Missä ovat Etelämantereen rautameteoriitit?

Etelämantereen Transarktiset vuoret
on erinomainen paikka löytää jäätikölle
pudonneita meteoriitteja.
Kuva Wikimedia Commons.

Kuten tunnettua, Etelämanner on loistava paikka etsiä meteoriitteja. Tutkijat tekevätkin vuosittain meteoriittien etsintäretkiä alueille joissa virtaava jää päätyy loukkuun vuorta vasten. Jääpeite ei kuitenkaan vanhennu vaan haihtuu ja samalla jäätikön mukanaan tuomat meteoriitit paljastuvat. Niitä on helppo poimia jäätiköltä.

Kun kerättyjä meteoriitteja on kertynyt nyt jo merkittäviä määriä^[1], on käynyt yhä selvemmäksi, että jotakin on vialla. Rautameteoriitit ovat selvästi aliedustettuja, sillä niitä on vain 0,7 % kun muualta kerätyistä meteoriiteista niitä on peräti 5,5 %. Missä ratameteorit ovat, miksi ne näyttävät katoavan.

Manchesterin yliopistossa työskentelevä matemaatikko, tutkija ja Etelämanner-retkikunnan johtaja Geoffrey Evat on kuitenkin mielestään löytänyt hyvän selityksen ilmiölle. Rautameteoriitit aivan samalla tavalla kuin kivisetkin pudottuaan Etelämantereen jäätikölle hautautuvat vuosisadoiksi tai tuhansiksi lumeen ja jäähän. Tänä aikana jäätikkövirta vie ne ablaatiovyökykkeelle^[2], jossa kiviset meteoriitit päätyvä jään pinnalle.

Rautameteoriitit lähestyvät pintaa jääpeitteen haihtuessa, mutta parisen kymmentä senttiä jään alla alkaa tapahtua. Rautameteorit

keräävät jään läpi Auringon lämpösäteilyä, lämpiävät ja sulattavat juuri sen verran jäätä altaan, että se korvaa jään haihtumisesta aiheutuneen nousun. Toisin sanoen, ratameteoriitit piilottelevat jäätikön pinnan alla. Tutkijoiden tarvitsee vain ottaa uudeksi työkalukseen metallinilmaisimet ja valtava määrä rautameteoriitteja odottaa noutajaansa.

Huomautukset

[1] Kaikista kerätyistä meteoriiteista 2/3 on peräisin Etelämantereelta.

Rautameteoriitissa näkyy ablaation
jäljet kuoppaisessa mutta muutoin
sileässä pinnassa.
Kuva Wikimedia Commons.

[2] Ablaatio on hieno termi sille, että jää haihtuu vesihöyryksi ilman, että jää sulaa vedeksi. Näin tapahtuu, vaikka lämpötila olisi miinuksella, kunhan ilma sen yläpuolella on riittävän kuivaa. Ja Etelämantereen olosuhteissa näin on.

Ablaatio tarkoittaa myös meteoroidin syöksyessä maapallon ilmakehään sen pinnan höyrystymistä kuuman, useiden tuhansien asteiden lämpötilaisen ilman kuumentaessa meteoroidin pintaa.

Merkittävä havainto Etelämantereella

Etelänapakaukoputki.
Kuva Daniel Luong-Van/University
of Chicago.

Chicacon yliopistossa työskentelevän John Carlstrom johtama tutkimusryhmä on tehnyt merkittävän havainnon Etelämnterella sijaitsevalla Etelänapa kaukoputkella (South Pole Telescope). Tutkimusryhmä havaitsi kosmisesta mikroaaltotaustasäteilystä[1] kiertynyttä polarisaatiota eli ns. B-moodia. 

Mikroaaltotaustasäteily on polarisoitunutta, joka johtuu fotonien ja elektronien vuorovaikutuksesta. Ilmiö on siis hieman samanlainen kuin valon sirottuessa (heijastuessa) järven tai auton konepellin pinnasta. Taustasäteilyn polarisaatio havaittiin ensikerran noin kymmenen vuotta sitten. Kyseessä oli kuitenkin ns. E-moodin polarisaatio, joka on helpommin havaittavissa kuin B-moodin polarisaatio.

B-moodin polarisaation syntyminen ei ole aivan yhtä suoraviivainen kuin E-moodin polarisaatio. B-moodi syntyy, kun E-moodin[2] polaroima taustasäteilyn valon reitti taipuu gravitaatiolinssien[3] vaikutuksesta. Polarisaatiokartoituksilla tutkijat kykenevät määrittämään maailmankaikkeuden massajakaumaa, pimeää ainetta jne. 

B-moodin yksi tärkeimmistä tutkimuskohteista on alkuräjähdyksen aikaisen inflaation tutkiminen. Kosminen mikroaaltotaustasäteily sisältää pienen osan tältä kaudelta olevaa B-moodin polarisaation omaava säteilyä. Inflaatiota voidaan tutkia, jos gravitaatiolinssien aikaansaamaa B-moodin polarisaatio on tunnettu ja voidaan poistaa havainnoista. Gravitaatiolinssien aikaansaama B-moodi on siis kohinaa inflaation B-moodin datassa.

B-moodi syntyi inflaation aikana voimakkaiden gravitaatioaaltojen kulkiessa silloisen maailmankaikkeuden läpi. Gravitaatioaallot taivuttivat voimakkaasti aika-avaruutta ja jättivät jälkensä sähkömagneettiseen säteilyyn kiertyneenä polarisaationa. 

Inflaatiokauden B-moodi on toistaiseksi ainoa tapa kerätä tutkimusaineistoa tästä ainutkertaisesta tapahtumasta. Tulosten myötä saadaan tieteellistä näyttöä inflaation olemassa olosta mutta myös siitä, että mikä inflaatiomalli on toimivin ja sopii havaintoihin. Myös korkeiden energiatilojen tieteellinen tutkimus hyötyy havainnoista.

Huomautukset

[1) Kosminen mikroaaltotaustasäteily syntyi noin 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, kun maailmankaikkeuden lämpötila oli laajentumisen seurauksena pudonnut noin 3000 K lämpötilaan. Tällöin elektronit pystyivät asettumaan atomiytimien orbitaaleille, jolloin kaikesta aineesta tuli sähköisesti neutraalia.  Tällöin sähkömagneettinen säteily pääsi leviämään kaikkialle maailmankaikkeuteen. Säteilyn aallonpituus on kasvanut maailmankaikkeuden laajentuessa ja nykyisin voimme havaita tämän saman säteilyn noin 2,7 K lämpötilaisena mikroaaltotaustasäteilynä.

[2] E-moodi syntyy, kun kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn fotonit sirottuvat maailmankaikkeudessa vapaiden elektronien muodostamasta elektronikaasusta. Elektronikaasun tiheys on (luonnollisesti) hyvin pieni, joten polarisaationkin osuus kokonaisvuosta jää suhteellisen vähäiseksi.

[3] Kosmiset gravitaatiolinssit ovat galaksijoukkojen (klustereiden) aikaansaamia aika-avaruuden taipumia, jotka näkyvät valon kulkureitin muuttumisena hieman samaan tapaan kuin se tapahtuu optisessa linssissä. Gravitaatiolinssin ominaisuudet ovat samankaltaisia optisten linssien kanssa, sillä ne voivat kirkastaa vielä kauempana olevan kohteen (yleensä kvasaarin) kuvaa ja usein myös muodostaa useampia kuvia samasta kohteesta.