Apollo 11:n tieteellinen anti

Viime viikkoina tiedotusvälineissä on puhuttu runsaasti Apollo 11:n kuulennosta. Parin seuraavan viikon aikana tahti varmasti entisestään kiihtyy. Nyt kun lennosta tulee kuluneeksi 50 vuotta, juhlimiseen ja hehkutukseen on ehdottamasti aihettakin. Lento täytti John F. Kennedyn asettaman kansallisen tavoitteen ihmisen saamisesta Kuun pinnalle ja hengissä takaisin 1960-luvun loppuun mennessä. Sen myötä USA lopullisesti osoitti teknisen ylivertaisuutensa Neuvostoliittoon nähden ja varmisti voittonsa 1950-luvun lopulla alkaneessa suurvaltojen avaruuskilpailussa. Omasta mielestäni Apollo-lentoihin huipentunut Yhdysvaltain varhainen avaruusohjelma on ihmiskunnan merkittävin saavutus, jos unohdetaan esimerkiksi pyörän ja kirjoitustaidon keksimisen kaltaiset sivuseikat. 

Mike Collins otti tämän huikean kuvan Kuun pinnalta
palaavasta  Eagle-kuumodulista ja maannoususta
kipparoimansa komentomoduli Columbian ikkunasta.
Yksi Apollo-ohjelman yllättävistä seurauksista oli etenkin
Apollo 8:n maannousukuvan vaikutus kansainvälisen
ympäristöliikkeen syntyyn 1960-luvun lopulla.
Kuva: AS11-44-6643 / NASA / Kipp Teague /
muokkaus: T. Öhman.

Kuututkimus oli etenkin varhaisilla Apollo-lennoilla sivuosassa. Mukana kuvassa se kuitenkin oli. Koko Apollo-ohjelman merkitys Kuun, varhaisen Maan ja koko aurinkokuntamme kehityksen ymmärtämisessä on ollut käänteentekevä, ja Apollo-aineistot, etenkin kuunäytteet, muodostavat edelleenkin kuututkimuksen kulmakiven.

Koko Apollo-ohjelman tieteellisestä merkityksestä ilmestyi juuri mainiot artikkelit Physics Today ja EOS-lehdissä. Parin viikon kuluttua juhlitaan kuitenkin erityisesti Apollo 11:tä. Oli täysin mahdollista, että ensimmäinen miehitetty laskeutuminen Kuuhun olisi jäänyt myös viimeiseksi. Mitä Kuusta olisi selvinnyt, jos miehitetyt kuulaskeutumiset olisivat jääneet siihen yhteen ainoaan?

Kuun varhainen kehitys

Kuun kehityshistoria oli vielä 1960-luvulle tultaessa heikosti tunnettu. Nobel-kemisti Harold Urey (1893–1981) oli Yhdysvaltain miehitetyn avaruusohjelman yksi tärkeimmistä varhaisista tieteellisistä tukijoista. Tunnetun tarinan mukaan hän sai eräissä bileissä käsiinsä Ralph Baldwinin klassikkoteoksen The Face of the Moon, luki sen siltä istumalta, ja oli siitä lähtien Kuun lumoissa. Hänen suosimansa teorian mukaan Kuu oli muinainen, kauempana aurinkokunnassa syntynyt kylmä kappale, jonka Maa myöhemmin sieppasi satelliitikseen. Ureyn mukaan Kuussa ei ollut koskaan ollut mainittavampaa sisäsyntyistä geologista toimintaa. Niinpä Urey uskoi Baldwinin tavoin Kuun kraatterien olevan törmäysten synnyttämiä.

Urey edusti siis Kuun kehityksessä "kylmän Kuun" koulukuntaa, Kuun alkuperää koskien sieppaus- eli puolisoteorian koulukuntaa, ja kraatterien alkuperän osalta törmäyskraatterien koulukuntaa. Hänen merkittävin vastavoimansa oli Gerard Kuiper (1905–1973). Kuiperin mukaan Kuu ja Maa syntyivät samasta kaasupilvestä yhtä aikaa, ja Maan tavoin Kuu oli ollut geologisesti aktiivinen: Kuun meret olivat tuliperäisiä ja syntyivät pian itse Kuun muodostumisen jälkeen. Samoin Kuiperin mukaan kraatterien keskuskohoumat olivat tuliperäisiä rakenteita. Kuiper oli siis "kuuman Kuun", sisarusteorian ja vulkaanisten kraatterien koulukuntien edustaja. Kuiper ja Urey ottivat varsin kiivassanaisesti yhteen pitkin 1950- ja 60-lukuja. Apollo 11:n lentoon mennessä kukaan ei kuitenkaan varmasti tiennyt, olisiko tieteellisen kilpailun voittaja Urey vai Kuiper.

Apollo 11:n miehistön – etenkin Neil Armstrongin, jonka vastuulla geologinen tutkimus enimmäkseen oli – keräämät 21,6 kiloa kuunäytteitä ratkaisivat osan tärkeimmistä Ureyn ja Kuiperin kiistakysymyksistä välittömästi. Kuten tieteessä usein käy, kumpikaan kiistan osapuolista ei kuitenkaan ollut täysin oikeassa, muttei myöskään täysin väärässä. Jo viikko Apollo 11:n laskeutumisen jälkeen Urey joutui myöntämään, että kivet näyttävät laavavirtojen synnyttämiltä, ja että hänen pitää muuttaa mielipidettään. Kuun meret olivat kiistatta tuliperäistä basalttia, joten ajatus "kylmästä Kuusta" päätyi saman tien romukoppaan. Piste Kuiperille.

Neil Armstrong keräämässä "hätävaranäytettä". Niiden tarkoituksena oli saada edes jonkinlainen näyte kuuperästä, mikäli kuukävely jouduttaisiin lopettamaan ennenaikaisesti. Kahdella viimeisellä Apollo-lennolla "hätävaranäytteen" keräämisestä luovuttiin. Kaikki asioista perillä olevat tahot ovat poikkeuksetta ylistäneet Armstrongin kenttägeologista työskentelyä ja näytteiden valintaa erinomaiseksi. Skannaus Apollo 11:n 16 mm:n filmiruudulta. Kuva: NASA / JSC / ASU.

Kuun meret osoittautuivat tarkemmissa tutkimuksissa olevan miljardeja vuosia vanhoja basalttitasankoja, eli myös merien iän suhteen Kuiper oli pääpiirteissään oikeassa. Armstrongin ja Aldrinin keräämien basalttien joukossa oli lisäksi kappaleita lähinnä plagioklaasimaasälvästä koostuneesta anortosiitista. Tämän täytyi olla peräisin Kuun ylängöiltä, joiden koostumuksen Apollo 11 siis myös kertaheitolla ratkaisi. Näytteet olivat kuitenkin täynnä kiistattomia todisteita törmäysten synnyttämästä shokkimetamorfoosista. Ylänkökivet olivat päätyneet tasangolle kraattereiden heitteleen mukana, ja koska ne olivat shokkimetamorfoosin runtelemia, täytyy kraattereiden olla törmäyskraattereita eikä suinkaan tuliperäisiä. Piste Ureylle.

Kuun synty

Kysymys Kuun alkuperästä oli yksi koko Apollo-ohjelman tärkeimpiä tieteellisiä motivaattoreita. Siihen ensimmäiset Apollo-kivet eivät monien pettymykseksi tarjonneet ilmeistä vastausta. Selvyyttä eivät tuoneet myöhempienkään lentojen näytteet: Apollo-ohjelma päättyi ilman, että yhteen sen keskeisimmistä tieteellisistä kysymyksistä saatiin vastausta. Uusi, mullistava teoria Kuun synnystä esiteltiin tieteellisessä kokouksessa vuonna 1974, pari vuotta Apollo-lentojen päättymisen jälkeen. Tuolloin ajatus Kuun synnystä jättimäisen törmäyksen seurauksena ei kuitenkaan saavuttanut järin suurta kiinnostusta. Kului vielä kymmenen vuotta, ennen kuin tutkijayhteisö oli valmis hyväksymään törmäysteorian vahvimmaksi kandidaatiksi selittämään Kuun havaitut ominaisuudet. Sekä Urey että Kuiper olivat väärässä, mutta kumpikaan heistä ei päässyt enää todistamaan tätä.

On tietysti pitkälti arvailua, olisiko törmäysteoriaan päädytty pelkkien Apollo 11 -näytteiden pohjalta. Oma veikkaukseni on, että olisi. Jo niiden perusteella nähtiin, että Kuussa on Maahan verrattuna hyvin vähän vettä ja muita helposti haihtuvia aineita. Lisäksi niiden kertoma koko Kuun koostumus vastaa varsin tarkoin Maan vaipan koostumusta, mutta rautaa on Kuussa kokonaisuutena Maahan verrattuna niukalti. Mikä merkittävintä, ja osin myös merkillisintä, Apollo 11:n näytteiden happi-isotooppikoostumuksen havaittiin välittömästi vastaavan lähes täydellisesti Maan happi-isotooppikoostumusta (ei nyt mennä tällä kertaa viime vuosina keskustelua herättäneeseen isotooppikriisiin). Nämä kaikki ovat törmäysteorian peruspalikoita, joten todennäköistä on, että pelkillä Apollo 11:n tuomilla kivilläkin törmäysteoria olisi nykyisin vallalla oleva malli Kuun synnylle.

Perusasiat kohdilleen

Erän modernin kuututkimuksen perushypoteeseista sen sijaan oivallettiin heti Apollo 11:n näytteiden perusteella: Kuulla on muinoin täytynyt olla magmameri. Tästä on kiittäminen John A. Woodin johtamaa työryhmää. Irtonaisen kuuperän eli regoliitin sisältämistä anortosiittipartikkeleista Wood kollegoineen päätteli, että Kuun on täytynyt olla nuoruudessaan sula, jolloin anortosiitti on kevyenä noussut pintaan ja muodostanut Kuun kuoren. Raskaammat, enemmän rautaa sisältäneet kivilajit painuivat syvemmälle ja muodostivat Kuun vaipan. Tämä malli pätee pääpiirteissään edelleenkin, ja sillä on ollut erittäin merkittävä vaikutus yritettäessä ymmärtää myös muiden maankaltaisten planeettojen varhaisinta geologista historiaa. Apollo 11:n tuomat pikkuruiset kiven muruset ovat siis ollet aivan keskeisessä osassa, kun viimeisten vuosikymmenten varrella on kehitelty erilaisia geologisia malleja selittämään esimerkiksi Marsin ensimmäisten kymmenet miljoonat vuodet. 

Kuun ajanlasku ennen Apollo 11:n lentoa oli puhtaasti suhteellinen. Toisin sanoen tuolloin tiedettiin joltisenkin luotettavasti, mitkä alueet olivat vanhoja, mitkä taas nuoria. Vanhoilla alueilla oli enemmän kraattereita kuin nuorilla, ja nuoremmat geologiset yksiköt leikkasivat ja peittivät vanhempia. Eri alueiden absoluuttisesta, vuosissa mitattavasta iästä taas ei ollut kuin enemmän tai vähemmän valistuneita arvauksia. Apollo 11:n näytteet Mare Tranquillitatiksen lounaisosista antoivat ensimmäisen tunnetun pisteen alueen pinnalla havaittavien kraatterien lukumäärää ja kyseisen pinnan ikää kuvaaviin diagrammeihin. Yhtäkkiä Kuun eri alueiden geologisesta historiasta voitiin alkaa puhua myös käyttäen alueiden likimääräisiä absoluuttisia ikiä. Myöhemmät Apollo-lennot tietysti toivat lisää pisteitä käyrälle. Tämä on mullistanut koko aurinkokuntamme tutkimuksen, sillä Kuun kraatterilaskut ovat pohjana kaikille muillekin kiinteäpintaisten kappaleiden pintojen ikämäärityksille Merkuriuksesta jättiläisplaneettojen jääkuille ja aurinkokunnan äärirajoille Plutoon ja Ultima Thuleen saakka.

Loppu hörhöilylle

Mitä muuta Apollo 11 -lennosta opittiin? Vaikka useat neuvostoliittolaiset ja amerikkalaiset miehittämättömät laskeutujat olivat jo todenneet Kuun pinnan olevan kova, piti uransa aikana harvinaisen monialaisesti väärässä ollut Tommy Gold (1920–2004) eräiden muiden tutkijoiden ohella sitkeästi elossa teoriaa, jonka mukaan Kuuta peittää paksu pölykerros, johon kuumoduli voisi upota. No, ei uponnut, sillä pölykerroksen paksuus mitataan senteissä. Buzz Aldrinin kuuluisa kuva saappaanjäljestä oli itse asiassa osa tutkimusta, jossa oli tarkoitus selvittää pölykerroksen ominaisuuksia. Parasta, mitä Goldin pölythypoteesista oli seurauksena, oli Arthur C. Clarken (1917–2008) mainio romaani A Fall of Moondust, eli suomeksi Selene I.

Tämä Buzz Aldrinin ottama kuva on paras valokuva Neil Armstrongista Kuun pinnalla. Armstrong-kuvien vähäisyys johtui vain siitä yksinkertaisesta syystä, että kamera oli suurimman osa aikaa Armstrongilla, jonka tehtävänä valokuvaus enimmäkseen oli. Kuten kuvasta näkyy, kuumoduli Eagle ei uponnut kuupölyyn. Kuva: AS11-40-5886 / NASA / Kipp Teague / muokkaus: T. Öhman.

Yksi ilmeisistä ja myös täysin odotetuista Apollo 11:n tuloksista oli tietenkin se, ettei kuukivissä näkynyt pienintäkään jälkeä minkäänlaisesta elämästä. Tähän liittyi varsin kiinteästi havainto siitä, että edes Kuun mineraalien kiderakenteessa ei havaittu vettä (sivuutetaan tässä taas viimeisen vuosikymmenen kiinnostavat löydöt hyvin pienestä määstä vettä Kuun kivissä). Tästä elämän merkkien ja elämän edellytysten puutteesta huolimatta vielä Apollo 14:n astronautit joutuivat lentonsa jälkeen kolmen viikon karanteeniin kuupöpöjen pelossa.

Kuun geofysiikkaa

Geologisen kenttätyön ohella Apollo 11:n miehistö teki myös merkittävää geofysikaalista tutkimusta viemällä tutkimuslaitteita Kuun kamaralle. Näiden asentaminen oli lähinnä Buzz Aldrinin tehtävä. Kuunjäristyksiä mittaava seismometri valitettavasti uuvahti kuumodulin lähdön tussauttaman kuupölyn aiheuttamaan lämpöhalvaukseen jo kolmen viikon jälkeen, joten sen saavutukset jäivät hieman niukoiksi. Jo sen ensimmäiset tulokset kuitenkin osoittivat Kuun olevan seismiseltä "taustakohinaltaan" hiljaisempi kuin oli useissa malleissa oletettu, ja että Kuun seismiikka on täysin erilaista kuin Maan. Lisäksi Kuulla on taipumus jäädä "soimaan" pitkäksi aikaa kuunjäristysten tai pienten meteoroiditörmäysten jälkeen. Tarvittiin kuitenkin myöhempien lentojen seismometriverkostoa, jotta Kuun sisärakenteeseen päästiin toden teolla pureutumaan.

Apollo 11:n toimittamista tutkimuslaitteista puhuttaessa unohtaa ei sovi myöskään seismometrin kyljessä ollutta yksinkertaisen nerokasta kuupölyn mittalaitetta. Sen tulokset ovat vasta viime vuosina saaneet ansaitsemansa huomion. Kuupöly on äärimmäisen särmikästä ja reaktiivista, joten se voi hyvinkin olla terveyshaitta tulevaisuuden astronauteille. Vähintäänkin se aiheuttaa melkoisesti päänvaivaa Kuussa käytettäviä avaruuspukuja ja mitä tahansa Kuun pinnalle lähetettävää teknologiaa suunnitteleville insinööreille. Tämäkin soveltava tutkimus nojaa Apollo 11:n tieteelliseen antiin.

Neil Armstrongin ottamassa kuvassa Buzz Aldrin on asentamassa EASEP-tutkimuslaitteistoa. Aldrinin oikean käden takana näkyy edelleen käytössä oleva laserheijastin. Armstrong näkyy pienenä heijastuksena Aldrinin visiirissä. Kuva: AS11-40-5947 / NASA / Kipp Teague / muokkaus: T. Öhman.

Yksi Apollo 11:n Kuun pinnalle jättämistä tutkimuslaitteista toimii erinomaisesti edelleen. Kyseessä on tavallista fiksumpi peili, eli laserheijastin. Se nimensä mukaisesti yksinkertaisesti heijastaa suoraan takaisin siihen Maasta ammutut lasersäteet. Mittaamalla lasersäteen edestakaiseen matkaan käyttämä aika, saadaan selville heijastimen tarkka etäisyys. Yhdessä Apollo 14 ja 15 -lennoilla toimitettujen ja Neuvostoliiton miehittämättömien Lunohod 1 ja 2 -mönkijöiden ranskalaisvalmisteisten heijastimien kanssa Apollo 11:n heijastin on todistanut Kuun etääntyvän Maasta vajaan neljän sentin vuosivauhtia. Tämän ohella heijastimet ovat muun muassa osoittaneet Kuulla olevan ytimen, ja lisäksi niitä on käytetty testaamaan Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa.  

"Kannattiko" reissu tehdä?

Apollo 11 oli Yhdysvaltain poliittinen ja teknologinen voimannäyttö, mutta myös tieteellinen riemuvoitto. Sen hankkimien kuunäytteiden ja muun tutkimusaineiston hyödyntäminen jatkuu aktiivisesti yhä edelleen, eikä loppua näy. Näytteet tulevat tulevaisuudessakin avaamaan täysin uudenlaisia ja odottamattomia näkymiä Kuun, Maan ja aurinkokunnan historiaan, aivan kuten ne ovat tehneet jo viisi vuosikymmentä. Toisin kuin aina silloin tällöin perustelematta väitetään, Apollo-ohjelma "kannatti" jo pelkästään tieteellisestä näkökulmasta. Kun tähän lisätään huima, muille aloille rönsynnyt teknologian kehitys ja erityisesti se, että Apollo-ohjelma on jo puoli vuosisataa inspiroinut lukemattomia ihmisiä esimerkiksi opiskelemaan luonnon- ja insinööritieteitä ja tuottamaan taidetta kanssaihmisten iloksi, sekä kirjaimellisesti avartanut ihmisen maailmankuvaa, ei pitäisi olla mitään epäilystä siitä, etteivätkö Apollo-lennot olisi olleet "kannattavaa" toimintaa. Ja sitäpaitsi, ei muidenkaan ihmiskunnan suurimpien saavutusten merkitystä arvioida sen perusteella, "kannattiko" homma vai ei. Apollo 11 toteutti ihmiskunnan ikiaikaisen haaveen ja liitti kokonaan uuden monimuotoisen maailman osaksi omaa konkreettista kokemuspiiriämme. Se rikastuttaa elämäämme vielä viiden vuosikymmenen jälkeen lukemattomin tavoin, ja varmasti tekee niin tulevaisuudessakin. Se oli ehdottomasti kaikkien uhrauksiensa arvoista.

Apollo 11:n vähemmän muistettua ja edelleen paitsi käyttökelpoista myös käytettyä tieteellistä antia ovat Mike Collinsin kiertoradalta ottamat sykähdyttävät lähikuvat Kuun pinnanmuodoista, kuten tässä hyvin loivalla kulmalla tapahtuneen törmäyksen synnyttämästä kraatteriparista Messier (oikealla) ja Messier A. Messierin pituus noin 14 km, pohjoinen yläoikealla. Kuva: AS11-42-6304 / NASA / Kipp Teague.

Orientalen renkaiden synty

Kuun geologia on suurimmaksi osaksi törmäysaltaiden geologiaa. Niukasti Kuun etäpuolella sijaitseva Orientale on nuorin ja suurin monirenkainen allas. Sitä onkin tutkittu erittäin hartaasti vuodesta 1962 alkaen, jolloin Bill Hartmann ja Gerard Kuiper klassikkoartikkelissaan oivalsivat altaiden olevan huomattavasti monimutkaisempia olioita kuin "pelkkiä" suuria kraattereita. Orientale kiinnostaa edelleen, ja suunnilleen kaikki Kuun pinnanmuotoihin perustuvaa tutkimusta tuon jälkeen tehneet ovat jossain vaiheessa sotkeutuneet Orientaleen ainakin jollain tavalla.

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.

Lokakuun lopulla Science-lehdessä ilmestyi kansikuvan kera parikin artikkelia Orientalesta. Jutuista toinen ylitti Suomessakin uutiskynnyksen,^* mutta lyhyessä lehdistötiedotteeseen perustuvassa uutisessa ei tietenkään voi juuri mitään kertoa. Kyseessä oli kuitenkin minun mielestäni ihan kohtalaisen kiinnostava kokonaisuus, joten kerrottakoon asiasta nyt hivenen enemmän.

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...}

Mainio dokumentti modernin kuututkimuksen synnystä

Gerard Kuiper (1905-1973). 

Kuva: Wikimedia Commons*

Nykyisenkaltaisen kuu- ja planeettatutkimuksen voi sanoa syntyneen Arizonassa 1960-luvulla. Gene Shoemakerin ja USGS:n merkitys on suuremmallekin asiasta kiinnostuneelle yleisölle jossain määrin tuttu, mutta University of Arizonan Lunar and Planetary Laboratory (LPL) ja sen perustaja Gerard Kuiper ovat jääneet huomattavasti vähemmälle huomiolle. Uusi dokumentti Kuiperista ja LPL:n perustamisesta onkin erittäin tervetullut lisä tieteen lähihistoriaa koskevien dokumenttien joukkoon. Arkistofilmeistä ja Kuiperin oppilaiden ja kollegojen lyhyistä haastatteluista koostuva 35-minuuttinen Desert Moon on nyt kaikkien nähtävillä, sillä Planetary Societyssa nykyisin vaikuttava Jason Davis laittoi vuoden takaisen filminsä verkkoon.

Lyhyydestään huolimatta dokumentti on erinomaista viihdettä, ja haastateltavat ovat eturivin planeettatutkijoita: Bill Hartmann, Bob Strom, Ewen Whitaker, Chuck Wood, Alan Binder, Dale Cruikshank… Viehättävä yksityiskohta on, että dokumentin kertojaksi saatiin ehta astronautti, eli Mark Kelly, joka suoriutuu tästäkin tehtävästä kunnialla. Paljon kattavampaankin dokumenttiin LPL:n historiassa olisi aihetta, joten toivottavasti joku kaupallinen taho innostuu aiheesta vielä kun aikalaisten kertomuksia on saatavilla.

Arvio:

 

*Kuvalähde:

"Gerard Kuiper 1964c" by Gelderen, Hugo van / Anefo - [1] Dutch National Archives, The Hague, Fotocollectie Algemeen Nederlands Persbureau (ANEFO), 1945-1989, Nummer toegang 2.24.01.05 Bestanddeelnummer 916-8167. Licensed under CC BY-SA 3.0 nl via Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gerard_Kuiper_1964c.jpg#/media/File:Gerard_Kuiper_1964c.jpg