Tammikuun 2014 tähtitaivas

Merkurius näkyy tammikuun
lopulla iltataivaalla. Kuva Kari A. Kuure.

Vuoden pari ensimmäistä kuukautta ovat vuoden kylmintä aikaa. Kylmyys ei kuitenkaan takaa selkeää säätä, sillä Suomessa talvikuukaudet ovat yleensä hyvin pilvisiä. Vain täydenkuun tietämillä on yleensä kirkkaita öitä, tosin niiden määrä silloinkin rajoittuu vain muutamaan.

Selitystä ei ilmiölle ole, mutta näyttää siltä, että korkealla taivaalla oleva täysikuu (yhdessä syvällä eteläisellä taivaalla olevan Auringon kanssa) vahvistaa ilmakehässä esiintyvän vuorovesi-ilmiön välittämänä pohjoisnavan yläpuolella olevaa polaaripyörrettä ja laajentaa sitä. Pyörteestä ulottuu kielekemäinen korkeapaineen selänne Pohjois-Euroopan ylle, joka tuo mukanaan selkeän sään ja paukkupakkaset.

Aurinko on horisontin yläpuolella noin 6,5 tuntia. Vaikka päivän pituus hiljalleen kasvaa, muutos on tammikuussa vielä vähäistä. 

Maapallo saavuttaa ratansa perihelipisteen 4. päivän, jolloin etäisyyttä on vain 0,983 au (147 104 780 km). Aurinko näkyy meille 32,529 kaariminuutin kokoisena.

Kuun vaiheet: uusikuu 1.1. kello 11.14, kasvava puolikuu 8.1. kello 3.39, täysikuu 16.1. kello 4.52 ja vähenevä puolikuu 24.1. kello 5.19.

Merkuriuksen alkaa näkyä iltataivaalla kuukauden ensimmäisen viikon jälkeen. Kuukauden lopussa se laskee horisonttiin hieman enemmän kuin kaksi tuntia auringonlaskun jälkeen. Planeetan ja Auringon välinen kulmaetäisyys, elongaatio, kasvaa ja kuukauden lopulla 31.1. se saavuttaa suurimman arvonsa 18,4° kello 11.47. Merkuriuksen kirkkaus himmenee kuukauden alun –1,1^m kuukauden aikana arvoon –0,5^m.

Venus on aivan kuukauden alussa näkyvissä vain iltataivaalla. Toisella viikolla se on näkyvissä sekä illalla että aamulla ja kuukauden puolivälin jälkeen ainoastaan aamutaivaalla. Tällöin se nousee noin kaksi tuntia ennen auringonnousua. Venuksen etäisyys maapallosta on lyhyin 11.1 kello 0.55, jolloin etäisyyttä on vain noin 40 miljoonaa kilometriä. Samaan aikaan näemme Venuksen kapeana sirppinä, jonka kulmahalkaisija on peräti 1’ 01”. 

Mars on edelleen näkyvissä vain aamutaivaalla ja etelässä se on pimeän vaihtuessa hämäräksi. Planeetta hieman kirkastuu kuukauden aikana ollen 0,8–0,3^m arvojen välissä. Kirkastuminen johtuu planeetan kulmahalkaisijan kasvusta 6,9 kaarisekunnista 8,8 kaarisekuntiin. Näin ollen Marsin pinnalta voisi jo joitakin yksityiskohtia nähdä. Mars on Neitsyessä.

Jupiter ja Kuu ovat tammikuun
puolivälissä lähekkäin
taivaalla tarjoten
valokuvaajille hienon näkymän.
Kuva Kari A. Kuure.

Jupiter on koko yön horisontin yläpuolella ja etelässä puoliltaöin. Planeetta on kirkas, jopa –2,6^m kuukauden alkupuolella, jolloin se on oppositiossa (5.1.). Samalla planeetan kulmahalkaisija on suurin, noin 47 kaarisekuntia. Nyt tarkkasilmäisten pitäisi yrittää nähdä planeetta levynä paljain silmin. Jupiter on Kaksosissa. 

Saturnus on näkyvissä aamutaivaalla. Se nousee lähes viisi tuntia ennen auringonnousua ja on etelässä juuri ennen auringonnousua.  Kuukauden aikana Saturnus hieman kirkastuu mutta ei kovinkaan paljoa. Sen kirkkaus on noin 0,8^m tietämillä. Kirkastumisen myötä myös kulmahalkaisija on pienoisessa kasvussa ollen noin 16 kaarisekuntia, joten yksityiskohtien näkeminen Saturnuksen pilvipeitteestä alkaa olla mahdollista. Saturnus on Vaa’assa.

Uranus on iltataivaalla Kaloissa ja sen arvot eivät ole muuttuneet paljoakaan edellisestä kuukaudesta.

Neptunus on edelleen Vesimiehessä ja näkyy samalla tavalla kuin joulukuussa.

Tammikuussa on kvadrantidien meteoriparven maksimi, jonka se saavuttaa 3.1. Parven nimi tulee säteilypisteen sijainnista, joka sijaitsi ennen tähdistöjen uusimista vuonna 1926, Kvadrantin tähtikuviossa. Säteily piste ylittää etelämeridiaanin kello 8.55 noin 77° korkeudella. Säteilypiste on Suomessa sirkumpolaarinen, joten parveen kuuluvia meteoreja voidaan nähdä aina kun on riittävän pimeää. Parvi on aktiivinen 1.–5. päivien välisenä aikana.

Merkittävä havainto Etelämantereella

Etelänapakaukoputki.
Kuva Daniel Luong-Van/University
of Chicago.

Chicacon yliopistossa työskentelevän John Carlstrom johtama tutkimusryhmä on tehnyt merkittävän havainnon Etelämnterella sijaitsevalla Etelänapa kaukoputkella (South Pole Telescope). Tutkimusryhmä havaitsi kosmisesta mikroaaltotaustasäteilystä[1] kiertynyttä polarisaatiota eli ns. B-moodia. 

Mikroaaltotaustasäteily on polarisoitunutta, joka johtuu fotonien ja elektronien vuorovaikutuksesta. Ilmiö on siis hieman samanlainen kuin valon sirottuessa (heijastuessa) järven tai auton konepellin pinnasta. Taustasäteilyn polarisaatio havaittiin ensikerran noin kymmenen vuotta sitten. Kyseessä oli kuitenkin ns. E-moodin polarisaatio, joka on helpommin havaittavissa kuin B-moodin polarisaatio.

B-moodin polarisaation syntyminen ei ole aivan yhtä suoraviivainen kuin E-moodin polarisaatio. B-moodi syntyy, kun E-moodin[2] polaroima taustasäteilyn valon reitti taipuu gravitaatiolinssien[3] vaikutuksesta. Polarisaatiokartoituksilla tutkijat kykenevät määrittämään maailmankaikkeuden massajakaumaa, pimeää ainetta jne. 

B-moodin yksi tärkeimmistä tutkimuskohteista on alkuräjähdyksen aikaisen inflaation tutkiminen. Kosminen mikroaaltotaustasäteily sisältää pienen osan tältä kaudelta olevaa B-moodin polarisaation omaava säteilyä. Inflaatiota voidaan tutkia, jos gravitaatiolinssien aikaansaamaa B-moodin polarisaatio on tunnettu ja voidaan poistaa havainnoista. Gravitaatiolinssien aikaansaama B-moodi on siis kohinaa inflaation B-moodin datassa.

B-moodi syntyi inflaation aikana voimakkaiden gravitaatioaaltojen kulkiessa silloisen maailmankaikkeuden läpi. Gravitaatioaallot taivuttivat voimakkaasti aika-avaruutta ja jättivät jälkensä sähkömagneettiseen säteilyyn kiertyneenä polarisaationa. 

Inflaatiokauden B-moodi on toistaiseksi ainoa tapa kerätä tutkimusaineistoa tästä ainutkertaisesta tapahtumasta. Tulosten myötä saadaan tieteellistä näyttöä inflaation olemassa olosta mutta myös siitä, että mikä inflaatiomalli on toimivin ja sopii havaintoihin. Myös korkeiden energiatilojen tieteellinen tutkimus hyötyy havainnoista.

Huomautukset

[1) Kosminen mikroaaltotaustasäteily syntyi noin 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, kun maailmankaikkeuden lämpötila oli laajentumisen seurauksena pudonnut noin 3000 K lämpötilaan. Tällöin elektronit pystyivät asettumaan atomiytimien orbitaaleille, jolloin kaikesta aineesta tuli sähköisesti neutraalia.  Tällöin sähkömagneettinen säteily pääsi leviämään kaikkialle maailmankaikkeuteen. Säteilyn aallonpituus on kasvanut maailmankaikkeuden laajentuessa ja nykyisin voimme havaita tämän saman säteilyn noin 2,7 K lämpötilaisena mikroaaltotaustasäteilynä.

[2] E-moodi syntyy, kun kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn fotonit sirottuvat maailmankaikkeudessa vapaiden elektronien muodostamasta elektronikaasusta. Elektronikaasun tiheys on (luonnollisesti) hyvin pieni, joten polarisaationkin osuus kokonaisvuosta jää suhteellisen vähäiseksi.

[3] Kosmiset gravitaatiolinssit ovat galaksijoukkojen (klustereiden) aikaansaamia aika-avaruuden taipumia, jotka näkyvät valon kulkureitin muuttumisena hieman samaan tapaan kuin se tapahtuu optisessa linssissä. Gravitaatiolinssin ominaisuudet ovat samankaltaisia optisten linssien kanssa, sillä ne voivat kirkastaa vielä kauempana olevan kohteen (yleensä kvasaarin) kuvaa ja usein myös muodostaa useampia kuvia samasta kohteesta.

Epäselvää tiedeviestintää

Kuvassa ei ole pyrstötähti vaan komeetta.
Kuva Kari A. Kuure

Medioissa on yleistynyt epäselvien ja ilmiöitä ja tapahtumia kuvaavien termien epätarkkaa käyttöä. Ilmiö ei sinällään ole uusi, mutta nykyisellään se antaa selvästi väärän kuvan todellisuudesta. Seuraavassa muutamia esimerkkiä epätarkasta viestinnästä:

”Tähtien ytimissä vety palaa heliumiksi”. Kyseisellä prosessilla ei ole mitään tekemistä palamisen kanssa, joka on aineen ja hapen yhdistymisestä kemialliseksi yhdisteeksi. Oikea termi olisi fuusioitua; vety fuusioituu heliumiksi.

Samaan sarjaan kuuluu termi ydinpolttoaine, joka sekin viittaa jälleen kerran palamiseen. Oikea termi olisi fuusiokelpoinen vety tai aine jos kysymys on tähdistä.

Tähtitieteessä hyvin usein näkee käytettävän termiä elämä silloin, kun tarkoitetaan tähtien kehityskaarta (ei elinkaarta) alkaen avaruudessa olevan kaasu- ja pölypilven luhistumista tähdeksi ja päättyen valkoiseksi kääpiöksi tai supernovaksi. Oikea termi olisi siis kehittyminen tai kehityskaari, riippuen hieman kontekstista.

Tähden kuolemasta kerrotaan myös hyvin usein. Kuoleminen kuitenkin edellyttää, että jokin on täytynyt olla elävä pystyäkseen kuolemaan. Näinhän tähtien kohdalla ei selvästikään ole, ne eivät ole olleet eläviä olentoja missään vaiheessa.

Ruskeita kääpiötähtiä nimitetään usein epäonnistuneiksi tähdiksi. Sitä ne eivät ole! Termiin epäonnistuminen liittyy, että joku on yrittänyt tehdä jotakin ja lopputulos ei kuitenkaan ole sitä mitä tarkoitettiin.  Termiin epäonnistua liittyy siis tekijä ja tarkoituksellinen lopputulos. Ruskeisiin kääpiötähtiin tai muihinkaan maailmankaikkeuden kohteisiin ei liity sen paremmin tekijää kuin tarkoitustakaan.

Avaruustekniikassa on jo jonkin aikaan ollut käytössä ionimoottorit. Niiden ajoaineena on yleensä ksenon-kaasu, joka ionisoinnin jälkeen kiihdytetään voimakkaassa sähkökentässä suureen nopeuteen riittävän työntövoiman aikaansaamiseksi. Valitettavan usein näkee käytettävän kuitenkin termiä polttoaine tässä yhteydessä, mikä tietysti on täysin väärin, koska työntövoimaa ei tuoteta palamisen avulla.

Jostakin syystä englanninkielisen sanan rover vastineeksi suomenkieleen on pesiytynyt termi mönkijä. Tarkka käännös olisi kuitenkin vaeltaja, harhailija tai kulkija. Suomen kielen mönkijän käännös puolestaan olisi quad tai quad bike, joita en ole koskaan nähnyt käytettävän avaruustutkimuksen yhteydessä.

Aurinkokunnan joistakin planeetoista (Jupiter, Saturnus, Ursanus ja Neptunus) käytetään nimitystä kaasuplaneetta. Ei pitäisi käyttää, sillä kaasu on aineen olomuoto vallitsevissa olosuhteissa. Planeetoissa, joita tällä termillä kuvataan, on vain hyvin vähän ainetta (kokonaismassasta) kaasumaisessa olomuodossa. Parempi tarkkuus saavutettaisiin jos käytettäisiin termiä planeetta. Joissakin tapauksissa, joissa halutaan korostaa planeetan erikoisuutta, voitaisiin käyttää termiä vetyplaneetta tai vety-helium-planeetta, sillä näistä alkuaineista nämä planeetat ovat lähes 98 %:sti.

Lisäksi on olemassa koko joukko termejä, jotka ovat joko vanhentuneita tai perusteiltaan vääriä. Esimerkiksi

painovoima  – gravitaatio

tähdenlento  – meteori

pyrstötähti  – komeetta

valaisevat yöpilvet  – hohtavat yöpilvet

maailma  – maapallo

Tässä ei ole kaikki, mutta periaate varmasti selviää näistäkin. Tarkkuutta viestintään!

Kiinan Jadejänis laskeutui Kuuhun

Televisokuvaa Kuun pinnalle siirtyneestä
Yutu-kulkijasta. Kuva Xinhua.net .

Kiinalainen kuuluotain Chang’e 3 laskeutui onnistuneesti Kuuhun Sateenkaarilahteen[1] eilen(14.12.2013) kello 15.11.18 Suomen aikaa. Laskeutuminen tapahtui noin puolisen tuntia[2] aikaisemmin kuin mitä kiinalaislähteet[3] olivat kertoneet sen tapahtuvan. Syytä ei ole kerrottu, mutta se lienee mahdollista vain siinä tapauksessa, että luotaimen Kuun napojen kautta kulkeva rata on ollut säteeltään suunniteltua hieman pienempi ja ilmeisesti myös hieman suunnitellusta suunnasta poikkeava.

Laskeutumisen jälkeen seurasi joukko laitteiden tarkistuksia ja ensimmäinen toimenpide oli kuukulkijan Yutu (Jadejänis) laskeminen kuunpinnalle ajoluiskaa pitkin. Se tapahtui kello 22.40 Suomen aikaa ja onnistui suunnitelmien mukaisesti. Videoita kuukulkijan siirtymisestä voi katsoa tästä linkistä.

Laskeutumisen aikana luotain välitti televisiokuvaa laskeutumisesta hitaalla nopeudella. Samoin Jadejäniksen laskemista Kuun pinnalle voitiin seurata televisiokuvasta. Varsinaisesti ensimmäiset erotuskykyiset kuvat julkaistaan kello 15 Suomen aikaan tänään sunnuntaina.

Kiinalaisen kuuluotaimen Chang’e 2
kartoittama Chang’e 3:n laskeutumisalue
Sateenkaarilahdessa.
Laskeutuminen tapahtui aleen
itäiseen reunaan.
Kuva NASA / JPL / ASU / Phil Stooke.

Kulkijan tieteellisestä ohjelmasta ei ole kerrottu kovinkaan paljoa. Se kuitenkin tiedetään, että suunnitelmissa on ensimmäisten tähtitieteellisten havaintojen tekeminen kuunpinnalta. Aikaisemmin sen paremmin Nasa kuin entinen Neuvostoliittokaan ei ole vastaavia havaintoja tehnyt. 

Kulkijan uv-kameroilla on tarkoitus tehdä havaintoja maapallon magneettikentän plasmapyrstöstä. Lisäksi kuukulkijassa on maaperätutka, jolla kerrotun mukaan pitäisi pystyä kartoittamaa kuuperää aina 100 metrin syvyyteen. Tätäkään koetta kuupinnalle laskeutuneet kulkijat eivät ole tehneet aikaisemmin. Näiden havaintojen lisäksi kulkijassa on laitteet Kuun kivien ja kallioperän tutkimiseksi kuten esimerkiksi Nasan Marsiin laskeutuneiden kulkijoissakin on.

Katso näyttävä HD-video Youtubesta http://www.youtube.com/watch?v=hUW0ippVNL4

Kiinan kuuluotaimet ovat saaneet nimensä (Chang’e) kiinalaisen myyttisen Kuun jumalattaren mukaan.

Kiinan kuuluotainten historiaa

Kiinan kuuohjelma on ollut selkeästi nousujohteinen. Ensimmäinen kuuluotain Chang’e 1 laukaistiin lokakuun 24. vuonna 2007 ja se asettui Kuuta kiertävälle radalle marraskuun 7. päivänä. Vielä saman kuukauden aikana Kiina julkaisi ensimmäiset luotaimen ottamat kuvat. Chang’e 1 tuhoutui kuunpintaan maaliskuun 1. päivänä vuonna 2009.

Seuraava kuuluotain oli Chang’e   2, joka laukaistiin Kuuta kohti lokakuun 1. päivänä vuonna 2010. Kuuta noin 100 km korkeudella kiertävälle radalle se asettui lokakuun 9. päivänä. Luotaimen rataa muutettiin elliptiseksi lokakuun 26. päivänä. Tällä hieman matalammalla radalla luotain kartoitti Sateenkaarilahden aluetta. Pian kuvien ottamisen jälkeen luotaimen rataa muutettiin alkuperäiseksi. Kiina julkaisi ottamiaan kuukuvia marraskuun 8. päivänä (2010).

Luotain Chang’e 2 jatkoi Kuuta kiertävällä radallaan, kunnes huhtikuun 1. vuonna 2011 se sai suunnitellut tehtävät päätökseen. Lisätehtävinä luotain kartoitti Kun molempia napa-alueita noin 7 m resoluutiolla. Elokuun 25. päivänä luotain siirtyi Lagrangen pisteeseen L2 ja siitä edelleen Aurinkoa kiertävälle radalle. Joulukuun 13. päivänä (2011) se kartoitti Tout-asteroidia. Tällä hetkellä Chang’e 2 on noin 60 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta Aurinkoa kiertävällä radalla.

Chang’e 3 laukaistiin Kuuta kohti joulukuun 1. päivänä kello 19.30 Suomen aikaa. Kantorakettina oli Long March 3B ja laukaisu tapahtui Xichangin avaruuskeskuksesta. Kuun napojen kautta kulkevan kiertoradan luotain saavutti 7.12.

Huomautukset

[1] Tarkka laskeutumiskohta (19,51° W, 44,12° N) on hieman Sateenkaarilahden ulkopuolella mutta kuitenkin suunnitellulla laskeutumisalueella, sen itäreunassa.

[2] Ensimmäinen laskeutumisaika ilmoitus oli tätäkin ajan hetkeä pari tuntia myöhempi.

[3] tiedottaja Wu Zhijian, State Administration of Science, Technology and Industry for National Defence.

Jalokaasuyhdiste Rapu-sumussa

Rapusumu infrapunaisella aallonpituudella.
Kuva ESA/Herschel/PACS/MESS
Key Programme Supernova Remnant
Team; NASA, ESA and Allison Loll/
Jeff Hester (Arizona State University)

Kuten tunnettua, jalokaasut[1] ovat hyvin inertisiä[2], ne eivät muodosta maanpinnalla vallitsevissa olosuhteissa kemiallisia yhdisteitä muiden alkuaineiden kanssa kovinkaan helposti. Niinpä tutkijat, johtajanaan Michael J. Barlow (University College London), olivat hieman hämmästyneitä, kun he havaitsivat Rapusumussa[3] outoja spektriviivoja, joiden todettiin kuuluvan argonin ja vedyn muodostamalle ionisoituneelle yhdisteelle argonhydriitille(ArH⁺).

Yhdiste syntyy, kun argo-ioni (Ar⁺) kohtaa molekyylisen vedyn (H₂). Vaikeus on siinä, että tavallisesti supernovan jäännöksissä kaasut ovat erillään toisistaan. Kaasujen ionisaatio tapahtuu alueilla joissa säteily on voimakkainta, kun taas molekyylistä kaasua esiintyy tiheissä ja kylmissä taskuissa. Rapusumusta kuitenkin löytyi alueita joissa esiintyy molempia kaasuja oikeassa olomuodossa ja yhdisteen syntyminen ja säilyminen oli mahdollista.

Löytö tehtiin tutkimusryhmän havaitessa sumun ytimen (pulsari[5]) ympärillä olevia kaasupilviä. Havainnot oli tehty Herschel-avaruusobservatoriolla. Argonhydriitin lähempi tarkastelu osoitti myös, että yhdisteen muodostanut isotooppi oli ³⁶Ar. Sinällään löytö ei ollut hämmentävä, sillä isotooppi 36 on maailmankaikkeuden mittakaavassa yleisin[4] argonin isotoopeista. Lisäksi se on yleisin argonin isotoopeista supernovan räjähdyksen aikaansaamassa alkuainesynteesissä. Rapusumun alkuperästä ei ole ollut epäselvyyttä, mutta ³⁶Ar-isotoopin löytyminen vahvisti sen.

Huomautukset

[1] Jalokaasuja ovat helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), radon (Ra) ja keinotekoisesti aikaansaatu ununoktium (Uuo). 

[2] Inertisyys johtuu atomien elektronikuorien kahdeksasta valenssielektronista, oktetista. Ainoan poikkeaman tähän tekee helium, jolla valenssielektroneja on vain 2. Jalokaasujen kemialliset yhdisteet edellyttävät kovalenttisia sidoksia, joissa yhdistyvät alkuaineet jakavat keskenään saatavilla olevat valenssielektronit.

[3] Rapusumu tunnetaan myös Messier-luottelon tunnuksella M1 ja supernovatunnuksella SN 1054. Se sijaitsee Härän tähdistössä noin 6300 valovuoden etäisyydellä. Rapusumu on supernovajäänne, jonka nähtiin purkautuvan vuonna 1054. Supernovan kerrotaan näkyneen jopa päivänvalossa, joten sen kirkkaus on täytynyt olla enemmän kuin –4,5^m ja korkeintaan –7^m.

[4] Maapallon ilmakehässä oleva argon on muodostunut argonin isotoopista 40 (⁴⁰Ar).

[5] Pulsari on neutronitähti, joka säteilee sähkömagneettista säteilyä gammasäteilystä radioaaltoihin keilanmuotoisena suihkuna. Tähden pyöriessä säteilykeila kohdistuu meidän suuntaamme kerran jokaisella kierroksella, jolloin havaitsemme säteilyn tulevan pulsseina; tästä pulsari-nimitys. Rapusumun pulsari pyörähtää itsensä ympäri 30,2 kertaa sekunnissa ja tähden massaksi on arvioitu noin 1,4–2 M_☉(Auringon massaa). Tähden halkaisija on noin 28–30 km.