Kevätpäiväntasaus aloittaa astronomisen kevään

Kuva © Kari A. Kuure.

Kevätpäiväntasaus on maaliskuun 20 päivänä kello 12.29 Suomen aikaa. Silloin Aurinko näennäisellä vuotuisella radallaan ylittään taivaan ekvaattorin ja siirtyy pohjoiselle tähtitaivaalle. Tasaushetkellä maapallon etäisyys Auringosta on 148 989 994 km.

Samaan aikaan alkaa pohjoisen pallonpuoliskon astronominen kevät, sillä tähtitieteessä käytetään hieman ihmisten mielikuvista tai ilmatieteilijöiden käyttämistä määritelmistä poikkeavia vuodenaikoja. Kesä puolestaan alkaa kesäpäivänseisauksesta, joka tänä vuonna on 21.6.2017 kello 7.24, syksy alkaa syyspäiväntasauksesta (22.9.2017 kello 23.02) ja talvi alkaa talvipäivänseisauksesta (21.12.2017 kello 18.28)

Päivän pituus on jo yli 12 tuntia, sillä ilmakehällisellä planeetallamme auringonnousu näyttää tapahtuneen muutamaa minuuttia aikaisemmin kuin ilmakehättömällä planeetalla muutoin vastaavissa olosuhteissa. Päivän pituus oli 17. päivänä 11^h 56^m ja 18. päivänä 12^h 02^m. Vastaavasti yön pituudet olivat 12^h 03^m ja 11^h 57^m.

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.

Harrastajan tähtitaivas: syyskuu 2014

Venus ja Kuu näkyvät itähorisontissa
syyspäiväntasauspäivän aamuna
ennen auringonnousua.

Syyskuun alussa pimeä tulee jo alkuillasta ja syyspäivän jälkeen yön ja päivän pituudet ovat lähellä toisiaan. Lisääntynyt kosteus huurruttaa helposti kaukoputken objektiivin tai jopa Newton-kaukoputken peilin. Varustaudu siis torjumaan kosteutta ja huurretta tehokkaasti objektiivin lämmittimillä.

Aurinko on horisontin yläpuolella kuukauden alussa hieman yli 13 tuntia. Loppukuusta päivä lyhenee ja sillä on pituutta vain noin 11,5 tuntia. Yön pituus on tasan 12 tuntia 24./25. syyskuuta, sillä syyspäiväntasaus on 23.9. kello 5.28. Auringon ja Maan välinen etäisyys on 150 134 188 km ja Aurinko näkyy meille 31’ 52” kokoisena.

Kuun vaiheet. Kasvava puolikuu 2.9. kello 11.11, täysikuu 9.9. kello 1.38, vähenevä puolikuu 16.9. kello 2.05 ja uusikuu 24.9. kello 6.14. Täysikuun aikana Kuun etäisyys on 357 546 km ja Kuu näkyy meille 33,42 kaariminuutin kokoisena. Tällöin on sarjassaan kolmas ”superkuu”.

Täysikuun aikaan Kuu ei kuitenkaan ole kaikkein lähimpänä maapalloa, vaan se tapahtuu pari päivää aikaisemmin 7. syyskuuta kello 21.25, silloin etäisyyttä on ”vain” 356 278 km. Kuun etäisyys on suurin 407 847 km 20. syyskuuta kello 19.55.

Kuu on pohjoisimpana 16. syyskuuta kello 5.05 ja eteläisimpänä kahdesti: ensimmäisen kerran 3.9. kello 20.20 ja toisen kerran 30. syyskuuta kello 15.54.

Merkurius on horisontin yläpuolella vain päivällä ja näin ollen sen näkeminen on mahdotonta.

Venus nousee horisontista kuukauden alkupuolella lähes kaksi tuntia ja kuukauden loppupuolella vajaa tunti ennen auringonnousua. Kuukauden aikana planeetta siirtyy enemmän ja enemmän kohti Aurinkoa, joten Venuksen näkeminen ja havaintojen tekeminen vaikeutuu. Kaiken lisäksi Venus ei ole kovinkaan kirkas (n. –3,8^m).

Mars on horisontin yläpuolella noin vajaan tunnin auringonlaskun jälkeen ja näkyy Vaa’an tähdistöstä. Planeetan kulmahalkaisija on noin 6 kaarisekuntia ja kirkkaus noin 0,7^m tietämillä. Näin olleen Merkurius löytyy kaukoputken kuvakenttään jos käyttää tietokoneohjausta.

Jupiter on hyvin näkyvissä aamuyöstä. Kuukauden alussa se nousee noin kello 3 ja kuukauden loppupuolella jo ennen kello kahta. Planeetan kirkkaus on suhteellisen suuri ja se on hieman kasvussa. Kuukauden alussa kirkkaus on –1,7^m ja kuukauden lopulla –1,8^m. Sen näennäinen koko on noin 33 kaarisekuntia, joten tarkkasilmäisimmät näkevä Jupiterin levymäisenä kohteena.

Jupiteria voi havaita vaikkapa kiikarilla, jolloin pienikin suurennus tuo esille selvimmin näkyvät pilvipeitteen virtauskuviot: pohjoisen ja eteläisen ekvaattorivyön. Kiikarilla näkyvät myös neljä suurinta kuuta, joiden keskinäinen asema muuttuu illan kuluessa ja seuraavan iltana samaan aikaan niiden järjestys on muuttunut merkittävästi.

Saturnus on näkyvissä iltataivaalla noin 1,5 tuntia auringonlaskun jälkeen. Planeetan kirkkaus on noin 0,7^m ja näennäinen koko noin 16 kaarisekuntia.

Uranus on hyvin näkyvissä, se nousee horisontista auringonlaskun aikaan ja laskee vasta seuraavan päivän aamupäivällä. Planeetan kirkkaus on vain 5,6^m, joten kiikari tai kaukoputki tarvitaan välittömään visuaalisiin havaintoihin. Planeetta näkyy meille vain hieman alle 4 kaarisekunnin kohdalla. Uranus on Kaloissa.

Neptunus nousee Uranuksen tavoin auringonlaskun aikaa, mutta laskee horisonttiin aamuhämärän aikaan. PlaneetaN kirkkaus on 7,8^m ja kulmahalkaisija noin 2,3 kaarisekuntia.

Syyspäiväntasaus

Aurinko paistaa syystasauksen 

aikaan molemmilla navoilla. 

Keskileveyksillä päivän pituus 

lähentelee 12 tuntia mutta on 

vielä kuitenkin selvästi yötä 

pidempi.  

Piirros Kari A. Kuure.

Syyspäiväntasaus on tänään (22.9.2013) kello 23.43. Tällöin Aurinko ylittää tähtitaivaan ekvaattorin ja siirtyy sen eteläpuolelle. Ylitys tapahtuu Auringon ollessa Neitsyen tähdistössä. Tämän alueen tähtitaivaasta voimme nähdä parhaiten kevättalvella.

Auringon näennäinen rata tähtitaivaalla muodostaa aaltoviivan, jonka toinen puoli on ekvaattorin pohjoispuolella ja toinen eteläisellä taivaalla. Tällainen näennäinen rata on seurausta siitä, että maapallo on kallistunut ratatasonsa kohtisuorasta noin 23,5 astetta. Maapallo kiertää ratansa kerran vuodessa pitäen pyörimisakselinsa samassa suunnassa tähtien suhteen. Tästä seuraa, että vuoroin pohjoisnapa (kesällä) ja etelänapa (talvella) ovat hieman kallistuneena Aurinkoa kohti.

Maapallon kiertoliikkeestä johtuen Aurinko näyttää kulkevan radan kerran vuodessa, jolloin taivaan ekvaattorin ylitys tapahtuu kahdesti vuodessa. Näitä tapahtumia kutsutaan päiväntasauksiksi: keväällä kevätpäiväntasaukseksi ja syksyllä syyspäiväntasaukseksi.

Päiväntasaus puolestaan viittaa päivän ja yön yhtäläiseen pituuteen. Tosin se on vain likimääräistä, sillä tarkkaan ottaen tasauspäivinä aika auringonnoususta auringon laskuun on jonkin verran 12 tuntia pidempi. Riippuu hieman paikkakunnasta kuinka suuri tämä ero on, Suomessa vaihteluväli tänä vuonna on noin 11 tai 12 minuuttia (riippuu pyöristyksestä täyteen minuuttiin).

Yllättävä tieto saattaa olla se, että myös maantieteellisellä pituudella on merkitystä päivän pituuteen. Tampereella 24.9. päivän pituus on vielä minuutin (muista ajan pyöristys) pitempi kuin yö, mutta seuraava yö on jo 2 minuuttia pitempi. Tampereen leveydellä täytyisi siirtyä pituuspiirille 0° jotta yö ja päivä olisi tasan 12 tuntia. Muilla leveyksillä tilanne on toinen.

Yön ja päivän yhtäläiseen pituuteen liittyvä väärinkäsitys tulee entistä ilmeisemmäksi jos valitsemme havaintopaikaksemme vaikkapa molemmat maantieteelliset navat. Pohjoisnavalla tasauspäivänä Aurinko näkyy edelleen horisontin yläpuolella. Siellä on hieman yli puolivuotta kestänyt päivä päättymässä, mutta auringonlasku tapahtuu vasta 23. päivänä kello 16 Suomen aikaa.

Etelänavalla tilanne on päinvastainen. Siellä Auringon yläreuna kohosi horisontista tänään 22.9.2013) kello 7. Etelämantereen päivän pituus on sekin noin puolivuotta ja ilta koittaa vasta ensi maaliskuussa muutama vuorokausi kevätpäiväntasauksen jälkeen.

Siirryttäessä navoilta kohti ekvaattoria, päivän ja yön välinen ero kaventuu nopeasti mutta ei poistu. Tämä johtuu siitä, että maapallolla on ilmakehä. Ilmakehä muuttaa horisontista tulevan valon kulkureittiä siten, että Aurinko näyttää nousseen kokonaisuudessaan horisontin yläpuolelle, kun ilmattomalla maapallolla se olisi vielä kokonaan horisontin alapuolella. Samasta syystä horisontin läheisyydessä näkyvät Aurinko ja Kuu ovat litistyneet voimakkaasti.