Titanin aavesaaret
Kaukaiset kadonneet aavesaaret ovat olleet merimiestarinoiden vakiokamaa jo tuhansia vuosia. Ympäri maailman meriä on nähty ja raportoitu saaria, joista monet päätyivät kartoille asti. Myöhemmin tarkemmin tutkittaessa ”saarista” ei sitten näkynyt jälkeäkään.
Toiveajattelun innostamat virhehavainnot yltävät meriltä avaruuteenkin. Tunnetuimpia esimerkkejä kohteista, jotka aikoinaan raportoitiin ihan vakavalla mielellä, mutta jotka osoittauivat olemattomiksi, ovat Franz von Paula Gruithuisenin (1774–1852) kuukaupunki, sekä tietenkin Marsin ja Merkuriuksen kanavat.
Saturnuksen suurimmalla kuulla Titanilla on omat aavesaarensa. Ne eivät kuitenkaan ole taikauskon, rommin, vajavaisten havaintojen tai tarkoituksellisten huijausten tuotteita, vaan silkkaa todellisuutta. Kukaan vain ei ole tiennyt, mitä ne oikeastaan ovat ja miksi ne ilmestyvät ja katoavat.
Nesteiden kiertokulku Maassa ja muilla planeetoilla
Yksi keskeisimmistä tekijöistä, joka erottaa Maan muista planeetoista, on vesi ja etenkin sen kiertokulku. Vettä on vesihöyrynä, pilvipisaroina ja jääkiteinä ilmakehässä, josta se sataa, härmistyy tai tiivistyy maanpinnalle lumeksi tai vedeksi. Osa siitä päätyy pohjavedeksi.
Maanpinnalla vesi on merkittävä pinnanmuotoja muokkaava voima, joka rapauttaa kivet ja kuljettaa jokien kautta sedimentit meriin. Joista, järvistä ja meristä vesi haihtuu ilmakehään aloittaakseen kiertonsa uudelleen. Merkittävä määrä vettä päätyy kuitenkin merenpohjien sedimenteissä ja mineraaleihin sitoutuneena myös syvälle maankuoreen, kun laattatektoniset voimat saavat litosfäärilaatat työntymään toistensa alle. Siellä vesi toimii laattojen voiteluaineena ja helpottaa niiden sulamista. Lopulta se päätyy tulivuorten mukana uudelleen ilmakehään.
Muilla planeetoilla tilanne on toinen. Kuun ja Merkuriuksen napaseuduilla on vesijäätä, ja Kuussa on havaittu vesihöyryä olevan aavistus liikkeellä myös erittäin harvassa kaasukehässä. Lisäksi Kuun varhaisuudessa tulivuoritoiminta syöksi vettä kaasukehään, josta se saattoi päätyi navoille jääksi. Varsinaiseksi veden kiertokuluksi tätä ei hyvällä tahdollakaan voi silti kutsua, sillä esimerkiksi nestemäinen vesi ei ole Kuussa koskaan ollut merkittävä tekijä.
Venuksessa vettä on muinoin ollut runsaastikin, mutta nykyisin kovin niukalti. Mahdollisesta varhaisesta veden kiertokulusta ei ole jäänyt todisteita. Nykyisin sen pilvistä sataa rikkihappoa. Pisarat kuitenkin haihtuvat ennen kuin ne saavuttavat planeetan pinnan.
Marsissa puolestaan on komeat vuodenaikojen mukaan vaihtelevat hiilidioksidi- ja vesijäästä koostuvat napajäätiköt. Hiilidioksidia myös sataa lumena ja härmistyy pinnoille, mutta nestemäinen hiilidioksia ei Marsissa liene ollut merkittävä tekijä, vaikka ajatus satunnaisesti yhä edelleen putkahtelee esiin milloin mistäkin. Misstään lähellekään Maapallon veden kiertoon vertautuvasta hiilidioksidin kierrosta ei Marsissa voida kuitenkaan puhua.
Aikoinaan vesi on Marsissa virrannut sekä pienehköinä jokina että massiivisina tulvina. Se on lisäksi kerrostanut sedimenttejä järviin ja meriin ja ainakin siellä täällä satanut lumena tai vetenä takaisin pinnalle. Jäänä sitä esiintyy edelleen napajäätiköiden lisäksi routana ja maajäälinsseinä. Pinnanalaisista suolaisista järvistäkin on vuosien varrella puhuttu, mutta tutkahavaintoja ja tulkintoja niistä on myös kritisoitu. Ja jokin – kenties hetken aikaa nestemäisenä pysyttelevä suolainen vesi – saattaa yhä edelleen synnyttää pieniä uomia päiväntasaajaseutujen rinteille. Miljardeja vuosia sitten vesi siis kiersi Marsissa lähes Maan tapaan, mutta nykypäivän kylmässä ja kuivassa Marsissa ei varsinaista hydrologista kiertoa ole.
Titan ja sen hiilivetykierto
Ainoa taivaankappale, jolla nykykäsitysten mukaan on tänäkin päivänä suunnilleen maapallon veden kiertokulkua vastaava hydrologinen kierto, on Titan. Sen jääkuoren alla on todennäköisesti suolainen meri. Meri on kuitenkin ainakin nykyisellään ilmeisen tiiviisti koteloituna syvälle Titanin uumeniin, eikä se näin ollen vuorovaikuta pinnan kanssa. Titanin hydrologinen kierto ei perustukaan veteen, vaan veden ”tehtävän” Titanin geologiassa ovat ottaneet yksinkertaiset hiilivedyt.
Aurinkokuntamme kuista ainoastaan Titanilla on paksu kaasukehä. Sen paine Titanin pinnalla on noin puolitoistakertainen maapallon keskimääräiseen pintapaineeseen nähden. Kaasukehä koostuu 95 %:sti typestä (N2) lopun ollessa lähinnä metaania (CH4). Auringon säteily tuottaa näistä osittain typpipitoisia yksinkertaisia hiilivetyjä, kuten propaania (C3H8), propeenia (C3H6) ja vetysyanidia (HCN), sekä pidempiketjuista mönjää. Tämä mönjä (eli toliinit) aikaansaa Titanille luonteenomaisen oranssin udun, joka estää pinnanmuotojen erottumisen näkyvän valon aallonpituuksilla. Siksi Titanin pintaa onkin kartoitettu tutkalla ja eräillä infrapunasäteilyn aallonpituuksilla.
Aivan kuten vesi maapallolla, ovat niin metaani, etaani (C2H6) kuin typpikin Titanin kaasukehässä kaasumaisessa olomuodossa, mutta pinnalla nesteitä. Juuri tämä olosuhteiden sopivuus olomuotojen vaihtelulle mahdollistaa hydrologisen kierron Titanissa. Yksi Cassini-luotaimen ja sen Huygens-laskeutujan suurimpia saavutuksia olikin nestemäisten merien ja järvien sekä suurelta osin vesijäästä koostuvaan kallioperään kaiverrettujen uomien löytäminen Titanista. Titan onkin Maan ohella ainoa tunnettu paikka, jonka pinnalla vielä nykyisinkin esiintyy jokia, järviä ja meriä muodostavaa nestettä.
Titanin merien koostumuksesta on vuosien varrella esitetty erilaisia arvioita, eikä täydellistä yksimielisyyttä asiasta liene vielä saavutettu. On myös todennäköistä, että koostumus vaihtelee hieman eri puolilla Titania. Viime aikoina tutkijat ovat alkaneet taipua sille kannalle, että meret ja järvet (niiden joukossa Koitere ja Pielinen Lacūs) ovat enimmäkseen metaania, mutta mukana on myös merkittävästi typpeä ja etaania. Nämä yhdisteet liukenevat toisiinsa.
Sopivissa lämpötilaolosuhteissa järvet voivat ainakin muutaman vuoden takaisten mallinnusten mukaan kuitenkin yllättäen kerrostua koostumuksen mukaan siten, että enemmän etaania sisältävät kerrokset ovat pinnalla, metaanirikkaammat kerrokset taas syvemmällä. Kokonaisuutena Titanin hydrologista kiertoa hallitsee metaanin haihtuminen.
Yksi veden keskeinen ja poikkeuksellinen ominaisuus on, että jää on vettä kevyempää. Yleensä yhdisteillä kiinteä olomuoto kun tuppaa olemaan nestemäistä tiheämpää. Jos vesi käyttäytyisi samoin, jäätyisivät järvet pohjiaan myöten. Elämä olisi tällaisessa tilanteessa epäilemättä kehittynyt hyvin erilaiseksi kuin nyt, sillä esimerkiksi lumipallomaavaiheet ja myös vähäisemmät jääkaudet olisivat varmasti kurittaneet maapallon eliölajeja paljon raskaammalla kädellä.
Myös Titanin hydrologisessa systeemissä järvien jäätyminen pinnaltaan on mahdollista. Kymmenkunta vuotta sitten Jason Hofgartner ja Jonathan Lunine laskeskelivat, että Titanin olosuhteissa metaanirikkaissa järvissä metaani-etaanijää kelluu talvella aina ja etaanirikkaissakin järvissä silloin, jos jään huokoisuus on 5 % tai enemmän. Tässäkin mielessä Titanin hydrologiset olosuhteet muistuttavat siis maapalloa.
Aavesaarten synty
Yksi tiedotusvälineissäkin mukavasti palstatilaa takavuosina saaneista Titan-löydöistä olivat aavesaaret. Kuten kunnon aavesaarien kuuluukin, ne ilmestyivät tyhjästä, hiipuivat väreillen ja katosivat jälkiä jättämättä. Aavesaaria havaittiin ainakin kahdessa paikassa Ligeia Maren rannikon tuntumassa ja yhdessä paikassa Kraken Maren saaristossa.
Aavesaarten tylsin mutta myös varsin suosittu selitys, jotaHofgartner ja Lunine kollegoineen kannattivat, olivat aallot. Tutkakuvan muodostumisen kannalta merkittävin tekijä ovat pinnan epätasaisuudet, ja aallot periaatteessa voivat havaitunkaltaisen tutkaheijasteen synnyttää. Titanin järvet ja meret vain ovat kuuluisia tyyneydestään, sillä aallonkorkeus jää yleensä alle muutamaan milliin.
Toinen, Michael Malaskan johtamista laboratoriokokeista vahvaa tukea saanut suosittu idea oli jo kiehtovampi. Sen mukaan aavesaaret johtuivat typen kuplimisesta. Jos etaanirikkaaseen mereen päätyy metaanirikasta nestettä esimerkiksi sateiden myötä, sen kyky liuottaa typpeä vähenee merkittävästi. Niinpä ylimääräinen typpi kuplii pois, synnyttäen merenpintaan havaitunlaisen tutkaheijasteen.
Tammikuussa Geophysical Research Letters –lehdessä ilmestyi Xinting Yun johdolla tehty artikkeli The Fate of Simple Organics on Titan’s Surface: A Theoretical Perspective. Siinä esitettiin kiinnostavia uusia laskelmia Titanin sateista ja aavesaarien mahdollisista aiheuttajista.
Yun tutkimusryhmän mukaan metaani, etaani, propaani ja propeeni joko satavat nestemäisessä muodossa tai vähintään muuttuvat nesteeksi saavuttaessaan Titanin pinnan. Ilmeinen johtopäätös (jota tosin artikkelissa ei esitetty) tästä on, että mikäli Titanin uomat ovat sadetta seuranneen pintavirtauksen synnyttämiä jokiuomia eivätkä romahtaneita pinnan alla virranneen nesteen (”pohjaveden”) synnyttämiä tunneleita, on niissä täytynyt virrata jonkinlainen yhdistelmä näitä hiilivetyjä. Muut hiilivedyt satavat kiinteinä ja muodostavat ”hiilivetylunta”.
Tilanne on hieman toinen, jos sade tulee meriin ja järviin. Metaani, etaani, propaani ja propeeni liukenevat ongelmitta nesteeseen. Vetysyanidi sen sijaan sataa kiinteässä olomuodossa ja kelluu pintajännityksen ansiosta etaanirikkaissa järvissä aina. Yhtä lukuun ottamatta muut tutkitut yksinkertaiset hiilivedyt puolestaan joko uppoavat pohjasedimenteiksi tai niiden huokoisuudesta riippuen jäävät kellumaan. Tämä johtuu siitä, että ajan myötä järvet ja meret ovat luultavasti saavuttaneet näiden hiilivetyjen suhteen kyllästymispisteen, eikä niitä näin ollen voi nesteeseen enempää liueta.
Jos satavien hiilivetyhiutaleiden huokoisuus on vähintään 25–35 %, ne jäävät kellumaan. Tätä voi verrata lumeen, jonka huokoisuus vastasataneena on 80–90 %:n luokkaa ja märkänä noin 50 %. Järveen tai mereen sataneet hiilivedyt eivät kuitenkaan voi kellua ikuisesti, sillä ennen pitkää metaani kyllästää huokoset ja hiilivetykasaumat uppoavat.
Jos siis hiilivetyjäätä sataa mereen ja se muodostaa lauttoja, ne voisivat olla Titanin aavesaarten selitys. Yu kollegoineen esittää, että hiilivetyjäätä voisi kenties tulla mereen myös läheisiltä mantereilta esimerkiksi jokien mukana, tai merenalaisesta kryovulkaanisesta purkauksesta. Tarkempia geologisia pohdintoja he eivät kuitenkaan valitettavasti esitä. Artikkelin pohjalta tehdyssä lehdistötiedotteessa puhutaan lisäksi mahdollisuudesta, että aavesaaret saattaisivat muodostua poikimalla läheisen mantereen jäätiköstä, aivan kuten meikäläiset jäävuoret.
Aavesaarten lisäksi Yu ryhmineen tarjoaa kelluvaa hiilivetyjäätä selitykseksi myös merien ja järvien tyyneydelle: tasainen kelluva hiilivetyjääkerros selittäisi niiden ällistyttävän piirteettömyyden. Kun jääkerros syystä tai toisesta muodostaisi paksumpia lauttoja, syntyisi heidän mukaansa aavesaaria.
Artikkelissa ei kuitenkaan yritetäkään selittää, miksei tasainen jääkerros kyllästyisi ja uppoaisi aivan samoin kuin lautatkin. Esimerkiksi jatkuva hiilivetylumisade, joka juuri sopivasti korvaisi uppoavan jään, ei minusta tunnu millään tavoin uskottavalta selitykseltä. Artikkelissa ei myöskään viitata Hofgartnerin ja Luninen tutkimuksiin kelluvasta metaani-etaani jäästä, joka ainakin Hofgartnerin, Luninen ja heidän kollegojensa mukaan yhdessä Titanin vuodenaikaisvaihtelun kanssa sopisi yhteen aavesaarien kaltaisten merissä nähtävien ohimenevien muutosten kanssa.
Vaikka Yun tutkimusryhmän artikkeli siis jättääkin monta keskeistä kysymystä avoimeksi, on se silti tervetullut lisä yrityksiin ymmärtää Titanin merien merkillisiä muutoksia. Mikään lopullinen totuus se ei varmasti ole. Romantikkominäni mielestä tämä on pelkästään hyvä asia: aavesaaret ovat maapallon merikartoilta hävinneet, mutta onneksi Titanin merillä on vielä suuria mysteerejä mielikuvitusta kutkuttelemassa.
Kiitokset Elina Lehtoselle, jonka taannoin esittämät erinomaiset kysymykset ja kommentit hydrologisesta kierrosta aurinkokunnassamme osaltaan olivat vaikuttamassa ajatukseen siitä, että ehkä tästäkin asiasta voisi blogitekstin kirjoittaa.