Arrokothin merkillinen maailma
Uudenvuodenpäivänä 2019 ihmiskunta pääsi ensimmäistä kertaa kurkistamaan, miltä kaukana aurinkokuntamme kylmällä ja pimeällä ulkolaidalla iäti viihtynyt kappale näyttää. Tuolloin NASAn New Horizons -luotain nimittäin viuhahti lempinimellä Ultima Thule tunnetun asteroidi 2014 MU69:n ohi. Nykyisin Ultima Thule kulkee virallisesti nimellä (486958) Arrokoth.
Kaikkia mittaustuloksia Arrokothin ohilennosta ei ole edelleenkään saatu. Hitaan yhteyden vuoksi viimeisiä databittejä joudutaan odottelemaan vielä toista vuotta. Oletettavasti tärkeimmät tulokset on kuitenkin otettu onnistuneesti vastaan. Mikä oleellisinta, ne on myös tulkittu alustavia tutkimuksia huomattavasti tarkemmin. Tämän tiimoilta Science-lehden sähköisessä versiossa ilmestyi helmikuussa kolme kiehtovaa artikkelia. Ne paitsi tarkentavat, myös osin merkittävästi muuttavat varhaisiin tulkintoihin perustuneita käsityksiämme Arrokothin synnystä ja olemuksesta.
Arrokoth on niin sanottujen kylmien klassisten Kuiperin (KKK) vyöhykkeen kohteiden (cold classical Kuiper belt object, CCKBO) ydinryhmän edustaja. Tämä KKK-porukka ei tunne sairaalloista viehtymystä valkoisiin lakanoihin ja tulitikkuleikkeihin. Päinvastoin, KKK:t pitävät kylmästä ja ovat punaisia, spektroskopistien kielellä osin jopa ultrapunaisia.
Punaisuus johtuu toliineista. Ne ovat monimutkaisia hiilipitoisia yhdisteitä, jotka syntyvät kosmisen säteilyn muokatessa yksinkertaisempia molekyylejä kuten metaania, hiilidioksidia, typpeä ja vettä. Nykyisen maapallon pinnalla toliineja ei voi syntyä, mutta varhaisessa Maassa niillä on voinut olla oma osuutensa elämän syntysopassa. Sen sijaan aurinkokunnan ulko-osissa nykyisinkin tavattavat punertavat sävyt ovat enimmäkseen peräisin toliineista. Tähtitieteen popularisoija ja planeettatutkija Carl Sagan kutsui toliineja tähtitervaksi, mikä tälle salaattiinkin verratulle epäilyttävälle mönjälle onkin ihan passeli nimi.
Tähtitervan koostumus niin Arrokothin pinnalla kuin muuallakin on erittäin monimutkainen ja yksityiskohdissaan tuntematon. Tätä eivät uudet tulokset miksikään ole muuttaneet. Epämääräisten toliinien ohella Arrokothin pinnalta pystyttiin tunnistamaan vain harvoja yhdisteitä. Varmin näistä oli metanolijää.
Metanoli on kaikkein yksinkertaisin alkoholi. Se on sitä samaa tappavaa tavaraa, joka pontikkaa keitettäessä tislautuu ensimmäisenä ja heitetään mäkeen. Arrokothilla ei kuitenkaan liene ollut muukalaisten viinatehdasta, vaan metanoli on todennäköisesti syntynyt säteilyn pommittaessa vesi- ja metaanijäitä.
Tässä metanolia synnyttävässä reaktiossa vesi häviää. Samalla syntyy yksinkertaisia hiilivetyjä, joista edelleen ajan myötä muodostuu toliineja. Malli sopii mainiosti yhteen havaintojen kanssa, sillä toliininpunaisen Arrokothin pinnalta ei havaittu laisinkaan vettä. Tämä on merkittävä ero muihin kaukaisiin ja kylmiin kappaleisiin, esimerkiksi komeettoihin tai New Horizons -luotaimen päätutkimuskohteeseen Plutoon verrattuna. Arrokothin pinnan alla vesijäätä lienee, mutta todisteita siitä ei ole.
Toliinien ja ikuisen kaukaisuuden ohella KKK:n ydinryhmälle ominaista on, että ne tuppaavat varsin usein olemaan jonkinlaisia kaksoisasteroideja. Tämä on pystytty päättelemään niiden valokäyristä. Arrokoth on näistä erinomainen ja tietysti vielä toistaiseksi ainoa yksityiskohtaisesti tunnettu esimerkki. Se koostuu suuremmasta ”vartalosta” (entinen ”Ultima”) ja pienemmästä ”päästä” (”Thule”) ja näitä yhdistävästä kapeasta ”niskasta”. Kooltaan ”vartalo” ja ”pää” ovat noin 21x20x9 km ja 15x14x10 km.
Silmiinpistävä piirre Arrokothissa on, että kaksiosaisuudestaan huolimatta sen pinnalla ei näy minkäänlaisia merkkejä kahden suurehkon kappaleen välisestä törmäyksestä. ”Pää” ja ”vartalo” näyttävät vain sulautuneen toisiinsa. Romantikot puhuvat suutelemisesta, nörtit telakoitumisesta. Oli termi mikä hyvänsä, uusien mallinnusten mukaan juuri näin on käynyt: ”pään” ja ”vartalon” törmäysnopeus on ollut korkeintaan vain noin 4 m/s, luultavasti alle 1 m/s. Ja ei, tuossa ei ole näppäilyvirhettä. Ne todellakin vain koskettivat pehmeästi toisiaan kävelyvauhdilla.
Tällainen erittäin hidasvauhtinen yhteensulautuminen on mahdollista vain, jos ”pää” ja ”vartalo” olivat ennen törmäystä jo pidemmän aikaa kiertäneet toisiaan. Alkujaan ne olivat kauempana, mutta todennäköisesti kyntäminen protoplanetaarisessa kaasukiekossa aiheutti ”vastatuulen”, joka sai kaksikon hiljalleen lähemmäksi toisiaan ja lopulta yhdistymään. ”Vastatuuli” selittyy sillä, ettei kaasu kierrä Aurinkoa puhtaasti Keplerin lakien mukaisesti kuten suuret kiinteät klöntit, vaan hieman verkkaisemmin. ”Pään” ja ”vartalon” verkkaisen tanssin aikana vuorovesivoimatkin tulivat peliin mukaan kääntäen kappaleiden pituusakselit toistensa suuntaisiksi. Illan viimeisestä hitaasta alkanut liitto on ilmeisesti kestänyt yli neljä miljardia vuotta.
”Vastatuulimekanismin” oletetaan olevan vastuussa Arrokothin tapaisista kontaktikaksosista ja lähellä toisiaan kiertävistä kaksoisasteroideista Kuiperin vyöhykkeellä. Myös useat havaitut kaksiosaiset komeettojen ytimet saattavat olla samanlaista alkuperää, vaikka niiden kehityshistoria KKK:sta poikkeaakin. On tosin mahdollista, että komeettojen maapähkinämäinen muoto selittyy myös Auringon aiheuttamalla eroosiolla. Joka tapauksessa mallinnukset ja tulkinnat Arrokothin synnystä tuuppivat komeettatutkijoitakin eteenpäin.
Havainnot Arrokothista auttavat ymmärtämään myös vielä varhaisempia tapahtumia protoplanetaarisessa kiekossa. Perinteisen mallin mukaan pienet kappaleet kasvoivat suuremmiksi toisiaan seuraavien, yhä suurempien ja väkivaltaisempien törmäysten seurauksena. Tämän ajatuksen mukaan prosessi olisi jatkunut samanlaisena aurinkokunnan alusta lähtien.
Toinen koulukunta taas on esittänyt hillitympää mallia, jonka mukaan aivan alussa ei tapahtunut varsinaisia törmäyksiä, vaan sorapilvet kasautuivat oman painovoimansa alla hiljalleen kymmenien ja jopa satojen kilometrien kokoisiksi löyhiksi klimpeiksi. Vasta tämän jälkeen ne alkoivat kasvaa törmäilemällä toisiinsa. Arrokoth on kallistamassa vaakaa vahvasti tämän rauhallisemman mallin puoleen.
Toki Arrokothin ympäristössä varsinaisia törmäyksiäkin on tapahtunut. Ne eivät kuitenkaan ole sitä, mitä aurinkokunnan sisäosissa ollaan totuttu näkemään. Tyypillinen kraatterin synnyttävän kappaleen törmäys KKK-porukan alueella tapahtuu nimittäin nopeudella 300 m/s. Tässäkään ei ole näppäilyvirhettä. Tuo vastaa suunnilleen matkustajalentokoneen huippunopeutta, siis noin 1000 km/h. Moinen on näin ”oikeisiin” törmäyksiin tottuneen silmissä lähinnä naurettavaa näpertelyä, maapallolla kun keskimääräinen törmäysnopeus on noin 17 000 m/s eli rapiat 60 000 km/h. Hissuttelutörmäyksiin on näissä maisemissa totuttu vain kraatterista ulos lentäneen heitteleen synnyttämien sekundäärikraatterien kohdalla. Vaikka Arrokothin kraatterit ovatkin primääritörmäysten synnyttämiä, niiden ymmärtämisen kannalta parempia perinteisiä vertailukohteita ovat siis sekundäärikraatterit.
Onneksi Arrokothin kraatterien ponnettomuudesta ei järin usein tarvitse masentua. Niitä nimittäin tapaa vain harvakseltaan. ”Pään” alueella on Arrokothin ainoa suuri kraatteri, noin seitsenkilometrinen ”Maryland”. Muut törmäyskraatterit ovat korkeintaan kilometrin läpimittaisia. Melkoisen varmoja törmäyskraattereita on kaikkiaan vain yhdeksän, ja epävarmat kandidaatit mukaan lukienkin kokonaismääräksi jää 42 (kuinkas muuten).
Vaikka Arrokoth pieni kappale onkin, kraatterien määrä pinta-alaan verrattuna ei sisempään aurinkokuntaan verrattuna näytä järin suurelta. Jos Arrokothia muistuttavaa pintaa tulisi vastaan näillä kulmilla, ensimmäinen johtopäätös olisi, että jokin geologinen prosessi on uudistanut sitä.
Sisemmän aurinkokunnan opit eivät kuitenkaan tässäkään tapauksessa päde. Vaikka Kuiperin vyöhykkeellä kappaleita riittää, on siellä myös lääniä, jossa kierrellä. Niinpä törmäyksiä tapahtuu aniharvoin. Tämän vuoksi kovin sileäpintaiselta näyttävä Arrokoth onkin suhteellisesti tarkastellen kohtalaisen tiuhaan pommitettu kappale. Tämä taas tarkoittaa, että sen pinta on ikivanha.
Kraattereita on Arrokothilla liian vähän, jotta pinnan (malliriippuvaista) tarkahkoa ikää olisi saatu määritettyä. Sitä on kuitenkin selvästi yli neljä miljardia vuotta. Vertailun vuoksi kannattaa vilkaista kiikarilla Kuun eteläisiä ylänköjä, tai mieluummin samaan mittakaavaan pääsemiseksi luotainkuvia vaikkapa Kuun, Marsin tai Merkuriuksen kraatteroituneilta ylängöiltä. Niiden ikä on suurin piirtein samaa luokkaa Arrokothin pinnan kanssa, mutta meininki on ollut paljon reippaampi.
Arrokothin kaltaiset pienet alkukantaiset aurinkokuntamme kappaleet ovat kieltämättä perinteisen geologian näkökulmasta hieman tylsänpuoleisia. Poissa ovat tuliperäisen toiminnan tai laajemman tektoniikan merkit, eikä törmäyskraattereitakaan juuri ole. Virtaavan veden tai tuulen toiminnasta ei kannata puhuakaan.
Vaikka Arrokothin pinnanmuodot eivät järin monipuolisilta vaikutakaan, ei niiden syntyä silti ymmärretä. Etenkin ”vartalo” näyttää koostuvan suurista palluroista tai myhkyistä. Stereokuvissa siitä tulee mieleen jonkinlainen mutanttivadelma. Aiemmin palluroiden ajateltiin olevan alkujaan erikseen kasautuneita kappaleita, joista Arrokoth sitten muodostui. Uusien tulosten myötä tätä ajatusta on hankala saada sopimaan sen tosiseikan kanssa, että ”vartalo” on topografialtaan hyvinkin tasainen, mutta palluroiden rajat voi silti erottaa pinnan tekstuurin tai kirkkauden perusteella.
Vaihtoehtoisen mallin mukaan ”vartalo” syntyi yhtenä kappaleena, joka sitten myöhempien prosessien vaikutuksesta sai nykyisien palluraisen ulkomuotonsa. Kellään ei vaan tunnu olevan täysin tyydyttävää käsitystä siitä, mitä nämä prosessit olisivat voineet olla. Myöskään pienten harjanteiden, kuoppajonojen ja hieman jyrkempien rinteiden syntymekanismit eivät ole tutkijoille täysin auenneet. Vaikka Arrokoth ei ole saanut juurikaan osakseen Auringon tai törmäysten tuomaa energiaa, eikä sillä mitättömän pienenä kappaleena voi olla sisäistä lämmönlähdettä, jostakin puhtia on kuitenkin riittänyt geologien hämmentämiseksi.
Arrokoth – kontaktikaksonen ja kylmä klassinen Kuiperin vyöhykkeen kohde (KKKKKK?) – edustaa kehittyneempien aurinkokunnan kappaleiden rakennuspalikoita. Se vaeltaa maailmassa, joka on hyvin erilainen kuin omamme. Silti samojen prosessien, jotka synnyttivät Arrokothin, oletetaan ainakin näiden uusimpien tutkimusten valossa olleen muinoin toiminnassa myös sisemmässä aurinkokunnassa. Näin Arrokoth auttaa ymmärtämään myös omaa, aktiivisen geologian hämärtämää alkuperäämme.
Toivoa sopii, että New Horizonsille löydetään vielä kolmas tutkimuskohde, käyttöikää luotaimella kun riittää. Sellaisen myötä alkaisi selvitä sekin, onko Arrokoth niin tyypillinen luokkansa edustaja kuin nyt oletetaan. Ja vaikka suurimpien otsikoiden artikkelit Arrokothista on varmasti nyt nähty, työtä senkin synnyn ja kehityksen ymmärtämiseksi riittää vuosikausiksi eteenpäin.