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.

Uusi Kuu

Taas on viime aikoina päässyt tämä blogi jäämään vähän lapsipuolen asemaan. Kuusta on silti viime aikoinakin tullut kirjoiteltua. Ursan Zeniitti-verkkolehden uusimmassa numerossa 5/2015 on juttuni siitä, kuinka eräät käsityksemme Kuusta ovat muuttuneet ja tarkentuneet merkittävästi viimeisen parinkymmenen vuoden kuluessa. Esimerkiksi oheisen kuvan kaltaiset lobate scarp -tyyppiset ylityöntösiirrokset ovat osoittautuneet Kuun yleisimmäksi tektoniseksi rakenteeksi, vaikka niitä aiemmin pidettiin hyvin mitättöminä. Ne voivat olla aktiivisia vielä nykyisinkin.

Kuun yleisintä tektoniikkaa edustava lobate scarp -tyyppinen ylityöntösiirros Kuun etäpuolella, pohjoisnavan lähellä sijaitsevan Rozhdestvenskiy-kraatterin reunalla. Lobate scarp -rakenteilla toinen reuna on tyypillisesti hyvin loiva, mutta toisen reunan muodostaa jyrkänne. Ne myös yleensä hieman mutkittelevat kuvan rakenteen tapaan. Kuvassa alaosan kalliolohko on työntynyt yläosan lohkon päälle. Kuva (Mercator-projektio): NASA / ASU / LRO NAC M105505727LE.IMG / T. Öhman.

Rupes Recta eli Suora valli ympäristöineen Mare Nubiumin 

itäosissa. Kuva: NASA / ASU / LRO WAC M119896282ME, 

M119923439ME, M119909874ME, M119882718ME.IMG / 

T. Öhman.

Tuon jutun ohella olen viime aikoina hieman touhunnut Kuun komeimman normaalisiirroksen, Rupes Rectan eli Suoran vallin ja sen ympäristön kanssa. Tämä selittyy sillä, että Ursan Kuu, planetat ja komeetat -jaostossa päätimme Veikko Mäkelän ja Jari Kuulan kanssa kokeilla hieman aiemmasta poikkeavaa projektia, nimeltään ”Kuukohteita pintaa syvemmältä”. Siinä Avaruus-foorumin käyttäjien annetaan äänestää muutamasta vaihtoehdosta suosikkikohdettaan Kuussa, josta sitten toivotaan havaintoja parin kuukauden ajalta. Lopputuloksena on toivottavasti uusia havaintoja ja kuvia, ja artikkeli kyseisestä kohteesta Zeniitti-verkkolehdessä. 

Ensimmäisessä äänestyksessä voittajaksi selviytyi siis Rupes Recta ympäristöineen. Juttua siitä tähdätään helmikuun Zeniittiin. Rovaniemellä saa kuitenkin Pohjan kruunun jäsenillassa Lyseonpuiston lukiossa luokassa 106 jo tiistaina 15.12. klo 18.00 hieman esimakua Rupes Rectasta, ja alueen geologisesta historiasta noin muutenkin. Paikalle sopii tulla, vaikkei Pohjan kruunun jäsen olisikaan. Samalla pääsee kuulemaan myös Partow Izadin esitelmää neutronitähdistä, valkeista kääpiöistä, ja muista maailmankaikkeuden kummallisista kompakteista kappaleista.

Kuu Korkalovaarassa 14.12.2015 klo 15.52, kuvattuna Canon Ixus 70 -digipokkarilla ihan vain siksi että se pitkästä aikaa sattui näkymään. Kuva: T. Öhman.

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.