Pallot pyörivät, valo elää

24.6.2014 klo 10.39, kirjoittaja
Kategoriat: Otsikon takana

Kesäpäivänseisauksen (ja juhannuksen) kolkutellessa nurkilla pääsin selittämään toimittajille muutamaankin otteeseen, mistä ilmiössä oikein on kyse. Ja kun oven avaa kesäpäivänseisaukselle, samalla esiin tunkee liuta aiheeseen liittyviä käsitteitä, kuten Maan pyörähdysakselin kallistuminen, vuodenajat, leveys- ja pituusasteet sekä valoisan ajan kiihtyvä piteneminen ja lyheneminen keväisin ja syksyisin.

”Voisitko selittää asian silleen lyhyesti ja kansantajuisesti” ehdottaa toimittaja puhelimessa toiveikkaana ja minä kylven kylmässä hiessä. Päässä myllertää liuta kolmiulotteisia palloja pyörimässä itsensä ja toistensa ympäri ellipsiradalla ja kallellaan.

Koska asia on merkittävästi helpompi selittää kuvien avulla (eikä puhelimessa), aion nyt tehdä sen oman blogini rauhassa.

Kas näin:

Maapallo pyörii itsensä ympäri jatkuvasti, näyttäen joka hetki puolet pinnastaan Auringon suuntaan. Tästä johtuu päivän ja yön vaihtelu.

Akseli, jonka ympäri Maa pyörii, on noin 23,4 astetta kallellaan Maan ratatasoon nähden. Tästä kallistumasta johtuvat vuodenajat (eivätkä esimerkiksi siitä, että Maa olisi kesäisin lähempänä Aurinkoa — se ei ole: kun meillä pohjoisessa on kesä, Maa on itse asiassa radallaan kauimpana Auringosta).

Seuraavassa kuvassa näkyy Maan asema Auringon suhteen kaikkina seisaus- ja tasauspäivinä yläviistosta katsottuna. Kuva ei ole ollenkaan oikeassa mittasuhteessa — oikeasti maapallo on paljon Aurinkoa pienempi (ja kauempana).

vuosi

 

Kuvasta näkyy, miten Maan pyörimisakseli osoittaa aina samaan suuntaan. Tästä syystä me täällä pohjoisessa saamme nauttia kesästä, kun Maan pohjoinen pallonpuolisko kurottaa kohti Aurinkoa niin paljon kuin tuo akselin kallistuma antaa myöten. Aurinko näyttää olevan taivaalla korkeammalla, päivät ovat pitempiä, ja näistä seikoista johtuen on myös lämpimämpää kuin talvisin. Samalla eteläinen pallonpuolisko on kääntyneenä poispäin Auringosta – päivät ovat lyhyempiä ja niin edelleen. Kun meillä on kesä, Australiassa on talvi. Ja kun me täällä toivomme kunnollista valkeaa joulua, aussit viettävät joulunsa uikkareissa helteisellä rannalla.

Tasaus- ja seisauspäiville sattuvat tietyt tärkeät kellonlyömät. Kun pohjoinen pallonpuolisko on kääntyneenä äärimmilleen kohti Aurinkoa,  päivätähtemme saavuttaa taivaalla ehdottoman lakipisteensä. Tämä tapahtui tänä vuonna 21.6. kello 13.51 Suomen aikaa, mutta se voisi tapahtua myös kun Suomessa on yö – Aurinko voi yhtä hyvin mollottaa vaikkapa Alaskan taivaalla. Ja tämä hetki on nyt se paljon puhuttu kesäpäivänseisaus.

Valon lisääntyminen ikään kuin seisahtaa. Aurinko porottaa suoraan leveyspiirille 23,4 astetta pohjoista leveyttä. Tätä kutsutaan Kravun kääntöpiiriksi. Seuraavana päivänä Maa on jo liikkunut radallaan eteenpäin, ja Aurinko ei enää kohoa meistä katsottuna taivaalla niin korkealle.

Auringosta poispäin kääntyneellä eteläisellä pallonpuoliskolla tilanne on käänteinen. Siellä Aurinko on näkynyt kaikkein matalimmillaan taivasta Suomen aikaa 21.6. kello 13.51, mutta tämän jälkeen päivät alkavat taas pidetä. Aurinko valaisee ja lämmittää Australiassa päivä päivältä enemmän.

Maapallo liikkuu radallaan nyt kohti syyspäiväntasausta. (Etelässä ollaan menossa kevättä kohti, joten he kutsuvat tätä kevätpäiväntasaukseksi.) Se sattuu tänä vuonna Suomen aikaa 23.9. klo 5.29. Maapallon akseli on silloin kohtisuorassa Aurinkoa vastaan (vilkaiskaa taas ylintä kuvaa). Aurinko porottaa tismalleen päiväntasaajan yläpuolella. Päivä ja yö ovat sekä pohjoisessa että etelässä kutakuinkin yhtä pitkät, 12 tuntia. Valon määrän voi ajatella tasaantuvan.

Valon määrä kasvaa ja vähenee

Päivät eivät pitene tai lyhene tasaista tahtia. Heti talvi- ja kesäpäivänseisauksen jälkeen valon määrä ei muutu kovinkaan vauhdikkaasti. Päivä pitenee talvisin ja lyhenee kesäisin vajaat 10 minuuttia viikon aikana. Kevätpäiväntasauksen aikoihin päivä kuitenkin pitenee (ja syksyllä lyhenee) noin kuudella minuutilla joka päivä – Helsingin korkeudella. Pohjoisempana muutos on vieläkin nopeampaa.

Syy päivän pituuden epätasaiselle muutokselle löytyy, kun tarkastellaan, millaisella nopeudella Aurinko liikkuu vuoden aikana eri leveyspiirien yli. Alla olevan kuvan mustat pisteet osoittavat, millä leveyspiirillä Aurinko on korkeimmillaan zeniitissä eli aivan pään yläpuolella. Mustat pisteet on piirretty kuvaan viikon välein. Kuvan vasemmassa laidassa näkyy etäisyys päiväntasaajasta asteina — etäisyys päiväntasaajalta navoille olisi 90 astetta. Pohjoisia leveyksiä merkitään kuvassa positiivisina ja eteläisiä negatiivisina.

Katsotaan tammikuuta: Aurinko porottaa suunnilleen Kauriin kääntöpiirin yläpuolella ja liikkuu kohti päiväntasaajaa hyvin hitaasti. Auringon korkeus keskipäivän taivaalla kasvaa vain noin asteen verran neljässä viikossa. Valon määrä ei juuri muutu.

Helmikuussa Auringon vauhti nopeutuu ja maaliskuussa (kevätpäiväntasauksen hetkellä) se ylittää päiväntasaajan. Meillä pohjoisessa tämä näkyy siten, että Aurinko kiipeää helmi-maalis-huhtikuussa joka päivä taivaalla korkeammalle — noin kolme astetta viikossa! — ja valon määrä tuntuu lisääntyvän huimalla vauhdilla. Oikeastihan Aurinko ei tietysti mihinkään kiipeile, vaan pohjoinen pallonpuolisko kääntyy kohti Aurinkoa.

Miten Maan radan soikeus vaikuttaa asiaan? Ei paljoakaan. Seisauspäivät ovat hyvin lähellä niitä päiviä, joina Maa on radallaan ääripisteissä — lähimpänä ja kauimpana. Keplerin laki sanoo, että planeetta liikkuu radallaan sitä vauhdikkaammin, mitä lähempänä tähteä se on. Pohjoisen kesän aikaan Maa on kauimpana Auringosta, sen rataliike on hitaimmillaan ja nopeutta on mittarissa 29,3 kilometriä sekunnissa. Sydäntalvella liike on vikkelintä, ja Maa kiertää Aurinkoa 30,3 kilometrin sekuntinopeudella. Syys- ja kevätpäiväntasausten aikaan Maa liikkuu radallaan suunnilleen yhtä vauhdikkaasti suunnasta riippumatta, joten valoisan ajan muutokseen radan soikeus ei juuri vaikuta.

(Jos ottaisimme Auringon paikasta taivaalla valokuvan joka päivä samaan aikaan, taivaalle piirtyisi vuoden aikana kahdeksikkoa muistuttava kuvio, analemma. Sen muotoon vaikuttavat sekä akselin kallistuminen että ratamme soikeus. Analemman veikeydestä on olemassa mainio blogaus (englanniksi) Starts With a BANG! -blogissa jota kirjoittaa astrofyysikko Ethan Siegel. Siellä selviää mm. miksi Marsissa analemman muoto ei ole kahdeksikko vaan pisara, ja miten oman analemmamme muoto tulee muuttumaan tulevien tuhansien vuosien aikana.)

9 kommenttia “Pallot pyörivät, valo elää”

  1. Veikko Peltola sanoo:

    Hienosti selostettu, Anne. Kiitos siitä. Taisi tekstiin lipsahtaa kuitenkin yksi ajatusvirhe, kun kirjoitit ”leveyspiirille 23,4 astetta pohjoista pituutta”.

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Kas! Näinpä oli päässyt käymään. Pitkään meni ennen kuin joku huomasi 🙂 Tuo on nyt korjattu, kiitos!

  2. Rami Vainio sanoo:

    Lause ”Kuvan vasemmassa laidassa näkyy etäisyys päiväntasaajasta asteina — etäisyys navoille olisi 90 astetta.” on myös ilmeisesti jäänyt kesken? Kyseessä on siis leveyspiiri mitattuna siten, että pohjoiset leveydet ovat positiivisia ja eteläiset negativiisia, joten etäisyys etelänavalta olisi ”90 astetta + leveyspiiri” ja etäisyys pohjoisnavalta olisi ”90 astetta – leveyspiiri”.

  3. Rami Vainio sanoo:

    Mutta kovasti siis kiitän tästä selkokielisestä selityksestä, joka helpottaa meidän kaikkien asiaa selostavien työtä. 🙂

  4. markus.j.seppanen sanoo:

    Eikös aika kevätpäivän tasauksesta SP-tasaukseen pitäisi olla selvästi pidempi kuin SPTasauksesta KPTsauaksseen?

  5. Anne Liljestrom sanoo:

    Rami: Etäisyys päiväntasaajasta navoille on 90 astetta, muilta leveysasteilta asia menee juuri noin kuin kirjoitat. On totta, etten kirjoittanut auki sitä, että pohjoiset leveydet ovat positiivisia ja eteläiset negativiisia. Mutta ehkä tuon voisi selvyyden vuoksi lisätä tekstiin. Kiitos huomiosta!

  6. H.Salo sanoo:

    Jännää, että pojat antavat kommenttteja virheistä naispuoliselle kirjoittajalle. Mulle kyllä selvisi asiat erittäin hyvin Anne Lileströmin esittäminä.

  7. Jaska sanoo:

    Kelpaa taas viettää fyysikkona Aurinkoista syntymäpäivää ”täällä Pohjantähden alla.” Kiitos hyvästä selityksestä kuvineen.

  8. Kimmo sanoo:

    Hyvä selvitys ja kelpo huumorilla höystettynä 👍🏻

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *