Onko Kuun radalle tapahtumassa jotakin omituista?

Viimepäivinä tiedotusvälineet ovat kertoneet uutista, jonka mukaan Kuun radan muutoksista johtuisi merien vuoksiaaltojen korkeuden kasvua ja se yhdistettynä ilmastonmuutoksen aiheuttamaan merenpinnan nousuun johtaisi odottamattomiin tulviin. Artikkelit olivat hyvin sekavan tuntuisia ja ne pohjautuivatkin NASAn yhtä sekavaan tiedotteeseen yhden tutkijaryhmän saamista mallinnustuloksista. Mistä siis oli loppujen lopuksi kysymys?

Täysikuun ja uusikuun aikaan vuorovesi on korkein.

 

Uutisessa oli kysymys kahdesta eri ilmiöstä, joiden yhteisvaikutuksesta on kyse. Ensimmäinen näistä ilmiöistä on merenpinnan nousu, joka aiheutuu osittain jäätiköiden (mm. Grönlannissa ja Antarktiksella) sulamisesta ja meriveden pintaosien lämpölaajenemisesta. Lisäksi juttuun liittyy myös paikallisia mannerlaattojen nousua ja laskua jäätiköiden aiheuttaman kuormituksen vähenemisestä johtuen. Tätä aihetta on käsitelty julkisuudessa hyvin usein ja sen mekanismi tunnetaan suhteellisen hyvin. Näin ollen en paneudu tässä artikkelissa tähän asiaan enempään.

Sitten se toinen ilmiö, ja lehtiartikkelien sekava osa. Niistä sai sellaisen kuvan, että Kuun radassa tulisi tapahtumaan jotain ennen näkemätöntä ja kokematonta. Tällaista muutosta Kuun radalle kuitenkaan ei ole tulossa, vaan avaruuden seuralaisemme kiertää tukevasti omalla radallaan kuten tähänkin asti.

Kuun etäisyys vaihtelee lyhimmästä pisimpään yhden kuukauden aikana. Pisin tai lyhin etäisyys ei kuitenkaan ole aina sama, vaan se määrittyy monen eri tekijän summana.

 

Kuun rata on matemaattisesti hyvin monimutkainen juttu ja siihen vaikuttaa monet eri tekijät ja ilmiöt. Yksi näistä ilmiöistä on Kuun radan nousevan solmupisteen länsisuuntainen kiertyminen. Nouseva solmu tekee yhden kierroksen maapallon ympäri noin 18,61 vuodessa, joka oli muistettu kertoa myös mainituissa lehtiartikkeleissa. Ilmiönä tai asiana tämä solmupisteen kiertyminen ei ole mitenkään uusi, sillä se on ollut tunnettu jo kolmisen sataa vuotta.

Jotta ymmärtäisimme asian, meidän tulee ajatella Kuun rataa, Maata ja Aurinkoa kolmiulotteisena järjestelmänä. Kuun rata on soikea ja sen ratataso poikkeaa Maapallon ratatasosta (ekliptikasta). Kohta, jossa Kuun rata tuo sen ekliptikan pohjoispuolelle on nouseva solmu. Jos maapallo ja Kuu olisivat ideaalisia massapisteitä täysin tyhjässä avaruudessa, Kuun rataellipsissä ei tapahtuisi mitään muutoksia. Mutta kun näin ei ole, niin monista muutoksista yksi on solmupisteen sijainnissa tapahtuva muutos. Toisin sanoen, rataellipsi kiertyy maapallon ympäri ja yhteen kierrokseen kuluu aikaa jo mainittu 18,61 vuotta. Tämä jakso tunnetaan myös Sarosjaksona. 

Matemaattisesti tarkasteltuna Kuun rata on hyvin monimutkainen. Tämän kuva yrittää havainnollistaa sitä, kuinka monta erilaista tekijää täytyy ottaa huomioon ratalaskuissa. Kuvassa nouseva solmupiste on merkitty DN -kirjaimilla.

 

Kuu aiheuttaa maapallolla vuorovesi-ilmiön omalla gravitaatiollaan. Vuoroveden korkeus riippuu monien muiden tekijöiden lisäksi Kuun etäisyydestä Maasta. Vuoroveden korkeus olisi noin 1 metri, jos mantereita ei olisi ja maapallon meri olisi syvä. Aurinko aiheuttaa myös vuorovesi-ilmiön, vaikka sen vuoksiaallon korkeus on vain noin 1/2 Kuun aiheuttamasta vuoksiaallosta.

Kun Aurinko ja Kuu ovat joko samalla puolella (uusikuun aikaan), tai vastakkaisilla puolilla (täysikuun aikaa) maapalloa, tapahtuu mielenkiintoinen ilmiö. Tällöin on tulvavuoksi, koska molempien kappaleiden aiheuttamat vuorovesiaallot yhdistyvät ja muodostavat tavallista korkeamman vuoksiaallon.

Sarosjakson aikana Kuun rataellipsin isoakseli on saman suuntainen Aurinko–Maa -linjan kanssa kaksi kertaa silloin, kun Auringon ja Maan välinen etäisyys on lyhin tammikuussa tai pisin heinäkuussa. Tällöin tammikuun tulvavuoksi on tavallista korkeampi, ei paljoa mutta kuitenkin sen verran, että sillä on vaikutuksensa matalilla rannikkoseuduilla. Ja merenpinnan noustua, nämä vaikutukset summautuvat ja vuoksen aiheuttamia tulvia voivaan nähdä tavallista laajemmilla alueilla. Nasan tutkijat pyrkivät varoittamaan juuri tästä asiasta epäonnistuneessa ja sekavassa tiedotteessaan.

Mitä sitten tulee tulevaisuudessa tapahtumaan, riippuu paljolti siitä, kuinka paljon merien pinnat kohoavat. Merien pinnan kohoamisesta on esitetty erilaisia ennusteita ja laskelmia, mutta toteutuvatko ne ja kuinka hyvin, onkin sitten jo kokonaan toinen juttu. Sen sijaan Kuun etäisyys maapallosta voidaan laskea ja niin teinkin tästä päivästä vuoteen 2070 asti.

Ensi tammikuussa (2.1.2022) uusikuun etäisyys on vain 358 034 km, joka siis merkitsee tavallista korkeampaa tulvavuoksea. Tämä onkin sitten korkein tulvavuoksi vähään aikaan, sillä seuraava tätäkin korkeampi tulee olemaan vasta 3.1.2045, jolloin on täysikuu ja Kuun etäisyys on 357 579 km. Lasketun aikajakson sisällä uusikuu 4.1.2049 tapahtuu Kuun ollessa vain 356 821 km etäisyydellä, ja vielä 4.1.2053 tapahtuva täysikuu 357 809 km etäisyydellä mahtuu joukkoon. Nämä kaikki ajankohdat ovat siis sellaisia, jolloin on joko supertäysikuu tai superuusikuu.

Sitten on koko joukko uusikuita ja täysikuita, jolloin tammikuun alussa Kuun etäisyys Maasta ei mahdu ”super”-määritelmään mutta etäisyys on keskimääräistä lyhyempi. Näitä vuosia ovat 2026, 2030, 2037, 2041, 2057, 2061 ja 2068. Nämä ajankohdat ovat sen verran kaukana tulevaisuudessa, että merien korkeudet ovat kasvaneet jo merkittävästi ja tulvavuoksien korkeudet ovat merkittävästi suurempia kuin nykyisin vastaavassa tilanteessa.

 

 

Mikä superkuu?

Kuun näennäisen koon vaihtelu
etäisyyden muutoksesta johtuen on
luokkaa 12 %. Tätä on mahdoton havaita
muistinvaraisesti, mutta valokuvaamalla
samalla laitteistolla aina täysikuun
hetkellä, vertailun voi helposti tehdä.
Kuva Kari A. Kuure.

Medioissa on jälleen hypetetty – tällä kertaa superkuusta! Useimmissa jutuissa on kerrottu vain osa Kuun näkymiseen vaikuttavista tekijöistä, kuten Kuun sijainti maapalloa lähinnä olevalla radan osalla ja täydenkuun esiintymisestä samaan aikaan.

Täysikuuhun liittyy kuitenkin ilmiö, josta ainakaan minun silmiini tai korviini ei ole kantautunut yhtään mainintaa. Se on oppositioefekti, joka jo pelkästään selittää suurimman osan superkuuksi nimetystä ilmiöstä.

Kuun etäisyys vaihtelee sen kiertäessä Maata kerran kuukaudessa lyhimmän (perigemium) ja pisimmän (apogemium) etäisyyden välillä. Kuun etäisyys on lyhimmillään 356 400 km ja pisimmillään 406 700 km, keskietäisyyden ollessa 384 400 km [¹].

Kuun etäisyyden vaihtelu tuo mukanaan kaksi ilmiötä. Ensimmäinen on tietysti näennäisen koon vaihtelu. Lähimmillään ollessaan Kuun näyttäisi olevan noin 11–12 % suurempi kuin ratansa kaukaisimmassa pisteessä ollessaan. Toinen tekijä on, että täysikuu heijastaa auringonvaloa ja kun heijastava pinta on lähempänä, valaistus kasvaa tietysti jonkin verran, mutta ei vielä 30 %:a, kuten medioissa on kerrottu.

Suuremman kirkastumisen aiheuttaa oppositioefektiksi kutsuttu ilmiö, joka esiintyy jokaisen täysikuun aikana muutaman tunnin ajan. Efekti itsessään on helppo nähdä vaikkapa hiekkarannalla: katsottaessa myötävaloon (Aurinko katsojan selän takana) hiekka näyttää hyvin kirkkaalta verrattuna siihen, että katsottaisiin katsojan sivulla olevaa hiekkaa. Kirkastumisen saa aikaa varjojen siirtyminen hiekanjyvien taakse ja katsoja näkee vain täysin valaistunutta pintaa. Sivulle katsottaessa noin puolet nähdystä pinnasta on varjossa ja näin ollen selvästi himmeämpi kuin täysin valaistu pinta. Valokuvaamalla samalla valotusasetuksella molempiin suuntiin, voi ilmiötä tutkia hieman perusteellisemmin.

Kun oppositioefektin vaikutus lisätään Kuun näennäisen koon suurentumiseen ja heijastava pinnan siirtymiseen hieman lähemmäksi kuin keskimäärin, saataneen suunnilleen tuo medioissakin kerrottu 30 % kirkkauden kasvu. Tosin silloinkin pitää vertailukohtana pitää täysikuuta, joka tapahtuu apogemiumin aikoihin.

Tällä kertaa Kuun etäisyys oli lyhyimmillään täysikuun aikaan 23.6. kello 11.32 (geosentrisesti laskettuna), jolloin etäisyyttä oli 356 991 km ja Kuu näkyi (maapallon toisella puolella) 33,04 kaariminuutin kokoisena. Tampereella täysikuu laskennallisesti tapahtui vasta kolmisen tuntia myöhemmin. Jos asia ei aivan heti valkene, niin 3D-ajattelun harjoittaminen voi tuoda hieman valaistumista asiaan.

Mutta ja jotta asia ei olisi aivan näin yksinkertainen, täysikuun kirkkauden arvioinnissa täytyy ottaa huomioon ilmakehässä tapahtuva valon absorptio. Toisin sanoen, täysikuun näkyessä matalalla horisontin läheisyydessä, ilmakehä himmentää (ekstinktio) sitä (yl. minkä tahansa kohteen) merkittävästi, jopa 1,5 magnitudia. Tarkkaa arvoa on vaikea laskea, sillä muuttuvia tekijöitä on runsaasti.

Loppuyhteenvetona päättelen, että meillä Suomessa superkuu ei ole mikään ”super”, vaan hyvinkin tavallinen kesäinen täysikuu, joka sinällään on hieno, katsomisen ja valokuvaamisen arvoinen hämärässä kesäyössä.

Huomautus

[1] Kuun rata maapallon ympäri ei ole mitenkään helppo laskettava, sillä siinä tapahtuu useita hyppäyksenomaisia muutoksia. Niinpä ei olekaan ihme, että eri tietokoneohjelmat antavat monille Kuuhun liittyville tapahtumille hieman toisistaan poikkeavia arvoja ja ajanhetkiä. Tyypillinen virhe voi pienimmillään olla minuutin luokkaa, mutta esimerkiksi nousu- ja laskuajoissa voi hyvinkin suuria eroja tai virheitä. Usein ne riippuvat siitä, miten pitkän ja tarkan proseduurin ohjelmoija on ohjelmaan kirjoittanut. Olen jostakin saanut tiedon, että tarkin mahdollinen proseduuri Kuulle olisi 40-sivuinen. Vertailun vuoksi Jupiterin rata samalla tarkkuudella selviää yhden A4-kokoisen sivun proseduurilla.