ajanmääritys

Tämä 30. kesäkuuta on sekunnin pitempi kuin päivät yleensä, sillä tänään kelloihin lisätään karkaussekunti.

On mahdollista, että tästä tulee viimeinen karkaussekunti, sillä niistä päätettiin luopua jo vuonna 2013, mutta lopullisen päätöksen tekee tämän vuoden marraskuussa oleva kansainvälinen konferenssi. Ongelmana karkaussekunneissa on se, että ne haittaavat tarkkojen aikalaskelmien tekemistä; olisi parempi käyttää harvemmin toistuvia karkausminuutteja tai jopa karkaustunteja. Jo minuutin muutos kerralla tekisi tällaisen säätämisen tarpeelliseksi seuraavan kerran vasta vuonna 2399.

Ajan säätäminen silloin tällöin on joka tapauksessa tärkeää, koska maapallon pyörimisliike hidastuu koko ajan. Jotta vuorokauden pituus pysyisi oikeasti vuorokauden mittaisena, pitää kelloja siirtää aina silloin tällöin.

Tarkalleen ottaen pyöriminen hidastuu joka päivä noin kaksi tuhannesosasekuntia ja siksi tähän saakka apuun on otettu karkaussekunti parin vuoden välein.

Tarkalleen ottaen kyse on siitä, että maapallon pyörimisestä mitataan niin sanottu UT1 -aika, kun taas normaalikäytössä meillä on ns. koordinoitu yleisaika UTC, jota pidetään yllä supertarkoilla atomikelloilla.

Näiden kahden kellon laittamisesta samaan aikaan päättää erikseen Ranskassa oleva IERS-organisaatio, eli International Earth Rotation and Reference Systems Service. Se ilmoittaa karkaussekunnin lisäämisestä kuusi kuukautta etukäteen. 

Suomesta UTC-ajan ylläpitoon osallistuu Otaniemessä toimivan Mittatekniikan keskuksen (MIKES) aika- ja taajuussuureiden kansallinen mittanormaalilaboratorio.

Päivän pituus vaihtelee jatkuvasti

UT1-aikaa pidetään yllä nykyisin radioteleskooppien ja kaukana tähtitaivaalla olevien kvasaarien avulla. Tätä ajanmääritystä tehdään mm. Metsähovin radiotutkimusasemalla, missä asiaa tutkii Minttu Uunila.

Hän on kohonnut erääksi alan guruksi maailmalla ja Tiedetuubi tapasi hänet viime syksynä Yhdysvalloissa Goddardin avaruustutkimuskeskuksessa. Nyt Minttu on jälleen Suomessa ja on mm. eräs mainion Kuulumisia kuvun alta -blogin pitäjistä.

Alla olevalla videolla Minttu kertoo maapallon pyörimisajan mittaamisesta sekä siitä, että itse asiassa pyöriminen ei ole tasaista. Siinä on pientä vaihtelua koko ajan, riippuen mm. maapallon tuulista ja vuoksi-ilmiöstä. 

Ja koska ajanmääritys tähtitieteellisesti on tärkeää mm. satelliittien ratojen määrittämiseen tarkasti, ei satelliittinavigointi toimisi ilman Mintun ja hänen kollegoidensa tekemää työtä.

Päivän kuvassa tänään on puun vuosirenkaita. Dendrokronologia, eli puun vuosirenkaiden perusteella tehtävä iänmääritysmenetelmä, pystyy katsomaan jopa noin 12 000 vuoden taakse tutkimalla puun halkileikkausessa näkyviä kapeampia ja paksumpia renkaita. Renkaat tulevat siitä, kun puu ei kasva juuri lainkaan talvella, mutta kevään tullen se lisää paksuuttaan nopeasti. Syksyn tulleen kasvu taas hidastuu, kunnes se hiipuu taas talveksi. Näin uuden kasvuston ja hitaan kasvun vaiheet näkyvät selvästi tummina ja vaaleina alueina.

Säätila, ilmasto, mahdolliset tuholaiset tai puun sairaudet sekä paikalliset olosuhteet vaikuttavat renkaiden paksuuteen. Myös 11-vuotinen Auringon aktiivisuussykli näkyy yleensä vuosirenkaista. Säätila, kuten lämpötila, sateisuus, auringonvalon määrä ja tuulisuus, saattavat vaikuttaa myös viiveellä renkaisiin, sillä puu kärsii huonoista säistä pitkään niiden päätyttyäkin.

Tieteellisen vuosirengasajoituksen kehitti 1900-luvulla Andrew Ellicott Douglass, amerikkalainen tähtitieteilijä, joka huomasi että vuosirenkaat vaihtelevat 11 vuoden auringonpilkkujakson mukaan. Ajatus vuosirenkaiden ja ilmaston yhteydestä oli ollut ilmassa kuitenkin jo pitempään: tiettävästi ensimmäisenä tätä esitti Leonardo da Vinci 1500-luvulla, ja 1700-luvulla useat tutkijat löysivät toisistaan tietämättään vuoden 1709 kylmän ajanjakson aikaan saaman normaalia ohuemman vuosirenkaan.

Yksittäisen puun elinikää pidempiä vuosirengassarjoja voidaan rakentaa yhdistämällä eri ikäisten, mutta osittain samaan aikaan eläneiden puiden rengassarjoja. Tämä on tehtävä jokaiselle puulajille ja alueelle erikseen, mikä hidastaa työtä, mutta saattaa tuottaa hyvinkin pitkälle menneisyyteen ulottuvia ilmastoindikaattoreita ja mahdollistaa tuhansia vuosia vanhojen puuesineiden ajoittamisen. Lapin metsänrajamännystä on tällä hetkellä olemassa yli 7600-vuotinen vuodentarkka lustokalenteri ja Keski-Euroopassa on saatu aikaan jopa 12 000 vuoden päähän ulottuvia sarjoja.

Ajoitettavan näytteen tulisi olla mäntyä tai kuusta, sillä näille lajeille on olemassa kattavia alueellisia lustokalentereita. Lisäksi näytteessä tulisi olla enemmän kuin viisikymmentä vuosirengasta varman ajoitustuloksen saamiseksi. Puusolukon pitää olla ehjää niin, että lustot eivät ole esimerkiksi lahoamisen vuoksi vaurioituneet. Puun tarkan kaatovuoden selvittämiseksi tarvitaan näyte, jossa alkuperäinen kuorenalaispinta on vielä jäljellä.

Dendrokronologisessa laboratoriossa puusta leikatut näytekiekot tai kairatut puunäytteet mitataan mikroskoopilla ja tiedot siirretään suoraan tietokoneelle, jonka avulla lasketaan säde- ja runkokohtaiset keskiarvosarjat sekä suoritetaan lustosarjojen ajoituspisteiden tilastollinen testaus ristiinajoitusta varten. Yleensä näytteen luotettavaa ajoittamista varten tarvitaan 50-100 vuosilustoa. Jos näytteestä on säilynyt puun viimeisin kasvulusto eli kaarnan alla oleva kerros, päästään ajoituksessa jopa vuoden tarkkuuteen oletuksena puunkaatoaika. Menetelmää on käytetty menestyksellisesti mm keskiaikaisten rakennelmien ja vanhojen laivahylkyjen ajoittamisessa. Keski-Euroopassa on mm. ajoitettu veden alle jääneen pronssikautisen kylän laajeneminen siten, että talojen rakennusaika on pystytty selvittämään jopa vuoden tarkkuudella.

Termi dendrokronologia tulee kreikan kielisestä sanasta dendron, joka tarkoittaa puuta, ja kronologialla tarkoitetaan tiedettä, jolla on aikaperspektiivi ja jonka avulla voidaan ajoittaa tiettyjä tapahtumia.