torstai 3. maaliskuuta 2016

JUPITER

Aurinkokuntamme suurin planeetta eli Jupiter näkyy nyt keväällä kirkkaana taivaalla koko yön. Se on samalla tämän vuoden oppositiossa eli lähinnä Maata 8. maaliskuuta. Tämän vuoden oppositio on vielä kohtuullisen hyvä havaintoihin Suomen kannalta, mutta jo ensi vuoden oppositiossa Jupiter ei enää nouse kovin korkealle horisontista. Tämän vuoksi planeetta sopii mainiosti seuraavaksi esittelykohteeksi tähän blogiin.

Parhaimmat kuvat Jupiterista löytyvät NASAn arkistoista luotainten ja Hubblen valokuvaamina.
Image credit: NASA/JPL/University of Arizona

Jupiter on planeetoista toiseksi kirkkain, mutta paljain silmin se erottuu siitä huolimatta vain tähtimäisenä kohteena. Tähtimäisenä se näkyi myös esihistoriallisella ajalla esimerkiksi Mesopotamiassa, josta ovat peräisin myös ensimmäiset kirjalliset merkinnät tästä ”liikkuvasta tähdestä”. Näihin aikoihin oli voitu laskea myös Jupiterin kiertävän taivaankannella kierroksen noin 12 vuoden välein, josta pääteltiin sen olevan kuudenneksi kaukaisin planeetta eli kiertotähti Aurinko ja Kuu mukaan laskettuna. Planeetan nimi, Jupiter, on puolestaan peräisin roomalaisilta ja se tarkoittaa taivaan ja taivaanilmiöiden jumalaa. Myöhemmin roomalaiset kohottivat Jupiterin korkeampaan asemaan ylijumalaksi, jolloin se vastasi kreikkalaisen mytologian Zeusta. Tämä asetelma ja tiedot Jupiterin ominaisuuksista säilyivät pääpirteittäin aina 1600-luvun alkupuolelle asti. Muutos tapahtui 7. tammikuuta vuonna 1610, kun Galileo Galilei kohotti vasta rakentamansa kaukoputken ensimmäisen kerran kohti Jupiteria. Hän pani tällöin merkille Jupiterin vierellä näkyneet kolme paljain silmin näkymätöntä tähteä, jotka olivat suorassa linjassa keskenään. Kolme päivää myöhemmin eli 10. tammikuuta hän katsoi Jupiteria uudelleen, jolloin yksi tähti oli kadonnut ja kaksi muuta vaihtaneet paikkaa. Tammikuun aikana Galilei tutki Jupiteria hyvin tarkkaan ja löysin vielä neljännenkin tähtimäisen kohteen Jupiterin lähettyviltä. Lopulta Galilein oli havaintojen perusteella tehtävä johtopäätös, että nämä ”tähdet” eli Jupiterin neljä suurinta kuuta kiersivät itse planeettaa. Löydöllä oli valtava merkitys kopernikaaniseen vallankumoukseen ja samalla se oli myös vakuuttava todistusaineisto siitä, että kaikki taivaankappaleet eivät kierräkään Maata. 1600-luvun maailmankuvan mullistuminen ansaitsee kuitenkin aivan oman tarinansa, joten keskitytäänpä jälleen pelkästään Jupiteriin. Kaukoputkien kehittyessä alkoivat hiljalleen näkyä myös Jupiterin pinnan yksityiskohdat kuten vyöt ja vyöhykkeet sekä planeetan pinnan erikoisin yksityiskohta, suuri punainen pilkku. Yksityiskohtien ansiosta saatiin laskettua myös Jupiterin pyörähdysaika.

Jupiter ja kaikki Galilein löytämät kuut (vas. alkaen Ganymedes, Kallisto, Europa ja Io). Kevola, Paimio, 5.3.2015.

Tiedot Jupiterin ominaisuuksista ovat siis karttuneet tasaisesti Galilein ajoista lähtien. Viime aikoina planeettaa on päästy tutkimaan jopa lähietäisyydeltä luotainten avulla. Seuraavaksi on siis luvassa kylmää faktaa aurinkokuntamme suurimmasta planeetasta.
Jupiter kiertää Aurinkoa noin 780 miljoonan kilometrin päässä eli hieman yli viisi kertaa kauempana kuin Maa. Yhteen kierrokseen Auringon ympäri se tarvitsee 11 vuotta ja 315 päivää. Halkaisijaltaan Jupiter on hieman yli 140 000 kilometriä eli noin 11 kertaa suurempi kuin Maan halkaisija. Massaltaan se on selvästi aurinkokunnan suurin kappale Auringon jälkeen. Massa on noin 2,5 kertaa suurempi kuin kaikkien muiden planeettojen massa yhteensä. Suuresta koosta huolimatta Jupiterin kiertoaika oman akselin ympäri on planeetoista lyhin eli hieman alle 10 tuntia. Suuren pyörimisnopeuden vuoksi Jupiter onkin litistynyt navoiltaan noin 6,5 % päiväntasaajaan verrattuna. Massiivisimpana planeettana Jupiterilla on ollut ja on oikeastaan vieläkin merkittävä tehtävä ”siivota” aurinkokuntaa komeetoista ja asteroideista. Tällä taipumuksella on ollut merkittävä vaikutus myös elämän edellytyksiin maapallolla, sillä se on vähentänyt huomattavasti suurien kivien osumista meihin. Suuren massan ja sen seurauksena voimakkaan painovoiman vaikutuksesta Jupiter on onnistunut keräämään myös poikkeuksellisen suuren kuuperheen ympärilleen. Suurin osa niistä on hyvin pieniä, mutta esimerkiksi kaikki Galilein löytämät neljä kuuta kuuluvat aurinkokunnan kuuden suurimman kuun joukkoon.

Jupiteria kutsutaan siis kaasuplaneetaksi. Sillä on kuitenkin pieni kiinteä ydin, jonka säde on muutamia tuhansia kilometrejä. Sitä ympäröi paksu nestemäisen metallisen vedyn kerros, jonka säde on noin 45 000 kilometriä. Tiedot kiinteän ytimen ja metallisen vedyn rajapinnasta sekä kerrosten paksuudesta ovat toistaiseksi vielä osittain puutteellisia ja tulevaisuudessa tiedot sisäisestä rakenteesta voivat vielä muuttuakin. Metallisen vedyn kerroksen yläpuolella sijaitsee nestemäisen vedyn kerros, vetymeri. Se sisältää molekyylimuodossa olevaa vetyä ja heliumia. Vetymeri ulottuu lähelle Jupiterin pinnan kaasukehää harventuen planeetan keskustasta ulospäin mentäessä. Varsinainen kaasukehä on ohut planeetan kokoon verrattuna eli vain noin 1 000 kilometriä. Kaasukehässä muodostuvat myös Jupiterin pinnan näkyvät ominaispiirteet eli vyöt ja vyöhykkeet. Jupiterin pinnalla näkyvät tummemmat vyöt ovat laskevien kaasuvirtausten alueita ja vaaleammat raidat nousevien virtausten alueita. Nämä pilvikerrokset ovat paksuudeltaan noin 75 kilometriä ja ne koostuvat tavanomaisista vesipilvistä ammoniakkipilviin. Lämpötila pilvien alaosassa on noin 30 astetta ja pilvien yläosassa – 130 astetta. Vöiden ja vyöhykkeiden leveys ja muoto muuttuvat ajan kuluessa, sillä Jupiterin pinnan kaasukehässä vallitsevat voimakkaat tuulet joiden nopeus voi olla jopa 600 km/h.

Jupiterin vöiden ja vyöhykkeiden rajat näkyvät melko hyvin jo pienelläkin kaukoputkella. Iso-Heikkilä, Turku, 24.3.2014.

Jupiterin tuulien yhteydessä syntyy usein myös voimakkaita myrskyjä. Tällöin pilvipeitteen pinnalle tulee näkyviin punaisia, ruskeita tai valkeita täpliä, jotka ovat pyörremyrskyjä. Myrskyt kestävät useimmiten joistakin kuukausista pariin kolmeen vuoteen. Näiden pienempien myrskyjen lisäksi on Jupiterin pinnalla vielä yksi tunnettu poikkeus, Suuri punainen pilkku. Se on kooltaan lähes kolme kertaa maapalloa suurempi ja iältään se on vähintään 350 vuotta. Pilkun löytäjänä pidetään joko Robert Hookea vuodelta 1664 tai Giovanni Cassinia vuodelta 1665. Sen koko ja muoto ovat vaihdelleen vuosien ja vuosikymmenien kuluessa, mutta toistaiseksi se on sinnittellyt sitkeästi aurinkokunnan suurimpana myrskynä. Viimeisen 20 vuoden aikana pilkku on pienentynyt huomattavasti. Parhaimmillaan sen halkaisija oli leveyssuunnassa peräti 41 000 kilometriä, mutta vuoden 2014 Hubblen tekemien mittausten mukaan sen koko oli enää ainoastaan 16 500 kilometriä. Kutistuminen on myös kiihtynyt entisestään, joten nähtäväksi jää katoaako pilkku tällä kertaa kokonaan näkyvistä.

Jupiterin suuri punainen pilkku sekä sitä ympäröivät pilvipyörteet näkyvät NASAn tarkemmissa kuvissa ”hieman” paremmin kuin Maan pinnalta kotikaukoputkella.
Credits: NASA/JPL/Space Science Institute

Maan pinnalta ja huonoissa olosuhteissa pilkku näkyy hyvin vaatimattomasti. Kevola, Paimio, 15.2.2015.

Jupiterilla on myös hyvin voimakas magneettikenttä. Se on jopa 14 kertaa voimakkaampi kuin Maan vastaava. Voimakas magneettikenttä vangitsee hiukkasia, jolloin säteilyä muodostuu runsaasti. Tästä johtuen esimerkiksi miehitetyt avaruuslennot Jupiterin läheisyyteen tai lähimpiin kuihin voivat nykyteknologialla osoittautua varsin haastaviksi. Jupiterin magneettikenttä aiheuttaa planeetan pinnalla myös valtavia revontulinäytelmiä.
Jupiterilla on myös rengasjärjestelmä kuten Saturnuksellakin. Tosin Jupiterin renkaat ovat erittäin heikot, eivätkä ne näy Maan pinnalle. Rengas koostuu pääasiassa muutamasta pienestä kuusta irtoavasta pölystä.

Jupiterilta tunnetaan kaikkiaan 67 kuuta. Näistä neljä Galilein löytämää kuuta ovat ylivoimaisesti kaikkein suurimmat. Lähin Galilein kuista on noin 3 600 kilometriä halkaisijaltaan oleva Io. Se on aurinkokunnan vulkaanisin taivaankappale, jossa tulivuoret syöksevät jatkuvasti kaasukehään rikkidioksidia. Ion pinta on jatkuvassa muutoksessa vulkaanisen toiminnan vuoksi, joten sen pinnalla ei ole juurikaan kraattereita. Seuraavaksi lähintä kuuta, Europaa, puolestaan voisi kuvailla Ion vastakohdaksi. Sen pinta on lähes tasaisen jääkerroksen peittämä lukuun ottamatta jäässä risteileviä tummia railoja. Jääkerroksen alla oletetaan olevan suolainen meri. Sisukseltaan hieman yli 3 000 kilometriä halkaisijaltaan olevan Europan oletetaan olevan maankaltainen. Kuun jäisen pinnan alla olevaa merta pidetään eräänä mahdollisena paikkana elämän löytämiselle omasta aurinkokunnastamme. Ganymedes puolestaan on aurinkokunnan suurin kuu. Se on jopa suurempi kuin Merkurius. Ganymedeen pinnalta löytyy lähinnä kahdenlaisia maastonpiirteitä. Hyvin vanhoja tummia ja kraateroituneita alueita sekä vaaleampia ja hieman nuorempia uurteisia alueita. Vaaleammilla alueilla on tapahtunut tektonisia muutoksia, joka viittaa Ganymedeellä olevan samankaltaisia mannerlaattoja kuin Maallakin. Callisto on puolestaan uloin Galilein löytämistä kuista ja se on 4 800 kilometrin halkaisijallaan likimain Merkuriuksen kokoinen. Callistossa on enemmän kraattereita kuin millään muulla aurinkokunnan kappaleella. Ne ovat käytännössä ainoita jäiseltä pinnalta erottuvia piirteitä. Suurin törmäysaltaista on 600 kilometrin kokoinen Valhalla, jota ympäröivät rengasmaiset rakenteet ulottuvat 1 500 kilometrin etäisyydelle.
Jupiterin muut kuut ovat edellä mainittuihin verrattuina erittäin pieniä. Mainitsemisen arvoisia ovat lähellä Jupiteria kiertävät Amalthea ja Thebe, jotka ovat kooltaan noin 250 ja 100 kilometriä sekä hieman kauempana kiertävä Himalia, jonka läpimitta on noin 170 kilometriä. Kaikki muut 60 kuuta ovat halkaisijaltaan alle 100 kilometriä.

Tulinen pätsi Io ja jäinen Europa edustavat kahta täysin erilaista maailmaa Jupiterin kiertoradalla.
Image credits:
Io: NASA/JPL
Europa: NASA/JPL/University of Arizona

Jupiterin kaksi erikoista kuuta mahtuivat samaan kuvaan myös Paimion Kevolassa 5.3.2015. Kuille ominaiset värisävyt erottuvat juuri ja juuri eli hieman kellertävään vivahtava Io oikealla ja selvästi sinertävä Europa vasemmalla.

Jupiterista saatu nykyaikainen tieto perustuu suurelta osin avaruusluotainten tekemiin havaintoihin. Ensimmäiset ohilennot tapahtuivat jo 1970-luvun alkupuolella, kun Pioneer 10 (3.12.1973) ja Pioneer 11 (4.12.1974) ohittivat Jupiterin. Molemmat lähettivät myös kuvia Jupiterista, vaikka kuvanlaatu ei vielä tuohon aikaan paras mahdollinen ollutkaan. Kaksi seuraavaa luotainta antoivatkin jo sitten huomattavasti paremman kuvan aurinkokuntamme kaasujättiläisestä. Edellisten tapaan kyseessä oli ainoastaan Jupiterin ohilento, kun Voyager 1 (5.3.1979) ja Voyager 2 (9.7.1979) ohittivat planeetan. Erinomaisen kuvamateriaalin lisäksi erityisesti Voyager 1 tutki Jupiterin kuita, renkaita, magneettikenttää ja säteilyä. Voyagerien avulla havaittiin myös Ion tuliperäinen toiminta, joka olikin ohilentojen hämmästyttävin yksityiskohta. Ensimmäinen (ja toistaiseksi ainoa) luotain, joka on tutkinut Jupiteria kiertoradalta oli Galileo. Projektissa ilmeni kuitenkin merkittäviä teknisiä virheitä ja esimerkiksi tiedonsiirto Maahan oli tuskallisen hidasta. Tästä johtuen projekti epäonnistui osittain, mutta toki uutta ja merkittävää tietoa Jupiterista saatiin. Tarkempia tutkimuksia tehtiin muun muassa neljästä suuresta kuusta, jolloin havaittiin myös Europan jäänalainen meri. Lisäksi Galileon mukana ollut laskeutumiskapseli lähetti tietoa Jupiterin kaasukehästä ennen kuin yhteys siihen katosi sen sukellettua yhä syvemmälle kaasukehään. Galileo saapui Jupiterin kiertoradalle 7.12.1995 ja toimi siellä 21.9.2003 saakka, jolloin se ohjattiin tuhottavaksi Jupiterin kaasukehään. Galileon jälkeen on Jupiterin ohittanut vielä kaksi luotainta matkallaan kaukaisemmille planeetoille. Näistä Cassini-Huygens ohitti Jupiterin 30.12.2000 ja New Horizons 28.2.2007. Nyt Jupiteria kohti on suuntaamassa jälleen uusi kiertoradalle asettuva luotain, Juno. Sen tarkoituksena on tutkia muun muassa Jupiterin rakennetta, painovoima- ja magneettikenttää ja napojen magnetosfääriä. Aikataulun mukaan Juno saapuu Jupiterin kiertoradalle 4. heinäkuuta 2016 ja tehtävän on arveltu kestävän lokakuuhun 2017, jonka jälkeen myös Juno ohjataan syöksymään Jupiterin kaasukehään. Tällä halutaan välttää mahdollisten Maasta kulkeutuvien bakteerien kulkeutuminen Jupiterin mahdollisesti elinkelpoisiin kuihin.

Jupiterin kuista Callisto on juuri kulkemassa planeetan edestä jättäen varjon sen pinnalle. Oikealla puolella Jupiteria on näkyvissä myös Ganymedes ja vasemmalla Io. Iso-Heikkilä, Turku, 31.3.2015.

Kuvat, ellei kuvan yhteydessä toisin mainita: © Jani Laasanen 
 

2 kommenttia:

  1. Hei, Jani ja avaruudentutkijakaverit, Terveisiä Kemistä. Käytiin hiihtoreissulla Paavonkarin ladulla. Tapasimme Tuulan ja Tuomon lintusyöttöpisteellä. Kävimme kylässä kaffella ja sain tämän osoitteen Tuulalta. KIITOS! Hurjaa tietoa Jupiterista, ennen lukematonta. Olen kiinnostunut kaikesta "maan ja taivaan välillä". Kiinnostuksen todisteeksi kerrottakoon, että otin kännykän taustakuvaksi facebookissa olleen Jupiterin kuvan - osin tumman taustankin vuoksi. Kiitos tiedon levittämisestä ja kansanomaistamisesta. T. Tuulan lintukaveri Eila

    VastaaPoista
    Vastaukset
    1. Hei Eila! Mukavaa, että viihdyt kirjoitusten parissa. Minusta on mukava kirjoittaa avaruuden asioista ja ehkä toisinaan hieman aiheen sivustakin. On hienoa, että niistä on iloa muillekin. Avaruuteen liittyviä aihepiirejä on niin valtava määrä, että päivityksiä tulee jatkossakin. Jupiterin lisäksi tietysti muutkin planeetat tulevat aikanaan saamaan oman osuutensa. Oikein hyvää kevättä Kemiin.

      Poista