3I/ATLAS on tavanomaisen kokoinen

KAK / ESA lehdistötiedote — Kansainvälinen tutkimusryhmä, johtajanaan David Jewitt (Department of Earth, Planetary and Space Sciences, UCLA, Los Angeles, CA 90095), on ottanut kaikkien aikojen terävimmän kuvan odottamattomasta tähtienvälisestä komeetasta 3I/ATLAS käyttämällä NASA:n/ESA:n Hubble-avaruusteleskooppia.

Tämä kuva tähtienvälisestä komeetasta 3I/ATLAS otettiin Hubble-avaruusteleskoopin laajakenttäkameralla 21. heinäkuuta 2025. Mittakaavapalkki on merkitty kaarisekunneissa. Pohjois- ja itäkompassinuolet osoittavat kuvan suunnan taivaalla. Tämä kuva on otettu näkyvän valon (max. 587,4 nm) aallonpituudella. Kuva: NASA, ESA, D. Jewitt (UCLA); kuvankäsittely: J. DePasquale (STScI).

Hubble-havaintojen ansiosta tähtitieteilijät voivat arvioida tarkemmin komeetan jäisen ytimen kokoa. Ytimen halkaisijan yläraja on 5,6 kilometriä, vaikka se voisi olla vain 320 metriä, tutkijat raportoivat. Hubble-kuvat asettavat tiukemmat rajoitukset ytimen koolle kuin aiemmat maanpäälliset arviot. Komeetan kiinteää ydintä ei voi tällä hetkellä havaita suoraan edes Hubblen avulla. Muiden observatorioiden, kuten NASA/ESA/CSA:n James Webb -avaruusteleskoopin, havainnot tulevat tarkentamaan tietojamme komeetasta, koon lisäksi myös sen kemiallisesta koostumuksesta.

Hubble kuvasi komeetan Auringon lämmittämältä puolelta purkautuvan pölypilven ja ytimestä poispäin virtaavan pölypyrstön. Tutkimustietojen mukaan massahäviö vastaa komeettoja, jotka havaitaan ensimmäisen kerran noin 480 miljoonan kilometrin etäisyydellä Auringosta. Pölymäärä on yhtäläinen aiemmin havaittujen Aurinkokuntaan kuuluvien ja Aurinkoa lähestyvien komeettojen massahäviön kanssa. Suuri ero on siinä, että tämä tähtienvälinen vierailija on peräisin jostain toisesta tähtikunnasta muualta Linnunradastamme.

3I/ATLAS kulkee Aurinkokuntamme läpi noin 58 km/s nopeudella, mikä on suurin koskaan mitattu vierailevalle kappaleelle. Tämä vauhti on todiste siitä, että komeetta on ajelehtinut tähtienvälisen avaruuden halki miljardeja vuosia. Useiden tähtien ja tähtisumujen ohitusten gravitaatiovaikutus on kiihdyttänyt komeetan nopeutta. Mitä kauemmin 3I/ATLAS on ollut tähtienvälisessä avaruudessa, sitä suuremmaksi sen nopeus on kasvanut.

Tutkimus julkaistaan The Astrophysical Journal Letters -lehdessä. Se on jo saatavilla täällä.

Tähtitieteilijät löysivät uuden sednoidin

KAK – Kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt ^[4] uuden sednoidin. Nimitys sednoidi tulee Sedna kuiperoidista, joka kiertää kaukana Neptunuksen radan ulkopuolella. Löydetty kiertolainen tunnetaan tunnuksella 2023 KQ14 ja siitä on käytetty ei-niin virallista nimeä Ammoniiti. Kansainvälinen tähtitietelijöiden unioni nimeää virallisesti löydetyn kappaleen myöhemmin.

Tekoälyn luoma havainnekuva ”Ammoniitista” Kuva: Ying-Tung Chenin (ASIAA) 

Kohde löydettiin osana FOSSIL-tutkimusprojektia ^[3] (Formation of the Outer Solar System: An Icy Legacy). Kohde löydettiin Subaru-teleskoopilla ^[2] maalis-, touko- ja elokuussa 2023 tehtyjen havaintojen avulla.  Ensimmäisten havaintojen jälkeen heinäkuussa 2024 Kanada-Ranska-Havaiji-teleskoopilla tehdyt seurantahavainnot ja tunnistamattomien havaintojen etsintä muiden observatorioiden vanhoista tiedoista mahdollistivat tähtitieteilijöiden seurata kohteen kiertorataa 19 vuoden ajan. Erikoisen kaukaisen kiertoratansa ^[1] vuoksi 2023 KQ ₁₄ on luokiteltu "sednoidiksi", joten se on vasta neljäs tunnettu esimerkki tästä harvinaisesta kohdetyypistä.

Ammoniitin (punainen) kiertorata ja kolmen muun sednoidin kiertoradat. Keskellä oleva syaani ympyrä edustaa Neptunuksen kiertorataa. Kuva: Ying-Tung Chen (ASIAA).

Se, että 2023 KQ ₁₄ kiertorataa muiden sednoidien radoista, viittaa siihen, että ulompi aurinkokunta on monimuotoisempi ja monimutkaisempi kuin aiemmin on ajateltu. Tämä löytö asettaa myös uusia rajoituksia hypoteettiselle yhdeksännelle planeetalle. Jos yhdeksäs planeetta on olemassa, sen kiertoradan on sijaittava kauempana kuin tyypillisesti ennustetaan.

Japanin kansallisen tähtitieteellisen observatorion tohtori Yukun Huang, joka suoritti kiertoradan simulaatioita, kommentoi: ”Se, että 2023 KQ ₁₄ :n nykyinen kiertorata ei ole linjassa kolmen muun sednoidin kiertoradan kanssa, vähentää yhdeksännen planeetan hypoteesin todennäköisyyttä. Huang kuitenkin selittää lausuntoaan seuraavasti: ”On mahdollista, että Aurinkokunnassa on joskus ollut planeetta, mutta se on myöhemmin sinkoutunut ulos, mikä on aiheuttanut nykyään näkemämme epätavalliset kiertoradat.”

Tämän löydön merkityksestä tohtori Fumi Yoshida toteaa: ”2023 KQ ₁₄ löydettiin kaukaiselta alueelta, jossa Neptunuksen gravitaatiolla on vain vähän vaikutusta. Pitkänomaisten kiertoratojen ja pitkien perihelin etäisyyksien omaavien kohteiden läsnäolo tällä alueella viittaa siihen, että muinaisena aikana, kun 2023 KQ ₁₄ muodostui, tapahtui jotain poikkeuksellista. Näiden ainutlaatuisten, kaukaisten kohteiden kiertoradan kehityksen ja fysikaalisten ominaisuuksien ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää Aurinkokunnan koko historian ymmärtämiseksi. Tällä hetkellä Subaru-teleskooppi on yksi harvoista maapallon teleskoopeista, jotka pystyvät tekemään tällaisia löytöjä. Olisin iloinen, jos FOSSIL-tiimi voisi tehdä paljon lisää tällaisia löytöjä ja auttaa piirtämään täydellisen kuvan Aurinkokunnan historiasta.”

Tämä animaatio näyttää 2023 KQ14:n ("ammoniitti") liikkeen useiden tuntien ajan. Kuva: NAOJ, ASIAA

Tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja ja ASIAA:n tukitieteilijä, tohtori Ying-Tung Chen, huomautti, että ammoniitti on neljäs löydetty Sednan kaltainen kohde. Tri Chen korosti, että vaikka aiemmin tunnetuilla Sednan kaltaisilla kohteilla on suunnilleen samanlaiset kiertoradat, Ammoniitin kiertorata on suunnaltaan vastakkainen. Jos yhdeksäs planeetta olisi olemassa, on tutkittava syytä, miksi Ammoniitin kiertorata ei ole sama kuin muiden sednoidien kiertorata. Ammoniitin olemassaolo rajoittaa myös yhdeksännen planeetan mahdollisia kiertorataparametreja. "Ammoniitin löytäminen on kuin puuttuvan palan löytämistä aurinkokunnan rajaseudulta", tri Chen sanoi. "Se laajentaa ymmärrystämme erittäin kaukaisten transneptunisten kohteiden kiertoratojen jakautumisesta."

”Ammoniitin löytämisen merkitys ulottuu paljon yhden kaukaisen kohteen lisäämistä pidemmälle”, sanoo vastaava kirjoittaja ja ASIAA:n tutkija, tohtori Shiang-Yu Wang. ”Ammoniitin kiertorata kertoo meille, että jokin muovasi ulkoaurinkokuntaa jo hyvin varhaisessa vaiheessa. Olipa kyseessä sitten ohikulkeva tähti tai piilossa oleva planeetta, tämä löytö tuo meidät lähemmäksi totuutta.”

 

Lähteet

https://www.nao.ac.jp/en/news/science/2025/20250715-subaru.html

https://press.asiaa.sinica.edu.tw/ASIAA_TAIWAN_News/250715

https://subarutelescope.org/en/results/2025/07/14/3574.html

 

Viitteet

[1] Radan periheli on q = 66 au:n etäisyydellä Auringosta ja sen kiertoradan isonakselin puolikas on a= 252 au, radan inklinaatio on noin i= 11° ekliptikan suhteen. Simulaatioiden perusteella sen rata on olut stabiili jo 4,5 miljardin vuoden ajan. Vaikka sen nykyinen kiertorata eroaa muiden sednoidien kiertoradoista, simulaatiot viittaavat siihen, että niiden kiertoradat olivat huomattavan samankaltaisia noin 4,2 miljardia vuotta sitten.

Sednan kaltaisten kohteiden tunnusomainen piirre on niiden periheli – lähimpänä Aurinkoa niiden kiertoradoilla oleva piste – joka sijaitsee kaukana Neptunuksen kiertoradasta (noin 30 AU). Aikaisemmin ainoat tunnetut näin kaukana Auringosta sijainneet kohteet olivat Sedna (periheli ~76 AU), 2012 VP₁₁₃ (periheli ~80 AU) ja Leleakuhonua (periheli ~65 AU).

[2] Subaru-teleskooppin pääpeilin halkaisija on 8,2 metriä ja se sijaitsee Maunakealla Havaijilla.

[3] Tämä kansainvälinen tutkimus on osa Formation of the Outer Solar System: An Icy Legacy (FOSSIL) -projektia. Tiimiin kuuluu tutkijoita Taiwanin National Central Universitystä, NAOJ:sta, japanilaisesta Kinki-yliopistosta, Kanadan kansallisesta tutkimusneuvostosta, Korea Astronomy and Space Science Institutesta, Nanjingin yliopistosta Kiinasta ja muista laitoksista. Taiwanilaisia projektin jäseniä tukevat Academia Sinica ja National Science and Technology Council.

[4] Chen, YT., Lykawka, P.S., Huang, Y. et al. Discovery and dynamics of a Sedna-like object with a perihelion of 66 au. Nat Astron (2025). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02595-7

 

Etelä-Atlantin anomalian arvoitus ei tunnu ratkeavan

KAK – Olet varmaan joskus kuullut uutisia Etelä-Atlantin anomaliasta. Anomaliasta käytetään SAA-lyhennettä, joka tulee englanninkielisestä nimityksestä South Atlantic Anomaly. Se on alue, jossa Maan ympärillä oleva Van Allenin vyöhyke pääsee lähestymään maanpintaa epätavallisen lähelle. Osaltaan tähän vaikuttaa se, että maapallon magneettinen keskipiste ei ole planeettamme massakeskipisteen kohdalla, vaan on siirtynyt enemmän itäiselle pallon osalle. Tästä seuraa anomalian perusasetelma: magneettikenttä on heikompi Etelä-Atlantin ja Etelä-Amerikan yläpuolella.

Etelä-Atlantin anomalia vuodelta 2023. jossa sinisellä osoitetaan heikentyneen magneettikentän alue. Nyt viisi vuotta myöhemmin muutoksia on jonkin verran tapahtunut, alue on hieman laajentunut ja siirtynyt jonkin verran länteen. Afrikan lounaispuoleinen ”magneettinen tasku” on edelleen jonkin verran heikentynyt lisää.

 Tässä ei kuitenkaan ole koko kuva ilmiöstä. Tieteellisesti SAA on hyvin mielenkiintoinen, sillä siinä tapahtuu hyvin nopeita, muutaman vuoden aikajaksolla havaittavia, muutoksia. Muutaman viime vuoden aikana SAA on laajentunut ja muuttanut muotoaan mutta myös siirtynyt länttä kohti 0,3° vuodessa. Liikkumisen myötä Afrikan lounaispuolelle on syntynyt ”magneettinen tasku” jossa magneettikentän voimakkuus on aikaisempaa heikompi. Syytä muutoksille ei tiedetä, mutta niiden arvellaan johtuvan Maan ulkoytimen sulassa raudassa tapahtuneita virtauksen muutoksia. Nämä muutokset voivat olla myös syynä magneettisen etelänavan (lähellä maantieteellistä pohjoisnapaa) siirtymistä itäiselle pallonpuoliskolle kohti Siperiaa.

Maapallon magneettikenttä ei ole perusdipolikenttä, vaan siinä on paikallisia anomalioita, siis poikkeavuuksia niin suunnan kuin kentänvoimakkuuden suhteen. SAA on näistä poikkeavuuksista merkittävin ja nopeimmin muuttuva. Ilmiönä magneettiset anomaliat ei kuitenkaan ole nykypäivänä syntyneet, vaan niitä on ollut yhtä kauan olemassa kuin maapallolla on magneettikenttä ollut. Ja kuten tiedetään, voimakkaimmillaan anomalioiden kehitys on johtanut siihen, että globaalin magneettikentän magneettinen suunta on ollut päinvastainen nykyiseen verrattuna, joskin suhteellisen lyhyen aikaa kerrallaan. Mitään Auringon kaltaista magneetista sykliä maapallon magneettikentästä ei ole havaittu vaan suunnanmuutokset ovat enemmän tai vähemmän satunnaisia ja kehittynevät näiden anomalioiden seurauksena.

SAAn alue mahdollistaa Auringosta peräisin olevan hiukkassäteilyn tunkeutumisen epätavallisen syvälle maapallon magneettikenttään ja osittain jopa Van Allenin vyöhykkeiden sisäpuolelle. Ilmakehä kuitenkin suojaa maapallon pinnan elämää säteilyn haittavaikutuksilta, mutta kiertoradalla olevat satelliitit ovat vaarassa vaurioitua säteilyn vaikutuksesta. Näin tapahtuu edelleenkin hyvin usein, vaikka nykyisin satelliittien elektroniikka rakennetaan ja ”kovennetaan” säteilyä kestäviksi. Silti taloudelliset menetykset ovat edelleen merkittäviä satelliittien menettämisen ja toiminnan keskeytymisen vuoksi.

SAA-alueen tulevaisuutta on vaikea ennustaa, koska sen syntymekanismia ei tunneta. On mahdollista, että anomalia tulevaisuudessa heikkenee (magneettikenttä vahvistuu normaaliin suuntaan) tai siirtyy aivan toiseen paikkaan. On myös mahdollista toisen suuntainen kehitys, jolloin anomalian magneettikenttä edelleen heikkenee ja laajenee. Joka tapauksessa maapallon magneettikentässä tulee aina olemaan eri asteisia anomalioita.

Lähteet

[1] https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/rosat/gallery/display/saa.html

[2] https://fi.wikipedia.org/wiki/Etel%C3%A4-Atlantin_anomalia

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/South_Atlantic_Anomaly

[4] https://earth-planets-space.springeropen.com/articles/10.1186/s40623-020-01252-9

 

Pitkään odotettu havainto: Betelgeusella on kumppani

KAK – NOIRLab tiedote 21.7.2025 – Tähtitieteilijät ovat löytäneet tähden, joka kiertää uskomattoman tiukasti Betelgeusesta käyttäen NASAn ja Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön rahoittamaa Alopeke-instrumenttia Gemini North -observatoriossa ^[3]. Tämä löytö ratkaisee pitkään jatkuneen mysteerin tähden vaihtelevasta kirkkaudesta ja tarjoaa tietoa muiden muuttuvien punaisten superjättiläisten taustalla olevista fysikaalisista mekanismeista.

Tässä valokuvassa Betelegeusen kumppanitähti näkyy sinisenä läikkänä. Vaikka kuva näyttääkin piirrokselta, se on kuitenkin oikea valokuva.
Kuva International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA. Image Processing: M. Zamani (NSF NOIRLab).

Betelgeuse on yksi yötaivaan kirkkaimmista tähdistä ja Maata lähin punainen superjättiläinen. Sen tilavuus on valtava, sillä sen säde on noin 700-kertainen kuin Auringon. Tähden ikä on noin kymmenen miljoonaa vuotta. Ihmiset ovat havainneet Betelgeusea Orionin tähdistön olkapäässä paljain silmin jo vuosituhansien ajan ja huomanneet, että tähden kirkkaus muuttuu ajan myötä. Tähtitieteilijät ovat havainneet, että Betelgeusella on noin 400 vuorokauden päävaihtelujakso ja pidempi, noin kuuden vuoden pituinen toissijainen jakso.

Vuosina 2019 ja 2020 Betelgeusen kirkkaus väheni jyrkästi. Tapahtumaa kutsutaan nimellä "Suuri himmennys". Tapahtuma sai jotkut uskomaan, että tähti on muuttumassa supernovaksi nopeasti lähestymässä, mutta tutkijat pystyivät toteamaan, että himmeneminen johtui itse asiassa Betelgeusesta sinkoutuneesta suuresta pölypilvestä.

Suuren himmennyksen mysteeri ratkesi, mutta tapahtuma herätti uuden kiinnostuksen Betelgeusen tutkimiseen, mikä johti tähden arkistotietojen uusiin analyyseihin. Eräs analyysi sai tutkijat ehdottamaan, että Betelgeusen kuuden vuoden vaihtelun syy on kumppanin olemassaolo ^[1]. Mutta kun Hubble-avaruusteleskooppi ja Chandra-röntgensäteilyobservatorio etsivät tätä kumppania, havaintoja siitä ei tehty.

Speckle-kuvaus on tähtitieteellinen kuvaustekniikka, jossa käytetään hyvin lyhyitä valotusaikoja Maan ilmakehän aiheuttamien vääristymien poistamiseksi kuvista. Tämä tekniikka mahdollistaa korkean resoluution, ja kun se yhdistetään Gemini Northin 8,1 metrin peilin valonkeräystehoon, Betelgeusen himmeä seuralainen voitiin havaita suoraan.

Seuratähden valon analyysin avulla vanhempi tutkija Steve Howell ja hänen ryhmänsä pystyivät määrittämään kumppanin ominaisuudet. He havaitsivat, että se on optisella aallonpituusalueella kuusi magnitudia himmeämmäksi kuin mitä Betelgeuse on, että sen arvioitu massa on noin 1,5 kertaa suurempi kuin Auringon massa ja että se näyttää olevan A- tai B-tyypin esi-pääsarjan tähti, siis hyvin kuuma ja sinivalkoinen tähti, jonka ytimessä vedyn fuusio ei ole vielä alkanut.

"Gemini Northin kyky saavuttaa suuri kulmatarkkuus ja terävät kontrastit mahdollistivat Betelgeusen seuralaisen suoran havaitsemisen", Howell sanoo. Lisäksi hän selittää, että "Alopeke teki sen, mitä mikään muu teleskooppi ei ole aiemmin tehnyt."

Tämä havainto antaa selkeämmän kuvan Betelgeusen (punaisen superjättiläinen) aikaisemmasta kehityksestä ja tulevista tapahtumista. Betelgeuse ja sen seurantatähti syntyivät todennäköisesti samaan aikaan. Kumppanin kehityskaari jäänee lyhyeksi, sillä voimakkaat vuorovesivoimat saavat sen kierteisesti syöksymään Betelgeuseen ja tuhoutumaan, minkä tutkijat arvioivat tapahtuvan seuraavien 10 000 vuoden aikana.

Havainto auttaa myös selittämään, miksi samankaltaisten punaisten superjättiläistähtien kirkkaudessa saattaa tapahtua jaksottaisia muutoksia useiden vuosien mittaisella aikavälillä. Howell kertoo toivovansa lisätutkimuksia tällä alalla: "Tämä havainto oli äärirajoilla siitä, mitä Geminillä voidaan tehdä korkean kulmatarkkuuden kuvauksen osalta, ja se onnistui. Tämä avaa nyt oven muille samanlaisille havaintoharrastuksille."

Gemin North observatorio Havajilla. Kuva International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. Chu

Martin Still, NSF:n kansainvälisen Gemini-observatorion ohjelmajohtaja lisää: "Kansainvälisen Gemini-observatorion tarjoamat speckle-ominaisuudet ovat edelleen vaikuttava työkalu, joka on avoin kaikille tähtitieteilijöille monenlaisiin tähtitieteen sovelluksiin. Satoja vuosia kestäneen Betelgeuse-ongelman ratkaisun toimittaminen jää mieleenpainuvaksi huippusaavutukseksi."

Toinen tilaisuus tutkia Betelgeuseksen kumppania tarjoutuu marraskuussa 2027, kun se on suurimmalla etäisyydellä Betelgeusesta ja on siten helpoin havaittavissa. Howell ja hänen tutkimusryhmänsä odottavat innolla Betelgeusesta tehtäviä havaintoja ennen tätä tapahtumaa ja sen aikana, jotta seuralaisen luonne voitaisiin määritellä paremmin.

 

Viitteet

[1] Kahdessa vuonna 2024 julkaistussa julkaisussa käytettiin vuosikymmenten havaintoja Betelgeusesta monilta tarkkailijoilta eri puolilta maailmaa ennustamaan seurantatähden kiertorata ja sijainti, vaikka sitä ei havaittu suoraan (ks. DOI: 10.3847/1538-4357/ad93c8 ja DOI: 10.3847/1538-4357/ad87f4).

[2] Tutkimus esitellään artikkelissa "Probable Direct Imaging Discovery of the Stellar Companion to Betelgeuse", joka ilmestyy The Astrophysical Journal Letters -lehdessä 24. heinäkuuta. DOI: 10.3847/2041-8213/adeaaf.

[3] Gemini North on Maunakea:lla (Havaiji) sijaitseva kansainvälisen Gemini-observatorion 8,1 m -teleskooppi. Geminillä on toinen samalainen teleskooppi Gemini South Cerro Pachó:lla Chilessä. Gemini-observatorio osittain NSF:n rahoittama ja NSF NOIRLab:n ylläpitämä.

 

Maapallo kiihdyttää pyörimistään

 ” Ei se ole kellon syy, jos maapallo pyörii eri tahtiin. Hervannassa on aina oikea hetki Forster’sille.”

Uusi hervantalainen sananlasku

KAK – Tänään maapallo pyörähtää itsensä ympäri nopeammin kuin koko vuoteen. Vuorokauden pituudeksi on määritetty atomikellojen ylläpitämänä 86 400 sekuntia. Maapallon pyöriminen ei kuitenkaan ole lähes milloinkaan tämän pituinen, vaan siinä on millisekunnin luokkaa olevia vaihteluita. Vaihteluiden syyt on hyvin moninaiset, palaan niihin myöhemmin.

Tänään yhteen pyörähdykseen maapallolta kuluu 1,3 ms vähemmän aikaa kuin virallinen vuorokauden pituus on. Tämän jälkeen pyöriminen tapahtuu aavistuksen verran hitaammin, kunnes heinäkuun 22. päivänä tämä ennätys lyödään ja pyörähtäminen tapahtuu 1,38 ms nopeammin. Mutta elokuun 5. päivänä tehdään jälleen uusi ennätys, se on 1,51 ms lyhyempi kierrosaika. 

 

Maapallon pyöriminen on hidastunut keskimäärin 1,7 ms vuosisadassa. Ilmiö mitattiin jo 1950-luvulla, kun pyörimistä alettiin seurata atomikellojen avulla mahdollisimman tarkasti. Todellisuudessa ilmiö tunnettiin jo 1600-luvun lopulta ^[1] mutta sen mittaaminen tarkasti oli aikaisemmin mahdotonta.

Hidastuminen ei ole tasaista, välillä se on hitaampaa ja välillä nopeampaa. Syy tähän trendiin on Kuun etäisyyden kasvaminen 3,8 cm vuodessa ^[4]. Kuu aiheuttaa gravitaatiollaan vuorovesivoiman, joka hidastaa maapallon pyörimistä siten, että vuoroveden muokkaama Maa on muodoltaan sellainen, että syntyy pyörimistä vastustava voima. Tämän ilmiön vaikutuksesta osa maapallon pyörimisen hidastumisesta vapautuva energia siirtyy Kuuhun ja sen rata tästä energiasta johtuen etääntyy maapallosta. Joskus, kauan aikaa sitten maapallon vuorokausi oli pituudeltaan vain 19 tuntia ^[2][3]. Osa vuorovesi-ilmiön vapauttavasta energiasta muuttuu lämmöksi niin kallioperässä kuin mereen syntyvien vuorovesiaaltojen ja veden virtauksen kitkasta johtuen.

Vuorovesivoiman olemassaolo siis hidastaa maapallon pyörimistä. Tästä syystä kellonaikoihin täytyy tehdä silloin tällöin korjaus, jotta maapallon pyöriminen ja kellonajat eivät joutuisi liian suureen aikaeroon. Korjausta kutsutaan karkaussekunniksi, jollainen lisättiin kellonaikaan viimeksi 31. joulukuuta 2016.

Maapallon pyörimisen hidastumistrendi on nähtävissä tästä kuvaajasta selvästi. Harmaalla viivalla on osoitettu pyörimisnopeus, jonka positiiviset arvot kertovat hidastumisesta. Aivan oikeassa reunassa lukemat ovat olleet painuneet negatiivisiksi ja tämä tarkoitta pyörimisen nopeutumista. Kuvaan punaisella pisteillä on merkitty karkaussekuntien lisäysajankohdatja hidastumisen aiheuttama kumulatiivinen erotus 1970-luvulta alkaneeseen seurannan vuorokauden pituuteen. Kuva Wikimedia Commons.

Karkaussekunteja lisätään Koordinoituun yleisaikaan (UTC) tarvittaessa, jotta atomikelloihin perustuva aika pysyisi alle 0,9 sekunnin sisällä maapallon pyörimiseen perustuvasta ajasta (UT1). Päätöksen karkaussekunnin lisäämisestä tekee International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS).

On myös hyvä huomioida, että marraskuussa 2022 tehtiin päätös luopua karkaussekunneista viimeistään vuoteen 2035 mennessä. Tämän jälkeen atomiaika ja UT1-aika eroavat toisistaan ja tarvittava korjaus täytyy sitten tehdä ohjelmallisesti aikoja käyttäviin järjestelmiin kuten esimerkiksi satelliittipaikannusjärjestelmiin. Ajan myötä karkaussekunneista summautuu minuutteja ja jopa tunteja, jos ei mitään tehdä. Sen sijaan, että lisättäisiin useita kymmeniä kertoja vuosisadassa yksi karkaussekunti, korjaus tehdään paljon harvemmin esimerkiksi kerran vuosisadassa tai jopa vielä harvemmin.

Vuoteen 2020 asti pyörimisen hidastuminen oli selkeä trendi, mutta sen jälkeen on tapahtunut jotakin poikkeuksellista. Heinäkuun 19.  vuonna 2020 maapallon pyörähtäminen oli 1,47 ms nopeampaa kuin virallinen vuorokauden pituus. Seuraavana vuonna 2021 heinäkuun 9. päivän oltiin samassa lukemassa, vuona 2022 kesäkuun 30. päivänä 1,59 ms nopeammin, vuonna 2023 heinäkuun 16. päivänä 1,31 ms nopeammin ja vuonna 2024 heinäkuun 5. päivänä ennätyksellinen 1,66 ms nopeammin.

Tällä kertaa syy pyörimisen nopeutumiseen on Kuun etäisyyden vaihtelu radallaan. Maapallon pyöriminen on nopeampaa silloin kun Kuun on ratansa etäisimmässä osassa ja samaan aikaan mahdollisimman kaukana ekvaattoritasosta. Tänään Kuun deklinaatio on –28° 59’ ja etäisyys 398 548 km maapallon keskipisteestä. Heinäkuun 22. päivänä Kuun deklinaatio on +27° 40’ ja etäisyys 367 304 km. Elokuun 5. päivänä deklinaatio on –29° 18’ ja etäisyys 397 961 km.

Ilman Kuun vaikutustakin maapallon pyöriminen ei olisi tasaista, vaan siinä tapahtuu muutoksia eri syistä johtuen. Nopeimmin vaikuttaa ilmakehässä massanvaihtelut ja siirtymiset, näiden vaikutus aika kestää vuorokaudesta ehkä muutamaan viikkoon ja vaikutuksen suuruus ± 1 – 2 ms. Etenkin voimakkaat tuulet ja suihkuvirtaukset ovat avain asemassa näissä tekijöissä.

Merivirtojen vaikutus saattaa kestää kuukausia ja silloin vaihteluväli on ± 0,5 – 1ms, suunnilleen sama kuin laajoilla vesisateilla. Napajäiden sulaminen siirtää massaa lähemmäksi ekvaattoria ja tästä syystä muutokset ovat pysyviä, joskaan ei kovin suuria. Lumipeitteen kertyminen etenkin pohjoisille leveysasteille nopeuttaa pyörimistä ja vastaavasti sulaminen ja veden virtaaminen meriin yleensä hidastuttaa pyörimistä

Mannerlaattojen liike on hidasta mutta jatkuvaa. Usein mannerlaatat lukkiutuvat toisiinsa ja lukitus vapautuu, josta seuraa suuria maanjäristyksiä. Tästä seuraa myös vaikutuksia maapallon pyörimiseen, joiden suuruus on mikrosekunteja, esimerkiksi vuoden 2004 Sumatran maanjäristys lyhensi vuorokautta n. 2,68 mikrosekunnilla. Pitkällä aikavälillä (miljoonissa vuosissa) mannerlaattojen liike saa aikaa pysyviä ja hyvinkin suuria vaikutuksia.

Maapallon ytimessä pyörii suuri rauta-nikkelipallo. Sen pyörimisnopeus ei ole aivan sama kuin ylempänä olevien kerrosten, eikä senkään pyörimisnopeus pysy muuttumattomana. Sen pyörimiseen vaikuttaa sulakerroksesta kiteytyvät aine tai toisessa paikassa vastaava sulaminen. Näiden tapahtumien vaikutukset heijastuvat aikaa myöten myös maanpinna pyörimiseen.

Ihminenkin vaikuttaa maapallon pyörimiseen omalla toiminnallaan. Rakentamalla suuria tekoaltaita ja tekojärviä padotaan vettä ja saadaan massa kertymistä sinne missä sitä ei ole aikaisemmin ollut ainakaan merkittäviä määriä. Esimerkiksi Kolmen rotkon pato Kiinassa aiheutti arvioiden mukaan n. 0,06 mikrosekunnin lyhentymisen vuorokauteen. Tämän mittaluokan rakennushankkeet vaikuttavat maapallon pyörimiseen johonkin suuntaan. Paikallisista olosuhteista ja rakennuspaikasta riippuen määräytyy se, nopeutuuko vai hidastuuko maapallon pyöriminen?

Sitten on vielä yksi ilmiö, joka vaatisi kokonaisen oman artikkelin. Kyseinen ilmiö on Chandlerin jakso tai -heilahdus. Ilmiön taustalla on se, että maapallon muoto ei ole täydellinen pallo, eikä muoto edes pysyttele vakiona. Epätäydellinen pallo pyöriessään vaappuu sen pyörimisakselin tehdessä pientä kehään pallon pinnalla. Maapallolla tämä kehä on halkaisijaltaan 3 – 9 metriä maantieteellisen pohjoisnavan (ja etelänavan) ympärillä.

Chandlerin heilahduksen jakso on noin 433 vuorokautta, eli noin 14 kuukautta. Tämä tarkoittaa, että akseli tekee yhden täyden heilahtelun noin 14 kuukaudessa. Heilahdusympyrä ei ole oikeasti ympyrä, vaan se muodostaa eräänlaisen spiraalin, jossa on havaittu 6,5 vuoden jakso. Heilahdus välittyy muihin maapallon pyörimisnopeuteen vaikuttaviin tekijöihin ja siten lopulta myös pyrähdysaikaan.

 

Viitaukset

[1] Edmund Halley (1656–1742) havaitsi vuonna 1695, että muinaisten auringonpimennysten ajankohdat eivät vastanneet Newtonin mekaniikan ennustamia aikoja. Hänellä oli käytössään muinaisten kiinalaisten, kreikkalaisten ja babylonialaisten kokoamia tietoja havaituista auringonpimennyksistä. Ne tuntuivat tapahtuvan aina väärässä paikassa ja väärään aikaan, joista eroista laskelmiin hän pääteli, että ainoa selittävä tekijä olisi maapallon pyörimisen hidastuminen.

Simon Newcomb (1835–1909) tuli tutkimuksissaan samaan päätelmään. William Ferrel ja George Darwin (Charles Darwinin poika) kehittivät teorian Kuun vuorovesivaikutuksesta 1800-luvun lopulla. He osoittivat, että vuorovesikitka siirtää energiaa ja aiheuttaa pyörimisnopeuden hidastumista sekä Kuun loittonemista.

Richard Stephenson (1941) 1900- ja 2000-luvuilla kokosi tarkan kokoelman muinaisista auringon- ja kuunpimennyksistä ja osoitti tilastollisesti, että pyöriminen hidastuu keskimäärin noin +1,7 – 2,3 ms/100 vuotta.

 

[2] Maapallon pyörimisaika itsensä ympäri on ollut noin 19 tuntia noin 1–2 miljardia vuotta sitten.

Useiden tutkimusten ja historiallisten tietojen mukaan Maapallon vuorokauden pituus oli noin 19 tuntia noin miljardin vuoden ajan, tarkemmin sanottuna 2 miljardista vuodesta 1 miljardiin vuoteen sitten. Tätä ajanjaksoa kutsutaan geologisessa historiassa usein "ikävystyttäväksi miljardiksi" (boring billion), koska elämän kehityksessä tapahtui suhteellisen vähän suuria muutoksia.

Tämän ajanjakson aikana Maapallon päivän piteneminen, joka johtuu pääasiassa Kuun vetovoiman aiheuttamasta hidastumisesta, pysähtyi tai hidastui merkittävästi. Syynä tähän on pidetty Auringon aiheuttamaa ilmakehän vuorovesivoimaa, joka tietyissä olosuhteissa kykeni tasapainottamaan Kuun hidastavaa vaikutusta.

 

[3] Taulukko vuorokauden pituuksista maapallon geologisen historian aikana.

Aika (miljardia vuotta sitten)  Vuorokauden pituus (tuntia)

4,5 Ga                                             6 h

3,5 Ga                                             10 h

2,5 Ga                                             14 h

1,5 Ga                                             19 h

1,0 Ga                                             21 h

0,6 Ga                                             22 h

0,0 Ga (nykyhetki)                        24 h

 

[4] Tämä tieto ei ole peräisin vain simuloinneista, vaan se on havaittu käytännössä. Miehitetyillä Apollo-lennoilla Kuuhun vietiin laser-heijastimia (joitakin vielä myöhemminkin), jotka ovat edelleen käytössä. Heijastimet palauttavat Maasta lähetetyn laserpulssin takaisin ja kulkuajasta voidaan laskea Kuun etäisyys mittaushetkellä hyvin tarkasti. Näiden mittausten perustella on määritetty Kuun etääntymiselle keskiarvonopeus 3,8 cm vuodessa.