Hyginus – kaldera keskellä Kuuta

 

Teemu Öhman:

Kuu tunnetaan törmäyskraattereistaan. Kuun pinnalla on kuitenkin myös harvakseltaan vulkaanisia kraattereita ja kalderoja. Niistä suurin, Hyginus, erottuu sopivissa olosuhteissa vaivatta jo pienelläkin kaukoputkella. Lisäksi Hyginuksen läpäisee yksi Kuun näyttävimmistä rilleistä, Rima Hyginus. Kaldera ympäristöineen valittiin äärimmäisen tasaisen äänestyksen jälkeen Kuu, planeetat ja komeetat -jaoston toiseksi projektikohteeksi.

Hyginus ja Rima Hyginus

Kuuhavaitsijoilla on käynyt monessa asiassa lähes uskomaton tuuri. Yksi näistä onnekkaista sattumuksista on, että Kuun todennäköisesti suurin vulkaaninen kaldera Hyginus sattuu sijaitsemaan aivan erinomaisessa paikassa havaitsemista ajatellen, lähes Kuun lähipuolen keskellä Mare Vaporumin eteläreunan ja Sinus Mediin koillisosan välisellä mare-alueella (kuvat 1–3). Niinpä se on mainiosti havaittavissa niin ensimmäisen (kuvat 1 ja 3) kuin viimeisen neljänneksenkin (kuva 4) aikoihin. Erikoista on, että sekä Hyginus että Rima Hyginus näkyvät selvästi jo pienellä kaukoputkella riippumatta missä kulmassa valo alueelle paistaa (kuva 5). Hyginuksen ja sen ympäristöön liittyykin useita hyvin erityyppisiä piirteitä, joten alue tarjoaa kiinnostavaa nähtävää kaikissa valaistusolosuhteissa kaikenkokoisille havaintolaitteille.

Hyginus on vuosikymmenten saatossa kiinnostanut Nasaakin. Niin Apollo-lentojen kuin niitä edeltäneiden miehittämättömien Surveyor-luotaintenkin laskeutumispaikkoja suunniteltaessa osa tutkijoista kannatti erikoisuuksien metsästämistä, vaikka perustutkimuksen alkuvaiheessa yleensä olisi parempi selvittää, mikä on tyypillistä. Hyginuksen tasainen pohjoispuoli eli kuitenkin pitkään mahdollisena Surveyor- ja Apollo-kohteena [2, 3]. Hyginuksen mahdollisuudet torppasi oikeastaan vasta myöhäisten Apollo-lentojen peruminen budjettileikkausten vuoksi.

Hyginus on varsin pieni rakenne, läpimitaltaan vain noin 9 km. Niinpä se ei varmasti olisikaan kiinnittänyt havaitsijoiden huomiota jo 1600-luvulta alkaen (ks. oheinen havaintohistoriaosio), ellei siihen liittyisi yksi Kuun komeimmista rilleistä, Rima Hyginus. Sen itäosan muodostaa kaksi haaraa, joista pohjoisempi yhtyy Rima Ariadaeukseen (kuvat 1, 3 ja 5). Yhdessä Rima Ariadaeus ja Rima Hyginus muodostavat rakenteen, joka yli 450 km:n mittaisena yhdistää Mare Tranquillitatiksen Mare Vaporumiin. Hyginuksen länsi- ja lounaispuolelta siihen yhtyy myös Rimae Triesneckerin vähintään 300 km pitkä rakoverkosto, joten kokonaisuudessaan Ariadaeus–Hyginus–Triesnecker-systeemi kattaa suuren osan Kuun ensimmäisestä neljänneksestä.

Hyginuksen seudun havaintohistoriaa

Giovanni Riccioli nimesi vuonna 1651 Francesco Grimaldin kartassa olevan tumman täplän Higinukseksi (nyk. Hyginus). Rima Hyginuksen puolestaan löysi ja piirsi Christiaan Huygens vuonna 1685, mutta hänen havaintonsa jäätyä julkaisematta Johann Schröter ilmoitti kohteen omana löytönään vuonna 1791. Tilanne oli siis sen suhteen sama kuin Rupes Rectan kohdallakin (ks. Zeniitti 1/2016).

Hermann Klein (1844–1914), ”Saksan Flammarion”, löysi Hyginuksen koillispuolelta toukokuussa 1877 ”ison, mustan kraatterin ilman reunavallia ja täynnä varjoa”. Kohdetta ei ollut Lohrmannin, Beerin ja Mädlerin, eikä Schmidtin kartoissa, joten Klein päätteli sen olevan uusi. Jonkin aikaa hänen maaliskuussa 1878 julkaisemansa raportin jälkeen osa havaitsijoista totesi, että tämä kohde, Hyginus N, oli hyvin herkkä valaistusolosuhteille. Agnes M. Clerke sanoi sen olevan ”valon, varjon ja toiveikkaan mielen aikaansaama illuusio”. Enää tällä ”illuusiolla” ei ole nimeä, ja Hyginus N tarkoittaakin aivan toista kohdetta Vaporumin pyroklastisella alueella. Noihin aikoihin 1800-luvun loppupuolella Kuun tutkimuksen keskeinen käyttövoima oli sen pinnalla tapahtuvien muutosten ja uusien ilmiöiden havaitseminen. Tunnetuin tapaus tällaisista on välillä ”kadonnut” ja ”muotoaan muuttanut” Linné.

Hyginuksesta 30 km pohjoiseen sijaitseva spiraalin muotoinen massiivi oli vuoteen 1964 asti virallisesti Schneckenberg. Hyginus Beetanakin joskus mainitun kohteen nimesi Johann Krieger vuoden 1912 kartassaan. Englanniksi nimi oli suora käännös saksasta, eli Snail Mountain (snail = kuorellinen etana tai kotilo). Nykyisin tällekään, terminaattorin lähellä hyvinkin silmiinpistävälle muodolle (kuvat 4 ja 12) ei ole virallista nimeä.

Jari Kuula

Virallisesti Rima Hyginuksen pituus on 204 km. Tämä on kuitenkin vain osa totuudesta. Rima Hyginuksen itäinen osa ilman Ariadaeukseen yhdistyvää haaraa on ainakin noin 127 km:n pituinen. Luoteinen haara puolestaan on pituudeltaan vähintään 100 km. Lisäksi pohjoispäässä sitä leikkaa noin 72 km pitkä, Rima Hyginuksen itäpuolen kukkuloilta alkava nuorempi rille. Tämä osa Hyginuksen rille-systeemistä tahtoo jäädä yleensä Hyginukseen keskittyvien kuvien kuva-alan ulkopuolelle. Vaikka rille on yhtä leveä kuin Rima Hyginuksen pääosat, se on kuitenkin itäpäästään varsin matala, joten se ei yleensä erotu järin selvänä piirteenä. Kohta, jossa nuorempi rille yhtyy Rima Hyginuksen pohjoispäähän, on kuitenkin harrastajienkin tavoitettavissa, kuten Jari Kuulan piirroshavainto (kuva 6) osoittaa.

Leveyttä Rima Hyginuksella on noin 2–3 km, syvyyttä puolestaan noin 400 m, luoteishaarassa tosin vähemmän. Kumpaankin mittaan tulee kuitenkin huomattavasti lisäystä rilleä etenkin luoteishaarassa kirjovien kuoppien kohdalla (kuvat 7 ja 8). Näistä suurimman läpimitta on lähes 5 km ja syvyys noin 900 m. Kaikkiaan kummallisia painaumia on pääkaldera Hyginus mukaan lukien ainakin 25 [4].

Itse Hyginus koostuu kahdesta osasta, yhdeksänkilometrisesta pääkalderasta ja siihen liittyvästä koillisesta ”lahdesta”, joka on kooltaan noin 4×6 km (kuvat 7–9). Syvyyttä tasapohjaisella Hyginuksella on noin 800 m, koillisella lahdella muutama sata metriä vähemmän. Jo 1800-luvun havaitsijat kiinnittivät huomiota merkilliseen puutteeseen: Hyginuksella ei ole oikeastaan laisinkaan kohonnutta reunaa. Kuun vanhoillakin törmäyskraattereilla on lähes aina selvästi ympäristöään ylemmäksi nouseva reuna, mutta Hyginusta lähestyvä kulkija ei näkisi edessään kohoavaa jyrkkää mäkeä, vaan korkeintaan erittäin loivasti nousevan rinteen, joka päättyy äkkinäiseen jyrkänteeseen kalderan reunalla (kuva 9).

Hyginus ja etenkin Rima Hyginus ovat sikälikin merkillisiä rakenteita, että ne näkyvät hyvin paitsi ollessaan aamu- tai iltaterminaattorin lähistöllä, myös täydenkuun aikaan. Täysikuulla ne näkyvät kirkkaina (kuva 5), ja erottuvat tuolloinkin vaivatta jo pienellä kaukoputkella. Tämä piirre erottaa ne monista muista samankaltaisista rakenteista. Esimerkiksi viereinen Rima Ariadaeus katoaa useimpien havaitsijoiden tavoittamattomiin terminaattorin etäännyttyä alueelta.

Täysikuun aikaan huomiota kiinnittää myös Hyginusta ympäröivä rajoiltaan hieman epämääräinen tumma kehä. Mare Vaporumin alueen geologisessa kartassa vuodelta 1968 sitä pidettiin todennäköisimmin mare-laavana [5]. Tuo selitys eli myös tarkemmassa Rima Hyginuksen kartassa vuodelta 1976, vaikka rinnalle oli tullut jo mahdollisuus pyroklastisesta alkuperästä [6]. Vielä Hyginuksen tummaa kehääkin selvemmin täysikuulla erottuu eteläisen Mare Vaporumin alue, joka on ympäristön mare-tasankojakin huomattavasti tummempi (kuva 5). Se on myös kumpuilevilta pinnanmuodoiltaan erikoinen. Tämä näkyy mainiosti Elina Lahden ja Jerry Jantusen 16.3.2016 ottamissa kuvissa 10 ja 11, samoin kuin Jukka Laakson kuuden vuoden takaisessa kuvassa 12.

 

Hyginuksen rakenteiden synty

Kuten tunnettua, viisaskin menee joskus vipuun. Yksi merkittävimmistä kuu- ja kraatteritutkimuksen uranuurtajista, sivutoimitutkija Ralph Baldwin, piti 1940-luvun lopussa Hyginuksen ja Ariadaeuksen rillejä muinaisina laavakanavina [1]. Jo vuosikymmentä myöhemmin niin Gerard Kuiper kuin Gilbert Fielderkin olivat kuitenkin tahoillaan päätyneet siihen nykyisin oikeana pidettyyn näkemykseen, että tällaiset suorat rillet ovat grabeneita [7]. Tässä vaiheessa Baldwinkin oli jo päivittänyt näkemystään [8], eikä suoria rillejä enää tämän jälkeen ole pääsääntöisesti pidetty laavakanavina.

Grabenit ovat tektonisia rakenteita, jotka syntyvät kuorta venyttävien voimien seurauksena. Grabeneissa on kaksi kulultaan yhdensuuntaista, mutta ns. kaateen suunniltaan vastakkaista normaalisiirrosta (kuva 13). Grabeneissa kallioperän lohko vajoaa normaalisiirrosten väliin muodostaen tasapohjaisen ja yleensä leveyteensä nähden hyvin pitkän suoraviivaisen syvälle ulottuvan rakenteen. Kuussa grabenit ovat varsin tavallisia, mutta yksittäiset Suoran vallin tapaiset normaalisiirrokset hyvin harvinaisia (ks. Zeniitti 1/2016). Grabeneita esiintyy etenkin törmäysaltaiden ympäristössä, mutta harvakseltaan muillakin alueilla. Tarvittavan venyttävän jännityskentän syntyminen muualle kuin törmäysaltaan reunamille ei vain ole aivan yksinkertainen asia. Magmaattiset juonet voivat kuitenkin tarjota luontevan selityksen venyttävän jännityskentän ja sen myötä Kuun grabenien synnylle [9].

Hyginuksen grabenin synnyn perimmäinen syy löytyy syvältä Kuun vaipasta. Sieltä, yli 30–40 km:n syvyydestä, lähti ehkä noin 3,7–3,2 miljardia vuotta sitten [10] kohoamaan kohti kuorta magmaattinen juoni. Juoni nousi ylöspäin, kunnes se lähes saavutti pinnan. Noste kuitenkin lakkasi hieman ennen pinnalle pääsyä, joten juonen yläpinta jäi noin 800 m:n syvyydelle. Poikkileikkaukseltaan juoni muistutti pystyssä olevaa kolikkoa. Juonen leveys ei ollut kuin noin 240 m, ja sen korkein kohta sijaitsi Hyginuksen alapuolella. Juonen kohoamisen hyydyttyä se alkoi kuitenkin levitä vaakasuunnassa muodostaen kerrosjuonen tai niin sanotun lakkoliitin kaltaisen rakenteen. Tämän juonen leviämisen seurauksena kuoreen muodostui venyttävä jännitys, joka lopulta riitti murtamaan kuoren normaalisiirroksia pitkin, synnyttäen Rima Hyginuksen grabenin [4].

Juonen kärjessä muodostui runsaasti höttöistä vulkaanista ainesta, joka Hyginuksen kohdalla pääsi purkautumaan pinnalle tuhkana ja mikroskooppisina laavapisaroina [2, 4, 10]. Se levisi Hyginuksesta aina noin 30 km:n etäisyydelle saakka, etenkin sen eteläpuolelle (kuva 5). Tämä pyroklastinen, ympäristöään hieman enemmän rautaa ja titaania sisältävä kerros on alle 10 m paksu, mutta kaikkiaan ainesta purkautui noin 10 km³ [4, 10]. Koska juonesta siirtyi runsain määrin ainesta pinnalle, jäi juonen paikalle huomattavasti tyhjää tilaa. Niinpä Hyginuksen kohdalle syntyi suuri romahdusrakenne, eli vulkaaninen kaldera [11]. Muut kuopat Rima Hyginuksen pohjalla ovat vastaavanlaisia, mutta pienempiä vulkaanisia romahdusrakenteita. Myöskään niillä ei ole kohonnutta reunaa, ja koska vulkanismi keskittyi vain juonen korkeimmalle kohdalle Hyginukseen, ei niiden ympärillä nähdä tummia pyroklastisia kehiä. Rima Hyginuksen pienet kuopat eivät näin ollen ole varsinaisia vulkaanisia kraattereita tai purkausaukkoja, vaan pelkkiä romahduksen synnyttämiä kuoppia [4].

Hyginuksen pohjalla havaittiin jo Lunar Orbiter -luotainten kuvia tutkimalla erikoisia rakkulamaisia pullistumia (kuva 9) sekä pieniä pyöreitä ja epäsäännöllisiä painanteita, joihin yleensä liittyy hyvin kirkasta ainesta [11]. Vastaavia muodostumia on havaittu Kuun muidenkin vulkaanisten rakenteiden sisällä, kuten tunnetun D-kirjaimen muotoisen Ina-kalderan pohjalla (ks. Zeniitti 5/2015). Tällaiset rakenteet edustavat erittäin nuorta vulkanismia, joten on hyvin mahdollista, että Hyginuskin on ollut vulkaanisesti aktiivinen varsin äskettäin. Vaikuttaa myös mahdolliselta, että Hyginuksen ja Rima Hyginuksen muiden kuoppien kirkkaus (kuva 5) ainakin osaltaan liittyy nuoreen vulkanismiin.

Luoteisen Hyginuksen doomi ja terminaattorin teho

Jari Kuula havaitsi Rima Hyginusta 102/975 mm linssiputkellaan Harjavallassa 29.3.2012 Auringon paistaessa erittäin matalalta Hyginuksen seudulle (kuva 14). Erikoista Jarin havainnossa oli, että Rima Hyginuksen luoteinen osa näytti halkaisevan pienen doomin, jota ympäröivät varjot. Havaintoaikaan vielä täysin varjossa ollut Hyginus sijaitsee tuon doomin itäreunalla. Myös kuututkija Chuck Wood kiinnitti 30.12.2009 Lunar Photo of the Day (LPOD) -sivustollaan huomiota Hyginuksen topografiaan [12]. Jarin havaitsema doomi näkyy LPOD:ssa, vaikkei Wood sitä käsitellytkään. Kyseinen LPOD sisälsi myös vuoden 1966 Lunar Chart (LAC 59) -kartan Mare Vaporumin alueelta, mutta kartan korkeuskäyrät eivät vahvista doomin olemassaoloa. Päinvastoin, Hyginus oli kartan mukaan luode–kaakko-suuntaisen laajan painauman keskellä. Tämä väitetty suuri painauma vaikutti myöhempiin teorioihin Hyginuksen synnystä [11], mutta Wood totesi kartan korkeuskäyrät vähintäänkin epäluotettaviksi, sillä Kaguya-luotaimen tuoreemmissa korkeusmittauksissa tuota painaumaa ei näkynyt [12].

Hyginuksen erikoinen kartoista puuttuva ”minidoomi” jäi kaihertamaan Jarin mieltä, mutta asia jäi sillä kertaa sikseen. Hän ei kuitenkaan ollut ainut, joka oli kiinnittänyt siihen huomiota. Tiettävästi ensimmäisenä sen valokuvasi Geologic Lunar Research (GLR) -harrastusryhmän J. Phillips [13]. Hänen ja muiden GLR-ryhmän jäsenten alkuvuonna 2012 ottamista kuvista tehtiin korkeusmalli, jonka mukaan doomin halkaisija on noin 36 km, ja korkeus vaivaiset 35 m. Doomin rinteen kaltevuus on ainoastaan noin 0,1 astetta. Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) -luotaimen aineistoista tehdyt mittaukset vahvistivat harrastajakuvista tehdyn korkeusmallin pätevyyden [13].

Merkille pantavaa on, että luoteisen Rima Hyginuksen doomia ei näe esimerkiksi erinomaisen LRO ACT-REACT QuickMapin kuvista tai korkeusmalleista, sen paremmin kuin 1960-luvun viistokuvistakaan (kuva 15). QuickMapin kautta saatavista korkeusprofiileistakin sen huomaa oikeastaan vasta siinä vaiheessa kun sitä jo osaa etsiä. Kuten itsekin tämän Hyginus-projektin puitteissa sain ilokseni illalla 15.3.2016 havaita (114/900 mm, 150x, aidosti legendaarinen RET-45), doomi on kuitenkin yllättävän helposti havaittavissa jo pienelläkin kaukoputkella valaistusolosuhteiden ollessa suotuisat. Doomin osalta oma havaintoni vastasi täysin Jarin neljän vuoden takaista piirrosta.

Doomin olemassaolo Hyginuksen alueella sopii sinänsä hyvin rillen ja kalderan syntyteoriaan [4], mutta teoriaa suoraviivaisesti tulkiten Hyginuksen pitäisi sijaita doomin laella eikä reunalla. Tältä osin teoria siis vaatisi pientä viilausta. Tämä tapaus kuitenkin osoitti osaltaan jälleen kerran etenkin visuaalihavaitsijoiden hyvin tunteman terminaattorin tehovaikutuksen pienten yksityiskohtien havaitsemisessa. Lisäksi tämä oli hyvä muistutus siitä, että visuaalihavainnoilla ja harrastajien panoksella voi edelleen olla kuututkimuksessa tieteellistäkin merkitystä.

Hyginuksen aluetta kannattaa siis katsella ja kuvata, oli käytettävissä millainen laitteisto hyvänsä, ja paistoipa Aurinko alueelle mistä suunnasta tahansa. Kannattaa myös muistaa, että toistaiseksi paras teoria Hyginuksen synnystä [4] luotiin ennen kuin LRO- tai Chandrayaan-1 -luotainten uudet monipuoliset aineistot olivat käytössä ja luoteisen Rima Hyginuksen doomi tunnettiin [13]. Niinpä on kaikki syyt olettaa, että myös tutkijat palaavat Hyginuksen pariin. Hyginuksesta kuullaan vielä.

Galleria

Timo Kantolan kuvia Hyginuksen alueelta vuosilta 2003–2013.

Kiitokset

Kiitos kaikille juttua varten kuvia antaneille, sekä Veikko Mäkelälle kommenteista ja taitosta.

Lähteet

[1] Baldwin R. B., 1949. The Face of the Moon. The University of Chicago Press, 239 pp.

[2] Hawke B. R. & Coombs C. R., 1987. Remote sensing studies of the Rima Hyginus region of the Moon. 18^th Lunar and Planetary Science Conference, pp. 407–408.

[3] Wilhelms D. E., 1993. To a Rocky Moon. The University of Arizona Press, 477 pp.

[4] Wilson L., Hawke B. R., Giguere T. A. & Petrycki E. R., 2011. An igneous origin for Rima Hyginus and Hyginus crater on the Moon. Icarus 215:584–595.

[5] Wilhelms D. E., 1968. Geologic map of the Mare Vaporum quadrangle of the Moon. U.S. Geological Survey, I-548 (LAC 59).

[6] Pike R. J., 1976. Geologic map of the Rima Hyginus region of the Moon. U.S. Geological Survey, I-945 (Orbiter V site 23.1).

[7] Fielder G., 1961. Structure of the Moon’s Surface. Pergamon Press, 266 pp.

[8] Baldwin R. B., 1963. The Measure of the Moon. The University of Chicago Press, 488 pp.

[9] Fielder G., 1965. Lunar Geology. Lutterworth Press, 184 pp.

[10] Carter L. M., Campbell B. A., Hawke B. R., Campbell D. B. & Nolan M. C., 2009. Radar remote sensing of pyroclastic deposits in the southern Mare Serenitatis and Mare Vaporum regions of the Moon. Journal of Geophysical Research 114:E11004.

[11] Schultz P. H., 1976. Moon Morphology. University of Texas Press, 626 pp.

[12] Wood C. A., 2009. Hyginus depression. Lunar Photo of the Day, December 30, 2009. http://lpod.wikispaces.com/December+30,+2009

[13] Lena R., Phillips J. & Tarsoudis G., 2013. Results of a survey carried out on Rima Hyginus under strongly oblique illumination and implication for a possible shallow dome. 44^th Lunar and Planetary Science Conference, abstract #1003.

Linkit

Hyginus ja Rima Hyginus Taivaanvahdissa
http://www.taivaanvahti.fi/observations/browse/pics/1263061

Hyginus ja Rima Hyginus foorumilla
https://foorumi.avaruus.fi/index.php?topic=6307.0

JAXAn Kaguya-aineistoista tekemät videot:
https://www.youtube.com/watch?v=hOrUKHDNRH8
https://www.youtube.com/watch?v=qieQ7vi_7RU