TAIVAANMEKANIIKKA IHMISEN PERSPEKTIIVISTÄ

Transkriptio

1 TAIVAANMEKANIIKKA IHMISEN PERSPEKTIIVISTÄ ARKIPÄIVÄISTEN ASIOIDEN TÄHTITIETEELLISET AIHEUTTAJAT, FT Metsähovin Radio-observatorio, Aalto-yliopisto KOPERNIKUKSESTA KEPLERIIN JA NEWTONIIN Nikolaus Kopernikus 1500-luvun alku Aurinkokeskeinen malli 1

2 KOPERNIKUKSESTA KEPLERIIN JA NEWTONIIN Galileo Galilei 1600-luvun alku Havaintojen tuki KOPERNIKUKSESTA KEPLERIIN JA NEWTONIIN Johannes Kepler 1600-luvun alku Kiertoratojen kuvaus Isaac Newton 1600-luvun loppu Kiertoratojen selitys 2

3 KEPLERIN 1. LAKI Planeetan rata on ellipsi, jonka toisessa polttopisteessä Aurinko on. Tasaisesti litistynyt ympyrä. Polttopiste sitä kauempana keskustasta mitä litteämpi. KEPLERIN 1. LAKI Planeetan rata on ellipsi, jonka toisessa polttopisteessä Aurinko on. Periheli & Apheli lähinnä/kauimpana Aurinko olevat pisteet radalla 3

4 PERI HELIOS APO HELIOS P A PLANEETTOJEN RADAT Mars Maa Venus Merkurius Periheli Apheli 4

5 PLANEETTOJEN RADAT Samat lait pätevät myös komeettoihin KEPLERIN 2. LAKI 1 kk Auringon ja planeetan välinen viiva kattaa saman pinta-alan samassa ajassa Mitä lähemmäksi Aurinkoa tulee, sitä nopeammin liikkuu. 1 kk 5

6 KEPLERIN 3. LAKI Planeetan kiertoaika on suoraan kytketty radan kokoon. Mitä isompi rata, sitä pidempi matka, ja sitä hitaammin liikkuu. Vuoden pituus (kiertoaika) eri planeetoilla: Merkurius: 88 päivää Maa: 1 vuosi Mars: 1.9 vuotta Saturnus: 30 vuotta Neptunus: 165 vuotta KEPLERIN LAIT 1. Planeetat kiertävät Aurinkoa ellipsiradoilla, Aurinko polttopisteessä. Myös Maa. 2. Mitä lähemmäksi Aurinkoa tulee, sitä nopeammin liikkuu. Myös Maa. 3. Planeetan kiertoaika (vuosi) kasvaa nopeasti ulospäin mentäessä. Mitä tästä sitten seuraa? 6

7 Maapallo liike avaruudessa Miten Maa liikkuu, ja miten se näkyy meille? KAKSI PÄÄASIALLISTA OSAA Pyöriminen akselin ympäri Päivä Seurauksia: Taivaan kiertyminen Pohjantähti Kierto Auringon ympäri Vuosi Seurauksia: Eläinrata Vuodenajat (mutta ei johdu etäisyydestä vaan kallistuksen suunnasta!) 7

8 ELÄINRATA Aurinko kulkee aina samojen tähdistöjen kautta Zodiac Eläinten rata 8

9 MAAPALLON PYÖRIMINEN Yksi pyörähdys kestää päivän 360 = 24 h 15 = 1 h Seuraus: Kaikki taivaalla näyttää kiertävän Maata samalla vauhdilla. TAIVAAN KIERTYMINEN VUOROKAUDESSA Pohjantähti lähes liikkumatta Oma leveysaste Nousu itäisestä horisontista, lasku läntiseen Korkeimmillaan aina etelässä (Pohjantähden ja etelän välissä) Poikkeus: sirkumpolaariset tähdet (taivaannavan ympärillä olevat), jotka eivät laske koskaan (esim. Otava) 9

10 AKSELIN KALLISTUS VUODENAJAT PREKESSIO Maapallon akselin suunnan kiertyminen Kierros kestää vuotta 1 per 72 vuotta 10

11 PREKESSION VAIKUTUKSET Taivaannavan kiertäminen Vuonna 3000 ei ole pohjantähteä. Vuonna taivas pyörii Vegan ympäri. PREKESSION VAIKUTUKSET Vuodenaikojen siirtyminen Ajanlaskun alun aikoihin kevätpäiväntasauksena Aurinko siirtyi Oinaaseen vuodessa prekessiota lähes 30 Kevätpäiväntasauksena Aurinko siirtyy Kaloihin. Lähes kaikki horoskooppimerkit heittävät yhdellä. 11

12 AURINKO ERI TÄHDISTÖISSÄ Esim. tänään syntyvä henkilö olisi Vesimies, vaikka aurinko on Kauriissa. Oinas Huhti 18 Touko 13 Härkä Touko 13 Kesä 21 Kaksonen Kesä 21 Heinä 20 Rapu Heinä 20 Elo 10 Leijona Elo 10 Syys 16 Neitsyt Syys 16 Loka 30 Vaaka Loka 30 Marras 23 Skorpioni Marras 23 Marras 29 Käärmeenkantaja Marras 29 Joulu 17 Jousimies Joulu 17 Tammi 20 Kauris Tammi 20 Helmi 16 Vesimies Helmi 16 Maalis 11 Kalat Maalis 11 Huhti 18 Oikeinkirjoituksesta: Aurinko isolla: tähti aurinko pienellä: kirkas valopallo taivaalla Auringon liike taivaalla Mistä ja milloin aurinko nousee? Miten auringon sijainti ja liike muuttuu vuoden aikana? 12

13 PÄIVITTÄINEN LIIKE Maapallon pyöriminen Sama juttu kuin tähtitaivaan kanssa Koko kierros päivässä 360 = 24 h 15 = 1 h Korkeimmillaan etelässä AURINGON NOUSU JA LASKU Juhannus (Kesäpäivänseisaus) Kevät-/Syyspäiväntasaus Joulu (Talvipäivänseisaus) 13

14 PÄIVÄN PITUUS JA AURINGON RATA TAIVAALLA Talvi- ja kesäpäivänseisaukset: auringon liike seisahtuu ja kääntyy takaisin 14

15 NAPAPIIRI KESÄPÄIVÄNSEISAUKSENA Keskipäivällä aurinko horisontissa Keskiyöllä aurinko horisontissa NAPAPIIRI TALVIPÄIVÄNSEISAUKSENA 15

16 SOLARIGRAFIA AJANTASAUS Keplerin 2. laki: Eri vauhtia eri osissa rataa. Aurinko etelässä joskus etuajassa, joskus myöhässä. Max ~15 minuutin ero 16

17 ANALEMMA Nopeuden vaihtelu Kesä Maan akselin suunnan muutos Talvi AURINKO JOKA AAMU SAMAAN AIKAAN 17

18 Päivän ja vuoden pituudet Miksi eri tähdistöt näkyvät eri vuodenaikoina ja miksi kalenterissa on karkausvuosia SYNODINEN & SIDEERINEN VUOROKAUSI (AURINGON SUHTEEN VS. TÄHTIEN SUHTEEN) T = 24:00 T = 23:56 Tähtivuorokausi Kello käyntiin: T = 00:00 Aurinkovuorokausi 18

19 TÄHTIVUOROKAUSI ON 4 MIN LYHYEMPI Kellonaika on aurinkoaika Tähtiaika käy hiukan eri tahtiin Seuraus: Tähdet nousevat yö yöltä 4 minuuttia aikaisemmin. VUODEN PITUUS Maan pyöriminen ja rata eivät riipu toisistaan Vuosi ja päivä eivät riipu toisistaan Oikea vuosi : Kalenterivuosi: Ero: päivää päivää 0.25 päivää Vuoden pituus on päivää, mutta kalenterin pituus on vain päivää. Kalenteri loppuu 6 tuntia (0.25 päivää) lyhyeen. Kokonainen päivä neljässä vuodessa (4 x 6 = 24 tuntia) Keskitalvi toukokuussa vuonna

20 KARKAUSVUOSI Joko pitää lisätä kalenteriin joka vuosi 0.25 päivää, tai joka neljäs vuosi yksi päivä karkauspäivä joka 4. vuosi. Tarkemmin: = + 1/4 1/ /400. (Tämäkään ei ole ihan tarkka, vaan heittää 1 päivän 8000 vuodessa.) Kepleristä Einsteiniin Äärimmäisissä tilanteissa suhteellisuusteoria tarkentaa klassista mekaniikkaa 20

21 (Galaksit eivät ole pistemäisiä ei pyöri samalla tavalla kuin aurinkokunta) SAGITTARIUS A* LINNUNRADAN KESKUSTA 21

22 22

23 ESIMERKKI TODELLISISTA ÄÄRIOLOSUHTEISTA: OJ 287 OJ

24 EINSTEIN OMASSA AURINKOKUNNASSAMME Merkurius Periheli Apheli Merkurius on riittävän lähellä Aurinkoa, jotta Newtonin fysiikka ja Keplerin lait alkavat vaatia korjauksia. Periheli kiertyy vuosisadassa 43 ( ) liikaa Vaatii suhteellisuusteorian korjauksen YHTEENVETO 1. Kaikki lähtee Keplerin laeista: 1. Radat ellipsejä 2. Mitä lähemmäs, sen nopeammin 2. Maan liike Auringon ympäri 1. Eläinrata ja horoskooppimerkit 2. Etäisyys Auringosta ei isommin vaikuta 3. Maan pyöriminen 1. Pohjantähti 2. Tähtitaivaan kiertyminen 3. Kaikki korkeimmillaan etelässä 4. Pyörimisakselin ja ratatason kulma 1. Vuodenajat (päin ja pois Auringosta) 2. Auringon korkeuden vaihtelu 3. Prekessio muuttaa taivaan suuntaa 5. Myös isommassa mittakaavassa 1. Einstein tarpeen ääritapauksissa 24