Muuttuva Merkurius
Merkuriuksella on imago-ongelma. Se on peräisin jo lähes viidenkymmenen vuoden takaa ja aurinkokuntamme sisin planeetta kärsii siitä edelleen.
Vuosina 1974–1975 NASAn Mariner 10 -luotain suoritti kolme Merkuriuksen ohilentoa. Niiden myötä sen pinnasta saatiin kartoitettua hieman alle puolet. Kuvien paljastamaa törmäyskraattereiden ja tektonisten rakenteiden hallitsemaa maisemaa luonnehdittiin tuoreeltaan kuumaiseksi. Totta tämä tietysti joiltain osin onkin. Kraatteroituminen on ollut sekä Kuun että Merkuriuksen pintaa eniten muokannut prosessi.
Niin englannin- kuin suomenkielinenkin Wikipedia on Merkuriusta kuvaillessaan edelleen samoilla linjoilla: ”Sen törmäyskraatterien täyttämä pinta muistuttaa Kuun pintaa.” Kuumaiseksi kutsuminen on tietenkin Kuun ystävien mielestä merkittävä kehu. Valitettavasti vain media, yleisö ja kieltämättä myös iso osa tutkijoista tulkitsi tämän tarkoittavan geologisesti uuvahtanutta ja sen myötä myös vähemmän mielenkiintoista planeettaa.
Osasyyllinen tähän näkemykseen oli Mars. Mariner 9 -luotain oli vain muutamaa vuotta aiemmin kuvannut Marsin valtavia tulivuoria, tuhansien kilometrien mittaisia repeämälaaksoja ja muinoin virranneen veden kaivertamia jokiuomia. Napajäätiköt kasvoivat ja pienenivät vuodenaikojen myötä, ja välillä pölymyrskyt kietoivat koko planeetan vaippaansa. Sellaisen kanssa oli vaikea kilpailla huomiosta, oli Merkurius sitten oikeasti kuinka kiinnostava tahansa.
Osin imago-ongelmasta johtuen tämän nykymääritelmillä aurinkokunnan pienimmän planeetan lähitutkimuksissa koitti Mariner 10:n jälkeen yli kolmen vuosikymmenen mittainen tauko: toinen luotain kohti Merkuriusta laukaistiin vasta vuonna 2004. Vuosina 2008–2009 muutaman Merkuriuksen ohilennon tehnyt NASAn MESSENGER-luotain kiersi Merkuriusta nelisen vuotta vuodesta 2011 alkaen.
Koko planeetan pinnan kattanut valokuvakartoitus yhdessä MESSENGERin muiden mittalaitteiden avulla tehtyjen löytöjen kanssa kanssa toi tuolloin Merkuriuksen silloin tällöin tiedeuutisiinkin. Etenkin Merkuriuksen pohjoisten napaseutujen vesijääesiintymien varmistuminen oli suuremman luokan tapaus.
Toinen säväyttävämpi uutinen oli jo Mariner 10:n kuvissa lukuisten kraatterien pohjilla nähtyjen kirkkaiden läiskien paljastuminen kuopiksi.1 Koska nämä kuopat näyttelevät aivan keskeistä osaa tämänkertaisessa tarinassa, on tässä vaiheessa syytä syytä ottaa pieni sivuaskel ja perehtyä niiden olemukseen hieman tarkemmin.
Kummat kuopat
Mariner 10:n ottamissa kuvissa useiden törmäyskraatterien pohjilla nähtiin siis erikoisia pieniä, mutta kirkkaita läiskämäisiä kohteita. Niiden olemuksesta ei kuitenkaan pystytty sanomaan sen enempää, koska kuvista ei yksityiskohtia erottunut. Niinpä ne jäivät pienen piirin ihmetyksen aiheiksi.
MESSENGERin myötä tilanne muuttui merkittävästi. Uusista kuvista ja korkeusmittauksista selvisi, että kirkkaiden kohteiden keskellä on kuoppia, joiden läpimitta vaihtelee jokusesta kymmenestä metristä useisiin kilometreihin. Vastaavia ei ole löydetty mistään muualta aurinkokunnastamme.
Syvyydeltään ne ovat vain muutamia kymmeniä metrejä, ja samalla alueella olevat kuopat ovat varsin tarkoin saman syvyisiä. Kuopilla ei ole kohonneita reunoja ja niiden pohjat ovat tasaiset. Törmäyskraattereita ne siis eivät ole, eivätkä ne muistuta mitään tunnettuja tuliperäisiä purkausaukkojakaan. Ne kuitenkin esiintyvät tavallisimmin törmäyskraattereissa (yleensä kraatterien pohjilla, mutta myös keskuskohoumissa, reunoilla, reunaterasseilla ja heittelekentillä), mutta joskus myös purkausaukkojen yhteydessä.
Kuoppien esiintyminen ei ole satunnaista. Niitä tavataan hieman keskimääräistä useammin aurinkoisilla rinteillä. Lisäksi niillä on hyvin voimakas taipumus esiintyä kömpelön nimen low reflectance material (LRM) saaneessa tummassa aineksessa. Toinen tumma spektroskooppinen pintamateriaalin yksikkö, jossa kuoppia myös on runsaasti, tunnetaan nimellä low reflectance blue plains (LBP). Jonkin verran niitä on tuliperäisten purkausaukkojen syöksemässä pyroklastisessa aineksessakin. Hyvin harvinaisia ne sen sijaan ovat etenkin pohjoisessa ja Caloriksen törmäysaltaan ympäristössä esiintyvillä enimmäkseen laavasyntyisiksi tulkituilla tasangoilla.
Kuoppia on hieman eri näköisiä. Erilaisten kuoppien on ajateltu edustavan erilaisia kehitysvaiheita. Suosituin ehdotettu kuoppien kehityskulku menee pääpiirteissään näin: Ensin syntyy pieni kuoppa, joka sitten alkaa kasvaa ja saa seurakseen muita. Kuoppien pohjat ovat aluksi kirkkaita, ja kuoppia ympäröi kirkkaasta ja ympäristöään tasaisemmasta ja/tai hienojakoisemmasta aineksesta muodostunut kehä. Kasvavat kuopat yhtyvät suuremmiksi. Kuoppia synnyttävän aktiivisuuden hiipuessa ensimmäisenä katoavat kirkkaat kehät, mutta kuoppien pohjat pysyvät yhä kirkkaina. Kun aktiivisuus on kokonaan lakannut, myös kuoppien pohjat tummuvat ympäristön kaltaisiksi ja eroosio alkaa pehmentää kuoppien muotoja.
Kuoppien olemuksen ja esiintymisalueiden selvittäminen on periaatteessa yksinkertaista havainnointia. Niiden synty- ja muokkautumismekanismi(e)n ymmärtäminen on kuitenkin paljon vaikeampi ongelma. Erilaisten spektrometrimittausten perusteella on päätelty, että kuoppien yhteydessä esiintyy todennäköisesti runsaasti magnesium- ja kalsiumsulfidia (MgS ja CaS) sekä lyijykynistä tuttua grafiittia (C). Nämä ovat Merkuriuksen olosuhteissa aineita, jotka haihtuvat helpommin kuin ympäristön tavalliset mineraalit.
Yleisin hypoteesi kuoppatutkijoiden parissa onkin, että näitä herkästi haihtuvia yhdisteitä on runsaasti LRM- ja LBP-aineksessa. Haihtumista tapahtunee jo Merkuriuksen kuumissa normaalioloissa, päivälämpötila kun ekvaattorin seuduilla kohoaa 430°C:n tienoille. Erityisesti haihtumista kuitenkin tapahtunee paikoissa, joissa on tavallistakin enemmän lämpöä tarjolla, kuten juuri auringonpuoleisilla rinteillä. Lisäksi Merkuriuksen pyörähdys- ja kiertoaikojen lukkiutuminen on johtanut siihen, että sillä on erityiset ”lämpönavat” pituuspiireillä 0° ja 180°. Myös näiden alueiden tuntumassa havaitaan tavallista runsaammin kuoppia. Törmäyskraattereiden pitkään kuumina pysyvät törmäyssulakivet ja vulkaaniset purkausaukot toimivat myös ylimääräisen lämmön lähteinä, luultavasti selittäen kuoppien paikallisen jakauman LRM- ja LBP-alueilla.
Kuopat ovat vähintään geologisessa mielessä erittäin nuoria. Niitä on nähty tuoreimpienkin törmäyskraatterien pohjilla, joten kuoppien on täytynyt syntyä kraatterien jälkeen. Kuvien erotuskyvyn puitteissa ei ole kyetty havaitsemaan, että kuoppia olisivat pienet törmäyskraatterit muokanneet. Tämä onkin saanut tutkijat pohtimaan, voisivatko kuopat olla paitsi geologisesti, myös ihan tavallisen ihmisjärjen ymmärtämissä vuosimäärissä nuoria. Tai voisiko niitä peräti syntyä koko ajan?
Tuoreita törmäyksiä?
MESSENGER-aineiston pohjalta tehdään uusia kiinnostavia löytöjä edelleen. Esimerkiksi loppukesästä Geophysical Research Letters -lehdessä julkaistiin erittäin kiehtova artikkeli Merkuriuksen pinnalla havaituista muutoksista.
Emerson J. Speyererin johdolla tehty, valitettavasti maksumuurin takana oleva artikkeli Present Day Endogenic and Exogenic Activity on Mercury kertoo jo otsikossaan kaiken oleellisen: Merkurius on kyllä kurttuinen muttei kuollut. Speyererin ryhmän tulkinnan mukaan Merkurius on siis tälläkin hetkellä geologisesti aktiivinen planeetta.
MESSENGER kuvasi Mercury Dual Imaging System- eli MDIS-kameran laajakuvapuolella Merkuriuksen pinnan useampaan kertaan. Suurilta alueilta on myös eri aikoina otettuja kuvapareja, joissa pinnan valaistusolosuhteet ovat lähestulkoon identtiset. Tällaisia kuvapareja Speyerer kollegoineen tutki, mahdollisia muutoksia etsien.
Niitä myös löytyi. Speyererin ryhmän analyysi paljasti kuvista kaksikymmentä täysin varmaa muutosta. Lisäksi havaittiin muutama epäselvempi ja siksi tarkemman analyysin ulkopuolelle jätetty tapaus. Varmoista muutoksista 19 oli pieniä pyöreäköjä läiskämäisiä kirkastumisia ja yksi viivamainen muutos. Yhdessä havaitussa piirteessä nähtiin selvä sädemäinen rakenne, mutta pääsääntöisesti muutoksen kokeneet kohteet jäivät laajakulmakameran kuvien vähäisehkön erotuskyvyn vuoksi vain epämääräisiksi kirkkaiksi läimäreiksi.
Säteiden ympäröimän kohteen loogisin selitys on törmäyskraatteri, säteet kun ovat yksi nuorimpien kraatterien tunnusmerkeistä. Kraattereita syntyy kaikkialla aurinkokunnassa koko ajan, joten ne olisivat periaatteessa mahdollinen selitys kaikille havaituille uusille kirkkaille läiskille. Tämä on kuitenkin erittäin epätodennäköistä, sillä jos kaikki 19 läiskää olisivat törmäyskraattereita (käytännössä itse kraatteri ei näy, vaan tutkimuksessa oletettiin kirkkaat läiskät kraatteria ympäröiväksi heittelekentäksi), täytyisi Merkuriukseen osua tuhat kertaa enemmän asteroideja (ja pieni määrä komeettoja) kuin nykyiset mallit ennustavat. Toki mallit ovat ennenkin olleet pielessä, mutta tuhatkertainen ero on turhan suuri, jotta törmäyksiä voisi pitää uskottavimpana selityksenä.
Kasvavia kuoppia?
Muutosten esiintymisympäristö antaa osviittaa niiden mahdollisesta synnystä. Muutoksista valtaosa (12 kpl) havaittiin tumman LRM-aineksen kohdalla tai sen välittömässä läheisyydessä. Kuten edellä todettiin, LRM on siitä mielenkiintoista tavaraa, että Merkuriuksen kummat kuopat esiintyvät erityisen mielellään juuri siinä. Hakematta mieleen nousee ajatus, että muutoksilla ja kuopilla voisi olla jotain tekemistä toistensa kanssa.
Tätä mahdollista yhteyttä tukee se havainto, että kuusi muutosta havaittiin sellaisissa kraattereissa, joissa on varmuudella havaittu kuoppia, tai tällaisten kraatterien heittelekentillä. Lisäksi erään muutoskohdan keskeltä havaittiin myöhemmin otetussa korkean erotuskyvyn kuvassa kuopparyhmä.
Myös yksi havaittu viivamainen muutos on yhteydessä kuoppiin. 196-kilometrisen Sholem Aleichem -kraatterin läntisellä terassivyöhykkeellä huomattiin huhti–lokakuussa 2011 syntynyt peräti noin kahden kilometrin mittainen reunaterassilta kohti kraatterin pohjaa suuntautunut kapea kirkastuma. Kirkastuman lähtöpäässä nähtiin myöhemmässä korkean erotuskyvyn kuvassa kuoppa. Luonnollisin selitys havainnoille on, että terassilla olevan kuopan kasvaminen tai muu aktiivisuus synnytti maanvyöryn, jossa kuopan kirkasta ainesta valui kraatterin jyrkähköä sisäreunaa pitkin parin kilometrin matkan kohti kraatterin pohjaa.
Aktiivista tektoniikkaa?
Merkuriuksen jättimäisen rautaytimen jäähtyminen on aiheuttanut koko planeetan pinnan rypistymisen. Käytännössä se näkyy erilaisina tektonisina harjanteina ja siirroksina. MESSENGERin loppuvaiheen matalalta kiertoradalta otetuista kuvista löydettyjen kaikkein pienimpien siirrosten iäksi on arveltu alle 50 miljoonaa vuotta. Siksi ei ole järin suuri yllätys, että kuoppien ja LRM-aineksen ohella myös tektoniikalla voi olla yhteys tuoreisiin muutoksiin Merkuriuksen pinnalla. Tasan puolet havaituista kirkastumista nimittäin sijaitsee korkeintaan 50 km:n päässä jostain tektonisesta rakenteesta. Kukaan ei hämmästyisi, jos tarkemmissa kuvissa paljastuisi pienempiä ja tuoreempia siirroksia vieläkin lähempää tai peräti täsmälleen kirkastumien kohdilta.
Kaksikymmentä pienialaista muutosta koko planeetan pinnalla ei välttämättä kuulosta paljolta, mutta kannattaa pitää mielessä geologiset aikaskaalat. Jos nämä muutokset olisivat jakautuneet tasaisesti Merkuriuksen pinnalle ja kuvastaisivat sen normaalia geologista aktiivisuutta, uudistuisi 99 % Merkuriuksen pinnasta vain 25 miljoonassa vuodessa. Geologisessa mielessä tämä on hyvin lyhyt ajanjakso. Vaikka Merkuriuksesta ei ole löytynyt yhtä vanhoja alueita kuin Kuusta, on kuitenkin Merkuriuksenkin pinnasta iso osa muutaman miljardin vuoden ikäistä. Selvää siis on, etteivät nyt havaittujen kaltaiset muutokset muokkaa pintaa samalla tavalla kaikkialla, koska silloin vanhat pinnat olisivat jo kadonneet. Todennäköisintä onkin, että muutokset rajoittuvat tektonisesti aktiivisille alueille, LRM- ja LBP-ainesten peittämille seuduille ja ylipäätään kuoppien ympäristöön, mitkä niiden syntytapa ja -olosuhteet sitten pohjimmiltaan ovatkaan.
Euroopan avaruusjärjestön BepiColombo-luotain aloittaa kolmen vuoden kuluttua Merkuriuksen kiertämisen. Nyt löydetyt tuoreiden muutosten alueet kuuluvat hyvin suurella todennäköisyydellä sen varhaisimpien tutkimuskohteiden joukkoon. Sikäli kun kaikki sujuu hyvin, BepiColombon laitteet tuottavat nykyistä merkittävästi yksityiskohtaisempaa kuva-, korkeus- ja koostumusaineistoa. Muutostutkimusten kannalta keskeistä on, että MESSENGERin kuvien tarjoama havaittavien muutosten aikaikkuna oli vain muutama vuosi, mutta BepiColombon ja MESSENGERin kuvia vertailemalla päästään jo vähintään viidentoista vuoden aikaskaalaan. Muutoksia löytyy varmasti merkittävästi enemmän kuin pelkistä MESSENGER-kuvista. Niiden perusteella saadaan runsain määrin uutta tietoa kutistuvan Merkuriuksen tektoniikasta ja sen mahdollisesta nykyisestä aktiivisuudesta, samoin kuin kuoppien tarkemmasta olemuksesta ja kehityksestä. Tämän vuosikymmenen jälkimmäisellä puoliskolla Merkurius-tutkijoilla onkin edessään erittäin mielenkiintoiset ajat.
1Englanniksi nämä kuopat tunnetaan nimellä hollows. Niille, kuten lukuisille muillekaan planeettageologian termeille ei ole vakiintuneita suomenkielisiä vastineita.