Paul Spudis (1952-2018)

Yksi aikamme johtavista kuututkijoista ja Kuuhun palaamisen väsymätön puolestapuhuja Paul Spudis kuoli keuhkosyöpään 29.8.2018. Paitsi eturivin tutkija, hän oli myös selväsanainen kuututkimuksen popularisoija, joka kahdella blogillaan ja useilla kirjoillaan toi kuututkimuksen tulokset myös suuremman yleisön saataville. Paluu Kuuhun oli hänelle sydämen asia. Hänen ensimmäinen kirjansa The Geology of Multi-Ring Impact Basins  on edelleenkin yksi parhaista lukemistani planeettageologian kirjoista ja omalla kuuhulluuden sarallani erittäin merkittävä teos.

Paul Spudis (1952-2018). Kuva: LPI

Paul Spudis kantoi huolta myös seuraavasta tutkijasukupolvesta ja hän veti Lunar and Planetary Instituten (LPI) kesäharjoitteluohjelmaa vuosikaudet. LPI:ssä hänet oppi tuntemaan ystävällisenä, erittäin terävä-älyisenä, vanhat scifi-elokuvat hyvin tuntevana hauskana kollegana, jolla oli aina aikaa jutella ja jakaa neuvojaan.

Kiitos, ja kevyet mullat.

Clementinen näkemys Suorasta vallista

Kuten tuli taannoin mainittua, rykäisimme Ursan Kuu, planeetat ja komeetat -jaostossa pystyyn havaintoprojektin, jonka kohteeksi äänestyksessä valikoitui yksi Kuun maineikkaimmista ja erikoislaatuisimmista kohteista, itäistä Mare Nubiumia halkova Suora valli eli Rupes Recta ympäristöineen. Juttu aiheesta on nyt ilmestynyt Ursan Zeniitti-verkkolehden tämän vuoden ykkösnumerossa.

Loistavien suomalaisten harrastajakuvien lisäksi juttua varten piti tehdä muutamia luotainkuviakin. Ennätin tekaista Clementine-luotaimen aineistostakin kuvatuksen, mutta se jäi sitten Ari Haaviston ansiosta jokseenkin turhaksi, joten jätin sen jutusta pois. Laitetaan se nyt tähän, niin on edes jotain käyttöä sillekin.

Rupes Recta ympäristöineen Clementine-luotaimen 750 nm:n kanavan mosaiikissa. Oikealla halkeamapohjainen kraatteri Thebit, vasemmalla "Ancient Thebitin" läntisen reunan päälle syntyneitä mare-harjanteita. Keskellä oleva kraatteri on Birt, ja sen vasemmalla puolella todennäköisesti magmaattisen juonen synnyttämä Rima Birt. Sen pohjoispäässä näkyy tummana Birt E:n ympärillä pyroklastinen heittelekenttä. Tätä Clementine-kuvaa kannattaa verrata Ari Haaviston samankaltaisissa valaistusolosuhteissa ottamaan kuvaan. Kuva: NASA / DoD / Clementine / T. Öhman.

Nyt Avaruus-foorumilla on menossa uusi äänestys, jossa pääsee vaikuttamaan siihen, mistä aiheesta seuraava juttu tulee. Vaihtoehtoina ovat Sinus Iridum ja Montes Jura, Hyginus ja Rima Hyginus, sekä Rupes Altai ja erikoinen valaistusilmiö, joka kulkee epävirallisella nimellä Larrieu's Dam. Äänestysaikaa on vielä 11.2.2016 asti, joten ei muuta kuin äänestämään!

ISIS, DoD ja suuri WAC-huijaus

Planeettageologiseen tutkimukseen viehtyneille ISIS tarkoittaa yleensä jotain ihan muuta kuin sairasta terroristi- ja rikollisjoukkiota. ISIS on myös eri asia kuin Isis, egyptiläinen maan hedelmien ja kuolleiden ja hyvin monen muun asian jumalatar. Sinänsä kuuhullulle sopivasti yksi Isiksen tunnusmerkeistä on kuunsirppi.

ISIS, eli Integrated Software for Imagers and Spectrometers on Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen (USGS) kehittämä ohjelmistopaketti, joka nykyisin on kutakuinkin välttämätön työkalu suurimmassa osassa kaukokartoitukseen perustuvaa planeettageologista tutkimusta. Linuxin käyttöjärjestelmäkseen vaativa ISIS toimii yleensä varsin sujuvasti liki kaikkien NASAn kuva- ja spektrometriaineistojen kanssa, ja myös useiden muiden avaruusjärjestöjen aineistojen kanssa. Esimerkiksi Lunar Reconnaissance Orbiterin kuvia ei käytännössä saa edes auki muuten kuin ISIStä käyttäen.

Clementine oli Yhdysvaltain puolustusministeriön (DoD) ja NASAn yhteinen kuuluotain, joka 1990-luvun puolivälissä päivitti kuutietämyksemme aivan uudelle tasolle. Etenkin Kuun koostumuksen tutkimuksessa Clementine-aineistoja käytetään edelleen jatkuvasti. Noin sadan metrin erotuskyvyltään Clementinen ultravioletti- ja näkyvän alueen kameran kuvat ovat samaa suuruusluokkaa kuin vaikkapa tyypilliset Lunar Orbiterin ja LRO:n Wide Angle Cameran (WAC) kuvat.

WAC-kuvat ovat erinomaisia esimerkiksi suurempien alueiden kartoitukseen ja muiden aineistojen geologisen kontekstin muodostavaksi taustaksi. LRO:n kameratiimi on tehnyt upeat mosaiikit koko Kuusta sadan metrin erotuskyvyllä. Niitä kelpaa vertailla ja yhdistellä valaistukseltaan varsin toisenlaisiin Clementine-mosaiikkeihin. Joskus kuitenkin tulee tilanteita, joissa on tarpeen käyttää WAC-kuvien parasta mahdollista erotuskykyä (noin 55–70 m kuvapikseliä kohti), tai mosaiikissa on ikävä sauma oleellisessa kohdassa, tai mosaiikin valaistusolot eivät ole ihanteelliset. Silloin pitää hankkia WAC-raakakuvat ja käyttää ISIStä.

Ongelmaksi esteettisesti miellyttävien ja geologisen tulkinnan kannalta luotettavimpien WAC-kuvien ja -mosaiikkien tekemisessä muodostuu kuitenkin se, ettei ISIS sen paremmin kuin kameratiimikään tarjoa tarvittavia tiedostoja WAC-kuvien fotometriseen kalibrointiin. Tämän vuoksi WAC-kuvien toinen reuna tapaa olemaan huomattavasti kirkkaampi kuin toinen. Ongelma on ärsyttävä myös siksi, että se sotii NASAn planeettadatan avoimuuden henkeä vastaan. Tässä tapauksessa kuva-aineistot ovat vapaasti saatavissa, mutta kaikki niiden käsittelyyn tarvittavat tiedostot eivät ole. Käytännössä kameratiimi pakottaa muut tutkijat käyttämään heidän sinänsä aivan erinomaisia mosaiikkejaan, ja pitää itsellään monopolin kunnolla kalibroituihin kuviin ja kaikkiin niiden mahdollistamiin tutkimuksiin.

Tämän probleeman parissa taannoin painiskellessani huomasin, että tässäkin tapauksessa systeemiä voi huijata. WACin yksikanavakuvien (monochrome) fotometrisessä kalibroinnissa voi nimittäin käyttää Clementinen kalibrointitiedostoa. Näin syntyvää kuvaa ei tietenkään pidä käyttää spektro- tai fotometriseen tutkimukseen, mutta geologisen tulkinnan kannalta huijaaminen tuottaa täysin käyttökelpoisen ja nätin kuvan. Kirjoittelin aiheesta ulkomaankielellä lyhyet ohjeet, jotka nyt löytyvät Lunar and Planetary Instituten Lunar Science and Exploration -portaalin Computational Tools -sivulta (tai ihan suoraan tästä). Samalla Computational Tools -sivulla on myös muutama vuosi sitten tekemäni ohjeistus stereokorkeusmallien luontiin, jonka alkuosa toimii johdatuksena ISIS-ohjelmistopaketin peruskäyttöön.

Itse hyvin pikaisesti omilla oletusarvoillani tehty rajaamaton mosaiikki LRO WAC -kuvista M119415370ME.IMG, M119422145ME.IMG, M119428924ME.IMG ja M119435728ME.IMG ilman minkäänlaista fotometristä kalibrointia. Kuvan oikea (itä-) reuna on aivan liian kirkas, ja eräät kuvien saumat ovat turhan selkeitä. Kuvan alareunassa, Crisiumin törmäysaltaan pohjoisreunalla olevan Mare Anguisin ympäröimän tasapohjaisen Eimmart-kraatterin läpimitta noin 45 km.

Muuten sama mosaiikki kuin edellisessä kuvassa, mutta käyttäen kuvien fotometriseen kalibrointiin Clementinen UVVIS-kameran ”a”-kalibrointitiedostoa. Hienosäädöllä mosaiikin laatua olisi voinut parantaa. Näiden mosaiikkien alkuperäinen erotuskyky oli 67,6 metriä pikseliä kohti.

Vertailun vuoksi LRO:n kameratiimin mosaiikista rajattu osa, alkuperäiseltä erotuskyvyltään 100 metriä per pikseli. Joissain kohdissa tämä olisi itse tehtyä parempi, joissain taas toisin päin. Mikäli tutkimuskohteena olisi esimerkiksi Eimmartin itäreunalla sijaitsevan Eimmart A -kraatterin itäinen heittelekenttä, olisi tämän mosaiikin ilmeinen sauma Mare Anguisissa varsin häiritsevä. Samoin tässä Eimmart A:sta on suurempi osa varjossa kuin itse tehdyssä mosaiikissa, ja osa oikean reunan kraattereiden sisäreunojen yksityiskohdista katoaa.

Kun laava virtasi Kylmyyden meressä

Mare Frigoris on se omituisenmuotoinen tumma kaistale Kuun lähipuolen pohjoisosissa. Pitkän matkaa se reunustaa Mare Imbriumia muodostaen Kuu-ukon kulmakarvan, ja jatkeineen (Sinus Roris ja Lacus Mortis) se kattaa reilut sata pituusastetta, tai tuollaiset 1700 km. Mistään vähäpätöisestä pläntistä ei siis ole kyse. Toisin kuin pyöreämmät meret, Mare Frigoriksen ei tiedetä täyttävän mitään törmäysallasta. Tämä voi osaltaan selittää sitä, että Frigorista on tutkittu moniin muihin Kuun meriin verrattuna hyvin vähän.

Mare Frigoriksen tutkimusalueelta kartoitetut vulkaaniset yksiköt. Yksiköiden ikäsuhteet ja koostumukset on annettu seuraavassa kuvassa. CD = cryptomare deposit, EBF = eastern basalt feature, ECF = eastern central Frigoris, EF = eastern Frigoris, PD = pyroclastic deposit, WCF = western central Frigoris, WF = western Frigoris. Kuva: Kramer et al. 2015 / JGR / Wiley.

Tutkimusalueen kivilajiyksiköiden ikäsuhteet
(vanhimmat alimpana) ja niiden rauta- ja
titaanipitoisuudet. Kuva: Kramer et al. 2015 / 
JGR / Wiley.

Korkean alumiinipitoisuuden basaltit taas ovat Apollo-näytteissä harvinaisia Kuun basaltteja. Niissä on 12–18 painoprosenttia alumiinia (Al2O3), kun tavallisissa mare-basalteissa Al2O3-pitoisuus on vain 7–12 painoprosenttia. Lisäksi Apollo 14:n korkean alumiinipitoisuuden basalttinäytteistä löydettiin ainutlaatuisen korkeita kaliumpitoisuuksia. Kenties kiinnostavin piirre korkean alumiinipitoisuuden basalteissa on kuitenkin se, että kaikista mare-basalteista vanhimmat, noin 4,3 miljardin vuoden taakse ajoitetut Apollo 14:n basalttinäytteet ovat juuri korkean alumiinipitoisuuden tyyppiä. Niinpä nämä basaltit avaavat ikkunan Kuun varhaiseen magmaattiseen toimintaan.

Mitä tekemistä Mare Frigoriksella ja korkean alumiinipitoisuuden basalteilla sitten on toistensa kanssa? Paljonkin, ainakin jos uskomme Georgiana Kramerin ja kollegojen painotuoretta artikkelia Mare Frigoriksen basalteista. Ja itse ainakin uskon, sillä minulla oli ilo olla viimeisen muutaman vuoden aikana mukana tuossa seitsemisen vuotta kestäneessä, viime tammikuussa kuolleen B. Ray Hawken ideasta poikineessa projektissa, jonka ensimmäiset tulokset julkaistiin jo keväällä 2009. Silloin tutkimusryhmän koostumuskin oli varsin toinen kuin tutkimuksen lopullisessa artikkeliversiossa.

Kramerin laaja tutkimus perustui etenkin spektrianalyysiin Clementine-luotaimen monikanava-aineistosta, joka yltää ultravioletista lähi-infrapunaan. Oleellisia analyysissä olivat Mare Frigoriksen pintaa ruopineet pienet kraatterit, jotka tarjoavat nähtäväksi säteilyn ja mikrometeoriittipommituksen muokkaamaa pintaa tuoreempaa materiaalia. Näitä Frigoriksen basaltteihin syntyneitä kraattereita tutkittiin peräti 1533 kappaletta, ja ne antavat kattavan kuvan Frigoriksen alueen laavojen koostumuksesta ja alueen vulkaanisesta historiasta. Äkkiseltään vilkaisten piirteettömältä vaikuttava mare-tasanko on geologisessa mielessä kaikkea muuta kuin yksitoikkoinen.

Tutkimuksessa kävi ilmi, että Frigoriksen vulkaaninen historia on ollut pitkä ja todella monivaiheinen. Vaikka eri aikoina eri puolilla Frigorista purkautuneiden laavojen ja vähäisempien pyroklastisten ainesten koostumus on vaihdellut, niistä useimpia kuitenkin yhdistää yksi tekijä: Frigoriksen laavoista valtaosa on korkean alumiinipitoisuuden tyyppiä. Frigoris onkin pinta-alaltaan laajin korkean alumiinipitoisuuden basalttien esiintymisalue. Vaikka tällaiset basaltit siis ovat suuria harvinaisuuksia Apollo-näytteissä, ovat ne kuitenkin todellisuudessa Kuun pinnalla luultua yleisempiä. Tämä osoittaa jälleen kerran todeksi sen, että niin loistavia kuin Apollo-lennot olivatkin, on käsityksemme Kuusta väkisinkin hieman vääristynyt laskeutumispaikkojen vähyyden ja samankaltaisuuden vuoksi.

Frigoriksen seutukunta osuu yksiin erään Jeff Andrews-Hannan viime vuonna ehdottaman mahdollisen repeämävyöhykkeen kanssa. On tällä hetkellä arvailujen varassa, onko Frigoriksen basalttien koostumuksella suoraa yhteyttä ehdotetun repeämävyöhykkeen kanssa, mutta mahdolliselta se vaikuttaa. Mare Frigoris voikin paljastaa vielä kaikenlaista uutta ja yllättävää Kuun geologisesta historiasta ja niistä monimutkaisista prosesseista, jotka siihen ovat vaikuttaneet. 

P.S. 27.11.2015. Juttu pääsi Journal of Geophysical Research: Planets -lehden lokakuun numeron kanteenkin. Kuvassa ylinnä on Mare Frigoriksen rautapitoisuus, alinna titaanipitoisuus, ja keskellä 1533:n tutkimuksessa käytetyn pienen kraatterin sijainti. Kraatteripisteet on merkitty myös rauta- ja titaanikarttoihin. Kohdissa, joissa kraatteria osoittava piste erottuu taustastaan, on pintaregoliitin ja kraatterin paljastaman syvemmän, tuoreen aineksen koostumuksissa ero.

 

Se kolmas uusi kartasto

Kuten aiemmin tuli todettua, hyvistä kuukartastoista ei tällä hetkellä ole pulaa. Kartastoista 21^st Century Atlas of the Moon ja The Cambridge Photographic Moon Atlas, samoin kuin karttaohjelmisto Virtual Moon Atlas tuli jo arvioitua aiemmin. Nyt on vuorossa kolmas uusi kartasto, Ben Busseyn ja Paul Spudiksen täysin uudistettu painos erinomaisesta The Clementine Atlas of the Moonista.

Sanotaan tärkein heti tähän aluksi: Clementine Atlas on paras kartasto, minkä minä olen Kuusta koskaan nähnyt julkaistun. Ylivoimaisesti. Tässä kuitenkin kannattaa pistää paino sanalle kartasto. Se ei ole pieni kätevä kartta, jonka voi helposti napata mukaansa kaukoputken ääreen, ja jossa sitä on helppo ja mukava käyttää. Siihen tarkoitukseen löytyy sopivampia teoksia, etenkin 21^st Century Atlas. Clementine Atlas on se kartasto, jota käytetään ennen ja jälkeen havaintojen, samoin kuin ihan milloin tahansa, kun haluaa perehtyä Kuun kiehtovaan maailmaan.

Vuonna 1994 Kuuta tutkinut Clementine oli alun perin Yhdysvaltain puolustusministeriön alainen teknologiakokeilu, johon NASAn tieteellinen osuus tuli mukaan vähän jälkijunassa. Tavallaan hyvä niin, sillä sen ansiosta hanke oli erittäin halpa, ja toteutettiin nopeasti. Ongelmiakin oli, muun muassa kuvaavan spektrometrin (suomeksi kameran) suodatinten kalibroinnissa, eikä Clementine ohjelmistovirheen vuoksi koskaan päässyt suorittamaan jatkotehtäväänsä, asteroidi 1620 Geographoksen lähiohitusta. Näistä vastoinkäymisistä huolimatta Clementine oli erittäin menestyksekäs lento, jonka aineistoa käytetään jatkuvasti edelleen.

Clementinen päätarkoitus oli Kuun pinnan spektroskooppinen kartoitus eri aallonpituuksilla ultravioletista kaukoinfrapunaan asti. Lisäksi mukana oli mm. laserkorkeusmittari. Lennon päätarkoituksesta johtuen sen kiertorata valittiin siten, että kuvat saatiin otettua lähellä paikallista keskipäivää. Tämän vuoksi kuvissa ei ole juurikaan varjoja, paitsi lähempänä napa-alueita, joille auringonvalo lankeaa aina viistosti. Näin ollen Clementine-kuvista eivät Kuun pinnanmuodot juurikaan erotu, mutta sen sijaan kirkkauserot sitäkin paremmin. Vaikutelma on siis sama kuin katselisi Kuuta kaukoputkella täydenkuun aikaan.

Jo Clementine Atlaksen ensimmäisessä painoksessa Bussey ja Spudis ratkaisivat pinnanmuotojen huonon erottumisen Clementine-kuvissa käyttämällä apuna toista, topografista reliefikarttaa (Mitähän ”shaded relief” mahtaisi olla sujuvaksi suomeksi?). Nyt tuo vanha, USGS:n korkeusmalliin perustunut kartta on korvattu Lunar Reconnaissance Orbiterin Wide Angle Cameran stereokorkeusmalliin yhdistettynä saman luotaimen Lunar Orbiter Laser Altimeter-mittauksiin napa-alueilta. Käytössä on näin ollen paras ja uusin koko Kuun kattava korkeusmalli, joka takaa yhtenäisen ja laadukkaan aineiston. Kartasto sisältää siis kaksi erilaista, kahden eri luotaimen tuottamaa näkymää Kuun pintaan, vaikka sitä vain Clementinen nimellä markkinoidaankin.

Käytännössä kartasto esittää koko Kuun pinnan 144:llä suurella karttalehdellä, kukin omalla aukeamallaan. Aukeamalla aina vasemmalla on Clementine-kuva ja oikealla korkeusmalli, jonka yhteyteen on lisätty erittäin kattava – käytännössä täydellinen – virallinen nimistö. Lehtijako noudattaa perinteistä 1960-luvulla luotua Lunar Aeronautical Charts -jakoa, jossa mittakaava on 1:1 000 000. Clementine-kuvissa tämä ei ole ongelma, mutta varsinkin lähempänä napoja reliefikartta paikoitellen hieman pikselöityy. Tämä on kuitenkin erittäin minimaalinen kiusa.

Hieman suurempi mielipaha sen sijaan aiheutuu siitä, että vaikka tekijät sanovat korjanneensa ensimmäisen painoksen runsaita paino- ja muita virheitä ja ovat osin näin myös tehneet, hyvin helppojakin tapauksia on silti jäänyt korjaamatta, puhumattakaan vähäisemmistä. Esimerkiksi Ptolemaeuksen pohjoispuolella kartassa lukee Glyden, vaikka siellä toki pitäisi suomalaisten ja osin ruotsalaistenkin iloksi lukea Gyldén. Erittäin kovasti taas kismittää se, että Aristarchus A on kartassa saanut pitää vanhan nimensä, vaikka se on jo vuodesta 1973 tunnettu nimellä Väisälä. Tällainen puolihuolimattomuus on ärsyttävää, sillä kartasto muutoin on niin mainio. Lisäksi lista korjausta vaativista kohdista olisi ollut erittäin helposti saatavilla Kuu-Wikistä.

Jos kartastosta joskus tehdään kolmas uudistettu painos, siihen toivoisin hieman lisää monipuolisuutta, siis todellista atlasmaisuutta. Clementine-aineiston analysointi tuotti erinomaiset globaalit raudan ja titaanin jakaumakartat, jotka ovat erittäin hyödyllisiä esimerkiksi eri-ikäisten mare-basalttiyksiköiden erottelemisessa. Nämä ja muutama muu teemakartta ovat toki kartastossa esillä, mutta näistä ei kovin paljon kostu, sillä kussakin teemassa koko Kuu on ahdettu yhdelle sivulle. Hieman tarkempi näkökulma olisi erittäin tervetullut.

Vaikka karttasivut muodostavat Clementine Atlaksen keskeisimmän osan, on kirjan alussa myös pätevä, tiivis johdatus Kuun geologiaan ja sen tutkimukseen. Jos Paul Spudiksen kirjoihin on tullut tutustuttua enemmänkin, saattaa tekstin vanhempi osa tuntua tutulta. Se ei ole ihme, sillä teksti on kopioitu hänen aiemmasta kirjastaan The Once and Future Moon. No, itseltään varastaminen on kai ainakin moraalisesti sallittua niin kauan kuin kustantaja ei huomaa.

Kaikkinensa The Clementine Atlas of the Moon on siis loistava kartasto Kuusta kiinnostuneille, joilla on jokin toinen kartta kaukoputken ääressä käytettäväksi, tai joita ei käytännön havaitseminen kiinnosta. Täysin uudistettujen LRO:n korkeusaineistoihin perustuvien karttojensa ansiosta se oikeastaan kannattaa hankkia, vaikka ensimmäinen painoskin hyllystä löytyisi, vallankin kun se pehmytkantisuutensa ansiosta ei uutenakaan tällä hetkellä maksa kuin 40 taalaa, ja käytettynä puolet siitä.

Arvio:

 

Ben Bussey & Paul Spudis: The Clementine Atlas of the Moon. Revised and Updated Edition, 2012. Cambridge University Press, 317 s.