Cassini syöksyy Saturnukseen

Havainnekuva Cassiniluotaimesta Saturnusta kiertävällä
radalla. Kuva NASA.

NASAn pitkäaikainen Saturnus-luotain Cassini on tullut tehtävänsä päätökseen. Se on tehnyt monia uusia havaintoja mutta nyt sen käytettävissä oleva ajoaine on loppunut ja NASAn tutkijat ovat ohjanneet sen Saturnuksen ilmakehään vievälle radalle. Syöksy ilmakehään tapahtuu suurella 31 km/s nopeudella, joten luotain ei saavuta kovin syviä kerroksia Saturnuksen ilmakehässä ennen tuhoutumistaan.

Luotaimen ohjaamiseen käytettävän ajoaineen viimeiset rippeet käytetään luotaimen pääantennin pitämiseen Maahan suunnattuna mahdollisimman pitkään. Aluksi ohjainraketit toimivat vain 10 % teholla mutta tehoa joudutaan lisäämään sitä mukaa mitä syvemmälle Saturnuksen ilmakehää luotain etenee. Lopulta saavutetaan 100 % teho ja sen jälkeen ilman vastus kääntää luotain kääntyy ja radioyhteys katkeaa.

Cassinin reitti tuhoutumiseen päätyvälla radalla Saturnuksen
ilmakehässä. Kuva NASA.

NASA odottaa radioyhteyden katkeavan luotaimeen kello 14.55 Suomen aikaa, korkeuden arvioidaan olevan silloin noin 1500 km pilvipeitteen yläpuolella. Tämän jälkeen, noin 30 sekunnin kuluttua,  luotain hajoaa isompiin osiin ja hajoaminen jatkuu kunnes kaikki osat ovat höyrystyneet ilman vastuksen aiheuttaman kuumuuden vaikutuksesta.

Saturnus on 83 valominuutin etäisyydellä Maasta. Tämä tarkoittaa sitä, että radiosignaalien kulku kestää tämän ajan ja maapallolla kuullan luotaimen lähettämää signaalia vielä sen tuhoutumisen jälkeenkin. Signaali katoaa lopullisesti 83 minuutin kuluttua.

Syöksy Saturnukseen tapahtuu suunnilleen keskipäivällä paikallista aikaa ja suunnilleen noin 10 astetta pohjoiseen ekvaattorilta.

Kirjauutuus: Koko universumi yksissä kansissa

Heikki Oja

Universumi

Ursa ry 2017

Nidottu 312 sivua

ISBN 978-952-5985-49-8

Tunnettu tähtitieteen popularisoija Heikko Oja on jälleen tuottanut uuden kirjan, joka käsittelee ei enempää eikä vähempää, kuin universumia! Yhden kirjan sisällöksi se on tietysti hyvin paljon mutta Heikin kokemus ja rutiini kirjojen tekemisessä on auttanut merkittävästi kirjoittamisessa. Näin ollen syvennyin kirjaan suurella mielenkiinnolla.

Kirjan idea on esitellä kaikki mahdolliset universumissa esiintyvät kohteet ja ilmiöt. Varmasti joku löytää jonkun ilmiön tai kohteen, joka olisi pitänyt vielä sijoittaa kirjaan mutta sellaiset kohteet ovat varmasti kuriositeetin koko luokkaa olevia. Sanomattakin on selvää, että kaikki mahdolliset kohteet ja ilmiöt universumissa ei kovin helposti yhteen kirjaan mahdu. Heikki ratkaisi asian siten, että jokaisesta kohteesta tai ilmiöstä on vain yksi aukeama.

Yksi aukeama saattaa tuntua hyvin vähältä ja tottahan se on. Yksittäin luettuna ilmiöiden tai kohteiden käsittely on pakostakin hyvin lyhyt ja ehkä hieman pinnalliseksi jäävä. Mutta kokonaisuus on toimiva, lukija saa kirjaa lukiessaan huomattavan tietopaketin hyvin monista kohteista ja ilmiöistä, joten kokonaisuutena kirjan idea on hyvin perusteltu.

Kirjan rakenne on hyvin yksiselitteinen. Varsinainen tekstisisältö on jaettu sivun mittaisiin lukuihin jossa esitellään vain yksi kohde tai ilmiö. Näitä tekstejä on kertynyt kaikkiaan 106. Aukeaman vasen lehti on omistettu tekstissä kerrottavan asian kuville. Kuvat ovat loistavia ja kirjan paperi hyvin väripainatukseen sopivaa, joten kuvat ovat laadukkaita.

Kirjan alareunassa kulkee kuvanauha, jonka Heikki on nimennyt Universumin tarinaksi. Yhdellä aukeamalla on 100 miljoonan vuoden pituinen jakso. Kuvanauhan teksteissä kerrotaan kunkin ajanjakson tärkeimmästä tapahtumasta. Yhteensä nämä kuvanauhat muodostavat koko universumin iän (13,8 miljardin vuotta) sekä 100 miljoona vuotta tulevaisuuteen.

Jälleen kerran Ursa on onnistunut julkaistavan kirjan valinnassaan erinomaisesti. Kirja sopii kenelle tahansa, olipa lukija sitten kokenut harrastaja tai vasta harrastuksensa ensimmäisiä askeleita ottava maallikko. Kirja toimii myös monella tasolla: se on lukukirja, mutta samalla loistavat kuvat tekevät siitä katselukirjan. Toimiipa kirja vielä jokin asteisena käsikirjana jos joku ilmiö tai kohde on hieman oudompi, kirjasta löytyy selitys sellaisessakin tapauksessa.

Kari A. Kuure

Timanttisadetta

Neptunus. Kuva NASA/Voyager 2.

Mitä yhteistä on timanteilla ja Uranus- ja Neptunus-planeetoilla? Vastaus saattaa olla yllättävä, sillä tietomme kummastakin planeetasta ovat suurelta osin Voyager 2 luotaimen ohilennolta 1980-luvulta. Vähäisistä tiedoista huolimatta tutkijat ovat ajatelleet, että niin Uranuksen kuin Neptunuksen olosuhteet voisivat olla sopivat timanttien muodostumiseen.

Kummankin planeetan ilmakehässä on saatavilla timantteihin tarvittavaa hiiltä. Hiili on peräisin metaanista, jota Neptunuksen ilmakehässä on noin 2 %. Sen lisäksi tarvitaan riittävän kova paine ja korkea lämpötila. Hiilen faasimuunnokset tunnetaan hyvin ja tiedämme, että kun lämpötila on noin 4500 K ja paine vähintään 10 GPa niin silloin hiilestä muodostuu timantteja. Neptunuksessa vaadittavat olosuhteet ovat vallitsevia noin 8050 km syvyydessä pilvipeitteen alapuolella.

Saksalaisen Dominik Kraus’in (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf)  tutkijaryhmä on nyt onnistunut jäljittelemään timanttien syntyä laboratoriossaan. Hiilen lähteenä he käyttivät polystryreeniä ja lämpötilan ja paineen he loivat kahdella voimakkaalla laserpulsilla. Kumpikin laserpulssi aiheutti polystyreeniin sokkiaallon, jotka yhdistyessään synnyttivät noin 5000 K lämpötilan ja noin 150 GPa paineen. Tämän seurauksena hiilen atomit muodostivat timantteja.

Hiilellä on kolme allotroopista kiderakennetta, joista kaksi on
kuvassa: kuutio timanteissa ja päälekkäiset hilatasot grafiitissa.
Kolmas allotroopinen muoto on fullereeni.
Kuva Wikimedia Commons.

Timanttien koko oli tietysti äärimmäisen pieni, vain muutamia nanometrejä, mutta niin oli myös timanttien muodostumisen mahdollistava aika hyvin lyhyt. Joka tapauksessa tutkijoiden mielestä timanttien muodostumishypoteesi Neptunuksen ilmakehässä on ainakin askeleen lähempänä tieteellistä teoriaa kuin aikaisemmin.

Tutkijat olettavat, että Neptunuksen olosuhteissa timanttien koko voi olla paljon suurempi ja että timantteja syntyy jatkuvasti. Näin ollen timantit muodostaisivat timanttisateen, jonka seurauksena Neptunuksen oletetun kivimineraaleista koostuvan ytimen ympärille olisi muodostunut timanteista paksukerros. Onko näin, se lienee hyvin vaikea osoittaa oikeaksi ainakin lähitulevaisuudessa!

Asteroidi (3122) Florence ohittaa Maan

Taiteilijan näkemys Florencen lähiohituksesta. Asteroidi
ei todennäköisesti ole kovinkaan pyöreä, pikemminkin
soikea peruna tai kumiankan muotoinen. Maa ja Kuu ovat
noin 7 miljoonan km etäisyydellä. Kuva © Kari A. Kuure.

Syyskuun 1. päivänä kello 15.06 Maapallon ohittaa suurehko asteroidi, joka tunnetaan nimellä Florence. Koko kivellä on noin 5 km ja nopeutta 13,7 km/s. Etäisyys on 7,1 miljoonaa kilometriä, eli 18,4-kertaisesti Kuun keskietäisyys.

Asteroidi on nimetty englantilaisen sairaanhoitajan Florence Nightingale’n (1820-1910) mukaan. Nightingalen aloitteesta aloitettiin Britanniassa sairaanhoitajien koulutus. Hänen elämästään on kerrottu Wikipediassa (https://fi.wikipedia.org/wiki/Florence_Nightingale).

Asteroidin periheli sijaitsee 1.02 ay:n etäisyydellä Auringosta, joten se on hyvin lähellä Maan rataa (1 au). Etäisyyttä on vähimmillään vain 0,04359 au eli noin 6,5 miljoonaa kilometriä. Tämänkertainen ohitus on vain aavistuksen tätä etäisyyttä pidempi.

Florence Nightingale. Kuva Wikimedia Commons.

Apheli etäisyys on 2,5 au, joten se käy joka kierroksella puolivälissä Jupiterin rataa, hieman Ceresin radan ulkopuolella. Yhteen kierrokseen Auringon ympäri kuluu aikaa noin 2 vuotta 4 kuukautta.

Asteroidi löydettiin 2 maaliskuuta 1981 Siding Spring observatoriossa (New South Wales, Australia) ja löytäjänä oli yhdysvaltalainen tähtitieteilijä Schelte John “Bobby” Bus (1956). Bus on löytänyt yksin tai yhdessä muiden tutkijoiden kanssa lähes 1700 asteroidia ja komeettaa.

Lähi etäisyys ohituksessa merkitsee sitä, että asteroidi on epätavallisen kirkas. Tätä kirjoittaessani elokuu puolivälissä, asteroidin kirkkaus oli noin Mv=11,5. Toisin sanoa se olisi näkyvissä helpostikin harrastajien kaukoputkella tai jopa kiikarilla, jos havaitsija sattuisi tekemään havaintojaan Australiassa. Se on nimittäin vielä hyvin syvällä eteläisellä taivaanpuoliskolla Tukaanin tähdistössä. Mutta ei kauaa!

 Asteroidin liike on kohti pohjoista. Viikon kuluttua se on Etelänristissä ja kirkkaus on kasvanut, ollen Mv=10,1. Muutama vuorokausi eteenpäin ja 28 elokuuta se on jo Etelän kaloissa ja korkeimmillaan vain 5 astetta horisontin alapuolella. Seuraavana päivän se onkin jo horisontin yläpuolella kello 0.28 ja asteroidin korkeus on silloin vähän yli 1 aste. Kirkkaus on Mv=9,0.

Pari yötä myöhemmin(31.8.) se on etelässä ja samalla korkeimmillaan kello 23.50 ja korkeus 25 astetta. Asteroidi siirtyy siis vauhdilla kohti pohjoista. Lähiohituksen jälkeisenä iltana, eli syyskuun 1 päivänä asteroidi on Delfiinissä sen korkeus on 34 astetta horisontista. Tämä onkin parasta aikaa kuvata, sillä asteroidin kirkkaus on vain Mv=8,9, ei näkyvissä paljain silmin mutta jo pienelläkin kiikarilla se löytyisi, jos vain tietää missä se on. Kirkkain tähti noin 4 asteen etäisyydellä kello 7 suunnassa on epsilon Equulei.

Siding Spiriing observatorio. Kuva Wikimedia Commons.

Astreroidi laskee horisonttiin aamulla ja seuraavana yönä se edelleen Delfiinissä. Tällä kertaa lähempänä Delfiinin kirkkaimpia tähtiä: delta Delphini noin 2 asteen etäisyydessä kello 2 suunnassa. Hyvän paikanmäärityksen saa myös tehtyä tähtien ypsilon Delphini ja Rotanev tähtien muodostaessa suoran kulman, jonka 90-asteen kulmassa on Florence. Kaikki mainitut tähdet jäävät asteroidista ylös oikealle. Tässä vaiheessa asteroidi on jo himmentynyt jonkin verran, sillä sen kirkkaus on Mv=9,1.

Seuraavana yönä asteroidin onkin sitten jo Ketun tähdistössä noin 2 astetta tähden 29 Vulpeculae’n pohjoispuolella. Kirkkaus on tässä vaiheessa jo Mv=9,4.

Mutta vielä ohilennon tarkkailu ei vielä ole päättynyt jos vain havaintokelejä riittää. Seuraavan yönä Florence on siirtynyt Joutsenen tähdistön alueelle ja sen kirkkaus on Mv=9,7. Joutsenen tähdistön laajuus ja asteroidin näennäisesti hidastuva matkanteko pitää sen vielä tähdistössä muutaman vuorokauden ajan.

Syyskuun 6 päivän iltana asteroidi on jo ohittanut Joutsenen Sadr-tähden ja asteroidin kirkkaus on pudonnut arvoon Mv=10,3. Se voi olla liian vähän vielä iltataivaan hämyssä. Havainnot pitäisikin ajoittaa yön pimeimpään hetkeen (7.9. kello 1.30,) jolloin asteroidin korkeus (57 astetta) on vielä riittävä niin valokuvaamiseen kuin visuaaliseen havainnointiin.

Syyskuun 10 päivän aamuyöstä asteroidin kirkkaus on jo pudonnut Mv=11.1, joten se ei enää ole kovinkaan helppokohde. Kuvausvälineistön suuntaaminen ja kohteen jäljen näkyminen kuvissa on kuitenkin kohtuullisen varmaa, kun käyttää asteroidin kuvausajankohdan koordinaatteja. Tarvittaessa voi käyttää valosaastesuotimia, jotka tosin hieman vaativat pidemmän valotuksen.

Asteroidin jatkaa matkaansa pohjoisella tähtitaivaalla: Joutsenesta se siirtyy Lohikäärmeeseen ja sieltä Pikku karhuun. Tosin asteroidin kirkkaus saavuttaa Mv=13 arvon syyskuun 22. päivän aamuyöllä, joka on ainakin jonkinlainen raja-arvo Tampereen Ursan pääkaukoputkelle. Tästä eteenpäin Florencen valokuvaaminen onnistuu vain pitkillä valotusajoilla. Tässä vaiheessa asteroidin etäisyys on kasvanut 3,5-kertaiseksi lähiohitukseen verrattuna.

Florence ei tule maapallon läheisyyteen vuosiin. Seuraavan kerran välimatka on lyhin vuoden 2097 syyskuun 10 päivänä kello 23, jolloin etäisyyttä on 23,3 miljoona kilometriä.

Uusi ja hämmästyttävä tutkimustulos Auringosta

Auringon sisäinen rakenne nykykäsityksen mukaan. Kuvaan
on merkitty eri kerrokset ja niissä etenevät helioseismiset
aallot. Kuva ESA/Kari. A. Kuure.

Auringon differentaalinen pyöriminen on tunnettu vuosikymmeniä. Sen sijaan Auringon sisäisten rakenteiden ja niiden pyöriminen on ollut mahdollista havaita vasta pari vuosikymmentä sen jälkeen kun opittiin havaitsemaan ja tulkitsemaan helioseismisiä värähtelyjä (p-waves)^[1]. Uusimman tutkimustuloksen^[2] mukaan nyt on onnistuttu havaitsemaan ja tulkitsemaan vähäisiä kaikuja Auringon ytimessä syntyviä g-moodin helioseisimisiä värähtelyjä Auringon pinnalla.

Tutkimuksen johtajana toimi ranskalaisessa Côte d'Azur Observatory työskentelevä tähtitieteilijä Eric Fossat.  Tutkimusryhmän havainnot perustuvat SOHO-luotaimen keräämiin tietoihin yli 16 vuoden ajalta. Tutkitut g-moodin (g-waves) värähtelyiltä kului aikaa 4 tuntia 7 minuuttia läpäistä Auringon ydin. Tutkimuksen mukaan ytimellä kuluu 7 vrk pyörähtää kerran ympäri.

Pyörimisnopeus on siis 3,8-kertainen verrattuna ekvaattorialueen pyörähdysaikaan, joka on noin 25,05 vrk. Differentiaalisesta pyörimisestä johtuen korkeammilla leveysasteilla pyöriminen on hitaampaa ja navoilla yhteen kierrokseen kuluu noin 34,3 vrk. Aikaisempien tulosten mukaan oletettiin ytimen pyörivän samalla nopeudella kuin napa-alueet.

Ytimen nopea pyöriminen on mitä ilmeisimmin jäännös Auringon syntyajoilla, jolloin juurisyntynyt tähti pyörii hyvin nopeasti itsensä ympäri. Nopea pyöriminen hidastuu protoplanetaarisen kiekon kehittymisen myötä. Tutkimus on tietysti vain yhden tutkimusryhmän tulos, mutta sitä pidetään kuitenkin hyvin luetettavana. Varmentuessaan tuloksella on hyvin suuri merkitys tuleviin tutkimuksiin etenkin erilaisiin helioseimisiin värähtelyihin perustuviin mutta myös magneettikentän ja sen käyttäytymistä käsitteleviin tutkimuksiin. Näyttääkin siltä, että tutkimuksen myötä aurinkotutkijoilla on avautumassa aivan uusi ikkuna selvitellessään tähtemme salaisuuksia.

Huomautukset

[1] Auringossa syntyy kahdenlaisia helioseismisiä värähtelyjä: p-aallot (p-moodi), jotka syntyvät konvektiokerroksessa ja ovat suhteellisen helposti havaittavissa ja g-aallot (g-moodi), jotka syntyvät ytimessä ja eivät varsinaisesti pääse Auringon pinnalle kuin vähäisessä määrässä.

[2] Tutkimus julkaistiin Astronomy & Astrophysics tiedejulkaisussa 1.8.2017 ja löytyy osoitteesta https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2017/08/aa30460-17/aa30460-17.html