Ensin valo himmeni vähän, ja sitten toisen kerran vähän vähemmän – ja tämä toistui kolme kertaa. Näky sai tähtitieteilijät riemuihinsa. Pieni säännöllinen välkkyminen kaukaisen tähden valossa on nimittäin ensimmäinen havainto eksokuusta eli kuusta, joka kiertää vieraan aurinkokunnan planeettaa.
Mahdollinen eksokuu on saanut nimen Kepler-1625 b I. Se löydettiin, kun käytiin läpi Nasan Kepler-avaruusteleskoopin vuosina 2009–2013 tekemiä havaintoja. Eksokuu kiertää Auringon kaltaista tähteä nimeltä Kepler 1625, joka sijaitsee noin 8 000 valovuoden päässä Maasta.
Kepler-1625:llä on kiertolaisenaan kaasuplaneetta, joka toisin kuin Aurinkokunnan kaasuplaneetat kiertää lähellä tähteään niin sanotulla elämälle suotuisalla vyöhykkeellä.
Vyöhykkeen planeetoilla on juuri niin lämmintä, että niillä voisi esiintyä elämää.
Käytännössä itse kaasuplaneetalla elämää tuskin on, koska sillä ei ole kiinteää pintaa, mutta sitä kiertävällä kuulla voisi olla elämän edellytykset.
Kepler-1625 b I on saman kokoinen kuin Neptunus-planeetta eli neljä kertaa niin suuri kuin Maa. Niin isokokoisia kuita ei ole Aurinkokunnassa. Jos Kepler-1625 b I on kiveä, siellä voisi hyvinkin esiintyä elämää.
Samanlaisia kuita on avaruudessa todennäköisesti kosolti. Jos nyt tunnetut 3 800 eksoplaneettaa ovat vähänkään samanlaisia kuin Aurinkokunnan planeetat, niiden ympärillä on elinkelpoisia eksokuita runsain mitoin.
Nyt niitä etsitään toden teolla.
Eksokuu nähty neljästi
Eksokuiden etsintä alkoi 2011, kun yhdysvaltalaisen Columbia-yliopiston tähtitieteilijä David Kipping kollegoineen ryhtyi käymään läpi Kepler-avaruusteleskoopin keräämiä tietoja.
Kepler etsii eksoplaneettoja tarkkailemalla niin sanottuja ylikulkuja. Ylikuluksi sanotaan sitä, kun planeetta kulkee kiertoradallaan tähtensä ja sitä tarkkailevan kaukoputken välistä ja peittää osan tähtensä valosta.
Jos planeetalla on iso kuu, planeetta varjostaa tähteä normaalia enemmän, kun kuu on planeetan vieressä, mutta ei silloin, kun kuu on planeetan edessä tai takana.
Kolme eksokuun metsästäjää
Eksokuu Kepler-1625 b I paljastui Kepler-avaruusteleskoopin havaintomateriaalista. Myöhemmin Hubble-teleskooppi varmisti sen olemassaolon. Nyt odotetaan, että James Webb -teleskooppi alkaa työnsä 2021, jotta saadaan tarkkoja kuvia vieraiden tähtien kiertolaisista.
Siksi ylikulun aikana tähden valo vaihtelee. Vaihtelu on kuitenkin hyvin pientä, ja monet tutkijat epäilivätkin, että kuun kaltaisen pienen kaukaisen kappaleen varjoa ei voida erottaa eksoplaneetasta.
Kipping ei antanut epäilevien kollegojen häiritä työtään. Kahdeksan viime vuoden aikana hänen tutkimusryhmänsä onkin käynyt läpi Keplerin ottamat kuvat 284 eksoplaneetan ylikulusta.
Tähän asti vain yksi eksokuuehdokas on läpäissyt kaikki testit. Se kiertää kaasuplaneetta Kepler-1625 b:tä, joka kulki tähtensä edestä kolme kertaa sinä aikana, kun Kepler tarkkaili tähteä vuosina 2009–2013.
Kippingin tutkijaryhmä on käynyt läpi kaasuplaneetan kolme ylikulkua hetki hetkeltä ja tutkinut siitä tehtyä mallia supertietokoneella. Lopputulos on se, että havaintovirheen tai silkan sattuman todennäköisyys on yksi 16 000:sta.
Tätä ei kuitenkaan voida pitää todisteena siitä, että kyseessä olisi eksokuu.
Jotta voidaan olla aivan varmoja, virheen todennäköisyyden pitää tutkijoiden mukaan olla korkeintaan yksi 3,5 miljoonasta. Vaatimus on ankara, mutta siitä pidetään kiinni, koska eksokuun löytyminen on iso tieteellinen läpimurto.
Jotta eksokuun olemassaolosta saatiin varmuus, Kippingin työryhmä sai Hubblen havaintolaitteet käyttöönsä 40 tunniksi, kun Kepler-1625 b kulki tähtensä edestä lokakuussa 2017.
Hubblen kaukoputki on huomattavasti tarkempi kuin Keplerin. Kepler-1625 b:n kiertoaika tähtensä ympäri on 287 vuorokautta, ja sen ylikulku kestää noin 19 tuntia.
Hubblen havainnot vahvistivat, että planeetalla on Neptunuksen kokoinen kuu, joka kiertää planeettaansa kolmen miljoonan kilometrin etäisyydellä.
Keplerin seuraaja on melkein valmis
James Webb -avaruusteleskooppi laukaistaan suunnitelmien mukaan vuonna 2020. Yksi sen tehtävistä on eksokuiden etsiminen. Jo nyt insinöörit testaavat teleskooppia nähdäkseen, selviytyykö se avaruuden karuista olosuhteista.
Koekammio suojataan bakteereilta
Eloperäiset molekyylit voivat vaurioittaa teleskoopin laitteita. Siksi koekammio suojataan laatoilla, joissa on erityisen steriili pinta.
Peili mitataan ennen testiä
Teleskoopin peilillä tehdään monenlaisia kokeita. Niissä muun muassa simuloidaan tärinää, jolle se altistuu laukaisussa. Kuvassa insinöörit mittaavat peiliä ennen testiä.
Tukirakennetta peittää suojaava folio
Teleskoopin tukirakenne on päällystetty lämpöä eristävällä kultafoliolla. Tukirakenteen on teleskoopin muiden osien tavoin kestettävä avaruuden hyytävät lämpötilat.
Koska poikkeukselliset havainnot vaativat poikkeuksellisen vahvat todisteet, Kipping on anonut lisää havainnointiaikaa Hubblen laitteilla, kun Kepler-1625 b tekee seuraavan ylikulkunsa toukokuussa 2019.
Kehittynyt elämä vaatii ison kodin
Aurinkokunnasta on tähän mennessä löydetty 185 kuuta. Jos muiden tähtien kiertolaiset ovat samanlaisia, eksokuita on avaruudessa valtava määrä. Joillakin eksokuilla voi jopa esiintyä kehittynyttä elämää.
Kehittynyt elämä vaatii kodikseen vähintään Marsin kokoisen eksokuun.
Kuun on oltava suuri, jotta sen painovoima riittää ylläpitämään riittävän paksua kaasuehää. Kaasukehän pitää säilyä miljardeja vuosia, jotta elämä ehtii kehittyä.
Aurinkokunnan suurimman kuun, Jupiterin Ganymedeksen, massa on vain neljännes Marsin massasta.
Sen perusteella, mitä tähän asti vahvistetuista eksoplaneetoista tiedetään, muut planeettajärjestelmät voivat olla hyvin erilaisia kuin oma Aurinkokuntamme. Todennäköisesti myös kuut vieraissa aurinkokunnissa ovat erilaisia.
Useimmat Aurinkokunnan kuut ovat syntyneet samasta kaasu- ja pölypilvestä kuin planeetatkin. Pöly on ajan mittaan kertynyt kivenlohkareiksi, jotka ovat vetäneet toisiaan puoleensa ja kasautuneet planeetoiksi ja niitä kiertäviksi kuiksi.
Näin ei voi syntyä paljon Ganymedestä isompia kuita, mutta kuita voi syntyä muillakin tavoilla. Esimerkiksi Maan Kuu syntyi kolarissa, jossa Marsin kokoinen kappale törmäsi Maahan. Samanlaisia törmäyksiä voi tapahtua suurempienkin taivaankappaleiden välillä.
Muiden tähtien kiertolaisten joukosta on löydetty iso joukko niin sanottuja supermaapalloja. Ne ovat kiviplaneettoja kuten Maa mutta massaltaan jopa kymmenen kertaa Maan kokoisia.
Kuu syntyy törmäyksessä
Maan Kuu on vain 1,2 prosenttia Maan massasta, mutta sama mekanismi voi periaatteessa luoda isojakin kuita. Maapallon kokoisella kuulla voisi olla mantereita ja meriä, joissa saattaisi kehittyä elämää.
1.
Maan Kuu on syntynyt, kun nuori Maa ja Marsin kokoinen toisen planeetan alku törmäsivät.
2.
Törmäyksen seurauksena avaruuteen paiskautui suuri määrä sulaa rautaa ja kiveä.
3.
Ajan mittaan kivimassa jähmettyi ja siitä syntyi Kuu, jonka sisukset eivät liiku. Kuu asettui kiertämään Maata.
Tällaisten kappaleiden törmäyksestä saattaa syntyä Marsia suurempia eksokuita. Jos supermaapallo kiertää Auringon kaltaista tähteä, se on todennäköisesti sellaisella etäisyydellä tähdestään, että planeetalla ja sen kuilla ei voi esiintyä nestemäistä vettä. Supermaapalloja on kuitenkin löydetty myös Aurinkoa himmeämpien punaisten kääpiötähtien ympäriltä, missä elämän edellytykset voivat täyttyä.
Nasan uusin eksoplaneetan metsästäjä TESS eli Transiting Exoplanet Survey Satellite lähetettiin avaruuteen viime vuonna tarkkailemaan tuhatta Aurinkokunnan lähistöllä sijaitsevaa punaista kääpiötä. Tähdillä saattaa olla kiertolaisinaan kiviplaneettoja ja niillä puolestaan isoja kuita.
Kaikki tutkijat eivät kuitenkaan ole vakuuttuneita siitä, että kaasujättiläinen Kepler-1625 b:n kuu on planeettojen törmäyksen tulosta. Sen selitykseksi onkin esitetty kolmatta syntytapaa. Neptunuksen kuu Triton on alun perin ollut Pluton kaltainen kääpiöplaneetta, mutta se on päätynyt Neptunuksen painovoimakenttään ja jäänyt kiertämään sitä.
Planeetta kaappaa itselleen kuun
Iso kaasuplaneetta, joka kulkeutuu elämälle suotuisalle vyöhykkeelle, voi matkalla kaapata kiertolaisekseen kiviplaneettoja tai muita kaasuplaneettoja. Suurilla kuilla voi olla meriä, joihin kehittyy elämää.
1.
Neptunuksen suurin kuu Triton on ilmeisesti kääpiöplaneetta, joka ennen oli toisen kääpiöplaneetan pari.
2.
Jossakin vaiheessa Neptunuksen lähelle osuu kaksi pienempää planeettaa, jotka kiertävät toisiaan.
3.
Toinen planeetoista jää Neptunuksen painovoimakenttään ja alkaa kiertää sitä. Toinen paiskautuu avaruuteen.
Muiden tähtien kaasujättiläiset ovat voineet tehdä saman tempun supermaapalloille.
Isot kaasuplaneetat syntyvät kaukana tähdistään kylmällä alueella, missä jää, pöly ja kaasu tiivistyvät nopeasti isoksi ytimeksi, joka vetää puoleensa kaasua.
Nuorten kaasuplaneettojen yhteentörmäykset ovat voineet paiskata niitä myös lämpimämmille seuduille lähelle tähteä.
Matkalla ne ovat voineet siepata kiertolaisikseen kiviplaneettoja.
Jos kaasuplaneetta ja sen kuuksi muuttunut kiviplaneetta asettuvat sellaiselle etäisyydelle tähdestä, missä vesi voi esiintyä nestemäisenä, kiviplaneetalle voi kehittyä elämälle otolliset olosuhteet.
Kitka lämmittää kuun
Kuihin voi kehittyä elämää, vaikka ne olisivatkin varsinaisen elämälle suotuisan vyöhykkeen ulkopuolella.
Kaukana tähdestä kiertävät planeetat ovat liian kylmiä, jotta niiden pinnalla voisi olla sulaa vettä, mutta ainakin teoriassa niiden kuissa voi hyvin olla elämää.
Europan geysireissä voi olla mikrobeja
Europan pinnassa on railoja ja rotkoja, jotka ovat todennäköisesti pinnanalaisen meren vuorovesivoimien tekoa. Meressä saattaa olla elämää. Hubble-teleskooppi löysi 2013 geysireistä viitteitä vedestä.
Ganymedeksen pinnan alla on valtameri
Jupiterin ja koko Aurinkokunnan suurin kuu on läpimitaltaan 5 268 kilometriä. Sen jäisen pinnan alla on valtameri, jossa on todennäköisesti enemmän suolaa kuin koko maapallolla. Meren pohjassa saattaa elää bakteereja.
Enceladus suihkii ehkä elämän jälkiä
Saturnusta kiertävän Enceladuksen etelänavalla on railoja, joista suihkuaa jään alta vettä. Cassini-luotain havaitsi 2018 vedessä molekyylejä, jotka voivat olla eliöperäisiä.
Titanissa on paksu kaasukehä
Aurinkokunnan toiseksi suurin kuu, Titan, on ainoa, jolla on merkittävä kaasukehä. Se koostuu typestä, metaanista ja vedystä. Samanlainen kaasukehä oli Maassa planeetan lapsuudessa.
Etenkin kaasuplaneetat kiinnostavat tutkijoita, sillä ne lämmittävät kuitaan kolmella tavalla. Ensinnäkin kuuhun tulee lämpösäteilyä sen planeetasta. Toiseksi jättiläisplaneetasta heijastuu sen keskustähden säteilyä kuuhun.
Kolmas ja tärkein tekijä on ison planeetan painovoimakentän synnyttämä vuorovesi-ilmiö kuussa. Se voi panna kivikuun sisukset liikkeeseen niin, että kivimassan kitkasta syntyvä lämpö vaikuttaa kuun pinnalla asti.
Jos kuu on oikealla etäisyydellä planeetasta, sisuksien liike voi lämmittää pintaa niin, että vesi pysyy sulana, vaikka kuu ja planeetta sijaitsevatkin planeettajärjestelmänsä kylmällä kolkal la. Eksokuiden vettä etsitään valokuvista, kun Nasa saa James Webb -avaruusteleskoopin toimimaan 2021.
Isojen eksokuiden valokuvaaminen on mahdollista niiden lämpösäteilyn avulla. Helpointa on kuvata isoja, lämpimiä kivikuita, jotka kiertävät kylmiä kaasujättiläisiä kaukana tähdestään, koska silloin kuun heikko lämpö ei peity tähden säteilyyn.
121 lupaavaa planeettaa
James Webbiä odoteltaessa tutkijat etsivät uutta tietoa Keplerin havainnoista, joita se on tehnyt 2 652 eksoplaneetasta ja erityisesti isoista lämpimistä Jupiterin kaltaisista kaasuplaneetoista. Niitä on tähtien lämpimällä vyöhykkeellä paljon enemmän kuin supermaapalloja.
Äskettäin Kalifornian yliopiston tähtitieteen professori Stephen Kane ilmoitti tunnistaneensa 121 suurta kaasuplaneettaa, jotka sijaitsevat elämälle suotuisalla etäisyydellä tähdestään.
Näillä jättiläisplaneetoilla saattaa olla kivikuita ja niillä elämää.
Tutkimuksen seuraava vaihe on löytää eksokuita näiden kaasujättiläisten ympäriltä ja selvittää, onko niillä elämää ja jos on, niin millaista. Elämän muodot on mahdollista päätellä kuiden kaasukehän kemiallisen koostumuksen perusteella.
Koostumus taas on periaatteessa helppo selvittää. Kun kuun pinnan lämpösäteily kulkee kaasukehän läpi avaruuteen, matkalla kaasukehän aineet imevät osan säteilystä itseensä.
Puuttuvista säteilyn aallonpituuksista voidaan päätellä, mitä aineita kaasukehässä on. Jos kaasukehässä on paljon metaania, se voi olla peräisin pieneliöistä, kun taas suuri happipitoisuus saattaa olla merkki bakteereista tai kasveista.
Kehittynyttä elämää voi esiintyä vain kuussa, joka on vähintään Marsin kokoinen. Aurinkokunnan suurin kuu, Ganymedes, on massaltaan vain neljäsosan Marsista. Pienin Marsin kuista, Deimos, on läpimitaltaan vain noin 12-kilometrinen.
Käytännössä eksokuiden tarkkailu ei ole ihan yksinkertaista puuhaa, vaan siihen tarvitaan hyvin tarkat laitteet, koska kuiden lämpösäteily on hyvin heikkoa verrattuna niiden planeetan tai tähden säteilyyn.
Siksi tarkkoja tuloksia tuskin saadaan, ennen kuin James Webb aloittaa työnsä. Sen peili on halkaisijaltaan 6,5 metriä eli lähes kolme kertaa niin suuri kuin Hubblen. Sillä voidaan havaita yli 27-asteinen lämpösäteily. Toisaalta silloin kun ensimmäiset eläimet kehittyivät Maahan 540 miljoonaa vuotta sitten, planeetan keskilämpötila oli 22 astetta.
Pedoilla teekupin kokoiset silmät
Tieteiselokuvissa eksokuut ovat aika tavalla Maan kaltaisia, kuten Tähtien sota -elokuvien metsän peittämä Endor ja Avatar-elokuvan Pandora. Oikeasti eksokuiden asukkaidet olosuhteet olisivat hyvin erilaisett.
Kaasujättiläistä kiertävän kivikuun asukkaiden pitäisi sopeutua hyvin rajuihin oloihin. Kuun sisuksia myllertävien vuorovesivoimien takia maanjäristyksiä ja tulivuorenpurkauksia sattuisi tämän tästä. Siksi ilma olisi täynnä tulivuorten nokea ja tuhkaa, joka verottaisi osan päivänvalosta. Yöllä taas planeetan hohde värjäisi taivaan keltaiseksi tai oranssiksi.
Tällaisissa oloissa kasveilla pitäisi olla isot, leveät ja tummat lehdet, jotta ne saisivat kylliksi valoa yhteyttämiseen. Jos kuussa olisi kasvinsyöjäeläimiä ja niitä syöviä petoja, näillä pitäisi olla ainakin teekupin kokoiset silmät, jotta ne voisivat erottaa saaliinsa tummien kasvien seasta.
Toistaiseksi eksokuiden eliöiden ulkonäön määrää itse kunkin mielikuvitus, mutta kun Kepler-1625 b:n olemassaolo varmistuu, tiedetään, miltä itse kuu näyttää.