Kauniit maapallon renkaat ja Fennoskandian kraatterit
Useimpien tähtiharrastajan mielestä planeetoista kaunein on Saturnus. Sen renkaat ovat kiehtoneet tutkijoita Galileo Galilein (1564–1642) päivistä alkaen ja innoittaneet taiteilijoita Chesley Bonestellista (1888–1986) Kari Peitsamoon (1957–). Saturnus ei kuitenkaan ole renkaineen yksin, sillä 1970-luvulta lähtien myös muiden jättiläisplaneettojen ympäriltä löydettiin renkaita. Sittemmin kahden Saturnuksen ja Uranuksen välimaastossa kiertävän kentaurinkin – Chariklon ja Chironin – on todettu olevan jonkinlaisten rengasjärjestelmien ympäröimiä.
Maankaltaisilla planeetoilla ei renkaita nykyisin ole. Esimerkiksi muinaiselle Marsille sellaisia on dynaamisten mallien perusteella kuitenkin tarjottu. Kuu- ja kraatteritutkimuksen historian ystävät muistanevat myös G. K. Gilbertin (1843–1918) ajatuksen Maata muinoin kiertäneestä renkaasta, josta syntyi Kuu. Tämä ei tietenkään periaatteessa ole kovinkaan kaukana nykyisin suosituimmasta teoriasta Kuun synnylle. Yleisiä vakavasti otettavat ehdotukset maankaltaisia planeettoja ammoin ympäröineistä renkaista eivät silti ole koskaan olleet.
Syyskuussa kansainvälinen tiedemedia tuuttasi kuitenkin uutisia maapalloa ordoviikkikaudella mahdollisesti kiertäneestä renkaasta. Suomessakin ainakin muutama lehti ja verkkosivusto noteerasi lyhykäisesti asian. Jutuista kuitenkin puuttui pohjoiseurooppalainen näkemys. Tämä oli hiukan valitettavaa, sillä mikäli ajatus ordoviikkikauden renkaasta sattuisi pitämään kutinsa, muuttaisi se käsityksiä lähialueidemme törmäyskraatterien alkuperästä. Ja saattaisipa sillä olla vaikutuksensa siihenkin, mitä eräistä Suomen kraattereista ajateltaisiin.
Ennen rengashypoteesiin pureutumista on kuitenkin syytä pikaisesti vilkaista, millainen oli se planeetta, jota rengas mahdollisesti aikoinaan kiersi.
Ordoviikkikauden maapallo
Tämänhetkisten määritelmien mukaan ordoviikkikautta elettiin noin 485–444 miljoonaa vuotta (Ma) sitten. Planeettamme oli tuolloin hyvin erilainen paikka kuin nykyisin. Meret kuhisivat elämää, esimerkiksi erilaisia oikosarvia ja trilobiittejä. Mantereet kuitenkin olivat vielä lähes täysin autioita, sillä maakasvien evoluutio oli edennyt vasta ensimmäisiin varovaisiin sammaleiden kaltaisiin kokeiluihin.
Evoluution kannalta merkittävin ordoviikkikautta luonnehtiva piirre on elämän erittäin voimakas monimuotoistuminen. Tämä tunnetaan nimellä Great Ordovician Biodiversification Event (GOBE)1. Aiemmin ajateltiin, että monimuotoistuminen olisi ollut jonkinlainen piikki ordoviikkikauden keskivaiheilla. Nyttemmin alaa on vallannut näkemys, jonka mukaan GOBE koski lähes koko ordoviikkikautta, mutta keskiordoviikin tienoilla monimuotoistuminen olisi ollut kaikkein nopeinta.
Nykyisten mantereiden edeltäjät sijaitsivat ordoviikkikaudella suurelta osin päiväntasaajan tuntumassa ja eteläisellä pallonpuoliskolla. Ainakin eteläistä Fennoskandiaa ja Baltiaa, Suomen eteläosa mukaan luettuna, peitti suurelta osin matala meri. Esimerkiksi eteläiseen Ruotsiin kerrostui tuolloin runsaasti kalkkikiviä.
Ordoviikkikausi alkoi paljon nykyistä lämpimämmässä ilmastossa. Kauden lopulla oli puolestaan kylmempää kuin koskaan viimeisen 540:n miljoonaan vuoden aikana. Ilmakehän happipitoisuuskin vaihteli rajusti: ordoviikkikauden alussa se oli vain 12 %:n tuntumassa, mutta kohosi eräiden tutkijoiden mukaan myöhemmin nykyistä 21 %:n tasoakin korkeammaksi.
Vaikka elämän monimuotoistuminen olikin lähes koko ordoviikkikauden hallitsevin piirre, kauden lopun Hirnant-ajan (noin 445–444 Ma) lyhyt jäätiköityminen osuu yksiin erittäin suuren joukkosukupuuton kanssa. Se oli ensimmäinen viidestä suuresta tunnetusta joukkosukupuutosta2 ja eliöiden kannalta toiseksi pahin.
Ordoviikkikauden joukkotuho oli kaksivaiheinen. Ensimmäisen vaiheen on yleensä oletettu johtuneen nopeasta jääkauden alkamisesta ja siihen liittyneestä hyvin voimakkaasta merenpinnan laskusta. Toinen isku olisi tullut, kun ilmasto lämpeni nopeasti uudelleen. Tästä, kuten kaikista muistakin joukkotuhoista, on kuitenkin lukemattomia eri teorioita, eikä syiden ja seurausten erottaminen toisistaan ole alkuunkaan yksinkertaista.
Ordoviikkikauden meteoriittisade
Viimeiset liki 30 vuotta on ollut selvää, että ordoviikkikaudella tapahtui taivaalla jotain tavallisuudesta poikkeavaa. Etelä-Ruotsin kalkkikivilouhoksista alkoi nimittäin 1980-luvun lopulla ja sitten systemaattisemmin 1990-luvun puolivälistä alkaen löytyä runsaasti fossiilisia meteoriitteja ja mikrometeoriitteja. Niiden koostumus on satojen miljoonien vuosien kuluessa muuttunut lähes täysin, mutta kromiitti-niminen (Fe2+Cr3+2O4) poikkeuksellisen kestävä mineraali on säilynyt lähes yhtä tuoreena kuin yli 450 miljoonaa vuotta sitten.
Kromiittirakeiden kemiallista ja isotooppikoostumusta tutkimalla on saatu selville, etteivät ordoviikkikauden merenpohjan kalkkiliejuun päätyneet meteoriitit ja mikrometeoriitit edustaneet satunnaista otantaa eri meteoriittityypeistä. Päin vastoin, lähes kaikki ovat alkujaan tavallisia kivimeteoriitteja, tarkemmin sanottuna L-tyypin kondriitteja. Poikkeuksellista on myös niiden määrä: ordoviikkikauden sedimenteissä on mikrometeoriitteja 2–3 kertaluokkaa enemmän kuin muina aikoina kerrostuneissa kivissä. Etenkin Lundin yliopiston geologian professori Birger Schmitzin johdolla tehdyissä tutkimuksissa on myös selvinnyt, että kyseessä ei ole mikään ruotsalainen kummajainen, vaan ilmiö on maailmanlaajuinen.
Samaan aikaan myös törmäyskraatteritutkimus edistyi. Etenkin pieniä kraattereita on erittäin hankala ajoittaa, mutta mikrofossiilianalyysien perusteella yhä useampi yleensä pienehkö kraatteri niin Pohjois-Euroopassa kuin muuallakin maailmassa paljastui ordoviikkikautiseksi. Ordoviikkikautisia kraattereita tunnetaankin suhteettoman paljon. Erityisen kiinnostava tässä mielessä on Keski-Ruotsissa sijaitseva Lockne, joka on paitsi iältään ordoviikkikautinen, myös luultavasti L-kondriittiasteroidin synnyttämä (vaikka toki muutakin on esitetty). Lockne on toistaiseksi ainoa ordoviikkikauden kraatteri, jonka synnyttäneen kappaleen koostumus on edes kohtalaisella varmuudella saatu selvitettyä.
Mikrometeoriittien, L-kondriittien ja törmäyskraatterien tutkimus johti päätelmään, jonka mukaan noin 466 miljoonaa vuotta sitten L-kondriittien emäkappale hajosi asteroidivyöhykkeellä tapahtuneessa suuressa törmäyksessä. Siinä syntyivät Flora-ryhmän asteroidit, joilla on ratadynamiikan vuoksi taipumus päätyä Maan kiertorataa leikkaaville radoille. Tämän seurauksena keski- ja myöhäisordoviikkikaudella Maahan – ja oletettavasti myös muille planeetoille sisemmässä aurinkokunnassa – satoi poikkeuksellisen runsaasti niin pieniä kuin suuriakin L-kondriitteja. Hypoteesin mukaan tämä heijastuu vielä nykyaikaankin, sillä L-kondriitit ovat yleisimpiä kaikista havaituista meteoriittien putoamisista.
Tämä osuus hypoteesista on ollut ainakin kraatteritutkijoiden parissa varsin laajalti hyväksytty, vallankaan kun kukaan ei ole oikein mitään muutakaan järkevältä vaikuttavaa osannut ehdottaa. Paljon kiistanalaisempi on sitten ehdotus, jonka mukaan ordoviikkikauden kiihtyneen pommituksen ja elämän räväkän monimuotoistumisen välillä olisi syy-yhteys. Hypoteesin pääidea on, että vaikka todella suuret törmäykset ovat tietysti elämän kannalta haitallisia, kuten muun muassa lentokyvyttömät dinosaurukset 66 miljoonaa vuotta sitten hävittänyt Chicxulubin törmäys Meksikossa osoitti, pienempien törmäysten pidempään jatkuva vyöry luo runsaasti uudenlaisia ekologisia lokeroita, jotka mahdollistavat nopean evoluution.
Ordoviikkikauden rengas?
Syyskuussa Earth and Planetary Science Letters -lehdessä julkaistu Andrew G. Tomkinsin, Erin L. Martinin ja Peter A. Cawoodin artikkeli Evidence suggesting that earth had a ring in the Ordovician haastoi viimeisten vuosikymmenten käsitykset ordoviikkikauden kivisateesta. Australialaistutkijoiden artikkeli nimittäin esittää, että kaukana asteroidivyöhykkeellä tapahtuneen L-kondriittien emäkappaleen hajoamisen sijasta säpinää oli paljon lähempänä.
Tomkinsin ryhmän hypoteesin mukaan vähintään 10,5–12,5 km:n läpimittainen L-kondriittinen asteroidi joutui 466 miljoonaa vuotta sitten liian lähelle Maata. Tässä tapauksessa ”liian lähelle” tarkoittaa Maan Rochen rajan sisäpuolta.3 Tomkinsin artikkelin mukaan kunnolliselle kiinteälle L-kondriittiasteroidille Rochen raja olisi 3100 km, löyhälle kivikasalle puolestaan noin 15 800 km.
Rochen rajan sisäpuolella oleva pienempi kappale hajoaa suuremman aiheuttamien vuorovesivoimien vuoksi. Niinpä Maa repi L-kondriittiasteroidin palasiksi. Kappaleet eivät suinkaan syöksyneet suoraan Maahan, vaan taivaanmekaniikan lakien mukaisesti niistä muodostui ajan saatossa rengas Maan päiväntasaajan tasoon. Sieltä ne hiljalleen seuraavien kymmenien miljoonien vuosien saatossa putoilivat alas. Isot kappaleet synnyttivät kraattereita, ja osa pienemmistä hautautui matalan meren pohjalle kalkkiliejuun odottamaan Birger Schmitzin saapumista paikalle.
Mutta jos kerran rengas oli päiväntasaajan kohdalla, kuinka meillä on ordoviikkikautisiksi määriteltyjä kraattereita yhteensä 21 kappaletta esimerkiksi Pohjois-Euroopassa ja Kanadan pohjoisosissa? Lisäksi näillä alueilla on joukko kraattereita, joiden iät tiedetään hyvin huonosti, mutta jotka voisivat olla ordoviikkikautisia.
Apuun tulee laattatektoniikka. Kuten alussa totesin, ordoviikkikaudella mantereet olivat enimmäkseen päiväntasaajan tuntumassa tai syvällä eteläisellä pallonpuoliskolla. Rengaskappaleiden valtaosan putoamiseen kitkan ja vuorovesivoimien vaikutuksesta kuluu muutama kymmenen miljoonaa vuotta, eivätkä litosfäärilaatat vielä siinä ajassa ennättäneet liikkua järin kauas.
Australialaistutkijoiden ajatus on siinä mielessä mukava, että sitä voi testata, kuten he tietysti tekivätkin. Aluksi he tutkivat, missä maapallolla on alueita, joilla olisi voinut syntyä ja säilyä ordoviikkikautisia kraattereita. Sitten he katsoivat kuuden varsin yhtäpitäväksi osoittautuneen laattatektonisen rekonstruktion pohjalta tällaisten alueiden sijainnit ordoviikkikaudella. Jos kraattereita synnyttävät kappaleet tulisivat suoraan asteroidivyöhykkeeltä, pitäisi niitä olla satunnaisesti siellä sun täällä. Jos taas ne ovat peräisin Maata kiertäneestä renkaasta, pitäisi niiden sijaita alueella, joka ordoviikkikaudella oli suunnilleen päiväntasaajalla.
Lopputulos oli, että ordoviikkikautisten kraatterien jakauma on kaikkea muuta kuin satunnainen. Tomkinsin ryhmä määritteli, että ”lähellä” päiväntasaajaa tarkoittaa korkeintaan kolmenkymmenen asteen etäisyyttä siitä. Juuri tuonne päiväntasaajan ”lähelle” ordoviikkikautiset kraatterit sijoittuivat. Näin siitä huolimatta, että 70 % alueesta, jonne kraatterit olisivat voineet syntyä ja jossa ne voisivat yhä olla nähtävissä, sijaitsee kauempana päiväntasaajasta. Todennäköisyys sille, että tällainen jakauma syntyisi satunnaisista suunnista tulevien kappaleiden törmäyksistä, on heidän mukaansa suunnilleen yhden suhde 25 miljoonaan. Loton päävoiton osuminen kohdalle on huomattavasti helpompaa, sillä sen todennäköisyys on noin yhden suhde 18,6 miljoonaan.
Australialaistutkijat eivät jättäneet pähkäilyjään tähän. Ordoviikkikausi päättyi Hirnant-ajan jäätiköitymiseen ja eliöiden joukkotuhoon. Ilmaston nopea jäähtyminen on aiheuttanut tutkijoille päänvaivaa, sillä ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden on tuolloin päätelty olleen jokseenkin korkea, joten jäätiköitymisen alkamisen pitäisi olla melko vaikeaa. Tomkinsin, Martinin ja Cawoodin mukaan rengas tarjoaa sopivan selityksen. Päiväntasaajan tasossa oleva rengas varjostaa ja jäähdyttää enemmän planeetan talvipuolta. Tämä vaikutus on merkittävämpi kuin renkaasta heijastuvan säteilyn kesäpuolta lämmittävä vaikutus. Lisäviilennystä toisi suuremmista törmäyksistä ilmakehään nouseva pöly. Kun renkaan aines oli enimmäkseen satanut Maahan, lämpötila palasi normaaliksi.
Ajatus renkaan synnyttämästä jääkaudesta on kiinnostava, mutta Tomkinsin ryhmä itsekin myöntää sen olevan tällä hetkellä hyvin pitkälti pelkkää villiä spekulaatiota. Ei ole ollenkaan selvää, riittäisikö rengas ja varsin pienten törmäysten pöly selittämään havaitun hurjan kahdeksan asteen lämpötilan laskun. Toisin päin ajatellen havaittu lämpötilan lasku voi olla lähtöparametrina mahdollisen renkaan ominaisuuksien tarkempaan mallintamiseen joskus tulevaisuudessa.
Rengas sopii Tomkinsin ryhmän mukaan selittämään myös ordoviikkikauden biodiversiteetin kasvun. Hurja lämpötilanvaihtelu pakotti heidän mukaansa lajit nopeaan sopeutumiseen, joten lajiutuminen oli vauhdikasta. Tämä on tosin ristiriidassa sen nykykäsityksen kanssa, että biodiversiteetti kasvoi ripeästi (lähes) koko ordoviikkikauden ajan ja oli nopeimmillaan keskiordoviikin paikkeilla eikä sen lopussa. Hypoteesi onkin tältä(kin) osin ainakin näin maallikon silmin erittäin rohkea. Oletan paleontologien olevan jo kirjoittamassa artikkeleita, joissa he osoittavat sen mahdottomaksi.
Suomalainen näkökulma
Kuten yllä olevasta kartasta ilmenee, suomalaisten täytyy lähteä Ruotsiin tai Hiidenmaalle nähdäkseen kraatterin, joka australialaistutkijoiden mukaan syntyi rengaskappaleen törmäyksestä. Kartassa on kuitenkin mainittu myös muutama mahdollinen suomalaiskraatteri, jotka voisivat olla ordoviikkikautisia.
Summasesta tiedetään toistaiseksi niin vähän, että se voi olla melkeinpä minkä ikäinen tahansa. Saarijärven ikä-arvio riippuu puolestaan täysin siitä, keneltä asiasta kysyy. Itse olen ollut taipuvainen pitämään sitä kambrikautisena (539–485 Ma) tai nuorempana, joten ordoviikki olisi myös mahdollinen. Toiset tutkijat puolestaan ovat pitäneet sitä kambrikautta vanhempana. Summasesta tai Saarijärvestä ei siis nykytietojen hataruuden vuoksi oikein ole suomalaiseksi rengaskappaleen synnyttämäksi kraatteriksi.
Ahvenanmaan Lumparn sen sijaan voi hyvin olla ordoviikkikautinen. Näin Geologian tutkimuskeskuksessa Fennoskandian ja Baltian kraattereita aikoinaan erittäin ansiokkaasti tutkinut Andreas Abels kollegoineen esitti. Yleistä hyväksyntää hänen tulkintansa ei kuitenkaan ole saanut, vaikka Abelsia tarkempaa analyysiä ei kukaan ole tehnyt.
Manner-Suomessakin on yksi mahdollinen ordoviikkirenkaan synnyttämä törmäyskraatteri, vaikka se Tomkinsin ja kollegoiden kartasta kokonaan puuttuukin. Petäjävedellä sijaitseva Karikkoselkä mainitaan nimittäin arvovaltaisissa kraatteriluetteloissa yleensä noin 260–230 Ma:n ikäiseksi, eli permi- tai triaskautiseksi. Itse olen kuitenkin hyvin vahvasti taipuvainen uskomaan Andreas Abelsia, joka etenkin Anja Arkonsuon ja Anneli Uutelan tutkimusten perusteella päätyi pitämään sitä ordoviikkikautisena. Omasta mielestäni sen ikä on jopa vankemmalla pohjalla kuin Lumparnin ordoviikkikautinen ikä. Syystä tai toisesta Abelsin perusteltu tulkinta on kraatterilistoja tehtäessä kuitenkin päätetty jättää kokonaan huomiotta. ”Virallisesti” Karikkoselkä siis ei ole voinut syntyä Maata kiertäneestä renkaasta pudonneesta kappaleesta, mutta ainakin itse aion seuraavan kerran kauniilla Karikkoselällä käydessäni pitää tämän ajatuksen mielessäni.
Mitä unohtui?
Australialaistutkijoiden artikkelista ei omiin silmiini osunut mitään sellaista, joka lähtökohtaisesti olisi täysin pielessä tai erittäin epäilyttävää. Parin mahdollisen ongelmakohdan huomiotta jättäminen oli kuitenkin merkillepantavaa. Ensinnäkään maapallon tunnistettujen törmäyskraatterien jakauma ei välttämättä erityisen tarkasti noudata niiden todellista jakaumaa. Niitä on säilynyt eniten vanhan vakaan kallioperän alueella, ja tämä luonnollisesti aivan oikein heijastuu kraatterikartoissa.
Jakaumaa kuitenkin vääristää se, että kraattereita on löydetty sieltä mistä niitä on etsitty, eli Pohjois-Euroopasta, Pohjois-Amerikasta ja Australiasta. Etelä-Amerikka, Aasia (Venäjä poislukien) ja Etelä-Afrikan pohjoispuolinen Afrikka ovat kraattereiden näkökulmasta pahasti alitutkittuja. Etelä-Amerikka ja Afrikka ovat juuri niitä alueita, jotka olivat ordoviikkikaudella kauempana päiväntasaajasta ja joilla ei ole ainuttakaan edes kohtalaisella varmuudella ordoviikkikautiseksi tulkittua törmäyskraatteria. Olisiko sitten, jos niitä olisi tosissaan etsitty? Tämä alueellinen vääristymä kraatterien jakautumassa on yleisesti tunnettu ongelma, joten on hieman erikoista, ettei artikkelissa viitattu siihen sanallakaan.
Toinen mahdollinen ongelmakohta, joka itseäni jäi mietityttämään, koskee itse rengaskappaleiden aiheuttamien törmäysten fysiikkaa. Perinteisissä törmäyksissä törmäysnopeus on vähintään Maan pakonopeuden verran, eli 11 km/s. Yleisin kraattereita Maahan muodostava nopeus on noin 17 km/s. Nopeudet ovat niin suuria, että ne synnyttävät kohdeainekseen šokkiaallon ja sen myötä itse kraatterin ja havaittavat šokkimetamorfiset törmäystodisteet. En tiedä, millä nopeudella hypoteettisen renkaan kappaleet kiertäisivät, mutta nopeuden täytyy olla jossain matalan kiertoradan satelliittien ja geostationääristen satelliittien nopeuden välillä, eli noin 8–3 km/s. Rengaskappaleet ovat lisäksi kohtalaisen pieniä, joten niiden pudotessa Maan ilmakehä hidastaa niitä huomattavasti. Artikkelissa ei tähänkään otettu kantaa, mutta itse olisin varsin huolissani siitä, kuinka noin alhaisilla nopeuksilla saadaan aikaiseksi havaitunkaltaisia kraattereita. Ehkäpä Tomkins kollegoineen palaa näihin kysymyksiin joskus tulevaisuudessa.
Villien ideoiden riemu
Luonnontiedettä ja erityisesti niitä aloja, joilla ei lyödä rahoiksi tai voiteta Nobeleita, leimaa oman näppituntumani mukaan usein jonkinmoinen varovaisuus ja konservatiivisuus. Tämä tietysti kuuluu vertaisarvioidun nykytieteen perusolemukseen ja on lähtökohtaisesti erittäin hyvä juttu. Muutoin täyttä humpuukia julkaistaisiin tieteen nimissä vielä paljon enemmän kuin nykyään tehdään. Se on kuitenkin tiedefaninkin myönnettävä, että rohkeat pelinavaukset ovat aika vähissä.
Siinä mielessä Tomkinsin, Martinin ja Cawoodin uusi tutkimus on erittäin virkistävä. Etenkin artikkelissa hyvin lyhyesti esitetyt spekulaatiot Maan hypoteettisen renkaan vaikutuksista ordoviikkikauden elämän monimuotoisuuden lisääntymiseen ja Hirnant-ajan jäätiköitymiseen nostavat paleontologien ja paleoklimatologien parissa aivan varmasti asiaankuuluvan äläkän. Perinteisen teesi–antiteesi–synteesi -kierron läpikäynti sitten joko johtaa johonkin uuteen näkemykseen ordoviikkikauden törmäyksistä tai sitten ei. Joka tapauksessa australialaisryhmän artikkeli pakottaa muutkin tutkijat ajattelemaan Maan törmäyshistoriaa hieman uudesta vinkkelistä. Se itsessään on tärkeä askel eteenpäin ihan riippumatta siitä, oliko Maalla ordoviikkikaudella rengas vai ei.
1Kuten tässä blogissa monesti aiemminkin, taas joudutaan elämään ilman vakiintunutta suomalaista termiä. Puhutaan siis paremman puutteessa vain GOBEsta ja elämän monimuotoistumisesta.
2Tietysti nykypäivänä pitäisi puhua kuudesta suuresta joukkotuhosta, koska käynnissä oleva ihmisen aiheuttama eliölajien ja -sukujen häviämisvauhti vastaa viiden aiemman tuhotahtia. ”Big Five” on kuitenkin aika vakiintunut käsite, joten mennään vielä toistaiseksi sillä.
3Tarkkaan ottaen Rochen raja koskee vain kappaleita, joita pitää koossa ainoastaan niiden oma vetovoima. Käytännössä kuitenkin Rochen rajasta puhutaan myös kiinteämpien kappaleiden yhteydessä, joilla lujuusominaisuudet ovat merkittäviä.
Muokkaus 4.10.2024: Korjattu älytön näppäilyvirhe, eli tekstissä luki yhdessä kohtaa ”litosfäärivoimien” vaikka piti tietysti lukea ”vuorovesivoimien”. Kaikkea sitä aamuyön pimeinä tunteina tuleekin kirjoiteltua…
Kiitos mielenkiintoisesta ja hyvin kirjoitetusta aiheen käsittelystä. Minua jäi kuitenkin vaivaamaan yksi kohta, jossa sanot ”Rochen rajan sisäpuolella oleva pienempi kappale hajoaa suuremman aiheuttamien vuorovesivoimien vuoksi. Niinpä Maa repi L-kondriittiasteroidin palasiksi”. Käsitykseni mukaan painovoiman, jota vuorovesivoimakin edustanee, vaikutus kahden 2000 – 3000 km:n välimatkan päässä toisistaan sijaitsevan kappaleen välillä on varsin heikko enkä siksi ymmärrä miten yli 10 km.n kokoisen asteroidin hajoaminen pelkän vuorovesivaikutuksen seurauksena on mahdollista. Voitko selittää.
Kiitos kommentista ja hyvästä kysymyksestä! Minä olen huono näitä fysiikan juttuja selittämään kun ei itselläni ymmärrys riitä eikä laskutikku kädessä pysy, mutta koitetaan ainakin olla sotkematta asiaa lisää. Eli kyllä, vetovoimasta tietysti vuorovesivoimassakin pohjimmiltaan on kyse, ja kuten tunnettua on, vetovoima on erittäin heikko voima. Vuorovesivoima on kuitenkin varsinaisesti vetovoiman muutos paikan suhteen, ja se itse asiassa heikkenee etäisyyden myötä vielä vetovoimaakin nopeammin: vetovoima heikkenee kuten 1 / (etäisyyden neliö), mutta vuorovesivoima heikkenee kuin 1 / (etäisyyden kuutio).
Oleellista tässä kaikessa on siis vetovoiman muutos paikan suhteen. Se puoli Rochen rajan sisäpuolelle tulleesta kappaleesta, joka on lähempänä isoa kappaletta, pyrkii tavallisen ratamekaniikan mukaisesti liikkumaan nopeammin kuin kauempana oleva puoli. Tästä tulee ”vääntöä”, jota kappale ei pidemmän päälle vaan kestä. Kaasumaiselle tai nestemäiselle klöntille tämä lienee helpommin hahmotettava asia, sillä kiinteiden kappaleiden tapauksessa lujuusvoimat pitää ottaa huomioon. Tomkinsin artikkelissa vaihteluväli kappaleen laskennallisessa koossa johtui juuri tuntemattomista lujuusvoimista. Kappale on voinut olla romuläjä-tyypin asteroidi (rubble pile), joka vain nippa nappa pysyy oman vetovoimansa ansiosta kasassa, tai sitten se on voinut olla enemmän tai vähemmän rakoillut kivi. Ei se tietenkään heti Rochen rajan ylitettyään räkspoks rikki mene, mutta ajan myötä kyllä. Siksi Rochen rajan sisäpuolella voi kiertää vain pieniä kappaleita vähän aikaa, kuten Maan ympärillä olevat tekokuut tai jättiläisplaneettojen renkaat, mutta esimerkiksi kaikki planeettojen suuret kuut ovat Rochen rajan ulkopuolella.
Todellisuudessa kaikki ei tietenkään ole ihan näin helppoa. Esimerkiksi Saturnuksen omituisen näköinen kuu Pan kiertää Rochen rajan sisäpuolella ja pitää A-renkaassa olevan Encken jaon puhtaana rengaspartikkeleista (Saturnuksen Rochen raja on juuri siinä hieman kirkkaan A-renkaan ulkopuolella). Pan on kooltaan noin 23 x 35 km eli ei ihan pieni. Omituisen muodon on sanottu johtuvan juuri siitä, että vuorovesivoimat retuuttavat sitä. Varmasti aika monikin on laskeskellut, miten pitkään Pan on voinut olla siellä ja kestääkö se tuota menoa loputtomiin, mutta minun ei tule seurattua noita dynamiikkapuolen juttuja, kun en niistä hölkäsen pöläystä kuitenkaan ymmärtäisi.
Jätin jutusta lyhyyden ja selvyyden vuoksi pois myös maininnan Quaoarista ja sen renkaasta, se kun on reippaasti Rochen rajan ulkopuolella. Syy siihen, miksi Quaorin rengas on pysynyt renkaana eikä ole kasautunut kuuksi, johtuu jääkappaleiden kimmoisuudesta. Näin siis ainakin jos uskomme Heikki Saloa, ja miksi emme uskoisi.
Enpä tiedä selvittikö tämä asiaa vai sotkiko lisää, mutta kummempaakaan ei minulta tähän hätään irtoa. Tieteen termipankissa on varsin selkeää Hannu Karttusen tekstiä aiheesta, ja myös suomenkielisessä Wikipediassa on asiaa aika lyhyesti, ytimekkäästi ja ymmärrykseni mukaan myös oikein selitettynä, ja vieläpä havainnollistavien kuvien kera, joten sitä kannattaa vilkaista. Kaavatkaan eivät ole vaikeita, joten niitäkin voi pyöritellä jos siltä tuntuu.
Suositeltavia linkkejä:
Quaoar: https://yle.fi/a/74-20016981
Rochen raja: https://fi.wikipedia.org/wiki/Rochen_raja
Vuorovesivoima: https://tieteentermipankki.fi/wiki/T%C3%A4htitiede:vuorovesivoima
—
Pari merkityksetöntä näppäilyvirhettä korjattu 4.10.2024.
Jos asteroidi lentää läheltä Maan ohi, sillä on hyperbolinen nopeus koska sen rata Auringon ympäri ei ole sama kuin Maan. Jos ohitus tapahtuu niin läheltä että vuorovesivoima hajottaa kappaleen, käsittääkseni tytärkappaleet jatkavat kuitenkin samalla hyperbolisella radalla ja poistuvat Maan läheltä, jolloin tuloksena on Aurinkoa kiertävä meteoroidiparvi. Joten en ymmärtänyt sitä mekanismia millä tuo rengas olisi heidän mukaansa muodostunut. Olin liian laiska avatakseni sitä alkuperäistä paperia kuitenkaan…
Tämä on erittäin hyvä huomio. Taivaanmekaniikkaa en tajua alkuunkaan, mutta olen antanut itseni ymmärtää, että ei se käytännössä välttämättä aina ihan noin suoraviivaisesti mene silloin, kun kyse on alkujaan pienistä ratahäiriöistä, joilla asteroidin rata muuttuu. Vaan tämä vaatisi selkokielistä kommenttia joltain ratadynamiikan osaajalta.
Mahdollisesti vielä minuakin maallikommalle lukijalle kuitenkin selvennykseksi, että Maan ratanopeus on 30 km/s ja pakonopeus 11 km/s, joten satunnaisen ohipyyhältävän asteroidin sieppaaminen pysyväksi kuuksi on käytännössä mahdotonta. Lyhytaikaisten pienten kvasikuiden sieppaaminen kyllä onnistuu. Esimerkiksi Neptunuksella ratanopeus on vain 5 km/s ja pakonopeus 24 km/s, joten Tritonin sieppaaminen Neptunuksen kuuksi on jo lähtökohtaisesti paljon helpommin käsitettävä prosessi (vaikken hetkeäkään epäile senkään laskennallisia ongelmia).
Joka tapauksessa on niin, että tuon seikan tarkastamiseksi Tomkinsin ja kumppanien juttua ei kannata lukea, koska aiheeseen ei oteta kantaa. Jutussa todetaan vain ”We hypothesise that instead, a large L chondrite asteroid had a near-miss encounter with the Earth at about 466 Ma, passing within the Roche limit, which caused the body to break-up and form a debris ring.” Monesta muusta syystä juttu sen sijaan kannattaa lukaista, sillä kuten blogissakin totesin, on se piristävän rohkeaa ideoiden heittelyä. Täytyy vaan muistaa, että tuo juttu on paljon keskimääräistä artikkelia spekulatiivisempi (sortumatta silti kuitenkaan esimerkiksi Avi Loebin huuhaajuttujen kaltaiseen menestyksekkääseen klikkiotsikoiden kalasteluun).
Artikkelissa myös kiitetään neljää nimetöntä esitarkastajaa, mikä aika monessa tapauksessa tarkoittaa sitä, että juttu on kertaalleen hylätty tai että ensimmäisiltä esitarkastajilta on tullut hyvin ristiriitaiset lausunnot (en siis sano, että näin olisi tässä tapauksessa tapahtunut, kun en tietenkään julkaisuhistoriaa tunne). Lisäksi nimellä kiitettyjen käsikirjoituksen kommentoijien joukossa on yksi pidempään alalla ollut dynaamikko, joten sitä ainakin haluaisi uskoa, että jos hän olisi pitänyt ajatusta täysin mahdottomana, sitä ei olisi julkaistu. No, tämä nyt on tietysti vähintään yhtä villiä spekulointia kuin itse artikkelikin.
Kiitos vastauksesta. Ehkä yksi tapa tuottaa parvi kappaleita Maata kiertäville radoille olisi törmätä ensin asteroidilla Kuuhun, mistä syntyy parvi heitteleitä. Pääosa niistä jää lähelle Kuun rataa ja putoaa joidenkin kierrosten jälkeen takaisin Kuuhun, mutta osan radat saattavat kaotisoitua ja myöhemmin joko pudota Maahan tai sinkoutua ulos Maa-Kuu -systeemistä. En ole varma, mutta voisin kuvitella että suurin osa Maa-törmäyksistä tulisi siinäkin tapauksessa matalille leveysasteille.
Muuten hyvä hypoteesi mutta ei toimi. Tässä unohtuu nyt se keskeinen geokemiallinen kriteeri, että havaitut mikrometeoriitit, meteoriitit ja (ainakin luultavasti Locknen tapauksessa) isommat kappaleet olivat koostumukseltaan L-kondriittisia. Jos alkuperäinen asteroidi törmäisi ensin Kuuhun, olisi heitteleen koostumus Kuun kiville tyypillinen, eikä sitä analyyseissä ja niiden tulkinnoissa saataisi käännettyä L-kondriittiseksi. Ja en ole tätä laskenut, mutta näppituntumalta tuntuu hurjalta, että meillä olisi Kuussa niin nuori niin suuri törmäyskraatteri, että se tuottaisi hyvin runsaasti kilometrikokoluokan heittelettä jota tarvitaan siihen, että saadaan synnytettyä suuri joukko kookkaita törmäyskraattereita.
Ajan kanssa Kuun heitteleen radat voisivat hyvinkin vääntyä Maan ekvaattorille aivan kuten Rochen rajalla hajoavallakin kappaleelle käy, mutta lyhyellä tähtäimellä merkittävä osa päätyisi muuallekin, koska osa heitteleestä tulee väkisinkin pikapostina Maahan (joku blogijuttuni taisi tätä sivutakin joskus). Edelleen ihan mutupohjalta heittäen sanoisin, että sitä tavaraa olisi sen verran runsaasti, että se pitäisi näkyä kraatteridatassa.
Eli tähän optioon en alkuunkaan usko. Vaikka mutuiluni olisikin täysin pielessä, en näe keinoa kiertää tuota geokemiallista kriteeriä.
Aivan totta, ehdin jo tosiaan unohtaa tuon L-kondriittikriteerin.