Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan Jyri Näränen Paikkatietokeskus, MML jyri.naranen@nls.fi http://personal.inet.fi/tiede/naranen/
Oheislukemista Palviainen, Asko ja Oja, Heikki: Maailmankaikkeus 2015-2016 -Tähtitieteen vuosikirja, URSA, 2015 Karttunen, Hannu; Manner, Olli; Mäkelä, Veikko; Suhonen, Matti (toim.): Tähdet 2015, URSA, 2015 Karttunen, Hannu ja Sarimaa, Markku: Tiedettä kaikille: Tähtitiede, URSA, 2008 Karttunen, Hannu; Donner, Karl Johan; Kröger, Pekka; Oja, Heikki ja Poutanen, Markku: Tähtitieteen perusteet, URSA, 2010 Nilsson, Kari; Takalo, Leo ja Piironen, Jukka: Havaitseva tähtitiede, URSA, 2009 Karttunen, Hannu: Vanhin tiede, URSA, 2009 Tähdet ja Avaruus lehdet http://www.physics.helsinki.fi/tutkimus/afo/
Kurssin kulku 10.9. Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan, FT Jyri Näränen 17.9. Aurinkokunta, FT Jyri Näränen 24.9. Planeetat, FT Jyri Näränen 1.10. Tähtienvälinen aine, dosentti Mika Juvela 8.10. Tähtien synty, dosentti Mika Juvela 22.10. Aurinko, dosentti Thomas Hackman 29.10. Tähtien rakenne ja kehitys, dosentti Thomas Hackman 5.11. Galaksit, dosentti Karl Johan Donner 12.11. Kosmologia, dosentti Karl Johan Donner 19.11. Linnunrata; galaksien synty, dosentti Karl Johan Donner
Tällä luennolla Yleiskatsaus maailmankaikkeuden eri skaaloihin, joita tähtitiede tutkii Tähtitieteen tutkimusmenetelmiä
Maailmankaikkeus 13.73±0.12 miljardia vuotta vanha (viimeisimmän arvion mukaan) Syntyi alkuräjähdyksessä Tulevaisuus riippuu maailmankaikkeuden kokonais(energia)massasta, joka ei vielä täysin tiedossa (pimeää materiaa ja pimeää energiaa)
Maailmankaikkeus
Maailmankaikkeus Pimeän materiaalin olemassaolosta spekuloitu jo 30 luvulta saakka Galaksien dynamiikka Pimeä energia liittyy maailmankaikkeuden laajenemisen nopeuteen Laajeneminen näyttää kiihtyvän
Näkyvä maailmankaikkeus Perusyksikköinä galaksi, eli tähdistä, pölystä, kaasusta (ja pimeästä aineesta?) koostuva painovoiman koossapitämä järjestelmä Galakseissa voi olla jopa satoja miljardeja tähtiä Galakseja on useaa eri tyyppiä
Näkyvä maailmankaikkeus Galaksit muodostavat rykelmiä (cluster) ja superrykelmiä (super cluster), jotka muodostavat säikeitä (filament) Rykelmissä jopa tuhansia galakseja Välissä tyhjää (tai säteilyn kanssa reagoimatonta ainetta)
Linnunrata: Kotigalaksimme Linnunradassa on 200-400 miljardia tähteä Linnunradan halkaisija noin 100 000 valovuotta ja paksuus n. 1000 (tähdille) Vanhin tunnettu tähti on 13.2 miljardia vuotta vanha Linnunradan massa on noin 5.8 10 11 Auringon massaa Auringon etäisyys Linnunradan keskusta on noin 24000 valovuotta ja se kiertää yhden kierroksen keskustan ympäri noin 220 miljoonassa vuodessa Keskustaa hallitsee massiivinen musta-aukko
Linnunrata: Kotigalaksimme
Tähdet Tähdet ovat valtavia lähinnä vety- ja heliumkaasuista koostuvia palloja, joissa energiaa vapautuu fuusioreaktiossa Tähtiä on montaa eri tyyppiä, ne luokitellaan yleensä niiden spektrin ja kirkkauden mukaan Suuri osa tähdistä kuuluu kaksin- tai monempikertaisiin järjestelmiin
Aurinko Aurinkomme on 4.57 miljardia vuotta vanha, noin 5 miljardin vuoden päästä se muuttuu punaiseksi jättiläiseksi ja hiipuu lopulta valkoiseksi kääpiöksi Siitä 74% on vetyä, 24% heliumia, loput mm. rautaa, nikkeliä, happea Auringolla on (noin) 11 vuoden aktiivisuusjakso, jonka näkyviä todisteita ovat auringonpilkut Auringon keskietäisyys maasta, tähtitieteellinen yksikkö (AU), on 8.31 valominuuttia eli 1.496 10 11 m Sen halkaisija on 109 maan halkaisijaa ja massa 332 946 maan massaa (99.8% koko aurinkokunnan massasta) Pintalämpötila on n. 6000 C, sisällä miljoonia asteita Valoteho maan rataetäisyydellä 1370 W/m 2
Aurinkokunnat Aurinkokunnalla tarkoitetaan yleisesti tähden painovoimallaan koossa pitämää järjestelmää joka koostuu planeetoista, asteroideista, komeetoista, pölystä... Aurinkokuntia tunnetaan 1235 (7.9.2015) omamme lisäksi ja eksoplaneettoja niillä on havaittu jo 1952, monen planeetan järjestelmiä tunnetaan 488 (http://exoplanet.eu/). Suurin osa tunnetuista eksoplaneetoista on jättiläisiä ja ne kiertävät lähellä tähteään, koska ne ovat helpoimpia havaita Nämä jättiläiset ovat todennäköisesti koostumukseltaan kaasuplaneettoja, mutta kiviplaneettakandidaatteja on myös löydetty Omaa aurinkokuntaamme käsitellään tarkemmin ensi luennoilla
Aurinkokunnat
Kepler-22b 600 valovuoden päässä Rataperiodi 290 päivää Halkaisijaltaan ~2.4 kertaa Maan kokoinen Etäisyys tähdestä 85% Maan rataetäisyydestä Auringosta Pintalämpötila mahdollisesti Maan kaltainen
Tähtitieteen tutkimus
Havaitseva tähtitiede: sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus
Havaitseva tähtitiede: aallonpituus
Havaitseva tähtitiede: ilmakehä Sen lisäksi, että ilmakehä suodattaa tiettyjä aallonpituuksia, sillä on myös seuraavia vaikutuksia: Sää Ekstinktio Diffuusi taustavalo (esim. valosaaste) Seeing Refraktio
Havaitseva tähtitiede: mittalaitteet Mittalaitteen ominaisuuksia: valonhavaitsemisteho eli kvanttiefektiivisyys tallennuskyky resoluutio (sekä aika, että paikka) Lineaarisuus stabiilisuus
Havaitseva tähtitiede: mittalaitteet Silmä Nykyisin amatööreillä edelleen käytössä Valokuvaus (filmille) Jäi käytöstä 90 -luvulla Valosähköiset mittalaitteet Eivät kuvantavia, yhä käytössä erikoissovelluksissa CCD kamera De facto mittalaite nykypäivän tähtitieteessä
Havaitseva tähtitiede: mittausmenetelmät astrometria eli paikanmääritys
Havaitseva tähtitiede: mittausmenetelmät fotometria eli kirkkaudenmääritys
Havaitseva tähtitiede: mittausmenetelmät spektrometria eli spektrin mittaus
Havaitseva tähtitiede: mittausmenetelmät kuvantaminen eli kohteiden muotojen tutkimus
Havaitseva tähtitiede: teleskoopit Teleskoopin eli kaukoputken tehtävä on kerätä valoa mittalaitteelle Teleskoopin kaksi tärkeintä ominaisuutta ovat sen valonkeräyskyky ja erotuskyky Teleskooppeja on kahta päätyyppiä: linssi- ja peiliteleskooppeja Nykyisin käytetään lähes yksinomaan peiliteleskooppeja
Havaitseva tähtitiede: teleskoopit
Avaruusteleskoopit ja luotaimet Toimivat ilmakehän häiriöiden ulkopuolella Kuvat teräviä, ei häviöitä voidaan havaita aallonpituuksia, joita ei maan päältä nähdä Päästään tutkimaan aurinkokunnan kohteita paikan päälle ja jopa tuomaan näytteitä Turvallisempaa ja halvempaa kuin miehitetyt lennot Kalliita, vaikeita huoltaa ja päivittää Käyttöikä usein rajallinen
Havaitseva tähtitiede: muut aallonpituudet Radioteleskoopit Alimillimetriteleskoopit Ultraviolettiteleskoopit Röntgenteleskoopit Gammasädeteleskoopit
Teoreettinen tähtitiede Havaintojen kautta saadaan maailmankaikkeudesta usein hyvin stabiili kuva Jotta saavutetaan täydellisempi kuva dynaamisesta maailmankaikkeudesta sekä sitä pyörittävistä (usein äärimmäisen hitaista) prosesseista, on tehtävä teoreettista tutkimusta Teoreettisen tutkimuksen pohjana ovat fysiikan lait, havaintoja käytetään teoreettisten mallien todenmukaisuuden testaamiseen Nykyään teoreettisessa tutkimuksessa hyödynnetään hyvin paljon tietokoneilla tehtyjä simulaatioita
Kiitoksia mielenkiinnosta! jyri.naranen@nls.fi