Johdanto: tähtitaivas

Transkriptio

1 Johdanto: tähtitaivas Mitä kaikkea taivaalla voi nähdä: tähdet Aurinko, tavallinen tähti tähtien ryhmät (kaksoistähdet, avoimet joukot, pallomaiset joukot) tähtienvälinen aine Linnunrata muut galaksit galaksiryhmät ja -joukot aurinkokunnan kohteet (planeetat, kääpiöplaneetat, kuut, asteroidit, komeetat, meteoroidit) keinotekoiset laitteet ilmakehän ilmiöt (meteorit, revontulet, valaisevat yöpilvet, helmiäispilvet, tavalliset pilvet, halot,... )

2 Tähdet Näkyvät kaukoputkella kirkkaampina, mutta suurimmillakaan kaukoputkilla ei erotu yksityiskohtia. Samanlaisia valtavia hehkuvia kaasupalloja kuin Aurinko. Tuottavat energiaa fuusioreaktioilla lähinnä muuttamalla vetyä heliumiksi. Massa M, säde R, säteilyteho L, pintalämpötila K. Näennäinen kirkkaus riippuu tähdet todellisesta kirkkaudesta ja etäisyydestä (ja välissä olevan aineen vaimennuksesta).

3 Tahtien kehitys Tähdet syntyvät tiivistymällä tähtienvälisestä aineesta. Mitä massiivisempi tähti, sitä nopeammin se kuluttaa energiavaransa. Kuolevat energian loppuessa. Lopputilanne riippuu tähden massasta: pienimmät tähdet hiipuvat hitaasti ja katoavat mustina kääpiöinä suunnilleen Auringon massaiset laajenevat punaiseksi jättiläiseksi ja puhaltavat uloimmat osat avaruuteen planetaarisena sumuna; jäljelle jää valkea kääpiö tai neutronitähti kaikkein massiivisimmat räjähtävät jättiläisvaiheen jälkeen supernovana; jäljelle jää neutronitähti tai musta aukko

4 Tähdistöt Tähtien muodostamien hahmojen perusteella tähtiä on ryhmitelty tähdistöiksi. Tähdistön tähdet voivat kuitenkin olla hyvin eri etäisyyksillä. Ne näyttävät muodostavan jonkin kuvion vain, koska tarkastelemme niitä tietystä avaruuden paikasta. Betelgeuze Bellatrix Alnilam Alnitak Mintaka Alnilam Alnitak Mintaka Saiph Rigel Saiph Rigel Betelgeuze Bellatrix Orionin tähdistö eri suunnista nähtynä. Vasen kuva esittää tähdistöä sellaisena kuin sen näemme täältä Maasta. Pohjantähdestä katsottuna (oikealla) tähdistö näyttää aivan erilaiselta.

5 Tähtitaivaan nimistö peräisin lähinnä Välimeren maiden antiikin ajalta yli kahdentuhannen vuoden takaa Siksi monet nimet viittaavat juuri kreikkalaiseen tai roomalaiseen jumaltarustoon. Andromedan tähdistö. Samaan taruun liittyvät myös Kefeus, Kassiopeia, Valaskala ja Perseus.

6 Antiikin aikainen Argo-laivan tähdistö liittyy taruun Iasonista ja kultaisen taljan ryöstöstä. Nykyisin tähdistö on jaettu pienempiin osiin (Köli, Peräkeula, Sekstantti).

7 Eteläisimmät tähdistöt on nimetty vasta suurten löytöretkien aikakaudelta (1500-luvulta) alkaen. Eri kartantekijät nimesivät taivaan eri alueita mielensä mukaan. Tähtikartoilla ovat viivähtäneet hetken aikaa mm. sellaiset tähdistöt kuin Ilmapallo, Sähkökoje, Kirjapaino, Kissa, Pöllö, Yksinäinen rastas, Mehiläinen ja Poro. MIKROSKOOPPI INTIAANI RIIKINKUKKO KAUKOPUTKI ETELÄN KRUUNU Eteläisin osa taivaasta opittiin tuntemaan vasta suurten löytöretkien aikana. Sinne on sijoitettu uudempien keksintöjen mukaan nimettyjä tähdistöjä.

8 Tähtikarttojen laatijat lisäilivät omia tekeleitään myös pohjoiselle taivaalle. Ilves Heveliuksen kartastossa.

9 Poron (Tarandus vel rangifer) tähdistö liittyi Suomeen: de Maupertuis johti Tornionjokilaakson tutkimusretkeä, jolla mitattiin maapallon muotoa, ja retkikuntaan kuulunut Le Monnier nimesi tähdistön tuon matkan muistoksi.

10 Kansainvälisen tähtitieteen unionin IAU:n toimesta taivaallinen sekasotku selvitettiin 1920-luvulla, ja taivas jaettiin 88 tähdistöön, joille määriteltiin täsmälliset rajat. Tähdistöjen rajat ja latinankieliset nimet ovat virallisia. 4 α ε ξ ζ δ Menkib ν PERSEUS ο Atik Pleiadit ψ M45 σ ι β ω ζ δ κ Algol ρ Botein π ε θ M34 OINAS δ γ Hamal Alamak β NGC752 Mothallah α γ λ Sheratan Mesarthim KOLMIO M33 α β γ χ τ υ ω ξ Adhil υ ϕ χ β τ ϕ µ Mirach ψ η ν M110 M31 M32 ζ ο π ε π δ σ θ ANDROMEDA Alpheratz α χ Hyadit λ Tauridit ξ ο λ M74 η KALAT µ ο ε ξ 2 ξ 1 δ γ +10

11 Tähtikuviot Tähdistö tarkoittaa tiettyä taivaan aluetta. Tähtikuvio eli asterismi tarkoittaa muutaman tähden muodostamaa suhteellisen selväpiirteistä kuviota. Esimerkiksi Otava on seitsemän tähden muodostama tähtikuvio, joka on vain osa Ison karhun tähdistöä. Tähtikuvioita esittävät viivat eivät ole virallisia ja on eri kartoissa piirretty eri tavoin. Tähtikuvio voi ulottua myös usean tähdistön alueelle: Pegasuksen neliön vasen ylänurkka kuuluu Andromedaan. P Capella Kesäkolmio: Joutsenen Deneb, Lyyran Vega, Kotkan Altair. I Deneb L Vega Arcturus Altair E

12 LEIJONA KRAPU KAKSOSET HÄRKÄ OINAS KÄÄRMEENKANTAJA KALAT VESIMIES NEITSYT KALAT VAAKA KAURIS JOUSIMIES SKORPIONI Eläinrata (zodiakki) on taivaan alue, jonka kautta Aurinko näyttää vuoden mittaan liikkuvan. Auringon näennäinen rata kulkee 13 tähdistön kautta.

13 Tähtien nimet Parillasadalla tähdellä on oma erisnimensä. Monet nimistä juontuvat ensimmäisestä tunnetusta tähtiluettelosta, jonka laati Hipparkhos Rhodoksella 100- luvulla eaa. Tähän luetteloon perustui myös Klaudios Ptolemaioksen suurteoksen Almagest tähtiluettelo vuoden 150 paikkeilta. Suuri osa tähtien nimistä on peräisin Almagestin arabiankielisestä käännöksestä. Esimerkiksi Joutsenen kirkkain tähti Deneb sijaitsee joutsenta esittävän kuvion pyrstön päässä, ja sen nimi tulee pyrstöä tarkoittavasta arabian sanasta dhanaab. Johannes Bayer aloitti 1600-luvun alussa tavan merkitä tähdistön kirkkaimpia tähtiä kreikkalaisilla kirjaimilla. Usein kirkkain tähti on α (alfa), seuraava β (beta) jne. Kirjaimen perään liitetään tähdistön nimen omistusmuoto (genetiivi) tai sen kolmikirjaiminen lyhenne. Vastaavalla tavalla viitataan Flamsteedin tähtiluetteloon, jossa tähdet on numeroitu koordinaattien mukaisessa järjestyksessä. Himmeämmille tähdille käytetään vain luettelotunnuksia. Deneb on myös α Cyg ([alfa cygni], Joutsen = Cygnus, gen. Cygni), 50 Cyg (Flamsteedin luettelo) SAO (Smithsonian Astrophysical Observatory) BD (Bonner Durchmusterung) HD (Henry Draperin spektriluettelo) A Vain kansainvälinen tähtitieteen unioni IAU voi antaa tähtitaivaan kohteille virallisia nimiä. Asteroidin löytäjä saa ehdottaa sille nimeä (ei omaansa), joka IAU:n on hyväksyttävä. Komeetat nimetään löytäjän mukaan.

14 Tähtien joukot Tähdet muodostavat myös ryhmittymiä, joiden tähdet todella kuuluvat yhteen. Kaukoputkella huomaa, että taivaalla on runsaasti tähtipareja eli kaksoistähtiä. Kaksoistähti Albireo Joutsenen tähdistössä. Mahdollisessti optinen kaksoistähti, jonka komponentit eivät kierrä toisiaan.

15 Kaksoistähden Krüger 60 liike 12 vuoden aikana.

16 Suurempia tähtien kasautumia ovat tähtijoukot. Esimerkiksi Härän tähdistössä sijaitsee kaksi paljain silminkin helposti erottuvaa tähtitihentymää, Seulaset eli Pleiadit ja Hyadit. Ne ovat avoimia tähtijoukkoja, joihin kuuluu tavallisesti muutamia kymmeniä tai satoja tähtiä ja joiden tähdet ovat melko harvassa. Avoimet joukot ovat yleensä suhteellisen nuoria. Tähdet ovat syntyneet samalla alueella samaan aikaan. a) b) c) a) Hyadit ja Plejadit ovat avoimia joukkoja, jotka näkyvät helposti paljain silmin. b) Plejadit, c) Perseuksen kaksoisjoukko Misam.

17 Tiheämpiä tähtiryppäitä ovat pallomaiset joukot. Paljain silmin niitä näkyy vain muutama, Suomesta vain yksi, Herkuleen tähdistön suunnassa sijaitseva joukko. Herkuleen tähdistön suunnalla sijaitseva pallomainen joukko M13 erottuu heikosti paljain silmin, ja suurehkolla kaukoputkella sen yksittäiset tähdet alkavat erottua. Kaikkiaan joukkoon kuulunee puolisenmiljoonaa tähteä.

18 Galaksit Tähtijoukkoja vielä paljon suurempia tähtien ryhmittymiä ovat galaksit. Kaikki taivaalla paljain silmin näkyvät tähdet kuuluvat omaan Linnunrataamme, joka on tyypillinen galaksi. Linnunrataan kuuluu satoja miljardeja tähtiä.

19 Muut galaksit ovat hyvin kaukana, ja siksi ne näkyvät hyvin himmeinä lukuisten tähtien loisteesta huolimatta. Suomesta vain yksi Linnunradan ulkopuolinen galaksi, Andromedan galaksi M31, näkyy melko helposti paljain silmin.

20 M31 Galex-satelliitin ultraviolettikuvassa.

21 Kvasaarit Tähtimäisinä näkyviä hyvin kohteita, kaukaisten galaksien ytimiä. Kirkkaudessa usein nopeita vaihteluita. Ainoa tunnettu selitys mustaan aukkoon putoava aine. BL Lac / :51 UTC

22 Galaksien ryhmittymät Galaksit eivät jakaudu avaruuteen tasaisesti, vaan muodostavat: Muutaman kymmenen galaksin galaksiryhmiä. Ainakin joidenkin kymmenien tai sitä useampien galaksien galaksijoukkoja. Vielä suurempia superjoukkoja. Linnunrata kuuluu paikalliseen galaksiryhmään, jossa on noin 35 jäsentä. M31 miljoona valovuotta M33 Linnunradan taso Linnunrata M33 M31

23 punasiirtymä miljardia valovuotta

24 Sumut Tähtisumu on virheellinen käännös sumua tarkoittavasta latinan sanasta nebula luvun alulle saakka sumuiksi kutsuttiin kaikkia suttuisina näkyviä ei-tähtimäisiä kohteita. Todellisuudessa hyvin sekalainen joukko: kaukaisia tähtijoukkoja ja galakseja, joiden tähdet eivät erotu toisistaan, lähellä olevia aidosti sumumaisia kohteita. Oikeat sumut: tähtienvälisen aineen kasautumia, joissa syntyy uusia tähtiä, kuolevien tähtien purkauksia, joissa tähdet palauttavat ainettaan kierrätykseen. Ranskalainen tähtitieteilijä Charles Messier julkaisi ensimmäisen sumumaisten kohteiden luettelon Luettelo sisältää monenlaisia kohteita, kuten tähtijoukkoja, galakseja ja sumuja. Luettelon kohteita merkitään M-kirjaimella ja löytöjärjestyksen mukaisella järjestysnumerolla. Esimerkiksi Herkuleen pallomainen joukko on M13, Andromedan galaksi M31 ja Orionin suuri kaasusumu M42.

25 HII-alueet Ionisoituneen vedyn pilviä, jotka kuumien tähtien säteily saa loistamaan. Säteilyssä vain muutamia (pääasiassa vedyn) aallonpituuksia. Orionin kaasusumu M42 on meitä lähin tähtien syntyalue.

26

27 Heijastussumut Tähtienvälisen aineen pilviä, jotka heijastavat lähitähtien valoa. Seulasten tähtien ympärillä näkyy tähtien valoa heijastavaa ainetta.

28 Pimeät sumut Tähtienvälistä pölyä, joka peittää takana olevat tähdet näkyvistä. Hiilisäkki Etelän ristin vieressä.

29 Planetaariset sumut Auringon kaltaisten tähtien päätepisteitä. Tähti puhaltaa ulkokerroksensa laajenevaksi kaasupilveksi. M27 eli Nostopainosumu Ketun tähdistössä.

30 Supernovajäänteet Suuret tähdet päättävät päivänsä valtaisaan supernovaräjähdykseen. M1 eli Rapusumu Härän tähdistössä.

31 Pimeä aine Ei näy, mutta vaikuttaa massallaan taivaankappaleiden liikkeisiin. Luotijoukko, kahden galaksijoukon törmäys. Punainen on tavallista ainetta, sininen pimeää ainetta, jonka jakauma on määritetty sen painovoimavaikutusten avulla.

32 Pimeä energia Maailmankaikkeuden laajeneminen näyttää kiihtyvän poistovoima pimeä energia. Tavallista näkyvää ainetta 4 %. Pimeää näkymätöntä ainetta 23 %. Pimeää energiaa 73 %. Mitä pimeä energia oikein on? Hyvä kysymys!

33 Aurinko Syntynyt tähtienvälisestä aineesta noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Tuottaa energiaa muuttamalla vetyä heliumiksi. Pintalämpötila noin 5800 K, keskustassa 15 miljoonaa astetta. Auringon aktiivisuus vaihtelee 11 vuoden jaksoissa. Näkyvin aktiivisuuden merkki ovat auringonpilkut.

34 Planeetat Näyttävät liikkuvan tähtien suhteen. Omaan aurinkokuntaamme kuuluvia kohteita, jotka loistavat vain heijastamalla Auringon säteilyä. Antiikin aikoina tunnettiin viisi planeettaa, Merkurius, Venus, Mars, Jupiter ja Saturnus. Kaukoputken keksimisen jälkeen on löydetty Uranus ja Neptunus. Merkurius Venus Maa Mars Jupiter Saturnus Uranus Neptunus planeetat kääpiöplaneetat Ceres Pluto Eris

35 Pienkappaleet Kääpiöplaneetat: planeettoja pienempiä. Tällä hetkellä tunnetut: Ceres, Pluto, Eris, Haumea, Makemake. Asteroidit: vielä pienempiä kappaleita, useimmat muodoltaan epämääräisiä. Asteroidi Gaspra vasemmalla ja Eros oikealla.

36 Komeetat: likaisia lumipalloja, aurinkokunnan rakennusjätettä. Aurinkokunnan ulkolaidoilla Oortin pilvessä suuri komeettojen varasto, josta niitä tulee ajoittain Auringon lähelle. Planeettojen häiriöt voivat muuttaa rataa niin, että komeetasta tulee jaksollinen. Halleyn komeetan kiertoaika on noin 75 vuotta. Lowell Observatoryn kuva vuodelta 1910.

37 Meteoroidit: kaikkein pienimpiä kappaleita. Osuessaan Maan ilmakehään nähdään meteorina. Meteoriitti on maanpinnalle tullut meteoroidi. Meteoriparven meteorit näyttävät tulevan samasta suunnasta, radiantista. Tavallisesti jostakin komeetasta murentunutta ainetta. Leonidien meteoriparven meteoreja 1998.

38 1000 km magnetosfääri eksosfääri 500 km revontulet korkeus maanpinnasta 100 km termosfääri mesopaussi mesosfääri F2 F1 E D ionosfääri meteorit valaisevat yöpilvet ilmanpaine 0.01 hpa 0.1 hpa 50 km stratopaussi 1 hpa stratosfääri helmiäispilvet 10 hpa 50 hpa 100 hpa 10 km tropopaussi yläpilvet 5 km 500 hpa troposfääri keskipilvet heinäkuu tammikuu alapilvet 1 km 900 hpa lämpötila

39 Maailmankaikkeus pähkinänkuoressa Maailmankaikkeus sai alkunsa 13.7 miljardia vuotta sitten tapahtuneessa alkuräjähdyksessä. Aina siitä saakka maailmankaikkeus on jatkanut laajenemistaan. Uusimmat havainnot näyttävät viittaavan siihen, että laajeneminen jatkuu ikuisesti, jopa kiihtyvällä nopeudella. Alkuräjähdyksessä syntyi kaikki vety ja suurin osa heliumista. Alkuräjähdyksen jälkihehku näkyy meille heikkona mikroaaltosäteilynä.

40 10 miljardia vuotta nykyhetki Aurinkokunnan synty lämpötila 2,7 K miljardi vuotta 100 miljoonaa vuotta vanhimmat galaksit ensimmäiset tähdet aineen aikakausi 30 K 300 K miljoona vuotta avaruus tulee läpinäkyväksi säteilylle elektronit liittyvät atomiytimiin 3000 K miljoona K säteilyn aikakausi 1 vuosi minuuttia 1 alkuräjähdyksestä kulunut aika [sekuntia] heliumin synty elektronien synty protonien ja neutronien synty miljardi K biljoona K inflaatio maailmankaikkeuden koko

41 Maailmankaikkeuden kannalta perusrakenneosia ovat galaksit ja niiden muodostamat suuremmat ryhmittymät. Galaksit koostuvat tähdistä ja tähtienvälisestä aineesta. Tästä aineesta tiivistyy uusia tähtiä, jotka loistavat aikansa muuttamalla vetyä heliumiksi ja raskaammiksi alkuaineiksi. Energian tuoton loppuessa tähti palauttaa osan aineestaan takaisin tähtienväliseen avaruuteen. Lähes kaikki heliumia raskaampien alkuaineiden atomit ovat peräisin tästä kosmisesta kierrätyslaitoksesta. Oma Aurinkomme on hyvin tyypillinen tähti. Se on nyt suunnilleen puolivälissä rauhallista kehitysvaihetta, joka kestää kaikkiaan noin 10 miljardia vuotta. Aurinko ja muut tähdet ovat kuumia kaasupalloja, jotka tuottavat säteilemänsä energian ydinreaktioilla. Aurinkoa kiertää joukko planeettoja ja muita pienempiä kappaleita. Ne eivät tuota omaa energiaa, vaan loistavat vain heijastamalla Auringon valoa. Myös muiden tähtien ympärillä on planeettoja. Maa on yksi Aurinkoa kiertävistä planeetoista. Se on toistaiseksi ainoa paikka, jossa elämää tiedetään varmasti kehittyneen. Muuallakin saattaa olla elämää, mutta siitä me emme vielä tiedä mitään.