keskiviikko 30. joulukuuta 2015

LIIKETTÄ AURINKOKUNNASSA

Oletko koskaan ajatellut mihin päin olet menossa? Näin äkkiseltään sohvalla lojuessa voisi kuvitella, että enpä juuri mihinkään. Toki nykypäivänä tiedämme Maan kiertävän Auringon ympäri ja Kuun pyörivän radallaan tuossa meidän ympärillämme, mutta näitä arkipäiväisiä asioita ei kovin usein tule ajatelleeksi tarkemmin tai varsinkaan niiden vaikutusta arkeemme. Aloitetaan siksi aivan alusta ja kuvitellaan olevamme muutamia miljoonia vuosia sitten puusta laskeutuvia esi-isiämme ja –äitejämme. Mitä tapahtuu, kun ensimmäisen kerran nostamme päätämme ylöspäin ja näemme kirkkaan valopallon loistavan taivaalla. Tässä vaiheessa tietomme maailmasta ovat täysin olemattomia. Mikä olisikaan ensimmäinen viitteemme jostain poikkeavasta? Aivan. Auringon nousu ja lasku jokaisena päivänä. Yksinkertainen ja selkeä asia, mutta antaa kuitenkin mahdollisuuden kahteen erilaiseen tulkintaan. Joko Aurinko kiertää Maata tai vaihtoehtoisesti Aurinko pysyy paikallaan ja pyörimme itse akselin ympäri niin, että yö ja päivä vaihtelevat säännölliseen tahtiin. Koska emme tunne pyörryttävää huimausta, niin päädymme aistinvaraiseen tulkintaan ja asetamme Auringon kiertämään Maata. Näin saamme varhaisen elämämme sujumaan helposti seuraavien satojen tuhansien vuosien ajaksi. Kun ei ole tarvetta miettiä liikoja, niin voimme keskittyä pysymään hengissä jääkausien ja muiden katastrofien ohessa.

Yön ja päivän vaihtelu on selvin merkki siitä, että kaikki ei pysy paikallaan. Savojärvi, Pöytyä, 6.8.2014.

Pian Auringon havaitsemisen jälkeen olemme huomanneet taivaalla jo toisenkin kirkkaan kappaleen, Kuun. Aluksi Kuu oli helppo laittaa Auringon tapaan kiertämään meitä ympäri, mutta pian huomaamme, että toisin kuin Aurinko, vaikuttaa Kuu käyttäytyvän suoraan sanottuna erikoisella tavalla. Se ei nimittäin näytä aina samalta, vaan sen ulkomuoto ja sijainti Auringon suhteen vaihtelee. Mikä siis neuvoksi? Me ainakin hyppäämme tässä kohdassa kirjoitustaidon kehittymiseen ja tutkimme näitä varhaisia asiakirjoja taivaankappaleista. Esihistoriallisten havaintojen ja kirjoitusten perusteella taivaankappaleet päätettiin laittaa eri kehille kiertämään Maata. Lähimpänä Kuu, sitten Aurinko ja viimeisenä tähdet. Kun tähän vielä lisättiin viisi liikkuvaa tähteä eli planeettaa, oli kehien sillisalaatti valmiina. Monimutkaisesta järjestelmästä huolimatta usko Maan asemasta kaiken keskipisteenä oli vahva, eikä kovin moni sitä edes kyseenalaistanutkaan. Kaikesta vaivannäöstä huolimatta erityisesti planeetat tuottivat matemaatikoille jatkuvasti harmaita hiuksia. Kehäteoriaa paranneltiin sen vuoksi jatkuvasti antiikin kreikkalaisten toimesta (eivätkä ne pahuksen planeetat silti osuneet ennusteen mukaisiin paikkoihin). Lopulta kopernikaaninen vallankumous 1500-luvun puolivälistä alkaen alkoi hiljalleen rikkoa tuota maakeskistä käsitystä. Samalla huomattiin, että planeettojen liike saatiin osumaan oikeaksi, jos Aurinko asetettaisiin kaiken keskipisteeksi. Palaan tähän vallankumoukseen vielä jossain vaiheessa ihan omana aiheenaan, joten unohdetaan historia toistaiseksi ja tarkastellaan aurinkokunnassa havaittavia erilaisia liikeratoja hieman tarkemmin nykyisten tietojen valossa.

Palataan siis takaisin ensimmäisenä kerrottuun Maan pyörivään liikkeeseen. Nykyään uskallamme olla jo siis melko varmoja siitä, että pyörimme Maan mukana, vaikka emme sitä itse tunnekaan. Päivän pituuden perusteella voidaan laskea matemaattisesti, että päiväntasaajalla seisovan henkilön nopeus on noin 1 670 kilometriä tunnissa. Tällä vauhdilla pääsemme maapallon ympäri siis noin 23 tunnissa 56 minuutissa ja karvan verran yli 4 sekunnissa. Tässä ajassa tulevat esiin kaikki pyörimisliikkeen vaikutukset. Toisessa ääripäässä Aurinko on planeettamme takana ja taivas on pimeä, kun toisessa päässä taivas loistaa kirkkaan sinisenä yllämme. Siinä välissä (aamuin ja illoin) taivas punertuu, kun Aurinko laskee tai nousee horisontista ja sininen valo siroaa pois joutuessaan kulkemaan pidemmän matkan ilmakehän läpi. Mielenkiintoista kyllä, päivän pituus ei pysy vakiona, vaan muuttuu ajan kuluessa. Kuun vuorovesivoimat nimittäin hidastavat päivän pituutta noin 1,6 millisekuntia 100 vuodessa. Ei kovin paljon, mutta ajan mittaan vaikutus kyllä näkyy. Geologisten tutkimusten mukaan esimerkiksi noin 600 miljoonaa vuotta sitten päivän pituus oli vain 22 tuntia.

Aurinko valaisee Kuuta eri kulmista kuukauden eri päivinä. Kuvassa hieman yli puolikas Kuu ja täysikuu. Länsinummi, Turku, 12 & 18.10.2013.

Toinen helposti havaittava liike, jonka jo alustuksessa mainitsin, on Kuun liike. Kuu onkin ainoa kappale (satelliittien lisäksi), joka oikeasti kiertää Maata ja siten jo historiallisesti ensimmäinen näennäiseltä liikkeeltään oikeaksi tulkittu kappale. Kuun kiertoon liittyy kaksi selvästi havaittavaa ominaispiirrettä. Ensimmäinen on Kuun vaiheet, jotka kertovat missä kulmassa Kuu sijaitsee Auringon suhteen. Jos et ole sitä aikaisemmin ajatellut, niin tutkipa tarkemmin esimerkiksi täysikuuta. Se näkyy nimittäin aina vastakkaisella puolella kuin Aurinko. Tällöin Aurinko paistaa suoraan sen pinnalle niin, että näemme koko Kuun pinnan valaistuna. Vastaavasti uudenkuun aikana Kuu sijaitsee aina hyvin lähellä Aurinkoa, eikä sitä voi silloin nähdä. Kapea sirppi näkyy puolestaan aina joko heti pimeän tulon jälkeen tai vastaavasti juuri ennen aamun sarastusta. Toinen Kuun liikkeeseen liittyvä erikoinen piirre on sen oma pyörimisliike akselinsa ympäri. Mikäli katsot Kuuta säännöllisesti, huomaat varmasti sen kääntävän aina saman puolen Maata kohti. Kiertorata on siis lukkiutunut niin, että Kuun kiertoaika Maan ympäri on yhtä pitkä kuin sen pyöriminen akselinsa ympäri. Pienen huojunnan (libraation) ansiosta voimme kuitenkin nähdä Kuun pinnasta hieman enemmän eli noin 59 %.

Historiallisesta näkökulmasta mielenkiintoisin Maan liike on sen kierto Auringon ympäri. Nikolai Kopernikuksen aloittama, Johannes Keplerin jatkama ja Isaac Newtonin viimeistelemä planeettojen kiertoratoja koskevat laskelmat ja painovoimateorian synty saivat aikaan suuria mullistuksia tieteen näkökulmasta. Maan kiertoon Auringon ympäri liittyy yhä jonkin verran väärinkäsityksiä. Aika usein nimittäin kuulee, että vuodenajat johtuisivat Maan kiertoliikkeestä Auringon ympäri. Tämähän ei tietystikään pidä paikkaansa, sillä Maan kiertorata on hyvin lähellä ympyrää. Etäisyyden vaihteluväli on noin 147 – 152 miljoonaa kilometriä, eikä se riitä aiheuttamaan merkittävää lämpötilan vaihtelua Maan pinnalla. Meidän näkökulmastamme on kaiken lisäksi nurinkurista, että Maan radan kaukaisin piste osuu heinäkuun alkuun ja lähin piste tammikuun alkuun. Vuodenajoista joudummekin syyttämään akselimme kaltevuutta, josta lisää seuraavassa kappaleessa. Vuorokauden lisäksi vuosi eli kiertoaikamme Auringon ympäri on yksi kalenterijärjestelmämme peruspilareista. Vuoden kuluttua Aurinko on nimittäin samassa kohtaa taivasta kuin tänäkin päivänä. Vuoteen perustuvasta kalenterijärjestelmästä on ollut korvaamaton apu esimerkiksi viljan kylvöä suunniteltaessa. Aivan helppoa ei vuoden määrittely ole ollut, sillä se ei millään tahdo osua sopivasti vuorokauden jaksollisuuteen. Vuositasolla muutaman tunnin virheellä ei toki ole merkitystä, mutta esimerkiksi 50 vuodessa se on jo kasvanut hieman turhan suureksi. Vielä nykyäänkin lisäämme joka 4. vuosi yhden ylimääräisen päivän helmikuun loppuun. Vuosi Maassa kestää 365,2422 vuorokautta mikäli se lasketaan Auringon sijainnin perusteella (ns. trooppinen vuosi). Niin ja meidän liikkeemme nopeus matkalla Auringon ympäri on muuten huimat 107 200 kilometriä tunnissa.

Maan asento Auringon suhteen eri vuodenaikana. 

Ja sitten vielä niihin vuodenaikoihin, joiden vaihtelu on erityisen helppo huomata täällä Suomessa. Kaikki ovat varmasti havainneet, kuinka päivän pituus vaihtelee kuukaudesta toiseen. Talvella Aurinko jaksaa hädin tuskin kohota Etelä-Suomessakaan horisontin yläpuolelle, kun kesällä puolestaan on valoisaa käytännössä läpi koko yön. Tähän on syypäänä Maan akselin kaltevuus, joka on noin 23,5 astetta. Sama ilmiö aiheuttaa myös vuodenaikojen vaihtelun, sillä ne riippuvat suureksi osaksi Auringon saapuvan säteilyn määrästä. Vähemmän auringonpaistetta, vähemmän lämpöä ja tietysti päinvastoin. Aivan näin suoraviivainen asia ei ole, sillä ilmastoon vaikuttaa myös monia muita tekijöitä kuten meren läheisyys, matalapaineiden reitit ym. Auringon korkeuden vaihtelu on havaittu jo hyvin varhaisessa vaiheessa ihmisen historiaa ja monien esihistoriallisten monumenttien rakenteessa on havaittu selkeitä suuntaviivoja tärkeiden tapahtumien kuten kesä- ja talvipäivänseisauksien suhteen. Silloinhan Auringon korkeus horisontista on joko korkeimmillaan tai matalimmillaan. Merkkejä on havaittu jopa Stonehengen aikaisissa rakennelmissa. Ajankohdan määrittely Auringon korkeuden mukaan oli tärkeää myös esimerkiksi Egyptissä Niilien tulvien ennustamisessa.

Keskitalvella päivä on Suomessa lyhimmillään (ja kylmääkin on). Riihikallio, Turku, 24.12.2014.

Jotta liikeratojemme laskuihin saataisiin lisää haastetta, otamme mukaan vielä yhden Maan liikkeeseen vaikuttavan tekijän. Maan akselin suunta ei nimittäin ole stabiili. Ajattele hyrrää, joka pyörii pöydällä. Huomaat nopeasti, että hyrrän kärjen suunta muuttuu sen pyöriessä. Näin toimii myös Maan akseli ja tätä liikettä kutsutaan prekessioksi. Maan osalta akseli pyörähtää ympäri 25 725 vuoden jaksoissa. Prekession vaikutuksesta akseli ei siis osoita aina samaan kohtaan taivasta. Tällä hetkellä akseli osoittaa likimääräisesti kohti Pohjantähteä, jonka ympärillä kaikki tähdet näyttävät kiertävän, mutta esimerkiksi noin vuonna 14 000 tällaisena suuntaa antavana ”napatähtenä” toimiikin Lyyran tähdistön kirkas Vega.

Maan akselin suunta osoittaa nykyisin hyvin lähelle Pohjantähteä, jonka ympäri muut tähdet näyttävät kiertävän, Kevola, Paimio, 28.12.2015.

Samat liikelait koskevat myös kaikkia muita aurinkokunnan kappaleita. Ei siis ihme, että erilaisten ratojen ja paikkojen tarkka laskeminen osoittautui historiassa huomattavan vaikeaksi. Yksi yhteinen tekijä Auringon, Kuun ja planeettojen liikkeessä Maasta katsoen kuitenkin on. Ne nimittäin näyttävät seuraavan melko tarkalleen samaa linjaa taivaalla. Tätä rataa kutsutaan ekliptikaksi tai ehkä kansanomaisemmin eläinradaksi. Radan säännönmukaisuus on seurausta siitä, että kaikki edellä mainitut taivaankappaleet liikkuvat Auringon ympäri melko tarkasti samassa tasossa. Maan akselin kallistumasta johtuen ekliptikan korkein asema ulottuu Kravun ja matalin Kauriin tähdistöjen kohdalle (aivan, juuri siihen 23,5 asteeseen ekvaattorin tasosta). Taivaankappaleiden eläinradan mukaan liike tunnettiin jo muinaisessa Mesopotamiassa ja sieltä ovat peräisin myös kaikkien tuntemat horoskooppimerkit eli ne 12 tähdistöä, joiden kautta taivaankappaleet kulkevat. Aivan yhdenmukaista rataa nämä kappaleet eivät kuitenkaan kulje. Tarvitaan vielä yksi termi lisää sanastoomme, koska planeettojen kiertoradat ovat keskenään hieman kaltevia. Ratojen kaltevuuden eli inklinaation vuoksi voivat planeettojen sijainnit poiketa ekliptikasta muutamia asteita pohjoiseen tai etelään. Inklinaation vuoksi planeetat eivät myöskään kulje toistensa editse tai peity Kuun taakse jokaisella kerralla, kun ne radallaan liikkuvat eteenpäin. Tällaiset tapahtumat ovat oikeastaan hyvin harvinaisia ja esimerkiksi nyt 9.1.2016 tapahtuva Venuksen ja Saturnuksen konjunktio eli lähikohtaaminen (1/12 astetta) on jo varsin harvinainen tapahtuma. Esimerkiksi vuonna 2016 vähintään kaksi planeettaa on alle asteen eli kahden täysikuun läpimitan etäisyydellä toisistaan vain kahdeksan kertaa. Seuraavan kerran kaksi planeettaa ovat täsmälleen toistensa kohdalla vasta vuonna 2065. Kuu on sentään kooltaan sen verran suurempi, että sen taakse planeettoja katoaa (ja tulee esiin) vuosittain.
Eräs mielenkiintoinen ylikulkutapahtuma on myös Merkuriuksen liike Auringon editse. Tällaiset ylikulut ovat kohtuullisen harvinaisia tapahtumia, joita voi nähdä noin 1-2 kertaa vuosikymmenessä. Seuraava Merkuriuksen ylikulku näkyy myös Suomessa ja se on havaittavissa jo ensi keväänä 9.5.2016. Tarkempia tietoja ja vinkkejä tulee myös tänne blogiin lähempänä tapahtumaa. Myös toinen sisäplaneetoista, Venus, kulkee toisinaan Auringon edestä. Tämä tapahtuma on kuitenkin äärimmäisen harvinainen. Seuraavaa saamme nimittäin odotella vuoteen 2117. Edellinen ylikulku oli tosin vain jokunen vuosi sitten eli 6.6.2012.

Venus ja Jupiter ohittivat toisensa taivaalla alle puolen asteen etäisyydeltä kesällä 2015. Mallemort, Ranska, 29.6.2015.

Helpoin tapa havaita kahden taivaankappaleen välinen ylikulku on seurata Jupiterin kuiden liikettä sen editse. Iso-Heikkilä, Turku, 31.3.2015.

Lopuksi vielä kaksi parasta esimerkkiä taivaankappaleiden liikkeisiin perustuvista tapahtumista eli kuun- ja auringonpimennys. Molemmat tapahtumat ovat periaatteessa yhtä yleisiä, mutta auringonpimennyksen näkyvyysalue on useimmiten enimmillään vain muutamia satoja kilometrejä. Kuunpimennys puolestaan näkyy yleensä koko sen puoleisella Maan pinnalla, jossa Kuu on pimennyksen aikaan horisontin yläpuolella. Tästä johtuen samalla paikkakunnalla on pitkän ajan kuluessa mahdollista nähdä huomattavasti useampia kuun- kuin auringonpimennyksiä. Pimennysten laajuus johtuu Maan ja Kuun välisestä kokoerosta. Kun Maa sijaitsee Auringon ja Kuun välissä, on sen aiheuttaman varjon laajuus huomattavasti suurempi ja kestää paljon pidempään kuin silloin, kun näennäisesti samankokoiset Aurinko ja Kuu ovat samalla linjalla. Koska Kuun etäisyys vaihtelee Maasta, ovat myös auringonpimennykset eripituisia. Parhaimmillaan auringonpimennys voi kestää jopa yli seitsemän minuuttia. Toisinaan voi käydä jopa niin, että Kuu sijaitsee niin kaukana, että Aurinko ei pimennykään täydellisesti, vaan sen ulkoreuna jää näkyviin. Tällöin tapahtuu rengasmainen auringonpimennys. Varsinaisen pimennysalueen ulkopuolella on nähtävissä osittainen auringonpimennys huomattavasti leveämmällä alueella kuin varsinainen täyspimennys. Viimeisin sellainen näkyi Suomessa 20.3.2015 eli viime keväänä. Pimennysten jaksollisuus havaittiin jo Mesopotamiassa lähes tuhat vuotta ennen ajanlaskun alkua. Tämä Saros-jaksoksi kutsuttu aika on noin 18 vuoden mittainen. Sen perusteella voitiin jo varhaisessa historiassa ennustaa kuunpimennyksiä. Väitteet auringonpimennysten ennustamisesta tuona aikana perustuvat todennäköisesti väärinkäsityksiin, sillä varhainen matematiikka ei vielä riittänyt laskemaan kapean kaistaleen sijaintia täsmällisesti. Jakson avulla voitiin toki arvioida sitä, milloin auringonpimennys voisi olla mahdollinen.
Seuraava Suomessa näkyvä täydellinen kuunpimennys on 31.1.2018 eli noin kahden vuoden kuluttua. Seuraavaan täydelliseen auringonpimennykseen Suomessa kuluu vielä hieman yli 100 vuotta (v. 2126), joten sellaisen nähdäkseen täytyy valitettavasti matkustaa jonnekin muualle. Rengasmainen auringonpimennys Suomessa on puolestaan mahdollista nähdä (jo) vuonna 2039 ja osittainen sentään 11.8.2018. Tuo osittainen pimennys on tosin melko vaatimaton ja auringosta peittyy parhaimmillaan Pohjois-Suomessa noin 30 %.

Osittaisen auringonpimennyksen vaiheet näkyivät kohtuullisesti pienestä pilvisyydestä huolimatta. Iso-Heikkilä, Turku, 20.3.2015.

 Kuvat: © Jani Laasanen



Ei kommentteja:

Lähetä kommentti