28.01.2004 Matti Suhonen
pikkuplan@ursa.fi

Ursan Aikuisten kerhon aiheena oli 8.10.2002 Pikkuplaneetat ja niiden havaitseminen. Matti Suhonen esitti tämän dokumentin keskustelun pohjaksi. Dokumentin aiheet: 1. Historia 1.1. Titiuksen ja Boden laki 1.2. Taivaallinen poliisi 1.3. Uusien pikkuplaneettojen etsintätavat 2. Nimeäminen 3. Rataelementit 4. Pikkuplaneettatyypit 4.1. Pikkuplaneettavyöhyke 4.2. NEA tai NEO 4.3. Troijalaiset 4.4. Kielletyt alueet 4.5. Kuiperin vyöhyke 4.6. Luokittelu koostumuksen mukaan 5. Havaitseminen 5.1. Visuaalinen havaitseminen 5.2. Fotometria 5.3. Valokuvaus 5.4. Rataelementtien määritys havainnoista 6. Kirjallisuutta 7. Internet-viitteitä 1. Historia 1.1. Titiuksen ja Boden laki Jo Johannes Kepler huomasi, että Marsin ja Jupiterin välimatka on liian suuri muiden planeettojen välisiin etäisyyksiin verrattuna. Kepler kirjoittikin mm. "Marsin ja Jupiterin väliin minä asetan planeetan." Wittenbergin yliopiston fysiikan professori Johann Daniel Titius (1729-1796) kehitti säännön, joka kertoi, millä etäisyyksillä Auringosta planeettojen tuli olla. Sääntö piti hyvin yhtä planeettojen todellisten etäisyyksien kanssa. Titius esitti, että Marsin ja Jupiterin välissä olevan aukon täyttäisivät Marsin vielä löytymättömät satelliitit. Hänen kirjoitustensa käännösten toinen painos tuli vuonna 1772 nuoren saksalaisen tähtitieteilijän, Johann Elert Boden (1747-1826) tietoon. Bode hylkäsi Titiuksen selitykset ja oli vakuuttunut siitä, että Marsin ja Jupiterin välissä oli vielä löytymätön planeetta. Boden käsitykset planeettojen etäisyyksien suhteista saivat vahvistuksen maaliskuussa 1781, kun Hannoverista Bathiin, Englantiin siirtynyt William Herschel (1738-1822) löysi Uranuksen. Uranuksen etäisyys Auringosta vastasi hyvin Boden esittämää arvoa 196. Planeettojen etäisyydet Auringosta Titiuksen ja Boden lain mukaan Planeetta Etäisyys Auringosta Merkurius 4 Venus 7 Maa 10 Mars 16 aukko 28 Jupiter 52 Saturnus 100 Uranus 196 1.2. Taivaallinen poliisi Nykyisen Erfurtin lähellä sijaitsevan Gothan hoviastronomi paroni Franz Xaver von Zach (1754-1832) vakuuttui planeettojen etäisyyksien numerosuhteista ja yritti vuonna 1787 etsiä planeettaa Marsin ja Jupiterin välisestä aukosta. Etsintä oli tulokseton. Zach vieraili vuonna 1799 useiden saksalaisten tähtitieteilijöiden luona. Käydyistä keskusteluista syntyi ajatus ratkaista pulma järjestäytyneen hyökkäyksen avulla. Zach tapasi 21. syyskuuta 1800 viisi muuta tähtitieteilijää (J. H. Schröter, Karl Harding, Wilhelm Olbers, Ferdinand Adolf von Ende, Johann Gildemeister) nykyisen Bremenin naapurikunnassa Lilienthalissa, jossa huomattavalla amatööriastronomilla, Johann Hieronymus Schröterillä (1745-1816) oli kotinsa. He päättivät värvätä yhteistyöhön lukuisia johtavia eurooppalaisia havaitsijoita. Tarkoituksena oli muodostaa 24-jäseninen Taivaallinen poliisi. Kullekin jäsenelle annettiin yhden tunnin mittainen pala eläinrataa, josta outoja tähtiä piti etsiä. Palermon observatoriossa, Sisiliassa työskennellyt munkki Giuseppe Piazzi (1746-1826) oli suostuteltu 'vapaaehtoiseksi' ryhmän jäseneksi. Piazzi oli 1780-luvulla suostutellut kuuluisan instrumentintekijän Jesse Ramsdenin valmistamaan korkealaatuisen meridiaaniympyrän. Piazzi laati tämän kojeen avulla tähtiluettelon, jonka tarkkuus ylitti aikaisemmat laitokset. Hän oli uudenvuodenyönä vuonna 1801 mittaamassa N.-L. de Lacaillen ekliptikan alueen luettelon tähden numero 87 paikkaa. Samalla hänelle tarjoutui tilaisuus mitata tätä edeltävän (lännempänä sijaitsevan) magnitudin 8 tähden paikka. Hänen havaintomenetelmänsä edellytti paikkojen mittaamista myös seuraavana yönä. Uusittuaan mittauksen Piazzi havaitsi, että tähti oli liikkunut. Seuraavina öinä tehdyt mittaukset vahvistivat "tähden" liikkuvan. Piazzi antoi komeetaksi luokittelemalleen kappaleelle nimen Ceres. Sen etäisyydeksi saatiin 2,77 tähtienvälistä yksikköä. Piazzi teki Cereksestä kaikkiaan 24 havaintoa ennenkuin se joutui helmikuun puolivälissä liian lähelle Aurinkoa. Piazzi yritti määrittää Cereksen radan, mutta ei onnistunut siinä. Sairauden vaivaamana Piazzi lähetti havaintonsa Barnaba Orianille Milanoon, Bodelle Berliiniin ja Lalandelle Pariisiin. Nuori matemaattinen lahjakkuus, Carl Friedrich Gauss (1777-1855) löysi ongelmaan ratkaisun marraskuussa 1801. Zach ryhtyi etsimään Cerestä Gaussin antamien ohjeiden mukaisesti. Vuoden viimeisenä päivänä hän löysi Cereksen Gaussin ilmoittamasta paikasta. Taivaallisen poliisin löytämät pikkuplaneetat Vuosi Kappale Löytäjä 1802 2 Pallas Heinrich Wilhelm Olbers 1804 3 Juno Karl Harding 1807 4 Vesta Heinrich Wilhelm Olbers Koska uusia pikkuplaneettoja ei löytynyt muutamaan vuoteen, Taivaallinen poliisi lopetti toimintansa. Seuraava pikkuplaneetta löytyi vasta 8. joulukuuta 1845, jolloin drieseniläinen postimestari Karl Hencke löysi pikkuplaneetan 5 Astraea. Berliner Zeitung -sanomalehti kertoi tapauksesta yksityiskohtaisesti. Löytö tuli maan korkeimpien viranomaisten tietoon. Preussin kuningas myönsi tapauksen johdosta onnelliselle löytäjälle 1200 kultamarkan vuotuisen eläkkeen. Vuoteen 1850 mennessä pikkuplaneettojen lukumäärä oli noussut 13:een. 1.3. Uusien pikkuplaneettojen etsintätavat 1.3.1. Visuaalinen Aluksi käytettävissä oli vain kaukoputkessa näkyvien tähtien vertaaminen tähtikarttoihin tai tähtiluetteloihin. Havaitsijan oli syytä tuntea havaittavan alueen ulkonäkö varsin hyvin. Tähden paikka mitattiin määrittämällä ohikulkukojeella hetki, jolloin tähti ylitti etelämeridiaanin. Jos tähti puuttui kartalta, syynä voi olla virhe kartassa, kartantekoaikaan liian himmeänä näkynyt muuttuva tähti tai pikkuplaneetta. Viimeisessä tapauksessa kohdetta tulee seurata useita päiviä ja määrittää kappaleen rataelementit. Vuoteen 1892 mennessä tällä tavalla oli löydetty noin 300 pikkuplaneettaa. 1.3.2. Valokuvaus Heidelbergissä työskennellyt Max Wolf (1863-1932) otti vuonna 1891 käyttöön valokuvauksen. Ensimmäisen pikkuplaneettavalokuvansa hän otti 22. joulukuuta 1891. Tähdet näkyivät valokuvissa pisteinä ja pikkuplaneetat lyhyinä viivoina. Valokuvauslevyjen pienen herkkyyden vuoksi valotusajat olivat useiden tuntien pituisia. Märzgassen varrella sijaitsevassa observatoriossaan Wolfin käytössä oli viiden tuuman halkaisijainen valokuvauskaukoputki. Pian kävi selväksi, että observatorion sijainti kaupungin keskellä ei ollut sopiva voimaperäiselle työlle. Uusi observatorio rakennettiin Heidelbergin lähelle Königstuhliin. Observatorion ensimmäisiksi instrumenteiksi tulivat Voigtländer-Petzval -kaksoiskaukoputket (159 mm / 808 mm ja 159 mm / 826 mm). Wolfin rahoittajan, Catherine Brucen mukaan nimetty Bruce-kaukoputki otettiin käyttöön vuonna 1900. Kolmas kaukoputki otettiin käyttöön kuusi vuotta myöhemmin. Nämä kaukoputket ovat tuottaneet 50 vuoden aikana noin 20 000 valokuvauslevyn arkiston. Valokuvista on määritetty yli 35 000 pikkuplaneetan paikat. Observatorio julkaisi vuonna 1953 luettelon, jossa oli 6 500 pikkuplaneetan tarkat paikat. Pikkuplaneettoja etsittäessä ei aina tarvitse käyttää niin pitkiä valotusaikoja, että pikkuplaneettojen kuvat muodostuisivat viivoiksi. Eri aikoina kuvattuja levyjä voidaan verrata laitteella, joka näyttää mikroskoopin näkökentässä ensin yhden levyn ja lyhyen ajan kuluttua toisen levyn. Paikkaansa muuttanut pikkuplaneetta näkyy hyppivänä pisteenä. Samaa valokuvauslevyä voidaan valottaa kahteen tai neljään kertaan. Ensimmäisen valotuksen jälkeen kaukoputken deklinaatioasetusta muutetaan hieman, ehkä 30". Neljän valotuksen tapauksessa kaukoputken rektaskensiota muutetaan hieman. Neljättä valotusta varten kaukoputken deklinaatioasetusta muutetaan jälleen 30". Kaukoputken siirrot tehdään niin, että tähdet muodostavat neljä 30" x 30" -neliössä olevaa pistettä. Levyllä olevat pikkuplaneetat muodostavat eri paikoissa olevia pistepareja. Jos käytetään vain kahta pistettä, kaukoputken siirtosuuntaan liikkuneita pikkuplaneettoja on vaikea löytää. Kaksi- ja monipistemenetelmä edellyttää, että kaukoputki on kiinteästi asennettu. 1.3.3. CCD-kuvaus Pikkuplaneettojen etsintä CCD-kameralla tapahtuu periaatteessa samalla tavalla kuin filmille kuvattaessa. Koska CCD-kenno on valokuvauslevyyn verrattuna hyvin pieni, pitkäpolttovälisiä kaukoputkia ei yleensä käytetä. Ammattimaisissa CCD-kameroissa oleellisena osana on GPS-vastaanotin, jonka antama paikka- ja aikatieto talletetaan kuvan otsikkotietoihin. Hukkaan menevän valon vähäisen määrän vuoksi CCD-kameroilla voidaan kuvata himmeämpiä kohteita kuin valokuvauslevyjä käytettäessä. Kuvatiedostojen käsittely voidaan antaa automaattisesti toimivien tietokoneiden hoitoon. Kuvaaja määrittelee, mitä kohteita havaitaan, kaukoputken ohjausohjelma huolehtii kaukoputken kääntämisestä uuteen kohteeseen ja valotuksesta. Ohjelma huolehtii myös havaintojen käsittelyssä tarvittavan pimeäkuvan otosta. Tämän avulla havainnosta poistetaan laitteistosta johtuvat virheet. 2. Nimeäminen Aluksi jokainen löydetty pikkuplaneetta sai nimen ja symbolin kohta löytymisen jälkeen. Nimet valittiin enimmäkseen klassisesta mytologiasta. Kun pikkuplaneettoja oli vain muutamia kappaleita, symbolien piirtäminen karttoihin, artikkeleihin ja kirjoihin vaati vain vähän vaivaa. Myöhemmin symboleista on luovuttu. Nykyisin pikkuplaneetan nimen edelle kirjoitetaan sen numero sulkuihin, joita ei kuitenkaan aina käytetä. Löytämisen jälkeen pikkuplaneetta saa löytötunnuksen, joka muodostuu vuosiluvusta, löytökuukauden puolikkaan (1..15, 16..31) ilmoittavasta kirjaimesta (A..H, J..Y) ja löytöjärjestyksen kuukauden puolikkaassa ilmoittavasta kirjaimesta (A..H, J..Z). Tammikuun alkupuolta vastaa A-kirjain, loppupuolta B-kirjain, jne. Jos kuukauden puolikkaan aikana löydetään enemmän kuin 25 pikkuplaneettaa, kirjainten käyttö aloitetaan alusta ja kirjaimen jälkeen lisätään numero 1. Numeroita on parhaimmillaan tarvittu lähes 150. Vuoteen 1924 saakka löytövuoden tunnus oli A (Asteroidi) + vuosiluvun kolme viimeistä numeroa. Vuodesta 1925 lähtien löytötunnus on annettu nykyisen käytännön mukaisesti. Kun pikkuplaneetasta on saatu riittävästi havaintoja tarkan radan määräämiseksi, pikkuplaneetalle annetaan numero ja nimi. Vuosisadan 1900 alussa löydetyistä pikkuplaneetoista vain kahdelta puuttuu nimi. Pikkuplaneetan nimen pituuden tulee olla 2..17 merkkiä. Kaksimerkkisiä nimiä on annettu vain kuusi kappaletta. 17-merkkisiä nimiä on käytössä vain yksi. Toukokuussa 1999 pikkuplaneettoja oli nimetty 6730 kappaletta. 6-, 7- ja 8-merkkisiä nimiä oli yhteensä 3500 kappaletta eli 52 prosenttia kaikista nimistä. Pikkuplaneettoja nimetään nykyään mytologisten hahmojen lisäksi paikkakuntien, eri maiden maantieteellisten piirteiden, erilaisten taiteilijoiden, eri kansojen historiaan liittyvien tapahtumien, löytäjien puolisoiden, vanhempien ja lasten mukaan. Elossa olevien poliitikkojen tai alle sata vuotta vanhojen sotilaallisten voittojen mukaan ei nimetä pikkuplaneettoja. Kansainvälisen tähtitieteellisen unionin (IAU) nimistöä käsittelevä komissio hyväksyy tai hylkää ehdotetut nimet. Löytäjällä on 10 vuotta aikaa ehdottaa nimeä löytämälleen pikkuplaneetalle. Pikkuplaneetoille, joiden numero on täysiä tuhansia, on annettu nimi mm. ensimmäisen pikkuplaneetan löytäneen Giuseppe Piazzin mukaan (1000 Piazzia), Uranuksen löytäneen William Herschelin mukaan (2000 Herschel), yleisnero Leonardo da Vincin mukaan (3000 Leonardo), antiikin ajan suurimman tähtitieteilijän Hipparchoksen mukaan (4000 Hipparchus). Numeroinnissa ja nimeämisessä on saavutettu jo numero 42191. Tälle 14.2.2001 löydetylle pikkuplaneetalle (2001 CJ37) on annettu nimi Thurmann sveitsiläisen 1800-luvulla eläneen geologin mukaan. Numeroimattomia pikkuplaneettoja on Lovellin observatorion ylläpitämässä tietokannassa yli 150 000. Tässä tietokannassa oli syyskuun lopussa kaikkiaan yli 191 000 pikkuplaneetan tiedot. Tietokanta sisältää rataelementtien lisäksi tietoja pikkuplaneettojen halkaisijoista, luokituksista, ja rataelementtien hyvyydestä. 3. Rataelementit Pikkuplaneetan näkymiseen vaikuttavat normaalit häiriöttömän liikkeen ns. Keplerin rataelementit. Rataelementtien yhteydessä esitetään usein pikkuplaneetan kirkkauteen vaikuttavat parametrit H ja G. Pikkuplaneettojen rataelementit ja niiden merkitykset Elementti Nimi Merkitys a Isoakselin puolikas Radan koko e Eksentrisyys Radan muoto i Kaltevuus Asento ekliptikaan nähden O Nousevan solmun pituus Radan ja ekliptikan leikkauspisteen paikka. Elementin symboli on kreikkalaisen kirjaimiston iso omega w Perihelin argumentti Radan Aurinkoa lähinnä olevan pisteen paikka. Elementin tunnus on kreikkalaisen kirjaimiston pieni omega. M Keskianomalia Pikkuplaneetan paikka radallaan T Epookki Ajankohta, jolloin elementeillä on annetut arvot H Magnitudiparametri Pikkuplaneetan magnitudi, kun etäisyys sekä Auringosta että Maasta on yksi AU ja vaihekulma on nolla. Kyseessä on siis täysin laskennallinen suure. G Magnitudiparametri Kuinka pikkuplaneetan magnitudi muuttuu opposition lähellä Pikkuplaneetan havaintomahdollisuudet ovat hyvät, jos parametri H on pieni sekä a, e ja i ovat sopivat. Pelkkä parametrin H pieni arvo ei takaa hyviä havaintomahdollisuuksia. Pikkuplaneetoilla 4 Vesta ja 28978 Ixion on pieni H:n arvo (3,2). Vesta näkyy toisinaan paljain silmin. Ixionin havaitsemiseen vaaditaan kaukoputki, jolla voidaan valokuvata magnitudin 19 tähtiä. Vesta liikkuu Marsin ja Jupiterin välissä olevassa pikkuplaneettavyöhykkeessä. Ixion sijaitsee Neptunuksen radan takana Kuiperin vyöhykkeessä. Pieni H:n arvo on seurausta Ixionin suuresta koosta ja hyvästä heijastuskyvystä. Ixion on mahdollisesti Cerestä suurempi. Radan kaltevuuden suuri arvo aiheuttaa sen, että pikkuplaneetta voi Suomessa näkyä lähellä taivaan lakipistettä. Jos kaltevuus on lähellä nollaa, pikkuplaneetan havainto-olot ovat Suomessa aina joko huonot tai tyydyttävät. Radan eksentrisyyden suuresta arvosta seuraa, että pikkuplaneetan kirkkaus radan eri kohdissa vaihtelee suuresti. Valittujen pikkuplaneettojen tärkeimmät rataelementit Numero Nimi H G i e a huom. 1 Ceres 3,34 0,12 10,583 0,079 2,766 2 Pallas 4,13 0,11 34,844 0,229 2,773 3 Juno 5,33 0,32 12,972 0,258 2,667 4 Vesta 3,20 0,32 7,134 0,088 2,362 Pienin H 7 Iris 5,51 0,15 5,523 0,229 2,386 15 Eunomia 5,28 0,23 11,747 0,185 2,644 85 Io 7,61 0,15 11,966 0,192 2,652 Lyhin nimi 704 Interamnia 5,94 0,02 17,326 0,146 3,063 887 Alinda 13,76 0,12 9,310 0,563 2,484 Negatiivisin G 1000 Piazzia 9,6 0,15 20,550 0,253 3,177 Tasatuhat 1627 Ivar 13,2 0,60 8,449 0,397 1,863 Positiivisin G 2000 Herschel 11,25 0,15 22,753 0,297 2,380 Tasatuhat 2102 Tantalus 16,2 0,15 64,011 0,298 1,289 Suurin i 3000 Leonardo 13,0 0,15 2,749 0,181 2,351 Tasatuhat 3200 Phaethon 14,6 0,15 22,164 0,889 1,271 Suurin e 4000 Hipparchus 12,6 0,15 2,713 0,111 2,589 Tasatuhat 4015 Wilson-Harrington 15,99 0,15 2,783 0,621 2,642 Pisin nimi 4581 Asclepius 20,4 0,15 4,909 0,356 1,021 Suurin H 5000 IAU 14,1 0,15 6,281 0,267 2,535 Tasatuhat 6000 United Nations 11,5 0,15 14,433 0,186 2,600 Tasatuhat 7000 Curie 12,8 0,15 9,879 0,261 2,466 Tasatuhat 8000 Isaac Newton 12,1 0,15 9,755 0,089 3,063 Tasatuhat 9000 Hal 13,6 0,15 6,260 0,208 2,229 Tasatuhat 10000 Myriostos 15,3 0,15 20,579 0,301 2,589 Tasatuhat 15000 CCD 14,2 0,15 8,235 0,107 2,764 Tasatuhat 19521 Chaos 4,9 0,15 12,021 0,109 46,040 Suurin a 20000 Varuna 3,7 0,15 17,127 0,053 43,277 Tasatuhat 20958 A900 MA 14,2 0,15 8,154 0,294 2,330 Ei nimeä 25000 Astrometria 12,6 0,15 14,970 0,098 3,162 Tasatuhat 28978 Ixion 3,2 0,15 19,677 0,244 39,330 Pienin H 42191 Thurmann 15,4 0,15 8,422 0,200 2,606 Suurin numero 4. Pikkuplaneettatyypit 4.1. Pikkuplaneettavyöhyke Valtaosa pikkuplaneetoista kiertää Aurinkoa Marsin ja Jupiterin välissä 2-4 AU:n etäisyydellä. Suurin keskittymä on etäisyyksillä 2,2-3,2 AU. Ratojen keskietäisyyksissä on sekä aukkoja että tihentymiä. Aukot ovat osittain seurausta Jupiterin aiheuttamista häiriöistä. Aukot on nimetty keksijänsä Daniel Kirkwoodin mukaan Kirkwoodin aukoiksi. Ratojen tihentymien kaikkia syitä ei tunneta. Ratojen tihentymät on nimetty ryhmän tärkeimmän pikkuplaneetan mukaan. Ryhmät ovat: Hungaria, Flora, Phocaea, Koronis, Eos, Themis, Cybele ja Hilda. 4.2. NEA tai NEO Maan lähelle tulevat pikkuplaneetat on jaettu ryhmiin ratojen ominaisuuksien mukaan. NEA = Near Earth Asteroid. NEO = Near Earth Object. Useille NEA-kohteille on laskettu todennäköisyyksiä, joilla ne törmäävät Maahan jonain tiettynä hetkenä. Todennäköisyydet ovat kuitenkin osoittautuneet varsin pian julkistuksensa jälkeen häviävän pieniksi. 4.2.1. Aten Aten-pikkuplaneetan radan keskietäisyys on pienempi kuin 1,0 AU. Lisäksi radan aphelietäisyys on suurempi kuin 0,983 AU. 4.2.2. Apollo Apollo-tyyppisen pikkuplaneetan radan keskietäisyys on suurempi kuin 1,0 AU ja perihelietäisyys on pienempi kuin 1,017 AU. 4.2.3. Amor Amor-pikkuplaneetan radan keskietäisyys on suurempi kuin 1,017 AU, mutta pienempi kuin 1,3 AU. 4.3. Troijalaiset Troijalaiset pikkuplaneetat kiertävät Aurinkoa Jupiterin radalla, joko 60 astetta Jupiterin edellä tai 60 astetta Jupiterin jäljessä. Radan näissä kohdissa ovat Jupiterin Lagrangen pisteet L4 ja L5. Aurinko, Jupiter ja L4- tai L5-piste muodostavat tasasivuisen kolmion. Näissä pisteissä Aurinkoon ja Jupiteriin nähden pienimassainen kappale pystyy olemaan pitkiä aikoja. Troijalaiset pikkuplaneetat eivät kuitenkaan ole jatkuvasti näissä pisteissä. Ne liikkuvat tasapainopisteensä molemmin puolin välillä kauaskin Jupiterista. Täyteen jaksoon kuluu 150 - 200 vuotta. L4-pisteessä olevat troijalaiset pikkuplaneetat on nimetty antiikin Troijaa puolustaneiden sotureiden mukaan. L5-pisteessä olevat pikkuplaneetat on nimetty kreikkalaisten valtaajien mukaan. Kummassakin ryhmässä on "pettureita." Myös muilla planeetoilla on omat "troijalaiset" pikkuplaneettansa. Esim. pikkuplaneetta 5261 Eureka on Marsin troijalainen. 4.4. Kielletyt alueet Pikkuplaneettavyöhykkeellä kaikki radat eivät ole mahdollisia. Jos pikkuplaneetan ja Jupiterin kiertoaikojen suhde on yksinkertainen murtoluku (1/3, 2/5, 3/7, 1/2 tai 3/5), niin Jupiter aiheuttaa pikkuplaneetan rataan suuria häiriöitä ja pikkuplaneetta poistuu tältä radalta. Kiellettyjä alueita kutsutaan ne vuonna 1857 selittäneen Daniel Kirkwoodin mukaan Kirkwoodin aukoiksi. 4.5. Kuiperin vyöhyke Neptunuksen radan ulkopuolella kiertää suuri joukko pikkuplaneettoja, jotka muodostavat Kuiperin vyöhykkeen. Alueen sisäraja on noin 30 AU:n etäisyydellä. Ulkoraja lienee noin 100 AU:n etäisyydellä. Suuri osa Kuiperin vyöhykkeen kappaleista on pieniä ja jäisiä. Vyöhykkeen oletetaan olevan lyhytjaksoisten komeettojen lähde. Joitakin Kuiperin vyöhykkeen pikkuplaneettoja on "karannut" Jupiterin ja Neptunuksen ratojen välille. Niitä kutsutaan Kentaureiksi. Tunnetuimmat Kentaurit ovat 2060 Chiron ja 5145 Pholus. Niiden olemuksessa on komeettamaisia piirteitä, mm. kuvissa on havaittu merkkejä komasta. 4.6. Luokittelu koostumuksen mukaan Koostumuksen mukaan pikkuplaneetat jaetaan useaan luokkaan, jotka on määritelty spektritutkimuksen avulla. Erityyppisiä pikkuplaneettoja vastaavat meteoriittityypit. Yleisimmät luokat ovat: C Hiilipitoisia jyväsiä sisältävät pikkuplaneetat. Näitä on kaikista pikkuplaneetoista noin 75%. C-tyypin pikkuplaneetat ovat yleensä hyvin tummia. Niiden albedo on noin 0,03. S Silikaatteja eli erilaisia kiviä sisältävät pikkuplaneetat. Ne ovat väreiltään yleensä harmaita. Niiden albedot ovat 0,10 - 0,22. S-tyypin pikkuplaneettojen osuus kaikista pikkuplaneetoista on noin 15%. M Metalleja sisältäviä pikkuplaneettoja on noin 10% kaikista. Ne ovat verraten kirkkaita, niiden albedot ovat 0,10 - 0,18. Muita tyyppejä on häviävän pieniä määriä. 5. Havaitseminen 5.1. Visuaalinen havaitseminen Pikkuplaneettojen visuaaliseen eli katselemalla tapahtuvaan havaitsemiseen tarvitaan yleensä kiikari tai kaukoputki. Vain pikkuplaneettaa 4 Vesta voidaan toisinaan havaita paljain silmin (apuvälineinä korkeintaan silmälasit). Usein Kuu tai ympäristön valoisuus estävät Vestan näkymisen paljain silmin. Näin kävi kesällä 2000, jolloin Vesta olisi ollut nähtävissä paljain silmin Välimerenmaissa. Vesta olisi ollut paljain silmin havaitsevalle riittävän kirkas parin viikon ajan, mutta Kuu sattui olemaan samaan aikaan Vestan lähellä. 5.1.1. Efemeriidit Pikkuplaneetan havaitsemisen ensimmäisenä vaiheena on selvittää, missä se kulloinkin liikkuu ja kuinka kirkas se on. Efemeriidillä tarkoitetaan taulukkoa, joka antaa pikkuplaneetan koordinaatit ja magnitudit määrätylle aikavälille. Taulukossa ovat usein myös pikkuplaneetan etäisyydet Maasta ja Auringosta sekä vaihekulma ja elongaatio. Vaihekulma kertoo, kuinka suuressa kulmassa Maa ja Aurinko näkyvät pikkuplaneetasta katsottuna. Elongaatio taas kertoo, kuinka suuri kulma on Auringon ja pikkuplaneetan välillä Maasta katsottuna. Elongaatio on konjunktion ja opposition välillä läntinen eli pikkuplaneetta ohittaa etelämeridiaanin ennen Aurinkoa. Tällöin pikkuplaneettaa pitää yleensä havaita keskiyön ja aamuhämärän välisenä aikana. Pikkuplaneettojen efemeriidejä julkaistaan useissa tähtitieteellisissä vuosikirjoissa. Esitettävien pikkuplaneettojen määrä riippuu mm. käytettävissä olevasta tilasta. Vuonna 2003 käytettäviksi sopivat mm. vuosikirjat Tähdet 2003, Ahnerts Astronomisches Jahrbuch 2003 ja Der Sternenhimmel 2003. Tähdet- vuosikirjassa on kahdeksan pikkuplaneetan efemeriidit sekä kaksi etsintäkarttaa. Jo 55 vuoden ajan ilmestynyt Ahnertin vuosikirja sisältää 17 pikkuplaneetan efemeriidit. Näiden lisäksi siinä on kuuden pikkuplaneetan etsintäkartat. Pikkuplaneettojen efemeriidejä voi myös laskea itse. Saatavilla on useita ohjelmia, jotka laskevat pikkuplaneettojen paikat rataelementtitiedostojen avulla. 5.1.2. Etsintäkartat Jos käytettävissä ei ole kaukoputkea, joka suunnataan kohteeseen etsintäohjelman avulla, efemeriiditaulukko pitää muuttaa ennen havaintoja etsintäkartaksi. Taulukon rektaskensio-deklinaatio-parit siirretään tähtikartaston läpinäkyvän koordinaattilevyn avulla kartalle. Piirtämiseen käytetään teräväkärkistä kovahkoa lyijykynää, jolla merkinnät kartalle tehdään painamalla kynää mahdollisimman vähän. Karttamerkinnöistä sitten arvioidaan, missä pikkuplaneetta on aiottuna havaintohetkenä. Painavaa tai suurikokoista kartastoa ei viedä ulos havaintopaikalle. Pikkuplaneetan ympäristöstä tehdään erilliselle paperille esim. 5 astetta x 5 astetta -suuruinen jäljennös. Etsintäkartta saattaa löytyä tähtitieteellisestä vuosikirjasta. Ennen havaintopaikalle lähtöä selvitetään, millaisten tähtien joukossa kohde on. Tulee myös kuvitella, miltä kohde näyttää kaukoputken näkökentässä. Jos käytettävissä on tähtikarttaohjelma, etsintäkartan laatiminen halutulle ajanhetkelle on yksinkertaista. Ohjelman valikoista määrätään havaintopaikan maantieteelliset koordinaatit, havaintohetki, sopiva kartan korkeus sekä kaukoputken näkökenttää vastaavat ilmansuunnat. On vaikeaa kääntää mielessä kartan kaikki suunnat päinvastaisiksi. Jos havaittaessa käytetään kulmapeiliä katseluasennon helpottamiseksi, normaalin kartan kääntäminen vaihtopieliseksi ajatuksen voimalla on lähes mahdotonta. Tähtikarttaohjelma tekee näkymän kääntämisen ja tarvittaessa myös kiertämisen hetkessä. 5.1.3. Kiikari Useiden pikkuplaneettojen havaitseminen on mahdollista tavallisella kiikarilla. Havaittavien pikkuplaneettojen lukumäärä riippuu kiikarin koon lisäksi havaintopaikan pimeydestä. Jos paikka ei ole aivan pimeä, 7 x 50 -kiikarilla voi katsella magnitudin 8,0 pikkuplaneettoja. 15 x 70 -kiikari yltänee samoissa olosuhteissa magnitudiin 9,0. Täysin pimeässä paikassa kummallakin kiikarilla voi yltää kaksi magnitudia himmeämpiin pikkuplaneettoihin. 5.1.4. Kaukoputki Pienelläkin kaukoputkella yltää helposti magnitudiin 10. Kaikki Tähdet 2003 -vuosikirjassa mainitut pikkuplaneetat voidaan havaita 20 cm:n halkaisijaisella kaukoputkella. Katseluun käytettävän siirrettävän kaukoputken jalusta saa olla suunnattu miten tahansa. Ekvatoriaalisella jalustalla oleva tarkasti taivaannapaan suunnattu kaukoputki helpottaa pikkuplaneetan pitkäaikaista havaitsemista. Myöskään seurantamoottori ja asteikkokehät eivät ole välttämättömiä. Kaukoputken kunkin okulaarin näkökenttä määrätään mittaamalla taivaan ekvaattorilla olevan tähden kulkuaika paikallaan olevan kaukoputken näkökentän poikki. Kulkuajan kukin sekunti vastaa 15 kaarisekunnin näkökenttää. Jos käytettävissä ei ole taivaan ekvaattorilla olevaa tähteä, näkökentän mittaukseen voi käyttää myös muita tähtiä. Tällöin saatu kulkuaika kerrotaan tähden deklinaation cosinilla. Esim. jos tähti kulkee näkökentän poikki 192 sekunnissa, näkökentän suuruudeksi tulee ekvaattorilla olevan tähden avulla 48 kaariminuuttia (192 x 15" = 2880"). Jos tähden deklinaatio on 15 astetta, sama kulkuaika antaa 2781 kaarisekunnin näkökentän. Kovin kaukana ekvaattorista olevia tähtiä ei kannata käyttää, koska tähden reitti näkökentän poikki ei ole enää suoraviivainen. Pikkuplaneetan etsintään käytetään okulaaria, jolla saadaan suurin näkökenttä. Myöhemmin voidaan käyttää suurempia suurennuksia. 5.1.5. Tähtihyppely Vaikeasti löydettävän kohteen etsintämenetelmää kutsutaan tähtihyppelyksi. Etsinnän lähtökohtana on helposti löydettävä kirkas tähti, joka näkyy hyvin kaukoputken etsinputken näkökentässä. Etsintäpolku suunnitellaan kotona tähtikartan tai tähtikarttaohjelman avulla. Käytettäväksi suunnitellun okulaarin näkökenttää vastaava ympyrä sovitetaan lähtökohtana olevan tähden ympärille niin, että näkökenttään saadaan seuraavan vaiheen tähdet. Näkökenttäympyrää useaan kertaan siirtämällä päästään lopulta kohteen luokse. Seuraava kuva kertoo kuinka pikkuplaneetan 7 Iris etsintä on suunniteltu tapahtuvaksi 8.10.2002 klo 21.00. Kaukoputki on Juhani Salmen valmistama 135 mm:n halkaisijainen kannettava Dobson-kaukoputki. Kaukoputken polttoväli on 650 mm. Kaukoputkessa on mahdollista käyttää useita okulaareja. Etsinputkena on TelRad-etsin, jonka suurennuskerroin on yksi. Pikkuplaneettojen etsintään on vuoden 2002 syksyllä käytetty vain 40 mm:n polttovälistä okulaaria. Sen mitatuksi näkökentäksi on saatu 2° 24'. Kuvan ympyrät esittävät kahta erikokoista kaukoputken näkökenttää. Suuremman näkökentän halkaisija on 2° 24' ja pienemmän 0° 56'. Etsintäpolkujen lähtökohtana on kummassakin tapauksessa beta Aquarii -tähti (2,87 mag). 40 mm:n okulaarin avulla Iris löytyy kaukoputken yhden siirron avulla. 16 mm:n okulaaria käytettäessä siirtoja tarvitaan neljä kappaletta. Kuvan ylänurkassa ovat ilmansuuntanuolet. Koska etelä (S) on ylhäällä ja itä (E) oikealla, kartta vastaa suoraan kaukoputken antamaa näkymää. Kartta sisältää tähtiä magnitudiin 10 saakka. Jos etsintäkartta on hyvin tehty, pikkuplaneetan tunnistaminen ei tuota ongelmia. 5.1.6. Piirroksen tekeminen Piirroshavainnon tekemiseen tarvitaan tukeva piirrosalusta, havaintolomake, pehmeähkö hyvin teroitettu lyijykynä ja punaista valoa antava valaisin. Piirrosalustan voi joko tehdä itse tai ostaa kirjakaupasta luentomuistiinpanopapereita varten tehty kansion tavoin sulkeutuva alusta. Havaintolomake kiinnitetään alustalle nipistimen avulla. Havaintolomakkeeksi kelpaa mikä tahansa karkeahko paperi tai ohut kartonki, johon on piirretty suurehko (halkaisija esim. 10 cm) ympyrä. Syvän taivaan havaitsijoiden käyttämä A5-kokoinen havaintokortti on erittäin sopiva. Piirtoalueen lisäksi siinä on nimetyt kohdat, joihin kirjoitetaan kohteen nimi, koordinaatit, magnitudi (joko arvioitu tai efemeriideistä saatu), koordinaattien epookki, havaitsijan nimi, havaintopaikan nimi, havaintoväline, käytetty suurennus, näkökentän koko, rajamagnitudi, taustataivaan tummuus, seeing, kohteen etäisyys horisontista, sää, kohteen vapaamuotoinen kuvaus, sekä piirroksen tekoon käytetty aika (päivämäärä sekä piirtämisen aloittamisen ja päättämisen kellonaika. Päivämäärä on hyvä ilmoittaa kaksoispäivämääränä (esim. 8/9.10.2002 klo 21.23-21.47). Piirtämiseen ei tule käyttää tussikyniä eikä kuulakärkikyniä. Kosteassa ilmassa tai pakkasessa ne joko eivät toimi tai jättävät suttuisen jäljen. Havaintolomake ei saa olla kiiltäväpintainen, koska lyijykynä ei jätä siihen jälkeä. Kynä vain liukuu lomakkeen pinnalla. Piirtäminen aloitetaan näkökentän reunoilla olevista kirkkaahkoista tähdistä, jotta piirroksen mittakaava saadaan oikeaksi. Tähtien keskinäiset välimatkat ja kulmat on hyvä saada oikeiksi. Jos pikkuplaneetta on varmasti tunnistettu, se merkitään piirrokseen joko kahdella tai neljällä lyhyellä viivalla, joiden keskelle jäävässä tyhjässä tilassa pikkuplaneetta on. Jos jotkut piirrokseen tulevat tähdet muodostavat silmiinpistävän kuvion (esim. kolme lähekkäistä tähteä jonossa), niitä on syytä hieman korostaa. Jos jollakin kirkkaalla tähdellä on Bayerin kirjain (esim. beta Aquarii) tai Flamsteedin antama numero (22 Aquarii), se merkitään piirrokseen tähden viereen. Havaintoympyrän viereen merkitään ilmansuunnat kirjaimilla N, E, S ja W. Ei pidä olettaa, että havaintokorttia tarkasteleva toinen henkilö ilman muuta tunnistaa piirroksen asennon tai kohteen sijainnin taivaalla. Jos pikkuplaneetasta tehdään uusi piirros myöhemmin joko samalla tai eri välineellä, se tehdään uudelle lomakkeelle. Yllä oleva kuva esittää Matti Suhosen 3/4.9.2002 klo 0.20-0.37 135 mm / 650 mm -kaukoputkella tehtyä pikkuplaneetan 7 Iris piirroshavaintoa. Piirrokseen on havainnon yhteydessä merkitty kahden kirkkaan tähden Bayerin kirjaimet sekä yhden tähden Flamsteedin numero. Muiden tähtien kohdalla ovat Tycho-luettelon mukaiset numerot sekä magnitudit. Himmeimmän alueelta löytyneen tähden magnitudi oli 9,81. Piirroksessa etelä on ylhäällä ja itä oikealla. Pikkuplaneetan koordinaatteina ovat tähtikarttaohjelman Sky Map Pro 8 antamat geosentriset koordinaatit. Muina tietoina ovat havaitsijan nimi, havaintopaikan nimi, havaintovälineen tiedot, kuvaukset havainto-olosuhteista ja mm. aikaisempiin havaintoihin viittaavia merkintöjä. Yllä on edellisellä sivulla olevaa havaintoa vastaava kartta, jota on kierretty hieman myötäpäivään, jotta tähtien beta Aquarii ja 32 Aquarii välinen viiva olisi pystysuorassa. 5.1.7. Kirkkauden määritys Pikkuplaneetan kirkkaus määritetään vertaamalla sitä tunnettujen tähtien kirkkauksiin. Havaintomenetelmät ovat samat kuin muuttuvien tähtien kirkkauksien määrittämisessä. Jos pikkuplaneetan hakeminen uudelleen näkökenttään tuottaa vaikeuksia, vertailutähtien tulisi löytyä samasta näkökentästä kuin pikkuplaneetta. 5.1.8. Tähdenpeitot Pikkuplaneetan aiheuttaman tähdenpeiton havaitseminen on periaatteessa hyvin yksinkertaista: pikkuplaneettaa tarkkaillaan peittymisennusteessa mainittuna aikavälinä. Jos peittyminen tapahtuu, pikkuplaneetan taakse joutuva tähti katoaa joksikin aikaa näkyvistä. Havaittaessa talletetaan peittymis- ja esiintulohetket esim. sekuntikellon avulla. Sekuntikello käynnistetään radion tasatuntiaikamerkistä ja kellon väliaikamuistiin talletetaan tähden katoamishetki. Toiseen väliaikamuistiin talletetaan tähden esiintulohetki. Kun useat eri paikkakunnilla tehdyt havainnot yhdistetään, tulokseksi saadaan parhaassa tapauksessa pikkuplaneetan muoto ja koko. 5.2. Fotometria Pikkuplaneetan kirkkaus ja sen muutokset voidaan määrittää joko fotometrilla tai CCD-kameran avulla. Hyvin tehdyistä havainnoista voidaan määrittää pikkuplaneetan pyörähdysaika. 5.3. Valokuvaus 5.3.1. Kuvaus filmille Pikkuplaneettoja voidaan valokuvata perinteisillä kameroilla kaukoputken avulla tai toisinaan myös ilman kaukoputkea. Matti Suhonen otti yllä olevan kuvan 15.11.2001 Helsingissä Pirkkolan urheilupuistossa. Kuvausvälineet olivat kamerajalusta, järjestelmäkamera, F1,4/58 mm -objektiivi ja Kodak EL 400 -diafilmi. Valotusaika oli alle 30 sekuntia. Pikkuplaneetta 4 Vesta on kuvan alaosassa kahden pystyviivan välissä. Hyadien tähtijoukon lähellä oli kuvausajankohtana Vestan lisäksi Saturnus. Kun pikkuplaneetta 4 Vesta on kirkkaimmillaan, sen valokuvaamiseen riittää valovoimainen järjestelmäkamera, herkkä filmi sekä tukeva jalusta. Minkäänlaista seurantaa ei tarvita. Esim. F1,4/58 mm -objektiivi ja ISO 400 -diafilmi tuottaa kelvollisia kuvia 10 - 30 sekunnin valotuksilla. Valokuvauksessa pisteen kooksi on määritelty 0,03 mm. 10 sekunnin valotus tuottaa 58 mm:n objektiivilla tähdestä 0,04 mm:n pituisen viivan eli käytännössä kyseessä on vielä piste. Pimeässä paikassa kuvaan tulee tähtiä magnitudiin 7 - 7,5 saakka. Kaikkien valmistajien filmit eivät toista taustataivasta oikein. Eroja on myös saman valmistajan eri filmien välillä. Sami Martikainen kuvasi pikkuplaneetan 4 Vesta Mikkelissä 19.8.2001 noin klo 3. Kuvausvälineet olivat kaukoputkeen kiinnitetty F2,8/135 mm -objektiivi, järjestelmäkamera ja Kodak P1600X -filmi. Valotusaika oli 1,5 minuuttia. Vesta on nuolenkärjen vasemmalla puolella. Kuvan kirkkain tähti on Aldebaran. Kaukoputken avulla voidaan kuvata kahdella tavalla. Joko kiinnitetään kamera kaukoputken kylkeen ja käytetään kaukoputkea pitämään kohde filmillä paikallaan. Kirkkaatkin pikkuplaneetat vaativat vähintään minuutin valotuksen. Lyhyellä kauko-objektiivilla (polttoväli 100 - 200 mm, valovoima F2,8 - F4) ja ISO 400 -filmillä voidaan parin minuutin valotuksella kuvata vuoden 2002 syksyllä näkyviä pikkuplaneettoja 7 Iris ja 15 Eunomia. Himmeät tai nopealiikkeiset pikkuplaneetat vaativat kaukoputken, jonka lävitse voidaan kuvata. Magnitudin 10 pikkuplaneettaa voidaan kuvata kaukoputken lävitse ISO 3200 -filmille viiden minuutin valotuksella. Himmeämmät pikkuplaneetat, esim. 13 mag., voivat vaatia 30 minuutin valotusaikoja. Valotusta tulee tarkkailla ohjauskaukoputken avulla. 5.3.2. Kuvaus CCD-kameralla Jos kuvataan yhtä aikaa kahden samanlaisen kaukoputken lävitse, niin CCD-kameran kuvaan tallettuu huomattavasti himmeämpiä pikkuplaneettoja kuin filmille. Osa erosta johtuu CCD-kennon pienemmästä valohäviöstä. Kuvaaminen CCD-kameralla vaatii huomattavaa teknistä taitoa. Kuvat vaativat lisäksi paljon jälkityötä. CCD-kameralla on mahdollista tuottaa kuvia, jotka eivät eroa ammattitähtitieteilijöiden saamista kuvista. Esimerkkinä on mm. Jyväskylän Siriuksen Nyrölän observatorio. 5.4. Rataelementtien määritys havainnoista Jos pikkuplaneetasta tehdään kolme hyvää havaintoa, näiden avulla voidaan määrittää pikkuplaneetan koordinaatit sekä myös rataelementit. Koordinaattien määrääminen edellyttää, että havaintohetki tunnetaan tarkasti. Jos havaintohetki tunnetaan neljän minuutin tarkkuudella, koordinaatit saadaan noin asteen tarkkuudella. Hyvin tehdystä piirroksesta pikkuplaneetan koordinaatit voidaan määrittää ainakin kaariminuutin tarkkuudella. Jos halutaan määrittää geosentriset koordinaatit, havaintopaikan koordinaatit tulee tuntea tarkasti. Koordinaatit voidaan määrittää kolmen vertailutähden avulla tarkimmin, jos pikkuplaneetta on vertailutähtien muodostaman kolmion keskellä. Useamman vertailutähden avulla saadaan selville havaintoihin sisältyvät virheet. 6. Kirjallisuutta Tämän selosteen tekemisessä on käytetty apuna mm. seuraavia kirjoja: Fred W. Price: The Planet Observer's Handbook (luku 8, The minor planets (asteroids), sivut 181-201), Cambridge, 1994, 410 s, sidottu, ISBN 0-521-44257-5. Michael Hoskin: The Cambridge Illustrated History of Astronomy sivut 186-191, kuva sivulla 214), Cambridge, 1997, ix + 392 s., sidottu, ISBN 0 521 41158. Günter D. Roth: The System of Minor Planets, Faber and Faber Ltd, 1962, 128 s. sidottu. Stephen J. Edberg ja David H. Levy: Observing Comets, Asteroids, Meteors, and the Zodiacal Light (luku 4, Asteroids, sivut 72-107), Cambridge, 1994, xv + 243 s., sidottu, ISBN 0 521 42003 2. Clifford J. Cunningham: The First Asteroid, Ceres 1801-2001, Historical studies in asteroid research, Volume 1, Star Lab Press, 2001, 488 s., nidottu, ISBN 0-97018162-0-0. 7. Internet-viitteitä Hyvä pikkuplaneettojen yleiskatsaus on dokumentissa Asteroids: http://www.seds.org/nineplanets/nineplanets/asteroids.html Aurinkokunnan ulko-osissa olevista pikkuplaneetoista kertoo dokumentti The Kuiper Belt and The Oort Cloud: http://www.seds.org/nineplanets/nineplanets/kboc.html Tietoja havaittavista pikkuplaneetoista ja joitakin linkkejä on Ursan Pikkuplaneetat ja tähdenpeitot -jaoston sivuilla: http://www.ursa.fi/ursa/jaostot/pikkuplan/index.htm