Olemme kaikki – ihmiset, meritähdet ja planeetat – samasta alkuräjähdyksestä pöllähtänyttä tähtipölyä. Maailmankaikkeus on askarruttanut ihmistä aina, mutta nyt tieto siitä tarkentuu huimaa vauhtia.
Teksti Eliisa Alatalo, kuva Nasa
Helsingin Kruununhaassa sijaitsevassa Tieteiden talossa on alkamassa Luonnontieteiden seuran yleisötilaisuus. Harmaantuneita ukkeleita kapuaa viidenteen kerrokseen. Koululuokan kokoinen tila on täynnä.
Alustajana on 36-vuotias hiukkasfysiikan lehtori ja kosmologi Syksy Räsänen. Mustan takin liepeet heilahtelevat, kun täsmällinen ja nopea selostus tutustuttaa kuulijat maailmankaikkeutemme historiaan ja tunnetuimpiin teorioihin. Muistiinpanot poukkoilevat suttuisina ruutupaperilla kuin alkuräjähdyksen jälkeen aineesta irronnut valo.
Rakennetta hahmottamassa
Syksy Räsänen pitää fysiikan maailmankuvaa yleissivistykseen kuuluvana asiana.
»Koulun fysiikanopetuksen pitäisi kertoa siitä, mitä fysiikasta tiedetään ja mitä se on kertonut meille maailmasta. Samaan tapaan kuin historiaa opetetaan. Nyt pääpaino on siinä, miten fysiikkaa tehdään», Räsänen suomii.
Hän siirtyi vastikään lehtoriksi Helsingin yliopistoon vietettyään seitsemän vuotta ulkomailla, muun muassa Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa Cernissä, jossa uusinta tietoa aineen perusolemusta ja sitä koossa pitävistä voimista syntyy.
Ihmiskunta ymmärtää maailmankaikkeudesta hyvin paljon. Esimerkiksi sen, että maailmankaikkeus on 14 miljardia vuotta vanha ja että se jatkuu samankaltaisena kaikkiin suuntiin.
Ensimmäinen ajatus avaruudesta on se, että se on varsin tyhjä. Näin ei kuitenkaan ole, ainetta löytyy yllin kyllin. Pimeää ainetta on noin 20 prosenttia, tavallista ainetta noin 5 prosenttia ja pimeää energiaa (jos sitä ensinnäkään on olemassa!) noin 75 prosenttia.
Maailmankaikkeudessa on sata miljardia galaksia. Jokaisessa galaksissa on miljoonia ja miljoonia tähtiä. Meidän galaksissamme, sauvaspiraalin muotoisessa Linnunradassa on 500 miljardia tähteä. Meidän tähtemme, Aurinko, sijaitsee Linnunradan laidalla. Lähin tähti on 4,22 valovuoden päässä. Valovuosi on pituuden mittayksikkö ja tarkoittaa valon vuodessa kulkemaa matkaa, eli noin 9000 miljardia kilometriä.
Etäisyydet ja mittasuhteet karkaavat arkijärjen ulottumattomiin.
»Ymmärrämme teorioiden ja kokeiden avulla aikaa yhdestä sekunnista alkuräjähdyksen jälkeen aina siihen, kun maailman on kymmenen miljardia vuotta vanha. Siitä nykypäivään eli kymmenestä miljardista vuodesta 13–14 miljardiin saakka ymmärrämme havaintoihimme perustuen. Maailmankaikkeuden ensisekunnista taaksepäin aina sen miljardisosan sadasosaan saakka meillä on teoreettinen käsitys», kosmologi kertaa.
Aika alkuräjähdyksen lähellä on tuntematon – emme tiedä, onko edes mielekästä puhua ajasta ennen alkuräjähdystä.
Tiedämme kuitenkin suunnilleen maailmankaikkeuden koon ja sen, että sen laajeneminen on kiihtymässä.
Kaikki on laskettavissa fysiikan kaavojen, maassa tehtävien kiihdytinkokeiden ja avaruuden havainnoinnin avulla. Kosmologia onkin oikeasti arkeologinen tiede, sillä siinä voidaan tutkia vain muinaisuuden jäänteitä.
»Käsityksemme on edistynyt suuresti parin vuosikymmenen aikana. Kosmologiasta on tullut täsmällisempää ja kokeellisempaa», Räsänen kehuu. Aiemmin kosmologia nimittäin oli paljon spekulatiivisempaa. Opimme esimerkiksi vasta reilut 60 vuotta sitten, miksi aurinko ylipäätään paistaa.
Kosmologisia havaintoja tehdään kuitenkin koko ajan. Viimeisin valtamedian jakama uutinen kertoo, että vuonna 1979 havaittu supernova eli tähden loppuräjähdys olisi mahdollisesti muuttunut mustaksi aukoksi. Supernovan aiheuttamaa säteilyä on mitattu useilla satelliiteilla. Tämänkin uutisen yhteydessä on kyse vain arviosta, ei varmasta tapahtumasta.
Maa on ainutlaatuinen
Tähtitieteen opiskelija Paula Kyyrö, 22, kantaa teleskooppinsa ulos kauas valosaasteesta. Kuva tarkentuu ja eteen ilmestyy Jupiter. Planeetta on nyt poikkeuksellisen lähellä maan kiertorataa. Lähiavaruuden tarkastelu toimii tähtitieteiden opiskeluun liittyvän teoreettisuuden vastapainona.
Kyyrö on kiinnostunut eksoplaneetoista – Maan kaltaisista planeetoista, joilla voisi mahdollisesti olla elämää.
Maailmankaikkeuden alkuaineet ovat kaikkialla samat: vetyä, hiiltä ja happea. Laboratorio-oloissa elämälle tärkeitä atomiyhdisteitä on saatu aikaan säteilyn avulla, mutta eläviä olentoja ei ole vielä luotu. Toisaalta tiedetään, että äärimmäisen kylmässä, kuumassa ja hapettomassa ympäristössä voi myös elää alkeellisia eliöitä.
»Elämän kehittymiseen tarvitaan nestemäistä vettä, tähdestä saatavaa energiaa, happea sekä rakennusaineita, joista tärkein on hiili. Vesi pysyy nestemäisenä vain tietyllä etäisyydellä keskustähdestä. Tätä elämälle suotuisaa aluetta kutsutaan elonkehäksi. Maapallo sattuu sijaitsemaan juuri Auringon elonkehällä», Kyyrö selittää.
Maapallon erityispiirteisiin kuuluu kova pinta ja iso kuu, joka estää liian kovan huojumisen. Kaasumaisen planeetan elämä näyttäisi täysin erilaiselta. Lisäksi maapallon painovoima on tarpeeksi suuri, jotta kaasut eivät karkaa avaruuteen. Maata ympäröivä kaasukehä suojaa ulkopuolelta tulevilta meteoriiteilta ja auringon vaaralliselta säteilyltä.
»Aurinko on sopiva tähti elämälle, sillä sen ydinreaktiot kestävät tarpeeksi kauan, jotta tähtemme voi säteillä meille energiaa vakaasti miljardien vuosien ajan. Elämä näet tarvitsee kauan kestävät vakaat olosuhteet voidakseen kehittyä rauhassa», Kyyrö jatkaa.
Viimeisin maapallon kaltainen löytö on Gliese 581 e, Maata suurempi kiviplaneetta.
Onko siellä ketään?
Yhteydenottoja ulkoavaruuteen on meiltä päin jo tehty.
1970-luvulla sympaattisen vasemmistolaisen tähtitieteilijän, Carl Saganin mieleen juolahti lähettää viestejä ulkoavaruuteen. Voyager 1 ja 2 -luotaimiin asennettiin kultaiset levyt, jotka sisälsivät kuvia, musiikkia ja ääniä maapallolta sekä sijaintimme Linnunradalla. Kutsusta huolimatta vieraita ei ole näkynyt.
Enrico Ferm kysyi: »Jos maailmankaikkeus kuhisee elämää, missä kaikki ovat?» Toisin sanoen jos avaruudessa on valtava määrä elämälle suotuisia planeettoja, eikö avaruuden pitäisi kuhista elämää?
Syksy Räsänen on myös kiinnostunut eksoplaneetoista, mutta pitää tähtiin matkailemista kummallisena. Se vaikuttaa olevan maailman rajat saavuttaneiden naiivia tutkimusmatkailua.
»Aivan kuin maailmankaikkeus olisi samanlainen leikkikenttä kuin maailma. Oleellista on, että nyt ollaan maapallolla, joten katsotaan, miten saisimme asiat täällä mahdollisimman hyvin kuntoon».
Eikä matkailu kovin nopeaa olisikaan: pelkästään Glieselle matkustaminen kestäisi nykyisillä rakettimoottoreilla useamman sukupolven ajan. Jo lähiplaneetoille matkustaminen olisi vaarallista säteilyn vuoksi.
Deep Impact mielessäin
Liitukauden joukkosukupuutto tapahtui 65,5 miljoonaa vuotta sitten, ja johtui lähes varmasti asteroidin törmäyksestä Jukatanin niemimaalle. Asteroidin läpimitan on arvioitu olleen yli kymmenen kilometriä. Kuluneena vuonna 41 tutkijaa vahvisti nykyisin vallalla olevan käsityksen, jonka mukaan tuho tapahtui äkillisesti.
Uhkaako vastaava taivaankappale ihmiskuntaa jonain päivänä?
Viimeisin maapalloon vaikuttanut asteroidin tai komeetan törmäys oli Siperiassa sattunut vetypommiin verrattu räjähdys, joka pyyhkäisi metsää sileäksi 40 kilometrin säteellä. Jos taivaankappale olisi pudonnut Helsinkiin, ei eloon olisi jäänyt hengen henkeä. Pienempiä törmäyksiä tapahtuu arviolta kymmeniä vuodessa ja vuosikymmenittäin suurempia asteroideja ohittaa maan kuun kiertorataa lähempää.
Asteroideilla ja komeetoilla on omat kiertoratansa, joiden perusteella törmäysriskiä voidaan arvioida 1. Erilaiset häiriöt voivat kuitenkin muuttaa ratoja. Tällä hetkellä varmoja törmäyksiä ei ole havaintopiirissä.
Ehdimmekö tuhota itse itsemme?
Brittiläinen kosmologi Martin Rees on sanonut, että todennäköisyys sille, että sivilisaatiomme selviää tämän vuosituhannen loppuun, on 50/50. Stephen Hawkins taas on todennut, että ihmiskunnan selviäminen kahdesta seuraavasta vuosisadasta näyttää vaikealta. Ydinsodan lisäksi hän näkee ylikansoituksen ja luonnonvarojen kuluttamisen merkittävimpinä uhkina. Selviämistä voisi edistää muiden planeettojen kolonisaatio.
Syksy Räsänen hahmottaa ihmiskunnan elinaikaa kolmelta kantilta. Kosmologin skaalalla mitattuna (miljoonia vuosia) ennuste on nopea. Ihmiskunta tulee katoamaan vähintään miljardin vuoden kuluttua. Nuori aurinkomme kasvaa ja haihduttaa kaiken veden maapallolta.
Lyhyellä aikavälillä (pari sataa vuotta) Räsäsen ennuste mukailee Hawkinsia: ydintuho tai ilmastonmuutos ottaa meidät hengiltä.
»Niin kauan kuin ydinaseita on olemassa ja niiden käyttöön ollaan valmiita hyvin lyhyellä varoitusajalla, ne ovat koko inhimillisen sivilisaation yllä oleva uhka. Ilmastonmuutos voi, kuten nytkin, aiheuttaa tuhoa ja inhimillistä kärsimystä. On tietysti mahdollista, että se tulee muuttumaan niin pahaksi, että sillä on merkitystä koko sivilisaation kannalta, mutta se on epätodennäköisempää.»
Entä kolmas ennuste?
»Keskipitkällä aikavälillä ennuste on hyvä, mikäli pystymme saamaan ilmastonmuutoksen hillitylle tasolle ja pääsemään eroon ydinaseista.»
Mitättömyydestä vapautumiseen
Kosmologit katsovat maailmaa näkökulmasta, jossa koko elämä asettuu uuteen valoon. Useimmat heistä ovat myös kovia uskontokriitikoita ja ateisteja. Esimerkiksi Suomessa kosmologian kansantajuistajat Kari Enqvist ja Esko Valtaoja ovat molemmat ateisteja. Ennen Jumalan mahdollisuutta pohtinut Hawkinskin käänsi professorintakkiaan ja ilmoitti, ettei maailmankaikkeudessa ole sijaa Jumalalle.
Paljon siteerattu fyysikko Steven Weinberg, ateisti hänkin, sanoi: »Yritys ymmärtää maailmankaikkeutta on yksi niistä harvoista asioista, joka nostaa ihmisen elämän hieman farssin yläpuolelle ja antaa sille tragedian arvoa.»
Syksy Räsäsen oma kokemus maailmankaikkeuden ymmärtämisestä ja ihmisen saaman tiedon määrästä johtaa suurenmoiseen kokemukseen.
»Toisaalta siitä tulee sellainen mitättömyyden kokemus. Asioilla, joita pidämme tärkeinä, ei ole mitään kosmista merkitystä tai perustavanlaatuista syytä olla olemassa. Maailmankaikkeus on meitä kohtaan välinpitämätön, tai pahempaa, se on luonteeltaan sellainen, ettei se edes voi olla välinpitämätön», Räsänen pohtii.
Hänen mielestään elämän merkitys on se, minkä itse sille annamme tässä yhteiskunnassa. »Se on tavallaan vapauttava ajatus.»
Pienuuden ja mitättömyyden tunteet eivät ole yllättäneet Paula Kyyröä, vaikka hän käsitteleekin päivittäin tähtitieteellisiä etäisyyksiä.
»Minulle on käynyt ihan toisin. On mahtavaa hahmottaa itsensä osana jotain suurempaa», hän sanoo ja jatkaa tähtitaivaan tiirailua.
Mikroaallon harjalla
Syksy Räsästä kiinnostaa erityisesti maailmankaikkeuden rakenteen vaikutus sen laajenemiseen. Kiehtovat kysymykset koskevat alkuhetkeä ja myöhäistä kiihtyvän laajenemisen aikaa, joita ei vielä tunneta. Hän näyttää seminaariyleisölle videon, jossa matkaamme kohti nykyisen maailman rakenteita. Sieltä erottuu toisiinsa kiinnittyneitä rihmoja ja seinämiä, kuin aivojen hermosyitä:
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=jzFbLHLJhnM[/youtube]
Apuna tämän sekä alkuhetken hahmottamisessa on kuva muinaisesta maailmankaikkeudesta, kosminen mikroaaltotausta, jossa näkyy vanhin valo, minkä voimme havaita. Sitä on mitattu vuodesta 1965 asti ja Planck-satelliitti suorittaa parhaillaan tähän asti tarkinta mittausta mikroaaltotaustasta. Tuloksia on saatavilla noin kahden vuoden kuluttua, kun kosminen mikroaaltotausta erotetaan myöhemmin syntyneestä säteilystä. Häiriö syntyy omasta galaksistamme tulevasta mikroaaltosäteilystä (kuvassa).
»Muutokset maailmankaikkeuden rakenteessa tapahtuvat niin suurella skaalalla, ettei ihmislajin olemassaolon puitteissa voida havaita, miten maailmankaikkeus jatkaa kehittymistä», hän toteaa.
Ongelmana on nykyinen malli. Ei tiedetä, kuvaako se nykyistä laajenemista oikein.
Nykymallissa hahmotetaan aineesta rikkaita ja köyhiä alueita. Laajenemisen edetessä köyhät alueet tyhjenevät materian tiheyden pienentyessä ja rikkaat rikastuvat. Kauan käytössä ollutta Einsteinin suhteellisuusteoriaa pitäisi Räsäsen mukaan yksinkertaistaa, mikäli halutaan tutkia maailmankaikkeuden rakenteiden muodostumista. Pitäisi siis keksiä jokin lähestymistapa, joka on riittävän yksinkertainen mutta tarpeeksi monimutkainen.
Räsäsen kollega Enqvist taas toteaa kirjassaan Kosmoksen hahmo, että kosmoksen kartoitus on oikeastaan vasta aloitettu:
»Kosmologit ovat onnistuneet purjehtimaan tiedon meren ylitse ja vahvistaneet kangastukseksi luullun kimmellyksen uudeksi mantereeksi, mutta me epäröimme vielä, johtuuko sen horisontissa erottuva väreily ainoastaan pilvistä vai alkaako siellä valtaisa vuorijono. Varmuuden saamiseksi meidän on pakko puskea Einsteinin teorioiden taakse, sillä on ilmeistä, että niiden pätevyysalue loppuu ennen pitkää.»
Haastattelu päättyy ja kaksimetrinen Räsänen harppoo kohti kotia pakastuvassa illassa. Oma nenä osoittaa tahtomattaan taivaalle. Valosaasteen läpi ei näy mitään. Pitäisikö ottaa seuraava juna maalle tähtitaivasta katsomaan?
Avaruustoiminta on ympäristöongelma
Teksti Eliisa Alatalo
Maapallon jäteongelma ei rajoitu pelkästään maanpäällisiin kaatopaikkoihin, kelluviin jätelauttoihin tai ydinjätehautoihin vaan roska valtaa myös maata kiertävän radan.
Maata kiertää arviolta lähes tuhat satelliittia, joista osa ei ole enää toimintakunnossa. Hajoilevista satelliiteista tulee osa tutkimusta haittaavaa avaruusromua. Romu aiheuttaa törmäysriskin uusille laitteille. Uusista törmäyksistä syntyy taas uusia romuja.
»Avaruusromu koostuu Maan kiertoradalle jääneistä ihmisen valmistamista kappaleista, kuten rakettien osista, rikkinäisistä satelliiteista sekä törmäyksissä ja räjähdyksissä syntyneistä osista», opiskelija Paula Kyyrö selittää.
Pieneltä avaruusromulta voi suojautua samalla tavalla kuin mikrometeoriiteiltäkin, mutta suurempia osia voidaan väistellä vain, jos niiden lentorata on selvitetty. Ongelmana Kyyrön mukaan on, ettei läheskään kaikkien ratoja vielä tunneta.
»Nyt käydään keskustelua siitä, saavutetaanko pian piste, jossa romun määrä kääntyy jatkuvaan kasvuun aina uusien törmäysten takia. Riski on todellinen ja se on otettava huomioon avaruusmissioita suunnitellessa. Romua on osunut jo miehitettyihin avaruussukkuloihin ja tippunut maahan. Myös miehittämättömiä satelliitteja on törmännyt toisiinsa», Kyyrö varoittaa.
Elämää maan päällä heikentäisivät myös mahdolliset turistilennot ilmakehässä. Tänä vuonna on väläytelty, että avaruusturistilentojen määrä nostettaisiin tuhanteen lentoon vuodessa vuoteen 2020 mennessä.
Se olisi tutkijoiden mukaan kova isku ilmakehälle, sillä niin korkealle jäävät nokihiukkaset eivät pysty poistumaan, vaan jäävät keräämään auringon energiaa ja lämmittävät stratosfääriä.
1 Törmäysriskiä mitataan Torinon asteikolla, jossa 1 on epätodennäköisin törmäys ja 10 varma. Siperiaan iskenyt komeetta oli 8.
Tutustu:
Cosmos (1980), tv-sarja, Carl Sagan, Ann Druyan & Steven Soter
Kari Enqvist: Kosmoksen hahmo (2003), Juva
Tämä juttu on julkaistu Liberon numerossa 4/2010
