Impakti

Impaktilla (engl. impact, törmäys, isku) tarkoitetaan avaruudesta tulevan kappaleen törmäystä Maahan. Törmäävä taivaankappale voi olla meteoroidi, asteroidi tai komeetta. Suuren kappaleen törmätessä voi syntyä suurta tuhoa, jopa massasukupuutto. Tuho aiheutuu räjähdyksen painevaikutuksesta, tuulesta ja polttovaikutuksesta sekä törmäyspaikasta sinkoilevasta sulasta kivestä ja maanjäristyksestä.
Mereen osuessaan asteroidi synnyttää valtavan hyökyaallon. Jos törmäys on riittävän suuri, täydentää tuhoa lisäksi kappaleen nostattamien kemikaalien ja pölyn aiheuttama ilmastonmuutos. Törmäyksen nostattama pienhiukkaspilvi voi pimentää auringonvalon kuukausiksi tappaen yhteyttäviä kasveja ja niistä ravintonsa saavia eläimiä mukaan lukien ihmiset.
Laajaa alueellista tuhoa aiheuttavia törmäyksiä tapahtuu kymmenien tuhansien – satojen tuhansien vuosien välein. On tuhansia asteroideja, jotka saattavat törmätä maahan. Pienen asteroidin törmäys aiheuttaa tuhoa vain suuren kaupungin suuruisella alueella, kuten kävi Siperiassa 1908. Kaikkien mahdollisten törmääjien ratoja ei tunneta. Useita asteroideja on havaittu vain muutamaa päivää ennen Maan lähiohitusta. NASA tarkkailee useita maata uhkaavia asteroideja, meteoriitteja ja muita kappaleita jatkuvasti.
Nykyisellään ei ole keinoa torjua Maahan törmäävää asteroidia. Tämän takia asteroiditörmäykset eli impaktit ovat todellinen uhka Maan asukkaille. On ajateltu, että tulevaisuudessa voitaisiin muuttaa törmäyskurssilla olevien asteroidien ratoja niin, etteivät ne osuisi Maahan.

Impaktien yleisyys

Maan ilmakehään osuu jatkuvasti erikokoisia kappaleita, joista jo muutaman millimetrin kokoiset pölyhiukkaset pystyvät aiheuttamaan tähdenlentoja, meteoreja. Myös melko suuret, noin 10 metrin kokoiset kappaleet, jollaisia osuu Maahan noin kerran vuodessa, saattavat tuhoutua ilmakehässä. Varsinkin koostumukseltaan huokoiset, melko suuretkin kappaleet, hajoavat räjähdyksen omaisesti ilmakehässä. Hajoaminen johtuu ilmanvastuksen aiheuttamasta kitkakuumenemisesta, kappaleen syöksyessä hyvin suurella nopeudella Maan ilmakehään.
Arizonan yliopiston Earth Impact Effects Program -sivuston mukaan Aurinkoa kiertävän kappaleen nopeus ennen sen saapumista Maan ilmakehään on 11–72 km/s. Tyypillinen asteroidin törmäysnopeus on 17 km/s ja komeetan 51 km/s. Toisten tietojen mukaan maahan osuvien suurten meteorien, tulipallojen eli bolidien nopeudet ovat keskimäärin 25 km/s, vaihdellen välillä 13,45–67,2 km/s.
Maahan törmää satunnaisesti lyhyin aikavälein pieniä alle 50-metrisiä meteoroideja, ja pidemmin aikavälein suurempia asteroideja. On arvioitu, että 10-metrinen kappale osuu maahan noin kerran vuodessa tuhoutuen ilmakehässä tai tehden Maan pintaan pienen kraatterin. Noin viisi kertaa vuosisadassa Maahan osuu kappale, joka aiheuttaa paikallisen katastrofin. Suurta alueellista tuhoa aiheuttavia asteroideja törmää maahan tuhannen–miljoonan vuoden välein, aiheuttaen tyypillisesti valtavia hyökyaaltoja, laajaa hävitystä paineaallon, kuumuuden ja maanjäristyksen ja ilmaston muutosten takia.
Noin tuhannen megatonnin törmäysräjähdys, joka aiheutuu suunnilleen 200 metrin läpimittaisesta kappaleesta, voi synnyttää mereen törmätessään todella tuhoisan hyökyaallon. Näin isoja kappaleita törmää kerran 10 000 vuodessa. Uusimpien laskujen mukaan 200 metrin läpimittainen asteroidi aiheuttaisi viisi kilometriä syvään veteen osuessaan hyvin nopeasti heikkenevän hyökyaallon, joka olisi tuhoisa vain rannikoilla. 30 kilometrin päässä iskukohdasta aalto olisi 60 metriä korkea, 1 000 kilometrin päässä enää alle 10 metrin korkea, Oslon yliopiston tutkijan Gelen Gislerin tekemien tietokonelaskelmien mukaan.
Kilometrin läpimittaisia kappaleita osuu noin 200 000–500 000 vuoden välein, ja viiden kilometrin läpimittaisia 10 miljoonan vuoden välein. Viimeistään kahden kilometrin kokoinen kappale aiheuttaa maailmanlaajuisen katastrofin. Näitä osuu noin miljoonan vuoden välein.

Tapahtuneet impaktit

Asteroidien törmäysjäljet häviävät näkyvistä Maan pinnalta melko nopeasti erilaisten geologisten prosessien takia. Miljoonien vuosien kuluessa kraatterit peittyvät kerrostumiin, ja eroosio rapauttaa niitä pinnalta. Näin ollen maan pinnalta löytyneiden kraatterien määrä ei anna todellista kuvaa törmäystiheydestä. Nykyään monia kraattereita on löydetty miljoonia vuosia sitten syntyneiden kivikerrostumien alta.
Shansiin Kiinaan törmäsi helmi–maaliskuussa vuonna 1490 ehkä noin 100 metrin läpimittainen taivaankappale, jonka räjähdys ja muut vaikutukset tappoivat 10 000 ihmistä. Kiviä satoi laajalla alueella. Näin suuria törmäyksiä tapahtuu ehkä 1 000 vuoden välein, ja Maan läheltä kulkee kaikkiaan 200 000 tämän kokoista kappaletta. Vuonna 1908 räjähti Siperiassa Tunguskajoen lähellä löyhä 30–50 metrin läpimittainen, luultavasti hiilipitoinen meteoriitti noin 10–15 megatonnin voimalla korkealla ilmassa, koska se kaasuuntui ilmakehän kitkakuumennuksen takia. Räjähdys tapahtui monessa vaiheessa, kun hajoavan asteroidin eri osat räjähtivät eri aikoihin. Yksi ihminen kuoli räjähdyksessä. Ikkunoita särkyi vielä 400 kilometrin päässä. Metsää paloi 12–15 kilometrin säteellä ja kaatui jopa 40 kilometrin säteellä. 
Yhdysvaltain Utahin yllä 14. elokuuta 1972 ilmakehään sukelsi läpimitaltaan 2–10 metrin kokoinen meteoroidi, joka saapui niin viistossa kulmassa, että se kimposi noin 57 kilometrin korkeudesta. Kyseinen kappale liikkui vain nopeudella 800 m/s, kulkien ilmakehässä 1 500 kilometrin matkan ja näkyen 100 sekuntia. Se näkyi hyvin kirkkaana päivällä, ja siitä otettiin kaitafilmejä. Maahan törmätessään kappale olisi räjähtänyt jopa viiden Hiroshiman pommin voimalla. Vuonna 2002 räjähti itäisen Välimeren yllä jokin 26 kilotonnin, eli parin Hiroshiman pommin voimalla. Räjähdyksen arvellaan aiheutuneen noin yhdeksän metrin läpimittaisen meteoroidin osumasta Maan ilmakehään. 
Noin 50 000 vuotta sitten syntyi Yhdysvaltoihin Arizonaan noin 1,2 kilometrin levyinen Barringer-kraatteri. Nykyisten Yhdysvaltain alue oli silloin melko varmasti asumatonta, intiaanit eivät olleet ehtineet vielä muuttaa Amerikkaan. Arviolta noin 700 000–900 000 vuotta sitten törmäsi nykyiseen Kazakstaniin melko suuri asteroidi, joka aiheutti 14 kilometrin läpimittaisen kraatterin. Dinosaurukset kuolivat noin 65 miljoonaa vuotta sitten maailmanlaajuisessa joukkotuhossa, jonka syyksi on epäilty harvinaisen suurta asteroiditörmäystä.
Ensimmäinen ennustettu törmäys tapahtui 7. lokakuuta 2008. Tällöin halkaisijaltaan noin viiden metrin mittainen kappale törmäsi Afrikassa Pohjois-Sudanin ilmakehään ja räjähti 37 kilometrin korkeudessa. Seuraavina viikkoina löydettiin useita räjähtäneen kappaleen sirpaleita maanpinnalta.

Maan lähelle tulevat asteroidit

Aina silloin tällöin uutisoidaan Maan lähelle tulevista asteroideista. Ne kuuluvat muun muassa Apollo- ja Aten-ryhmiin. Melko uhkaavana on pidetty asteroidia 99942 Apophis, joka ohittaa maan huhtikuussa 2029 noin 35 000 kilometrin päästä, eikä se nykynäkemyksen mukaan törmää Maahan. Asteroidi tulee näkymään 3,3-suuruusluokan tähtenä. Tämän kokoinen asteroidi näkyy näin lähellä noin 1 300 vuoden välein. Vuonna 2036 tämä sama asteroidi tulee niin lähelle, että se uhkaa törmätä Maahan todennäköisyydellä 1:45 000. Pahin mahdollinen suuren tuhon aiheuttaja on nykytiedon mukaan (29075) 1950 DA, joka uhkaa törmätä Maahan todennäköisyydellä 1:300 16. maaliskuuta 2880. Törmäystodennäköisyys on tuhatkertainen muihin Maan lähelle tuleviin asteroideihin verrattuna.

Kansainvälinen kiinnostus

Yhdysvalloissa, Euroopan unionin alueella ja Venäjällä on vuonna 2010 käynnissä erilaisia asteroidien etsintäohjelmia, joilla koetetaan etsiä Maata uhkaavia asteroideja. Yhdysvaltain ilmavoimilla oli kylmän sodan uhkakuvattomana aikana 1990-luvun alussa suurehko asteroidiuhkaan liittyvä tutkimusohjelma. Euroopan avaruusjärjestön ”Avaruustilannekuva”-ohjelman (SSA, Space Situational Awareness), joka alkoi vuonna 2008, teemat ovat avaruussää ja NEO-uhka, jossa NEO tarkoittaa maan liki lentäviä kappaleita (Near-Earth Orbit), lähinnä asteroideja ja komeettoja. Vuonna 2011 Euroopan komission 7. puiteohjelma aloitti neljän miljoonan euron kokoisen tutkimusprojektin tästä asiasta siten, että eurooppalaisten tutkijoiden lisäksi hankkeeseen tulee muun muassa yhdysvaltalainen ja venäläinen osaaminen mukaan. Vuonna 2009 Venäjän avaruusjärjestö nosti teeman esille julkisuudessa. Yhdysvaltain presidentti Obaman esiin nostama ajatus, että NASA tekisi miehitetyn lennon asteroidille liittyy osaltaan tähän teemaan.
Nykyisin tunnetaankin noin 90 prosenttia yli kilometrin kokoisten Maan lähellä käyvien asteroidien radoista. Tarkoitus on aikaa myöten etsiä yhä pienempiä maata uhkaavia asteroideja.
Yhdysvaltalainen elokuvateollisuus on käsitellyt aihetta science fiction- ja toimintaelokuva-viihteen näkökulmasta. Elokuvat, kuten Deep Impact ja Armageddon ovat 1990-luvulta nykyaikaan esitelleet ihmiskunnan pelastumista maahan törmäävän taivaankappaleen tuhon uhasta.
Vuoden 2010 lopulla Purduen yliopisto on alkanut jakaa ”Impact Earth” -ohjelmaa suurelle yleisölle ilmeisesti mielipideilmaston muokkaustoimena. Euroopan avaruusjärjestön Saksan keskuksessa pidettiin kokous lokakuun lopulla 2010, jossa vaadittiin globaalia ”toimeenpanosuunnitelmaa” asteroidiuhan torjumiseksi. Tämä on hyvin samanlaista propagandaa yleisen mielipiteen puolelle saamisessa kuin se, jota kylmässä sodassa teki ”sotilaallis-akateemis-teollinen kompleksi”. Pitkälle kyse kuitenkin on eri maiden rakettiteolliisuuden työllistämisestä. Joulukuussa 2010 Los Alamosin kansallinen laboratorio, Yhdysvaltain ydinaseiden kehittäjä, on ilmaissut kantanaan, että uhkaavat asteroidit tulisi torjua ydinaseilla. Täten ohjelman rahoituksen haun lobbauksessa ollaan palattu kylmän sodan jälkeisen Yhdysvaltain sotilasilmailun ja aseteollisuuden laman aikaiseen skenaarioon. Joulukuussa 2010 NASAa kehotettiin kehittämään ”asteroid hunting spacecraft”, joka tässä yhteydessä on avaruusteleskooppi, joka etsii NEO-kappaleita. Asiaa varten on kirjoitettu Yhdysvaltain liittovaltion lakiin toteutusvaatimus kongressiedustaja George E. Brown, Jr.:n nimeä kantava ”Near-Earth Object Survey”, joka on osa vuoden 2005 NASA-budjettilakia. NASAn neuvoa-antavaan komiteaan on luotu ”Ad-Hoc Task Force on Planetary Defense” -jaos. Ball Aerospace on esiintynyt teollisuuden edustajana asian poliittisessa edistämisessä.
Elokuun jälkipuolella 2011 järjestettiin asteroidiuhan torjunnasta kansainvälinen kokous Kaliforniassa.

Rajallisen kyvyt torjuntaan

Nykyisin ei ole kokeiltua, luotettavaa keinoa asteroidin Maahan tapahtuvan törmäyksen torjumiseksi. Usein on ehdotettu maata uhkaavien asteroidien räjäyttämistä ydinaseilla höyryksi. Suurten, yli kilometrin läpimittaisten asteroidien tapauksessa tämä vaatisi nykyisiä suurempia vetypommeja. Yhden TNT-megatonnin suuruisen ydinräjähteen voima rikkoisi arviolta 200–300 metrin läpimittaisen kivisen asteroidin ja saattaisi hajottaa jopa kilometrin läpimittaisen löyhän kivikasatyyppisen asteroidin, jos pommi voitaisiin asentaa asteroidin sisälle. Monet asteroidit ovat löyhiä kivikasoja. Pommin toimittaminen asteroidin sisälle voi sinänsä olla ylivoimainen tehtävä.
Teoriassa on mahdollista rakentaa hyvin suuria vetypommeja, sillä laskennallista ylärajaa vetypommin koolla ei ole. Ydinräjähteen pelätään rikkovan asteroidin kymmeniksi–tuhansiksi kappaleiksi, jotka voisivat olla Maan ilmakehään osuessaan yli 35-metrisiä ja siis aiheuttaa hyvin suurta tuhoa maan pinnalla. Lukuisten yksittäisten kappaleiden lopullinen tuhoaminen ennen törmäystä maahan on huomattavan vaikeaa.
On myös ehdotettu, että ydinräjäytyksiä käytettäisiin asteroidin pinnassa ikään kuin raketin pulsseina eli muuttamaan asteroidin rataa. Ydinräjähdyksen tulipallon kaasut ja pois sinkoava asteroidin aines toimisivat rakettimoottorin tavoin. Monien pienien pommien räjäyttely sopivilla hetkillä asteroidin pinnasta saattaisi ajaa asteroidin pois maata uhkaamasta. Asteroidin massaominaisuudet, pyöriminen ja rajallinen lujuus voivat tehdä tällaisten suunnattujen räjäytysten toteutuksen hyvin vaikeaksi suunnitella ja toteuttaa.
On myös ehdotettu, että suuren avaruuslaitteen osuma voisi muuttaa asteroidin rataa. Euroopan avaruusjärjestö ESA tutkii tätä Don Quijote -ohjelmallaan. Asteroidin pintaan voisi sijoittaa massanheittimen, jonka rekyylivoima muuttaisi asteroidin rataa. Samalla tavoin toimisi asteroidin pinnalle sijoitettu raketti. Tällaisen massiivisen avaruuslaitteen rakentaminen ja kuljettaminen asteroidin pinnalle maksanee vähintään miljardeja euroja.
Jos asteroidin torjumiseen on huomattavan pitkä aika eli useita vuosia, asteroidin rataa voi muuttaa hitaasti raskaan avaruuslaitteen omalla vetovoimalla. Avaruuslaitteen paikkaa vaihtelemalla voisi asteroidia ohjailla vapaasti, mutta hitaasti. Toistaiseksi on pystytty rakentamaan noin 100 tonnin painoinen maan matalalla kiertoradalla toimiva avaruusasema. Se on koottu useiden kymmenien kantorakettilaukaisujen avulla noin kymmenessä vuodessa. Suurempi massa ja sen kuljettaminen pois maan kiertoradalta vaatii paljon suuremman operaation.
Asteroidiin voisi kohdistaa peileillä Auringon säteilyä polttopisteeseen. Polttopisteeseen kohdistuva lämpöenergia kaasuunnuttaa asteroidin materian, mikä vaikuttaisi rakettimoottorin tavoin. Peilien kohdistaminen asteroidiin jatkuvasti vaatii joko peilejä ympäri maapalloa tai avaruuteen sijoitettavia peilejä. Jos peilien kokonaispinta-alan tulee olla hyvin suuri, tällä voi olla negatiivia vaikutuksia maapalloon.
Asteroidi voitaisiin kääriä aluminoituun PET-muovikelmuun tai kuorruttaa säteilyä heijastavalla pölyllä, joka muuttaisi Auringon säteilypaineen kautta sen rataa. Asteroidin tielle voitaisiin luoda höyry- tai kaasupilvi, joka hidastaisi sen liikettä ja ehkä siten estäisi sen osumisen Maahan. Höyry voitaisiin joissain tapauksissa ottaa läheltä kulkevan komeetan aineksesta. Näissäkin lento asteroidille suorittamaan sen pinnan muuttaminen on valtava tehtävä.
Pekingiläisen Tsinhua-yliopiston tutkijat ovat ehdottaneet ”vuonna 2036 Maahan mahdollisesti törmäävän” asteroidin suunnan muuttamista törmäyttämällä siihen aurinkopurjeella varustettu avaruusalus riittävän kaukana Maasta, jolloin törmäys muuttaa asteroidin lentokulmaa ja se ohittaa maan.

Törmäyskulman vaikutus impaktikraatteriin

Vaikka törmäävän kappaleen suunta poikkeaisikin pystysuunnasta melko paljon, syntyvä kraatteri on pyöreä. Jos törmäyskulma on alle 45 astetta, törmäysheitteen jakautuma poikkeaa ympyrästä. Jos törmäyskulma on alle 15 astetta, niin kraatterin muoto muuttuu. Jos kulma on noin viisi asetta, poikkeama ympyrästä on selvä.

Valtameret haihduttava törmäys

Halkaisijaltaan yli 100 kilometrin kappaleen törmäys hävittää elämän Maan pinnalta paikallisesti tai jopa kokonaan. Maan historian alkuaikoina Maahan iskeytyi jopa satojen kilometrien läpimittaisia kappaleita, joiden törmätessä ilmakehä haihtui avaruuteen ja meret höyrystyivät. Näin suuria törmäyksiä on saattanut sattua Maan historiassa jopa kuusi kertaa ja nekin aivan planeetan historian alussa miljardeja vuosia sitten. Ksenonin isotoopeista on päätelty, että viimeinen ilmakehän tuhoava törmäys olisi tapahtunut noin 80 miljoonaa vuotta Kuun synnyn jälkeen, eli noin 4,45 miljardia vuotta sitten.
Merissä on vettä 1,4 · 10²¹ kg, minkä haihtuminen vaatii 2,5 · 10⁶ J/kg, kun lämpötila pitää nostaa kriittiseen pisteeseen (675 K), missä vesi haihtuu suurissakin paineissa. Tähän tarvitaan energiaa noin 4 · 10²⁷ J.
Läpimitaltaan 500 km asteroidin massa on noin 2 · 10²⁰ kg. Jos se törmää tavanomaisella 14 km/s nopeudella, vapautuu energiaa (massa · nopeus · nopeus) / 2 = 2 · 10²⁸ joulea, mikä on 20 prosenttia merien haihtumiseen vaadittavasta energiasta. Törmäys synnyttäisi arviolta 1 500 kilometrin levyisen kraatterin. Sulanutta kiveä roiskuisi ympäristöön ja höyrystyisi noin 5 · 10²⁰ kg. Maan kaasukehä korvautuisi silloin kuumalla kivihöyrystä koostuvalla kaasukehällä, jonka paine olisi noin 100 baria, lämpötila 2 300 kelviniä (K) ja korkeus 40 kilometriä. Meri kiehuisi pinnasta ja haihtuisi kaasukehästä avaruuteen. Syvemmällä meri olisi viileämpää. Pinnan lämpötila nousisi 3 200 kelvinin lämpötilaan metrien paksuisen kivikerroksen sataessa päivittäin. Maan pinta sulaisi ehkä 10 metrin syvyydeltä, ja mahdollinen elämä katoaisi noin 800 metrin syvyyteen, jossa lämpötila olisi yli 1 000 kelviniä. Kivisade loppuisi parissa kuukaudessa ja ilmakehän yläosa viilenisi 300 kelviniin, mutta meret haihtuisivat alemmissa ilmakehän osissa, kunnes kaasukehä saavuttaisi meren pinnalla veden kastepisteen. Tämä vaihe kestäisi noin 900 vuotta. Kun kaasukehä olisi jäähtynyt alempaa, alkaisi 200 vuoden vesisade. Joidenkin uusien tulosten mukaan suuren pommitukset törmäykset eivät olisi kyenneet hävittämään alkanutta bakteeritasoista elämää maapallolta.