Havaintovinkki: Meteoreja, talvipäivänseisaus ja täysikuu

Geminidiewn radiantti sijaitsee Kaksosten tähdistön
pohjoisosassa. Kuva Kari A. Kuure.

Vuoden toiseksi runsain meteoriparvi saavuttaa huippunsa parina seuraavan yönä. Geminidit ovat asteroidi 3200 Phaethon^[1] jälkeensä jättämää pölyä ja soraa ja niiden rata risteää maapallon radan kanssa joulukuun 14 päivän iltana kello 20. Tällöin parven radiantti, joka sijaitsee Kaksosten pohjoisosassa, on koillisen ja idän välissä noin 26 asteen korkeudella. Tunnissa voi nähdä kymmeniä meteoreja ja ZHR-luvun arvioidaan olevan 70–120 välillä tai jopa 120–160.

Talvipäivänseisaus on joulukuu 22 päivän aamuna kello 6.48. Aurinko on silloin kaukana eteläisellä tähtitaivaalla, sillä se deklinaatio on ­–23° 26’ 12”. Tampereen horisontissa auringonnousu tapahtuu kello 9.47 ja Auringon ollessa etelässä kello 12.23 sen korkeus on vain 5,1°. Auringonlasku tapahtuu kello 15.00 joten päivälle tulee pituutta 5 h 13 minuuttia. Maan ja Auringon välinen etäisyys on silloin 147 159 473 km ja me näemme Auringon 32’ 31” kokoisena.

Täysikuu on joulukuun 25 päivänä kello 13.12. Kuu on vielä tuolloin horisontin alapuolella ja nousu tapahtuu kello 16.04. Kuu näkyy etelässä ollessaan 46,1° korkeudella ja tämä tapahtuu 26.12. kello 00.50. Horisonttiin Kuu painuu Tapaninpäivänä kello 9.31. Maan ja Kuun välinen etäisyys on 377 400 km ja näemme sen 31,66 kaariminuutin kokoisena.

Värit kertovat erilaisista mineraaleista Kuun pinnalla.
Kiikarihavaitsijan ei ole mahdollista nähdä näitä värejä,
mutta valokuvaamalla ja kuvankäsittelyssä värejä
vahvistamalla ne saadaan näkyviin. Kuva Kari A. Kuure.

Täysikuun aikaan havaitsija voi tutustua Kuun meriin. Vettähän ne eivät ole, vaan tummaa, metallipitoista basalttia. Meret ovat syntyneet miljardeja vuosia sitten suurten asteroidien törmäyksissä syntyneisiin kraattereihin Kuun manttelista tihkuneen laavan täyttäessä ne.  Nykyisin meret ovat Kuun tasaisimpia paikkoja.

Kuun meriin tutustuminen vaatii hieman apuneuvoja. Havaintovälineeksi kiikari on sopiva, kunhan sen kiinnittää esimerkiksi kamerajalustaan. Toinen apuvälinen on sopiva, maastokelpoinen kartta. Suosittelen Karttakeskuksen vuonna 2014 julkaisemaa ”Kuuopas- Kuun meret, kraatterit ja vuoristot”. Opas pitäisi löytyä hyvin varustetuista kirjakaupoista ja Karttakeskuksen kirjakaupasta hintaan 12,90 € https://www.karttakauppa.fi/fi/kuuopas-kuun-meret-kraatterit-ja-vuoristot/F203665/dp .

Huomautukset

[1] kappale on määritelty asteroidiksi, mutta todennäköisesti se on vain hieman passiivinen komeettaydin.  Se on luokiteltu Apollo-asteroidiksi: sen keskietäisyys Auringosta on 1,27 au, periheli 0,14 au ja apheli 2,4 au. Rata on siis hyvin soikea, eksentrisyys 0,89.  Yhteen kierrokseen Auringon ympäri kuluu aikaa 524 vuorokautta eli noin 1,43 vuotta. Radan inklinaatio on 22,21°. Asteroidin halkaisija on noin 5,1 km, pyörähdysaika 3,6 h. Asteroidi on sen verran himmeä (~19^m), että sen havaitsemiseen tarvitaan suurehko harrastajakaukoputki.

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.

Kiveä vai jäätä?

Geminidejä Pendleton (Oregon) yllä.
Kuva Thomas W. Earle

Joka vuosi joulukuun puolivälissä (13–14.12.) nähdään nopeita ja kirkkaita meteoreja, jotka näyttävät saapuvan ilmakehään Kaksosten tähdistön alueelta. Meteorit tunnetaan geminideinä ja monet meteoriharrastajat pitävät parvea vuoden kauneimpana. Yhden tunnin aikana voidaan nähdä toistakymmentä hienoa meteoria, jotka piirtävät pitkän vanan taivaalle.

Kuten tunnettua, meteoriparvet ovat saaneet alkunsa jonkin komeetan jälkeensä jättämästä pölyvanasta. Toisin on ollut geminidien laita, sillä Nasan avaruuteen sijoittama IRAS-obserbatorion vuonna 1983 ottamista kuvista löytyi asteroidi, joka sain tunnuksekseen 3200 Phaethon. Sen rata muistutti geminidien laskettua rataa ja yhteen kierrokseen Auringon ympäri kului 1,4 vuotta. Asteroidilla ei kuitenkaan havaittu olevan pyrstöä, joten arvoitus vain syveni.

Kalifornian yliopistossa työskentelevän professori Dave Jewitt’in johtama tutkijaryhmä havaitsi Nasan Stereo luotaimen vuonna 2010 ottamista kuvista oudon ilmiön – asteroidin kirkkaus kasvoi yhtäkkiä kaksinkertaiseksi kun se lähestyi Aurinkoa. Ainoa selitys asialle oli, että asteroidin on täytynyt kehittää ympärilleen komeettamainen koma[1].

Stero-observatorion ottama kuva
asteroidi 3200 Phaewthon'ista.
Kuvasta on helppo havaita, että
asteroidilla on pieni koma ja pyrstö.
Kuva Jewitt, Li, Agarwal /
NASA/STEREO.

Jewittin täytyi keksiä kappaleelle uusi määritelmä ja niinpä hän ryhtyi kutsumaan asteroidia kivikomeetaksi (A rock comet).  Kappale on varmasti asteroidi[2], mutta sillä esiintyy komeettamaisia piirteitä joissakin ratansa osassa.

Kuinka pieni (Ø ~5 km) kivinen asteroidi voisi kehittää koman ja pienen pyrstön, sekä aiheuttaa meteoriparven? Tässäpä kysymyksiä joihin ei ollut kovin helppo vastata. Jewittin tutkimusryhmä julkaisi viime syyskuussa[4] tutkimustuloksensa, jonka mukaan pöly on todellakin peräisin 3200 Phaethon asteroidista.

Teorian mukaan asteroidin pintalämpötila kohoaa radan perihelin läheisyydessä[3] jopa 700 °C lämpötilaan. Tämä merkitsee sitä, että lyhytkestoisella radalla olevan kappaleen pinnalla ei voi esiintyä vesijäätä. Ainoa ajateltavissa oleva koman ja pyrstön muodostamiseen on kiviperäinen pöly.

Pöly muodostuu asteroidin pinnalle lämpörapautumisen seurauksena. Perihelin läheisyydessä asteroidin pinta kuumenee ja laajenee merkittävästi ja vastaavasti radan kaukaisemmassa puoliskossa aphelin läheisyydessä pintamateriaali kylmenee ja supistuu voimakkaasti. Mikään kivi ei tätä kestä vaan murenee hienojakoiseksi pölyksi[5]. Joukkoon mahtuu jonkin verran hiekanjyvän kokoisia isompiakin kappaleita. Irronnut aine on riittävän pientä, jotta Auringon säteilypaine ja aurinkotuuli puhaltaa sen asteroidin pinnalta avaruuteen komaksi ja pyrstöksi.

Huomautukset

[1] Koma on yleensä komeetan jäisen ytimen ympärille kehittyvä ”ilmakehä”, joka koostuu ytimestä haihtuneesta vesihöyrystä ja vapautuneesta pölystä kun komeetta lähestyy ratansa periheliä. Komeetoilla ensimmäiset merkit kehittyvästä komasta nähdään siinä vaiheessa, kun komeetta on lähestymässä aurinkokunnan sisäosia suunnilleen Jupiterin radan (~5 au) etäisyydellä Auringosta. Joskun koma kehittyy jopa hieman kauempana Jupiterin ja Saturnuksen radan välisellä alueella.

[2] Asteroidien ja komeettojen ero on paitsi rakenteessa, niin myös radoissa. Asteroidit koostuvat suurimmaksi osaksi kivestä, mutta usein niissä on havaittu olevan jonkin verran vesi- ja muiden normaalisti kaasumaisten aineiden jäitä. Komeetat puolestaan ovat suurimmaksi osaksi vesijäätä ja vain vähäisessä määrin pölyä.

Asteroidien alkuperä on Marsin ja Jupiterin ratojen välisessä avaruudessa (2–3.5 au Auringosta), jota kutsutaan pääasteroidivyöhykkeeksi. Komeetat puolestaan kiertävät Aurinkoa vähintään Neptunuksen radan ulkopuolella (> 30 au), vaikkakin useimmat ovat peräisi vielä kauempaa Oortin pilvestä (~100 000 au).

[3] Asteroidin perihelietäisyys on suunnilleen 0,14 au eli noin 21 000 000 km Auringosta.

[4] 10.9.2013 Lonttoossa pidetyssä European Planetary Science Congress (EPSC) 2013:sta.

[5] Samasta syystä saunan kiukaassa kivet murenevat pieniksi murusiksi ja kivet täytyy vaihtaa säännöllisin väliajoin.