Mikä Pluton sydäntä painaa?
Kun NASAn New Horizons -luotain kesällä 2015 hiljalleen lähestyi Plutoa ja kuvista alkoi erottua jotain tolkullista, tiedotusvälineiden ja yleisön mielenkiinto tarttui välittömästi vaaleaan sydämen muotoiseen alueeseen. Se oli tavallaan onnekas sattuma, sillä periaatteessa tuo meemimagneetti olisi voinut olla Pluton toisellakin puolella. Tuolloin kukaan ei vielä tiennyt, että näkyvissä olivat koko Pluton kehityksen tärkeimmät piirteet.
Pluton sydän on viralliselta nimeltään Tombaugh Regio, asiaankuuluvasti Pluton löytäjä Clyde Tombaugh’n (1906–1997) mukaan nimetty. Sydämen läntinen puolisko, Sputnik Planitian tasanko ja sen alla lymyilevä Sputnikin allas, ovat luultavasti hallinneet planeetan1 geologisia prosesseja yli neljän miljardin vuoden ajan. Ne ovat jättäneet jälkensä esimerkiksi Pluton ilmastoon, jäätiköihin ja mahdollisesti jopa pyörimisakselin paikkaan.2
Pluton ja Tombaugh Region maisemassa ja geologiassa on runsaasti maapallolta tuttuja piirteitä. Jäätiköt virtaavat vuoristoista alemmaksi tasangoille kaivertaen samalla laaksoja ja kuljettaen moreenia mukanaan. Vuorenhuiput törröttävät nunatakkeina ympäröivän jäätikön pinnasta läpi. Siellä täällä, vaikkakin melko harvakseltaan, vastaan tulee törmäyskraattereita, joskus joku vanha tulivuorikin. Kevyt tuulenvire kasaa tai puhdistaa hiekkaa esteiden takaa tuulijuoviksi ja muodostaa joillekin alueille poikittaisdyynien kenttiä. Ja taivaskin on, tavallaan, sininen.
Yksi oleellinen tekijä, joka kuitenkin erottaa Maata ja Plutoa, on rapsakka 230 asteen pakkanen. Sen seurauksena yhdisteet, jotka täällä olisivat kaasuja tai nesteitä, ovat Pluton kivilajeja: Pluton ”peruskallio” on vesijäätä, jäätiköt typpeä ja häkää, hiekka metaania, ja kaasukehän autereesta monttujen pohjille kertyvä pöly toliineja.
Kohonneiden reunojen rajaama Sputnikin allas on läpimitaltaan noin 1400 km x 1200 km. Sen reunat yltävät noin kilometrin verran ympäristön yläpuolelle. Altaan sisäosia täyttävän Sputnik Planitian tasangolle on reunalta noin 2,5–3,5 km:n loiva pudotus. Eteläosassa reunaa ei ole, mikä yhdessä altaan soikean muodon kanssa on johtanut ajatukseen, että kyseessä on pohjoisluoteesta tai toisten mukaan eteläkaakosta suunnilleen 45°:n kulmassa tulleen asteroidin synnyttämä törmäysallas, jonka alla on vähintään sata kilometriä syvä meri.
Sputnik Planitiaa peittää tasainen ja pinnaltaan selvästi erittäin nuori jäätikkö. Nuoruudesta kielii se, ettei jäätikön pinnalta ole löydetty ainuttakaan törmäyskraatteria. Kraattereiden puutteen perusteella jäätikön pinta on korkeintaan joitain kymmeniä miljoonia vuosia vanha. Todellinen ikä lienee vielä huomattavasti nuorempi.
Sputnik Planitian jäätikkö koostuu lähinnä typpijäästä. Lisäksi mukana on hieman häkää ja kenties hyppysellinen metaania. Jäätikön pinta on erittäin tasainen, mutta tasangon keski- ja pohjoisosissa erottuu muutaman kymmenen kilometrin läpimittaisista soikeista ”soluista” koostuva verkkomainen rakenne. Solujen 100–150 m kohonneet keskustat ovat hyvin vaaleita, joitain kymmeniä metrejä vajonneet reunat hivenen tummempia.
Solujen muodostaman verkkomaisen rakenteen on tulkittu olevan seurausta lämmön kuljetuksesta syvemmältä kohti pintaa, eli konvektiosta. Teorian mukaan Sputnikin jäätikön solut ovat konvektiosoluja, joiden keskellä lämpö ja jää virtaavat tänäkin päivänä ylöspäin painuakseen solujen reunoilla taas alas. Konvektiosolut ovat huomattavasti tutumpia ilmakehästä, Auringon pinnalta tai puurokattilasta, mutta periaatteessa ihan sama ilmiö toimii myös aurinkokunnan ulkoalueiden hyisissä olosuhteissa. Laskujen mukaan konvektio pitää Sputnik Planitian pinnan vain noin puolen miljoonan vuoden ikäisenä. Tämä olisi millä tahansa aurinkokuntamme kiinteällä kappaleella erittäin nopea uusiutumistahti, mutta Pluton kaltaisella kaukana Auringosta sijaitsevalla pienellä jäätyneellä planeetalla näin aktiivinen sisäsyntyisten voimien ajama geologinen muutos tuntuu vieläkin hurjemmalta.
Vaikka törmäyssynty on Sputnikin altaalle selvästi suosituin selitysmalli, toisenlaistakin mahdollisuutta on esitetty. Pluton kiertoradan ja pyörimisakselin ominaisuuksista johtuen 30. leveyspiiri niin etelässä kuin pohjoisessakin on pidemmän päälle Pluton kylmin vyöhyke. Näille vyöhykkeille kertyy siksi eniten jäätä. Jos nykyisen Spunik Planitian kohdalle on syntynyt vaaleampi alue, esimerkiksi ihan tavallisen keskikokoisen törmäyskraatterin heittelekenttä tai vaikka kryovulkaaninen purkaus, alueen kasvanut heijastuskyky viilentää juuri sitä kohtaa entisestään. Näin syntyy kylmyysnapa, johon on yhä helpompi ja helpompi kertyä lisää jäätä, vallankin kun jäätikkö alkaa oman massansa alla painua alaspäin ja syntyy laaja monttu. Tämän teorian mukaan Sputnik Planitian alla ei siis tarvitse olla valtaisaa törmäysallasta, vaan koko jäätikkö ja allas olisivat voineet syntyä vain taivaanmekaniikan ja sedimenttien kertymisen seurauksena hyvin varhain Pluto–Charon-kaksoisplaneettajärjestelmän3 nuoruudessa. Mallilla on kuitenkin suuria vaikeuksia selittää uskottavasti esimerkiksi Sputnik Planitiaa ympäröivää kohonnutta reunaa.
Niin tai näin, muutaman tai korkeintaan noin kymmenen kilometrin syvyinen allas täyttyi typpijäällä jokusessa kymmenessä miljoonassa vuodessa. Yhtenä luonnollisena seurauksena tästä joko törmäyksen ja sedimentaation tai pelkän sedimentaation synnyttämästä Sputnikin (oletetusta)4 massakeskittymästä eli maskonista oli, että koko Pluto keikahti. Sen myötä Sputnik Planitia päätyi nykyiseen asemaansa Plutoa ja Charonia yhdistävälle suoralle, Charonista ainaisesti näkymättömälle puolelle.
Suuret altaat, olivat ne sitten törmäys- tai sedimenttisyntyisiä, vaikuttavat ympäristöönsä monin tavoin vielä pitkään syntynsä jälkeenkin. Viime vuoden lopulla ilmestyi Journal of Geophysical Research: Planets –julkaisusarjassa Patrick McGovernin ja kollegoiden vapaasti luettavissa oleva tutkimus Tectonism and Enhanced Cryovolcanic Potential Around a Loaded Sputnik Planitia Basin, Pluto. Se syventää merkittävästi käsityksiämme koskien Sputnik Planitian ja Sputnikin altaan vaikutuksia Pluton tektoniikkaan ja mahdolliseen kryovulkanismiin.5
Sputnik Planitiaa ympäröi laaja tektonisten rakenteiden järjestelmä. Enimmäkseen kyseessä ovat grabenit (eli hautavajoamat), mutta joukossa on myös epämääräisempiä jyrkänteitä ja rakoja. Niiden globaali kartoitus osoitti, että ne tuppaavat olemaan huomattavan usein Sputnik Planitiaan nähden joko karkeasti ottaen säteittäisiä tai konsentrisia (joita Pluton tapauksessa on hieman hämäävästi kutsuttu atsimutaalisiksi). Ilmiönä tämä ei ole mitenkään uusi, vaan sitä on esimerkiksi Kuun maskon-altaiden tapauksessa yritetty ymmärtää jo vuosikymmeniä.
Tällaisissa altaita ympäröivissä rakenteissa on se hyvä puoli, että ne antavat tietoa planeetan pintaosien jäykästi käyttäytyvän osan eli litosfäärin paksuudesta ja lujuusominaisuuksista. McGovern kollegoineen tutki tietokonemalleilla, millainen kerros typpijäätä Sputnikin altaan täytteenä tarvitaan ja millaiset ovat litosfäärin ominaisuudet, jotta havaitun kaltaiset rakenteet voisivat syntyä.
Kuten geofysikaalisten tietokonemallinnusten kohdalla aina käy, yksiselitteistä mallia ei pystytä luomaan. Epätodennäköisempiä vaihtoehtoja voidaan kuitenkin karsia pois, mikäli ne vaikuttavat olevan ristiriidassa muiden havaintojen tai tulkintojen kanssa. McGovernin ryhmän tutkimuksessa typpijäätikön paksuudeksi saatiin noin kolme kilometriä. Tämä sopii yhteen törmäysallasteorioiden kanssa, vaikka onkin altaan mahdollisen syvyyden osalta melko vähäinen paksuus. Mielenkiintoista on, että McGovernin mallinnusten mukaan allas ei kuitenkaan ole ollut muodoltaan maljamainen kun typpijää alkoi sen pohjalle kertyä, vaan lähinnä paistinpannua muistuttava laakea painanne.
Sputnik Planitian typpijäätikkö sekä taivutti että venytti vesijäästä koostuvaa litosfääriä. Tämän tektonisen deformaation seurauksena syntyivät niin konsentriset kuin suunnilleen säteittäisetkin rakenteet Sputnikin altaan ympärille. Mallinnukset antoivat litosfäärin paksuudeksi 40–75 km. Sen alla on Pluton nestemäisestä vedestä koostuva meri.
Kun litosfääriä taivutetaan ja venytetään siten, että siihen saadaan aikaiseksi merkittäviä halkeamia ja muita heikkousvyöhykkeitä ja samalla painetaan alaspäin suurelta osin nestemäistä kerrosta, luodaan suotuisat olosuhteet nesteen purkautumiseksi pinnalle. Plutosta tunnetaankin puolentusinaa aluetta, joilla on havaittu jonkinlaisia merkkejä tällaisesta prosessista. Kuinka ollakaan, nämä kryovulkaaniset alueet sijoittuvat Sputnik Planitian ympärille. McGovernin ja kumppaneiden mukaan tässä ei ole mitään ihmeellistä, vaan allasta ympäröivät kryovulkaaniset piirteet ovat luonnollinen seuraus Sputnikin altaan synnystä, täyttymisestä ja painumisesta.
Tunnetuimmat Pluton kryovulkaanisiksi tulkitut piirteet ovat Sputnikin eteläpuolella sijaitsevat Piccard Mons ja etenkin Wright Mons. Noin neljä kilometriä korkeaa ja läpimitaltaan 165-kilometristä Wright Monsia on pidetty kryovulkaanisena vuorena, jonka keskellä on syvä romahtamalla syntynyt kaldera. Viime syksynä melko raflaavalla otsikolla uutisoidun, Kelsi N. Singerin johdolla tehdyn ja toistaiseksi vain kokousesityksen tiivistelmänä julkaistun alustavan tutkimuksen mukaan Wright Monsin laella ei kuitenkaan välttämättä olekaan pinnanalaisen kryolaava- eli käytännössä vesisäiliön tyhjentymistä seuranneessa romahduksessa syntynyt kaldera. Sen sijaan kyseessä on Singerin ja kollegoiden uuden tulkinnan mukaan vain kohta, joka ei syystä tai toisesta täyttynyt kryolaavoilla. Sikäli kun heidän näkemyksensä pätee, ne purkautuivat pinnalle jostain aivan muualta kuin Wright Monsin tai Piccard Monsin huipuilla olevista kuopista. Kenties niiden lähteinä olivat omien purkaustuotteidensa peittämiksi jääneet raot.
McGovernin ja kollegojen tutkimuksen kannalta ei ole järin merkityksellistä, onko Wright Monsin huipulla kaldera vai ei. Joka tapauksessa heidän mallinnustensa mukaan Sputnik Planitian typpijäälastin aiheuttama litosfäärin venytys ja vääntö mahdollistivat hyisen pinnanalaisen meriveden tursuamisen Pluton pinnalle. Sama mekanismi – ja sen taustalla yli neljä miljardia vuotta sitten tapahtunut asteroiditörmäys – on pohjimmiltaan vastuussa suurimmasta osasta Pluton kiinnostavimpia geologisia piirteitä.
1Virallisesti avaruudellisista nimi- ja luokitteluasioista päättävä kansainvälinen tähtitieteellinen unioni IAU teki elokuussa 2006 omien sääntöjensä ja tieteen hyväksi havaittujen menettelytapojen vastaisen päätöksen, jonka mukaan Pluto ei enää ole ”planeetta” vaan tuolloin pikaisesti keksittyjen määritelmien mukainen uudenlainen kappale, ”kääpiöplaneetta”. Valtaosa planeettageologeista ja muista planeettatutkijoista, joita ei juurikaan päätöksentekoon osallistunut (koska he eivät ole IAU:n jäseniä eikä heiltä tai keneltäkään muultakaan kysytty asiasta mitään ennen äänestyspäätöstä), piti tuolloin ja pitää edelleen päätöstä kokolailla järjettömänä. Siksi he edelleen kutsuvat Plutoa planeetaksi. Planeettageologien mielestä planeettoja ovat myös esimerkiksi asteroidivyöhykkeen suurin kappale Ceres sekä jättiläisplaneettojen suuret kuut. Planeettatutkija Phil Metzgerin johdolla on Icarus-lehdessä julkaistu vuosina 2019 ja 2021 kaksi erinomaista artikkelia, joissa luokittelukysymys käydään kattavasti läpi. Jälkimmäinen artikkeleista on vapaasti luettavissa. Naapuriblogin puolella Mikko Tuomi kirjoitti marraskuun alussa erinomaisen tekstin tästä aiheesta pitkälti Metzgerin jälkimmäisen artikkelin pohjalta. Siitä kannattaa aloittaa, jos taivaankappaleiden luokittelun problematiikka kiinnostaa.
2Tässä on kyse englanniksi true polar wander’ista. En ainakaan tähän hätään saa päähäni, millä nimellä sitä on suomeksi kutsuttu.
3Kirjoitan tässä Charonin IAU:n virallisen määritelmän mukaisesti C:llä toisin kuin suomeksi usein tehdään ihan vain sillä, etten ole päässyt itseni kanssa yhteisymmärrykseen siitä, voisiko Kharonia K:lla suurimpien Galilein kuiden (Ganymedes ja Kallisto) tapaan pitää niin vakiintuneena ja hyväksyttävänä muotona, että suomalaistettua nimeä voisi perustellusti ja hyvällä omallatunnolla käyttää. Tänään olen sitä mieltä että ei voi, huomenna voin olla toista mieltä. Parantumattomana romantikkona minua ärsyttää, että ”Kharon” hävittäisi osittain näkyvistä sen, että Charonin löytäjä James Christy halusi nimetä löytönsä vaimonsa mukaan. Tämä korostaa sitä ongelmaa, että paitsi ettei suomeksi ole hyväksyttyä (planeetta)geologista termistöä, myöskään nimistön kirjoitusasusta ei ole minkäänlaista pätevää ja perusteltua suositusta tai vakiintunutta käytäntöä.
4Maskonin olemassaolosta ei ole varmuutta, sillä New Horizons ei ohilennollaan pystynyt tekemään hyödyllisiä painovoimamittauksia. Siksi Sputnikin massakeskittymän olemassaolo on jouduttu olettamaan epäsuorien havaintojen pohjalta.
5Jääviysilmoitus siltä varalta, että joku keksii alkaa urputtaa siitä, että tuhlaan bittiavaruuden rajallista tilavuutta kavereideni töiden kehumiseen: No, niin teenkin, ja vieläpä ihan ilman tunnontuskia. Jutun kirjoittajat Patrick J. McGovern, Oliver L. White ja Paul M. Schenk ovat kaikki vanhoja tuttujani, eli Pat on entinen pomoni, Olly naapurini ja työkaverini, ja Paul muuten vaan harvinaisen fiksu ja mukava mies, jonka työhuone oli aikoinaan muutaman oven päässä omastani.
Muokkaus 1.2.2022: Lisätty ensimmäinen alaviite Pluton luokittelusta planeetaksi ja muutettu seuraavien alaviitteiden numerointi.