AKAAN AURINKOKUNTAMALLI

Transkriptio

1 AKAAN AURINKOKUNTAMALLI Millainen on avaruus ympärillämme? Kuinka kaukana Aurinko on meistä? Minkä kokoisia planeetat ovat? Tämä Aurinkokunnan pienoismalli on rakennettu vastaamaan näihin ja moneen muuhun kysymykseen, joita mielessäsi on saattanut pyöriä. Pääset selville avaruuden mittasuhteista hauskalla ja käytännönläheisellä tavalla. Pienoismallin Aurinko sijaitsee Toijalan keskustassa, Toijalan Yhteiskoulun pihassa. Jatka matkaasi Veteraanipuiston kautta pohjoiseen, ulompia planeettoja etsien. Löydätkö sinä ne kaikki? Aloita siis tutkimusmatkasi Aurinkokunnassamme, saatat oppia jotain uutta! (Voit myös ladata Akaan aurinkokuntamalli Android-sovelluksen älypuhelimeesi Google Play kaupasta!)

2 AURINKOKUNNAN PIENOISMALLI AKAA Pienoismallin toteutus ja oheismateriaali: Kari-Pekka Arola Toijalan keskustaan on pystytetty Aurinkokunnan pienoismalli. Pienoismallin lähtöpiste, Aurinko sijaitsee Toijalan Yhteiskoulun pihassa. Pienoismalli on rakennettu mittakaavaan 1 : (yhden suhde 3 miljardiin). - jokainen metri pienoismallissa on 3 miljoonaa kilometriä luonnossa - jokainen senttimetri pienoismallissa on km luonnossa - Auringon ja Maan välinen etäisyys (1 AU) on noin 50 metriä pienoismallissa Alla olevassa taulukossa on listattu pienoismallin kohteet ja niiden todellinen läpimitta ja etäisyys Auringosta, sekä pienoismallissa käytetty läpimitta ja etäisyys Auringosta. Liitteenä on myös pienoismallin kartta, mistä selviää planeettojen sijainnit Toijalassa. Koska planeettojen etäisyydet kilometreissä ilmaistuna ovat niin valtavia, käytetään tähtitieteessä yleisesti etäisyyden yksikkönä myös astronomista yksikköä (Astronomical Unit) joka on lyhenteeltään AU. 1 AU on Auringon ja Maan välinen etäisyys eli 149,6 miljoonaa kilometriä. Esimerkiksi uloin planeetta Neptunus on n. 30 AU:n etäisyydellä Auringosta, eli 30 kertaa niin kaukana kuin Maapallo. Kaikki pienoismallin planeetat ja kappaleet ovat keskenään samassa mittakaavassa ja myös niiden väliset etäisyydet ovat samassa mittakaavassa. Näin ollen pienoismalli antaa todellisen ja konkreettisen esimerkin siitä, miten valtaisia avaruuden etäisyydet ovat ja myös siitä kuinka pieniä planeetat itse asiassa ovat, sekä Aurinkoon verrattuna että planeettojen välisiin etäisyyksiin verrattuna. Kauimmainen planeetta, Neptunus on 1,5 kilometrin päässä Auringosta ja tämän takana vielä kauempana ovat Aurinkokuntamme ulkolaitojen kääpiöplaneetat. Esimerkiksi yksi kaukaisimmista tunnetuista pikkuplaneetoista, Sedna käy kiertoradallaan kaukaisimmillaan yli 900 AU:n etäisyydellä, eli tässä mittakaavassa lähes 50 kilometrin päässä pienoismallin Auringosta. Tämä olisi pienoismallin mittakaavaan sijoitettuna siis Toijalasta katsottuna suunnilleen Hämeenlinnan keskustan kohdalla (tai vastaavasti Sastamalan keskustan kohdalla toisella suunnalla). Planeettojen radat Auringon ympäri eivät ole täydellisiä ympyröitä vaan hieman elliptisiä (soikeita), joten planeettojen etäisyys Auringosta saattaa ratakierroksen aikana vaihdella jonkin verran. Kääpiöplaneetoilla etäisyyden vaihtelut saattavat olla hyvinkin suuria, esimerkiksi Pluto tulee ajoittain lähemmäksi Aurinkoa kuin Neptunus. Samoin Eris on toisinaan yhtä lähellä Aurinkoa kuin Pluto on keskimäärin Auringosta. Myös ratojen kaltevuudet vaakatasosta saattavat vaihdella. Lisäksi planeetat ovat hyvin harvoin keskenään samalla linjalla, kuten ne pienoismallissa Toijalan keskustan alueella pääosin ovat, osin käytännön syistä ja osin selkeyden vuoksi. Tälläkin hetkellä planeetat ovat todellisuudessa sijoittuneena eri puolille Aurinkoa kiertoradallaan, joten niiden väliset etäisyydet saattavat olla paljon suurempia kuin niiden ollessa samalla puolen Aurinkoa. Tällainen harvinainen, 175 vuoden välein toistuva tilanne suurten planeettojen sijaintien suhteen oli viimeksi 1970/80 luvuilla, jolloin Voyager 1 ja 2 -avaruusluotaimet hyödynsivät tätä etua matkallaan Jupiterilta Neptunukselle ja eteenpäin. Pienoismallissa onkin mukana myös Voyager 1 avaruusalusta edustava pilari. Voyager 1 on kauimmaksi ehtinyt ihmisen rakentama avaruusluotain. Se lähetettiin matkaan elokuussa 1977 ja se lensi Jupiterin ja Saturnuksen ohi matkallaan ulos Aurinkokunnastamme. Elokuussa 2012 Voyager 1 saavutti aurinkotuulen vaikutusalueen rajavyöhykkeen eli ns. heliosfäärin ulkoreunan ja siirtyi tähtienväliseen avaruuteen. Tällöin se oli n. 121,3 AU:n etäisyydellä Auringosta. Voyager 1 etenee n. 3,6 AU:ta etäämmälle Auringosta joka vuosi (eli 179 metriä pienoismallissa) ja tällä hetkellä (vuonna 2017) se on jo n. 140 AU:n etäisyydellä. Pienoismallissa se sijaitsee nyt siis jo 7 kilometrin päässä Auringosta (eli Viialan urheilukentän pohjoispäädyssä, Kisakujalla). Kun valo etenee päivässä n. 173 AU:n mittaisen matkan, Voyager 1 ei ole kuitenkaan vielä saavuttanut edes yhden valopäivän etäisyyttä Auringosta, vaikka se on matkannut jo 40 vuotta avaruudessa. Tähtienvälisten etäisyyksien ollessa useita valovuosia, kestää nykytekniikallamme kymmeniä tuhansia vuosia päästä edes lähimmille naapuritähdillemme.

3 Tässä pienoismallissa hyvä ja helposti muistettava mittayksikkö kaikkialla on vaikkapa Maapallon ja Kuun välinen etäisyys, se on suunnilleen pienoismallin betonipilarien halkaisija. Sen muistisäännön avulla voit ehkä hahmottaa helpommin suurimpien planeettojen kokoja sekä etäisyyksiä Maan ja sen naapuriplaneettojen välillä. Kiertoradallaan Auringon ympäri Maapallomme liikkuu nopeudella 29,8 km/s eli km/h. Tässä pienoismallin mittakaavassa Maapallo liikkuisi siis noin 1/3 Maan ja Kuun välisestä etäisyydestä tunnin aikana ja 86 cm yhdessä päivässä. Kotiplaneettamme kierros Auringon ympäri kestää yhden vuoden eli noin 365 päivää. Valonnopeus on km/s eli valo kulkee reilussa sekunnissa matkan Maasta Kuuhun. Pienoismallin mittakaavassa valonnopeus on siis 10 cm sekunnissa. Vaikka valonnopeus tuntuu suurelta nopeudelta numeroina, ei se avaruuden suurissa etäisyyksissä sitä kuitenkaan ole. Kokeilepa edetä pienoismallissa hetki valonnopeudella (eli kävelemällä 1 metri 10 sekunnissa, tai ota vaikkapa viivoitin avuksi etenemiseen). Matka Auringosta Maahan kestää valolta (ja siis myös sinulta) 8 minuuttia ja 20 sekuntia. Neptunus on jo neljän tunnin päässä. Valovuosi, eli matka jonka valo kulkee yhdessä vuodessa, on tässä mittakaavassa km. Meitä lähin tähtijärjestelmä eli Alfa Centauri sijaitsee meistä n. 4,3 valovuoden päässä. Tässä pienoismallin mittakaavassa se olisi Toijalasta noin km:n päässä eli linnuntietä pitkin suunnilleen keskellä Australiaa. Koko kotigalaksimme eli Linnunrata on vastaavasti halkaisijaltaan n valovuotta. Pienoismallin mittakaavassa etäisyys Linnunradan keskustasta sen reunalle olisi suunnilleen sama kuin on etäisyys Maapallolta Aurinkoon luonnossa. Kuten huomaat, ovat avaruuden mittakaavat siis valtavia, ja niiden käsittämiseksi saattaa tämä pienoismallikin olla tietyssä vaiheessa jo riittämätön. Aurinkokunnan pienoismallissa ovat mukana seuraavat kohteet: KOHDE LÄPIMITTA (km) KESKIETÄISYYS (milj. km) ETÄISYYS (au) KIERTOAIKA AURINGON YMPÄRI LÄPIMITTA pienoismallissa (mm) ETÄISYYS pienoismallissa (m) AURINKO Merkurius ,95 0,31 0,47 88 päivää eli 3 kk 1,6 19,32 Venus ,1 0,72 0, päivää eli 7,5 kk 4,0 36,04 Maa ,6 0,98 1, päivää eli 1 vuosi 4,2 49,86 - Kuu km (Maahan) 0,0026 (Maahan) 27 päivää eli 1 kk (Maan ympäri) 1,2 12,8 cm (Maahan) Mars ,8 1,38 1, päivää eli 1 v 11 kk 2,3 75,95 Ceres ,9 2,56 2,98 4,6 vuotta 0,3 137,97 Jupiter ,1 4,95 5,46 11,9 v 46,5 259,38 Saturnus ,05 10,1 29,5 v 38,8 (renkaat 92 mm) 475,67 Uranus ,3 20,1 84,0 v 15,6 956,77 Neptunus ,8 30,3 164,8 v 15, ,97 Pluto ,7 48,9 247,7 v 0, ,00 Eris ,3 97,7 558,0 v 0, ,67 Voyager (v.2017) 140,0 (v.2017) ,20

4 Pienoismallin kohteet Toijalan keskustassa (Voyager 1 sijaitsee Viialassa Kisakujalla)

5 AURINKOKUNTAMME: Aurinkokuntamme koostuu sen keskustähdestä eli Auringosta, sitä kiertävistä 8 planeetasta sekä muista pienemmistä kappaleista. Ihmiset ovat tunteneet yötaivaalla näkyvät planeetat Merkuriuksesta Saturnukseen saakka jo Antiikin ajoista alkaen. Kun kaukoputki keksittiin, löydettiin kaukaisemmista planeetoista ensin Uranus vuonna 1781 ja sitten Neptunus Kun ensimmäiset ja suurimmat asteroidit Marsin ja Jupiterin välissä löydettiin 1800-luvun alussa, kutsuttiin myös niitä tuolloin planeetoiksi. Nykyään tiedämme, että nämä tuhannet asteroidit ovat osa asteroidivyöhykettä ja ne ovat erikokoisia kivenkappaleita, jotka eivät koskaan muodostaneet planeettoja, vaan jäivät ikään kuin ylijäämäkappaleiksi Auringon ympärille. Suurin asteroideista, eli Ceres, on nykyään luokiteltu kääpiöplaneetaksi, sillä se on selkeästi eniten planeettaa muistuttava asteroidi ja muodoltaan lähes pyöreä toisin kuin muut asteroidit. Myös kaukana Aurinkokuntamme laidalla olevaa Plutoa pidettiin aluksi planeettana, kun se löydettiin Kun kaukoputket kehittyivät tarkemmiksi paljastui, että Pluto on paljon pienempi kuin aiemmin oltiin oletettu. Aivan viime vuosina Pluton takaa on myös löytynyt lisää samanlaisia jäästä ja kivestä koostuvia pikkuplaneettoja. Osa niistä on lähes samankokoisia tai jopa Plutoa massiivisempia kappaleita, kuten Eris. Tästä johtuen Pluto ja Eris (sekä myös muutama muu suurimmista kaukaisista pikkuplaneetoista) on nyt luokiteltu kääpiöplaneetoiksi, aivan kuten Ceres. Tietämyksemme avaruudesta ja Aurinkokunnastamme paranee jatkuvasti ja voi olla, että tulevaisuudessa löydämme Pluton takaa vielä lisää suuria planeettoja tai aivan uudenlaisia kohteita. Aurinkokunnassa on myös useita suuria kuita: oma Kuumme, Jupiterin neljä suurta kuuta, Saturnuksen Titan sekä Neptunuksen Triton, eli yhteensä suuria kuita on seitsemän kappaletta. Jos ne eivät kiertäisi emoplaneettaansa vaan Aurinkoa, pidettäisiin myös niitä todennäköisesti planeettoina, suurimmat kun niistä ovat jopa planeetta Merkuriusta suurempia. Nykytietämyksen perusteella Aurinkokunta voidaan jakaa esimerkiksi seuraavasti neljään osaan: 1. Kiviplaneetat - lähimpänä Aurinkoa kiertävät planeetat (Merkurius, Venus, Maa, Mars). 2. Asteroidivyöhyke - Marsin ja Jupiterin välissä sijaitseva pienistä asteroideista muodostuva vyöhyke (sekä kääpiöplaneetta Ceres suurimpana asteroidivyöhykkeen kappaleena). 3. Kaasujättiläiset - suuret kaasuplaneetat (Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus). Uranusta ja Neptunusta kutsutaan joskus myös jääjättiläisiksi, koska niiden sisäinen rakenne on hieman erilainen. 4. Transneptuniset kohteet (TNO) - Neptunuksen takaa alkava jäisten ja kivisten pienkappaleiden alue, eli Neptunuksen takaisten kohteiden vyöhyke. Tämä vyöhyke jaetaan yleensä vielä kolmeen osaan: - Kuiperin vyöhyke, sijaitsee näistä lähimpänä Aurinkoa n AU:n etäisyydellä. Kuiperin vyöhykkeen suurin kappale on kääpiöplaneetta Pluto. Muut vyöhykkeen kääpiöplaneetat ovat Haumea ja Makemake. - Hajanainen kiekko, sijaitsee n AU:n etäisyydellä, missä lukuisat pienkappaleet (mm. komeetat) kiertävät Aurinkoa epävakailla ja hyvinkin soikeilla ja kaltevilla radoillaan. Hajanaisen kiekon suurin kappale on kääpiöplaneetta Eris. Todennäköisesti myös tämän vyöhykkeen 2007 OR10 niminen pikkuplaneetta luokitellaan tulevaisuudessa kääpiöplaneetaksi. - Oortin pilvi, sijaitsee uloimpana ja kaukana Auringon painovoiman vaikutuksen äärirajoilla n AU:n eli lähes valovuoden etäisyydellä, missä olisivat kaukaisimmat komeetat sekä mahdollisesti muita jäisiä ja kivisiä pienkappaleita. Oortin pilven olemassaolo on suurelta osin vielä pelkkää teoriaa, mutta ensimmäiset etäiset kappaleet tuolta vyöhykkeeltäkin on jo mahdollisesti löydetty.

6 Kuva 1: Aurinko ja planeetat keskenään samassa mittakaavassa Kuva 2: Planeetat keskenään samassa mittakaavassa Kuvat: NASA