Kaukaisia tähtiä kiertävät supermaat kiehtovat elämän etsijöitä, mutta niiden ominaisuuksista tiedetään harmittavan vähän: massan alaraja ja etäisyys emotähdestä. Suomalais-sveitsiläinen tutkijaryhmä keksi äskettäin, miten saa vihiä myös rakenteesta.


mutta niiden ominaisuuksista tiedetään harmittavan vähän:
massan alaraja ja etäisyys emotähdestä. Suomalais-sveitsiläinen
tutkijaryhmä keksi äskettäin, miten saa vihiä myös rakenteesta.




Maan kaltainen planeetta olisi herkullinen löytö, tuttu ja turvallinen saareke suuressa universumissa, paikka, jonne voisi vaikka tarpeen tullen muuttaa.

Tätä nykyä tunnetaan jo lähes 300 aurinkokunnan ulkopuolista eli eksoplaneettaa. Omaa planeettaamme muistuttavat eniten niin sanotut supermaat, vähintään viisi kertaa maapalloa massiivisemmat planeetat, joita on tiedossa puoliaen tusinaa.

Supermaat kiinnostavat myös elämän etsijöitä. Yhtään niistä ei kuitenkaan nähdä nykyisillä laitteilla suoraan, joten tietoa on niukasti.

Supermaat voivat olla pinnaltaan kiinteitä. Uuden tutkimuksen mukaan niillä voi olla jopa mannerlaattoja, joita pidetään usein elämän synnyn edellytyksenä, koska ne mahdollistavat monimutkaisen kemiallisen kehityksen.

Mutta supermaat voivat olla myös kalseita jääjättejä tai jopa pieniä kaasuplaneettoja. Tällä hetkellä tutkijoilla ei ole keinoa tarkistaa asiaa.


Arvaa oikea vaihtoehto

Parhaiten tutkittu supermaa on Gliese 876 -nimisen kääpiötähden d-planeetta. Sillä on massaa 7,5 maapallon verran, ja se kiertää lähellä tähteään.

Planeetan massan ja kiertoradan perusteella Harvardin yliopiston tutkija Diana Valencia kumppaneineen on laskenut, että se voisi olla noin 20 000 kilometrin läpimittainen kuuma maapallo ilman meriä. Se voisi niin ikään olla supermerkurius, jonka massasta 80 prosenttia olisi rautaydintä.

Yhtä hyvin kyseessä voi olla vesiplaneetta, jolloin se olisi 24 800 kilometrin kokoinen. Sillä olisi jään peittämä kiviydin, ja jään päällä velloisi tuhansien kilometrien syvyinen valtameri.

Jos planeetan koko tiedettäisiin, selviäisi sen tiheys, jonka avulla voisimme valita kolmesta vaihtoehdosta lähinnä oikean.


Melkein kuin Maa

Vielä enemmän Maata muistuttaa viime vuonna löytynyt Gliese 581 -tähden  c-planeetta. Sen massa on viisi kertaa niin suuri kuin Maan ja lämpötilaksi arvioidaan 0-40 astetta. Se kiertääkin kääpiötähteään juuri ja juuri niin sanotulla elämänvyöhykkeellä, jolla mahdollinen vesi pysyy juoksevana.

Ehdokkaasta tuli entistä houkuttelevampi elämän kannalta, kun Valencia kumppaneineen julkaisi hieman sen löytymisen jälkeen tutkimuksen, jossa mallinnettiin kiviplaneettojen kehitystä. Kävi ilmi, että mannerlaattojen muodostuminen on sitä todennäköisempää, mitä suurempi kiviplaneetta on.

Maapallo saattaa itse asiassa olla rajatapaus: hieman vähemmän massaa eikä mannerlaattoja, niin ei ehkä meitäkään.

Mutta onko Gliese 581c pienestä koostaan huolimatta sittenkään kiviplaneetta? Nyrkkisääntö on, että sellainen planeetta kuin tähti. Gliese 581 sisältää suhteellisen vähän raskaita aineita, joten voi olla, ettei niitä riittänyt kasapäin sen planeettoihinkaan.


Valolla kiinni koosta

Gliese 581c löytyi epäsuorasti tähden spektristä sen perusteella, että kiertolainen tuljuttaa tähteään aavistuksen. Suurin osa muiden tähtien kiertolaisista on hoksattu samalla menetelmällä. Sillä selviää ainoastaan planeetan massan alaraja ja etäisyys tähdestä.

Suomalais-sveitsiläinen tutkijaryhmä osoitti hiljattain, että on mahdollista havaita eksoplaneetasta heijastuvan emotähden valon polarisaatio. Polaroitunut valo on tuttua aurinkolaseista ja tarkoittaa valoa, joka ei värähtelekään kaikkiin suuntiin vaan vain joihinkin.

Polarisaatio riippuu valoa heijastavan järjestelmän geometriasta. Siksi eksoplaneetan polarisaatiota mittaamalla saataisiin selville planeetan koko sekä sen kiertoradan muoto ja kaltevuus.

Minimimassasta ja planeetan reitistä taas voidaan määrittää kiertolaisen tarkka massa, joka yhdessä koon kanssa paljastaa tiheyden. Tiheys onkin sitten loistava vinkki planeetan koostumuksesta.




Supermaat superyleisiä


Jopa yli puolella Auringon kaltaisista tähdistä saattaa olla Maan kaltaisia planeettoja. Supermaat voivat olla niitäkin yleisempiä, koska vain viitisen prosenttia Linnunradan tähdistä muistuttaa omaa tähteämme.

Nykykäsityksen mukaan Auringon kaltaiset tähdet kerryttävät ympärilleen kaasujättejä, punaiset kääpiöt supermaita. Näitä kääpiöitä on galaksimme tähdistä 50-70 prosenttia, ja niistä 35 prosentilla arvioidaan olevan supermaita. Varmasti muutama niistä osuu elämänvyöhykkeelle.


Svetlana Berdyugina

Mahdoton mittaus onnistui

Eksoplaneettojen polarisaatio on kuitenkin hyvin pieni, ja siksi sitä on hankala mitata. Itse asiassa tehtävä on niin hankala, ettei sitä edes yritetty.

Berdyuginan ryhmäkin ajautui planeettabisnekseen sattumalta tarkistaessaan suhteellisuusteoriaa testaavan Gravity Probe B -satelliitin käyttämän vertailutähden vakautta.

Yllätyksekseen ryhmä, johon kuuluvat Tuorlan tutkijat Andrei Berdyugin ja Vilppu Piirola sekä tutkija Dominique Fluri Zürichistä, huomasi vertailutähden valon polarisaation muuttuvan jaksottain. Näytti aivan kuin tähdellä olisi ollut planeetta.

Kukaan ei uskonut tulosta, joten tutkijat päättivät osoittaa, että eksoplaneetan polarisaatio on todella mahdollista havaita. Siksi he suuntasivat kaukoputken tähteen, jolla tiedettiin olevan kiertolainen.

Tehtävä vaati sata yötä havaintoja. Andrei Berdyugin teki niitä Turun kotinsa makuuhuoneessa, sillä Kanarian La Palma -saaressa sijaitsevaa 60-senttimetristä kaukoputkea voi käyttää tietokoneen avulla mistä tahansa. 

Lopulta varmistui, että tähden polarisaatio muuttui säännöllisesti planeetan kierroksen tahdissa. Muutos johtui kiertolaisen polaroituneesta valosta.


Massasta määritys on joko tai -veikkausta



















2-10 
10-15 
15-65 


Suuret putket käyttöön

Svetlana Berdyugina kumppaneineen tutki jättiläisplaneetta HD189733b:tä. Pienen ja suhteellisen kaukana kiertävän eksoplaneetan Gliese 581c:n polarisaatiota tutkijat eivät olisi erottaneet. Planeetta nimittäin polaroi tähdestä heijastamaansa valoa sitä voimakkaammin, mitä kookkaampi se on ja mitä lähempänä tähteään se kiertää.

- Pystymme kyllä periaatteessa havaitsemaan melko lähellä tähteään kiertäviä supermaita, mutta tarvitsemme siihen paljon 60-senttimetristä suuremman kaukoputken, Berdyugina selittää.

Nyt, kun maailman ensimmäinen polarisaatiohavainto eksoplaneetasta on tehty, elämän etsijät ehkä innostuvat mittaamaan supermaiden polarisaatiota maailman suurimmilla kaukoputkilla. Muutoin niistä saadaan tarkempaa tietoa vasta Euroopan avaruusjärjestön Darwin-luotaimella, joka lentää 2015.


Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Kätevä sana on valunut moneen käyttöön.

Makea vesi kuuluu elämän perusedellytyksiin. Siksi tuntuu itsestään selvältä, että vesi-sana kuuluu suomen kielen vanhimpiin sanastokerroksiin.

Se ei kuitenkaan ole alun perin oma sana, vaan hyvin vanha laina indoeurooppalaisista kielistä, samaa juurta kuin saksan Wasser ja englannin water.

Suomensukuisissa kielissä on toinenkin vettä merkitsevä sana, jota edustaa esimerkiksi saamen čáhci, mutta sen vastine ei syystä tai toisesta ole säilynyt suomessa. Ehkäpä indoeurooppalainen tuontivesi on tuntunut muodikkaammalta ja käyttökelpoisemmalta.

Tarkemmin ajatellen vesi-sana on monimerkityksinen. Luonnon tavallisimman nesteen lisäksi se voi tarkoittaa muunkinlaisia nesteitä, kuten yhdyssanoissa hajuvesi, hiusvesi tai menovesi.

Vesiä voi erotella käsittelyn tai käyttötarkoituksen mukaan, vaikka Suomen oloissa juomavesi, kasteluvesi ja sammutusvesi ovatkin usein samaa tavaraa. Sade- ja sulamisvesistä tulee varsinkin asutuskeskuksissa viemäröitävää hulevettä. Murteissa hulevesi tarkoittaa tulvaa tai muuta väljää vettä, esimerkiksi sellaista, jota nousee sopivilla säillä jään päälle.

Luonnon osana vesi voi viitata erilaisiin vedenkokoumiin, etenkin järviin. Suomen peruskartasta löytyy satoja vesi-loppuisia paikannimiä, joista useimmat ovat vesistönnimiä, kuten Haukivesi, Hiidenvesi tai Puulavesi.

Useat vesien rannalla olevat asutuskeskukset ovat saaneet nimensä vesistön mukaan. Vesi-sana ei enää suoranaisesti viittaa veteen, kun puhutaan vaikkapa Petäjäveden kirkosta tai Ruoveden pappilasta.

Vesi-sanasta on aikojen kuluessa muodostettu valtava määrä johdoksia ja yhdyssanoja. Näistä suuri osa on vanhoja kansanomaisia murresanoja, kuten vetelä, vetinen, vetistää ja vettyä.

Vesikosta on muistona enää nimi, sillä tämä vesien äärellä ja vedessä viihtyvä näätäeläin on hävinnyt Suomesta 1900-luvun kuluessa. Myyttisiä veden asukkaita ovat olleet vetehinen ja vesu eli vesikyy, jotka mainitaan myös Kalevalassa.

Antiikista 1700-luvun loppupuolelle asti uskottiin veden olevan yksi maailman alkuaineista. Sitten selvisi, että se onkin vedyn ja hapen yhdiste. Oppitekoinen uudissana vety tuli suomen kielessä tarpeelliseksi kuitenkin vasta 1800-luvun puolimaissa, kun luonnontieteistä alettiin puhua ja kirjoittaa suomeksi.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehden numerossa 11/2018

Hirmun anatomia on selvinnyt sääsatelliittien mikroaaltoluotaimilla. Ne näkevät pilvien läpi myrskyn ytimeen ja paljastavat ukkospatsaat, joista myrsky saa vauhtinsa. Kuva: Nasa/Trimm

Pyörivät tuulet imevät energiansa veden lämmöstä.

Trooppiset rajuilmat tappoivat vuosina 1995–2016 lähes 244 000 ihmistä, koettelivat muuten 750 miljoonaa ihmistä ja tuhosivat omaisuutta runsaan 1 000 miljardin dollarin arvosta, enemmän kuin mitkään muut mullistukset, esimerkiksi tulvat tai maanjäristykset.

Näin arvioi maailman luonnonkatastrofeja tilastoiva belgialainen Cred-tutkimuslaitos raporteissaan, joissa se laskee katastrofien pitkän aikavälin inhimillistä hintaa.

Myrskytuhot ovat panneet myrskytutkijat ahtaalle. Kaikki tahtovat tietää, mistä näitä rajuilmoja tulee. Lietsooko niitä ilmastonmuutos?

Lämpö alkaa tuntua

Näihin asti tutkijapiireissä on ollut vallalla käsitys, jonka mukaan hirmuista ei voi syyttää ilmastonmuutosta vielä kotvaan. Se alkaa voimistaa myrskyjä vasta pitkällä aikajänteellä.

Nyt hurjimpia myrskyjä on kuitenkin alettu kytkeä ilmaston lämpenemiseen. Esimerkiksi alkusyksystä 2017 Maailman ilmatieteen järjestö WMO arvioi, että lämpeneminen todennäköisesti rankensi elokuussa Houstonin hukuttaneen Harvey-myrskyn sateita.

Jotkut tutkijat ovat puhuneet kytköksistä jo vuosia.

Esimerkiksi Kerry Emanuel, Massachusettsin teknisen yliopiston myrskyspesialisti, laski 2005, Katrinan runnottua New Orleansia, että Atlantin ja Tyynenmeren myrskyt ovat nykyään 60 prosenttia voimakkaampia kuin 1970-luvulla.

Keväällä 2013 Nils Bohr -instituutin Aslak Grinsted raportoi, että lämpenemiskehitys vaikuttaa myrskyissä syntyviin tulva-aaltoihin.

Kun maapallon keskilämpötila nousee 0,4 astetta, myrskytulvien määrä tuplaantuu. Tämä rajapyykki on jo ohitettu. Kun lämpötila nousee kaksi astetta, tulvat kymmenkertaistuvat. Silloin superrajuja myrskyjä hyökyy Atlantilta joka toinen vuosi. Tähän asti niitä on nähty kerran 20 vuodessa.

Meri lämpenee otollisesti

Tärkein myrskyjä ruokkiva muutosvoima löytyy sieltä, mistä myrskyt ammentavat energiansa ja mihin ilmastonmuutoksen nähdään vaikuttavan: meriveden lämpötilasta. Se kehittyy myrskyille otolliseen suuntaan.

Esimerkiksi Meksikonlahdella, hurrikaanien voimanpesässä, on mitattu jopa pari astetta tavallista korkeampia meriveden lämpötiloja.

Kun Haiyan, yksi kaikkien aikojen kovimmista taifuuneista, marraskuussa 2013 jätti kaksi miljoonaa filippiiniläistä kodittomiksi, meri oli myrskyn syntyalueella vielä sadan metrin syvyydessä kolme astetta normaalia lämpimämpi.

Meressä tapahtuu muutakin epäedullista: pinta nousee. Se kasvattaa myrskyjen nostattamia tulva-aaltoja, jotka usein saavat aikaan pahinta tuhoa.

 

Näin hirmumyrsky kehittyy

Hirmun syntymekanismi on sama kaikkialla, vaikka nimitykset vaihtelevat. Atlantilla ja Amerikan puoleisella Tyynellämerellä puhutaan hurrikaaneista, Aasian puolella taifuuneista ja Intian valtamerellä ja Oseaniassa sykloneista. Grafiikka: Mikko Väyrynen

 

Trooppisia hirmumyrskyjä syntyy päiväntasaajan molemmin puolin 5. ja 25. leveyspiirin välillä. Päiväntasaajalla niitä ei muodostu, sillä sieltä puuttuu coriolisvoima, jota myrsky tarvitsee pyörimiseensä

Kehittyäkseen myrsky vaatii tietynlaiset olot. Suursäätilan pitää olla laajalla alueella epävakaa ja ukkossateinen ja meriveden vähintään 26 asteista 50 metrin syvyydeltä. Lisäksi tuulien pitää puhaltaa heikosti 12 kilometrin korkeuteen asti. Voimakkaissa virtauksissa myrskynpoikanen hajoaa.

1. Merestä nousee lämmintä, kosteaa ilmaa. Se kohoaa nopeas­ti ja tiivistyy ukkospilviksi, jotka kohoavat 10–15 kilometrin korkeuteen. Samalla vapautuu lämpöä, mikä ruokkii matalapainetta.

2. Fysiikan säilymislakien mukaan ylös kohoavan ilman tilalle virtaa ympäriltä korvausilmaa, jolloin ilmanpaine alueella laskee.

3. Lämpöä kohoaa ylös yhä laajemmalti, ukkospilvien jono venyy, ja ilman virtausliikkeet voimistuvat. Ilmanpaine laskee lisää, ja alueelle syntyy liikkuva matalapaineen keskus.

4. Paine-ero tuottaa voiman, joka alkaa pyörittää tuulia kiihtyvää vauhtia. Maan pyörimisliikkeestä aiheutuva coriolisvoima kiertää niitä spiraalin lailla vastapäivään kohti matalan keskusta. Kun tuulen sekuntinopeus nousee yli 33 metrin, on syntynyt trooppinen hirmumyrsky.

Hurjimmissa myrskyissä tuulen nopeus nousee 70–90 metriin sekunnissa. Pyörteen halkaisija vaihtelee puolestaan 400 kilometristä 1 000 kilometriin.

5. Myrskyn voimistuessa sen ylle muodostuu korkeapaine, joka pyörii tuulia vastaan. Laskeva ilmavirtaus kuivattaa ja lämmittää keskusta, ja se seestyy myrskynsilmäksi.

6. Silmää kiertävät tuulet sekoittavat tehokkaasti meren pintaa 50–100 metrin syvyydeltä. Kun lämmintä vettä painuu syvyyksiin ja viileää kohoaa pintaan, ”lämpövoimala” jäähtyy ja hitaasti liikkuva myrsky voi heikentyä. Nopeaan myrskyyn jarru ei ehdi vaikuttaa, ja silloin kumpuava vesi voi loppumatkasta muuttua vaaralliseksi.

7. Kun ranta lähestyy ja meri madaltuu, tuulet pakkaavat vettä myrskyn tielle tulva-aalloksi, joka syöksyy myrskyn mukana maalle tuhoisin seurauksin.

Maalle saavuttuaan myrsky laantuu, kun se ei enää saa käyttövoimaa meren lämmöstä.

 

Tuula Kinnarinen on Tiede-lehden toimitussihteeri.

Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2014. Päivitetty 12.9.2018.