret sylkevät hiukkasia, jotka poistuvat kuun gravitaatiokentästä ja päätyvät kiertämään Jupiteria. Myös Auringon aurinkomyrskyjen aikana sinkoamat varautuneet hiukkaset saavuttavat planeetan. Jupiterin suuri ja voimakas magneettikenttä vangitsee varautuneita hiukkasia ja kiihdyttää niitä valtaviin nopeuksiin. Nämä nopeat hiukkaset ja energiset hiukkaset iskeytyvät planeetan ilmakehään, mikä virittää kaasun atomit ja virityksen purkautuessa vapautuva energia näkyy revontulina.

Nyt Webbin ainutlaatuiset kyvyt tarjoavat uusia oivalluksia Jupiterin revontulista. Teleskoopin herkkyyden ansiosta tähtitieteilijät voivat käyttää lyhyempiä valotusaikoja nopeasti vaihtelevien revontulien piirteiden havaitsemiseksi. Webb:n avulla Jonathan Nicholsin johtama tutkijaryhmä (Leicesterin yliopistosta Iso-Britanniast keräsi uutta tietoa Near-InfraRed Camera (NIRCam) joulupäivänä 2023.

“Mikä joululahja se olikaan - se hämmästytti minut!” jaettu Nichols. “Halusimme nähdä, miten nopeasti revontulet vaihtuvat, ja odotimme, että ne hupenevat ja sammuvat hitaasti, ehkä noin varttitunnin aikana. Sen sijaan havaitsimme koko revontulialueen pörräävän ja poksahtelevan valossa, joka vaihteli joskus sekunnin välein”.

Tutkimusryhmän tiedot havaitsivat, että kolmeprotonisen vetyionin (H⁺₃), emissio on paljon vaihtelevampi kuin aiemmin uskottiin. Havainnot auttavat kehittämään tutkijoita ymmärtämään, miten Jupiterin yläilmakehä lämmitetään ja jäähdytetään. 

Tutkimusryhmä paljasti myös joitakin selittämättömiä havaintoja tiedoissaan.

“Mikä teki näistä havainnoista vieläkin erikoisempia, on se, että otimme myös samanaikaisesti ultravioletti kuvia Hubble Space Teleskooppilla” lisäsi Nichols. "Outoa kyllä, Webbin havaitsemalla kirkkaimmalla valolla ei ollut vastinetta Hubblen kuvissa. Tämä on jättänyt meidät raapimaan päätämme. Jotta sekä Webbin että Hubblen havaitsema kirkkausyhdistelmä syntyisi, tarvitaan ilmeisesti mahdoton yhdistelmä, jossa ilmakehään osuu suuria määriä hyvin matalaenergisiä hiukkasia! Emme vieläkään ymmärrä, miten tämä tapahtuu."

Ryhmä aikoo nyt tutkia tätä eroa Hubblen ja Webbin tietojen välillä ja tutkia laajempia vaikutuksia Jupiterin ilmakehään ja avaruusympäristöön. He aikovat myös seurata tätä tutkimusta lisää Webb-havaintoja, joita he voivat verrata NASAn Juno-avaruusaluksen tietoihin selvittääkseen paremmin arvoituksellisen kirkkaan emission syytä. Nämä oivallukset voivat myös tukea Euroopan avaruusjärjestön Jupiter Icy Moons Exploreria (Juice), joka on matkalla Jupiteriin tekemään yksityiskohtaisia havaintoja jättimäisestä kaasuplaneetasta ja sen kolmesta suuresta valtamerellistä kuusta: Ganymedes, Callisto ja Europa. Nämä lähimittaukset auttavat meitä ymmärtämään, miten planeetan magneettikenttä ja ilmakehä ovat vuorovaikutuksessa, sekä Ion ja muiden kuiden varautuneiden hiukkasten vaikutusta Jupiterin ilmakehään.

Tulokset tutkimuksista julkaistiin 12. toukokuuta 2025 Nature Communications -verkkojulkaisussa (vapaasti luettavassa).

 

Lisätietoja

Webb on NASAn, ESAn ja Kanadan avaruusjärjestön (CSA) kansainvälisen kumppanuusohjelman toistaiseksi suurin avaruusteleskooppi.