Onko Aurinkokunnassamme vielä tuntemattomia planeettoja?

Tuleeko tähän aurinkokuntamalliimme muutos muutaman
vuoden kuluessa? Näin käy, jos espanjalais-brittiläisen
tutkimusryhmän ajatus Neptunuksen radan ulkopuolisesta
planeetasta tai parista osoittautuu oikeaksi. Kuva Nasa.

Espanjalaisen Complutense yliopiston (Madrid) ja brittiläisen Cambridge yliopiston tutkijat ovat saaneet viitteitä kahdesta tuntemattomasta planeetasta Aurinkokuntamme ulko-osassa. Jos viitteelliset havainnot todentuvat, niin joitakin käsityksiä Aurinkokuntamme synnystä on hieman paikattava.

Tutkijaryhmän havaintojen mukaan kolmentoista Neptunuksen radan ulkopuolella havaittujen kappaleiden ratojen puoliakselit ovat 150–525 au ja inklinaatio lähes 20°. Teorian mukaan näin ei pitäisi olla vaan puoliakselien pitäisi olla noin 150 au tietämillä ja inklinaation lähellä 0°.

Tutkijoiden mukaan ratojen parametrit ovat odottamattomia ja jokin syy niille täytyy olla. Tutkijat pitävät mahdollisena, että syy on yksinkertaisesti se, että kaukana Neptunuksen radan ulkopuolella piileksii isokokoinen planeetta tai pari.  Ratoja muuttava vaikutusmekanismi on gravitaatiohäiriöt, jotka olisivat muuttaneet planeettojen sisäpuolisilla radoilla olevien pienkappaleidenratojen ominaisuuksia.

Ehdotus tuntemattomien planeettojen olemassa olosta on kuitenkin ristiriidassa olemassa olevan aurinkokuntamallin kanssa, jonka mukaan nykyisten planeettojen lisäksi muita planeettoja ei ole voinut syntyä Aurinkokuntaamme.

Aurinkokuntamalli ei ehkä kuitenkaan ole kovin tarkka, sillä esimerkiksi ALMA radioteleskooppijärjestelmällä tehdyt havainnot TL Tauri tähdestä kertovat tähteä kiertävän protoplanetaarisen kiekon ulottuvan kauemmaksi kuin 100 au etäisyyteen tähdestä. TL Tauri tähti on massiivisempi ja paljon nuorempi tähti kuin Aurinko joten siellä mahdollisesti muodostuneet planeetat voivat sijaita useiden satojen astronomisten yksiköiden etäisyydellä tähdestä.

Tutkijat hämmästyttävästä tuloksesta huolimatta varoittavat liiasta innostumisesta, sillä havaittujen kappaleiden kokonaismäärä on hyvin pieni ja että tulos voi johtua vain pelkästään sattumasta. Tulevat havainnot voivat siis joko vahvistaa tai heikentää esitettyä hypoteesia.  

Jos Aurinkokuntamme ulko-osasta löytyisi planeetta tai pari, niin ne luultavasti olisivat todennäköisemmin kiviplaneettoja kuin Jupiterin kaltaisia kaasuista ja nesteistä muodostuneita planeettoja. Suhteellisesti pienempien ja tummempien kiviplaneettojen havaitseminen useiden satojen astronomisten yksiköiden etäisyydeltä olisi merkittävästi vaikeampaa kuin kaasu- ja pilvipeitteisten isojen planeettojen havaitseminen.

Karkaussekunti kesäkuun loppuun

Lisätyt karkaussekunnit vuodesta 1972 lähtien. Piirros IERS.

Kansainvälinen Maan pyörimisen ja viitejärjestelmien palvelu (IERS) on päättänyt lisätä kesäkuun loppuun yhden ylimääräisen sekunnin. 

Lisäys tehdään koordinoituun yleisaikaan (UTC) seuraavasti:

30.6.2015   23 h 59 m 59 s

30.6.2015   23 h 59 m 60 s

17.1.2015     0 h   0 m   0 s

Kansainvälisen atomiajan (TAI)^[1] ja UTC^[2] aikojen välinen ero (UTC-TAI) on ollut (1.7.2012 alkaen) -35 s ja on heinäkuun alun jälkeen -36 sekuntia. Korjaussekunteja lisätään siten, että korjaamaton aikaero aikajärjestelmien välillä ei ole suurempi kuin 0,9 sekuntia.

Aikaero ja sen korjaustarve johtuu maapallon pyörimisen hidastumisesta. Nykyisellään hidastuminen on suunnilleen 1,7 ms vuosisadan aikana. Hidastumisvauhti ei tunnu äkkiseltään kovinkaan suurelta, mutta se kertyy keskimääräisesti jokaiselta vuorokaudelta sadan vuoden aikana, niin lopputulos on hieman yli puoliminuuttia.  Näin suurta eroa maapallon pyörimisen, koordinoidun yleisajan ja Kansainvälisen atomiajan kesken ei voida hyväksyä.

Maapallon vuorokauden pituuden vaihtelu
Kansainväliseen atomiaikaan verrattuna
1600-luvulta alkaen. Piirros IERS.

TAI ja UTC aikojen välinen korjaus otettiin käyttöön vuonna 1972, jonka jälkeen korjauksia on tehty kaikkiaan 25 kertaa, viimeksi siis vuoden 2012 kesäkuun lopussa.

Lisäämisajankohta määräytyy toteutuneen pyörimisnopeuden hidastumisen perusteella ja perustuu siis tarkkoihin havaintoihin. Hidastuminen (vuorokauden pituuden kasvu 1,72 ms sadassa vuodessa) on vain karkea keskiarvo ja todelliseen hidastumiseen ja pyörimisnopeuteen vaikuttavat monet tekijät; esimerkiksi vuodenaikainen vaihtelu siten, että maapallon pohjoiset mantereiden ja Jäämeri saavat lumi- ja jääpeitteen, nopeuttavat pyörimistä. Vastaavasti lumien ja jään sulaminen hidastavat pyörimistä ^[3].

Vuorokauden pituus vuoden 2014 aikana.
Piirros IERS.

Yksi pyörimisnopeuteen vaikuttava tekijä on laattatektooninen. Mannerlaattojen siirtyminen ja subduktioalueilla tapahtuvat massan siirtymät vaikuttavat kaikki suoraan maapallon pyörimisnopeuteen. Samoin vuoristojen kohoaminen ja rapautuminen aiheuttavat omat vaikutuksensa pyörimisnopeuteen.

Ilmakehässä tapahtuvat massansiirrot muuttavat maapallon vuorokauden pituutta jatkuvasti. Näitä tekijöitä ei voida luotettavasti ennakoida, joten korjaukset aikajärjestelmään on tehtävä vain havaintojen perusteella.

Huomautukset

[1] Kansainvälinen atomiaika joka otettiin käyttöön vuonna 1972 ja on sen jälkeen edennyt tasaisesti sekunnin määritelmän mukaisesti.

[2] Koordinoitu yleisaika UTC, joka on käytännössä myös sama kuin Greenwichin yleisaika GMT, on käytössä oleva kellonaika. Paikallinen yleisaika saadaan kun GMT aikaan lisätään (Suomessa) 2 h (normaaliaika) tai 3 h (kesäaika). 

[3] IERS määrittelee maapallon pyörimisaikaan vaikuttavat tekijät pyörimismomenttiin vaikuttavina tekijöinä, joita ovat: Maapallon ytimen ja manttelin (CAM), hydrologiset (HAM, valtameret (OAM), Ilmakehän (AAM) pyörimismomentit. Lisäksi otetaan huomioon moni muita tekijöitä. 

Tänä vuonna juhlitaan Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa

Albert Einsteinin kuvaaja oli Doris Ulman.
Kuva Wikimedia Commons.

Tänä vuona tulee kuluneeksi tasan sata vuotta Einstein yleisen suhteellisuusteorian julkaisemisesta. Yleinen suhteellisuusteoria on sen verran merkittävä tieteellinen saavutus, jonka julkaisua ja kehittäjää Albert Einsteinia (1879–1955) on syystäkin juhlia. 

Ironista kyllä, vaikka yleinen suhteellisuusteoria onkin yksi viime vuosisadan merkittävimmistä ja kausikantoisimmista tieteellisistä julkaisuista, Einsteinia ei milloinkaan palkittu tästä työstä Nobelilla^[1]. Nobelin hän sai vuonna 1921 ”ihmevuonna”^[2] 1905 julkaistusta pienestä tutkimuksesta, joka käsitti valosähköisen ilmiön selitystä.

Yleinen suhteellisuusteoria on gravitaatioteoria, jossa Einstein selittää gravitaationa tunnetun ilmiön alkuperäksi aika-avaruuden kaareutumisen. Teoria korvaa tai paremminkin täydentää aikaisemman, vuonna 1687 julkaistun Isaac Newtonin gravitaatioteorian. Newtonin gravitaatioteoria on toimiva arkielämässä, jossa massat ja nopeudet ovat ”ihmismittakaavaisia” mutta teoriaa ei voi käyttää silloin, kun kysymys on tähdistä, mustista aukoista ja valon nopeutta lähestyvistä nopeuksista. Silloin Einsteinin teoria on paljon tarkempi.

Parhaimmin tunnettu esimerkki Einsteinin teorian tarkkuudesta on Merkuriuksen radan perihelin kiertymisen selitys, johon Newtonin teoria ei pysty. Newtonin teoria ei myöskään selitä valon kulkureitin kaareutumista massiivisten kappaleiden läheisyydessä, vaikka Newton tutkikin valon ominaisuuksia hiukkasteorian keinoin.

Yleistä suhteellisuusteorian aika-avaruuden kaareutumista yleensä havainnollistetaan joustavalla kankaalla, joka edustaa kaikkia kolme tilaulottuvuutta. Sijoittamalla kankaan keskelle erimassaisia painoja edustamaan massiivisia tähtiä tai mustia aukkoja, saadaan kangas venymään ja kaareutumaan. Mallilla myös hyvin usein pyritään havainnollistamaan planeettojen liikeradat tähtien ympäri tai jopa valon reitin taipumisen massakeskittymän läheisyydessä.

Massat saavat aika-avaruuden kaareutumaan.
Kuva Wikimedia Commons.

Vaikka analogia on hyvin puutteellinen ja rajoittunut ilmentämään aika-avaruutta, meille useamman kuin kolmen ulottuvuuden hahmottaminen ei luonnistu. Näin ollen analogiamalli on yksi parhaimmista millä tieteellisiä ilmiöitä on voitu havainnollistaa maallikoille.

Suhteellisuusteorian ilmestymisen aikaan Einstein ajatteli maailmankaikkeuden olevan staattinen. Hänen kaavansa kuitenkin osoittivat, että maailmankaikkeuden täytyi joko laajeta tai luhistua, staattinen tila ei ollut mahdollista. Niinpä hän lisäsi kaavoihinsa kosmologisen vakion, jonka arvon sopivalla valinnalla staattinen tila mahdollistui.

Seuraavalla vuosikymmenellä (marraskuussa 1924) Edwin Hubble (1889–1953) kuitenkin pystyi osoittamaan maailmankaikkeuden laajenemisen, joten Einstein joutui muuttamaan käsitystään. Hän kertoi lisäämänsä kosmologisen vakion olleen elämänsä suurin virhe. Niinpä hän poisti kaavoistaan tämä tekijän, mutta se jouduttiin ottamaan takaisin vuonna 1998 julkaistusta tutkimuksesta johtuen, jonka mukaan maailmankaikkeus laajeni kiihtyvästi. Ilman kosmologista vakiota (ja sen edustamaa poistovoimaa) kiihtymistä ei voi tapahtua, vaan laajeneminen hidastuisi ehkäpä ikuisesti gravitaation vaikutuksesta.

Yleisen suhteellisuusteorian tultua ainakin osittain todistetuksi oikeaksi vuonna 1919 tapahtuneen auringonpimennyksen avulla, Einsteinin elämä muuttui varsin ”pyörteiseksi”. Hän muutti usein vaihtaen työpaikkojaan yliopistosta toiseen, matkusti maailmalla mm. useita kertoja Yhdysvaltoihin ja lopulta päätyi muuttamaan pysyvästi New Jerseyiin ja työskenteli Princetonin yliopistossa Euroopan poliittisen ilmapiirin kehityttyä juutalaisvastaiseksi Adolf Hitlerin noustua valtaan Saksassa 1930-luvulla.

Albert Einsteinin suppeamman suhteellisuusteoriaan sisältyvät sellaiset käsitteet kuten valonnopeuden vakioisuus tyhjiössä^[4], suhteellisuusperiaate^[5], aikadilaatio^[6] ja pituuskontraktio^[7].

Yleinen suhteellisuusteoria on suppeamman suhteellisuusteorian laajennus, jonka lisäyksiä oli mm. gravitaatio ja kosmologinen vakio. Einsteinin mukaan gravitaatio oli näennäisvoima (kts. edellä mainittu aika-avaruuden kaareutuminen), joka johtuu käytetystä koordinaatiosta. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan myös aika on paikallinen ilmiö ja se kuluu tai etenee erinopeuksilla riippuen havaitsijan liiketilasta ja tai sijaintipaikan gravitaatiokentän voimakkuudesta (jälleen aika-avaruuden kaareutumisesta).

Einsteinin myöhemmät työt liittyivät EPR-paradoksiin (jonka Niels Bohr onnistui kumoamaan), mustiin aukkoihin liittyvään Schwarzschildin ”madon reikiin” (virallisemmin Einsteinin- Rosenin siltaan) ja yrittipä hän kehittää kaiken teorian, jossa yhdistyisivät gravitaatio- ja kvanttiteoriat.

Albert Einsteiniä on luonnehdittu neroksi ja kieltämättä hän jonkin asteinen nero olikin omalla alallaan. Kaikesta päätelleen hän tunsi suurta intohimoa työtään kohtaan, joten onnistuminen monissa tutkimuksissaan oli suora seuraus tästä intohimosta. Vaikka Einstein koki elämässään ja työssään myös monia epäonnistumisia, niin niitä ei sinällään tarvitse muistella, epäonnistumisia kun tulee kaikille ja vain onnistumiset lasketaan.

Huomautukset

[1] Suhteellisuusteoria ei ollut ”keksintö” Nobel-säätiön palkintoehtojen (Alfred Nobelin testamentin) mukaisesti.

 [2] Einsteinin ”ihmevuosi” 1905 on merkittävä, sillä silloin hän julkaisi kolme merkittävää julkaisua jo mainitun valosähköisen ilmiön selityksen lisäksi. Vähintään yhtä merkittävä tutkimus oli Brownin liikkeen^[3] selitys, jolla Einstein onnistui osoittamaan myös atomien olemassa olon. Vuonna 1910 hän oli ehdokkaana Nobelin saajaksi juuri Brownin liikkeen selitysmallin keksimisestä.

Kaksi muuta merkittävää ”ihmevuoden” julkaisua oli Suppea tai erityinen (nimitys vaihtelee) suhteellisuusteoria (Annalen der Physik numero 17) sekä massan ja energian verrannollisuus(Annalen der Physik numero 18), jonka suuri yleisö tuntee kaavasta E=mc². Tutkimus on kuitenkin usein liitetty suppeaan suhteellisuusteoriaan, vaikka se oli selkeästi aivan itsenäinen vaikkakin suppeaa suhteellisuusteoriaa täydentävä teoreettinen tutkimus.

[3] Brownin liike on mikroskoopissa näkyvä hiukkasten satunnainen siksak-liike. Ilmiön pani ensimmäisenä merkille kasvitieteilijä Robert Brown vuonna 1827. Hän ei kuitenkaan löytänyt selitystä ilmiölle. Einsteinin mallin mukaan kyseisen liikkeen saa aikaan vesimolekyylien lämpöliike. Pienet hiukkaset heilahtavat paikaltaan molekyylin törmäyksen voimasta. Suurempiin hiukkasiin vastaavia törmäyksiä tapahtuu runsaammin, mutta kappaleiden joka puolelle, josta johtuen törmäysreaktiot kumoavat toisensa ja kappaleet näyttävät pysyvän paikoillaan.

[4] Valonnopeus tyhjiössä on vakio riippumatta valonlähteen ja tai havaitsijan liikenopeudesta. Väliaineessa (esimerkiksi ilma) valonnopeus ei ole vakio vaan vaihtelee väliaineen sähköisten ominaisuuksien mukaan.

[5] Suhteellisuusperiaatteen mukaan fysiikan lait ovat samat kaikissa tasaisessa liikkeessä liikkuvissa koordinaatistoissa.

[6] Aikadilaatiossa liikkuvan havaitsijan aika kulkee hitaammin kuin paikoillaan olevan havaitsijan. 

[7] Pituuskontraktiossa, josta myös käytetään nimitystä Lorentz-kontraktio, on liikesuunnassa tapahtuva kappaleiden pituuden lyheneminen, joka on suhteessa liikkuvan kappaleen nopeuden suhteesta valonnopeuteen. Valonnopeudella kappaleen pituus olisi nolla.

Harrastajan tähtitaivas: Tammikuu 2015

Venus ja Merkurius ovat lähekkäin muutamana iltana
heti auringonlaskun jälkeen. Kuvassa niiden keskinäinen
asema on merkitty 7.1. kello 16.15. Mars on liian himmeä
näkyäkseen vielä tässä vaiheessa iltaa mutta tuntia
myöhemmin se on jo hyvin näkyvissä.==

Talven havaintokelit perinteisesti eivät ole olleet kovinkaan hyviä, sillä usein korkeapaineen vallitessa pilvisyys on silti kaiken kattavaa. Selkeät illat ovat harvinaisia ja lämpötila laskee nopeasti pilvipeitteen vetäytyessä. 

Koko syyskauden iltataivaalla kirkkaita planeettoja ei ole ollut horisontin yläpuolella. Nyt kuitenkin tilanne muuttuu ja planeettoja ilmaantuu myös illalla havaittavaksi. Erityisesti Jupiter hyvin näkyvissä talven kuluessa.

Aurinko on aloittanut näennäisen matkansa kohti pohjoista tähtitaivasta talvipäivän seisauksen jälkeen. Vielä tammikuussa se ei ole matkallaan edennyt paljoa mutta päivän pituus on jo jatkunut jonkin verran. Kuukauden alkupuolella valoissa aikaa on 5 h 24 m ja loppupuolella 7 h 30 m. Etelämeridiaanin ylitys tapahtuu kuukauden alussa noin 5,5° ja loppupuolella lähes 11° korkeudella.

Maapallo on ratansa perihelissä 4. tammikuuta, jolloin Maan ja Auringon välinen etäisyys on 147 096 205 km ja Aurinko näkyy meille 32’ 31” kokoisena.

Kuu on ratansa pohjoisimmassa pisteessä 4.1. deklinaatioltaan lähes 18°, eteläisimmässä pisteessä se on 18.1. (deklinaatio 19° 11’ 01”) ja uudelleen pohjoisimmassa pisteessä 31.1. Kuun etäisyys on suurin 10.1. (403 500 km) ja pienin 21.1. (363 400 km). Vastaavasti näennäiset kulmahalkaisijat ovat 29,6’ ja 32,9’.

Kuun vaiheet ovat: täysikuu 6.1. kello 6.53, vähenevä puolikuu 13.1. kello 11.46, uusikuu 20.1. kello 15.14 ja kasvava puolikuu 27.1. kello 6.48.

Merkurius on näkyvissä iltataivaalla ja pisimpään auringonlaskun jälkeen horisontin yläpuolella 17.1. (2 h 4 m), joskin hyvää näkyvyyttä riittää viikon verran molemmin puolin tätä ajankohtaa tai jopa hieman pidempään. Kuukauden lopulla Merkuriuksen laskuaika lähestyy auringonlaskuaikaa.

Venus on näkyvissä iltataivaalla. Kuukauden alussa se laskee 1 h 25 m ja kuukauden lopulla 2 h 28 m auringonlaskun jälkeen. Venuksen kirkkaus on -3,8^m ja kulmahalkaisija noin 10,7” tietämillä ja on kasvamaan päin.

Merkurius, Venus, Mars ja Kuu
muodostavat hienon jonon
lounaiseen horisonttiin 23. päivän
iltana. Kuu on näkyy hyvin kapeana
sirppinä.

Mars on kuukauden alkupuolella etelämeridiaanilla auringonlaskun aikaan ja se laskee horisonttiin noin 4 tuntia myöhemmin. Marsin kirkkaus on vain 1,2^m ja kulmahalkaisija alle 5”, joten havaintokohteena se ei ole erityisen hyvä. Mars on Kauriissa.

Jupiter nousee alkuillasta ja on horisontin yläpuolella koko yön. Etelämeridiaanin se ylittää aamuyöstä. Jupiterin kirkkaus on -2,3^m ja kulmahalkaisija 44,3”, joten havaintokohteena se on erinomainen. Jupiter on Leijonassa.

Saturnus on horisontin yläpuolella vain muutaman tunnin ja etelässä se on aamuhämärissä juuri ennen auringonnousua. Planeetan kirkkaus on 0,7^m ja kulmahalkaisija 15,8”. Näin ollen havaintokohteena se on kohtuullinen vaikka korkealla taivaalla se ei olekaan. Saturnus on Vaa’assa.

Uranus on etelämeridiaanilla iltahämärän aikaan ja se laskee horisonttiin puolen yön tietämillä. Kuukausi onkin Uranuksen havaintoaikaa sieltä parhaimmasta päästä, sillä meillä Suomessa olisi vaikea kuvitella parempi havainto-olosuhteita. Planeetan kirkkaus on 5,8^m ja kulmahalkaisija noin 3,5”. Uranus on Kaloissa ja se löytyy helpoimmin goto-kaukoputkella.

Neptunus on etelämeridiaanilla auringonlaskun aikaan, kuukauden toisella puoliskolla jo ennen sitä. Kuukauden alussa planeetta painuu horisonttiin 5 h 43 m ja kuukauden lopulla 3 h 49 m auringonlaskun jälkeen. Planeetan kirkkaus on 7,9m ja kulmahalkaisija 2,2”. Neptunus on Vesimiehessä eikä näy paljain silmin.

Meteoriparvista kvadrantidit ovat aktiivisia 28.12.–12.1 välisenä aikana. Parven maksimin on arveltu esiintyvän 4.1. kello 4, mutta se on hyvin lyhytaikainen ja täysikuun kirkkaus häiritsee havaintojen tekemistä. Parveen kuuluvia meteoreja voi nähdä muutamia kymmeniä tunnin aikana.

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.