keskiviikko 31. joulukuuta 2014

Harrastajan tähtitaivas: Tammikuu 2015

Venus ja Merkurius ovat lähekkäin muutamana iltana
heti auringonlaskun jälkeen. Kuvassa niiden keskinäinen
asema on merkitty 7.1. kello 16.15. Mars on liian himmeä
näkyäkseen vielä tässä vaiheessa iltaa mutta tuntia
myöhemmin se on jo hyvin näkyvissä.==
Talven havaintokelit perinteisesti eivät ole olleet kovinkaan hyviä, sillä usein korkeapaineen vallitessa pilvisyys on silti kaiken kattavaa. Selkeät illat ovat harvinaisia ja lämpötila laskee nopeasti pilvipeitteen vetäytyessä. 

Koko syyskauden iltataivaalla kirkkaita planeettoja ei ole ollut horisontin yläpuolella. Nyt kuitenkin tilanne muuttuu ja planeettoja ilmaantuu myös illalla havaittavaksi. Erityisesti Jupiter hyvin näkyvissä talven kuluessa.

Aurinko on aloittanut näennäisen matkansa kohti pohjoista tähtitaivasta talvipäivän seisauksen jälkeen. Vielä tammikuussa se ei ole matkallaan edennyt paljoa mutta päivän pituus on jo jatkunut jonkin verran. Kuukauden alkupuolella valoissa aikaa on 5 h 24 m ja loppupuolella 7 h 30 m. Etelämeridiaanin ylitys tapahtuu kuukauden alussa noin 5,5° ja loppupuolella lähes 11° korkeudella.

Maapallo on ratansa perihelissä 4. tammikuuta, jolloin Maan ja Auringon välinen etäisyys on 147 096 205 km ja Aurinko näkyy meille 32’ 31” kokoisena.

Kuu on ratansa pohjoisimmassa pisteessä 4.1. deklinaatioltaan lähes 18°, eteläisimmässä pisteessä se on 18.1. (deklinaatio 19° 11’ 01”) ja uudelleen pohjoisimmassa pisteessä 31.1. Kuun etäisyys on suurin 10.1. (403 500 km) ja pienin 21.1. (363 400 km). Vastaavasti näennäiset kulmahalkaisijat ovat 29,6’ ja 32,9’.

Kuun vaiheet ovat: täysikuu 6.1. kello 6.53, vähenevä puolikuu 13.1. kello 11.46, uusikuu 20.1. kello 15.14 ja kasvava puolikuu 27.1. kello 6.48.

Merkurius on näkyvissä iltataivaalla ja pisimpään auringonlaskun jälkeen horisontin yläpuolella 17.1. (2 h 4 m), joskin hyvää näkyvyyttä riittää viikon verran molemmin puolin tätä ajankohtaa tai jopa hieman pidempään. Kuukauden lopulla Merkuriuksen laskuaika lähestyy auringonlaskuaikaa.

Venus on näkyvissä iltataivaalla. Kuukauden alussa se laskee 1 h 25 m ja kuukauden lopulla 2 h 28 m auringonlaskun jälkeen. Venuksen kirkkaus on -3,8m ja kulmahalkaisija noin 10,7” tietämillä ja on kasvamaan päin.

Merkurius, Venus, Mars ja Kuu
muodostavat hienon jonon
lounaiseen horisonttiin 23. päivän
iltana. Kuu on näkyy hyvin kapeana
sirppinä.
Mars on kuukauden alkupuolella etelämeridiaanilla auringonlaskun aikaan ja se laskee horisonttiin noin 4 tuntia myöhemmin. Marsin kirkkaus on vain 1,2m ja kulmahalkaisija alle 5”, joten havaintokohteena se ei ole erityisen hyvä. Mars on Kauriissa.

Jupiter nousee alkuillasta ja on horisontin yläpuolella koko yön. Etelämeridiaanin se ylittää aamuyöstä. Jupiterin kirkkaus on -2,3m ja kulmahalkaisija 44,3”, joten havaintokohteena se on erinomainen. Jupiter on Leijonassa.

Saturnus on horisontin yläpuolella vain muutaman tunnin ja etelässä se on aamuhämärissä juuri ennen auringonnousua. Planeetan kirkkaus on 0,7m ja kulmahalkaisija 15,8”. Näin ollen havaintokohteena se on kohtuullinen vaikka korkealla taivaalla se ei olekaan. Saturnus on Vaa’assa.

Uranus on etelämeridiaanilla iltahämärän aikaan ja se laskee horisonttiin puolen yön tietämillä. Kuukausi onkin Uranuksen havaintoaikaa sieltä parhaimmasta päästä, sillä meillä Suomessa olisi vaikea kuvitella parempi havainto-olosuhteita. Planeetan kirkkaus on 5,8m ja kulmahalkaisija noin 3,5”. Uranus on Kaloissa ja se löytyy helpoimmin goto-kaukoputkella.

Neptunus on etelämeridiaanilla auringonlaskun aikaan, kuukauden toisella puoliskolla jo ennen sitä. Kuukauden alussa planeetta painuu horisonttiin 5 h 43 m ja kuukauden lopulla 3 h 49 m auringonlaskun jälkeen. Planeetan kirkkaus on 7,9m ja kulmahalkaisija 2,2”. Neptunus on Vesimiehessä eikä näy paljain silmin.

Meteoriparvista kvadrantidit ovat aktiivisia 28.12.–12.1 välisenä aikana. Parven maksimin on arveltu esiintyvän 4.1. kello 4, mutta se on hyvin lyhytaikainen ja täysikuun kirkkaus häiritsee havaintojen tekemistä. Parveen kuuluvia meteoreja voi nähdä muutamia kymmeniä tunnin aikana.



sunnuntai 21. joulukuuta 2014

Analemma

Analemma Tampereen horisontin mukaan.
Tämä analemma on tehty tähtikarttaohjelmalla,
mutta sen voisi yhtä hyvin tehdä valokuvaamalla.
Kuva Kari A. Kuure.
Talvipäivänseisauksena (22.12.2014) on syytä miettiä hieman Auringon näennäistä liikettä taivaalla. Tähän aikaan vuodesta Aurinko näyttäytyy keskipäivälläkin hyvin lähellä horisonttia ja napapiirin pohjoispuolella se ei edes nouse horisontin yläpuolelle. 

Tästä eteenpäin Aurinko näyttäytyy keskipäivällä aina vain korkeammalla ja korkeammalla kunnes kesäpäivän seisauksen aikaan se saavuttaa näennäisen ratansa pohjoisimman pisteen ja on kaikkein korkeimmillaan etelähorisontista.

Jos tarkkailet Auringon asemaa horisontin suhteen talvipäivänseisauksesta eteenpäin, niin voit huomata, että jostakin syystä Aurinko ylittää etelämeridiaanin muutaman sekunnin myöhemmin perättäisinä päivinä käyttämäämme (keskiaurinko)aikaan (UTC+aikavyöhyke) nähden[1]. Näin jatkuu aina helmikuun puoliväliin asti, jolloin ero on lähes 15 minuuttia talvipäivänseisauksen aikaan tapahtuneeseen meridiaanin ylityksen kellon aikaan nähden. Helmikuun puolivälin jälkeen aikaero vähenee ja viimein huhtikuun puolivälissä aikaeroa ei enää ole.

Huhtikuun puolivälin jälkeen Aurinko ylittää meridiaanin etuajassa parin kuukauden aikana. Aikaero on noin 4 minuuttia toukokuun puolivälissä, jonka jälkeen se jälleen pienenee. Kesäkuun puolivälissä se on jälleen nolla, mutta tästä eteenpäin Aurinko näyttäisi jälleen jätättävän: heinäkuun lopulla aikaero on noin 6 minuuttia. Elokuussa aikaero vähenee ja syyskuun alkupuolella se on jälleen nolla. Tästä eteenpäin aina seuraavaan talipäivänseisaukseen asti Aurinko ”edistää” ja aika ero on suurin marraskuun alkupuolella ollen lähes 17 minuuttia.

Jos merkitsit tekemäsi havainnot vaikkapa ruutupaperille tai valokuvasit Auringon aseman aina samaan kellon aikaan, voit muodostaa havainnoistasi mielenkiintoisen, hieman 8-numeroa muistuttavan kuvion. Tätä kuviota kutsutaan analemmaksi.

Analemma muodostuu kahden maapallon liiketekijän seurauksena. Ensimmäinen niistä on Auringon näennäiseen pohjois-eteläsuuntaiseen liikkeeseen vaikuttava maapalon pyörimisakselin suunta, joka pysyttelee tähtien suhteen muuttumattomana ja on noin 23,5° ratatason kohtisuoraan nähden kallellaan. Talvella pyörimisakseli on kallistunut mainitun 23,5° verran poispäin Auringosta ja kesällä se on saman verran kohti Aurinkoa. Tämä tekijä selittää Auringon korkeuden vaihtelun etelämeridiaania ylitettäessä.

Toinen tekijä ei olekaan aivan yhtä selkeä ja helposti ”keksittävissä” vaikka tämäkin on tunnettu jo ainakin 400 vuotta. Kyseessä on maapallon radan elliptisyys ja siihen liittyväratanopeuden muutos. Talvella perihelin aikaan (4.1.) Maapallo on radallaan kaikkein lähimpänä Aurinkoa ja samaan aikaan etenemisvauhti on suurin. Suuremmasta vauhdista johtuen maapallo etenee keskimääräistä pidemmän matkan avaruudessa. Maapallon pyörimisvauhti (kulmanopeus) ei kuitenkaan muutu, joten lopputuloksena on, että meridiaanin ylitys tapahtuu muutaman sekunnin myöhemmin kuin edellisenä päivänä; Aurinko näyttää ”jätättävän”.

Vastaavasti maapallon ollessa aphelin (6.7.) puoleisessa osassa rataa planeettamme eteneminen Auringon kiertoradalla tapahtuu keskimääräistä hitaammin ja Aurinko näyttää hieman ”edistävän”. Molempien tekijöiden yhdistyessä syntyy analemma.


Tätä kaaviota voi käyttää aurinkokellon ajantasaukseen, tekstissä 
on kerrottu kuinka se tapahtuu. Joissakin toisissa lähteissä
käyrä voi olla peilikuva ja silloin lähtökohtana on kellon
näyttämä aika ja laskutoimituksen tuloksena saadaan
aurinkoaika. Piirros Kari A. Kuure.
Vuotuinen ratanopeuden vaihtelu näkyy myös tavallisessa aurinkokellossa, jos joku sitä nykyisin vielä käyttäisi vuorokauden ajan määrittämiseen. Jotta kellosta saisi oikean ajan, Auringon näennäinen ”edistäminen” ja ”jätättäminen” pitää ottaa huomioon. Silloin puhutaan ajantasauksesta vaikka kyseessä on siis maapallonratanopeuden vaihtelu elliptisellä radallaan. 

Jos käytettävissäsi on päivittäinen taulukko ajantasaukselle, korjaus todellisen aurinkoajan muuttamiseksi keskiaurinkoajaksi on helppo tehdä. Ellei taulukkoa ole, niin silloin likimääräiseen korjauksen saa oheisesta kaaviosta: viivan (0 minuuttia) yläpuolinen arvo lisätään aurinkoaikaa näyttävän aurinkokellon ilmoittamaan aikaan. Vastaavasti alapuolinen arvo täytyy vähentää, jotta saataisiin keskiaurinkoaikaan perustuva käytetty kellon aika.

Huomautukset


[1] Keskiaurinkoaika on laskennallinen suure, joka perustuu pariin olettamukseen maapallon rataliikkeestä. Ensinnäkin vuosi on yhtä pitkä kuin todellinen vuosi, mutta maapallo rata olisi täysin ympyrä. Toinen olettamus on, että maapallon pyörimisakseli olisi täysin kohtisuorassa ratatasoon nähden. Tällöin Auringon näennäinen rata tähtitaivaalla olisi täysin ekvaattoritasossa.

Nykyisin ajanmittaus ja määritelmät perustuvat atomikellojen käyttöön, johtuen siitä, että maapallon pyöriminen tai edes liike radallaan Auringon ympäri ei ole riittävän tarkkaa, vaan niissä kummassakin tapahtuu tarkkuutta heikentäviä muutoksia ja heilahteluja; esimerkiksi maapallon pyöriminen itsensä ympäri hidastuu 1,7 ms vuorokaudessa jokaista sataa vuotta kohti.

Nykyisin käytössä oleva UTC eli koordinoitu yleisaika on atomikelloilla ylläpidetty järjestelmä, jonka lukemaa korjataan mm maapallon pyörimisen hidastumisen vuoksi. Näin keskiaurinkoaika ja UTC-aika pysyttelevät tietyllä tarkkuudella samoissa lukemissa.


maanantai 15. joulukuuta 2014

Mistä vesi maapallolle?

Vesi maapallolle ei tullut 67P-komeetan kaltaisten kappaleiden
mukana. Kuva ESA.
Rosetta-luotaimen ROSINA -laitteiston[1] tekemät mittaukset komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenko’sta osoittavat, että sen sisältämä vesi poikkeaa maapallon vedestä merkittävästi. Vedyn isotooppien D (deuterium) ja H (vety)[2] keskinäinen suhde (D/H)[3] oli kolminkertainen maapallon veteen[4] verrattuna. Tämä sulkee pois sen mahdollisuuden, että vesi maapallolle olisi tullut Jupiterin perheen tai Oortin pilven komeetoista.

Maapallolle vesi on tullut vasta noin puolimiljardia vuotta planeettamme syntymisen jälkeen. Tarkkaavainen lukija saattaa tässä vaiheessa kysyä, että mitä sitten on tapahtunut vedelle, joka oli mukana siinä materiassa mistä planeettamme on syntynyt?

 Kysymys on oikeutettu ja vaati vastauksen. Tämä ensimmäinen vesi on suurimmaksi osaksi haihtunut tai hajonnut vedyksi ja hapeksi johtuen maapallon sulamisesta kokonaan syntynsä jälkeen. Kiviaineksen sulaminen on tapahtunut viimeistään siinä vaiheessa kun pienen planeetan kokoinen kappale törmäsi protomaapalloon ja sen seurauksen syntyi Kuu. Kuusta tiedämme sen olevan erittäin kuiva paikka ja niin on ollut myös törmäyksen jälkeinen sulassa tilassa ollut maapallo.

Aurinkokunnan historia tunnetaan pääpiirteissään. Tiedämme, että noin 200 miljoona vuoden kuluttua maapallon synnystä planeettaamme ja kaikkiin aurinkokuntamme planeettoihin kohdistui suurena asteroidipommituksena tunnettu ja noin 500 miljoona vuotta kestänyt ajanjakso, jonka kuluessa myös maapallo sai vetensä. Mistä pommituksen aikaiset vesipitoiset komeetat ja asteroidit olivat peräisin? Vaihtoehtoja on kolme: Oortin pilvestä, Kuiperin vyöstä tai pääasteroidivyöhykkeeltä.

Kuiperin vyö ja oortin pilvi. Kuva ESA.
Oortinpilven komeettojen D/H-isotooppisuhde on moninkertainen maapallon veden vastaavaan verrattuna. Näin ollen vesi ei voi olla peräisin Oortin pilvestä tulleista komeetoista. Kuiperin vyö kappaleiden D/H suhde on vielä korkeampi ja se merkitsee sitä, että Kuiperin vyön komeetat ovat syntyneet suunnilleen nykyisellä etäisyydellä Auringosta mutta Oortin pilven komeetat ovat muodostuneet Kuiperin vyön komeettaoja lähempänä nykyisellä Uranus–Neptunus-planeettojen ratojen tuntumassa. Nykyisen käsityksen mukaan Oortin pilven komeetat ovatkin sinkoutuneet nykyiselle paikalleen suurten planeettojen syntynsä jälkeisen paikan etsiskelyn aikana[5].

Komeetta 67P:n on ajateltu syntyneen Kuiperin vyössä, mutta joutuneen Jupiterin aiheuttamien gravitaatiohäiriöiden vuoksi pois alkuperäiseltä radaltaan ja päätyneen monien ratamuutosten jälkeen lopulta noin 6,5 vuoden mittaiselle radalle Jupiterin vaikutuspiiriin. Radan kaukaisin piste (apheli) on hyvin lähellä Jupiterin rataa ja Aurinkoa lähin radan piste (periheli) on Marsin ja Maan ratojen välissä.

Mitatut D/H-suhteet. Kuva ESA.
Toistaiseksi vain yhdentoista komeetan D/H-suhde on mitattu. Näistä yllättäen Jupiterin perheen komeetan 103P/Hartley 2:n D/H-suhde on suunnilleen sama kuin maapallolla. Sen sijaan lukuisien meteoriittien, joiden alkuperä on pääasteroidivyöhykkeellä, D/H-suhteet ovat samoja kuin Maassa olevan veden. Pääasteroidivyöhykkeen kappaleiden vesipitoisuus on kuitenkin pieni, mutta se korvaantuu helposti niiden suurella lukumäärällä.

Onko tämä koko totuus maapallon veden alkuperästä? Tuskin, Rosetta jatkaa havaintojaan ja niin tehdään ympäri maapallon. Näiden kolmen (asteroidit ja komeetat) vesilähteen lisäksi maapallolla voi olla jonkin pieni määrä säilynyt alkuperäistä protoplaneetan syntyajoilta olevaa vettä. Lisäksi Auringosta tuleva aurinkotuuli koostuu suurelta osin protoneista, joten osa siitä päätyy väistämättä myös maapallolle, ja jossa siitä tulee vettä protonien yhtyessä happeen. Tosin aurinkotuuli rapauttaa samaan aikaan maapallon ilmakehää vieden mukanaan lähinnä vetyä, joten tase näiden kahden ilmiön välillä lienee kuta kuinkin tasapainossa (tai jopa hieman rapautumisen puolella). Maapallon vesi on varmasti sekoitus kaikista näistä lähteistä tulleesta vedestä ja joiden sekoitussuhteet saadaan selville tutkimuksen jatkuessa.

Huomautukset


[1] Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA).

[2] Vedyllä tunnetaan kolme eri isotooppimuotoa: tavallisin niistä on vety (H), jonka atomiytimessä on vain yksi protoni. Seuraavaksi yleisin isotooppi on deuterium (D), jonka ytimessä on protonin lisäksi yksi neutroni. Kolmas isotooppi on tritium (T) jossa protonin lisäksi on kaksi neutronia.

[3] Isotooppien suhde määräytyy ainepilven lämpötilasta sen tiivistyessä. Mitä korkeampi lämpötila sitä enemmän kevyempiä isotooppimuotoja ainemäärässä on edustettuna. Näin ollen korkea D/H suhde merkitsee sitä, että komeettojen vesi on syntynyt kylmemmissä olosuhteissa kuin se vei joka on päätynyt maapallolle.

[4] Maapallon veden D/H suhde on 1,56×10-4 ja komeetta 67P/Churyumov–Gerasimenko’n vastaava suhde on 5,3×10-4.


[5] Suuret planeetat Jupiterista Neptunukseen eivät ole syntyneet nykyisillä paikoillaan, vaan ovat vaeltaneet ainakin jonkin verran. Jupiter syntyi nykyistä kauempana ja on sen jälkeen vaeltanut hieman lähemmäksi Aurinkoa. Saturnus on mitä ilmeisimmin puolestaan vaeltanut hieman kauemmaksi. Hurjimmat siirtymiset on tapahtunut Uranukselle ja Neptunukselle. Ne ovat eräiden tutkijoiden mukaan jopa vaihtaneet paikkaa keskenään.

sunnuntai 14. joulukuuta 2014

Geminidien maksimi

Kirkas leonidi. Kuva NASA/MEO
Joulukuun pilviset säät saavat unohtamaan helposti koko muun maailmankaikkeuden. Pilven takana kuitenkin tapahtuu kaiken aikaa kuten nyt meteoriparvi geminidit, jotka kohtaavat maapallon ilmakehän parasta aikaa. Maksimi on tänään sunnuntaina (14.12.2014) kello 14 aikoihin.

 Jos ensiyönä olisi selkä sää, voisimme nähdä taivaalla kymmeniä kirkkaita ja pitkäpyrstöisiä meteorivanoja tunnin aikana. Laskennallinen ZHR voisi kohota jopa arvoon 200 (parven aktiivisuus ennätys vuonna 2011). Asiantuntijat eivät kuitenkaan ennusta aivan näin suurta arvoa, vaan ilmoittavat todennäköisimmän ZHR-arvon[1] olevan noin 120 tietämillä. Tämäkin arvo on lähes tupla vuoden suosituimman meteoriparven, elokuussa näkyvän perseidien aktiivisuuteen verrattuna.

Parven nimi, geminidit[2], viittaa meteorien saapumissuuntaan, sillä parven radiantti[3] on Kaksosissa. Tähdistö kohoaa horisontin yläpuolelle alkuillasta ja on näkyvissä koko yön. Näin ollen meteorien tarkkailijat voivat käyttää havaintoihinsa koko pitkän yön. Geminidien tarkkailu onnistuu parhaiten paljain silmin mielellään mahdollisimman valosaasteettomalla alueella. Kuten aina, meteoreja näkyy missä suunnassa tahansa, mutta parveen kuuluvat näyttävät aina tulevan Kaksosten suunasta.

Satunnaisia meteoreja nähdään runsaimmin yleensä aamulla kello 6 aikoihin, sillä silloin maapallon liikesuunta avaruudessa on etelässä ja mahdollisimman korkealla horisontista (deklinaatio 0°). Mutta havaintoja ei tarvitse rajoittaa aivan aamuun, sillä sporadisia voi nähdä milloin vain pimeän aikaan ja aamuyö on hyvää aikaa havainnoille.

Geminidit aiheutuvat yllättäen 3200 Phaethon -nimisen asteroidin (kivikomeetta) jälkeensä jättämistä pölystä ja ehkä hieman karkeammasta sorasta. Parvi havaittiin ensikerran vuonna 1862, mutta silloin sitä ei juurikaan noteerattu. Maksimissaan ollessaan parvi oli aktiivisuudeltaan varsin vaatimaton. Sen jälkeen aktiivisuudessa on kuitenkin tapahtunut merkittävää kasvua.

Kasvu johtuu pölyvanan sijainnista aurinkokunnassamme. Se nimittäin sijaitsi Maan radan sisäpuolella. Jupiterin vaikutus radan periheliin on kuitenkin ollut merkittävä ja niinpä se on siirtynyt lähemmäksi Maan rataa ja tästä on ollut seurauksena aktiivisuuden kasvu, kun aina vain useammat kappaleet ovat päätyneet maapallon ilmakehään. Näinä vuosina mitä ilmeisimmin voimme nähdä parven kaikkein aktiivisimpia meteorisateita, sillä pölyvanan radan siirtyminen lopulta johtaa sen päätymiseen maapallon radan ulkopuolelle. Tämä tapahtunee kuitenkin vasta satojen vuosien kuluttua.

Tutkijat ovat pystyneet osoittamaan, että muutaman kilometrin kokoisesta 3200 Phaethon asteroidista irtoava pölyn ja soran määrä ei voi olla peräisin yhdestä kappaleesta. Niinpä he ovat päätyneet esittämään, että alkuperäinen suurempi asteroidi on törmännyt joitakin satoja vuosia sitten toiseen kappaleeseen. Törmäyksen seurauksena se on hajonnut ainakin kahdeksi tai kolmeksi nykyisin tunnetuksi asteroidiksi, joista yksi on 3200 Pahethon. Hypoteesia tukee sekin, että parveen kuuluneet meteoriitit ovat tiheydeltään noin 3000 kg/m3, joka on selkeästi suurempi kuin muut vastaavat meteoriitit.

Huomautukset

[1] ZHR on zeniittituntiluku, joka ilmaisee meteoriparven aktiivisuuden. Se on laskennallinen arvo, joka kertoo kuinka monta meteoria voisimme nähdä tunnin aikana jos kaikki meteorit tulisivat näkyviin keskitaivaalta (zeniitistä). Todellisuudessa emme kuitenkaan pysty havaitsemaan kaikkia horisontin yläpuolisia meteoreja ja ilmakehän ekstinktion (valohävikki) vuoksi mitä lähempää horisonttia teemme havaintoja, sitä kirkkaampia meteorien pitää olla nähdäksemme ne. Näin ollen yksi yksittäinen havaitsija voi olla tyytyväinen, jos hän pystyy näkemään tunnin aikana noin 25–30 % toteutuneen ZHR -arvon ilmoittamasta määrästä meteoreja. Sekin edellyttää herkeämätöntä taivaan tarkkailua.

[2]Meteoriparvet ovat yleensä nimetty sen tähdistön mukaan, jonka alueella radiantti sijaitsee.

[3] Radiantti eli säteilypiste on se taivaan alue, josta meteorit näyttäisivät tulevan jos jatkamme niiden tulosuuntaan riittävän pitkälle kohtaan, jossa kaikkien meteorien tulosuunnat risteävät. Ilmakehään tunkeutuvien meteoroidien radat ilmakehässä ovat samansuuntaisia mutta radiantti on perspektiivistä johtuva ilmiö. Kaikki tiedämme junan raiteiden olevan samansuuntaisia mutta ne kuitenkin näyttävät yhtyvän horisontissa, radiantti on tämä yhtymispiste.

Jos ja kun yleensä parveen kuuluvia meteoreja nähdään useamman vuorokauden aikana, radiantti näyttää hieman liikkuvan yleensä itään ja pohjois-eteläsuunnassa. Tämä johtuu maapallon kiertoliikkeestä Aurinkoa kiertävällä radalla. Radiantin siirtyminen on kuitenkin suhteellisen vähäistä, ellei parven esiintymisaika ole pitkä. Keskimääräinen siirtyminen on noin 1° vuorokaudessa. Deklinaation suuntainen siirtyminen on vähäisempää ja se riippuu suoraan parven radan inklinaatiosta, eli parven radan kaltevuudesta maapallon radan suhteen.

Kaikki nähdyt meteorit eivät ole peräisin samasta parvesta, sillä samaan aikaan voi olla meteoreja peräisin useammasta meteoriparvesta. Toisiin parviin kuuluvat meteorit näyttävät kuitenkin tulevan omasta radiantistaan.


Meteoriparvien lisäksi taivaalla nähdään silloin tällöin satunnaisia eli sporadisia meteoreja. Niiden alkuperä on pääasteroidivyöhykkeellä, Kuussa tai Marsissa.

torstai 11. joulukuuta 2014

Kosmologiaa selkokielellä

Kari Enqvist

Ensimmäinen sekunti – silminnäkijän kertomus

WSOY 2014
ISBN 978-951-0-40730-1
Nidottu 221 sivua.

Maallikot mieltävät kosmologian osaksi tähtitiedettä. Aivan tarkkaan ottaen se ei kuulu tähtitieteen piiriin vaan on oma tieteenlajinsa, nimeltään kosmologia. Kosmologit tutkivat maailmankaikkeuden syntyä ja erityisesti sen varhaista rakennetta. Työssään tutkija tarvitsee tietoja tähtitieteen lisäksi fysiikasta ja erityisesti alkeishiukkasfysiikasta. Niinpä ei olekaan kovin suuri ihme, että suomalainen kosmologian tutkija Kari Enqvist on peruskoulutukseltaan fyysikko.

Kosmologian tutkijana Kari Enqvist on tullut tunnetuksi maailmalla paremmin kuin kotimaassaan, mutta tieteen popularisoijana hän on jo vanha tekijä. Häneltä on ilmestynyt suomeksi ainakin yksitoista kirjaa, vaikka pari näistä käsittelee enemmän filosofiaa ja uskontoa kuin fysiikkaa ja kosmologiaa.  Näiden lisäksi Enqvist on esiintynyt monissa tv-ohjelmissa ja tunnetaanpa hänet myös mielenkiintoisten esitelmien pitäjänä.

Enqvistiä on muistettu monilla palkinnoilla niin tutkijana, popularisoijana ja tieteellisen maailmankuvan puolustajana ja edistäjänä. Tunnetuin hänen saamista palkinnoista lienee Tieto-Finlandia kirjasta Olemisen porteilla vuonna 1999.

Itse kirja Ensimmäinen sekunti paneutuu selvittämään mitä tapahtui maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin aikana. Ihmisen aikakäsityksen mukaan sekunti on lyhyt aikajana, jonka kuluessa ei ehdi kovinkaan montaa asiaa tapahtua. Tämä käsitys ei kuitenkaan vastaa sitä, mitä kosmoksessa tapahtui ensimmäisen sekunnin aikana. Hieman ja vain hieman kärjistetysti voisi sanoa, että kaikki tärkeä mitä maailmankaikkeudessa on ylipäättään tapahtunut, tapahtui ensimmäisen sekunnin aikana. Kosmologisessa mittakaavassa ensimmäisen sekunti olikin aionin mittainen, jonka kuluessa maailmankaikkeudesta tuli se mikä se on nykyisin.

Maailmankaikkeuden alku on siis tuntemattoman prosessin, syyn ja sen seurauksen aikaansaama singulariteetti, joka laajeni valonnopeudella. Kun aikaa oli kulunut singulariteetin ilmaantumisesta meidän aikakäsityksen mukaan 10-43 sekuntia (Planckin aika) käynnistyy varsinainen alkuräjähdys (Big Bang). Ajan hetkeen 10-35 sekuntia (Hubblen aika) mennessä gravitaatio on erkaantunut perusvuorovaikutuksista samoin kuin vahva vuorovaikutus erkaantuu sähköheikosta vuorovaikutuksesta.

Maailmankaikkeuden ensimmäinen inflaatiovaihe käynnistyy ajanhetkellä 10-35 s. Inflaation aikana maailmankaikkeus laajeni valoa nopeammin, lämpötila laski absoluuttiseen nollapisteeseen ja materia oli kvarkki-gluoniplasmaa. Inflaatio päättyi ajanhetkellä 10-32 sekuntia, eli se kesti tuhatkertaisesti iän, jonka maailmankaikkeus ehti olla olemassa ennen inflaation käynnistymistä.  Tämä varmasti havainnollistaa edellä kerrottua, jonka mukaan ensimmäinen sekunti oli kosmisessa mittakaavassa aionin mittainen. Inflaation päätyttyä maailmankaikkeuden koko oli kasvanut noin 1028-kertaiseksi inflaatiokauden alkuun verrattuna ja ihmisen mittakaavassa koko kosmos oli noin 1 metrin halkaisijaltaan.

Inflaation jälkeinen maailmankaikkeus koki vielä kaksi erityistä ja tärkeää eepokkia ennen ensimmäisen sekunnin päättymistä. Ensimmäinen näistä oli ajanjaksolla 10-12 – 10-6 sekuntia ja tätä kautta kutsumme kvarkkieepokiksi. Toinen eepokki on hadronieepokki ja se vallitsi 10-6–1 sekunnin aikavälillä. Kvarkkieepokin aikana sähkömagnetismi ja heikkovuorovaikutus erkanivat toisistaan ja hadronieepokin aikana kvarkeista syntyi protonit ja neutronit.

Kirja ensimmäinen sekunti käsittelee inflaatiota, kuumaa alkuräjähdystä, Higgsin hiukkasia ja aineen syntyä, kosmista mikroaaltotaustasäteilyä, maailmankaikkeuden laajenemista ja kosmista horisonttia. Kirjan 221 sivuun on Enqvist saanut ahdettua paljon asioita ja niitä kuvaavia analogioita (vertauskuvia). Näitä vertauskuvia oli runsaasti ja ehkä ne ovat ymmärtämistä helpottavia asioita, mutta itse koin ne paikka paikoin häiritsevinä. Analogiat katkaisivat joissakin kohtaa aika pahasti ajatuksen kulun.  Tähän voisinkin hakea analogian kiireisestä maisemakonttorista, jossa työhön keskittymistä häiritsee konttorin äänet ja työntekijän puhelin. Jokaisen katkon jälkeen kestää jonkin aikaa ennen kuin työhön pääsee syventymään uudelleen.


Ensimmäinen sekunti on erittäin mielenkiintoinen kirja kaikille niille, joita kosmoksen syntyminen kiinnostaa, eikä vain syntyminen vaan myös se mitä Enqvist kertoo multiversumeista. Suosittelen kirjaa lukeville perusteellista syventymistä ja viitseliäisyyttä lukea kirja toiseen kertaan, sillä siinä on useita eri tasoja ja ne kaikki eivät välttämättä avaudu ensimmäisellä lukukerralla. Hyviä lukuhetkiä todella kiehtovan kirjan äärellä. 

maanantai 8. joulukuuta 2014

New Horizons -luotain aktivoitiin

Kuva NASA/Johns Hopkins University Applied Physics 
Laboratory/Southwest Research Institute
Pluton järjestelmää havaitseva New Horizons -luotain aktivoitiin lauantain ja sunnuntain välisenä yönä Suomen aikaa.  Australian Canberra sijaitsevalle Nasan Deep Space Network:in radioasemalle luotaimesta lähetetyllä signaalilla kului matkaan aikaa neljä tuntia ja 26 minuuttia. Luotaimen käynnistäminen oli ohjelmoitu sen tietokoneelle.

New Horizons -luotaimelta kuluu vielä yli puolivuotta Pluton ohittamiseen, se tapahtuu heinäkuun 14. päivänä ensi vuonna, jolloin sen etäisyys on 33 au.  Luotain ei kuitenkaan jää Pluton järjestelmään, vaan kiitää ohi Kuiperin vyöhön havaintoja tehden. Ensimmäiset jatkuvat havainnot Plutosta ja sen kuista tehdään kuitenkin jo tammikuun 15. päivänä.

New Horizons -luotaimen rata kohti Plutoa. Kuva Nasa.
New Horizons laukaistiin matkaan kohti aurinkokuntamme ulko-osia monien vaiheiden jälkeen tammikuun 19. päivänä vuonna 2006. Ehtipä luotaimen rakentaminen olemaan jäissä muutaman kuukauden Nasan ja Yhdysvaltain liittovaltion rahavaikeuksien vuoksi. Onneksi tutkijoiden panostus tuotti tulosta ja luotaimen rahoitus järjestyi.

New Horizons -luotaimen matkaan saattamisella oli kiire, jotta luotain saavuttaisi Pluton ennen kuin pikkuplaneetan ilmakehä mahdollisesti romahtaa. Pluton rata on erittäin soikea ja sen ollessa ratansa Aurinkoa lähimpänä olevassa osassa, sille kehittyy haihtuvista jäistä ilmakehä. 

Pluto oli perihelissä vuonna 1989 ja silloin se oli lähempänä Aurinkoa kuin Neptunus.  Lämpötila on niin alhainen, että kääpiöplaneetan siirtyessä kauemmaksi Auringosta, tutkijat arvelevat ilmakehän härmistyvän Pluton pinnalle. Ilmakehän romahtamisen odotetaan tapahtuvan viimeistään 2020-luvulla.

Luotaimen laukaisu tapahtui käytännöllisesti katsoen viime hetkellä. Syy oli se, että luotaimen piti matkallaan ohittaa Jupiter lisävauhtia antavalla linkoradalla. Lisävauhti oli puolestaan erittäin tarpeen, sillä ilman sitä luotaimen matkavauhti olisi jäänyt varsin vaatimattomaksi ja Pluton saavuttaminen ajoissa olisi ollut mahdotonta. Laukaisun aikaan Jupiterin ohittavan radan laukaisuikkuna oli jo sulkeutumassa. Laukaisu kuitenkin onnistui ja luotain ohitti Jupiterin helmikuussa 2007.

New Horizons -luotaimen tekemät säännölliset havainnot aloitetaan tammikuussa. Kolme kuukautta ennen lähiohitusta kuvat ovat jo niin tarkkoja, että ensimmäinen kartoitus voidaan tehdä. Tähän asti yksityiskohtaisimmat kuvat Plutosta on saatu Hubble avaruuskaukoputkella ja ne eivät ole kovinkaan erotuskykyisiä. Näin ollen tutkijoilla ei juuri ole minkäänlaista käsitystä millaisia pinnanmuotoja Plutolla on. (Uskaltaisin kuitenkin veikata, että ulkonäöltään pinta ei juuri poikkea ulkoplaneettojen suurien kuiden jäisistä pinnoista.)

Ohilento vie New Horizons -luotaimen Pluton ja Charonin taitse siten,
että suora näköyhteys Maahan katkeaa hetkeksi. Kuva Nasa.
Ohilennon havaintojen kannalta kiireisimmät hetket ovat tietysti silloin kun luotain on lähimmillään Plutoa. Etäisyyttä tällöin on vain noin 9 600 km ja Charoniin on matkaa vain 27 000 km. Vain puolituntia ennen lähintä ohitusta luotain ottaa tarkimmat kuvat Plutosta. Kuvissa odotetaan näkyvän noin 60 metrin kokoisia yksityiskohtia.

Ohilennon jälkeen kiireinen havaitseminen jatkuu. Tutkijoita kiinnostava ilmakehän odotetaan näkyvän erityisen hyvin vastavaloon otetuissa kuvissa. Vastavalokuvissa odotetaan näkyvän Plutoa mahdollisesti kiertävä ohut rengas (mitään varmuutta renkaan olemassa olosta ei ole).  Ohilennon rata on suunniteltu myös siten, että Pluto ja Charon peittävät Auringon ja Maan. Peittymisiä käytettään Pluton ilmakehän havainnointiin ja samalla saadaan tehtyä radiohavaintoja Maasta.

Poistuttuaan Pluton järjestelmästä New Horizons-luotain jatkaa kulkuaan Kuiperin vyöhön. Tutkijat ovat jo valmiiksi etsineet seuraavien kappaleiden ohilennot; kappaleita on kolme. Ohilennettävien kuiperoidien löytäminen ja jatkosta päättäminen tehtiin vasta kuluneen syksyn aikana, sillä sopivien kohteiden löytyminen ei ollut mikään helppo tehtävä.

Kuva: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)
Useimmat kuiperoidit ovat kooltaan ja massaltaan noin kymmenkertaisia tavallisiin komeettoihin nähden, ne eivät kuitenkaan ole kooltaan kuin prosentin Pluton kokoluokasta ja suurimmatkin niistä ovat erittäin kylmiä. Näin ollen Hubblekaan ei kovin helposti niitä pysty löytämään ja etsintään on käytetty myös suurimpia maanpinnalla olevia kaukoputkia.

Etsinnän tehokkuutta kuitenkin kuvaa se, että useita kymmeniä uusia kuiperoideja löydettiin, mutta niistä ei kovinkaan moni ollut sellaisella radalla johon New Horizons -luotaimen polttoaine riittäisi. Tutkijoita ehtikin jo huolestuttaa mahdollisuus, että yhtäkään sopivalla radalla olevaa kuiperoidia ei löytyisi. Viime syyskuussa kuitenkin oli löytynyt yksi sopiva ja kaksi mahdollisesti sopivaa kappaletta, joiden havaitsemista täytyy kuitenkin vielä jatkaa. Kaksi näistä on noin 55 km ja kolmas on noin 25 km halkaisijaltaan. Jos ne osoittautuvat parhaiksi mahdollisiksi kohteiksi, niin New Horizons tekee kappaleiden ohilennot muutaman vuoden kuluessa Pluton ohittamisesta.







sunnuntai 7. joulukuuta 2014

Älyttömän iso kaukoputki päätettiin rakentaa

Havainnekuva tulevasta E-ELT-kaukoputkesta. Kuva ESO.
ESO–Avaruusmagasiini

Euroopan eteläisen observatorion[1] ESO:n ylimmän hallinnollisen elimen, johtokunnan kokouksessa näytettiin [2] vihreää valoa Euroopan erittäin suuren E-ELT -teleskoopin rakentamiselle kahdessa vaiheessa.

Ensimmäisessä vaiheessa on annettu valtuutus noin miljardin euron käyttöön täysin toimivan teleskoopin rakentamiseksi tehokkaine havaintolaitteineen. Ensivalo odotetaan saatavan kymmenen vuoden kuluessa.

Kaukoputki mahdollistaa merkittävien tieteellisten havaintojen tekemisen eksoplaneetoista, läheisten galaksien tähtipopulaatioista ja etäisestä maailmankaikkeudesta. ESO:n kautta aikojen suurin rakennussopimus teleskoopin tähtitornista ja kantavista rakenteista solmitaan vuoden kuluessa.
E-ELT teleskoopista tulee halkaisijaltaan 39-metrinen optisen ja infrapuna-aallonpituusalueen teleskooppi, joka sijaitsee Cerro Armazonesin vuorella Chilen Atacaman autiomaassa, 20 kilometrin etäisyydellä ESO:n VLT-teleskoopista Cerro Paranal -vuorella.

"Johtokunnan tekemä päätös tarkoittaa sitä, että teleskooppi voidaan nyt rakentaa ja että E-ELT:n suurin teollinen rakennusurakka on nyt rahoitettu ja voidaan aloittaa suunnitelmien mukaan. Chilessä on jo tehty paljon töitä Armazonesin huipulla ja seuraavat vuodet tulevat olemaan hyvin jännittäviä", sanoo ESO:n pääjohtaja Tim de Zeeuw.

E-ELT -teleskoopin rakentaminen hyväksyttiin ESO:n johtokunnassa kesäkuussa 2012 sillä ehdolla, että hinnaltaan yli 2 miljoonan euron sopimuksia voitaisiin solmia vasta, kun vähintään 90 % teleskoopin kokonaiskustannuksista on rahoitettu (1 083 miljoonaa euroa vuoden 2012 hintatasolla). Teleskoopin sijaintipaikan maansiirtotöille myönnettiin poikkeuslupa. Ne alkoivat peruskiviseremonialla kesäkuussa 2014 ja etenevät vauhdilla.

Toistaiseksi 10 % projektin kokonaiskustannuksista on siirretty toiseen vaiheeseen. Puolan liittyminen ESO:on nosti E-ELT -kaukoputken vahvistetun rahoituksen yli 90 %:iin ensimmäisen vaiheen kokonaiskustannuksista, joilla saadaan aikaiseksi täysin toimiva E-ELT. Tulevalta jäsenmaalta Brasilialta odotetaan saatavan lisärahoitusta lähivuosina.

Jotta projektin aikataulu ei veny, päätti ESO:n johtokunta, että halkaisijaltaan 39 metrin teleskoopin ensimmäisen vaiheen rakentaminen voidaan aloittaa. Nyt rahoitettu projekti käsittää teleskoopin tähtitornin ja kantavien rakenteiden sopimukset, jotka ovat ESO:n historian suurimmat. Sopimukset allekirjoitetaan loppuvuodesta 2015 ja ne johtavat täysin toimivan E-ELT -teleskoopin rakentamiseen.

Teleskoopin toistaiseksi rahoittamattomat komponentit käsittävät osia adaptiivisen optiikan järjestelmästä, osan havaintolaitteiden valmistustyöstä, pääpeilin sisimmät viisi peilisegmenttien rengasta (210 segmenttiä) sekä pääpeilin segmenttien varakappaleet, joita tarvitaan jatkossa kaukoputken tehokkaamman toiminnan varmistamiseksi. Näiden komponenttien, joiden lykkääminen ei vaikuta kaukoputken kykyyn tehdä havaintoja jo ensimmäisen vaiheen lopussa, rakentaminen hyväksytään lisärahoituksen tullessa saataville, mukaan lukien tuloillaan olevalta jäsenmaalta Brasilialta odotettu rahoitus.

"Nyt hyväksytty rahoitus mahdollistaa täysin toimivan E-ELT -teleskoopin rakentamisen. Siitä tulee tällä hetkellä suunnitteilla olevista erittäin suurista teleskooppiprojekteista kaikkein tehokkain ylivoimaisilla valonkeruualalla ja havaintolaitteilla. Se mahdollistaa Maan massaisten eksoplaneettojen alustavan ominaisuuksien määrittämisen, yksittäisten tähtien havaitsemisen läheisistä galakseista ja äärimmäisen herkät kaukaisen maailmankaikkeuden havainnot" päättää Tim de Zeeuw.

Huomautukset

[1] ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta.

ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa.

ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor.

ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin varta vasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi.

ESO on myös maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani.

 [2] Päätös vaati kymmenen puoltoääntä. Neljästätoista äänestä kolme on ad referendum, joka tarkoittaa sitä, että niitä pidetään alustavasti puoltoina ja ne antaneiden kolmen jäsenvaltion virkamiehet vahvistavat äänet ennen seuraavaa johtokunnan kokousta. Vahvistusten jälkeen johtokunnan päätös on yksimielinen.