Bolidit ovat yleisiä ilmiöitä

Vuosina 1994–2013 infraäänien perusteella havaitut bolidit.
Kuva Nasa.

Nasan Near-Earth Object Program –kartoitus on paljastanut, että bolidit ovat luultua yleisempiä. Bodileja pidetään harvinaisena lähinnä sen vuoksi, että yksi havaitsija tai alueellisesti rajallisella alueella (esimerkiksi Suomessa) niitä nähdään harvakseltaan. Tavallisesti niistä kerrotaan parisen kertaa vuodessa niissä tapauksissa joissa nähty ilmiö on ollut merkittävän kirkas.

Nasan tekemässä tutkimuksessa paljastu, että kahden vuosikymmenen aikana (1994–2013) maapallon ilmakehään syöksyi kaikkiaan 556 meteoroidia, jotka aiheuttivat merkittävän bolidin. Tutkimus ei käsittänyt alle 1 metrin kokoluokkaa olevia meteoroideja, sille ne eivät paljastu tutkimusmenetelmässä. Tutkimus tehtiin Yhdysvaltain ilmakehän infraääniä havaitsevan mikrofoniverkoston avulla.

Tutkimuksen vähäisimmät meteoroidit vapauttivat energiaa noin 1 GJ (gigajoulea) [1] verran. Oheisen kaavion täplien koko kertoo vapautuneen energiamäärän GJ:na [2]. Tutkimusjakson merkittävin tapahtuma oli Tšeljabinskin kaupungin läheisyydessä tapahtunut noin 20 metrisen meteoroidin tuhoutuminen syvällä ilmakehässä helmikuun 15. päivänä 2013. Tässä törmäyksessä vapautui arviolta noin 500 000 TNT tonnin edestä energiaa.

Nasan tekemän kartoituksen mukaan maapallon läheisyydessä kiertää vähintään 1000 yli kilometrin kokoista ja silmällä pidettävää asteroidia, joiden rata saattaa jonakin päivänä tuoda ne törmäyskurssille maapallon kanssa. Nasa arvio tuntevansa niiden radat noin 96 % koko populaatiosta. Kilometrin kokoluokan asteroidi voi aiheuttaa jo merkittävää tuhoa törmätessään maapalloon minne tahansa.

Uusimmassa kartoitusohjelmassa Nasa pyrkii selvittämään 90 % yli 140 metristen asteroidien radat. Karkea arvio niiden märästä liikkuu noin 30 000 tietämillä. Pienimmätkin tästä ryhmästä ovat sen verran kookkaita, että tuhoalue on vähintään paikallinen. Törmäävän asteroidin tuhovaikutus kasvaa koon kuution (potenssin 3) ja nopeuden neliön (potenssin 2) mukaisesti. Suurinta tuhoa globaalisti saa aikaan asteroidi, joka törmää valtameriin ja aiheuttaa korkean tsunamin.

Paikalliseen merkittävään tuhovaikutukseen vaikuttaa myös törmäävän meteorin materiaali. Yleensä kivestä ja jäästä muodostuneet alle 50 metriset meteoroidit tuhoutuvat ilmakehässä, jolloin tuhovaikutus syntyy yliäänen nopeudella ilmakehän läpisyöksyvän kappaleen aiheuttamasta paineiskusta. Näin tapahtui juuri Tšeljabinskissä. Jos törmäävä kappale on rautaa tai rautaa ja kiviainesta sisältävää pallasiittia, jo noin 50 metrin kokoinen kappale saa aikaan merkittävän kraatterin. Näin tapahtui noin 50 000 vuotta sitten Arizonassa, johon syntyi noin 1,2 km kokoinen törmäyskraatteri. Törmäyksessä vapautui laskelmien mukaan noin 10 megatonnin  TNT-räjähteen energia.

Maapallolta tunnetaan arviolta noin 160 törmäyskraatteria. Niiden koko ja havaittavuus vaihtelee merkittävästi, sillä sääilmiöt ja mannerliikunnot rapauttavat ja hävittävät kraattereita. Suomesta tunnetaan 13 törmäyskraatteria. Noin puolet Suomen pinta-alasta, lähinnä Itä-Suomesta ja Lapista, on edelleen tutkimatta. Tutkimattomilla alueilla varmasti sijaitsee tunnistamattomia törmäyskraattereita, mutta ne ovat voineet muuttua lähes tunnistamattomiksi jääkausien vaikutuksesta.

Suomea lähin ja ehkä uusin törmäyskraatteri Virossa Saarenmaalla oleva Kaali, joka syntyi noin 4 000 vuotta sitten. Kokoa kraatterilla on noin 100 metriä ja se on aiheuttanut ilmakehässä pirstoutunut rautameteoriitti. Pää- ja sivukraattereista löytynyt rauta on käytetty jo historiallisena aikana ja nykyisin vain hyvin pieniä rauta-nikkeliseosta sisältäviä kappaleita on pystytty alueelta löytämään.

Huomautukset

[1] 1 GJ vastaa suunnilleen 5 tonnia TNT-räjähdettä.

[2] GJ muuttaminen TNT-räjähteen määräksi voi tehdä extrapoloimalla seuraavasti: 100 GJ = 300 tonnia, 10 TJ (10 000 GJ) = 18 000 tonnia ja 1 PJ (1 000 000 GJ) = 1 000 000 tonnia TNT:tä. Luvut ovat pyöristettyjä.

Ei jälkeäkään KIII-sivilisaatiosta

Kaukaisessa avaruudessa, sen viimeisen korpimaan toisella
puolella, voi asustaa supersivilisaatio, joka käyttää energiaa
saman verran kuin mitä galaktinen superklusteri voi tuottaa.
Kuva  ESA/Hubble & NASA/ Josh Barrington.

Penn State yliopiston tutkijat ovat kartoittaneet 100 000 galaksia, etsien merkkejä teknisestä supersivilisaatiosta, joka tunnetaan KIII- tai Kardashev’in tyypin III sivilisaationa. Tutkijat käyttivät kartoitukseen Nasan WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) avaruuskaukoputkea, joka havaitsee galaksien säteilemää infrapunaista valoa.

Kuinka infrapunainen valo voi paljastaa supersivilisaation? Kaikki perustuu eri kehitysasteilla olevien sivilisaatioiden käyttämään energian määrää.

Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan käytetty energia muuttuu lämmöksi, joten jos teknisesti kehittynyt supersivilisaatio käyttää runsaasti energiaa, sen pitäisi näkyä galaksien ylimääräisenä lämpösäteilynä.

Ajatus sivilisaatioiden luokittelusta niiden käyttämän energian perusteella on peräisin vuodelta 1964, jolloin venäläinen astrofyysikko Nikolai Semjonovitš Kardašev (s. 1932) julkaisi aiheesta tutkielman^[1].  Hän määritteli sivilisaatiot kolmeen ryhmään:

Tyyppi I tuottaa käyttämänsä energia pääosin ydinfuusiolla. Kardashevin alkuperäisen määritelmän mukaan energian tuottoteho olisi tällöin 4×10¹² W ja tarvittava vetymäärä olisi noin 9×10⁹ kg vuodessa. Tarvittava vetymäärä saattaa tuntua suurelta, mutta vetyä maapallolla riittää. Kuutiokilometri (meri)vettä sisältää 10¹¹ kg vetyä ja maapallolla on 1,3×10⁹ km³ vettä. Näin ollen tyypin I energiatuotantoa ihmiskunta voisi pitää yllä ainakin kymmenkunta miljardia vuotta.

Maapallon vastaanottaman auringonsäteilyn teho on 174×10¹⁵ W (342 W/m²), joka on alkuperäistä Kardashevin energiatuotantorajaa merkittävästi suurempi. Lisäksi maapallon satelliittiradalle voitaisiin varustaa energia keräävien satelliittien verkosto, jonka kokoama energia siirrettäisiin maapallolle mikroaaltoteknologiaa hyväksi käyttäen. Näin ollen ihmiskunnalla on saatavissa merkittävät energiavarat, joiden turvin tyypin I sivilisaatio voitaisiin luoda.

Dysonin pallo koostuisi hirvittävästä määrästä energiaa
keräävistä satelliiteista. Kuva Wikimedia Commons.

Tyyppi II sivilisaatiot käyttävät energiaa Auringon säteilyteholla, siis noin 4×10²⁶ W. Näin suuren energiamäärän käyttäminen edellyttäisi, että keskustähden kaikki energia saataisiin kerättyä hyötykäyttöön. Teknisesti tämä voitaisiin tehdä siten, että tähden ympärille rakennettaisiin Freeman Dysonin (s. 1923) pallo energiaa keräävistä satelliiteista. Teoreettisesti Dysonin pallo olisi rakennettavissa, mutta käytännössä tekniset ongelmat estävät sen.

Energialähteenä voisi tietysti käyttää muitakin lähteitä kuin keskustähteä. Vaihtoehtoinen energialähde olisi esimerkiksi pyörivä musta aukko tai teollisessa toiminnassa syntynyttä antimateriaa.

Tyyppi III sivilisaatiot käyttävät energiaa koko galaksin verran, eli noin 4×10³⁷ W teholla. Koko galaksin tuottaman energian talteen ottaminen voi olla teknisesti mahdotonta, mutta supermassiivinen musta aukko tai kvasaarien emittoima energia voisi tällaiselle sivilisaatiolla olla oiva energianlähde.

Kardashevin asteikko ei sisällä tyypin 0 sivilisaatioita, mutta ryhmitys on ekstrapoloitavissa tähän suuntaan. Ihmiskunta voitaisiin näin ollen luokitella tyypin 0 sivilisaatioksi. Tunnettu fyysikko Michio Kaku (s. 1947) pitää mahdollisena, että ihmiskunta saavuttaa tyypin I tason 100–200 vuoden kuluessa. Tyypin II taso saavutetaan muutamassa tuhannessa vuodessa ja tyyppi III 100 000 – 1 000 000 vuodessa.

Astronomi Carl Sagan (1934–1996) puolestaan on kehittänyt matemaattisen kaavan, joka perusteella voidaan määrittää Kardashevin luokituksen mukainen sivilisaation taso desimaalilukuna. Saganin kaavalla laskettuna ihmiskunnan taso oli vuonna 2012 noin 0,724.

Sivilisaation siirtyessä tyypistä 0 tyyppiin I liittyy riski, että populaatio kasvaa planeetan kantokyvyn yli. Tällöin talousjärjestelmät, tuotanto ja populaationmäärä romahtavat tai jopa tuhoutuu täysin. Skenaario tunnetaan Malthusialaisena katastrofina 1700-luvulla eläneen väestötieteilijä Thomas Robert Malthusin (1766–1834) mukaan.

Kardashevin luokittelu on innostanut muitakin tutkijoita jo mainittujen Kakun ja Saganin lisäksi muokkaan siitä omat versionsa. Näitä jatkokehittelymalleja on ainakin viisi (+2) erilaista. Serbialainen tähtitieteilijä Milan Ćirković (s. 1971) on esittänyt, että tyyppi IV olisi sivilisaatio, jonka energiakäyttö olisi samaa luokkaa kuin koko galaksien superjoukon tuottama energia.

Yhteistä luokittelumalleille Kardashevin luokittelun kanssa on se, että kaikki edellyttävät sivilisaation muistuttavan meitä energian käytön ja kasvuun suuntautuneella kehityksellään. Vaikka oletus saattaa tuntua varsin ihmiskeskeiseltä, niin maailmankaikkeuden ikä ja galaksien määrä mahdollistaisi monen omamme kaltaisen ekpansiivisen kulttuurin olemassa olon rajalliseen ja tasapainoiseen kehittymiseen suuntautuneiden kulttuurien lisäksi.

Huomautukset

[1] Kardashev, Nikolai (1964). "Transmission of Information by Extraterrestrial Civilizations". Soviet Astronomy 8: 217.