Ammalle ja Baballe, te olette minulle kaikki kaikessa. - MA Grantille, joka on kaikesta avaruuteen liittyvästä yhtä kiinnostunut kuin minäkin. - JMG
SAINNOUSU K AN AURINGON MALL A SE SA UU AVAR VÄLISELL Ä OT TI N 09. KUVA VUONNA 20 LLYT NE EN SK YÖ T ASEM ALL A T TI. ASTRONAU
Copyright © 2020 National Geographic Partners, LLC Published by National Geographic Partners, LLC. All rights reserved. Reproduction of the whole or any part of the contents without written permission from the publisher is prohibited. NATIONAL GEOGRAPHIC and Yellow Border Design are trademarks of the National Geographic Society, used under license. Suomentanut Jarkko Iisakka Suomenkielinen laitos © Tammi 2023 Tammi on osa Werner Söderström Osakeyhtiötä ISBN 978-952-04-4755-7 Painettu EU:ssa Kiitokset: Haluan kiittää Albertan yliopiston fysiikan emeritusprofessoria ja Kanadan kuninkaallisen tähtitieteellisen seuran entistä puheenjohtajaa (1994–96) Douglas Hubea, Albertan yliopiston fysiikan professoria Ian R. Mannia ja Illinoisin yliopiston tähtitieteen emeritusprofessoria James Kaleria, jotka ystävällisesti auttoivat minua laajalla tähtitieteen tuntemuksellaan. Grant Wiensille olen vilpittömän kiitollinen siitä, että hän huolehti hyväntuulisesti lukuisista arkiaskareista silloin, kun minä olin uppoutunut tähän kiehtovaan projektiin. Kiitokset myös Leah Jennessille ja muille Girl Friday Productionsin ja National Geographic Kidsin ammattilaisille: kansanne oli suuri ilo työskennellä. - JMG
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 4
23.3.2023 12.42
AVARUUS Todelliset taitajat
nazza Alam Joan Marie Galat • Mu kka Suomentanut Jarkko Iisa
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 5
23.3.2023 12.42
SISÄLLYSLUETTELO ESIPUHE National Geographicin opas Munazza Alam..........................................9
LUKU 2
uolen 48 me tuolla p m ta n u k o k n Auri
LUKU 1
äin 10 Katse ylösp Tutkijan johdanto........................................12 Mistä avaruus alkaa?................................14 Etäisyydet avaruudessa...........................15 Kaikki liikkuu: painovoiman vaikutus ...............................16 Liike avaruudessa .....................................18 Mikä täällä pyörii?......................................19 Paikkamme avaruudessa .......................20 Kuun yli ja kauemmas..............................22 Alkuaineet.....................................................25 Auringonpalvojia ja kaasujättiläisiä........26 Kääpiöplaneettoja ja muita kohteita .........................................................38 Komeettoja ja meteoroideja....................42 Taivaanvahti: Etsi meteori!......................44 Avaruuslabra: Painovoimapelejä...........46
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 6
Tutkijan johdanto........................................50 Tähtiä työn alla............................................52 Pääsarjan tähdet........................................52 Jättiläistähdet..............................................53 Kääpiötähdet................................................54 Kun tähti luhistuu.......................................55 Näkymättömät tähdet...............................56 Tänään kirkas, huomenna himmeä.........57 Valoisalla puolella......................................58 Näenkö kahtena?........................................59 Kuumat jupiterit..........................................60 Biljoonaa Aurinkoa kirkkaampi..............62 Valoa kaasusta............................................62 Neutronitähdet ...........................................65 Taivaanvahti: Etsi nämä kirkkaat tähdet!......................66 Avaruuslabra: Askartele mustan aukon malli...............68
23.3.2023 12.42
LUKU 4
utemme 94 ilmankaikke Meidän maa
LUKU 3
uteen 70 Matka avaru Tutkijan johdanto........................................72 Miksi avaruutta tutkitaan?.......................74 Tutkimusta Maan kamaralla...................74 Tutkimusta avaruudessa.........................76 Kansainvälinen avaruusasema.............83 Varhaisia avaruusasemia........................84 Roskaa avaruudessa.................................85 Paikoillanne, valmiit, nyt – avaruuteen!..................................................86 Avaruusteknologian sivutuotteita.........87 Puku päällä avaruuteen...........................87 Päivä ISS:llä..................................................88 Miten pääsee astronautiksi?...................89 Taivaanvahti: Etsi satelliitti tai avaruusromua!............90 Avaruuslabra: Rakenna raketti!.............92
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 7
Tutkijan johdanto .......................................96 Alkuräjähdys................................................98 Joukoittain galakseja................................98 Pimeä aine ja pimeä energia..................99 Hei siellä kaukana....................................100 Olemmeko yksin?.....................................101 Valot pois!...................................................102 Töitä avaruudessa....................................103 Kolme tapaa katsoa yötaivasta............105 Taivaanvahti: Etsi galaksi paljain silmin!.....................106 Avaruuslabra: Taivuta valoa – reflektio ja refraktio käytännössä.......108 SANASTO ...................................................110 HAKEMISTO ...............................................111 KUVALÄHTEET .........................................115
23.3.2023 12.42
MUNAZZA ALAM
MUNAZZA TUTKII KUUMIA JUPITEREJA. NE OVAT VALTAVIA EKSOPLANEETTOJA ELI AURINKOKUNTAMME ULKOPUOLISIA PLANEETTOJA.
8
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 8
23.3.2023 12.42
H
ESIPUHE
ei, nimeni on Munazza Alam. Olen tähtitieteilijä. Rakastan tähtitiedettä, koska minusta on ihanaa katsella yötaivasta. Nähdessäni osan Linnunradan 300 miljardista tähdestä voin vain ihmetellä, mitä kaikkea muuta avaruudessa onkaan. Maailmankaikkeus ja meidän paikkamme siellä on kiinnostanut ihmisiä jo kauan. Tuhansien vuosien ajan kaikkialla maailmassa on kohotettu katse kohti taivasta ja pohdittu: ”Olemmeko yksin?” Yritän vastata tuohon kysymykseen tutkimalla eksoplaneettoja eli aurinkokunnan ulkopuolisia planeettoja. Tahdon tietää, millaisia ne ovat. Muistuttavatko ne maata? Muistuttavatko ne aurinkokuntamme muita planeettoja? Yksi tapa perehtyä eksoplaneettoihin on tutkia niiden kaasukehää. Kaasukehä kertoo meille planeettojen ilmastosta ja siitä, miten ne ovat syntyneet ja muuttuneet ajan kuluessa. Tutkin eksoplaneettojen kaasukehiä käyttämällä Hubble-avaruusteleskoopilta saatua dataa. Tarkkailen planeettoja niiden ylikulun aikana, eli silloin kun ne liikkuvat isäntätähtensä (kiertämänsä tähden) editse. Kun planeetta on tähtensä edessä, tiedämme sen olevan siellä, muttemme varsinaisesti näe sitä. Syynä on se, että tähti on niin paljon planeettaa kirkkaampi. Yhtä hyvin voisi katsella lampun lähellä lentävää tulikärpästä. Tulikärpäsen hehku erottuu pimeässä yössä, mutta sitä on todella vaikea nähdä kirkkaan hehkulampun vieressä. Samasta syystä emme voi erottaa tähtensä edessä liikkuvaa planeettaa, mutta huomaamme tähden kirkkauden himmenevän. Se johtuu siitä, että ylikulun aikana osa tähden valosta osuu planeettaan. Himmeneminen on sitä selvempää, mitä suurempi planeetta on kyseessä. Himmenemisen voi havaita valon erilaisina aallonpituuksina eli väreinä. Jos planeetalla on ilmakehä, himmeneminen on eri aallonpituuksilla voimakkaampaa tai heikompaa sen
AVARUUSTELESKOOPPI HUBBLE LAUKAISTI IN MA AN MATALALLE KIERTORADALLE JO VUONNA 1990, JA SITÄ KÄYTETÄÄN EDELLE EN TIETEELLISESSÄ TUTKIM UKSESSA.
mukaan, mistä aineista planeetan kaasukehä koostuu. Ylikulun aikana himmenemisen voimakkuutta mitataan tarkastelemalla valon eri värejä. Nuo värit kertovat myös sen, minkälainen kaasukehä planeetalla on. Tämän menetelmän avulla olemme pystyneet havaitsemaan pilviä ja utua eksoplaneetoilla, jotka sijaitsevat miljoonien kilometrien päässä – mutta silti on vaikka kuinka paljon sellaista, mitä emme vielä tiedä! Tapaat minut tässä kirjassa monta kertaa, kun tutkimme maailmankaikkeutta yhdessä!
9
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 9
23.3.2023 12.42
ISTAVAT REVONTULET LO TIEN OT FO LO NORJAN TAIVAALL A. TALVISELLA YÖ
10
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 10
23.3.2023 12.42
LUKU 1
KATSE YLÖSPÄIN
11
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 11
23.3.2023 12.42
JOHDANTO Miten minusta tuli tähtitieteilijä? Kotikaupunkini New York tunnetaan ”kaupunkina, joka ei koskaan nuku”. Siellä kaupungin valot loistavat öisin kirkkaammin kuin tähdet. Varttuessani totuin siis katselemaan taivasta, jolla saattoi erottaa vain kourallisen tähtiä kerrallaan – jos oli onnea!
Rakkauteni tähtitiedettä kohtaan sai alkunsa yliopistossa. Opinahjoni oli New Yorkin Hunter College, missä opiskelin fysiikkaa. Fysiikassa tutkitaan ainetta ja energiaa sekä niiden vuorovaikutusta. Halusin opiskella yliopistossa nimenomaan fysiikkaa, koska minua oli aina kiinnostanut, miten kaikki toimii, ja nautin ongelmanratkaisusta. Opiskeluaikanani työskentelin Yhdysvaltojen luonnontieteellisen museon astrofysiikan osastolla. Tiedonkeruu työtäni varten on vienyt minut kiehtoville retkille eri observatorioihin esimerkiksi Yhdysvaltojen Arizonassa ja Havaijilla sekä Chilessä. Observatorioissa käytetään
MUNAZZA AL
AM
voimakkaita teleskooppeja, joiden avulla voidaan tarkkailla kaukaisia, himmeästi erottuvia kohteita. Jotkut noista teleskoopeista ovat koulubussin kokoisia! Teleskoopit keräävät valohiukkasia, joita kutsutaan fotoneiksi. Laitteita voi ajatella eräänlaisina ”valoämpäreinä”: mitä suurempi teleskooppi, sitä enemmän valoa siihen mahtuu. Jotta voisimme myös ymmärtää keräämäämme valoa, kiinnitämme teleskooppeihin laitteita, jotka kykenevät jakamaan valon eri väreihin. Ensikokemukseni tähtitaivaan tutkimisesta oli Kitt Peakin observatoriossa Arizonan Tucsonissa. Siellä sain esimakua siitä, mitä tähtitieteilijän työ on ja miltä se tuntuu. Jäin koukkuun saman tien! Se oli ensimmäinen kerta, kun kävin autiomaassa, ensimmäinen kerta, kun nousin vuorelle, ja ensimmäinen kerta, kun näin aidosti pimeän yötaivaan. Sadattuhannet tähdet olivat henkeäsalpaava näky. Linnunradan näkeminen ensimmäistä kertaa muistutti minua siitä, miten valtava ja salaperäinen maailmankaikkeus on. Halusin päästä mukaan selvittämään sen salaisuuksia.
12
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 12
23.3.2023 12.42
HALLEYN KOMEETTA HALLEYN KOMEETTA KUULUU TAIVAANKAPPALEISIIN, JOTKA VOI EROTTAA PALJAIN SILMIN. KUVASSA SE LOISTAA SUPERSTITION-VUORTEN YLLÄ YHDYSVALTOJEN ARIZONASSA EDELLISEN VIERAILUNSA AIKANA VUONNA 1986.
TÄHTITIETEILIJ
KÄYTTÄVÄT OBSERVAT ÄT ORIOIHIN SIJOITETTUJA VALTAV IA
TELESKOOPPEJA AVAR
UUDEN KOHTEIDEN TARKASTELEMISEEN.
KITT PEAKIN OBSERVATORIOSSA YHDYSVALTOJEN ARIZONASSA ON KOLME MERKITTÄVÄÄ YÖTAIVAAN TARKKAILUUN SUUNNITELTUA TELESKOOPPIA SEKÄ KAKSI RADIOTELESKOOPPIA JA 22 OPTISTA TELESKOOPPIA.
13
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 13
23.3.2023 12.43
MAAILMANKAIKKEUS ON KAIKKI SE,
MITÄ ON OLEMASSA. SIIHEN KUULUVAT TÄHDET, PLANEETAT, GALAKSIT JA AINE KAIKISSA MUODOISSAAN – JOPA NIISSÄ, JOITA EMME VOI NÄHDÄ – SEKÄ AIKA JA ENERGIA.
MISTÄ AVARUUS ALKAA? Kirkkaana yönä kohotat katseesi yläilmoihin. Loputtomalla mustalla taivaalla loistavat kaukaiset tähdet kertovat, miten valtava maailmankaikkeus on. Jotakin tuikkivaa kiitää taivaan poikki. Se on satelliitti, muistutus siitä, että ihminen käyttää koneita ja teknologiaa avaruuden tutkimiseen. On niin paljon sellaista, mikä on Maa-planeetan ulkopuolella. Pimeästä, syrjäisestä paikasta voi nähdä tähtiä, planeettoja ja Linnunrata-galaksimme kaartuvan spiraalihaaran. Galaksissa on miljardeja tähtiä sekä kohteita, jotka voi erottaa myös ilman teleskooppia, muun muassa meteoreja, tähtijoukkoja ja hämäriä kaasu- ja tomupilviä. Ei voi kuin ihmetellä, mitä muuta
LINNUNRATA ON SAANUT NIMENSÄ VALKOISESTA, MAITOM AISESTA HOHTEESTAAN. SE EROTTUU HYVIN TÄSSÄ KUVASSA, JOK A ON OTETTU YHDYSVALLOISSA, KALIFORNIAN SAN DIEGON PIIRIKUNNASSA.
EKSOSFÄÄRI
KÁRMÁNIN RAJA
MESOSFÄÄRI
TROPOSFÄÄRI
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 14
TERMOPAUSSI
TERMOSFÄÄRI
STRATOSFÄÄRI
14
tuolla ylhäällä on. Mistä avaruus alkaa, ja kuinka kauas sinne voi nähdä? Useimpien tieteilijöiden mielestä avaruus alkaa siitä, mihin Maan ilmakehä loppuu, mutta missä kohtaa se sitten on? Ilmakehä muodostuu erilaisista planeettaa ympäröivistä kaasukerroksista, joissa on enimmäkseen typpeä ja happea sekä pienempiä määriä muita kaasuja. Niiden muodostama vaippa mahdollistaa elämän planeetalla, sillä ilmakehä estää tarvitsemaamme happea ja lämpöä karkaamasta avaruuteen. Ilmakehän ja avaruuden välissä ei ole selvää rajaa, koska viimeinen kerros ei lopu kuin veitsellä leikaten. Sen sijaan ilmakehä ohenee jatkuessaan ylöspäin. Olosuhteet alkavat muuttua sadan kilometrin korkeudessa. Siellä ilmakehässä ei enää ole kylliksi ilmaa kannattelemaan lentokoneita. Tuo merenpinnasta mitattu taso on avaruuden alku. Sitä kutsutaan Kármánin rajaksi. Se on saanut nimensä vuosina 1881–1963 eläneeltä unkarilais-yhdysvaltalaiselta ilmailuinsinööriltä, Theodore von Kármánilta. Hän laski, että kappaleet liikkuvat eri tavoin sadan kilometrin ylä- ja alapuolella, koska ilman määrä muuttuu sillä korkeudella. Lentokoneet tarvitsevat ilmaa pysyäkseen lennossa, joten niiden on pysyteltävä Kármánin rajan alapuolella. Rajan yläpuolella lentämiseen tarvitaan raketti. Kármánin rajan yläpuolella alkaa uusi
OTSONIKERROS MAAN ILMAKEHÄ OHENEE SITÄ MUKAA, MITÄ KAUEMMAKSI MAANPINNASTA NOUSTAAN. AVARUUS ALKAA KÁRMÁNIN RAJALTA.
23.3.2023 12.43
maailma: avaruus. Siellä sijaitsevat Kuu ja ETÄISYYDET AVARUUDESSA Aurinko sekä kaikki aurinkokuntamme plaOlipa sitten päivä tai yö, taivaalle katsominen neetat ja kuut. Avaruudessa on tähtijärjesteltarkoittaa aina myös avaruuteen katsomista. miä, joilla on omat planeettansa ja kuunsa, Lähimmät öisin erottuvat avaruuden ilmiöt sekä komeettoja, meteoreja ja asteroideja. ovat revontulia. Niiden väreilevä valo hohtaa Siellä on kaasuja, tomuhiukkasia ja erilaisten 97–1 000 kilometrin korkeudella. Lähin taitaivaankappaleiden täyttämiä galakseja. vaankappale on Kuu, muttei sekään aivan Valtava maailmankaikkeutemme kätkee lähellä ole. Meidän ja Kuun väliin sisäänsä myös mustia aukkoja, kvamahtuisi 30 maapalloa. Keskisaareja, pulsareja, pimeää ainetta määrin Kuu on 384 400 kiloja pimeää energiaa. Maan ulkometrin päässä Maasta. Lähin puolisessa avaruudessa on planeetta on Venus, jonka jopa ihmisen tekemiä esineitä! etäisyys Maasta on keskiTutkijat ovat lähettäneet sinne määrin 40 miljoonaa robotteja ja avaruusaluksia, kilometriä. esimerkiksi Mars-mönkijöitä Maata lähimpänä sijaitsesekä Plutoa tutkivan luotaimen van tähden vaikutus tuntuu (ks. Tutkimusta avaruudessa, s. AAVEMAISEN VIHREINÄ täällä joka päivä. Tuo tähti on HOHTAVIA REVONTULIA 76). Ylhäällä taivaalla maata kiertää NORJAN VUONOJEN YLLÄ. meidän Aurinkomme 150 milsatelliitteja, teleskooppeja ja avajoonan kilometrin päässä. Päiviruusasemia. Kaikkein jännittävintä sin Auringon säteilemä valo ja lämpöenergia on, että vuoden 2000 marraskuusta alkaen avakulkevat ulkoavaruuden läpi maahan antaen ruudessa on ollut ihmisiä koko ajan! Aivan niin: valoa silmillemme ja lämpöä ihollemme. Aurinkomennustaan suorittavat astronautit voivat gonvalo ei kuitenkaan ilmesty kuin valokatkaiviipyä Kansainvälisellä avaruusasemalla noin sinta painamalla: valon matka Auringosta kuusi kuukautta kerrallaan. Siitä lisää Maahan kestää vähän yli kahdeksan minuuttia. myöhemmin! (ks. s. 83)
TYHJÄÄ TILAA AVARUUDESSA Vaikka avaruudella tarkoitetaan Maan ilmakehän ulkopuolista aluetta, sana ”avaruus” tarkoittaa myös avaraa tilaa. Ulkoavaruudessa tilaa nimittäin riittää! Suurin osa avaruudesta on tyhjää. Se onkin tyhjiö: kylmä ja tyhjä tila, jossa ei ole mitään. Maan ilmakehässä valo siroaa, minkä vuoksi taivas on päivällä sininen, ja auringonnousun ja -laskun aikaan hieman oranssi tai vaaleanpunainen. Avaruudessa sen sijaan ei ole ilmaa, joka taittaisi valoa. Siellä taivas on aina musta. Ääniaallot puolestaan tarvitsevat ilmaa liikkuakseen, joten ilman puuttuessa avaruus on myös hiljainen. Jos voisit mennä avaruuteen laulamaan ”Tuiki, tuiki tähtönen”, kukaan ei voisi kuulla sitä, vaikka laulaisit niin kovaa, kuin suinkin jaksat.
AVARUUDESSA TAIVAS ON AN AINA MUSTA. TÄM ÄN KUV SAINON OTTANUT ERÄS KAN N VÄLISEN AVARUUSASEMA ASTRONAUTEISTA. SIINÄ U KIERTORADALTA IHAILT TUU JAS HEI U OUS ONN AURING MAAPALLON KAARESTA.
15
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 15
23.3.2023 12.43
KAIKKI LIIKKUU: Kun matkataan aurinkokunnan ulkopuolelle, PAINOVOIMAN VAIKUTUS on hankalaa puhua etäisyyksistä kilometreissä. Luvut kasvavat niin suuriksi. Tutkijat Kiitos siitä, että olemme tälläkin hetkellä Maan ratkaisivat ongelman mittaamalla avaruuden kamaralla, kuuluu painovoimalle eli gravitaaetäisyyksiä valovuosissa. Yksi valovuosi on tiolle. Juuri sen vaikutus estää meitä leijailematka, jonka valo kulkee vuodessa. Se on yhtä masta taivaalle. Painovoima myös mahdolpitkä kuin 9,46 biljoonaa kilometriä. Kun siis listaa elämän maapallolla, sillä se on kuin katselet 200 valovuoden päässä loistavaa näkymätön liima, joka pitää ilmakehän tähteä, näkemäsi valo on lähtenyt kiinni planeetassa. Ilman sitä jopa matkaan 200 vuotta hengittämämme happi karkaisi aikaisemmin. avaruuteen! Meidän aurinkoamme Painovoima toimii samallähimpänä sijaitsevat tähla tavalla kaikkialla maaildet kuuluvat Alfa mankaikkeudessa. JokaiCentaurin järjestelmään. sella kappaleella on oma Nuo kolme tähteä ovat painovoimansa, joka vetää keskimäärin 4,3 valovuomuita kappaleita kohti sen ALFA CENTAURI A (VASEMden päässä maasta. Vaikka A) EALL keskusta. Painovoima on MALL A) JA B (OIK matka on niin pitkä, tähtien MUODOSTAVAT MAATA tärkein voima, joka määritvoi nähdä loistavan yötaiLÄHIMPÄNÄ SIJAITSEVAN tää kappaleiden liikettä avaTÄHTIJÄRJESTELMÄN. vaalla – ja katse kantaa kauemruudessa. Sen vaikutuksesta maskin. Paljain silmin erottuvista kappaleet voivat liikkua eri suuntiin kohteista etäisin on Andromedan galaksi tai jopa törmätä toisiinsa. (M31) 2,5 miljoonan valovuoden päässä. Painovoiman suuruuteen vaikuttaa kaksi Silmäsi voivat siis nähdä 2,5 miljoonan vuoden tekijää. Ensimmäinen on etäisyys. Kun kappapäähän menneisyyteen. Teleskooppeja käyttäleet ovat lähellä toisiaan, painovoima on suuvät tähtitieteilijät puolestaan voivat tarkastella rimmillaan. Kun ne ovat kaukana toisistaan, maailmankaikkeuden menneisyyttä 13,8 milvetovoima on heikompi. Voiman suuruus riipjardin valovuoden päähän joka suuntaan. Vaan puu myös massasta eli kappaleen muodostamiksei kauemmaksi? Maailmankaikkeuden van aineen todellisesta määrästä. Valtavilla iäksi on arvioitu noin 13,8 miljardia vuotta.
NÄKYMÄTTÖMIÄ VOIMIA Painovoima liikuttaa kaikkia kappaleita samalla nopeudella niiden koosta riippumatta. Maassa ilma kuitenkin synnyttää vastuksen, jonka vaikutuksesta kappaleiden nopeus ei ole sama. Voit itse tuntea ilmanvastuksen, kun poljet pyörällä kovaa vauhtia. Jos nojaat eteenpäin, ilmanvastus vähenee. Voit myös nähdä, miten ilma vaikuttaa painovoimaan, kun pudotat höyhenen ja tennispallon yhtä aikaa. Tyhjiössä kumpikin niistä myös laskeutuisi maahan samanaikaisesti, mutta maapallolla ilma hidastaa höyhenen putoamista.
ILMANVASTUKSEN NÄKYMÄTÖN VOIM A TUNTUU PYÖR ÄILLESSÄ.
16
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 16
23.3.2023 12.43
PAINOVOIMA PUNTARISSA! Massalla tarkoitetaan kappaleella olevan aineen määrää. Painolla taas kuvataan painovoiman suuruutta, siis sitä, kuinka kevyt tai raskas kappale on jossakin tietyssä paikassa. Tässä taulukossa kerrotaan, paljonko sama kappale painaisi Kuussa, Marsissa, Maassa ja Jupiterissa.
MAA
KUU JUPITER
MARS KAKSI TODELLISET TAITAJAT -KIRJAA
0,1 kg
0,3 kg
1 kg
2,4 kg
1,5 kg
3,4 kg
9,1 kg
22,9 kg
376 kg
855 kg
2 268 kg
5 733 kg
ISO VESIMELONI
AFRIKANNORSU
taivaankappaleilla, kuten Auringolla, on enemmän painovoimaa kuin pienemmillä, kuten Kuulla. Maapallon valtamerien vuorovesi-ilmiö on sekin painovoiman aikaansaannosta. Vuorovesien vaihtelu johtuu enimmäkseen Kuun painovoimasta, mutta myös valtavalla Auringollamme on merkitystä, vaikka se on paljon Kuuta kauempana. Auringon suuri painovoima saa planeetat liikkumaan sen kiertoradalla eli säännöllisellä reitillä, jolla yksi kappale kiertää toisen ympäri. Ilmiö muistuttaa salkopalloa, jossa narun päähän sidottu pallo kieppuu tolpan ympärillä. Kuvitellaan, että tolpan kärki on Aurinko, pallo on Maa, ja naru on painovoiman vaikutus. Sivusuuntainen liike saa pallon pysymään tolpan kiertoradalla. Maan kamaralla ilmanvastus, eli köyden synnyttämä kitka, hidastaa
palloa sen kiertäessä tolppaa. Vähän ajan kuluttua pallo osuu tolppaan ja pysähtyy. Planeetat eivät kuitenkaan joudu vedetyksi Aurinkoon, sillä niiden vauhti on siihen liian kova. Kitkakaan ei planeettoja hidasta, joten ne jatkavat pyörimistään osumatta koskaan Aurinkoon. Painovoimaa mitataan kertomalla, paljonko jokin painaa. Vaikka massa ei koskaan muutu, paino voi muuttua. Paino nimittäin riippuu painovoiman suuruudesta, eikä se ole sama kaikkialla avaruudessa. Jos voisit seisoa Kuun pinnalla, massasi olisi sama kuin Maassakin, mutta painaisit vähemmän, koska Kuun painovoima on heikompi. Jos ihminen painaa Maassa 45 kiloa, Kuussa hänen painonsa on vain kahdeksan kiloa.
17
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 17
23.3.2023 12.43
LIIKE AVARUUDESSA
laan oleva kappale ei ala liikkua itsestään, ja liikkuessaan se etenee suorassa linjassa samalla Avaruudessa kaikki on liikkeessä, myös sinä! nopeudella siihen asti, kunnes jokin voima saa Maa kiertää akselinsa ympäri, ja samalla tavalla sen pysähtymään tai muuttamaan suuntaa. Se pyörivät kaikki muutkin kappaleet avaruudessa. on monimutkainen tapa sanoa, että kappale jatYksi maapallon pyörähdys kestää 24 tuntia, ja kaa samaa liikettä, kunnes jokin muuttaa tilannäin muodostuu yksi Maan vuorokausi. teen. Muutosta vastustavaan liikkuvaan Päiväntasaajalta mitattuna maapallon pyörikappaleeseen vaikuttaa hitaudeksi kutsuttu misnopeus on noin 1 600 kilometriä tunnissa. fysiikan ilmiö. Voit tuntea sen istuessasi Vaikka vauhti on hurja, sitä ei huomaa, autossa, joka tekee jyrkän mutkan. koska myös me itse liikumme avaKehosi haluaisi jatkaa samaan ruuden halki samalla nopeudella. suuntaan – suoraan – ja siksi tunPlaneetoilla, tähdillä ja suunet nykäisyn. Kaukana taivaanrimmalla osalla muista taikappaleiden painovoimasta vaankappaleista on niilläkin lentävä avaruusalus jatkaa omat kiertoratansa. Kuut kiermatkaansa tyhjiössä samaan tävät planeettoja, ja planeetat suuntaan ja samalla nopeukiertävät tähtiä. Meidän aurindella, kunnes jokin voima – kuten kokuntamme planeetat kiertävät IIKETOISTA L rakettimoottori – saa sen pysähtyW TONIN Ä E Ä N TT Aurinkoa, joka puolestaan seuraa OI SELI L AKIA V A. mään tai vaihtamaan suuntaa. L L U V A LO N omaa reittiään Linnunradan kesPESÄPAL Newtonin toinen laki kertoo, että kustan ympäri. Yksi tuollainen mitä kovemmin kappaletta työntää, sitä kauemkierros vie aurinkokunnaltamme mas ja nopeammin se liikkuu. Kuvittele olevasi 230 miljoonaa vuotta. lyöjänä pesäpallopelissä. Ensimmäisellä syöTutkijat ovat arvioineet, että Linnunradalla on töllä näpäytät palloa, ja sen lento jää lyhyeksi. yli 250 miljardia tähteä. (Tähtien laskeminen on Seuraavalla kerralla lyöt lujaa, ja pallo sinkoutuu vaikeaa! Tähtitieteilijöiden on tutkittava yksi otos kauas. Kunnari on lähellä, mutta jos pallo kimgalaksista ja tehtävä arvio sen pohjalta.) Nuokin poaa kopparin räpylästä, osuma saa sen vaihtatähdet liikkuvat. Ne kiertävät Linnunradan kesmaan suuntaa. Kuvittelepa sitten, että löisitkin kustaa kuin valtavan suuri vesipyörre. Jotkin pallon avaruuteen, kauas kaikesta painovoigalakseista muodostavat yhdessä galaksijoukmasta. Vauhdin kiihdyttyä pallo jatkaisi matkaa koja, jotka nekin liikkuvat, sillä joukko kiertää muuttumattomalla nopeudella. Se pysähtyisi oman keskipisteensä ympäri. Samalla galaksit vasta sitten, kun se osuisi toiseen kappaleeseen myös loittonevat toisistaan maailmankaikkeutai kohtaisi jonkin toisen voiman. den laajentuessa (ks. Alkuräjähdys, s. 98). Newtonin kolmas laki määrää, että kun kapTaivaankappaleilla on meno päällä! paletta työnnetään, se työntää takaisin vastakkaiseen suuntaan yhtä suurella voimalla. Jos KUINKA KAPPALEET LIIKKUVAT siis makaat vatsallasi maassa ja työnnät sitä, AVARUUDESSA mitä tapahtuu? Työntäessäsi Maata se työntää Englantilainen fyysikko ja matemaatikko takaisin. Koska Maa on paljon sinua suurempi, Sir Isaac Newton (1643–1727) keksi kolme sinä liikut, ja lopputuloksena on punnerrus. liikettä kuvaavaa lakia. Hän oli ensimmäinen, Voimia on siis aina kaksi: voima ja vastavoima. joka onnistui selittämään, kuinka kappaleet Jos avaruusaluksen sisällä leijaileva astronautti liikkuvat avaruudessa. heittää jonkin esineen, hän liikkuu itse vastakNewtonin ensimmäisen lain mukaan paikalkaiseen suuntaan. 18
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 18
23.3.2023 12.43
MIKÄ TÄÄLLÄ PYÖRII? Rataa kiertäviä kappaleita kutsutaan satelliiteiksi. Jotkut niistä ovat luonnollisia kiertolaisia, kuten kuut. On myös olemassa keinotekoisia satelliitteja. Ne ovat koneita, joita ihmiset ovat lähettäneet avaruuteen keräämään ja välittämään tietoa. Keinotekoiset satelliitit kiertävät Maata, ja niitä voidaan lähettää myös toisten planeettojen kiertoradalle. Kiertoradat eivät ole täydellisiä ympyröitä, vaan ellipsejä: hieman litistyneitä ympyröitä eli soikioita. Planeettojen kiertoradat ovat lähes ympyrämäisiä, mutta komeettojen kiertoradat ovat enemmän munan muotoisia. Mitä soikeampi
kappaleen kiertorata on, sitä vähemmän se muistuttaa ympyrää, ja tällöin kiertorataa kutsutaan eksentriseksi. Useimmissa aurinkokunnissa useimmat kappaleet sijoittuvat ratatasolle. Se on lautasmaisen litteä alue, joka leikkaa esimerkiksi meidän Aurinkomme läpi ja ulottuu aurinkokunnan reunalle asti. Planeetat eivät törmää toisiinsa, koska ne sijaitsevat samalla tasolla tai sen lähellä. Jotkin komeetat kuitenkin liikkuvat ratatason ulkopuolella tai siihen nähden viistosti. Tämä on yksi syy siihen, miksi komeetat saattavat joskus harvoin osua planeettoihin.
NEPTUNUS: 5,4 km/s
JUPITER: 13 km/s
URANUS: 6,8 km/s
SATURNUS: 9,7 km/s
MARS: 24,1 km/s MERKURIUS: 47,3 km/s MAA: 29,8 km/s
VENUS: 35 km/s
RATANOPEUS TARKOITTAA PLANEETAN KESKIMÄÄRÄISTÄ NOPEUTTA SEN KIERTÄESSÄ AURINKOA. 19
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 19
23.3.2023 12.43
PAIKKAMME AVARUUDESSA Salaisuuksien verhoama jättimäinen universumimme ulottuu paljon kauemmas kuin silmämme kantavat. Tutkimusmatka Maasta kauas maailmankaikkeuteen paljastaa hämmästyttävää tietoa paikastamme avaruudessa. Joka vuosi tähtitieteilijät tekevät uusia, jännittäviä löytöjä, mutta jokainen löytö herättää aina uusia kysymyksiä.
MAA-PLANEETTA Maa-planeetta on erikoinen paikka. Sillä on ilmakehä ja nestemäistä vettä, eikä mistään muualta maailmankaikkeudesta ole löydetty elämää. Maa on maankaltainen planeetta eli kovapintainen kiviplaneetta. Kuten muillakin kiviplaneetoilla, Maalla on kuori, vaippa ja ydin, ja sen pinnalla on muun muassa vuoria, laaksoja, tulivuoria ja kraattereita. Myös Merkurius, Venus ja Mars ovat kiviplaneettoja, mutta Maa on niitä suurempi. Planeettamme pinnasta noin 71 prosenttia on veden peitossa.
AURINKOKUNTA Maan jättimäistä naapurustoa kutsutaan aurinkokunnaksi, joka on joukko avaruudessa leijailevia, Aurinkoa kiertäviä taivaankappaleita. Omilla kotikulmillamme on kahdeksan
planeettaa kuineen sekä kääpiöplaneettoja, asteroideja, komeettoja ja meteoroideja. Aurinkokunnassa on myös pieniä kivisiä kappaleita, joita kutsutaan asteroideiksi. Tähän mennessä asteroideja on löydetty 795 076. Useimmat niistä kiertävät Aurinkoa asteroidivyöhykkeellä, joka sijaitsee Marsin ja Jupiterin välissä. Aurinkokuntaan kuuluvat myös kääpiöplaneetat Pluto, Ceres, Eris, Haumea ja Makemake. Ceres sijaitsee asteroidivyöhykkeellä, kun taas Pluto, Eris, Haumea ja Makemake kiertävät Neptunuksen tuolla puolen Kuiperin vyöhykkeellä, valtavalla alueella, jolla liikkuu komeettoja ja muita taivaankappaleita. Aurinkokuntamme ulottuu noin 15 miljardin kilometrin päähän Auringosta ja viilettää Linnunradan halki 828 800 kilometrin tuntivauhtia. Tutkijat arvelevat, että aurinkokunta muodostui 4,6 miljardia vuotta sitten jättimäisestä pölyja kaasupilvestä. Sakea pilvi luhistui litteäksi, kieppuvaksi kiekoksi, jollaista kutsutaan aurinkosumuksi. Luhistumisen saattoi aiheuttaa läheisen tähden supernovaräjähdyksen synnyttämä šokkiaalto. Ajan mittaan painovoima sai pölyn ja kaasun kertymään kiekon keskelle. Sen seurauksena käynnistyi ydinfuusioksi kutsuttu reaktio.
SSA MAA ON AURINKOKUNNA KA KOS EN, UIN AAT AINUTL TÄ TÄÄLLÄ ON NESTEM ÄIS LTÄ TÄÄ N VAI JA TÄ, VET . ON LÖYDET TY ELÄ MÄÄ
GALAKTINEN OSOITTEEMME: MAA, AURINKOKUNTA, LINNUNRATA (KUVASSA), PAIKALLINEN RYHMÄ, PAIKALLINEN SUPERJOUKKO, LANIAKEAN SUPERJOUKKO, MAAILMANKAIKKEUS.
20
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 20
23.3.2023 12.43
Kun vety yhtyi heliumiin, Aurinko sai alkunsa, ja 99 prosenttia pölystä ja kaasusta sulautui siihen. Painovoima kasasi jäljelle jäänyttä ainetta möykyiksi, joista syntyivät planeetat, kuut, asteroidit ja komeetat. Tähtitieteilijöiden mukaan aurinkokuntaa ympäröi vielä Oortin pilveksi kutsuttu vyöhyke, jossa saattaa olla yli biljoona jäistä kappaletta.
LINNUNRATA Linnunrata näyttää hohtavalta polulta yötaivaalla, mutta se on vain osa totuudesta. Itse asiassa galaksimme on kiekko, jolla on spiraalimaisesti ulospäin kaartuvat haarat. Linnunradan tähdet ovat levittäytyneet niin valtaisalle alueelle, että valolta kestää 100 000 vuotta matkustaa sen halki. Meidän aurinkokuntamme sijaitsee Orionin haaran sisäsyrjällä, noin puolivälissä matkalla kohti galaksin keskustaa.
JOUKOT JA SUPERJOUKOT Useimmat galaksit ovat osa galaksijoukkoja, jotka painovoima pitää koossa. Linnunrata kuuluu noin 50 galaksin joukkoon nimeltä Paikallinen ryhmä. Ryhmän galaksit ovat levittäytyneet alueelle, jonka halkaisija on 10 miljoonaa valovuotta. Galaksijoukot ovat
maailmankaikkeuden suurimpia rakenteita, koska painovoima pitää ne yhdessä. Silti niitäkin suurempia joukkoja on löydetty. Superjoukot muodostuvat useista galaksijoukoista. Paikallinen ryhmä kuuluu Paikalliseen superjoukkoon, jota kutsutaan myös Neitsyen superjoukoksi. Ryhmä sijaitsee lähellä superjoukon ulkoreunaa, kun taas valtava 2 000 galaksin Neitsyen galaksijoukko on Paikallisen (Neitsyen) superjoukon keskellä. Paikallinen superjoukkomme kuuluu vieläkin suurempaan joukkoon nimeltä Laniakea, jossa on yli 100 000 galaksia. Laniakea on havaijia ja tarkoittaa ”mittaamatonta taivasta”.
MAAILMANKAIKKEUS Maailmankaikkeus on kaikki, mitä Maassa ja avaruudessa on, ja lisäksi kaikki avaruuden tyhjyys. Siihen kuuluvat kaikki aine ja kaikki erilaiset energiat, vieläpä aikakin. Kukaan ei tiedä, kuinka suuri maailmankaikkeus on, sillä se laajenee koko ajan hyvin suurella nopeudella. Sen reunaa ei voi nähdä, eivätkä tutkijat ole varmoja, onko sillä edes sellaista. Sen sijaan tiedämme, että maailmankaikkeus, jonka voimme nykyisin nähdä, on läpimitaltaan 93 miljardia valovuotta. Sitä osaa kutsutaan havaittavaksi maailmankaikkeudeksi.
KAUKAISET GALAKSIJOUKOT KIEPPUVAT VALOVUOSIEN PÄÄSSÄ MAASTA. NUO JOUKOT SIJAITSEVAT KENTAURIN JA VESIK ÄÄRMEEN TÄHDISTÖJEN SUUNNASSA.
TÄSSÄ E M M OLE 21
9789520447557_Avaruus_sisus.indd 21
23.3.2023 12.43
E L IL IS Ä M IL IS T H Ä T E L KAIKIL LE AVARUUSINTOILIJOIL SINUSTAKIN VOI TULLA AVARUUDEN IHMEIDEN TODELLINEN TUNTIJA! Matka alkaa aurinkokuntamme omalta tähdeltä ja planeetoilta ja jatkuu kiitävien komeettojen mukana yhä kauemmaksi. Pyyhällä Linnunradalla tuikkivien tähtien ja kaukaisissa galakseissa häämöttävien maailmojen ohi katselemaan supernovia ja mustia aukkoja. Tutustu raketteihin sekä jäästä ja kaasusta muodostuneisiin planeettoihin ja perehdy astronauttien, tähtitieteilijöiden ja muiden huikeiden avaruustutkijoiden ihmeelliseen työhön. Uppoudu tähtienväliseen tiedonkeruuteknologiaan ja uusiin hämmästyttäviin löytöihin. Tästä kirjasta löydät avaruustutkimuksen tuoreimmat ja jännittävimmät tiedonjyvät. Lisäksi pääset tutustumaan alan asiantuntijaan, MUNAZZA ALAMIIN. Hän on National Geographicin opas ja astrofyysikko, joka on erikoistunut tähtiin ja ruskeiksi kääpiöiksi kutsuttuihin epätavallisiin taivaankappaleisiin. Alam kerää tietoa avaruudesta maailman parhaimpien teleskooppien avulla. Niitä on rakennettu eri puolille maapalloa, esimerkiksi Kitt Peakin observatorioon Arizonan Tucsonissa, Maunakean observatorioon Havaijin Hilossa ja Las Campanasin observatorioon Chilen La Serenassa.
UUSI SARJA
Haluatko todelliseksi taitajaksi? Sarjan jokainen osa sukeltaa syvälle tiedon maailmaan ja tarjoaa uutta, tutkittua tietoa lempiaiheestasi suoraan huippuammattilaisilta. Upea valokuvakuvitus ja kiehtovat faktat tekevät oppimisesta elämyksen!
*9789520447557* www.tammi.fi
L52
ISBN 978-952-04-4755-7