 | |
| Orientalen allas Lunar Reconnaissance Orbiterin kuvaamana. Sisärenkaan rajaama Mare Orientale täyttää vain altaan keskiosan. Sen itäpuolella sisem- män ja ulomman Rookin renkaan välissä näkyy tummana Lacus Veris, ja uloimpana Cordilleran renkaan sisäpuolella puolestaan on Lacus Autumni. Cordilleran renkaan ja samalla koko törmäysaltaan läpimitta on noin 930 km. Kuva: NASA / GSFC / ASU / LRO WAC. |
Uutisten taustalla on NASAn huikean menestyksekäs, neljä vuotta sitten toimintansa lopettanut GRAIL-luotainkaksikko, joka mittasi Kuun painovoimakenttää ennennäkemättömällä tarkkuudella. GRAILin aineistoa on ehditty hyödyntää vasta hyvin pintapuolisesti, ja nyt julkaistut artikkelit ovat ensimmäiset, joissa käsitellään GRAILin loppuvaiheiden tuloksia. Orientalen merkittävyyden vuoksi luotainpari ohjattiin viime vaiheissaan lentämään Orientalen itäosan yli vain kahden kilometrin korkeudelta, joten viimeiset painovoimamittaukset ovat jopa GRAILin mittakaavassa huikaisevan tarkkoja. Painovoimamallin erotuskyky on 3–5 km, mikä toisen taivaankappaleen painovoimakenttää tutkittaessa on äärimmäisen hyvä suoritus.
Artikkeleista ensimmäinen on GRAILin päätutkijan Maria Zuberin ja laajan kollegajoukon kirjoittama. Se on eräässä mielessä hyvin perinteinen Sciencen artikkeli: milloin hyvänsä jokin avaruusluotain tekee jotain uutta ja ihmeellistä, kuten GRAIL lennon loppuvaiheessakin teki, siitä kirjoitetaan artikkeli Scienceen. Tuollaiset artikkelit eivät oikeastaan koskaan sano juuri mitään, mutta niitä on kuitenkin myöhemmin pakko siteerata, koska ne ovat ensimmäisiä. Käyttökelpoisemmat artikkelit tulevat sitten myöhemmin muissa lehdissä. Tästä lähtökohtaisesta kritiikistä huolimatta Zuberin porukka on tehnyt aivan erinomaista työtä, ja GRAILin tulokset ovat monessa mielessä mullistavia.
Zuberin artikkelin oleellisin tieto on uusi arvio Orientalen kaivautumiskraatterin läpimitasta, noin 320–460 km. Tämä sijoittaa sen reunan sisemmän Rookin renkaan (ks. kuva yllä) ja Mare Orientalea rajaavan sisärenkaan (jota Zuber ja kumppanit kutsuvat nimellä "inner depression") väliin. Vuosikymmenten saatossa kaikkia Orientalen päärenkaista, eli sisärengasta (D=320 km), sisempää Rookin rengasta (D=480 km), ulompaa Rookin rengasta (D=620 km) ja Cordilleran rengasta (D=930 km), sekä melkeinpä mitä tahansa 100 km:a suurempaa lukemaa on esitetty Orientalen kaivautumiskraatterin halkaisijaksi.
Kaivautumiskraatteri on se tilapäinen kraatteri, jonka tilavuus juuri ennen sen luhistumista on suurimmillaan. Sen merkitys on siinä, että sen koko varsinaisesti määrittelee kaiken, mitä kraatterille myöhemmissä kraatteroitumisprosessin vaiheissa tulee tapahtumaan. Niinpä sen koon tunteminen olisi hyvin oleellista pyrittäessä ymmärtämään kraatterien ja altaiden syntyä. Ongelma piilee siinä, että se on ohimenevä ja myös idealisoitu ilmiö, eikä siitä lopullisen kraatterin pinnalla havaittavaan muotoon jää mitään todistetta. Tarkat painovoimatutkimukset kuitenkin mahdollistavat aiempaa tarkemmat arviot sen koosta, sillä painovoimakenttään se jättää jälkensä. Helppoa sen määrittäminen ei siltikään ole, mistä kielii myös Zuberin ja kumppanien arvion varsin suuri epävarmuus. Kokoarvioiden joukossa Zuberin ryhmän arvio menee pienehköön päähän, ja on esimerkiksi pienempi kuin kollegani Amanda Nahmin kanssa muutama vuosi sitten tehdyssä artikkelissa järkeilemäni 500–550 km (Rookin renkaiden välissä). Varmaa on, että vaikka 320–460 km on nyt ehkäpä varmimmalla pohjalla oleva kokoarvio, se ei tule olemaan viimeinen. Kun GRAIL-tutkimusryhmän ulkopuolisetkin tahot pääsevät nyt käsiksi kaikkein tarkimpaan painovoima-aineistoon, tulemme varmasti näkemään runsaasti mielenkiintoisia uusia kurkistuksia Kuun pinnanalaiseen maailmaan.
Jälkimmäinen Sciencen artikkeli onkin sitten paljon kiinnostavampi. Siinä Brandon Johnson kollegoineen yrittää GRAILin antamien pohjatietojen varassa simuloida Orientalen tärkeimpien renkaiden (Rookin renkaat ja Cordillera) syntyä. Tunnustan suoraan, että simulointi on lähtökohtaisesti itselleni hieman ongelmallinen ala, eikä vain kraatteritutkimuksessa. Valitettavan paljon nimittäin näkee simulaatioihin perustuvia tutkimuksia, joissa todellisen geologian tai ylipäätään havaintojen asettamat reunaehdot sivuutetaan täysin. Osa tämän uudenkaan artikkelin kirjoittajista, ykköskirjoittaja professori Johnson ja akateemikko Jay Melosh mukaan lukien, ei ole sitä syntiä aiemmin onnistunut välttämään. Tällä kertaa hommassa kuitenkin tuntuu enimmäkseen pysyneen järki mukana.
 |
| Sciencen kanteen päässyt kaunis näkymä Orientalen törmäysaltaaseen. Kuvassa on yhdistetty NASAn Lunar Reconnaissance Orbiterin laserkorkeusmittarin ja JAXAn SELENE / Kaguyan stereokuva-aineistoihin perustuva digitaalinen korkeusmalli GRAILin värikoodattuun painovoiman ilma-anomaliaan. Punaiset alueet ovat positiivisia painovoimapoikkeamia, eli niillä on massaa keskimääräistä enemmän. Kuva: Ernie Wright / GSFC / NASA Scientific Visualization Studio. |
Johnsonin ja kumppaneiden parhaassa simulaatiossa, jossa 64 km:n läpimittainen duniittiasteroidi törmää nopeudella 15 km/s 52 km paksuun kuoreen, kaivautumiskraatterin läpimitaksi saatiin noin 390 km. Zuberin asettamien rajojen sisällä siis pysyttiin. Simulaatio myös tuottaa kolme keskeisintä rengasta oikeille paikoilleen. Simulaation ennustamat ulompien renkaiden siirrokset läpäisevät koko kuorikerroksen yltäen Kuun vaippaan saakka. Ne ovat loivempia (50°–55°) kuin mitä topografiaan pohjautuvalla siirrosmallinnuksella yleensä arvioitiin, mutta lasketut siirtymät ovat näissä täysin erilaisissa lähestymistavoissa samaa muutaman kilometrin luokkaa, mikä tietenkin lisää luottamusta tulokseen tuntuvasti.
Yksi omasta mielestäni kiinnostavimmista johtopäätöksistä on Johnsonin artikkelissa lähes piilotettu yhteen lyhyeen kappaleeseen. Osin tämä varmasti johtuu artikkelin kirjoittajajoukostakin, johon mahtuu ainakin kahden allaskoulukunnan edustajia. Johnsonin simulaatiossa sisempi Rookin rengas on romahtanut keskuskohouma, kuten sen olla pitääkin. Kuten jo edellä viittasin, ulompi Rookin rengas ja Cordilleran rengas sen sijaan ovat normaalisiirrosten synnyttämiä. Siirrokset syntyivät kaivautumiskraatterin romahtamisen aiheuttamana vaippa-aineksen virratessa kohti altaan keskustaa. Samalla vaippa veti mukanaan kuorikerrosta. Tämä johti kuoren venytykseen, ja sen myötä normaalisiirrosten syntyyn. Tämä syntymalli on täysin ns. rengastektonisen teorian mukainen. Itseäni tämä miellyttää, sillä olen aina pitänyt rengastektonista teoriaa selvästi eleganteimpana allasmallina, ja sillä on sekin pieni etu puolellaan, että se sopii yhteen havaintojen kanssa. Eräät muut syntymallit ovat maineikkaasta esittäjästään huolimatta vähintäänkin omituisia.
Ongelmattomana Johnsonin uutta simulaatiotutkimusta ei sen kiistattomista ansioista huolimatta tietenkään voida pitää. Pahin puute on, että simulaatio on laskennallisten pakotteiden sanelemana kaksiulotteinen. Kaksiulotteiset simulaatiot hyvin todennäköisesti yliarvioivat keskuskohouman koon, ja koska sisempi Rookin rengas syntyy keskuskohouman romahtamisesta, voisi näin simulaatiomaallikkona olettaa realistisemman kolmiulotteisen simulaation tuottavan huomattavasti pienemmän renkaan. Sikäli tulosten ja todellisuuden vastaavuudelta putoaisi pohja pois.
Simulaation kaksiulotteisuus myös automaattisesti tarkoittaa sitä, että törmäyksen oletetaan olleen pystysuora, vaikka luonnossa pystysuoria törmäyksiä ei ole, ja todennäköisen törmäyskulma on 45°. Törmäyksen vinous aiheuttaa runsaasti erittäin merkittäviä muutoksia kraatteroitumisprosessiin, ja pystysuoraan törmäykseen nähden 45°:n törmäyksen synnyttämän kaivautumiskraatterin tilavuus on vain kolme neljäsosaa. Jo lähtökohtaisesti siis tiedetään, että simulaatio ei vastaa todellista Orientalen altaan synnyttänyttä törmäystä.
Toinen ongelmakohta ovat simulaatioiden ytimessä vaikuttavat materiaalien tilanyhtälöt. Tilanyhtälöt ovat joukko fysikaalisia yhtälöitä, jotka kuvaavat aineen ominaisuuksia eri olosuhteissa. Kraatteroitumisprosessin äärimmäisissä olosuhteissa kiviaineksen tilanyhtälöt tunnetaan erittäin heikosti. Lisäksi artikkelissa käytetään Kuun kuoren kuvaamisessa graniitin tilanyhtälöä, sillä todellisuutta vastaavalle anortosiitille tilanyhtälöitä ei käytännössä tunneta juuri lainkaan. Saman ryhmän aiemmat tutkimukset ovat antaneet viitteitä, joiden mukaan altaiden kokoluokassa kuoren tilanyhtälöllä ei olisi mainittavaa merkitystä, mutta täyttä varmuutta tästä ei ole. Ylipäätään tilanyhtälöiden heikko tuntemus on yksi kraatterimallinnuksen suurista ongelmakohdista, joista tosin simulaatiotutkimusten lehdistötiedotteissa ymmärrettävistä syistä ollaan hiljakseen.
Yksi asia, josta niin Zuber kuin Johnsonkin artikkeleissaan vaikenevat täysin, on hyvinkin oleellinen, jos Orientalea käytetään kaikkien altaiden arkkityyppinä, kuten hyvin usein tehdään. Paul Spudis puhui asiasta kirjassaan jo yli kaksikymmentä vuotta sitten. Orientale on nimittäin nuorin Kuun törmäysaltaista, ja nuori verrattuna myös muiden planeettojen altaisiin. Sen synnyttänyt törmäys tapahtui verrattain myöhään, jolloin Kuun lämpövuo oli jo huomattavasti alhaisempi ja kuori paksumpi kuin useimpien muiden altaiden syntyessä. Kuoren paksuus ja lämpötila ovat hyvin merkittäviä muuttujia altaiden synnyssä ja kehityksessä, ja Orientalen kohdalle ne siis eivät olleet samat tai välttämättä kovinkaan vertailukelpoiset muiden altaiden kanssa. Niinpä Orientalen altaan rakenteen tai simuloidun syntymekanismin ei suoraan voi olettaa kertovan, miten muut altaat syntyivät tai millaisilta ne nuoruudessaan näyttivät. Tämä kannattaa pitää mielessä tuleviakin Orientale-tutkimuksia lukiessa. Niitä odotellessa kannattaa kuitenkin lukaista niin Zuberin kuin Johnsoninkin artikkelit, sillä ne toimivat hyvänä johdantona erittäin laajaan Orientale-kirjallisuuteen perehdyttäessä.
--
*Kyllä, T+A:n uutisen aloitus "Kuun valoisan puolen laidalla" ärsytti todella pahasti, ja yritin saada toimittaja Riikosen korjaamaan tuon valheellisen väittämän, siinä kuitenkaan onnistumatta. Tuo kertonee ongelman laajuudesta. Miten voisi edes toivoa, että Kuun valaistusolosuhteet olisivat millään lailla suuren yleisön tiedossa, kun asia ei Pohjoismaiden suurimman tähtitiedelehden verkkouutisten toimituksessakaan missään vaiheessa iske kenenkään silmään? Työmaata tälläkin saralla selvästi riittää...
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti