Supermaapallo: Planeettatyyppi

Supermaita on löydetty muilta tähdiltä. Supermaiksi sanottujen eksoplaneettojen massat ovat yleensä välillä 1–10 Maan massaa. Supermaista tiedetään varsin vähän, monesti lähinnä rata-arvojen lisäksi massa ja säde. Supermaa saattaa olla joskus Maan tapainen pii-rautaplaneetta. Tavallisemmin supermaa on kaasupintainen mini-neptunus tai vetinen valtameriplaneetta. Maan tyyppisen supermaan säteen yläraja on 1,5 Maan sädettä.

Supermaa ei välttämättä kierrä keskustähteään elinkelpoiselle vyöhykkeellä.

Supermaat ovat havaituissa eksoplaneetoissa erittäin yleisiä.

 

Supermaa saattaa muistuttaa Maata siinä suhteessa, että se on rakentunut pääosin raudasta ja piipitoisista silikaattimineraaleista. Supermaan keskustassa on rautaydin, jota ympäröivät silikaattipitoiset vaippa ja kuori. Löydetystä eksoplaneetoista tiedetään useimmissa tapauksissa vain massa. Tämän perusteella voidaan yrittää arvioida sitä, onko kyseessä supermaa vai ei.

Tektoninen toiminta

Supermaan pinta lienee suhteellisen tasainen ja vuoret matalia, koska eroosio on nopeaa. Nykyään geologista aktiivisuutta pidetään yleisesti ottaen elämälle hyvänä, vaikka se aiheuttaakin paikallisia katastrofeja kuten tulivuorenpurkauksia ja maanjäristyksiä. Tämä johtuu siitä että supermaassa nopea silikaattisykli kierrättää planeetan ilmakehän kaasuja ja muun muassa tasaa lämpötiloja sekä tuottaa elämän tarvitsemaa hiiltä yhteyttämistä varten ilmakehään. Supermaan mannerlaatat ovat ohuita ja nopeasti uusiutuvia. Vertailun vuoksi noin kymmenesosan Maan massaisella Marsilla oli historiansa alussa vain hienoista laattatektoniikkaa, ja Maata hieman pienemmällä Venuksellakin nykyään vain vähän. Toisaalta sen suuri painovoima hidastaa mannerlaattojen liikettä.

Supermaiden suuremman massan seurauksena niiden vaipassa esiintyvät konvektiovirtaukset ovat voimakkaampia kuin Maan kokoluokan planeetoilla. Tämän vuoksi litosfääri on maankaltaisen planeetan litosfääriä ohuempi ja tektoninen toiminta jokseenkin vääjäämättä aktiivisempaa kuin pienillä kiviplaneetoilla. Tektonisesti aktiivisen supermaan ilmakehässä on luultavasti merkittäviä määriä hiilidioksidia tai rikkidioksidia. Tämä on mielenkiintoinen tulos, sillä nykykäsityksen mukaan aktiivinen laattatektoniikka näyttelee merkittävää roolia tarkasteltaessa mahdollisuuksia elämän synnylle ja kehitykselle muilla planeetoilla, ja näin supermaat saattavat olla merkittävästi pieniä kiviplaneettoja otollisempia paikkoja elämän esiintymiselle.

Magneettikenttä puuttuu?

Jotkut tutkijat ovat esittäneet, että supermaalla ei olisi samanlaista magneettikenttää kuin Maalla. Maan magneettikenttä syntyy nestemäisessä ulkoytimessä, jossa tapahtuu konvektiota. Mutta supermaiden tiheämpi ydin muuttaisi niiden sisukset niin sitkeiksi, että ne eivät lajittuisi raudaksi ja kiveksi. Tai jos lajittuisivatkin, magneettikentän synnyttävä konvektio estyisi. Varmasti tätä ei osata sanoa, koska supermaiden sisustojen lämpötiloja ei tunneta.

Joidenkin teorioiden mukaan tyypillisen supermaan ydin on kiinteää rautaa suuren tiheyden takia. Rauta saattaa kiinteytyä jopa 10 000 kelvinissä. Tällöin supermaalla ei useinkaan olisi kosmiselta säteilyltä suojaavaa magneettikenttää. Niinpä elinkelpoisen supermaan massa saattaisi olla magneettikentän puolesta korkeintaan 2-5 Maan massaa. Ei kuitenkaan tiedetä, estääkö magneettikentän puute elämän synnyn tai olemisen. Magneettikentän puutteella lienee vaikutusta kaasukehään. Se estää keskustähteä puhaltamasta kaasukehää pois. Supermaan vaipassa sattaa olla paljon Maan vaipassa hieman harvinaisempaa postpetrovskiittia.

Mahdollinen elinkelpoisuus

Supermaan suuri geologinen aktiivisuus tuottaa hiilidioksidia kaasukehään ja ylläpitää karbonaatti-silikaatti-sykliä voimallisemmin kuin maassa. Tämä edistää elämän olemassaoloa siellä, samoin kuin se että supermaan kaasukehä ja höyrystyvät vesivarannot karkaavat hitaammin avaruuteen kuin Maassa. Tiede -lehdessä 3/2006 spekuloitiin, minkälaista elämä voisi olla erilaisilla eksoplaneetoilla. Supermaasta sanottiin, että koska painovoima on siellä voimakkaampi suuremman massan takia, olisi siellä tiheä kaasukehä ja siksi kasvihuoneilmiö, minkä ansiosta osassa planeettaa olisi runsaasti sateita ja osassa aavikko-oloja. Eläimet ja kasvit olisivat litteitä ja maanpinnanmyötäisiä, mutta suurin osa elämästä luultavasti keskittyisi meriin, missä painovoima ei haittaa niin paljon. mahdollinen magneettikentän puuttuminen saattaa altistaa kaasukehän ja elämän haitalliselle tähtituulelle ja säteilylle.

 

Kivirautaisen planeetan tiheys kasvaa nopeasti, kun se kasvaa Maata massiivisemmaksi. Kivirautaisen supermaan säteen yläraja on havaintojen mukaan 1,5 maan sädettä. Joidenkin mukaan jo 1,5 kertaa Maata massiivisempi planeetta olisi "kaasukääpiö" tai mini-neptunus. Näiden planeettojen pintakerroksissa olisi suuret määrät kaasumaista vetyä tai heliumia. Tällöin varsin kevyt supermaaksi väitetty planeetta ei muistuttaisi lainkaan Maata.

Erään arvion mukaan kivirautaplaneetta voi olla jopa 2,5 Maan säteinen, mutta kaasuaan menettänyt kaasukääpiö voi olla 1,5 Maan säteinen.

 

 

Supermaassa on monesti melko varmasti kivirautaytimen lisäksi jäätä, vettä ja/tai kaasua. Jäinen supermaa syntyy, kun kaasua ei riitä jättiläisplaneettoihin planeettakunnan syntyvaiheessa. Jäiset supermaat tai suuret valtameriplaneetat ovat pienempiä kuin jääjättiläiset Uranus ja Neptunus, joilla on kiven ja jään lisäksi suuri kaasuvaippa. "Neptunuksen" massa on noin 10–30 Maan massan luokkaa ja säde yli 2 Maan sädettä. Kaasukääpiö eli mini-neptunus on planeetta, jolla on vesijääydin ja vety-heliumvaippa, ja se on alle 10 Maan massainen. Tällaisen planeetan säde on noin 2–2,5 Maan säteen luokkaa ja massa noin 1,5–10 maan massaa. Vesi/jääplaneetan säde on noin 1,5–2 kertaa isompi kuin vastaavan massaisen kivirautasupermaan säde.

2,3 Maan massaista kohdetta Kepler-11f pidetään monesti kaasukääpiönä. Pienimassainen kaasukääpiö ei kykene säilyttämään kaasukehäänsä pitkiä ajanjaksoja, jos se ajautuu liian lähelle tähteä, koska kuumassa planeetan kaasukehä karkaa nopeammin pois. Supermaan massa on 1–10 Maan massaa. Painovoima on alle kolme g. Jos massa on yli 10 Maan massaa, planeetalla on melko varmasti vetyvaippa ja silloin se on luultavimmin Neptunuksen kaltainen jättiläisplaneetta.

Supermaapallon edellytetään lisäksi kiertävän keskustähteään melko lähellä sitä.

 

Koska supermaapallojen massa on määritelmällisesti pieni, niiden aiheuttama signaali on heikko ja siksi näiden kohteiden havaitseminen on perinteisesti ollut haastavavampaa kuin jättiläisplaneettojen havaitseminen. Niiden arvioidaankin olevan kaikkien planeettahavaintojen joukossa aliedustettuna. Käytännössä tehokkaimpia havaintomenetelmiä supermaapallojen havaitsemiseksi ovat ylikulkuhavainnot ja erityisesti mikrolinssi-ilmiö.

Euroopan eteläisen observatorion tutkijaryhmän mukaan maankaltaisia planeettoja voi olla Linnunradassa jopa kymmeniä miljardeja.

Supermaat ovat planeettakandidaateissa erittäin yleisiä, Ainoastaan neptunukset ovat yleisempiä.

Auringolla ei ole ympärillään supermaita luultavasti siksi, että Auringon lähellä oli kivirauta-ainesta vähemmän kuin supermaita omaavien tähtien lähellä. Erään teorian mukaan aurinkokunnassa ensin kohti Aurinkoa, sitten Auringosta ulospäin vaeltanut Jupiter olisi pyyhkinyt Aurinkoa alussa ympäröineet supermaat tai näiden raaka-aineet pois. Toisen väitteen mukaan Auringon vetovoima olisi vienyt ainakin yhden supermaapallon pois.

Jos tähdellä on kylmä Jupiterin kaltainen jättiläisplaneetta, silloin sen supermaat ovat kivisiä ja melko kuivia. Jos jättiläisplaneetta puuttuu, supermaat ovat jäisiä ja/tai vetisiä.Supermaiden synty riippuu tähteä alussa ympäröivän kaasu- ja pölykiekon massasta. Jos kiekon massa on keskimääräinen, jättiläisplaneettojen sisään syntyy jäiisä supermaita, jotka vaeltavat kohti keskustähteä työntäen kiviset supermaat suureksi osaksi keskustähteen. Jos kiekko on massiivinen, syntyy kylmiä jättiläisplaneettoja ja kivisiä supermaita. Yleisemminkin koekon massan kasvu edistää jättiläisplaneettojen syntyä supermaiden sijaan. Jättiläisplaneetta kun estävät jäisä kappaleita vaeltamasta syntyvän planeettakunnan ulko-osista sisäosiin.

Ensimmäiset tunnetut kaksi supermaata löydettiin vuonna 1992 kiertämästä pulsaria PSR 1257+12. Kyseisten planeettojen massa oli liian alhainen, että ne voitaisiin yksiselitteisesti luokitella kaasujättiläisiksi. Ensimmäinen löydetty tavallista tähteä kiertävä supermaa oli Gliese 876 d, joka löydettiin vuonna 2005. 7. tammikuuta 2013 mennessä yksin Kepler-avaruusteleskoopin löytämistä eksoplaneettaehdokkaista 816 oli supermaan kokoluokkaa. Myös supermaita pienempia planeettaehdokkaita oli useita satoja. Sittemmin supermaapalloiksi luokiteltavia planeettoja on löytynyt useita.

Havaintojen mukaan eksoplaneetta COROT-7b on varmuudella supermaa. Sen massa on noin viisi Maan massaa ja säde 1,68 Maan sädettä. Tämä supermaapallo on lähellä keskustähteään kiertävä kuuma niin sanottu ktooninen planeetta, jonka pintalämpötila on 1 000–1 500 °C. Corot-7b:n toinen pallonpuolisko on laskujen mukaan sulaa laavaa.

• Planeettaluokitus
• Valtameriplaneetta

• Hotakainen, Markus: Onko siellä ketään - avaruuden älyä etsimässä. Helsinki: Minerva, 2014. ISBN 978-952-312-040-2.

Viitteet