Arrokothin möykyt ja kumiankan kokoaminen
Kuiperin vyöhykkeellä, Neptunuksen ja Pluton ratojen tuolla puolen kiertävä Arrokoth on aurinkokuntamme etäisin kohde, jota on tutkitttu avaruusluotaimen lähiohituksella. NASAn New Horizons -luotain viuhahti Arrokothin ohi uudenvuodenpäivänä vuonna 2019.
Arrokoth, joka ennen natsikortin pöytään lyömistä tunnettiin tilapäisnimellä Ultima Thule, on niin sanottu kylmä klassinen Kuiperin vyöhykkeen kohde. Arrokoth oli ensimmäinen ja on pitkälle tulevaisuuteenkin ainoa kylmä klassinen Kuiperin vyöhykkeen kohde, jota on päästy tutkimaan lähietäisyydeltä.
Arrokothin kaltaisten kappaleiden radat ovat säteeltään noin 40–47 tähtitieteellistä yksikköä, kohtalaisen pyöreitä ja suunnilleen samassa tasossa muun aurinkokunnan kanssa. Kylmät klassiset Kuiperit eivät myöskään ole resonanssissa planeettojen eli käytännössä Neptunuksen kanssa. Arrokoth kumppaneineen on siis ollut aina aurinkokunnan ulkolaidalla toisin kuin vaikkapa monet avaruusluotaiminkin tutkitut komeetat, jota ovat muokkautuneet lukuisten Auringon lähiohitusten yhteydessä.
Syyskuun lopulla julkaistiin New Horizonsin päätutkijan ja primus motorin Alan Sternin johdolla tehty tutkimus The Properties and Origin of Kuiper Belt Object Arrokoth’s Large Mounds. Arrokothin geologiaa ja kehitystä on tietysti pohdittu jo New Horizonsin ja Arrokothin kohtaamisesta alkaen, mutta varhaisemmissa tulkinnoissa ei hitaan datalinkin vuoksi ollut vielä käytössä kaikkea New Horizonsin tuottamaa mittausaineistoa. Nyt tarjolla on koko tutkimusaineistoon perustuva ja rauhassa sulateltu näkemys Arrokothin geologiasta ja samalla kylmien klassisten Kuiperin vyöhykkeen kappaleiden synnystä.
Arrokothin geologiset pääpiirteet
Arrokoth muistuttaa muodoltaan kumiankkaa. Ankan vartalo, entiseltä epäviralliselta nimeltään Ultima, nykyinen Wenu Lobus, on läpimitaltaan noin 21 x 20 x 9 km. Ankan pää, eli entinen Thule ja nykyinen Weeyo Lobus, on kooltaan noin 15 x 14 x 10 km. Etenkin suurempi Wenu Lobus näyttää koostuvan möykyistä, jotka Suomenlahden pohjan maineikkaasta möykystä poiketen lienevät likimain pallomaisia tehden Wenusta hieman vadelmaa muistuttavan. Näitä Wenun möykkyjä (englanniksi lähes yhtä epähohdokkaasti mounds) on Sternin ryhmän tutkimuksessa nyt tunnistettu 12 kappaletta, läpimitoiltaan noin kolmesta kolmeentoista kilometriin. Todennäköisesti ne tai ainakin suurimmat niistä yltävät koko Arrokothin läpi kuvaamatta jääneelle puolelle.
Möykyistä suurin on keskellä loppujen muodostaessa rengasmaisen rakenteen sen ympärille Wenun oletetulle alkuperäiselle eli ennen Weeyon kanssa yhdistymistä vallinneelle ekvaattorille. Möykyt ovat keskenään silmiinpistävän samanlaisia niin kooltaan, väriltään kuin muodoiltaankin. Tämä viittaa vahvasti yhteiseen alkuperään.
Keskimöykyn ja ympäröivien möykkyjen välissä on kirkkaampi kapeahko vyöhyke. Se on saanut oman nimensä, Ka’an Arcus. Se näyttäisi olevan muiden möykkyjen ja niiden välisten kontaktien päällä, joten se on näitä nuorempi. Sen on tulkittu syntyneen hienojakoisen aineen, käytännössä pintaregoliitin, valuessa painanteeseen. Luultavasti samankaltainen alkuperä on ankan niskan ja kaulan muodostavalla hyvin kirkkaalla Akasa Linealla.
Kumiankan pää eli Weeyo Lobus eroaa Wenu Lobuksesta kahdella tapaa. Ensinnäkään Weeyossa ei ole yhtä selvää möykkyrakennetta. Toiseksi Weeyoon on syntynyt Arrokothin suurin törmäyskraatteri, halkaisijaltaan noin 6,7-kilometrinen Sky (entiseltä väliaikaisnimeltään Maryland). Nämä kaksi asiaa lienevät toisiinsa yhteydessä, sillä Skyn synnyn oletetaan hävittäneen Weeyon alkuperäisen rakenteen. Sternin tutkimusryhmä kartoittikin kolme kryptomöykkyä alueilta, jotka sijaitsevat kauimpana Skysta ja joilla Skyn synnyn tuhoavat ja peittävät vaikutukset näin ollen olivat pienimmät. Todennäköisesti Weeyo olikin alkujaan hyvin paljon Wenun kaltainen.
Arrokothin synty
Kuten kolmen ja puolen vuoden takaisessa blogitekstissä mainitsin, tuolloin Arrokothin möykkyrakenteen synnystä oli kaksi eri malllia. Joko rakenne kuvastaa alkuperäistä, Wenun (ja analogian perusteella luultavasti myös Weeyon) syntyessä muodostunutta rakennetta, tai sitten kyseessä on myöhempi, tarkemmin tuntemattomien geologisten prosessien synnyttämä rakenne.
Sternin tutkimusryhmän uudessa tutkimuksessa Wenun möykkyrakenteen syntyä koetettiin selvittää tietokonemallinnuksella. Paras vastaavuus saatiin, kun noin viiden kilometrin läpimittaisten kappaleiden annettiin keskinäisen vetovoimansa vaikutuksesta kasautua hissukseen yhteen. Yksittäisten kappaleiden koheesion eli niitä koossa pitävien voimien täytyi olla varsin vähäinen, sillä muutoin lopputulos olisi muistuttanut enemmän rypäleterttua kuin vadelmaa. Lisäksi palluroiden keskinäisen törmäysnopeuden täytyi olla todella alhainen, eli alle 1 m/s. Tuo vastaa keskimääräisen päälle kahdeksankymppisen ihmisen kävelyvauhtia. Weeyon synty on oletettavasti ollut hyvin samankaltainen kuin Wenun.
Stern ja kumppanit eivät tutkimuksessaan ottaneet uutta kantaa Weeyon ja Wenun yhteensulautumiseen, joten aiemmat päätelmät pätevät yhä. Ne siis muodostuivat erillisinä kappaleina kilometrien läpimittaisten möykkyjen yhteentörmäyksissä. Wenu ja Weeyo kiersivät yhteistä massakeskipistettään, kunnes lopulta törmäsivät toisiinsa <5 m/s nopeudella. Jossain vaiheessa Skyn synnyttänyt törmäys tuhosi ja peitti suuren osan Weeyon alkuperäisestä rakenteesta jättäen jäljelle vain muutaman epämääräisehkön kryptomöykyn.
Avoimet kysymykset
Tämä kaikki kuulostaa varsin näppärältä ja uskottavalta. Sternin ryhmän tutkimus antaa kuitenkin vain ehdotuksen siitä, miten Arrokothin muodostuminen eteni, muttei pyri ottamaan kantaa siihen, miksi näin omituisia asioita ylipäätään pääsi tapahtumaan. Miksi ihmeessä Arrokoth koostuu nimenomaan kilometrien kokoisista kappaleista? Eikö luontoäiti olisi päässyt paljon helpommalla, jos se olisi kasannut Arrokothin pelkästään kohtalaisen hienojakoisesta irtomoskasta? Vaihtoehtoisesti Arrokoth voisi koostua kappaleiden jatkumosta, eli periaatteessa voisimme aivan hyvin nähdä eri kokoisia palasia kymmenkilometrisestä planetesimaalista aina New Horizonsin kameran erotuskyvyn (parhaimmillaan 33 metriä kuvapistettä kohti) rajalla oleviin lohkareisiin saakka. Mistään tällaisesta ei kuitenkaan ole havaintoja, vaan Arrokoth näyttää koostuvan siististi yhteen kasatuista keskenään samanlaisista kilometrien läpimittaisista möykyistä.
Tutummista kappaleista aurinkokunnan sisäosissa ei juuri ole hyötyä Arrokothin ymmärtämisen kannalta, sillä kunnolla näkemissämme asteroideissa ei ole mitään Arrokothin kaltaista. Lähimmät mahdolliset vertailukohdat löytyvätkin komeetoista. Esimerkiksi komeetta 67P/Churyumov–Gerasimenkon kaksiosaisen ytimen suuremman puoliskon koko vastaa varsin hyvin Arrokothin möykkyjen läpimittoja. Komeetat voisivatkin Sternin ryhmän mukaan muodostua yhdestä tai suurempien komeettojen tapauksessa kahdesta tai useammasta Arrokothin möykkyjä vastaavasta kappaleesta.
Ongelmallista kuitenkin on, että monissa komeettojen syntymalleissa, kuten myöskin syyskuussa ilmestyneessä Bill Bottken vetämän työryhmän mallissa, valtaosa komeetoista on koostunut suurten törmäysten jätteistä. Arrokothin kaltaisten kylmien klassisten Kuiperin vyöhykkeen kappaleiden kehityshistoriaan tällaiset suuret törmäykset kuitenkaan nimenomaisesti eivät kuulu. Vaikka siis jonkinlaista etäistä yhdennäköisyyttä Arrokothin ja komeettojen välillä onkin, suoraa sukulaisuussuhdetta ei silti voida ainakaan nyky-ymmärryksen mukaan osoittaa.
Arrokothille ei varmasti olla avaruusluotaimin palaamassa, eikä muidenkaan Kuiperin vyöhykkeen kappaleiden lähitutkimuksista ole tällä hetkellä uskottavia suunnitelmia. Niinpä vastauksia Arrokothin arvoituksiin pitää yrittää etsiä lähempää.
Huomenna 1.11.2023 Dinkinesh-asteroidin ohi lentävä NASAn Lucy-luotain on matkalla tutkimaan Jupiterin troijalaisia asteroideja. Lucy-fossiilin amharan kielestä translitteroidun nimen mukaan nimetty Dinkinesh on ihan tavallinen pääasteroidivyöhykkeen kappale, joten siitä ei liene iloa Arrokothin vertailukohtana. Vuodesta 2027 alkaen Lucy kuitenkin lentää lukuisten Jupiterin troijalaisten ohi. Ne ovat peräisin Kuiperin vyöhykkeeltä, ja vaikka ne ovatkin matkallaan kokeneet melkoisen höykytyksen, voivat ne silti tuoda jonkinlaista lisävalaistusta Arrokothin synnyn ongelmiin. Kehitteillä olevan ESAn Comet Interceptor -lento puolestaan voisi toteutuessaan tutkia vielä Kuiperin vyöhykettäkin kauempana sijaitsevasta Oortin pilvestä peräisin olevaa ensimmäistä kertaa Aurinkoa lähestyvää komeettaa.
Lucyn päätehtävän onnistuminen ja Comet Interceptorin toteutuminen ovat vielä kysymysmerkkejä, eivätkä ne edes tutki täysin Arrokothiin verrattavissa olevia kappaleita. Siksi avaimet Arrokothin ymmärtämiseksi ovat vielä vähintään useiden vuosien ajan vielä Arrokothissa itsessään. Vaikkei tuoretta dataa siitä enää saadakaan, uusia ideoita syntyy ja esimerkiksi simulaatiomenetelmät kehittyvät. Nyt uskomme, että Arrokoth on koottu kilometrien kokoisista möykyistä. Jonain päivänä meillä varmasti on myös parempi käsitys siitä, miksi näin on.