Pakastunut kääpiö kihisee eloa

Pimeä, kylmä ja eloton – Plutolta ei ole odotettu paljon, mutta tuoreet New Horizons -luotaimen kuvat kääntävät asiat päälaelleen. Kerrostunut orgaaninen aine ja jään repeämät vihjaavat, että kuoren alla piilee meri. Ehkä elämä viihtyy sittenkin Aurinkokunnan hyisellä laidalla.

Pimeä, kylmä ja eloton – Plutolta ei ole odotettu paljon, mutta tuoreet New Horizons -luotaimen kuvat kääntävät asiat päälaelleen. Kerrostunut orgaaninen aine ja jään repeämät vihjaavat, että kuoren alla piilee meri. Ehkä elämä viihtyy sittenkin Aurinkokunnan hyisellä laidalla.

SwRI/JHUAPL/NASA

Tilanne oli melkein sietämättömän jännittävä. New Horizons -ohjelman johtaja Alan Stern jännäsi Marylandissa Johns Hopkins -yliopiston valvomossa 2 000 kutsuvieraan kanssa.

Yhdeksän vuoden matkan jälkeen New Horizons -luotaimen odotettiin ohittavan tarkkuutta vaativalla liikkeellä läheltä Pluton viiden miljardin kilometrin päässä Maasta. Kun nopeutta oli 52 000 kilometriä tunnissa, pelkästään osuminen pölymuruseen saattoi tehdä hetkessä 20 vuoden työn tyhjäksi.

Yhtäkkiä alkoi tulla satelliitin signaaleja. Suuret tietokoneet ryhtyivät purkamaan niitä, ja näyttöjensä ääressä istuvat valvojat saivat todeta järjestyksessä, että kaikki seitsemän tutkimusvälinettä olivat toimineet hyvin.

Riemulla ei ollut rajoja.

Väki ratkesi riemuun Johns Hopkinsin yliopiston valvomossa ensimmäisten New Horizons -luotaimen Plutosta lähettämien signaalien saapuessa 2015. Kuvien käsittely on saatu vasta päätökseen.

© Bill Ingalls/NASA

Jos Stern ja muut tutkijat olisivat aavistaneet, millaisen tietomäärän New Horizons ehtii kerätä 24-tuntisen ohilennon aikana, he eivät ehkä olisi pystyneet hillitsemään iloaan.

Seuraavien 16 kuukauden aikana valvomoon tikitti 50 gigatavua dataa hermostuttavan hitaasti. Siirtonopeus kilotavu sekunnissa johtui pitkän matkan lisäksi luotaimen rajallisesta sähköntuotosta.

Pluto näkyi myös takaa

Jo ensimmäiset lähikuvat New Horizonsiin päin olleesta Pluton aurinkoisesta etupuolesta mullistivat käsitykset kääpiöplaneetasta jopa vain 75 metrin yksityiskohdat paljastavan tarkkuutensa ansiosta.

Ennen New Horizonsin vierailua Plutosta tiedettiin oikeastaan vain se, että sen pinta punertaa osittain ja napoja peittää jää. Luotain oli kuitenkin kuvannut vuoristoja, jäätulivuoria ja valtavan komeettakraatterin, Sputnik Planitian, jossa geysirit suihkuttavat jäistä typpeä.

Sittemmin on käsitelty kuvia Pluton toisesta puolesta, jota luotain kuvasi kauempaa ohilennon lopulla. Kuvista voidaan erottaa pienimmillään noin kaksi kilometriä olevia yksityiskohtia. Vaikka tarkkuus on huonompi, se on 250 kertaa niin hyvä kuin avaruusteleskooppi Hubblen otoksissa.

©

Pluto paljasti itsensä kokonaan

Takaosan kuvien ansiosta Plutoa voidaan tarkastella eri suunnista. Kierros kääpiöplaneetan ympäri osoittaa sen luultua elävämmäksi.

Nyt on mahdollista tarkastella Plutoa kokonaisuutena, ja se on näyttäytynyt lievästi sanoen hämmentävänä. Pluto ei ole eloton jäämöhkäle, jollaisena sitä on pidetty, vaan se on geologisesti aktiivinen kappale. Lisäksi paksun kuoren alla piilee meri, jossa saattaa esiintyä elämää.

Kuuta pienempi kääpiöplaneetta

Vielä sata vuotta sitten ei tiedetty, että Pluto on olemassa.

Vuoden 1900 tienoilla yhdysvaltalainen tähtitieteilijä Percival Lowell arveli, että tuntematon planeetta vaikutti Aurinkokunnan laidalla Uranuksen ja Neptunuksen kiertoratoihin.

Vuonna 1930 nuori yhdysvaltalaisastronomi Clyde Tombaugh havaitsi pisteen, joka liikkui muutamassa päivässä lähemmäs Kaksosten tähdistöä. Hän oli löytänyt uumoillun planeetan, joka sai nimekseen Pluto roomalaisen taruston manalan jumalan mukaan.

Pluton massa arvioitiin nopeasti yhtä suureksi kuin Maan massa, ja vasta sen jälkeen, kun yhdysvaltalainen tähtitieteilijä James Christy oli löytänyt vuonna 1978 Pluton kookkaan Kharon-kuun, Pluton massa pystyttiin laskemaan. Tulokseksi tuli vain noin 0,2 prosenttia Maan massasta.

New Horizons -luotaimen mittaukset tarkensivat Pluton läpimitaksi 2 376 kilometriä.

Vaikka New Horizons lensi Pluton ohi 24 tunnissa, luotaimen ottamat kuvat ovat avanneet aivan uusia näköaloja kääpiöplaneettaan.

© NASA

Niinpä Pluto on pienempi kuin Kuu. Vaatimattoman koon ja pitkän välimatkan takia kääpiöplaneettaa oli tutkittu hyvin vähän, ennen kuin New Horizons ohitti sen 12 500 kilometrin päästä.

Jäävuoret kohoavat kuuteen kilometriin

Pelkona oli, että ensimmäiset lähikuvat paljastavat Pluton kuolleeksi kiveksi, jota täplittävät Aurinkokunnan lapsuudesta peräisin olevat törmäyskraatterit. Niissä nähtiin kuitenkin kappale, jonka pintaa geologinen toiminta muokkaa jatkuvasti saamalla aikaan repaleisia jäävuoristoja ja kilometrin korkuisia metaanijääpiikkejä.

Pluton pintalämpötila on –233 astetta, mikä tarkoittaa sitä, että peruskalliona toimiva vesijää on kovaa kuin graniitti ja siitä voi muodostua yli kuusi kilometriä korkeita vuoria. Pintaa peittää monin paikoin pehmeämpi jäinen typpi, joka hallitsee myös kaasukehää.

Plutossa on Grand Canyonia syvempiä rotkolaaksoja, Mount Everestiä korkeampia vuoria ja jäätulivuoria, joista on saattanut purkautua nestemäistä vettä viimeisten vuosimiljoonien aikana.

Kuvista voidaan erottaa lisäksi merkkejä rajuista törmäyksistä, jotka ovat muovanneet kääpiöplaneettaa. Ensimmäinen niistä tapahtui yli neljä miljardia vuotta sitten, jolloin Pluto ja sen suurin kuu, Kharon, muodostuivat kahden jääkappaleen osuessa toisiinsa.

Pluto ja suurin kuu, Kharon, syntyivät, kun kaksi jääkappaletta osui toisiinsa yli neljä miljardia vuotta sitten. Kivi-, jää- ja kaasupilvestä muodostui neljä pienempää kuuta, ja törmäyksen aikaansaama lämpö sulatti Pluton jääpeitettä valtamereksi.

© Lotte Fredslund & NASA

1. Komeetat olivat Pluton ja Kharonin raaka-ainetta

Ne kaksi kolaroinutta jääkappaletta, joista Pluto ja sen suurin kuu, Kharon, syntyivät, olivat ilmeisesti muodostuneet yli miljardin komeetan törmäillessä. Pluton kaasukehä ja Sputnik Planitia -jäätasanko sisältävät nimittäin typpeä komeettojen koostumusta vastaavasti.

© Lotte Fredslund & NASA

2. Pienet kuut muodostuivat törmäyksen jälkeen

Jääkappaleiden törmäys sai aikaan kivi-, jää- ja kaasupilven, josta syntyivt Pluton neljä pientä kuuta: Styx, Nix, Kerberos ja Hydra. Kerberos on hämmästyttävän tumma ja luultavasti toisen alkuperäisen jäisen iskeytyjän jäännös. Etualalla näkyy Kharon.

© SwRI/JHUAPL/NASA

3. Pluton pinta oli pelkkää merta

Törmäys lämmitti Plutoa niin paljon, että jää suli kääpiöplaneetan laajuiseksi, syväksi valtamereksi. Kun merenpinta jäätyi, kuori halkeili (nuolet) jään laajenemisen takia. Tumma Sputnik Planitia -tasanko on myöhemmän komeettaiskun kraatteri.

Tähän asti on oletettu, että kääpioplaneetta oli jäinen jo syntyessään ja että kiviytimessä tapahtuvasta radioaktiivisesta hajoamisesta peräisin ollut lämpö sulatti jäätä altapäin valtamereksi, jolla on jääkuori.

Jos oletus pitäisi paikkansa, jääkuoren tulisi kutistua ja rypistyä kuin omena vanhetessaan.

Ytimestä tulevan lämmön määrähän pienenee sitä mukaa kuin radioaktiivinen hajoaminen vähenee. Siksi jääpeitteen kuuluisi paksuuntua, laajentua ja halkeilla.

Tutkijat odottivatkin näkevänsä Pluton pinnassa sekä vanhoja ryppyjä että uusia repeämiä. New Horizons kuvasi kuitenkin vain railoja, mikä on antanut aihetta uuden teorian laatimiseen.

24 tunnin ohilennollaan New Horizons lensi 12 500 kilometrin päässä Plutosta.

Kun Pluton ja Kharonin esimuodot törmäsivät toisiinsa, syntyi niin paljon lämpöä, että kääpiöplaneetalle muodostui syvä valtameri. Sen pinta jäätyi kuitenkin pian, ja jää repeili laajetessaan.

Oletusta tukee etenkin se halkeama, joka kulkee navalta toiselle kummallakin puolella. Koska halkeama on hyvin vanhaa perua, vaikuttaa ilmeiseltä, että meri oli sula Pluton syntyessä mutta se jäätyi nopeasti. Jos teoria pitää paikkansa, alkumeressä on saattunut esiintyä elämää.

Orgaaniset aineet punertavat veden

Pluton etupuolesta otetuissa kuvissa on merkkejä punaiseen vivahtavasta vedestä, jota luultavasti pursui jään läpi valtamerestä ja joka jäätyi pinnalle kuoreksi.

Punainen sävy kertoo veden sisältäneen merkittävästi orgaanisia aineita. Laboratoriokokeiden mukaan aurinkotuuli – Auringon koronasta lähtevä varautuneiden hiukkasten virta – ja kosminen säteily voivat muuttaa yksinkertaisia aineita monimutkaisiksi orgaanisiksi molekyyleiksi.

Tähtitieteilijä Dale Cruikshank Nasan kalifornialaisesta Amesin tutkimuskeskuksesta on osoittanut punertavan jään sisältävän ammoniakkia. Vaikuttaa siis mahdolliselta, että rna:n ja dna:n rakenneosia on syntynyt punaisessa valtameressä.

Cruikshankin mukaan havainto ei kuitenkaan tarkoita, että Pluton alkumeressä kehittyi ilman muuta elämää. Siinä ihmeellisessä tapauksessa, että sitä esiintyi, pieneliöillä oli mahdollisuus säilyä.

Teoriaa tukee se, että myös kääpiöplaneetan takapuolelta on löydetty punainen orgaanisten aineiden vyöhyke. Se sijoittuu päiväntasaajan seudulle, joka saa eniten auringonvaloa ja on lämpimämpi kuin Pluton muut osat.

”Kolmen ehdon pitää täyttyä, ennen kuin elämää voi syntyä. On oltava nestemäistä vettä, orgaanisia aineita ja energianlähde. Plutosta on nyt varmistettu kaksi ensimmäistä, ja tämä on pitkä harppaus eteenpäin”, toteaa New Horizons -ohjelman johtaja Alan Stern.

Pluton ja Kharonin esimuotojen törmäys hukutti kääpiöplaneetan lämpöenergiaan, mutta tapahtumasta on jo yli neljä miljardia vuotta. Vaikka alkumeressä olisi syntynyt elämää, ei tiedetä, riittääkö kiviytimen radioaktiivisen hajoamisen lämpö pitämään yllä elämää Pluton nykymeressä.

Mahdollisuuksia löytää eläviä eliöitä Aurinkokunnan ulko-osista pidetään parempina Jupiterin Europa-kuun ja Saturnuksen Enceladus-kuun kohdalla. Valtavien kaasuplaneettojen aiheuttama voimakas vuorovesi-ilmiö pumppaa kuihin jatkuvasti energiaa.

Isku sydämeen muutti Plutoa

Toinen raju Plutoa muokannut kolari sattui alle kymmenen miljoonaa vuotta sitten, kun 400 kilometriä leveä komeetta törmäsi kääpiöplaneettaan yli 7 000 kilometrin tuntinopeudella.

Isku sai aikaan neljä kilometriä syvän, yli kaksi kertaa Suomen kokoisen Sputnik Planitia -törmäyskraatterin, jonka pinta-ala on 797 000 neliökilometriä. Se kuuluu New Horizons -luotaimen ensimmäisten kuvien paljastamaan sydämen muotoiseen jäätasankoon, joka sijaitsee päiväntasaajan pohjoispuolella.

Uusi kuva-aineisto paljastaa, että toisella puolella Plutoa pinnanmuodot ovat sekasortoisia: komeettaiskun seismiset aallot repivät sen riekaleiksi.

”Kolmen ehdon pitää täyttyä, ennen kuin voi syntyä elämää. Plutossa niistä on varmistettu kaksi ensimmäistä.” Alan Stern, New Horizons -ohjelman johtaja

Samantapaiset tapahtumat tunnetaan Marsista, Jupiterin Europa-kuusta ja ennen kaikkea Merkuriuksesta, jossa planeetan rikkonaisin maasto löytyy Caloris-altaaksi nimitetyn valtavan törmäyskraatterin vastakkaiselta puolelta.

Planeettatutkijoiden mukaan Pluton takaosan laajat tuhot ovat selitettävissä vain sillä, että jääkuoren alla on syvä valtameri, jonka vesi on nestemäistä. Seismisten aaltojen voimahan vaihtelee sen mukaan, missä aineessa ne leviävät.

Paineaallot liikkuvat hitaammin vedessä kuin kiviytimessä, ja niiden tuhovoima kasvaa suurimmilleen silloin, kun ne voivat läpäistä koko kappaleen tasaisella nopeudella.

Yhdysvaltalaisen Purduen yliopiston tähtitieteilijän Adeene Dentonin mukaan ydin koostuu enimmäkseen serpentiinikivestä, jossa seismiset aallot etenevät hitaammin kuin muissa kivilajeissa.

Serpentiinikiven ja veden yhdistelmä Pluton sisäosissa mahdollisti sen, että paineaallot pystyivät kuljettamaan kääpiöplaneetan läpi takaosan pinnan pirstoutumisen vaatiman määrän energiaa.

Alle kymmenen miljoonaa vuotta sitten Plutoon osunut komeetta jätti jälkeensä valtavan törmäyskraatterin. Uusissa New Horizons -kuvissa näkyy Pluton takaosan rikkonainen maasto. Se paljastaa paineaaltojen kulkeneen meren läpi.

© Lotte Fredslund & NASA

1. Iskuaallot läpäisivät Pluton

Läpimitaltaan 400-kilometrinen komeetta osui Plutoon ja loi neljä kilometriä syvän Sputnik Planitia -törmäyskraatterin, jonka pinta-ala on 797 000 neliökilometriä. Pohjalla on kivikovaa vesijäätä. Iskun seismiset aallot kulkivat Pluton läpi.

© Lotte Fredslund & NASA

2. Pluton takaosa pirstoutui rikki

Uudet kuvat Pluton toisesta puolesta paljastavat pinnanmuodot rikkonaisiksi juuri kraatteria vastapäätä. Siellä iskuaallot repivät pinnan riekaleiksi. Tämä oli mahdollista vain siinä tapauksessa, että aallot kulkivat kiviytimen ja jääkuoren välisessä meressä.

© James Keane

3. Paineaallot paljastivat meren

New Horizons -tutkimusaineiston pohjalta on hahmoteltu Pluton sisäosia. Kääpiöplaneetalla on ainakin 200 kilometriä paksu jääkuori ja sen alla 150 kilometriä syvä sula meri, jossa voi esiintyä elämää. Ydin koostuu silikaateista – enimmäkseen serpentiinikivestä.

New Horizons -luotaimen läpimittaa ja massaa koskevat mittaukset ovat selventäneet Pluton sisärakennetta ja tiheyttä.

Laskelmien mukaan kiviytimen osuus massasta on 70 prosenttia ja loppu on lähinnä vettä. Ydintä ympäröi 150 kilometriä syvä meri, jota peittää yli 200 kilometriä paksu vesijääkuori ikään kuin peruskalliona.

Komeettaiskussa syntynyt törmäyskraatteri täyttyi pehmeällä, raskaalla typpijäällä. Typpi oli peräisin kaasukehästä ja jäätiköiltä, jotka virtaavat altaaseen sitä reunustavista vuoristoista.

Raskas jäämöhkäle muutti Pluton massajakaumaa. Kraatterin typpijään paino kallisti vähitellen kääpiöplaneettaa niin, että vuorovesiakseli, jolla Pluto ja sen suurin kuu, Kharon, vetävät voimakkaimmin toisiaan puoleensa, siirtyi Sputnik Planitian raskaan jään kohdalle.

Pinnasta sojottavat arvoitukselliset piikit

New Horizons -kuvat ovat mullistaneet käsitykset Plutosta, mutta ne ovat myös herättäneet uusia kysymyksiä, joihin etsitään nyt vastausta.

Kun ensimmäisiä kääpiöplaneetan kuvia analysoitiin, etuosan vasemmalta puolelta löydettiin kilometrien korkuisia teräviä piikkejä.

Piikit osoittautuivat kuitenkin vain kartan pieniksi erikoisuuksiksi, kun päästiin tarkastelemaan Pluton takaosaa. Siellä jättiläismäiset piikit muodostavat ylävälle päiväntasaajan seudulle vyöhykkeen, joka ulottuu etuosan länsireunaan.

Tutkimusohjelman johtaja Alan Stern pitää ainakin kolme kertaa Empire State Buildingin korkuisia piikkejä Pluton suurimpana arvoituksena.

Jos kaukaista kääpiöplaneettaa tutkimaan lähetettäisiin joskus mönkijä tai avaruuslentäjä, äärimmäisen särmikkäässä maastossa kulkeminen olisi varmasti yhtä painajaista.

🎬 VIDEO: Kierrä New Horizons -luotaimen mukana Plutoa

New Horizons -mittausten mukaan piikit koostuvat metaanijäästä, joka liittää ne Pluton kaasukehään.

Kaasukehän alaosa sisältää enimmäkseen typpeä, joka on muun muassa täyttänyt Sputnik Planitia -törmäyskraatterin typpijäällä. Ylempänä kaasukehässä on runsaasti metaania, josta ylängön jättipiikit ovat todennäköisesti rakentuneet. Syntymistapa on kuitenkin hämärän peitossa.

Piikit saattavat olla jäännöksiä ylängön paksusta metaanijäätiköstä, jonka auringonvalo on hajottanut. Tai ehkä kaasukehän metaani on jäätynyt sillä lailla kuin ilman vesihöyry härmistyy kuuraksi maanpinnalle. Varmastikin piikkien muodostuminen on kestänyt miljoonia vuosia. Myös Pluton pitkän historian aikana tapahtuneilla ilmastonmuutoksilla on voinut olla kehityksessä oma osuutensa.

Satelliitti kiertämään Plutoa

Tietovyörystä huolimatta kaukaisen kääpiöplaneetan tutkimus on vasta alkuvaiheessa.

Jo lähitulevaisuudessa New Horizons -luotaimen välittämästä aineistosta tehdään arvatenkin uusia löytöjä.

Tänä vuonna lähetettävä James Webb -avaruusteleskooppi tutkii Plutoa entistä pitempiä aikoja. Seuraava tavoite on lähettää satelliitti kiertämään kääpiöplaneettaa.

© NASA

Myöhemmin tänä vuonna Nasa lähettää uuden, suuren James Webb -avaruusteleskoopin, joka voi havainnoida Plutoa pitkiä aikoja – vaikkakin huonommalla tarkkuudella kuin New Horizons – ja verrata sitä Kuiperin vyöhykkeen muihin kääpiöplaneettoihin, kuten Ceresiin, Erisiin, Haumeaan ja Makemakeen.

Planeettatutkijat ovat intoa täynnä ja kiinnostuneita tietämään enemmän jääkääpiöiden kuninkaasta.

Onkin esitetty ajatus Nasan tuella suunniteltavasta satelliitista, joka lähetettäisiin kiertämään Plutoa. Kiertoradalta satelliitti kuvaisi sen viimeistä piirtoa myöten ja selvittäisi sen pinnan ja kaasukehän koostumuksen.

Kun seuranta kestäisi vuosia, paljastuisi, kuinka kaasukehä muuttuu ja sää vaihtelee.

Jos hanke toteutuu, satelliitti lähetetään aikaisintaan 2030-luvulla. Laukaisusta alkaa 15 vuotta kestävä avaruusmatka hämmästyttävän aktiivisen kääpiöplaneetan luo Aurinkokunnan kylmälle laidalle, jossa vastoin kaikkia odotuksia voi esiintyä elämää.