lauantai 22. lokakuuta 2016

LÄHIMMÄT TÄHDET

Vähän aikaa sitten kirjoitin taivaalla näkyvistä kirkkaimmista tähdistä. Tällä kertaa palaamme jälleen tähtiin, mutta nyt katsomme taivasta lähimpien tähtien näkökulmasta. Aihe on sopivan ajankohtainen nyt, kun meitä lähinnä olevalta tähdeltä (Auringon jälkeen) on löytynyt vain hieman Maata suurempi kiviplaneetta. Viime viikkojen aikana planeetasta on tihkunut hieman lisätietoa ja onkin hyvä hetki koota tässä samalla pieni paketti tästä Linnunradan mittakaavassa hyvin läheisestä aurinkokunnasta. Mitä mahtaakaan löytyä muualta galaksistamme, kun jo omassa naapurustossamme on kaikkea mielenkiintoista.

Ensiksi kuitenkin hieman etäisyyksien mittaamisesta historiallisesta perspektiivistä. Taivaankappaleiden etäisyys on kiinnostanut ihmisiä ja tietysti myös tutkijoita jo esihistorialliselta ajalta lähtien. Niiden mittaaminen osoittautui kuitenkin aluksi ylivoimaiseksi tehtäväksi ilman riittävää mittaustarkkuutta ja riittävän pitkälle kehitettyä matematiikkaa. Ensimmäinen yritys kaikista lähimmän tähden etäisyyden laskemiseksi tehtiin jo ennen ajanlaskun alkua, kun Aristarkhos Samoslainen (310 – 230 eaa.) mittasi Auringon etäisyydeksi 19 kertaa Maan ja Kuun välisen etäisyyden. Vaikka laskutoimitusten periaatteessa ei ollutkaan varsinaisesti mitään vikaa, oli tulos vielä melko paljon pielessä, sillä oikea suhde olisi ollut 390 kertainen. Laskujen lähtökohtana Aristarkhos Samoslaisella oli Maan, Kuun (kun se on puolikas) ja Auringon muodostama kolmio, jonka perusteella saatu tulos on matemaattisesti varsin helppo laskea. Ongelmaksi muodostui kuitenkin puolikuun määritelmä, joka aiheutti lopputulokseen merkittävän virheen. Kun lisäksi Aristarkhos arvioi Maan ja Kuun väliseksi etäisyydeksi vain 10 Maan halkaisijaa (oikeasti noin 30), niin lopputulos Maan ja Auringon välisestä etäisyydestä jäi vaivaiseen 200 Maan halkaisijaan (oikeasti noin 11 700). Auringon etäisyyden mittaustulokset kuitenkin paranivat hiljalleen mittausmenetelmien kehittyessä, mutta kolmiomittaukseen perustuvalla etäisyyden mittauksella on yksi suuri rajoite. Se soveltuu vain lähimpien taivaankappaleiden etäisyyksien mittaukseen, jonka johdosta aurinkokunnan ulkopuolella olevien tähtien etäisyys pysyi pitkään tuntemattomana. Tieteen nopean kehityksen ja optisten apuvälineiden ansiosta alkoivat 1600-luvulla ensimmäiset vakavat yritykset kaukaisempien tähtien etäisyyden mittaamiseksi ns. parallaksimenetelmän avulla. Tässä menetelmässä käytetään apuna Maan liikettä Auringon ympäri eli tähden sijainti muuttuu muiden tähtien suhteen aavistuksen verran Maan kiertoradan eri kohdissa. Mitä lähempänä tähti sijaitsee sitä suurempana sen liike näkyy. Parallaksia voidaan kuitenkin käyttää etäisyyden mittaamiseen vain sellaisille tähdille, jotka sijaitsevat enintään joidenkin satojen valovuosien päässä. Ei siis ihme, että menetelmä ei tuottanut tuloksia vielä 1600-luvulla. Ensimmäinen tähti, jolta vihdoin vuonna 1838 saatiin mitattua parallaksi oli Joutsenen tähdistössä sijaitseva 61 Cygni. Tästä lankeaa kunnia saksalaiselle tähtitieteilijälle Friedrich Wilhelm Besselille. Myöhemmin kauempana sijaitsevien tähtien ja galaksien etäisyyden mittaukseen on kehitetty myös muita menetelmiä, mutta niistä ei sen enempää tällä kertaa. Seuraavana siis esittelyssä 10 Maata lähinnä sijaitsevaa tähteä.


Meitä lähinnä sijaitseva tähti on tietysti Aurinko, vaikka se usein jätetäänkin huomioimatta tähdistä puhuttaessa. Pidempi tarina Auringosta löytyy ohimennen sanoen blogin helmikuun päivityksistä, joten tällä kertaa tästä 150 miljoonan kilometrin päässä sijaitsevasta tavallisesta, G2 spektriluokan keltaisesta tähdestä ei sen enempää.

Oma aurinkomme on kaikilla mittareilla hyvin keskinkertainen ja tavallinen tähti omassa Linnunradassamme. Iso-Heikkilä, Turku, 9.5.2016.

Lähimmistä tähdistä puhuttaessa katse kääntyykin yleensä Kentauruksen tähdistöön, jossa sijaitsee kolmesta tähdestä koostuva järjestelmä hieman yli neljän valovuoden päässä omasta aurinkokunnastamme. Järjestelmän kirkkain tähti tunnetaan Alpha Centaurina ja se on koko taivaan kolmanneksi kirkkain tähti. Suomesta tähteä ei kuitenkaan voi valitettavasti nähdä, sillä se jää meillä aina horisontin alapuolelle. Alpha Centauri muistuttaa hyvin paljon omaa Aurinkoamme, sillä se on niin ikään keltainen G2 spektriluokan tähti, joka on massaltaan vain 10 % Aurinkoa suurempi. Sitä kiertää 3,6 miljardin kilometrin etäisyydellä (Auringon ja Uranuksen välinen etäisyys) oranssi, K1 spektriluokan tähti, joka taas on massaltaan noin 10 % pienempi kuin Aurinko. Kiertoaika päätähden (tai oikeastaan niiden yhteisen massakeskipisteen) ympäri on 80 vuotta. Järjestelmän kiinnostavin tähti on kuitenkin hyvin pieni ja himmeä punainen kääpiötähti, joka tunnetaan nimellä Proxima Centauri. Tähti sijaitsee 4,22 valovuoden päässä aurinkokunnastamme ja on siten 0,14 valovuotta lähempänä meitä kuin järjestelmän kaksi kirkkaampaa komponenttia. Läheisyydestään huolimatta Proxima Centauria ei voi nähdä edes kiikareilla, sillä sen kirkkaus on vain + 11 magnitudia. Aurinkoon verrattuna sen massa onkin vain noin 12 % Auringon massasta. Kiinnostavaksi tähden tekee sen kiertoradalta löytynyt maankaltainen kiviplaneetta. Planeetta on massaltaan noin 1,3 kertaa Maata suurempi ja sen kiertoaika emotähden ympäri on vain noin 11 vuorokautta. Löytö julkistettiin vasta elokuussa 2016 ja sen vuoksi arviot planeetan luonteesta ovat vielä keskeneräisiä. Hiljalleen on kuitenkin tihkunut tietoja planeetan mahdollisista olosuhteista ensimmäisten tutkimusten muodossa. Ensimmäisten joukossa ovat raporttinsa ennättäneet julkaista ranskalaiset tähtitieteilijät, jotka ovat arvioineet planeetan pinnan olevan mahdollisesti suuren valtameren peitossa. Arviot perustuvat planeetan tiheyteen sekä sen todennäköiseen läpimittaan. Mikäli planeetta olisi halkaisijaltaan vain Maan kokoinen (mutta silti siis 30 % massiivisempi), olisi sen ydin metallipitoinen ja hyvin tiheä. Silloin sen pinnalla voisi olla enintään vain 0,5 promillea vettä (Maassa 0,2 promillea). Jos planeetta on kuitenkin Maata suurempi, täytyy sen ytimen olla harvempaa materiaalia ja vesikerroksen paksuus voisi tällöin olla jopa 200 kilometriä. Planeetta voi siis hyvinkin osoittautua täysin veden peittämäksi, sillä lämpötila planeetan pinnalla on sopiva, jotta vesi voisi esiintyä sillä nestemäisenä. Toinen kiinnostava viime aikojen julkaisu koskee puolestaan itse tähteä eli Proxima Centauria. Toisin kuin useimmat muut punaiset kääpiötähdet, on tähti osoittautunut yllättävän vakaaksi. Sen aktiivisuus vaihtelee seitsemän vuoden jaksoissa aivan kuten oman Aurinkomme jaksollisuus 11 vuoden aikana. Säännöllisyys voi tarkoittaa, että Proxima Centauri ei tuotakaan niin voimakkaita säteilypurkauksia kuin monet muut punaiset kääpiötähdet. Tällä puolestaan voi olla positiivisia vaikutuksia elämän synnyn ja ylläpidon kannalta. ”Vakaudestaan” huolimatta Proxima Centaurin planeetta saanee tästä huolimatta elämälle haitallisia säteilyn muotoja useita kertoja enemmän kuin Maa omasta Auringostamme. Toistaiseksi on siis täysin mahdotonta arvailla elämän mahdollisuutta Proxima Centaurin planeetan pinnalla (tai pinnan alla). Lisätutkimuksia tarvitaan ja niitä varmasti myös tehdään, joten jäämme odottelemaan uusia uutisia tästä vasta löydetystä planeetasta.

Taiteilijan näkemys auringonlaskusta (tai kolmesta) Proxima Centaurin planeetan pinnalla.
Image credit: ESO/M. Kornmesser

Seuraavaksi lähin tähti Alfa Centaurin jälkeen on meidän näkökulmastamme katsottuna Käärmeenkantajan tähdistössä sijaitseva Barnardin tähti. Sen etäisyys on 5,98 valovuotta. Barnardin tähti näkyy myös Suomesta, mutta ei paljain silmin. Se on tyypiltään M4 spektriluokan punainen kääpiötähti, jonka kirkkaus on ainoastaan + 9.57 magnitudia. Tähden massa on vain 16 % Auringon massaan verrattuna. Barnardin tähti on jo varsin vanha tähti, sillä sen ikä on peräti 10 miljardia vuotta. Tähden erityispiirre on sen hyvin nopea ominaisliike eli se liikkuu poikkeuksellisen nopeasti muihin taustataivaan tähtiin verrattuna. Liike on peräti 10 kaarisekuntia vuodessa, joka on nopein miltään tähdeltä mitattu ominaisliike. Lähimmillään aurinkokuntaa Barnardin tähti tulee käymään noin vuonna 11 800, jolloin se sijaitsee noin 3,75 valovuoden päässä meistä.

Barnardin tähden nopea ominaisliike näkyy vasta muutamien vuosien välein otetuissa kuvissa. Ohessa oma vertailukuvani tulevaa ajatellen. Kevola, Paimio, 5.9.2016.

Maasta katsottuna neljänneksi lähin tähtijärjestelmä on Luhman 16, joka sijaitsee hyvin etelässä Purjeen tähdistössä. Sen etäisyys on noin 6,59 valovuotta ja se on kahdesta ruskeasta kääpiötähdestä koostuva tähtipari. Se löydettiin WISE-infrapunasatelliitin vuosien 2010 ja 2011 aikana otetuista kuvista, mutta löytö julkaistiin vasta vuonna 2013. Nämä ruskeat kääpiöt kiertävät toisiaan 25 vuoden jaksossa niiden keskimääräisen etäisyyden toisistaan ollessa noin 450 miljoonaa kilometriä. Tähtien massat ovat ainoastaan 3 – 5 % Auringon massasta.

Viidenneksi lähin tähtijärjestelmä Maasta katsottuna on varsin tuntematon WISE 0855-0714, joka sijaitsee Vesikäärmeen tähdistössä. Se on tyypiltään ruskea kääpiötähti, jollaisia pidetäänkin yleensä ottaen eräänlaisina epäonnistuneina tähtinä. Ruskeat kääpiöt ovat toki yleensä vähintään 15-20 kertaa planeettoja suurempia ja niiden ydinreaktiot kyllä käynnistyvät pian tähden syntymän jälkeen. Ruskeat kääpiöt eivät kuitenkaan onnistu ylläpitämään reaktiota pitkään ja ne himmenevät ja viilenevät siksi melko nopeasti. WISE 0855-0714 on jopa ruskeaksi kääpiöksi äärimmäisen pieni ja himmeä kohde ja sen massa on ainoastaan noin 10 kertainen Jupiteriin verrattuna. Tätä 7,27 valovuoden päässä olevaa kohdetta voisi ehkä siten pitää jopa jonkinlaisena tähtienvälisenä planeettaharhailijana. Myös tämä kohde löydettiin vasta vuonna 2013.

Taiteilijan näkemys viileästä ruskeasta kääpiötähdestä.
Image credit: NASA/JPL-Caltech

Wolf 359 on puolestaan Leijonan tähdistön suunnalla sijaitseva läheinen tähti, joka on ominaisuuksiltaan jo hieman tavanomaisempi. Se on tyypiltään M6 spektriluokan punainen kääpiötähti, jonka massa on noin 10 % Auringon massasta. Vaikka tähti on suurempi ja kirkkaampi kuin kaksi edellä mainittua ”epäonnistunutta” tähteä, ei tätäkään tähteä voi nähdä paljain silmin. Kohde näkyy kyllä Suomestakin, mutta sen kirkkaus on ainoastaan + 13.53 magnitudia eli parhaiten sen voi saada näkyviin valokuvaamalla. Tähden etäisyys on 7,78 valovuotta. Wolf 359 on hyvin nuori punainen kääpiötähti ja iältään vain joitain satoja miljoonia vuosia. Nuoresta iästä johtuen se käy tällä hetkellä läpi punaisille kääpiöille ominaisia syntymekanismeja eli se on niin sanottu flare-tähti. Näille tähdille tyypillisiä ovat suuret energiapurkaukset, jotka syntyvät tähden voimakkaiden magneettikenttien muutoksissa. Flaret eli roihupurkaukset muistuttavat Auringossa tapahtuvia purkauksia, mutta ovat niitä paljon voimakkaampia ja synnyttävät runsaasti ultravioletti- ja röntgensäteilyä. Tämän vuoksi nuorten punaisten kääpiöiden ympärillä mahdollisesti sijaitsevat planeetat eivät kehity kovin helposti elinkelpoisiksi ainakaan tähtien nuoruusvuosien aikana.

Lalande 21185 on Ison Karhun tähdistössä sijaitseva punainen kääpiötähti, jonka etäisyys meistä on 8,31 valovuotta. Tämä kääpiö on jo selvästi suurempi kuin aikaisemmin mainitut vielä läheisemmät punaiset kääpiöt, sillä Lalande 21185 massa on ”peräti” 46 % Auringon massasta. Sitä suurempi massa vielä lähempänä sijaitsevista tähdistä on ainoastaan Alfa Centaurilla (ja Auringolla). Tästä huolimatta tämäkään tähti ei näy paljain silmin, vaan vaatii näkyäkseen vähintään kiikarit. Tähden näennäinen kirkkaus on + 7,52 magnitudia ja spektriluokaltaan se on M2. Lalande 21185 lähestyy aurinkokuntaamme ja on lähimmillään meitä hieman alle 20 000 vuoden kuluttua, jolloin sen etäisyys on 4,65 valovuotta.

Kymmenen lähimmän tähden joukkoon pääsee sentään vielä yksi kirkas paljain silmin näkyvä tähti. Se on Sirius, joka samalla on myös koko taivaan kirkkain tähti. Sen näennäinen kirkkaus on peräti – 1.46 magnitudia ja tähti näkyy talvisin myös Suomessa (tosin melko matalalla). Massaltaan Sirius on hieman yli kaksi kertaa Aurinkoa suurempi ja tyypiltään se on A1 spektriluokan valkoinen pääsarjavaiheen tähti. Siriuksen ikä on noin 200 – 300 miljoonaa vuotta eli se on huomattavasti Aurinkoa nuorempi. Sirius on kaksoistähti, sillä sen seuralaisena kiertää valkoinen kääpiötähti. Tämä valkoinen kääpiö sijaitsee näennäisesti noin 10 kaarisekunnin päässä Siriuksesta, mutta sitä on varsin vaikea havaita Siriuksen loisteen vuoksi. Siriusta kiertävä valkoinen kääpiötähti on samalla kaikkein lähinnä sijaitseva oman lajityyppinsä edustaja. Tähtiparin etäisyys meistä on noin 8,60 valovuotta.

Kirkas Sirius on yksi aurinkokuntamme lähitähdistä. Sitä kiertää halkaisijaltaan vain maapallon kokoinen, mutta massaltaan Aurinkoon verrattava valkoinen kääpiötähti.
Image Credit: NASA, ESA, H. Bond (STScI) and M. Barstow (University of Leicester)

Luyten 726-8 on hyvin samankaltainen punainen kääpiötähti kuin aikaisemmin esitelty Wolf 359. Tähti sijaitsee Valaskalan tähdistössä ja on massaltaan 10 % Auringosta ja tyypiltään siis M6 spektriluokan punainen kääpiö. Tähden etäisyys on 8,73 valovuotta ja kirkkaus + 12.7 magnitudia. Wolfin tapaan Luyten 726-8 on nuori tähti, jonka erityispiirteenä ovat voimakkaat flare-purkaukset, jotka lähettävät avaruuteen voimakasta ultravioletti- ja röntgensäteilyä. Luyten 726-8 onkin luokiteltu tyyppiesimerkiksi näistä flare-purkautujien muutttuvien tähtien ryhmästä. Luyten 726-8 on monien muiden tähtien tapaan kaksoistähti. Sen molemmat osapuolet ovat lähes samanlaisia ja ne kiertävät toisiaan noin 26,5 vuoden jaksossa.

Ross 154 on kaukaisin tähti, joka sijaitsee vielä alle 10 valovuoden säteellä aurinkokunnastamme. Samalla se on viimeinen esiteltävä kohde eli 10 läheisin tähtijärjestelmä meistä katsottuna. Ross 154 sijaitsee Jousimiehen tähdistön suunnalla ja on useimpien muiden lähitähtien tapaan punainen kääpiötähti. Sen massa on noin 17 % Auringosta ja iältään se on hieman alle miljardi vuotta. Tyypiltään se on aikaisemmin kuvattujen punaisten kääpiöiden tapaan flare-tyypin muuttuva tähti. Tähden kirkkaus on + 10.44 magnitudia ja sen etäisyys meistä on 9,60 valovuotta.

Kuvat, ellei kuvan yhteydessä toisin mainita: © Jani Laasanen

 

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti