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.

Kesäpäivänseisaus tänään

Kesä on edennyt jo pitkälle. Tänään on kesäpäivänseisaus, tarkkaan ottaen kello 13.51. Tämä merkitsee sitä, että Aurinko näennäisellä vuotuisella radallaan on saavuttanut pohjoisimman pisteensä tähtitaivaalla. Sanomattakin on selvää, että kyse on näennäisestä radasta ja se johtuu maapallon todellisesta radasta ja ennen kaikkea maapallon pyörimisakselin kallistumisesta ratatason kohtisuorasta (noin 23,5°).  Kesäpäivänseisauksen aikaan pyörimisakselin pohjoisnapa on kallistunut mainitun kulman verran kohti Aurinkoa.

Maapallon pyörimisakselin suunta ei juuri muutu tähtien suhteen, joten akselin kallistuminen johtuu maapallon sijainnista radallaan niin, että kallistuminen on kohti Aurinkoa. Talvella, talvipäivänseisauksen aikaan kallistumissuunta on poispäin Auringosta. Tällöin Aurinko näyttää edenneen näennäisellä radallaan eteläiselle tähtitaivaalle ja meillä Suomessa se merkitsee kaamosta sanan laajemmassa merkityksessä. Tarkkaan ottaen ”kaamos” vallitsee vain napapiirin pohjoispuolella, jossa Aurinko ei nouse horisontin yläpuolelle keskipäivälläkään.

Kesäpäivänseisauksen aikaan eteläisen Suomen yöt ovat valoisia, onhan Aurinko vain muutaman asteen horisontin alapuolella keskiyönaikaa. Tässä keskiyöllä tarkoitan hetkeä, jolloin Aurinko on pohjoismeridiaanin kohdalla. Napapiirin pohjoispuolella Aurinko näkyy kuitenkin horisontin yläpuolella ja siellä vallitsee ”yötön yö”. 

Viime vuonna kirjoitin tässä blogissani maapallon vuodesta [1]. Siinä käsittelin suhteellisen perusteellisesti maapallon vuoden tapahtumia. Kerroin vuoden 2013 kesäpäiväseisauksen tapahtuneen kello 8.03. Tänä vuonna (2014) se tapahtuu kello 13.51, ensivuonna kello 10.37 ja vuonna 2016 kello 1.33 jne. Kesäpäivänseisaus on kuitenkin aina 21. kesäkuuta.

Kesäpäivänseisauksen ajankohdan hyppinen saattaa tuntuu hieman ihmeelliseltä! Miksi se ei voisi olla esimerkiksi kello 12 UT aikaa? Syy hyppimiseen on maapallon vuoden pituudessa, joka ei ole tasan 365 vuorokautta, vaan hieman pidempi. Tarkkaan ottaen maapallon sideerisen vuoden pituus on 365,2564 vuorokautta, siis lähes 6 tuntia pidempi. Tämä merkitsee sitä, että kesäpäivänseisaus on ensivuonna noin 6 tuntia myöhemmin kuin tänä vuonna jne. Jos tätä tietoa vertaa edellä esitettyjen kesäpäivänseisauksen kellonaikoihin, niin aika nopeasti tulee päätelleeksi, että vuoden 2016 seisaushetki pitäisi olla 22. kesäkuuta eikä 21. päivä?

Jälleen syy on jo mainittu kuusituntinen. Jos sitä ei otettaisi huomioon, ensin pienet asiat kuten nyt esimerkiksi tämä kesäpäivänseisaus siirtyisi kalenterissa pois paikaltaan. Mitä pidempään se jätettäisiin huomiotta, sitä suurempi kalenterin ja esimerkiksi vuoden aikojen välille syntyisi. Näinhän on ihmiskunnan ajanlaskussa tapahtunut monta kertaa, ja niinpä Rooman keisari Julius Caesar määräsi käyttöön karkauspäivän helmikuun 24 päiväksi joka neljäs vuosi vuodesta 46 eaa alkaen. Käytäntöä on noudatettu siitä lähtien pienin korjauksin ja karkauspäivä (helmikuun 29. 2016) siirtää eteenpäin siirtyvän ja vuorokautta vaihtavan kesäpäivänseisauksen takaisin 21. päivälle.

Ihmiskunnan kalenterin ja ajanhistoria ei suinkaan ole aivan näin yksinkertainen. Jos olet kiinnostunut aiheesta, niin etsipä käsiisi Heikki Ojan kirjoittama ”Aikakirja”. Se löytynee edelleen ainakin suurimmista kirjastoista, sillä kirja on painettu vuonna 1999 ja on jo ”ajat sitten” myyty loppuun. Kirja valottaa hyvin perusteellisesti kaikkea sitä mikä liittyy aikaan ja kalentereihin.

Huomautukset

[1] Maapallon vuosi

http://avaruusmagasiini.blogspot.fi/2013/06/maapallon-vuosi.html

Harrastajan tähtitaivas: Kesäkuu 2014

Kuu ja Mars ovat
lähekkäin 8.6. kello 1.30.
Piirros Kari A. Kuure.

Aurinko viipyy horisontin yläpuolella Juhannuksen aikoihin jopa 18 tuntia. Näin ollen hämärälle yölle ei kovinkaan montaa tuntia jää, sillä Aurinko on horisontin alapuolella enimmillään vain muutaman asteen. Kesäkuun yöt voivat olla vielä viileitä, joten kaukoputken ääressä täytyy olla lämpimästi pukeutunut ja useimmissa maastopaikoissa täytyy muistaa varustautua myös sääskikarkotteilla.

Kuu on kesäaikana sillä osalla taivasta, millä Aurinko on talvella. Tästä syystä se näkyy matalalla jopa silloin, kun se on ylittämässä meridiaania. Havainnot pitäisikin tehdä juuri Kuun ollessa korkeimmillaan eteläisellä taivaanosalla. Kuu on korkeimmillaan pohjoisessa (18°) 26.6. lähes uuden kuun aikaan ja syvimmällä eteläisellä taivaalla (–20°) 13.6. täydenkuun aikaan.

Kuun vaiheet: 5.6. kello 23.39 kasvava puolikuu, 13.6. kello 7.11 täysikuu, 19.6. kello 21.41 vähenevä puolikuu ja 27.6. kello 11.08 uusikuu.

Merkurius on näkyvissä kuukauden alkupäivinä iltahämärissä parin tunnin ajan. Ensimmäisen viikon jälkeen planeetan nousuaika kuitenkin siirtyy lähemmäksi auringonlaskua ja kuukauden puolivälissä kohteet painuvat horisonttiin yhtä aikaa. Merkuriuksen alakonjunktio on 20.6., joten senkään vuoksi se ei olisi kovin hyvin näkyvissä vaikka elongaatio Aurinkoon onkin 3,8°. Ensimmäisen kesäkuun viikon jälkeen Merkurius on horisontin yläpuolella vain päiväaikana.

Venus on näkyvissä 45 minuutista noin 1,5 tuntiin ennen auringonnousua. Planeetan kirkkaus ei ole suuren suuri (–3,8^m) vaikkakin se on selvästi näkyvissä. Kulmahalkaisija on aivan tyydyttävät 13,9–12 kaarisekuntia, joten jo aivan pienellä kiikarilla sen vaiheet pitäisi näkyä.

Mars on edelleen horisontin yläpuolella lähes koko yön. Ainoastaan parin aamutunnin aikana ennen auringonnousua se on horisontin alapuolella. Planeetan kirkkaus on vähenemässä, kuukauden alussa se on vielä –0,5^m mutta kuukauden lopulla vain 0^m. Maan ja Marsin välisen etäisyyden kasvaessa, sen kulmahalkaisijakin pienenee kuukauden alun 11,8:sta kuukauden loppupuolen 9,5 kaarisekuntiin.

Kuu ja Saturnus ovat
lähekkäin 11.6.
kello 1.30. Piirros
Kari A. Kuure.

Jupiter on iltayöstä taivaalla ja laskee horisonttiin yön pimeimpinä hetkinä. Planeetan kirkkaus on edelleen –1,7^m tietämillä, joskin se on hieman alenemaan päin. Samoin käy pienessä määrin kulmahalkaisijalle, se putoaa kuukauden alun 33:sta kuukauden loppuun siirryttäessä hieman alle 32 kaarisekuntiin.

Saturnus on myös yötaivaalla ja alkukuusta jopa etelässä illan hämärtyessä. Aamun koittaessa Saturnus laskee horisonttiin pari tuntia ennen auringonnousua. Planeetan sijainti taivaalla on hyvin etelässä (deklinaation – 15° tietämillä), joten kovin korkealle se ei etelässäkään ollessaan nouse. 

Saturnuksen kulmahalkaisija on siedettävät 18,5 kaarisekuntia, joten sen renkaat näkyvät hienosti pienelläkin kaukoputkella. Kirkkaus sen sijaan ei ole kovinkaan suuri, joten visuaalisesti planeetta etsivien tulisi tietää sen paikka taivaalla hyvin tarkasti.

Uranus ja Neptunus ovat horisontin yläpuolella aamuhämärän aikaa, muta molempien planeettojen kirkkaudet ovat sitä luokkaa, että ilman goto-ohjattua kaukoputkea ne jäävät löytymättä ja näkemättä.