Uudet ja selkeimmät kuvat Neptunuksen renkaista vuosikymmeniin

 NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppi on kuvannut Neptunusta ja sen renkaita. Webb ei ole ainoastaan tallentanut selkeimmän kuvan tämän planeetan renkaista yli 30 vuoteen, vaan sen kamerat paljastavat myös jääjättiläisen aivan uudessa valossa.

Near-Infrared Camera (NIRCam) -kuvassa näkyvät Neptunuksen kuut on merkitty. Neptunuksella on 14 tunnettua satelliittia, joista seitsemän näkyy tässä kuvassa.
Triton, kirkas valopiste tämän kuvan vasemmassa yläkulmassa, on kirkkaampi kuin Neptunus, koska metaanin absorptioaallonpituudet pimentävät planeetan ilmakehää. Triton heijastaa keskimäärin 70 prosenttia siihen osuvasta auringonvalosta. Tritonin, joka kiertää Neptunusta taaksepäin suuntautuvalla kiertoradalla, epäillään alun perin olleen Kuiper-vyön objekti, jonka Neptunus on kaapannut. Kuva ESA

Kaikkein silmiinpistävin Webbin uudessa kuvassa on terävä näkymä planeetan dynaamisista renkaista – joista osaa ei ole nähty Voyager 2:n ohilennon jälkeen vuonna 1989. Useiden kirkkaiden kapeiden renkaiden lisäksi Webb-kuvissa näkyy selvästi himmeämpi pölynauha. Webbin äärimmäisen vakaa ja tarkka kuvanlaatu mahdollistaa myös näiden erittäin heikkojen renkaiden havaitsemisen niin lähellä Neptunusta.

Neptunus on kiehtonut ja hämmentänyt tutkijoita sen löytämisestä vuonna 1846. Neptunus sijaitsee 30 kertaa kauempana Auringosta kuin Maa. Tällä äärimmäisellä etäisyydellä Aurinko on niin pieni ja himmeä, että keskipäivä Neptunuksella on samanlainen kuin hämärä maapallolla.

Kaasujättiläisiin, Jupiteriin ja Saturnukseen verrattuna, jääjättiläinen Neptunus sisältää paljon vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita. Tämä näkyy helposti Neptunuksen tunnusomaisessa sinisestä väristä NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin kuvissa näkyvillä aallonpituuksilla. Sininen värisävy aiheutuu kaasumaisesta metaanista planeetan ilmakehässä. Metaani imee itseensä näkyvästä valosta kaikki muut aallonpituudet mutta sinisen se heijastaa pois.

Webbin lähi-infrapunakamera ( NIRCam ) kaappaa kohteet lähi-infrapuna-alueella 0,6 – 5 mikrometriä, joten Neptunus ei näytä siniseltä Webbille. Itse asiassa metaanikaasu imeytyy niin voimakkaasti, että planeetta on melko tumma Webbin käyttämillä aallonpituuksilla paitsi siellä, missä on korkeita pilviä. Tällaiset metaani-jääpilvet näkyvät kirkkaina juovina ja täplinä, jotka heijastavat auringonvaloa ennen kuin metaanikaasu imee sen. Muiden observatorioiden kuvat ovat tallentaneet nämä nopeasti kehittyvät pilviominaisuudet vuosien varrella.

Tässä Webbin Near-Infrared Camera (NIRCam) -kuvassa näkyy Neptunus-järjestelmä yhdessä satojen kooltaan ja muodoltaan vaihtelevien taustagalaksien kanssa. Tämän kuvan vasemmassa alareunassa on hieno spiraaligalaksi. Tutkijat sanovat, että tätä galaksia ei ole aiemmin tutkittu yksityiskohtaisesti. Galaksi on noin 1 200 miljoonan valovuoden etäisyydellä. Tutkijat aikovatkin tehdä lisää havaintoja tästä galaksista samoin kuin Neptunuksestakin. Kuva ESA.

Hienovaraisemmin planeetan päiväntasaajaa kiertävä ohut kirkas viiva voisi olla visuaalinen tunnus globaalista ilmakehän kierrosta, josta Neptunuksen tuulet ja myrskyt saavat voimansa. Ilmakehä laskeutuu ja lämpenee päiväntasaajalla ja siten hehkuu infrapuna-aallonpituuksilla enemmän kuin ympäröivät, viileämmät kaasut.

Neptunuksen 164-vuotinen kiertorata tarkoittaa, että sen kuvan yläosassa oleva pohjoisnapa ei näy kuvissa, mutta Webb-kuvat viittaavat erityiseen kirkkauteen tällä alueella. Webbin näkemyksen mukaan aiemmin tunnettu pyörre etelänavalla on ilmeinen, mutta Webb on ensimmäistä kertaa kuvannut sitä ympäröivän jatkuvan pilvinauhan.

Webb tallensi myös seitsemän Neptunuksen 14 tunnetusta kuusta. Tätä kuvaa Neptunuksesta hallitsee erittäin kirkas valopiste, jossa on tunnusomaiset diffraktiopiikkit, jotka näkyvät monissa Webbin kuvissa; se ei ole tähti, vaan Neptunuksen suurin kuu, Triton.

Tritonin pinnan peittää jäätynyt typpi, jonka vaikutuksesta kuu heijastaa keskimäärin 70 prosenttia siihen osuvasta auringonvalosta. Se ylittää Neptunuksen kirkkauden, koska planeetan ilmakehä on pimentynyt Webbin aallonpituuksilla tapahtuvan metaanin absorption vuoksi. Triton kiertää Neptunusta yleistä kiertosuuntaa päinvastaisesti, mikä saa tähtitieteilijät spekuloimaan, että tämä kuu oli itse asiassa Kuiperin vyöhykkeen objekti, jonka Neptunus on kaapannut. Lisää Webb-tutkimuksia sekä Tritonista että Neptunuksesta suunnitellaan ensi vuonna.

Katsele ja havaitse Saturnusta

Saturnus harrastajakaukoputkella
valokuvattuna. Kuva Kari A. Kuure

Loppukevään tähtitaivas ei enää juurikaan salaisuuksiaan paljasta. Vaalenevat yöt peittävät kirkkaudellaan himmeät tähtitaivaan kohteet. Ainoastaan kirkkaat kohteet voivat näkyä vaalealla yötaivaalla. Onneksi siellä on yksi huomattava ja suurella mielenkiinnolla havaittu planeetta  –  Saturnus!

Saturnus oli oppositiossa huhtikuun 28. päivänä. Se merkitsee sitä, että planeetta on näkyvissä koko yön. Tilanne jatkuu samanlaisena aina kesäkuulle asti. Silloin Saturnus laskee horisontin alapuolelle juuri ennen auringonnousua. Iltataivaalla planeetta on näkyvissä aina lokakuun loppupuolelle asti. Vasta marraskuun puolivälissä se laskee auringonlaskun aikaan. Syyspuolella vuotta Saturnus on näkyvissä jälleen aamutaivaalla marraskuun alusta lähtien.

Saturnuksen renkaat ovat komea näky millä tahansa kaukoputkella. Parhaimmillaan ollessaan ne ovat meille näkyvissä suuressa kulmassa. Tämä vuosi on sellainen; näemme renkaat pohjoisen puolta. Näky on niin komea, että tähtitornin yleisönäytöksissä wau-refleksi esiintyy useammin kuin kerran illan aikana. Wau-refleksi esiintyy ensikertalaisen Saturnuksen katselijan keuhkojen, äänihuulten, alaleuan ja silmän täysin hallitsemattomasta yhteistoiminnasta. Refleksi voi esiintyä myös kokeneemmilla tähtiharrastajilla, etenkin silloin kun havaintokeli ja läpinäkyvyys ovat erinomaisia, jolloin kaukoputkessa voidaan käyttää suurta suurennusta.

Tässä artikkelissa en edes yritä kuvata sitä ihmeellistä fiilistä, mikä seuraa Saturnuksen omin silmin koettua näkemistä. Voin vain vakuuttaa, että se on yllättävää ja hienoa. Niinpä, jos ette ole koskaan Saturnusta nähneet omin silmin kaukoputkella, niin nyt jos koskaan se kokemus tulisi hankkia.

Saturnus kiertää Auringon kerran 29,4 vuodessa. Yhden kierroksen aikana näemme renkaat yhden kerran pohjoispuolelta ja yhden kerran eteläpuolelta. Renkaiden avautumiskulma (eli kulma missä ne näemme) on maksimissaan noin 26,7°. Aivan tarkkaan ottaen näkemiskulma voi hieman poiketa tästä, sillä mainittu luku on renkaiden kaltevuuskulma Saturnuksen ratatasoon nähden ja Saturnuksen rata on Maan ratatasoon (ekliptika) nähden 2,49° kallellaan. Karkeasti ottaen, renkaat voivat olla enimmillään noin 28° ”auki”.

Yhden Saturnuksen vuoden aikana näemme renkaat kahdesti täysin sivulta. Itse asiassa täysin sivulta näkymisiä voi esiintyä jopa useampia kertoja, sillä maksimissaan sivulta näkyminen voi esiintyä jopa kolmen sarjoina kuten vuosina 19950–96. Sarja johtui siitä, että Saturnus oli opposition läheisyydessä renkaiden sivulta näkymisen aikaan. Tällöin Saturnuksen ja maapallomme keskinäinen ratadynamiikka kuljetti meidät kolme kertaa rengastason poikki muutaman kuukauden välein.

Koska Saturnuksen kiertoaika on liki 30 vuotta, se merkitsee sitä, että noin 15 vuoden kuluttua tilanne toistuu. Seuraavan kerran mentiin rengastason läpi vuonna 2009, tosin silloin vain yhden kerran. Tulevaisuudessa vasta vuonna 2025 kuljemme rengastason poikki ja renkaat katoavat näkyvistä muutaman vuorokauden ajaksi maaliskuun lopulla ja marraskuun alkupuolella. Tällä kertaa siis vain kaksi rengastason läpäisyä.

Samasta, noin 15 vuoden syklistä johtuu renkaiden näkyminen leveänä tai avoimena. Näin tapahtui vuosina 2002–2003 ja seuraavan kerran vuonna 2017. Tällöin Saturnus on kuitenkin tähtitaivaan eteläisellä pallonpuoliskolla, joten sen näkyminen ei ole kovinkaan hyvä: alkuvuodesta aamuhämärissä ja loppuvuodesta iltahämärässä parin tunnin ajan ennen auringonnousua tai sen jälkeen. Tästä syystä juuri tämä vuosi olisi hyvä käyttää Saturnuksen havaitsemiseen, sillä sen suunta tähtitaivaalla on kohti etelää ja sen näkymisaika lyhenee voimakkaasti lähivuosina.

Niin ja ne renkaat...

Cassin-luotaimen valokuvvamat renkaat. Värikoodaus
ilmentää renkaan kappalekokoa. Kuva Nasa.

Cassini-luotaimen lähettämien tietojen perusteella tiedämme renkaiden muodostuvan suurimmaksi osaksi vesijäästä. Leveyttä renkailla on liki 60 000 km mutta paksuutta (se on hieman vaikeasti määriteltävissä) muutama kymmenen metriä, ehkäpä noin 20 metriä. Kappalekoko vaihtelee renkaissa alueittain mutta suurimmaksi osaksi ne ovat alle nyrkin kokoisia kappaleita. Pienimmät kappaleet ovat aivan hienojakoista jääkidettä ja suurimmat kappaleet (jälleen vaikeasti määriteltävissä) henkilöauton kokoluokkaa.

Renkaat eivät ole homogeenisia, vaan niiden kappalekoossa on merkittäviä poikkeavuuksia toisistaan. Lisäksi osarenkaiden pysyvyydessä ja uudistumisessa on eroja. Tuoreitten tutkimusten mukaan renkaat uusiutuisivat kappaleiden keskinäisistä törmäyksistä, mutta myös ulkopuolelta tulevien meteoroidien törmäysten vaikutuksesta. Lisäksi renkaissa olevat kappaleet muodostavat löyhiä kasautumia tai jonomaisia muodostelmia, joiden ikä saattaa vaihdella merkittävästi. Kasaumia ja kapplejonoja syntyy ja hajoaa kaiken aikaa.