Kummat kiehkurat ja paluu Kuuhun

Kuun läntisellä pallonpuoliskolla Oceanus Procellarumissa eli Myrskyjen valtameressä Marius-, Reiner- ja Cavalerius-kraatterien välissä sijaitsee kummallinen, lähinnä siittiöltä tai nuijapäältä näyttävä kirkas aaltomainen kuvio, Reiner Gamma. Se on tunnetuin esimerkki joukosta Kuun erikoisia ja kauniita piirteitä, joita kutsutaan englanniksi nimellä swirl. Vakiintunutta suomenkielistä nimitystä niille(kään) ei ole, mutta itse olen aina tilaisuuden tullen tavannut puhua kiehkuroista. Sellaisilta ne näyttävät, kuten englanninkielinenkin nimitys antaa ymmärtää.

Reiner Gammasta esitetään yleensä vain sen keskiosa, mutta koko kiehkura-alue yltää yläoikealta kuvan alareunaan saakka. Pohjoinen ylhäällä. Kuva: NASA / LRO WAC / QuickMap / T. Öhman.

 

Kiehkurat ovat harvinaisia, sillä niitä on tunnistettu koko Kuun pinnalta vain 11–12 kappaletta. Kuuharrastajille Reiner Gamman ohella tutuimpia ovat Kuun itäisellä libraatiovyöhykkeellä sijaitsevat Mare Marginiksen kiehkurat, sillä ne päätyivät Chuck Woodin Lunar 100 -luettelon viimeiseksi havaintokohteeksi. Kuun lähipuolella on kuitenkin kolme muutakin kiehkuraa harrastajien tavoiteltaviksi, eli Descartesin, Airyn ja Rimae Sirsaliksen kiehkurat.

Reiner Gamma kiinnitti erikoisen muotonsa vuoksi jo 1800-luvun herrasmiestutkijoiden mielenkiinnon. Englantilaishavaitsijoista turhan nuorena kuollut Thomas Gwyn Empy Elger (1836–1897) kutsui sitä munniharpuksi (Jew's Harp). Edmund Neison (1849–1940; oikealta nimeltään Edmund Neville Nevill) puolestaan totesi sen olevan paljon silmiinpistävämpi kuin läheinen Reinerin kraatteri. Saksalaiset Wilhelm Wolff Beer (1797–1850; Beer oli ennen kaikkea Mädlerin työn rahoittaja) ja Johann Heinrich von Mädler (1794–1874) taas ihmettelivät, kuinka heitäkin varhaisemmat kuuhavaitsijat olivat onnistuneet sekoittamaan olemukseltaan täysin erilaiset Reinerin ja Reiner Gamman. He pitivät Reiner Gammaa hyvin matalana ylätasankona.

Havaintotarkkuuden parantuessa kävi kuitenkin ilmeiseksi, ettei Reiner Gammalla sen paremmin kuin muillakaan, vasta lähinnä viime vuosikymmeninä löydetyillä kiehkuroilla ole minkäänlaista nähtävissä olevaa topografiaa tai ylipäätään mitään korrelaatiota pinnanmuotojen kanssa. Pintapuolisesti tarkastellen kiehkurat ovatkin vain kummallisen muotoisia kirkkaita läiskiä. Tarkemmin tutkittaessa kiehkuroista paljastuu silti monia mielenkiintoisia ja merkillisiäkin piirteitä.

Kuun kiehkuroiden sijainti. Yläkuvassa Kuun magneettikentän voimakkuus Lunar Prospectorin mittauksien pohjalta (J. S. Halekas, 2003), alakuvassa Clementine-luotaimen kuvamosaiikki. Huomaa, että etäpuoli sijoittuu kartoissa keskelle. Kuva: G. Y. Kramer.

 

Kiehkuroissa on eroja, mutta kirkkaan ja yleensä mutkittelevan ulkomuotonsa ja näennäisen topografian puutteensa ohella niillä on useita muitakin yhteisiä piirteitä. Yksi oleellisimmista on, että jokainen kiehkura esiintyy magneettikentän poikkeaman eli anomalian kohdalla. Tämä ei tosin päde toisin päin, eli suinkaan jokaisen magneettisen anomalian kohdalla ei ole kiehkuraa. Lisäksi jotkut kiehkurat ulottuvat hieman magneettisen anomalian ulkopuolella. Magneettikentän voimakkuus ei kuitenkaan suoraan korreloi kiehkuran esiintymisen tai kiehkuran kirkkaiden osien tai niiden väliin jäävien tummien osien sijaintien kanssa. Se sentään tiedetään, että ainakin Reiner Gamman tapauksessa magneettiset kenttäviivat ovat kirkkailla alueilla enimmäkseen vaakasuorassa ja tummilla alueilla enimmäkseen pystysuorassa.

Useimmat kiehkurat sijaitsevat melko tarkoin toisella puolella Kuuta kuin jokin törmäysallas. Tämä yhteys olisi muuten hyvin mielenkiintoinen, mutta se voi olla täyttä sattumaa, sillä selväpiirteisimmän kiehkuran eli Reiner Gamman vastapuolelta ei allasta löydy. Kuussa myös törmäysaltaita riittää, joten kohtalaisen hyvä yhteensopivuus täysin sattumalta ei olisi tavaton ihme.

Chandrayaan-1 -luotaimen Moon Mineralogy Mapper (M³) -spektrometri mahdollisti kiehkuroidenkin koostumuksen tarkemman tutkimuksen. M³-havaintojen perusteella kirkkaat kiehkurat sisältävät vähemmän vettä (tarkemmin sanoen hydroksyyli- eli OH^–-ioneja) kuin ympäröivät alueet tai kiehkuroiden tummat vyöhykkeet. Lisäksi kirkkaat alueet eivät ole optisesti niin ”kypsiä” kuin tummat. Se kielii siitä, että niissä on vähemmän hiukkaspommituksen synnyttämää rautaa. Tämä perinteikäs havainto on tosin myös kiistetty, eikä lopullista varmuutta asiasta vielä liene.

Kiehkuroiden erikoinen ulkonäkö ja ominaisuudet ovat johtaneet suureen joukkoon erilaisia ideoita niiden synnyn selittämiseksi. Yksi suosituimmista on ollut, että kiehkuroiden voimakas magneettikenttä suojelee alla olevaa pintaa etenkin Auringon tummentavalta protonipommitukselta. Tämä selittäisi kiehkuroiden kirkkauden ja monet muutkin niiden spektroskooppisista ominaisuuksista. Avoimeksi kuitenkin jää, miksei sitten kaikkien magneettisten anomalioiden kohdalla ole kiehkuraa.

Suurten törmäysaltaiden vastapuolilla eli antipodeilla tapahtuu joskus kummallisia asioita. Tämä tunnetaan etenkin Merkuriuksesta, jossa Caloriksen altaan vastapuolen maasto on hyvin kummallista. Antipodin kohdalla yhteen kasautuneet törmäyksen maanjäristysaallot ja heittele ovat luultavasti synnyttäneet Merkuriuksen oudon maaston. Erilaisten mallinnusten mukaan myös Kuussa törmäysaltaan antipodin alueella villisti virtaileva kuuma heittele olisi voinut synnyttää lyhytaikaisen voimakkaan magneettikentän, joka sitten jämähti kiinni kiviin. Nykyisinkin se ns. remanenttina kenttänä suojelisi alla olevaa pintaa hiukkaspommitukselta. Reiner Gamman puuttuva törmäysallas on kuitenkin kantona kaskessa, samoin kuin se kiusallinen tosiasia, ettei Merkuriuksen tapaista outoa maastoa ole varmuudella Kuun törmäysaltaiden vastapuolilta havaittu.

Malleja toki on muitakin. Kuten monesti muulloinkin kun Kuussa pitäisi selittää jotain erikoista, esiin on loihdittu komeettatörmäykset. Kunnon hopealuodin tavoin komeetat ratkaisevat minkä tahansa ongelman, myös kiehkurat. Uskottavampana vaihtoehtona on esitetty, että magneettikenttä tavalla tai toisella jaottelee ja uudelleenkerrostaa hienorakeista tummaa pölyä, joka rautapitoisempana on magneettisempaa kuin vaalea pöly. Näin erottuisivat kiehkuroiden kirkkaat ja tummemmat alueet.

Eräs mielenkiintoinen kiehkuraidea liittyy sähköstaattisten voimien leijuttamaan pölyyn. Niin hiukkas- kuin mikrometeoriittipommituskin johtavat siihen, että Kuun pölyhiukkasilla tapaa olla heikko sähkövaraus (mikä osaltaan vaikuttaa pölyn sotkevuuteen). Pienet sähkökentät riittäisivät tämän idean mukaan siihen, että pöly leijailisi Kuun pinnan yläpuolella. Tällaisesta levitoinnista on suoria havaintojakin, sillä Apollo-lentoja edeltäneet Surveyor 5, 6 ja 7 -laskeutujat kuvasivat Kuun hämärätaivaalla valoilmiöitä, jotka lienevät pölyn heijastamaa auringonvaloa. Myös Apollo 17:n komentajan Gene Cernanin (1934–2017) kuuluisat piirrosluonnokset auringonnoususta Kuun kiertoradalta nähtynä saattavat osittain selittyä sähköstaattisten voimien leijuttamalla pölyllä.

Auringonlaskun jälkeisiä valoilmiöitä Kuussa Surveyor 7 -laskeutujan kuvaamana alkuvuonna 1968. Horisontin hehkun oletetaan olevan peräisin pölystä, joka leijailee kuunpinnan yläpuolella sähköstaattisten voimien kannattelemana. Kuva: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory / Gary Rennilson.

 

Leijuvaan pölyyn liittyy myös Geophysical Research Letters -julkaisusarjassa maaliskuun alussa ilmestynyt artikkeli. Siinä Deborah Dominguen johtama tutkimusryhmä amerikkalaisesta Planetary Science Institutesta tutki Kuun etäpuolella sijaitsevaa Mare Ingeniin kiehkura-aluetta. Heidän lähtökohtansa poikkesi aiemmista töistä sillä, että heidän käytössään oli merkittävästi aiempaa tarkemmat korkeusmallit.

Näiden 70–80 cm:n horisontaali- ja korkeuserotuskykyyn yltävien korkeusmallien myötä vähintään vuosisadan ajan ”tiedetty” kiehkuroiden riippumattomuus paikallisesta tai alueellisesta topografiasta on joutumassa havaintojen hautausmaalle. Tai ainakin sitä ollaan hieman tuuppimassa siihen suuntaan. Dominguen ja kollegoiden uusien havaintojen mukaan kiehkuroiden kirkkaat osat ovat nimittäin pääosin kahdesta kolmeen metriä alempana kuin tummat vyöhykkeet. Heidän mukaansa raekooltaan kymmenestä mikrometristä jopa millimetriin oleva pöly rikastuisi näihin matalampiin kohtiin. Joko magnetismi, sähköstaattinen leijuminen tai niiden yhdistelmä höystettynä painovoimalla johtaisi pintapölyn kokojaotteluun siten, että hieno tumma aines jäisi ylemmäksi. Samalla matalampien kirkkaiden alueiden pinnasta tulisi millimetrimittakaavassa hieman karkeampi ja myös kiinteämpi. Tämä sopii aiempiin spektro- ja fotometrimittauksiin kiehkuroiden koostumuksesta ja pintarakenteesta.

Vaikka Dominguen ryhmän havaitsema topografiariippuvuus on mielenkiintoinen uusi pelinavaus Kuun kiehkuratutkimuksessa, ei se kuitenkaan ratkaise monia avoimia kysymyksiä. Havaintoihinkin ja niistä tehtyihin johtopäätöksiin tulee myös suhtautua vielä terveellä skeptisyydellä. Uudet suuren erotuskyvyn korkeusmallit kattavat vain kaksi erittäin pientä osaa Ingeniin kiehkuroista. Näilläkään alueilla tulokset eivät ole täysin yhteneväiset, sillä toisella tutkitulla profiililla alhaisin mediaanisyvyys tavataan kirkkaiden kiehkuroiden välisellä tummalla alueella, eli juuri toisin päin kuin yleistetyistä havainnosta tehdyt johtopäätökset kertovat. Järin paljon Domingue kumppaneineen ei tätä ilmeistä ristiriitaa käsittele.

Kuun etäpuolella sijaitseva pieni Mare Ingenii eli Taitavuuden meri täyttää osittain 560 km:n läpimittaista Ingeniin törmäysallasta. Ingeniin kiehkuroiden selväpiirteisimmät osat sijiaitsevat meren ja altaan eteläosissa. Pohjoinen ylhäällä. Kuva: NASA / LRO WAC / QuickMap / T. Öhman.

 

Toinen tällä hetkellä ilmeiseltä vaikuttava mahdollinen ongelma, joka artikkelissakin mainitaan, liittyy pölyn kuljettamiseen tarvittaviin sähkökenttiin. Niin teorioiden kuin laboratorikokeidenkin perusteella Kuussa vähän tavallista voimakkaampia sähkökenttiä muodostuu esimerkiksi kraattereiden reunoihin ja muihin teräväpiirteisiin pinnanmuotoihin. Ingeniin kiehkuroiden tasaisilla tutkimusalueilla tällaisia ei ole. Varsinainen pölyä liikutteleva mekanismi on siis melkoisen epävarmalla pohjalla.

Luonnontieteessä havaintojen pohjalta yleensä ainakin jossain vaiheessa luodaan hypoteeseja ja malleja. Jos ne selittävät useita erilaisia havaintoja ja vieläpä tarjoavat testattavia ennusteita, aina parempi. Ja jos uudet, mieluiten useampien toisistaan riippumattomien tutkijoiden toistamat havainnot eivät sovi vanhoihin malleihin, joutavat vanhat käsitykset romukoppaan. Näin käy siitäkin huolimatta, että ”totuudet” voivat periytyä satojen vuosien takaa.

Dominguen tutkimusryhmän tulokset ja kiehkuroiden osittainen syntyhypoteesi ovat sikäli oivallista luonnontiedettä, että ne tarjoavat testattavissa olevan ennusteen. Sen pätevyyden testaamiseen ei tarvita kuin yksityiskohtaisia toisten kiehkuroiden korkeusmalleja. Jos muidenkin kiehkuroiden alueilta havaitaan samanlaista topografista korrelaatiota kuin Ingeniistä, voi leijuvan pölyn mallin sanoa olevan aika vahvoilla. Samalla tietysti kaikkien kuututkijoiden tuntema perinteinen opinkappale siitä, ettei kiehkuroilla ja topografialla ole mitään tekemistä toistensa kanssa, osoittautuisi virheelliseksi.

Henkilökohtaisen persnäppituntuman esittely sallittaneen näin blogin vapaamuotoisissa ympyröissä. Dominguen ryhmän tutkimusalueet olivat hyvin tasaisella mare-tasangolla. Kiehkuroita on kuitenkin ylängöilläkin: pienehköt Gerasimovichin kiehkurat sijaitsevat keskellä etäpuolen kraatteroitunutta ylänköä, eivätkä lähipuolella sijaitsevat selväpiirteiset Airyn tai läiskämäisemmät Descartesin kiehkurat sen tasaisemmassa maastossa ole. Veikkaisinkin, että mahdollisen topografiakorrelaation löytäminen ylänkökiehkuroista ei tule olemaan järin helppoa. Vaikka siis olenkin Dominguen ryhmän uusista tuloksista vilpittömän innoissani, keski-ikäisenä konservatiivijääränä en ole ihan vielä luopumassa edeltäjieni hyväksi havaitsemista opeista.

Kiehkuroiden tutkimista voi jopa kuututkimuksen sisällä pitää melkoisen eksoottisena puuhana, sillä eihän niitä edes tunneta kuin noin tusina. Muilta taivaankappaleilta ei vastaavia piirteitä ole havaittu laisinkaan (mikä sinänsä on vallan merkillistä, ja varmasti kertoo jostain jotain). Kovin vahvasti niiden syynäämistä ei siis vertailevan planeettatutkimuksenkaan nimissä voi puolustella. Silti kiehkuroilla on kauaskantoisempaakin tieteellistä merkitystä.

Toisin kuin Maalla, Kuulla ei nykyisin ole kaunista kaksinapaista ja eläväistä magneettikenttää. Sen sijaan Kuun magneettikentästä on jäljellä vain kiviin kiinnittyneet muinaiset magneettiset jäänteet. Kiehkuroiden ja niihin liittyvien magneettisten anomalioiden tutkimus, mieluiten paikan päällä, voikin syventää ymmärrystämme Kuun magneettikentän ajallisesta ja paikallisesta kehityksestä vuosimiljardeja sitten. Yksi mahdollinen alkuperä kiehkuroiden magneettisille poikkeamille ovat pinnanalaiset magmaattiset juonet tai kenties laavatunnelit. Mikäli tämä ajatus pitää paikkansa, voidaan kiehkuroita tutkimalla päästä käsiksi laajempiin kysymyksiin Kuun tuliperäisen toiminnan kehityksestä.

Kuten perustutkimuksessa usein käy, myös vuosikymmeniä jatkuneelta akateemiselta puuhastelulta vaikuttavalta kiehkuroiden ja niihin kytkeytyvien magneettisten poikkeamien tutkimuksella voi pian olla käytännöllistäkin merkitystä. Kun astronautit palaavat Kuuhun ja ovat ensin möyrineet etelänavan tuntumassa kyllikseen, aletaan myös muita ympäristöjä tutkia tarkemmin. Jossain vaiheessa kiehkuratkin ovat astronauttien asialistalla. Ihmisten näkökulmasta kiehkuroilla on se etu puolellaan, että niiden voimakkaampi magneettikenttä ainakin jossain määrin suojelee astronautteja haitalliselta hiukkaspommitukselta. Visaisempi kysymys on, onko tällä käytännön merkitystä. Pysyvämpi kuuasema kun kuitenkin vaatii suojakseen vähintään kerroksen Kuun pinta-ainesta.

Toinen astronauttien kannalta kiinnostava piirre kiehkuroissa on niiden vesipitoisuus. Itse kirkkaissa kiehkuroissa hydroksyyli-ioneina esiintyvää vettä on ympäristöään niukemmin. Ideat – joskaan eivät tiettävästi vielä havainnot – viittaavat siihen, että kun vettä kerran on kiehkuroiden kirkkaissa osissa keskimääräistä vähemmän, täytyy kiehkuroita reunustavissa tummissa vyöhykkeissä sitä olla vastaavasti keskimääräistä enemmän. Vettä on Kuussa napaseutuja lukuun ottamatta niin äärimmäisen pieniä määriä, että sen vähäinenkin rikastuminen voi jossain vaiheessa olla merkittävää.

On hyvinkin mahdollista, että saamme paikan päältä tietoa kiehkuroista jo ennen kuin seuraavat astronautit ehtivät niitä tutkimaan. Viime marraskuussa NASA päätti myöntää rahoituksen Intuitive Machines -yhtiön astronautittomalle Nova-C -laskeutujalle. Sen määränpäänä on Reiner Gamma. Tämä olisi kolmas Nova-C -laskeutuja (eli tylsästi nimetty IM-3). Jos kaksi ensimmäistä laskeutujaa onnistuvat ja jo nyt viivästynyt hanke pysyy jatkossa aikataulussa, Reiner Gamman alueelle saavuttaisiin vuonna 2024.

Amerikkalaiset eivät ole ainoita, jotka ovat olleet kiinnostuneita Reiner Gamman lähitarkastelusta. Korealla oli nimittäin vielä jokunen vuosi sitten oma suunnitelmansa pienestä CubeSat-pohjaisesta törmäysluotaimesta. Sen oli tarkoitus iskeytyä loivalla kulmalla Reiner Gammaan ja mitata samalla sen magneettikenttää. Itse en ole suunnitelmasta enää vähään aikaan kuullut, joten voi olla, että se on tässä muodossaan haudattu. Korealaiset ovat kuitenkin keskeisesti mukana NASAn ja Intuitive Machinesin Reiner Gammaan suuntaavan Nova-C -laskeutujan laitekehityksessä. Oletettavaa on, että CubeSat-projektin suunnittelussa karttunutta osaamista on suoraan hyödynnetty Nova-C:ssä.

Elämme siis hyvin mielenkiintoisia aikoja niin kuututkimuksessa yleensä kuin kiehkuratutkimuksessa erityisesti. Hyvällä tuurilla jo muutaman vuoden päästä meillä on suoria mittaustuloksia kaikkein maineikkaimmasta kiehkurasta ja sen magneettikentästä. Vaikkei tuolloin vielä selviäisi, mistä kiehkuroissa ja niiden magneettikentissä pohjimmiltaan on kyse, olisi jo yhdenkin syntymallin poissulkeminen merkittävä edistysaskel. Toivotaan parasta.

Nova-C -laskeutujan malli. Kuva: NASA GSFC / Wikimedia / CC BY 2.0.

 

---

Kiitokset Georgiana Kramerille kiehkurakartasta.

Tämä juttu ilmestyi alkujaan Ursan Kraatterin reunalta -blogissani. Lisäilin tähän versioon kuitenkin mm. vanhojen partojen elinvuosia, hieman yksityiskohtia ja melkoisesti linkkejä. Etenkin Elger-linkki kannattaa vilkaista, se oli itselleni uusi löytö. Myös Nova-C:n kuvan lisäsin tähän loppuun. Se tuhosi kertaalleen koko siihen mennessä tekemäni muokkaustyön. On tämä Blogger vaan niin kätevä.