Kategoria: maailmankaikkeus

… it’s gas–gas–gas!

Vaikuttaisi siltä, että Aurinkokuntamme on sadan vuoden päästä törmäämässä  kymmenen valovuoden läpimittaiseen kaasupilveen. Pilven lämpötila on miljoonia asteita.

Paniikki!!!

… ehkei nyt sentään. Ensinnäkin kyse on Science Dailyn julkistama teoria eräistä viime vuosina tehdyistä, muuten hieman hankalasti selitettävistä havainnoista. Joten ensimmäisen kappaleen jokaisen verbin yhteyteen pitäisi lisätä sana ”ehkä” tai ”kenties”.

Toiseksi: kyse on tähtienvälisestä kaasupilvestä, mahdollisesti miljoonien vuosien ikäisestä supernovajäänteestä, juuri sellaisesta, jossa meidän oma Aurinkokuntammekin on luultavasti joskus syntynyt. Vaikka tähtienvälinen kaasu onkin tiheämpää tavaraa kuin tähtienvälinen avaruus keskimäärin, se on silti harvempaa kuin paraskaan tyhjiö, jota Maapallolla on mahdollista saada aikaiseksi. Ja harvempaa kuin planeettainvälinen avaruus Aurinkokuntamme sisällä. Luultavasti Aurinkokunta solahtaa pilven läpi pikku hiljaa kuin mikäkin kosminen tykinkuula ilman halki. Niin harva tavara ei pysty nostamaan lämpötiloja Maassa. Ns. kosminen säteily voi kyllä lisääntyä, joten avaruuslentäjät on suojattava entistäkin paremmin.

Olisi kiinnostavaa kyllä tietää, riittääkö Auringon valo valaisemaan kaasusumua sellaiseksi heijastussumuksi, jota jonkun toisen tähden ympärillä kiertävän planeetan astronomit ihailevat teleskoopeillaan (tai mitä siellä päin sitten käytetäänkään).

Luonnonlaki ennen meitä syntynyt…?

Ystävät, elämme mielenkiintoisia aikoja. Taas kerran.

Joskus kahdeksankymmentäluvulla pöyristelimme fysiikanopiskelijatovereidemme kanssa laitoksen assistentin (jos oikein muistan) haastattelua, jossa tämä tuli sanoneeksi suunnilleen niin, että kaikki suuret asiat on jo löydetty, enää tarvitaan vain hienosäätöä ja teorioiden viilausta. Meillä tieteen historia oli tuoreessa muistissa, joten muistimme oikein hyvin että samaa mieltä oli ollut moni merkittävä ja (aikanaan) arvostettu 1800-luvun fyysikko – vain muutamaa kymmentä vuotta ennen kuin suhteellisuusteoria ja kvanttifysiikka pistivät palaset kokonaan uusiksi. Teoriat eivät edes tulleet mistään tyhjästä, vaan näille teorioille itunsa antaneet ongelmat – ja osa niiden ratkaisuistakin – olivat olleet tunnettuja jo hyvän tovin. Näin ollen mekin katsoimme asialliseksi puistella päätämme yhtäläistä lattapäistä ylimielisyyttä osoittaneelle assistentille.

Vaikka käsityksemme perustui siinä vaiheessa lähinnä luuloon, se on sittemmin osoittautunut oikeaksi. Ei tämä eksaktien luonnontieteiden perustaksi rakennettu apparaatti ole vielä lainkaan valmiiksi selvitetty. Itse asiassa alkaa vaikuttaa siltä, että se vaatii paljon enemmänkin kuin vain automainos-tyylistä ”pientä laittoa”.

Perusongelma on siinä, että meillä on kaksi erittäin hyvää ja erittäin toimiviksi todistettua teoriarypästä, kvanttifysiikka ja suhteellisuusteoria, joissa ei ole kuin yksi pikkuruinen perusvika: ne eivät oikein sovi millään yhteen. Yleensä tästä ei ole pahemmin harmia, sillä kvanttifysiikassa käsitellään hyvin lyhyitä aikoja ja hyvin pieniä asioita, kun taas suhteellisuusteoriaa hyödynnetään asioissa joissa ajat ja muut mitat ovat, kirjaimellisesti, tähtitieteellisiä. Tähtitieteilijän ketaleet ovat kuitenkin menneet kiinnostumaan maailmankaikkeutemme alkuvaiheista, jolloin kaikki maailman aine ja energia oli pakkautuneena (hyvin pikkuruisen hetken ajan) nyrkkiä pienempään klönttiin, joka tosin laajeni perin vauhdikkaasti perin isoksi. Kvanttifysiikan ja suhteellisuusteorian pitäisi pelittää yhtä aikaa, jotta pystyisimme hahmottamaan, miksi helkatissa siitä klöntistä tuli tämä meidän havaitsemamme maailmankaikkeus sellaisena, kuin se on – ja sellaisena, jossa pystyy elelemään kaikenlaisia ituhippejä kyselemässä kummallisia. Se nimittäin tiedetään, että (nykyisten teorioiden mukaan) tiettyjen alkuarvojen on pitänyt olla aivan mielettömän tarkasti kohdallaan, että tänne on ylipäänsä kyennyt syntymään minkäänlaisia tähtiä, planeettoja, hiiltä, elämää  ja yksittäispakattuja sulatejuustoviipaleita.

Jos nyt oiotaan mutkia kunnolla, niin tätä epätodennäköisen tarkkojen alkuarvojen ongelmaa ollaan yritetty kiertää muutamalla tavalla. Yksi on multiversumiteoria: jos on olemassa (äärettömän) monta maailmankaikkeutta, niin on ihan järjellisen todennäköistä että ainakin yhdessä niistä fysikaaliset arvot ovat juuri sellaiset, että sinne syntyy tähtiä, planeettoja jnpp. Säieteoria (ja siitä kehitetty braaniteoria) puolestaan onnistuu näpertämään yhteen kvanttifysiikan ja suhteellisuusteorian, mutta niin että maailmassa oletetaan olevan kymmenkunta muutakin ulottuvuutta kuin ne jokaisen havaitsemat kolme plus aika.

Molemmissa on sama ongelma: havaintoja selitetään asioilla, joiden olemassaoloa tai olemassaolemattomuutta ei voida mitenkään todistaa puoleen tai toiseen. Muut maailmankaikkeudet ovat määritelmän mukaan meidän maailmankaikkeutemme ulkopuolella ja siten havaitsemattomissa. Ylemmät ulottuvuudet ovat jollakin tapaa käpertyneet itseensä niin, ettei niillä olekaan käytännössä mitään muuta merkitystä kuin se että ne pelastavat teorian. Muut maailmankaikkeudet sekä ulottuvuudet viidennestä kahdenteenkymmenenteenkuudenteen kuuluvat siis ainakin jossain mielessä samaan käsiteluokkaan kuin vaikkapa maahiset, joiden toiminnasta on sentään paljon vahvempia välillisiä todisteita. Tieteenhistoriasta tulevat helposti mieleen episyklit, joilla vielä Kopernikuskin yritti pelastaa aurinkokuntamme kappaleiden liikkeitä täydellisiksi ympyröiksi.

Huhtikuun Discover-lehti esittelee pari villinpuoleista teoriaa, joilla näitä pikkuriikkisiä, mutta kiusallisia ongelmia voitaisiin yrittää ratkaista. Voidaan esimerkiksi ajatella aika uudelleen ja pohtia, voisiko aika ja ennen kaikkea kausaliteetti toimia toisinkin päin, jolloin (meidän näkökulmastamme katsottuna) syy johtuisikin seurauksesta ja maailmankaikkeuden synnyn alkuarvot olivat sellaiset kuin olivat siksi, että maailmankaikkeudesta on tullut tällainen kuin se on. Eräänlainen kohtalo, siis, tai teleologinen selitys.

Toinen ajatus oli heittää lopultakin romukoppaan Platonin 2500 vuotta vanha ajatus siitä, että kaiken takana on muuttumaton, ikuinen ideoiden maailma – eli luonnonlait, kuten niitä nykyään (vieläkin, naiivisti) kutsutaan.

Tällaiselle olisi jossakin määrin jopa havaintoperusteita: kaukaisten  kvasaarien säteilymittausten perusteella on esitetty, että yksi fysiikan keskeisiä vakioita, usein α-kirjaimella merkitty hienorakennevakio olisi ollut arvoltaan hieman erilainen siihen aikaan kun nyt havaitsemamme valo syntyi kyseisissä kvasaareissa erinäisiä miljardeja vuosia sitten ja lähti pitkälle taipaleelleen eri puolille maailmankaikkeutta.

Ajatus siitä, että luonnonlait muuttuvat ajan myötä tuntuu toisaalta luonnolliseltakin. Maailma oli aika toisenlainen paikka ennen vanhaan, silloin nyrkinkokoisena, ja oli se aika erilainen paikka vielä siihenkin aikaan kun nyt näkemämme kvasaarit loistivat paljon myöhemmin.

Jään yhtä kaikki taas kerran pohtimaan ”laki”-sanan käyttöä näissä yhteyksissä, edes löysästikin. Sana aiheuttaa ainakin minun päässäni liudoittain mielikuvia jotka sotivat kaikkea sitä vastaan mitä minä olen fysiikasta koskaan oppinut. Eivät hiukkaset eivätkä galaksit noudata mitään lakeja – etenkään siinä mielessä, että niillä olisi mahdollisuus olla noudattamattakin. Kvanttifysiikan mittakaavassa asiat joka tapauksessa tapahtuvat korkeintaan todennäköisyyksinä: tiedämme, että tästä radioaktiivisten atomien joukosta todennäköisesti hajoaa niin ja niin monta atomia niin ja niin pitkän ajan kuluessa, mutta on täysin mahdotonta ennustaa, mitkä yksittäiset atomit hajoavat tai ovat hajoamatta.

Toisaalta ”laki”-ajattelun takana on platonilainen käsitys siitä, että havaitsemamme todellisuus on pelkkää epätäydellistä ja söhryistä heijastusta jostakin oikeammasta, pysyvämmästä, aidommasta. Entä jos ei olekaan? Entä jos mitään ”luonnonlakeja” ei todellakaan ole olemassa ja jokaikinen hiukkanen (tai mitä ne sitten ovatkaan) vain toimii kuten sen on luonnollista toimia? Ehkä meidän kotitekoinen matemaattis-tieteellinen rakennelmamme ei koskaan kykene selvittämään, miten maailma todellisuudessa toimii, ja ainoa mitä pystymme saamaan aikaan on jonkinlainen likimääräinen malli ja luonnos?

Minusta se on silti vaivan arvoista. Sitä paitsi meidän on selvitettävä itsemme niistä sotkuista, mihin olemme tähän astisten puutteellisten teorioidemme käytännön sovelluksilla saattaneet.

Paniikin paikka… aikanaan.

Tätä tunkeilijaa vastaan eivät autakaan kaiken maailman nössöt brucewillisit tai ydinpommit: se nimittäin itse asiassa on ydinpommi, toiseksi suurin mitä näillä kulmilla on kuunaan nähty.

Tähdet ja avaruus -lehden nettiuutisen mukaan Gliese 710 -niminen punainen kääpiötähti kulkee nimittäin Aurinkokunnan ulko-osien halki. Jos hyvin käy, se ainoastaan hipaisee komeetta-aineksesta koostuvaa ns. Oortin pilveä ja jatkaa sitten matkaansa. Siinäkin tapauksessa seuraukset näkyvät Maassa asti: tiedossa on luultavasti totaalisin komeettapommitus mitä tämä planeetta on kokenut erinäisiin miljooniin vuosiin. Jos huonommin käy, Gliese 710 tulee lähemmäksi, ja saattaa sotkea planeettojen ratoja.

Hyvä puoli asiassa on, ettei tämä tapahdu ihan huomenissa. Gliese 710 on tällä hetkellä 63 valovuoden päässä ja lähiohituksen on arvioitu tapahtuvan noin puolentoista miljoonan vuoden päästä.

Aina joskus on teoretisoitu, että Aurinkomme olisikin kaksoistähti: sen kumppani, jota on kutsuttu Nemesis-nimellä, olisi hyvin himmeä punainen kääpiö ja kiertäisi melkoisen soikealla radalla niin, että tällä hetkellä se on niin kaukana ettei se edes näy. Kiertoratansa lähimmässä pisteessä se kuitenkin häiritsisi juuri tuota Oortin pilveä ja pudottaisi siellä Aurinkoa kaikessa rauhassa kaukana kiertäviä komeettoja sellaisille radoille, jotka yltävät Aurinkokunnan sisäosiin. Riittävän monen komeetan – tai parin riittävän ison – komeetan osuminen Maahan selittäisi aivan sujuvasti toistuvat eläin- ja kasvikunnan joukkotuhot. Nemesis-teorialle ei ilmeisesti ole löytynyt oikein kättä pidempiä todisteita, mutta vaikka Gliese 710 ei olisikaan Auringon kumppani eikä olisi vastuussa mistään aikaisemmasta joukkotuhosta, niin vaikutukset voisivat olla hyvinkin samansuuntaisia.

Tosin tällä hetkellä ihmiskunta toimii hyvin tehokkaasti niin, ettei Gliese 710:lle jää juurikaan hävitettävää.

Pilven pojan paluu

Vaikka Los Angeles ei vastaa onkin ollut aina suosikkini sir Fred Hoylen tieteisromaaneista, kyllä Musta pilvikin teki vaikutuksen – siitä huolimatta, että sen sankari saa pari päivää sitten veronmaksajien elätettävänä olemisen lopettaneen suurisuisen ja vähätekoisen piripää-pikkurikollisen vaikuttamaan humaanilta. (No, verrattuna Infernossa mesonneeseen pissipäähän Kingsley on sentään lähestulkoon yhteiskuntakelpoinen…)

Viime vuosina on huomattu varsin mutkikkaiden molekyylien pystyvän syntymään avaruudessa, joten Hoylen spekuloima ajatus mustista pilvistä elämän ”tavallisena” muotona ja planeettaelämästä jonkinlaisena harvinaisena kummallisuutena on noussut esiin vakavammassakin mielessä. The Daily Galaxy -nettilehti siteeraa Freeman Dysonia, joka on ilmeisesti ryhtynyt pohtimaan vakavissaan elävien mustien pilvien kaltaisia olentoja.

Tämä ei ole ainoa esimerkki kohtalle sattuneista pohdiskeluista, joissa varovasti ehdotellaan, ettei ”Missä kaikki ovat?” olekaan oikea kysymys. Parempi olisi ”Mistä pitäisi etsiä?” Ja, ehkä, on ihan mahdollista, että vieras elämä on koputtanut ovelle ja olemme vastanneet: ”Mene pois, me etsimme vierasta elämää.” Ehkä me emme ole etsineet vierasta elämää, vaan toisia itsejämme, ikään kuin nämä viisi ja puoli miljardia itseämme eivät olisi aivan sopiva määrä tälle maailmankaikkeudelle.

Oikeus yöhön

Vanhana tähtitieteen harrastajana haaveilen tuon tuostakin kunnon kaukoputkesta. Hyvät tosin maksavat melkoisesti: on vaikeaa arvioida, monenko illan ilo hyväkään putki olisi vuoden mittaan. Ilmastonmuutos tuskin ainakaan lisää pilvettömien öiden määrää.

Toinen hankala ongelma on pimeiden paikkojen puute. En tiedä oikeastaan yhtään lähiseudun paikkaa, jossa olisi edes kohtuullinen rauha kaikkialle pursuavasta valosaasteesta.

Teininä Kontulassa kävin usein tarkkailemassa tähtiä läheisellä urheilukentällä, jonka valot sammutettiin kymmenen tienoilla illalla. Vielä parempi paikka oli niin sanottu Alppipuisto. Tontille kasatut jätemaakumpareet peittivät sopivasti lähikatujen ja -talojen valot. Siellä otin muutamia tähtikuviakin – tavallisella kameralla ja tavallisella jalustalla sekä kolmesataamillisellä kauko-objektiivilla, joten tähtösistä tuli jo minuutin valotusajalla melkoisia viiruja, kuten oheisesta Plejadien kuvasta näkyy.

Urheilukentän ympärillä, ihan vieressä, on nykyään Kurkimäen taloja. Alppipuisto tunnetaan Kontulan Kelkkapuistona ja sinne on rakennettu katuvalaistus.

Sitä paitsi Kontulaan olisi nykyiseltä kotiseudultani vähän turhan pitkä kävelymatka, etenkin jos pitäisi raahata kaukoputken kaltaista möykkyä. Töyrynummen lähikulmilta en tiedä oikeastaan yhtään sopivan pimeää, katuvalotonta paikkaa. Pohjantähdenpuisto Keravanjoen rannalla on mahdollinen – ehkä sieltä löytyisi paikka, jossa on edes pikkaisen rauhaa kävelyteiden katuvaloilta. Tai sitten pitää lähteä anoppilaan Kiihtelysvaaraan. Kuun kuva tuossa vieressä on parin viikon takaa – käsivaralta, talon etuportailta.

Pointti on ensinnäkin siinä, että tällainen minua kiusaava valosaaste ei hyödytä ketään. Teiden turvallisuutta tai niillä kulkevien mielenrauhaa ei lainkaan paranna, että katuvalaistus räikyy suurimman osan tehostaan taivaalle. Kysymys on yksinkertaisesti typerästä energian haaskaamisesta. Kunnon heijastimilla kaikki lampun valo saataisiin suunnattua sinne mihin se on tarkoitettu.

Pointti on toiseksi siinä, että valosaasteesta on harmia muillekin kuin meille tähtitieteen ystäville. Valosaaste, etenkin heijastusten myötä polarisoitunut valosaaste, on vahingollista valon perusteella suunnistaville eläimille. Ihmisten kohdalla valosaaste sotkee vuorokausirytmiä, huonontaa unen laatua ja sotkee hormonitoimintaa, mikä saattaa jopa lisätä syöpäriskiä. Valosaaste riistää ihmisiltä myös erään tärkeimmistä ihmiskunnan kulttuuriperinnöistä: tähtitaivaan. Se on innoittanut rakentajia jo kivikaudella, se on innoittanut korkeakulttuureja, se on innoittanut taidetta ja tiedettä. Ei mikään ihme: pilvetön yötaivas valosaasteettomassa, pimeässä paikassa on henkeäsalpaava kokemus.

Niinpä onkin korkea aika alkaa kiinnittää asiaan huomiota. Kansainvälisen tähtitieteen vuoden 2009 teemoihin kuuluu myös Dark Skies Awareness -kampanja valosaasteen hillitsemiseksi. Koska Helsinginkin yötaivas on yhtä upea kuin valosaastetta rajoittavassa Flagstaffissa?

Optimismia

Eugene MalloveGregory Matloff: Starflight Handbook. A pioneer’s guide to interstellar travel. John Wiley & Sons, Inc. 1989.

Tämän kirjan yhdeksäntoista vuoden ikä sekä näkyy että ei näy. Malloven ja Matloffin saadessa kirjansa valmiiksi ainoat siihenastiset asteroidivyöhykkeen tuolle puollen lähetetyt luotaimet Pioneer 10 ja 11 sekä Voyager 1 ja 2 olivat päässeet häthätää Pluton kiertoradan etäisyydelle Auringosta, Aurinkokunnan ulkopuolisista planeetoista ei ollut yhtään vahvistettua havaintoa ja Hubble-kaukoputki oli vain vähän enemmän kuin pelkkää pilkettä suunnittelijoidensa silmässä. Toisaalta tähtienvälisen matkailun menetelmien tutkimus ei ole tietääkseni tuonut juurikaan uusia ideoita – puhumattakaan siitä että ideoinnista olisi päästy mihinkään käytännön toteutuksiin. Tekijät toivovat esipuheessa, että kirja olisi plarattu loppuun ja vanhentunut jo nyt loppumaisillaan olevan vuosikymmenen alussa. Toive on kuitenkin osoittautunut turhan optimistiseksi.

Ongelmahan on siinä, että maailma – ja Linnunrata ympärillämme – on jotakuinkin pelkkää tyhjää tilaa, muutamaa harvakseltaan leijuvaa pientä ainekökkärettä lukuun ottamatta. Matkat kökkäreeltä toiselle ovat hillittömän pitkiä. Jos Aurinko kutistettaisiin sentin läpimittaiseksi palleroksi, Maa olisi kymmenesosamillin hiukkanen noin metrin etäisyydellä ja Pluto, tuo entinen planeetta ja nykyinen pikkuplaneetta, kiertäisi Aurinkoa muutamien kymmenien metrien päässä. Jos tämä systeemi sijoitettaisiin tuohon meidän etupihallemme Pohjois-Helsingissä, lähimmät tähdet sijaitsisivat jossakin Mikkelin, Pietarin, Vaasan ja Tukholman etäisyydellä. Pikkufiiatin kokoisen automaattivekottimen lähettäminen jollekin oman Aurinkokunnan kappaleelle maksaa miljardeja ja vie vuosia, joten voi kuvitella millainen panostus tarvittaisiin ihmisten viemiseksi (edes) lähitähdille. Automaattilaitteen käyttöarvo on planeettaluotaimia heikompi silloin kun radiosignaaleilta menee monta vuotta kulkea välimatka edes yhteen suuntaan. Ja vaikka tietotekniikka kehittyy, nopeutuu ja ehkä joskus jopa ”älyllistyy”, laitteiden kestävyys on samalla lyhentynyt melkoisesti.

Silti muitakin kuin meitä tieteiskirjailijoita kiinnostaa, miten homman voisi hoitaa jos siihen joskus oikeasti ryhdyttäisiin. Mallove ja Matloff esittävät tiiviin paketin erilaisia tekniikoita. Matematiikka ja fysiikka on erotettu erillisiin laatikoihin, joten kirjan voi lukea sujuvasti ilman niitäkin.

*

Optimistinen on myös taannoinen päätökseni aloittaa Karstan kirjoittaminen 2. tammikuuta. Vielä olisi hyvä perehtyä lähdemateriaaliin ja suunnitella pikku tovin, sekä tietysti piipahtaa anoppilassa Pohjois-Karjalassa. Otetaanpa uudeksi tavoitepäivämääräksi 15. tammikuuta. Eiköhän se siitä sitten lähde.

Tietämyksen päivitys (ennen seuraavaa päivitystä)

Heikki Oja: Aurinkokunta uusiksi. Ursa 2008.

Tietämys oman Aurinkokuntamme toiminnasta, rakenteesta ja siellä vipeltävistä kappaleista on kasvanut melkoisesti viimeisen vuosikymmenen aikana. Monia itsestään selvinä pidettyjä totuuksia on jouduttu kumoamaan toista todistavien havaintojen myötä. Niin pitää ollakin, koska niinhän tiede toimii. Täydellistä varmuutta ja absoluuttisia totuuksia on etsittävä ihan toisaalta. Mutta juuri tämä uuden löytäminen ja ainainen ennakkokäsitysten kyseenalaistamisen tarve tekee tieteestä (ainakin minulle) paljon uskontoja (myös ateismia) kiinnostavamman elämän alueen.

”Täytyi olla Newton nähdäkseen että Kuu putoaa, kun kaikki voivat selvästi nähdä että se ei putoa.”

Heikki Ojan Aurinkokunta uusiksi päivittää tietämystä takapihamme maailmoista suunnilleen viime kesän tasolle, ja näyttävästi tekeekin. Hieno kuvitus tekee teoksesta mainion katselukirjan. Toisaalta kuvia korostava taitto tuo minulle jotenkin mieleen 1970-luvun alun ”nuorten tietokirjat”, joiden visuaalinen näyttävyys peitti usein – näin jälkeenpäin arvioiden – kovin kepeätä ja tyhjää tekstisisältöä. Ojan tapauksessa tästä ei onneksi ole kyse. Teksti on pätevää eikä minun silmissäni sorru taannoisen Aurinko-kirjan lässyttävyyteen.

Toisaalta Aurinkokunta uusiksi ei ole välttämättä kaikkein paras mahdollinen perusopas aiheeseensa: se on selkeästi suunnattu tähtitieteestä, planeetoista ja muusta ympärillämme vipeltävästä tavarasta jo kohtuullisen paljon tietäville ja keskittyy esittelemään viime aikojen uutta tietoa. Pohjat pitää lukea ensin jostakin muualta ja täydentää sitten tämän kirjan tiedoilla.

Tällainen rakenne tekee kirjasta tietenkin myös nopeasti vanhenevan. Kirjan sivuilla on runsaasti viittauksia jo kirjoitusaikoina matkalleen lähteneisiin luotaimiin, jotka saavuttavat kohteensa joskus 2010-luvun alkupuolella. Silloin Aurinkokunta jouduttaneen panemaan jälleen uusiksi. Kotoisilla kulmakunnilla on taatusti vielä monta yllätystä takataskussaan.