taivaanmekaniikka

Mars on nyt lähellä meitä, mutta mitä se merkitsee oikeasti?

Ke, 08/01/2018 - 00:57 Jari Mäkinen

Maa ja Mars ovat nyt hyvin lähellä toisiaan, ja siksi punainen planeetta loistaa varsin kirkkaana (tosin matalalla Suomesta) taivaalla. Mitä tämä tarkoittaa? Miksi Mars on juuri nyt lähellä?

Maa ja Mars ovat lähellä toisiaan kerran noin 1,8 vuodessa.

Koska kumpikin planeetta kiertää Aurinkoa hieman soikeilla radoilla hieman eri nopeudella, ne ovat ratansa Aurinkoa lähimmissä kohdissa eri aikoihin. Jotta kumpikin planeetta olisi hyvin lähellä toisiaan, tulee Maan olla ratansa kaikkein kaukaisimmassa kohdassa ja Marsin ratansa lähimmässä.

Useimmiten tosin tilanne ei ole ihan näin optimaalinen: tänä vuonna lähiohitus tapahtuu hetkellä, jolloin Maa on etääntynyt Auringosta jo liki kuukauden päivät ja Mars on lähimpänä Aurinkoa syyskuun puolivälissä.

Nyt 31. heinäkuuta Mars oli lähimmillään klo 11 Suomen aikaa 57,59 miljoonan kilometrin päässä maapallosta. Tämä on lyhin etäisyys sitten vuoden 2003, mikä oli eräs teoreettisesti parhaimmista vuosista. Seuraavan kerran Mars on näin lähellä syyskuun 15. päivänä vuonna 2035, jolloin matkaa on itse asiassa vielä hieman vähemmän, 56,98 miljoonaa kilometriä.

Puhutaan oppositiosta, eli tilanteesta, jolloin Mars ja Aurinko ovat täsmälleen vastakkaisissa suunnissa taivaalla täältä Maasta katsottuna. Tarkalleen ottaen tämä oppositio tosin tapahtui jo 27. heinäkuuta.

Koska Maa ja Mars kiertävät radoillaan eri tahtia, olemme aina hieman eri kohdissa tämän lähinnä olon aikaan. Tästä eteenpäin vuoteen 2027 saakka mennään vain huonompaan suuntaan, sillä silloin (helmikuun 19. päivänä) Maa ja Mars ovat toisistaan 101,39 miljoonan kilometrin päässä toisistaan – tämä lähes kaksi kertaa enemmän kuin tänä vuonna.

Tästä vaihtelevuudesta johtuen matkaaminen Marsiin on toisinaan helpompaa ja toisinaan vaikeampaa. Mitä lähemmäksi Maa ja Mars tulevat, sitä raskaampia luotaimia voidaan lähettää sinne helposti. Kun matka on lyhyempi, se vaati vähemmän energiaa, ja siksi samalla raketilla voidaan laukaista matkaan isompi laite.

Tänä vuonna tosin tätä erinomaista oppositiota ei käytetty täysin hyväksi, sillä kohti Marsia laukaistiin vain yksi luotain, pinnalle laskeutuva InSight. Kuten ratamatemaatikot ovat laskeneet, on se juuri nyt jotakuinkin puolimatkassa. Sehän laukaistiin matkaan toukokuun alussa ja saapuu perille marraskuun lopussa.

Vuoden 2003 erinomainen oppositio käytettiin paremmin hyväksi, sillä silloin Nasa lähetti matkaan kaksi kulkijaa, Spiritin ja Opportunityn, ja Euroopan avaruusjärjestö Mars Express -luotaimen.

Taivaanmekaanisen kiertoratatilanteen voi nähdä myös taivaalla, sillä kauriin tähdistössä oleva Mars on varsin kirkas, vaikkakin Suomesta katsottuna se on hyvin matalalla. Etelä-Suomen horisontin yläpuolella punaplaneetta viihtyy vain viitisen tuntia.

Muilta osin meidän kannaltamme ei oppositiolla ole mitään merkitystä muille kuin meille friikeille.

Marsin pinnalla tosin lähellä Aurinkoa oleminen näkyy siten, että sen lämpenevän kaasukehän tuulet nostavat lentoon paljon hiekkaa. Siksi Marsissa on nytkin meneillään jo pitkälle toista kuukautta jatkuva pölymyrsky. Se on pitkiin aikoihin suurin ja voimakkain.

Otsikkokuva näyttä tilanteen varsin konkreettisesti: auringonvalosta riippuvainen Opportunity-kulkija on edelleen hiljaa, mutta sen ydinparistosta sähköä saava serkku Curiosity toimii varsin normaalisti.

Paitsi että sen kuvaamat maisemat ovat edelleen aika sumuisia.

Otsikkokuvan kuvat on tosin kuvattu täältä Maan päältä, mutta ne näyttävät hyvin eron ennen myrsyä ja nyt sen aikana.

*

Otsikkokuvassa on Mars kuvattuna kesäkuussa ja heinäkuussa 2018, ennen pölymyrskyn alkamista ja sen jatkuessa. Juuri nyt ei Marsista siis kannata tehdä tarkkoja havaintoja, vaikka oppositiot normaalisti sopivat hyvin tähän tarkoitukseen.

Vuonna 2016 tehty video näyttää hyvin mistä on kyse. Lopun taivaankatsomiskohtaan ei kannata nyt kiinnittää huomiota.

Hyvää aphelia! Miksi Aurinko on tänään kaukana Maasta?

Pe, 07/06/2018 - 17:16 Jari Mäkinen
Aurinko

Aurinko on tänään kaukana, koska Maapallo kiertää Aurinkoa lievästi soikean muotoisella radalla. Tänään ollan radan kaukaisimmassa pisteessä.

Aivan tarkalleen ottaen maapallo on tänään illalla 6. heinäkuuta 2018 klo 19.47 Suomen kesäaikaa ratansa kaikkein kaukaisimmassa pisteessä. Vaikka siis on kesä ja kärpäset, olemme nyt radan kaikkein kauimmaisessa kohdassa ja siten Aurinko lämmittää meitä kaikkein vähiten.

Ero ei kuitenkaan ole kovin suuri, sillä kuuden kuukauden kuluttua, kun Maa on radan läheisimmässä pisteessä, olemme silloin noin viisi miljoonaa kilometriä lähempänä Aurinkoa. Kun keskimäärin etäisyytemme Auringosta on 150 miljoonaa kilometriä, ei tällä ole olennaista merkitystä.

Matka näin kaukaisimpaan aikaan vaihtelee myös hieman. Kun tänään Maan ja Auringon välinen etäisyys on 152 095 566 km, oli se viime vuonna (kun matka oli pisin heinäkuun 3. päivänä) kolmisen tuhatta kilometriä vähemmän, 152 092 504 km.

Numeroista innostuneille voi todeta vielä sen, että tänään Maan ollessa kaukaisimmillaan Auringosta, on Maan ratanopeus 29,5 kilometriä sekunnissa, eli 106 376 kilometriä tunnissa. Keskimäärin nopeus on 30 km/s.

Jos vauhti tuntuu suurelta, niin taivaanmekaniikan yksinkertaisten lakien mukaan laskettuna tämä vauhti ei ole paljoakaan verrattuna lähempänä Aurinkoa kiertäviin planeettoihin. Venuksen nopeus on keskimäärin 35 km/s ja Merkuriuksen yli 47 km/s. Ja samalla Aurinkokuntamme kiitää noin 200 kilometrin sekuntinopeudella (720 000 km/h) Linnunradan keskustan ympäri.

Sisäplaneettojen radat

Kaikkien sisäplaneettojen radat ovat varsin pyöreitä, vain Merkurius on selvemmin soikea. Tarkalleen mikään niistä ei kuitenkaan ole aivan pyöreä.


Vaikka kaikki näyttää siis kesäisen seesteiseltä ja rauhalliselta, kiidämme avaruudessa kovaa vauhtia. Yllättäen siis nyt kesällä olemme siis kaukana Auringosta. Vuodenajathan johtuvat maapallon pyörimisakselin kaltevuudesta, ei kiertoradan lievästä soikeudesta – ja kun sanotaan, että nyt on kesä, niin kannattaa muistaa, että eteläisellä pallonpuolella on nyt talvi.

Radan soikeus vaikuttaa kuitenkin siihen, että laskennallisesti täällä pohjoisella pallonpuolella kesä on viisi päivää pitempi kuin talvi; ratanopeus kun on kaukana ollessa hieman pienempi.

Tätä kiertoradan kaukaisinta pistettä kutsutaan apheliksi. Pohjana on kreikan sanat apo, joka tarkoittaa "kaukana", ja helios, joka puolestaan tarkoittaa Aurinkoa. Aurinkoa kiertävän radan läheisin piste sen sijaan on nimeltään periheli sanan peri, eli "lähellä" mukaan. Näitä sanoja muutetaan aina sen mukaan, mitä kappaletta kierretään: esimerkiksi Maan tapauksessa nämä ovat apoogeum ja perigeum.

Otsikkokuvassa on Aurinko kuvattuna tänään Big Bearin aurinko-observatoriolla GONG-teleskoopilla. Kuva näyttää Auringon näkyvän valon alueella ja kuten näkyy, ei siinä ole juurikaan tänään pilkkuja. Olemme Auringon aktiivisuusminimissä.

Miksi Mars on nyt niin lähellä maapalloa?

Pe, 05/20/2016 - 22:25 Jari Mäkinen
Mars Hubblen kuvaamana toukokuussa 2016


Viime päivinä on tiedotusvälineissä Suomessakin kerrottu siitä, että Mars on "harvinaisen" lähellä Maata. Mistä tämä johtuu?


Syy on hyvin yksinkertainen: Maa ja Mars kiertävät Aurinkoa kumpikin hieman soikeilla radoilla, Maa vähemmän soikealla ja Mars enemmän soikealla, ja aika ajoin molemmat planeetat ovat samalla puolella Aurinkoa ja sattuvat olemaan radoillaan hyvin lähellä toisiaan. 

Näin tapahtuu keskimäärin kahden vuoden ja kahden kuukauden (keskimäärin 780 vuorokautta) välein, mutta ratojen soikeuksista johtuen välillä etäisyys on hieman suurempi ja toisinaan matkaa planeettojen välillä on vähemmän. Ja nyt etäisyys on varsin pieni.

Tarkalleen ottaen Maa ja Mars ovat lähimmillään toisiaan tiistaina 31. toukokuuta kello 01.30 Suomen aikaa. Silloin välimatka on tarkalleen 0,5032 tähtitieteellistä yksikköä (Maan ja Auringon välistä keskimääräistä etäisyyttä), eli 75,3 miljoonaa kilometriä.

Taivaalle katsottuna Mars on oppositiossa – siis täsmälleen vastakkaisella puolella taivasta kuin Aurinko – jo aiemmin, 22. toukokuuta. Mars on silloin Skorpionin tähdistössä, mutta liikkuu yö yötä kohti Vaa'an tähdistöä, mihin se siirtyy 28.5. Valitettavasti Mars nousee varsin valoisalla yötaivaalla vain noin 8° korkeudelle Etelä-Suomessa ja pohjoisessa vieläkin vähemmän. Se ei siis näy kätevästi heti iltatuntien aikaan, mutta keskiyön aikaan on selvästi kirkas, punainen planeetta eteläisellä taivaalla.

Marsin sijainnin taivaalla voi katsoa kätevästi mm. Ursan tähtikartasta. Jos punaista planeettaa katsoisi kaukoputkella, sen Maahan näkyvän puolen voi selvittää kätevästi Astronomy Now -lehden laskurilla.

Kuva näyttää Maan ja Marsin sijainnit radoillaan Auringon ympärillä 22. toukokuuta sekä seuraavien sekä kahden edellisen opposition aikaan. Kuten kuva näyttää, ovat radat soikeita, pullean ellipsin muotoisia, ja että planeettojen välinen etäisyys voisi olla pienempikin kuin nyt – kyse ei ole siis mitenkään erityisestä tapauksesta.

 

Viime aikojen paras oppositio tapahtui vuonna 2003, jolloin Maan ja Marsin välinen etäisyys oli vain 55,68 miljoonaa kilometriä. Tästä eteenpäin seuraavat oppositiot vuonna 2018 ja 2020 ovat myös koko ajan "parempia", ja vuonna 2020 etäisyys on pienimmillään 62,12 miljoonaa kilometriä.

Silloin olemme lähekkäin lokakuun puolivälissä, ja tämä tarkoittaa myös sitä, että noin kolme-neljä kuukautta aikaisemmin lähetetään matkaan luotaimia kohti Marsia. Perille ne saapuvat kolme-neljä kuukautta opposition jälkeen.

Mars-luotaimet kannattaa lähettää aina siten, että ne ovat jotakuinkin puolimatkassa opposition aikaan, koska näin planeettainvälinen lentomatka on lyhyin ja matkaan saadaan joko massiivisempi luotain tai pienempi voidaan singota matkaan pienemmällä raketilla.

Tässä oppositiossa ainoa matkaan lähetetty alus oli ESAn ja Venäjän Exomars, joka on suurin koskaan kohti punaista planeettaa lähetetty luotain. Kahdesta lennosta koostuvan Exomars-hankkeen toinen lento, Marsin pinnalle laskeutuva kunnianhimoinen kulkija, oli tarkoitus lähettää matkaan vuoden 2018 opposition aikaan, mutta se on lykätty vuoteen 2020.

Silloin laukaistaan myös NASAn seuraava suuri kulkija, Curiosity-rooverin kaltainen uusi kulkija.

Nämä kaikkein parhaat opposition luotaimien laukaisujen kannalta ovat myös aikoja, jolloin Mars on kirkkaimmillaan, komeimmillaan ja suurimmillaan taivaalla. Nämä toistuvat 15-17 vuoden välein, jolloin peräkkäin on yleensä kaksi tai kolme "hyvää" oppostitiota.