sunnuntai 22. tammikuuta 2017

NEPTUNUS

On aika esitellä viimeinen ja samalla kaukaisin aurinkokunnan planeetoista, Neptunus. Tämän jälkeen nämä lähiavaruuden kiviset ja kaasumaiset taivaankappaleet ovat tietysti hyvin tuttuja kaikille blogin lukijoille (ja kirjoittajalle). Jos näin ei ole, löytyy vanhoja kirjoituksia tuolta arkistojen kätköistä. Joko muuten olette nähneet kaikki aurinkokunnan kahdeksan planeettaa (tai paremminkin seitsemän + Maa)? Jos ette, niin kannattaa haastaa itsensä tuohon hommaan. Ainakin itse koen hienona saavutuksena, että olen saanut katsella sekä piskuista Merkuriusta että Jupiterin kaltaista kaasujättiläistä tai tuijottaa oman planeetan pinnalta kaukaiseen aurinkokunnan nurkkaan, jossa Neptunus näkyy vain pienenä täplänä tähtien joukossa. Ja Neptunuksesta puheen ollen... siirrytään varsinaiseen asiaan.


Neptunus on siis nykyisen planeetan määritelmän mukaisista kappaleista se kaikkein kaukaisin. Näinhän ei ole aina ollut, vaan tiedämme Pluton kohtalon perusteella, että tieteessä määritelmät voivat myös muuttua. Voidaan siis oikeastaan sanoa, että Neptunus on ollut kaukaisin planeetta ennen vuotta 1930 sekä toisaalta vuoden 2006 jälkeen. Ja itse asiassa lisäksi vuosien 1979 ja 1999 välisenä aikana, kun Pluto olikin soikean kiertoratansa vuoksi lähempänä Aurinkoa kuin Neptunus. Lisäksi täytyy huomioida, että Neptunus löydettiinkin vasta vuonna 1846. Neptunus on samalla planeetoista ainoa, joka löydettiin täsmällisten etsintöjen ansiosta. Tähän johti 1781 löydetyn Uranuksen kiertoradan tarkastelu, josta vuonna 1821 havaittiin huomattavia häiriöitä. Laskelmien jälkeen tuon ajan tähtitieteilijät päättelivät häiriön aiheuttajaksi Uranusta kaukaisemman planeetan. Kului kuitenkin pari vuosikymmentä ennen kuin englantilainen John Adams (vuonna 1843) ja ranskalainen Urbain Le Verrier (vuonna 1846) saivat laskettua kyseisen kappaleen kiertoradan ja sen aikaisen sijainnin taivaalla. Le Verrierin laskelmien perusteella saksalainen Johann Galle löysikin Neptunuksen 23. syyskuuta vuonna 1846 vain yhden asteen päästä ennustetusta paikasta. Gallen tekemä havainto ei kuitenkaan ollut ensimmäinen ihmisen tekemä havainto Neptunuksesta, vaan tämä kunnia lankeaa itse Galileo Galileille. Galilei nimittäin on merkinnyt tekemiinsä muistiinpanoihin Neptunuksen kaksi kertaa sen ollessa hyvin lähellä Jupiteria 28. joulukuuta vuonna 1612 ja toisen kerran 27. tammikuuta vuonna 1613. Galilei toki oletti tuon pistemäisen kohteen olevan vain tavallinen tähti, eikä voinut aavistaakaan kyseessä olevan kaukaisen aurinkokunnan planeetan. Neptunuksen nimeäminen oli huomattavasti helpompaa kuin Uranuksen ja muutamien ehdotuksien jälkeen jo parin vuoden kuluttua planeetan nimi olikin vakiintunut Neptunukseksi.

Voyager 2-luotaimen ottama kuva vuodelta 1989 on edelleen upein koskaan otettu kuva tästä kaukaisesta planeetasta.
Image credit: NASA

Neptunus muistuttaa rakenteeltaan ja olemukseltaan hyvin paljon toista aurinkokunnan ulkolaidan planeettaa, Uranusta. Tiedot Neptunuksesta ovat tosin toistaiseksi osittain vajavaisia, sillä sen on ohittanut vain yksi avaruuusluotain, Voyager 2. Muilta osin tiedot Neptunuksesta perustuvat Maan pinnalta tai Maan kiertoradalta tehtyihin havaintoihin. Planeetan rakenne lienee samankaltainen kuin Uranuksella eli se koostuisi pääasiassa vedystä, heliumista ja vedestä (jäästä). Neptunus on kuitenkin Uranusta tiheämpi kappale, sillä sen ydin vaikuttaisi olevan suurempi ja koostuvan raudasta, nikkelistä ja silikaateista. Neptunuksen halkaisija on noin 50 000 kilometriä ja massaltaan se on hieman yli 17 kertaa Maan massainen kappale. Sen pyörähdysaika akselinsa ympäri eli paikallisen vuorokauden pituus on hieman yli 16 tuntia. Neptunus kiertää Auringon hieman alle 165 vuodessa ja sen keskimääräinen etäisyys Auringosta on noin 4,5 miljardia kilometriä. Lämpötila Neptunuksen kaasukehän pinnalla on noin – 220 astetta.

NASAn sivuilla on kattava tietopaketti Neptunuksesta ja sen ominaisuuksista:


Neptunuksen kaasukehässä on niin ikään paljon yhtäläisyyksiä Uranuksen vastaavan kanssa. Tämä koskee myös selkeintä Maan pinnalta nähtävää ominaispiirrettä eli planeetan väriä. Neptunus näkyy meille riittävän suurilla kaukoputkilla katsottuna sinertävänä kiekkona. Väri johtuu kaasukehän korkeasta metaanipitoisuudesta, joka sirottaa sinistä väriä tehokkaasti pitkin kaasukehää. Neptunuksen pinnalta on mitattu aurinkokunnan voimakkaimmat tuulet. Parhaimmillaan ne voivat olla peräti 2 000 km/h. Nopeat kaasukehän virtaukset johtuvat planeetan korkeasta sisäisestä lämmöstä. Virtaukset näkyvät planeetan pinnalla valkeina pilvinä tai pilvivyöhykkeinä. Varsinaisia pysyviä vyöhykkeitä, kuten Jupiterilla, ei Neptunuksen pinnalla kuitenkaan ole. Voimakkaita myrskyjä esiintyy planeetan pinnalla satunnaisesti. Niitä on havaittu sekä Voyager 2-luotaimen ohilennolla että avaruusteleskooppi Hubblella. Myrskyt ovat väriltään selvästi tummemman sävyisiä kuin planeetan muu pinta.

Myös avaruusteleskooppi Hubble pystyy näkemään yksityiskohtia Neptunuksen pinnalta.
Image credit: NASA, ESA, and M. H. Wong and J. Tollefson (UC Berkeley)

Muiden kaasuplaneettojen tapaan myös Neptunuksella on rengasjärjestelmä. Ensimmäiset viitteet niiden olemassa olosta saatiin, kun vanhoja planeetasta otettuja kuvia tutkittiin Uranuksen renkaiden löytymisen jälkeen vuonna 1977. Tuolloin todettiin mahdollinen rengashavainto vuonna 1968 tapahtuneen tähdenpeiton aikaan. Järjestelmälliset etsinnät käynnistyivät vuonna 1981, mutta kesti aina vuoteen 1984 ennen kuin renkaista saatiin tehtyä varmistettu havainto. Lopullinen vahvistus renkaiden olemassa ololle saatiin, kun Voyager 2-luotain ohitti Neptunuksen vuonna 1989. Neptunuksen renkaita on kaikkiaan 5 kappaletta ja ne ovat hyvin himmeitä. Renkaat sisältävät runsaasti hienoa pölymäistä materiaalia ja ne pysyvät radallaan lähistöllä olevien kuiden vaikutuksesta. Kuut ovat suurimmaksi osaksi mitä todennäköisimmin myös renkaissa olevan materiaalin alkulähde.  
Neptunuksella tiedetään olevan ainakin 14 kuuta. Näistä selvästi suurin on Triton, joka on aurinkokunnan 7. suurin kuu 2 700 kilometrin halkaisijallaan. Kuun löysi William Lassell 10. lokakuuta vain 17 päivää itse planeetan löytymisen jälkeen. Tritonin kiertoaika Neptunuksen ympäri on hieman alle 6 vuorokautta ja sen keskietäisyys planeetasta on noin 355 000 kilometriä. Tritonin erikoisin ominaispiirre on sen kiertorata Neptunuksen ympäri, joka on vastakkainen planeetan pyörimissuuntaan verrattuna. Tätä ilmiötä ei esiinny aurinkokunnan muilla suurilla kuilla. Syyksi tähän arvoidaan sitä, että Neptunus olisi aikanaan kaapannut kappaleen sen radan ulkopuolella sijaitsevalta Kuiperin vyöhykkeeltä. Kiertoradan suunta tarkoittanee, että Triton joko syöksyy aikanaan Neptunuksen pintaan tai hajoaa sen kiertoradalla. Tällöin Neptunuksen rengasjärjestelmä muodostuisi mahdollisesti yhtä kirkkaaksi ja suureksi kuin Saturnuksen järjestelmä. Tähän kulunee kuitenkin aikaa vielä parisen miljardia vuotta. Tritonin arvioidaan olevan pääasiassa kivestä koostunut kappale, sillä sen tiheys on melko suuri. Sillä on todennäköisesti kiinteä ydin ja vaippakerros kuten esimerkiksi Maallakin. Pintakerros on enimmäkseen jäätiköiden peittämä, jossa paikoitellen on painumia ja harjanteita. Kuulla on myös tulivuoria tai geysirejä, jotka purkavat ulos jäistä typpeä.
Toinen tunnettu kuu ennen Voyager 2-luotaimen ohilentoa oli Nereid, joka on kooltaan vain noin 340 kilometriä. Se löydettiin vuonna 1949. Nereidin kiertorata on epäkeskisempi kuin millään muulla aurinkokunnan tunnetulla kuulla. Sen etäisyys Neptunuksesta vaihtelee 1,35 miljoonan ja 9,60 miljoonan kilometrin välillä. Syyksi arvioidaan häiriötä, jonka vastakkaiseen suuntaan kiertävä Triton on aiheuttanut asettuessaan Neptunuksen kiertoradalle. Nereidin kiertoaika Neptunuksen ympäri on peräti yhden vuoden.
Muut kuut on löydetty vasta Voyager 2-luotaimen ohilennon yhteydessä tai sen jälkeen. Kuut ovat enimmäkseen hyvin pieniä lukuun ottamatta Proteusta, jonka halkaisija on jopa 420 kilometriä (suurempi siis kuin Nereid). Proteusta ei kuitenkaan ole helppo havaita Maan pinnalta sillä se heijastaa Auringon valoa vain 6 % ja on siten erittäin tumma kappale.

Voyager 2-luotaimen Tritonista ottamista kuvista on koottu mosaiikki, jossa näkyvät ne osat, joita luotain sai kuun pinnalta kuvattua.
Image credit: NASA/JPL/USGS

Ainoa Neptunuksen läheisyydessä käynyt avaruusluotain on siis toistaiseksi ollut Voyager 2, joka suoritti planeetan ohilennon vuonna 1989. Uusia luotainlentoja on harkittu, mutta ainakaan toistaiseksi sellaisesta ei ole saatu päätöstä aikaan. Voyager 2 ohitti Neptunuksen 25. elokuuta vuonna 1989 vain noin 5 000 kilometrin päästä sen pinnasta pohjoisnavan kohdalta. Luotain ohitti läheltä myös planeetan suurimman kuun, Tritonin, ennen poistumistaan aurinkokunnan ulkolaidalle. Voyager 2 tutki pääasiassa Neptunuksen renkaita, kaasukehää, magneettikenttää ja kuita. Luotaimen ohilennon jälkeen tietoja Neptunuksesta on siis tehty vain Maasta käsin.

Neptunus on planeetoista ainoa, jota ei voi edes hyvissä olosuhteissa nähdä paljain silmin. Sen kirkkaus vaihtelee + 7.7 ja + 8.0 magnitudin välillä. Planeetan voi kyllä havaita jo kiikareilla, mutta silloin se näkyy vain tähtimäisenä kohteena kuten aivan pienimmillä kaukoputkillakin. Se on siten kaikkein vaikein planeetoista havaittavaksi ja tunnistettavaksi. Sitä kirkkaampia aurinkokunnan kappaleista ovat jopa Jupiterin suuret kuut ja muutamat asteroidit (Ceres, Pallas, Vesta, Iris, Juno ja Hebe) niiden oppositioiden aikaan. Koska Neptunuksen näennäinen kokokin on vain hieman yli 2 kaarisekuntia, erottuu se levymäiseksi kappaleeksi vasta hieman suuremmilla kaukoputkilla. Planeetan väri tulee tosin näkyviin jo hieman helpommin. Neptunuksen suurimman kuun, Tritonin, voi myös nähdä jo suurehkoilla harratajakaukoputkilla, sillä sen kirkkaus on +13.5 magnitudia. Aivan helppoa se ei kuitenkaan ole, koska ne näkyvät näin kaukaa katsottuna hyvin lähellä toisiaan. Neptunus sijaitsee tällä hetkellä Vesimiehen tähdistössä ja pysyykin siellä seuraavat lähivuodet kohoten vuosi vuodelta hieman korkeammalle horisontista. Parhaiten Neptunus näkyy loppusyksyisin ja alkutalven aikana.

Maan pinnalta Neptunus jää mitättömäksi pisteeksi jopa kohtuullisen hyvillä harrastavälineillä. Suurin kuu Triton tulee kuitenkin näkyviin varsin selvästi. Kevola, Paimio, 30.9.2015. © Jani Laasanen.

Kuvamateriaalin lähde mainittu kuvan yhteydessä.