© Claus Lunau/ESA/Shutterstock

Tähtitieteilijät mittaavat ja punnitsevat avaruutta

Uusilla menetelmillä voidaan mitata entistä tarkemmin etäisyyksiä, massoja ja nopeuksia Aurinkokunnassa. Katso esimerkiksi, miten tähtitieteilijät käyttävät kaukaisten pulsareiden välähdyksiä pikkuruisten asteroidien punnitsemiseen.

Radiosignaalit mittaavat etäisyyttä

Planeettojen etäisyys Aurinkoon on laskettu kiertoajan perusteella, ja nykyään voidaan määrittää matka hyvinkin pieniin Aurinkokunnan laidalla kiertäviin kappaleisiin luotaimien ansiosta.

Aiemmin tänä vuonna New Horizons -luotain ohitti tähän mennessä kaukaisimman Aurinkokunnan kappaleen, jäisen Ultima Thulen. Lähettämällä maapallon ja luotaimen välillä radiosignaaleja pystyttiin selvittämään, että Ultima Thule on 6,47 miljardin kilometrin päässä.

Taivaankappaleiden sijaintia koskeva tieto mahdollistaa navigoinnin avaruudessa ja siten esimerkiksi Mars-lennon.

Maa-aseman ja luotaimen väliset radiosignaalit mittaavat matkan kaukaiseen jääkiertolaiseen.

© Oliver Larsen

1. Teleskoopit lähettävät viestin

Australiassa, Espanjassa ja USA:ssa toimivien radioteleskooppien muodostama Deep Space Network -verkosto viestii New Horizons -luotaimen kanssa vähän ennen kuin se ohittaa Ultima Thulen Aurinkokunnan laidalla. Etäisyyden mittausta varten verkosto lähettää luotaimeen koodatun radiosignaalin.

© NASA

2. Avaruusluotain antaa vastauksen

Suunnilleen kuusi tuntia myöhemmin New Horizons ottaa vastaan viestin 2,1 metriä leveällä antennillaan. Se lähettää vastauksen siinä samassa, eikä viive ole kuin vain joitakin satoja nanosekunteja.

© NASA

3. Signaalin matka-aika paljastaa etäisyyden

Maapallolla toimivat radioteleskoopit nappaavat heikon signaalin. Koska radioaallot kulkevat valonnopeudella, etäisyys Ultima Thuleen on mahdollista laskea siitä ajasta, jonka kuluessa signaali palaa Maahan.

Pulsarien välke paljastaa massan

Yleensä tähtitieteilijöiden pitää lähettää luotain kappaleen luo halutessaan mitata sen massan. Kun avaruusalus ohittaa esimerkiksi planeetan, kuun tai asteroidin, kappale vetää sitä kevyesti puoleensa ja painovoimavaikutus paljastaa kappaleen massan.

Nykyään voidaan hyödyntää pyöriviä tähtiä, pulsareja, jopa kaikkein pienimpien asteroidien punnitsemiseen Maasta käsin. Seitsemän vuoden kuluessa 20 pulsarin valon avulla hankitaan tarkempaa tietoa kappaleiden massasta kuin luotaimilla.

Etäisten pyörivien tähtien valo paljastaa Aurinkokunnan pikku kappaleiden massan.

© Oliver Larsen

1. Pulsarit välähtelevät

Pulsarit ovat pieniä pyöriviä tähtiä, jotka lähettävät radioaaltokeiloja samaan tapaan kuin majakat valoa. Aallot läpäisevät avaruuden säännöllisinä välähdyksinä, pulsseina.

© Oliver Larsen

2. Planeetat vaikuttavat pulsarien välähdyksiin

Maassa toimiva teleskooppi ottaa vastaan pulssin, ja tutkijat laskevat siitä, milloin seuraava pulssi saapuu. He ottavat huomioon sen, että matka-aikaan vaikuttavat massallaan kaikki planeetat.

© Oliver Larsen

3. Epäsäännöllisyys paljastaa virheen

Jos pulssin tulo poikkeaa lasketusta, jonkin kappaleen, kuten Ceresin, massa on määritetty hieman väärin. Tutkijat korjaavat massaa koskevan tiedon niin, että se sopii pulssien saapumisaikaan.

Tähdet juoruavat Auringon nopeudesta

Mitattaessa nopeutta, jolla Aurinkokunta kiertää Linnunradan keskustaa, ollaan suunnilleen siinä tilanteessa, että yritetään määrittää auton vauhti ilman nopeusmittaria. Auton nopeus mitataan suhteessa ympäristöön, mutta Aurinkokunnan vauhdin mittaajilla ei ole kiintopistettä, koska koko Linnunrata on liikkeessä.

Astronomit ovat kuitenkin löytäneet menetelmän, jolla nopeus saadaan mitattua. Auringon nopeus voidaan laskea muiden tähtien nopeudesta Aurinkoon nähden. Esimerkin auton nopeus siis laskettaisiin siitä, miten nopeasti muut autot kulkevat suhteessa siihen.

Tehtävään käytetään 216 201 tähden tietoja, jotka on saatu muun muassa Gaia-teleskoopilla.

Muiden tähtien liike paljastaa Auringon vauhdin

/ 5

Kolme mittausta paljastaa tähtien nopeuden

Tähden liike avaruudessa määritetään kolmesta tekijästä: sen etäisyydestä Aurinkoon ja tangentiaali- (keltainen) ja radiaali- eli säteisnopeudesta (sininen). Niiden avulla voidaan laskea tähden nopeus suhteessa Aurinkoon eli avaruusnopeus (punainen).

1

Säteisnopeus

on tähden näkösäteen suuntainen etääntymis- tai lähestymisnopeus.

2

Tangentiaalinopeus

on näkösädettä vastaan suorassa kulmassa oleva liike, joka voidaan laskea, kun tähden etäisyys tiedetään. Se aiheuttaa tähden ominaisliikkeen (sininen nuoli).

3

Avaruusnopeus

on tähden todellinen nopeus suhteessa Aurinkoon.

4

Tiettyä vauhtia liikkuvat tähdet loistavat poissaolollaan

Tähdet jakautuvat nopeusryhmiin sen mukaan, liikkuvatko ne hitaammin vai nopeammin kuin Aurinko. Aurinkoa 240 kilometriä sekunnissa hitaampia tähtiä ei kuitenkaan juuri ole. Tutkijat pitävät niitä liikkumattomina tähtinä. Tyhjä kohta luokittelussa toimii nollapisteenä suhteessa Aurinkoon ja paljastaa Auringon nopeudeksi juuri 240 km/s.

5
© Oliver Larsen