etäisyys

Kun Kuu täytti taivaan

La, 03/21/2020 - 11:50 Jarmo Korteniemi
Muinainen ja nykyinen Kuu. (Jarmo Korteniemi)

Mitä sanoisit, jos taivaan poikki kiitäisi jättimäinen, Aurinkoa paljon suuremmalta näyttävä ja paikoin punaisena hohtava pallo? 4,5 miljardia vuotta sitten tuo oli meillä aivan tavallinen näky.

Yötaivaalla mollottavaa täysikuuta on vaikea olla huomaamatta. Erityisen valtavalta se näyttää ollessaan matalalla, koska silloin silmä suhteuttaa sen horisontissa näkyviin tuttuihin asioihin. Mutta syntyaikoinaan Kuu näytti kerrassaan jättimäiseltä.

Kun ojennat kätesi suoraksi, täysikuun läpimitta vastaa noin puolta pystyyn nostetun pikkurillin leveyttä. Kuun syntyessä se kuitenkin näkyi koko nyrkin levyisenä.

Kuu syntyi aivan Maan viereen runsaat 4,5 miljardia vuotta sitten. Etäisyyttä sinne oli tuolloin vaivaiset 25 000–30 000 kilometriä, eli vähemmän kuin maapallon oma ympärysmitta.

Jos maanpinnalla olisi tuolloin tepastellut joku satunnainen matkailija, hänen näkemänsä Kuu olisi peittänyt taivaasta yli 200 kertaa nykyistä laajemman alueen. Leveyttä komeudella olisi ollut 15 kertaa nykykuun verran. Kaiken kukkuraksi naapuripallon varjossa oleva puoli olisi hohtanut punaisena. Sen pinta oli kauttaaltaan sulaa magmamerta.

Nykyisen ja muinaisen kuun näennäiset läpimitat. (Jarmo Korteniemi)

Kuu sai alkunsa suuressa törmäyksessä, kun hieman pienempi (tai ehkä useampi pienempi) protoplaneetta törmäsi Maahan. Kiertoradallemme sinkoutui heittelettä, josta osa tiivistyi nopeasti Kuuksi. Mallinnusten perusteella prosessi oli nopea, ja kesti enimmilläänkin vain satakunta vuotta.

Kuu myös liikkui aluksi taivaalla todella vinhaan. Alussa se kiersi Maan kerran 12 tunnissa. Maan vuorokausi taas kesti vaivaiset 5 tuntia.

Sivujuonne: Totuuden nimessä todettakoon, että myös Maan pinta oli Kuun syntytörmäyksen vuoksi vielä sula. Satunnaisella matkailijalla olisi siis luultavasti ollut varsin tuskaiset oltavat tälläkin pallolla. Ja todellisuudessa hän ei ehkä olisi nähnyt yhtään mitään, koska kaasukehämme saattoi hyvinkin olla tuolloin läpinäkymätön.

Mitä sitten tapahtui?

Kuun ensimmäisen sadan miljoonan vuoden aikana ehti tapahtua paljon. Kuun pinta jäähtyi ja kiinteytyi. Vuorovesivoimien ansiosta se myös lukkiutui näyttämään saman puolen Maata kohden.

Vuorovesivoimat myös loitonsivat Kuuta hyvin nopeasti. Alkuvaiheessa vauhtia oli reippaasti yli 20 cm vuodessa. 600 miljoonassa vuodessa se oli siirtynyt jo 140 000 kilometrin päähän Maasta.

Aikojen saatossa etääntymisen vuosivauhti on vaihdellut 0,15 ja 30 sentin välillä. Tällä hetkellä se on noin 3,8 cm per vuosi ja hiipuu hiljalleen. Arvioiden mukaan kestää kuitenkin vielä noin 50 miljardia vuotta ennen kuin etääntyminen pysähtyy—mikäli siis Aurinko ei onnistu hotkaisemaan Maata ja Kuuta sitä ennen.

PS. Joku saattaa kysyä kuinka tuollainen mitätön loittonemisvauhti voidaan edes tietää. Kuuhunhan on tällä hetkellä matkaa yli 384 400 kilometriä, eikä muutaman sentin heiton luulisi tuntuvan missään! Selitys on lasermittaus: Maasta ammutaan laserpulssi, joka heijastuu Kuusta ja saapuu takaisin Maahan. Kun vuotuinen etäisyysvaihtelu vähennetään laskuista, jäljelle jää Kuun etääntyminen. Lähes käsittämättömän tarkka mittaus on mahdollista kolmen Apollo-lennon ja kahden miehittämättömän Lunohod-kulkijan Kuuhun jättämien heijastimien vuoksi.

Kuun vaiheita sekä nousu- ja laskuaikoja voi tutkiskella vaikkapa Tähtitieteellinen yhdistys Ursan tähtikartan avulla.

Teksti on tehty yhteistyössä Tiedekeskus Tietomaan kanssa. Kirjoittaja on planetologi.

Nopean radiopurkauksen etäisyys onnistuttiin mittaamaan ensi kerran

Ke, 02/24/2016 - 18:47 Markus Hotakainen
Compact Array Telescope

Tutkijat ovat saaneet ensimmäisen kerran määritettyä niin sanotun nopean radiopurkauksen (Fast Radio Burst eli FRB) etäisyyden. Havainto varmisti purkausten tapahtuvan hyvin etäällä.

Tätä ennen mystisiä radiopurkauksia oli havaittu vuodesta 2007 lähtien vasta 16 kappaletta. Niiden on arveltu olevan kaukaisia ilmiöitä, mutta aiemmin etäisyyttä ei ole onnistuttu mittaamaan. 

Australialaisen CSIROn (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) radioteleskoopeilla ja japanilaisella Subaru-teleskoopilla tehtyjen havaintojen perusteella FRB 150418 -tunnuksen saanut purkaus tapahtui noin kuuden miljardin valovuoden etäisyydellä. 

FRB 150418 havaittiin viime vuoden huhtikuun 15. päivänä Parkesin radioteleskoopilla. Kaksi tuntia myöhemmin Compact Array Telescope (kuvassa) käännettiin samaan suuntaan. Usean teleskoopin muodostamalla järjestelmällä seurattiin kuuden vuorokauden ajan radiopurkauksen jälkihehkun himmenemistä. Pitkän ajanjakson ansiosta havaintoja pystyttiin tekemään noin tuhat kertaa tarkemmin kuin aikaisemmista purkauksista.

Kun Havaijilla sijaitseva 8,2-metrinen Subaru-teleskooppi suunnattiin samaan kohteeseen, saatiin näkyviin himmeä elliptinen galaksi. Sen punasiirtymän perusteella etäisyydeksi määritettiin noin kuusi miljardia valovuotta.

Galaksi on kehityksessään hyvin pitkällä, joten siinä ei enää synny tähtiä kovin tiuhaan tahtiin. "Odotimme jotain aivan muuta", toteaa Simon Johnston. "Saattaa olla, että purkaus on seurausta esimerkiksi kahden neutronitähden törmäyksestä eikä liity mitenkään tähtien syntyprosesseihin."

Nopeiden radiopurkausten tutkimus saattaa mullistua, kun niitä aletaan etsiä 36 radioteleskoopin muodostamalla ASKAP-järjestelmällä (Australian Square Kilometre Array Pathfinder). "Pääsemme etsimään radiopurkauksia ASKAPilla vielä tämän vuoden kuluessa", Johnston arvioi. "Oletamme löytävämme niitä useita viikossa, mikä muuttaisi tilanteen täysin."

Nopeissa radiopurkauksissa voi vapautua millisekunnissa saman verran energiaa kuin Aurinko säteilee 10 000 vuodessa, mutta niiden syntymekanismista ei ole selvyyttä. Vaikka purkauksia on havaittu vasta vajaat kaksikymmentä, niitä on arvioitu tapahtuvan jopa 10 000 vuorokaudessa eri puolilla taivasta.

Tutkimus osoittaa, että radiopurkauksista tehtäviä havaintoja voidaan käyttää myös maailmankaikkeuden rakenteen selvittämiseen. Niiden avulla voidaan "punnita" universumi eli määrittää tavallisen aineen kokonaismäärä. Sitä arvioidaan olevan vain viisi prosenttia koko maailmankaikkeuden massa- ja energiasisällöstä, mutta siitäkin noin puolet on vielä "hukassa" eli siitä ei voida tehdä suoria havaintoja.  

Tutkimuksesta kerrottiin CSIROn uutissivuilla ja se julkaistaan Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: CSIRO

Planetaaristen sumujen mittatikku meni uusiksi

Ti, 11/24/2015 - 20:42 Markus Hotakainen
Planetaarisia sumuja

Planetaariset sumut ovat suunnilleen Auringon kokoisten tähtien hitaasti hiipuvia jäänteitä. Kun tähden sisuksista alkaa loppua fuusioreaktioihin kelpaava polttoaine, se laajenee punaiseksi jättiläiseksi. 

Ennen pitkää epävakaaksi käynyt tähti puhaltaa ulkokerroksensa avaruuteen laajenevaksi kaasukuoreksi tai -kuplaksi. Keskelle jää Maan kokoluokkaa oleva valkoinen kääpiö, jonka säteily saa sen ympärille levittäytyneen kaasun hohtamaan. 

Planetaariset sumut eivät kuitenkaan ole kovin pitkäikäisiä – etenkään tähden elinkaareen verrattuna. Kun esimerkiksi Auringon koko elinajaksi arvioidaan noin kymmenen miljardia vuotta, planetaarinen sumu hälvenee näkymättömiin joidenkin kymmenien tuhansien vuosien aikana.

Pelkästään omassa Linnunradassamme tunnetaan silti tuhansia planetaarisia sumuja. Ongelmana on vain se, että niiden etäisyyksien määrittäminen on ollut vaikeaa – tähän asti.

Hong Kongin yliopiston tutkijaryhmä on kehittänyt uuden menetelmän, jolla planetaaristen sumujen etäisyydet pystytään mittaamaan paljon aiempaa tarkemmin. Samalla saadaan selkeämpi käsitys niiden kokojakaumasta. 

"Vuosikymmenten ajan planetaaristen sumujen etäisyydenmääritys on ollut vakava, lähes ylivoimainen ongelma, koska sekä itse sumut että niiden keskustähdet ovat ominaisuuksiltaan äärimmäisen vaihtelevia", toteaa ryhmää johtanut David Frew.

"Etäisyyksien tunteminen on kuitenkin keskeisen tärkeää, mikäli haluamme ymmärtää niiden todellisen luonteen ja fysikaaliset ominaisuudet."

Ratkaisu on periaatteessa yksinkertainen. Ensin arvioidaan tähtienvälisen kaasun ja pölyn aiheuttama valon himmeneminen planetaarisen sumun suunnassa, sitten kohteen näennäinen koko taivaalla ja lopuksi sen kirkkaus.

Näin on saatu laskettua "pintakirkkausrelaatio", joka on kalibroitu 300 planetaarisen sumun avulla. Niiden etäisyydet on puolestaan mitattu muilla, toisistaan riippumattomilla keinoilla.

"Perustekniikassa ei ole mitään uutta, mutta menetelmä poikkeaa aikaisemmista siinä, että tässä käytetään kaikkein tuoreimpia ja luotettavimpia mittauksia kaikista kolmesta keskeisestä ominaisuudesta", ryhmään kuulunut Quentin Parker toteaa. Tarkkuutta lisää se, että aineistosta on poistettu virhehavainnot mahdollisimman huolellisesti.  

Uutta menetelmää voidaan soveltaa sekä kirkkaisiin että himmeisiin sumuihin – kirkkauserot voivat olla monisatatuhatkertaisia – ja sillä saadaan selville etäisyydet jopa viisi kertaa aiempaa tarkemmin.

"Uudella mittatikullamme voidaan ensimmäisen kerran määrittää tarkasti hyvin himmeidenkin planetaaristen sumujen etäisyydet. Koska kaikkein suurimmat sumut ovat yleisimpiä, niiden etäisyyksien mittaaminen oikein on keskeisen tärkeää", toteaa Frew.

Kuvakollaasissa on 22 planetaarista sumua järjestettynä niiden koon mukaan. Mittakaavapalkin pituus on neljä valovuotta, joten kokoskaala on melkoisen laaja. Kaikkein suurimmat planetaariset sumut kattaisivat reilusti koko kuva-alan.

Uudesta mittatikusta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuva: ESA/Hubble & NASA, ESO, Ivan Bojicic, David Frew, Quentin Parker