torstai 1. huhtikuuta 2021

Donitsi kulhossa – Mitä konsentrisesti muokatut kraatterit ovat?

"Kun olet nähnyt yhden kraatterin, olet nähnyt ne kaikki.” Suunnilleen näillä sanoilla aikoinaan naljaili Venuksen vulkanotektonisiin rakenteisiin ja Marsin muinaisiin uomiin erikoistunut työkaverini – ja jatkoi satojen Marsin kraatterien tuijottamista tutkimusprojektissamme.

Kuten tässäkin blogissa olen useaan kertaan todennut, törmäyskraatterit ovat aurinkokuntamme ylivoimaisesti tyypillisin ja tärkein pinnanmuoto. Niitä on nähty kaikilla tarkemmin tutkituilla kiinteäpintaisilla kappaleilla Jupiterin jatkuvasti aktiivista Io-kuuta lukuun ottamatta. Ne myös esiintyvät kaikissa mittakaavoissa tuhansien kilometrien läpimittaisista planeettaa järkyttäneistä törmäysaltaista paljain silmin näkymättömiin mikrokraattereihin saakka. Kiistatta tähän joukkoon mahtuu melko monta jokseenkin paljon toisiaan muistuttavaa peruskraatteria.

Klassisten malja- ja kompleksikraatterien lisäksi on kuitenkin olemassa myös hyvin omalaatuisen näköisiä kraattereita. Tällaiset harvinaisemmat tapaukset kertovat yleensä jotain mielenkiintoista alueen kallioperän rakenteesta, koostumuksesta, tai sitä myöhemmin muokanneista geologisista prosesseista.

Kraattereita niiden synnyn jälkeen muokanneet prosessit olivatkin mielessäni, kun aamuyöllä 23.3.2021 vietin laatuaikaa kaukoputkeni ääressä. Vajaata paria vuorokautta myöhemmin Jari Kankaanpäällä oli sama kohde, Hesiodus A. Jarin iltapuhteen tuloksena oli alla oleva upea kuva.

Hesiodus A ympäristöineen Jari Kankaanpään Kauhavalla 24.3.2021 klo 22.40 12”:n putkella, 3x Barlow-linssillä, IR long pass -suotimella ja ASI 174mm -kameralla kuvaamana. Pohjoinen ylhäällä, kuten kaikissa kuvissa, ellei toisin mainita. Kuva: Jari Kankaanpää; osasuurennoksen muokkaus: T. Öhman.

 

Hesiodus A on varsin pieni kraatteri, vain noin 14-kilometrinen. Se sijaitsee Mare Nubiumin eli Pilvien meren etelärannalla. Kuun komeimpien hautavajoamien joukkoon kuuluva yli 330 km pitkä Rima Hesiodus lienee seudun merkittävin nähtävyys. Katsomisen arvoisia ovat myös alueen rakopohjaiset kraatterit, eli kulmikas Hesiodus ja etenkin satakilometrinen Pitatus. Molempien pohjat ovat tummien mare-basalttien peitossa. Hesioduksen lounaisreunalla sijaitseva Hesiodus A tuppaa jäämään näiden suurempien kohteiden varjoon.

Edellisen kuvan likimain kattama alue Mare Nubiumin etelärannalla Hesiodus A:n ympäristössä on merkitty suorakaide 1:llä. Muita jutussa mainittuja konsentrisesti muokattuja kraattereita melko satunnaisessa järjestyksessä: 2: Louville DA, 3: Repsold A, 4: Marth, 5: nimetön Humboldtissa, 6: nimetön Lavoisierissa, 7: Pontanus E, 8: Gruithuisen K. Kuva: Virtual Moon Atlas / LRO WAC / T. Öhman.

 

Hesiodus A:n sijainti. Kuva: NASA / ASU / LRO WAC / QuickMap / T. Öhman.

 

Hesiodus A on kuitenkin merkittävä kohde, sillä se on tunnetuin esimerkki erikoislaatuisesta pienten kraatterien ryhmästä. Niille ominaista on kraatterin sisäseinämän ja pohjan välissä oleva toinen, huomattavasti matalampi rengasrakenne. Hesiodus A:n tapauksessa tämän sisemmän renkaan halkaisija on noin 7 km. Hyvissä olosuhteissa ja parahultaisessa valaistuksessa sisemmän renkaan voi nähdä jo noin 11-senttisellä kaukoputkella, mutta kunnolla sitä pääsee katselemaan 15–20-senttisellä tai suuremmalla putkella silloin harvoin kun kelit sallivat.

Hesiodus A on sen verran pieni, ettei se vielä herättänyt 1800-luvun maineikkaiden ja tarkkasilmäisten saksalaisten ja englantilaisten kuuhavaitsijoiden mielenkiintoa. 1940-luvulla sen merkillinen muoto jo tunnettiin, mutta enemmälti siihen alettiin kiinnittää huomiota vasta kuuluotainten kuvien myötä 1960- ja 1970-luvuilla.

Hesiodus A Kaguya-luotaimen Terrain Cameran kuvaamana. Se on kaikkien konsentrisesti muokattujen kraatterien ja lisäksi niiden alaluokittelun T-tyypin malliesimerkki. Kuva: JAXA / Kaguya TC / NASA Moon Trek / T. Öhman.

 

Jos Internetistä etsii tietoa Hesiodus A:sta, löytyy edelleenkin lukuisista paikoista väitteitä, joiden mukaan kyseessä olisi kraatteri, jossa kaksi törmäyskraatteria on syntynyt täsmälleen samalle kohdalle. Tästä ajatuksesta on liikkeellä ainakin kahta eri versiota. Toisen mukaan kyseessä on puhdas sattuma, eli törmäyksillä ei olisi mitään tekemistä toistensa kanssa. Toisessa mallissa taas Kuun vuorovesivoimat olisivat repineet Kuuta lähestyneen melko hauraan kappaleen kahteen osaan juuri ennen sen törmäämistä, jolloin palaset olisivat osuneet samaan kohtaan, mutta toinen hitusen myöhemmin kuin ensimmäinen.

Hesiodus A tietokoneella luodussa viistokuvassa.
Kuva: NASA / ASU / LRO WAC / QuickMap / T. Öhman.
 
 

Kumpikin kaksoistörmäysidean versio on virheellinen. On hivenen merkillistä, että ajatus elää niin sitkeästi edelleen, vaikka kuka tahansa voi erinomaisten luotainkuvien avulla todeta, ettei Hesiodus A:n sisempi rengasrakenne näytä ollenkaan törmäyskraatterin reunalta. Ennemminkin Hesiodus A muistuttaa isoa donitsia tai suomalaisemmin munkkirinkilää jälkiruokakipossa.

Hesiodus A ja muut kaltaisensa tunnetaan englanniksi yleensä nimellä concentric crater. Se on melkoisen onneton nimivalinta, koska sitä nimeä käytettiin alkujaan 1960-luvun lopulla aivan toisella mekanismilla kerrokselliseen kohteeseen syntyneistä kraattereista. Ne myös näyttävät varsin erilaisilta. Vakiintuneita suomenkielisiä  nimiä näille ei ole, mutta Hesiodus A:n kaltaisia kraattereita voisi kutsua vaikkapa konsentrisesti muokatuiksi kraattereiksi, sillä siitä niissä on kyse.

Länsi–itä-suuntainen korkeusprofiili Hesiodus A:n poikki. Yläkuvan sininen viiva osoittaa profiilin sijainnin LRO WAC -kuvassa, punaiset viivat ovat korkeuskäyriä. Alakuvan y-akseli kuvaa korkeutta metreinä. Kuva: NASA / ASU / LRO WAC / T. Öhman. Korkeusdata: SLDEM2015.

 

1970-luvulla ansioituneet kuututkijat Pete Schultz ja Chuck Wood olivat tahoillaan jo oikeilla jäljillä arvellessaan, että Hesiodus A ja muut sen kaltaiset kraatterit olisivat tuliperäisten voimien muokkaamia. Schultz arveli muiden mahdollisuuksien ohella, että kyseessä voisi kenties olla tuliperäinen tuhkarengas. Wood puolestaan esitti, että sisemmän renkaan olisi voinut aiheuttaa hyvin sitkeä tai erittäin hitaasti purkautunut laava. Wood myös laati luettelon 51:stä konsentrisesti muokatusta kraatterista.

Seuraavina vuosikymmeninä konsentrisesti muokattuja kraattereita tutkittiin aina silloin tällöin. Järin suosittu tutkimuskohde ne eivät kuitenkaan koskaan ole olleet, eikä lopullista selvyyttä niiden synnystä ja olemuksesta näissä tutkimuksissa saatu. Vuonna 2016 Havaijin yliopiston geofysiikan ja planetologian instituutissa työskentelevä David Trang kollegoineen julkaisi tähän mennessä kattavimman tutkimuksen Kuun konsentrisesti muokatuista kraattereista.1 Se tarjoaa vastauksia moneen keskeisimpään kysymykseen.

Trang ja kumppanit löysivät Kuusta 114 konsentrisesti muokattua kraatteria. Niillä on viisi keskeistä ominaispiirrettä:

  1. kraatterin reunan sisäpuolella oleva reunaan nähden konsentrinen harjanne
  2. poikkeuksellisen vähäinen syvyys
  3. sijainti lähellä mare-alueita tai pienempiä mare-läiskiä, mutta ei yleensä niiden keskellä
  4. konsentrinen harjanne koostuu samasta materiaalista kuin ympäristö
  5.  eratostheeninen tai sitä vanhempi, yleensä imbrinen ikä, ei koskaan kopernikaaninen

Tämän lisäksi konsentrisesti muokatut kraatterit ovat varsin pieniä. Suurin on halkaisijaltaan hieman alle 28 km, mutta useimmiten konsentrisesti muokatut kraatterit ovat alle 15-kilometrisiä. 80 % niistä on korkeintaan 60 km:n päässä jonkun mare-tasangon reunasta (eli meren rannasta). Monet esiintyvät lisäksi rakopohjaisten kraatterien sisällä tai lähistöllä. Esimerkiksi Humboldtista ja Lavoisierista löytyy oikein kauniit konsentrisesti muokatut kraatterit. Huomattavin poikkeus on 13-kilometrinen Pontanus E, joka sijaitsee syvällä kraatteroituneilla ylängöillä kaukana meristä.

Lunar Reconnaissance Orbiter -luotaimen WAC-kuvista tehty mosaiikki rakopohjaisesta Humboldt-kraatterista, osasuurennoksessa NAC-kuva Humboldtin nimettömästä hyvin kauniista T-tyypin konsentrisesti muokatusta kraatterista. Kuva: NASA / ASU / LRO WAC & NAC / T. Öhman.
Lavoisier on Humboldtin tapaan suuri rakopohjainen kraatteri, jonka pohjalla on komea, osasuurennoksessa paremmin näkyvä nimetön 5,4-kilometrinen T-tyypin konsentrisesti muokattu kraatteri. Kuva: NASA / ASU / LRO WAC & NAC / QuickMap / T. Öhman.
Noin 13-kilometrinen T-tyyppinen Pontanus E on suuri harvinaisuus konsentrisesti muokattujen kraatterien joukossa, sillä se ei sijaitse meren rannalla tai suuressa rakopohjaisessa ja osin basalttien täyttämässä kraatterissa, vaan keskellä ylänköaluetta. Kuva: JAXA / Kaguya TC / NASA Moon Trek / T. Öhman. 

 

Hyvä esimerkki konsentrisesti muokattujen kraatterien mataluudesta on lähes 11-kilometrinen Louville DA. Se sijaitsee aivan liki seitsenkilometrisen Louville D:n vieressä. Alkujaan Louville DA:n olisi pitänyt olla yli 700 m syvempi kuin Louville D. Sen sijaan se on noin kilometrin matalampi. Tällainen ero ei mitenkään selity pelkästään sillä, että Louville DA on kraattereista vanhempi. Jonkin prosessin on täytynyt nostaa kraatterin pohjaa, mutta jättää sen reuna rauhaan.

 

Louville D on tavallinen nuori heittelekentän ympäröimä maljakraatteri, läpimitaltaan noin 6,9 km. Louville DA puolestaan on konsentrisesti muokattu ja vanhempi, sekä läpimitaltaan hieman suurempi, noin 10,8-kilometrinen. Louville DA on alkujaan ollut luultavasti yli 700 m syvempi kuin Louville D, mutta on muokkautumisensa vuoksi nyt noin kilometrin matalampi kuin Louville D. Louville DA:ssa on nähtävissä kaksikin konsentrista rengasta. Ulompi on lähinnä  M-tyyppiä, sisempi B-tyyppiä, jonka mukaan koko kraatteri on luokiteltu. Yläkuvan keltainen viiva osoittaa alakuvassa esitetyn korkeusprofiilin sijainnin. Kuva: JAXA / Kaguya TC / NASA Moon Trek / T. Öhman; Korkeusdata: LRO LOLA.

 

Trangin ja kollegoiden tutkimuksessa konsentrisesti muokatut kraatterit jaettiin kolmeen luokkaan konsentrisen harjanteen muodon mukaan. Tyypillisin on Hesiodus A:n tapainen donitsimainen, tasainen rengas emäkraatterin pohjalla. Harjanteen ja emäkraatterin sisäseinämän välissä on v-muotoinen laakso. Tämä tyyppi sai nimen toroid. Bulbous-tyyppi on muutoin edellisen kaltainen, mutta kraatterin keskeltä harjanteen poikki ulottuu säteittäisiä painanteita.

Kolmannessa, meniscus-tyypissä ei ole donitsimaista rinkulaa. Sen sijaan tällainen kraatteri näyttää siltä, että isomman kulhon sisään on laitettu pienempi, hyvin laakea kulho. Suomenkielisiä nimiä eri tyypeille ei ole, joten niitä voi paremman puutteessa kutsua sujuvasti vaikka T-, B- ja M-tyypin konsentrisesti muokatuiksi kraattereiksi.

M-tyypin konsentrisesti muokattu kraatteri Repsold A Kaguya-luotaimen Terrain Cameran kuvaamana. Kuva: JAXA / Kaguya TC / NASA Moon Trek / T. Öhman.

 

Joillain kraattereilla konsentrisia harjanteita on yhden sijaan kaksi. Tällaisia ovat vaikkapa Louville DA ja Gruithuisen K. Molemmilla renkaat ovat myös eri tyyppejä. Louville DA:lla ulompi on lähinnä  M-tyyppiä, sisempi B-tyyppiä. Gruithuisen K:lla ulompi on B-tyyppiä, mutta Gruithuisen K kuitenkin luokitellaan sisemmän harjanteen perusteella T-tyypin kraatteriksi.

Kuusikilometrinen Gruithuisen K on Louville DA:n tapaan poikkeuksellinen konsentrisesti muokattu kraatteri, sillä siinä on kaksi konsentrista harjannetta. Näistä ulompi on B-tyyppiä, mutta Gruithuisen K kuitenkin luokitellaan sisemmän harjanteen perusteella T-tyypin kraatteriksi. Vasemmassa yläkulmassa mosaiikin valaistussuunta vaihtuu. Kuva: NASA / ASU / LRO NAC / QuickMap / T. Öhman.

 

Trangin vetämän tutkimuksen perusteella ainoa mekanismi, joka pystyy selittämään kaikki havaitut piirteet, on magmaattinen intruusio. Heidän mallinsa mukaan kraatterin pohjan alapuolisia rakoja pitkin kohosi magmaa. Se ei kuitenkaan päässyt purkautumaan laavana pinnalle asti, vaan ainoastaan kohotti kraatterin pohjaa. Konsentrisesti muokkautuneita kraattereita ei esiinny merten keskiosissa, koska siellä mahdollisesti syntyneet kraatterit hautautuivat myöhempien mare-basalttien alle.

Konsentrisesti muokatut kraatterit ja rakopohjaiset kraatterit ovat Trangin ryhmän mukaan hyvin läheistä sukua toisilleen. Molemmat syntyvät magmaattisen intruusion pullistaessa kraatterin pohjaa. Alle 15-kilometriset maljakraatterit muuttuivat konsentrisesti muokatuiksi, mutta yli 15-kilometrisistä kompleksikraattereista tuli rakopohjaisia kraattereita.

Eräs ilmeinen asia, johon ei Trangin tutkimuksessa suoranaisesti otettu kantaa, on konsentrisesti muokattujen kraatterien harjanteen muoto ja sijainti. Miksi magmaintruusio siis synnyttää maljakraattereissa munkkirinkilän, mutta kompleksikraattereissa keskeltä pömpöttävän rakopohjaisen kraatterin? Yksi mahdollisuus renkaan synnyksi saattaisi liittyä siihen, että kraatterin pohjalla sijaitseva törmäyssulakivestä koostuva linssi on paksuimmillaan kraatterin keskellä. Se voisi muodostaa alta työntyvälle magmalle läpitunkemattoman esteen. Pohjan taittuessa kraatterin sisäseinämäksi törmäyssula ohenee ja lopulta katoaa, mahdollistaen magman kohoamisen lähemmäksi pintaa ja sen myötä rengasmaisesti kohoavan pohjan synnyn. Muitakin mahdollisuuksia renkaan muodostumiselle varmasti on. Syitä eri tyyppisten konsentristen harjanteiden synnyllekään ei toistaiseksi tiedetä.

Konsentrisesti muokatut kraatterit ovat siis Kuussa harvinainen ja kiehtova törmäyskraatterityyppi. Mielenkiintoista on, että toistaiseksi varmoja tapauksia ei tunneta mistään muualta kuin Kuusta. Marsista ei vastaavia ole tiettävästi löydetty, ja Merkuriuksen pinnalta Trangin ryhmä löysi alustavissa etsinnöissään yhden(!) kandidaatin. Tarkemmissa tutkimuksissa niitä toki voi löytyä lisääkin, mutta vaikuttaa kuitenkin hyvin vahvasti siltä, että ne ovat leimallisesti juuri Kuussa ja nimenomaan sen lähipuolella esiintyvä kraatterityyppi. Tässäkin mielessä meitä Maan asukkaita on lykästänyt.

Kuuhavaitsijan kannalta Hesiodus A on varmastikin helpoin konsentrisesti muokattu kraatteri, mutta muitakin on tarjolla. Hesiodus A:n länsipuolella Palus Epidemiarumissa eli Kulkutautien suolla oleva Marth kuuluu näistä helpoimmin havaittaviin. Se on sikälikin kiehtova tapaus, että se rikkoo yhtä konsentrisesti muokattujen kraatterien pääsääntöä vastaan: se koostuu ylänköaineksesta, kun ympärillä on mare-basaltteja. Tässä ei kuitenkaan ole mitään varsinaisesti kummallista, sillä suolla basaltit ovat niin ohuita, että kraatteri syntyi lähes kokonaan basalttien alla oleviin ylänköaineksen vaaleisiin kiviin.

Jos siis Kuun katseleminen kiinnostaa, käytössä on mielellään pikkuruista hieman suurempi kaukoputki, ja kaipaa vähän eksoottisempia havaintokohteita, voi vaihtelun vuoksi yrittää konsentrisesti muokattujen kraatterien havaitsemista. Konsentristen harjanteiden näkemisessä omin silmin tai niiden kuvaamisessa riittää nimittäin haastetta hieman enemmänkin Kuuta havainneille. Kannattaa käyttää loppukevään kirkkaat yöt hyväksi ja ainakin kokeilla.

Viistokuva Kuun etäpuolella Apollon törmäysaltaassa sijaitsevasta T-tyypin 11,8-kilometrisestä kaksi konsentrista harjannetta sisältävästä kraatterista. Pohjoinen vasemmalla. Kuva: NASA / GSFC / Arizona State University / LRO NAC M1097537923L & R.