Tähtitiede:ekvatoriaaliset koordinaatit
ekvatoriaaliset koordinaatit
| ekvatoriaaliset koordinaatit |
rektaskensio, deklinaatio, tuntikulma, tähtiaika
Pitkällä valotuksella otetussa kuvassa tähdet näyttävät kiertävän taivaannavan ympäri ympyräratoja pitkin. Tämä johtuu tietenkin siitä, että taivaannapa on juuri maapallon pyörimisakselin suunnassa. Taivaannapa on ainoa piste taivaalla, jonka suunta ei muutu pyörimisen vaikutuksesta. (Etelässä on vastaava taivaan etelänapa, jonka suunta ei myöskään muutu, mutta mehän sovimme alussa, että jätetään eteläinen pallonpuolisko rauhaan.)Jos menisimme pohjoisnavalle, olisi taivaannapa suoraan yläpuolellamme, eli sen korkeus olisi 90 astetta. Päiväntasaajalla puolestaan taivaannapa on horisontissa, joten sen korkeus on 0 astetta. Myös kaikilla muilla paikkakunnilla taivaannavan korkeus on sama kuin havaintopaikan leveysaste. Mittaamalla Pohjantähden korkeuden horisontista voit siten arvioida havaintopaikkasi leveysasteen.
Koska kohteen ja taivaannavan välinen kulma ei muutu maapallon pyörimisliikkeestä huolimatta, sitä voitaisiin käyttää kohteen kiinteänä koordinaattina. Näin ei kuitenkaan tehdä; eihän maapallon pinnallakaan leveyttä mitata pohjoisnavalta, vaan päiväntasaajalta eli ekvaattorilta.
Asetetaan maapallon päiväntasaajan kautta taso, joka leikkaa taivaanpallon pohjoiseen ja eteläiseen puolikkaaseen pitkin taivaanpallon ekvaattoria. Sen kaikki pisteet ovat 90 asteen etäisyydellä taivaannavasta. Voimme havainnollistaa tätä ajattelemalla, että maapallo on läpinäkyvä lasipallo, jonka pinnalle maalaamme päiväntasaajaa esittävän viivan. Jos maapallon keskipisteeseen nyt asetetaan kirkas lamppu, päiväntasaajaa esittävä viiva heittää varjon taivaanpallolle juuri pitkin taivaanpallon ekvaattoria.
Maanpäällisen kohteen leveysastetta vastaava koordinaatti taivaanpallolla on nimeltään deklinaatio. Sitä merkitään delta-kirjaimella, ja se mitataan taivaanpallon ekvaattorista. Deklinaatio on positiivinen ekvaattorin pohjoispuolella oleville kohteille ja negatiivinen eteläpuolella oleville. Taivaannavan deklinaatio on 90 astetta.
Ekvaattori leikkaa taivaanrannan idässä ja lännessä, ja sen asento on sama riippumatta vuorokauden- ja vuodenajasta. Ekvaattorin asento taivaalla riippuu sen sijaan havaintopaikan leveys/-asteesta. Ekvaattorin ja meridiaanin leikkauspisteen korkeus, samoin kuin kulma, jossa ekvaattori leikkaa horisontin, on 90-f, missä f on havaintopaikan leveysaste. Pohjois- ja etelänavalla ekvaattori yhtyy horisonttiin. Päiväntasaajalla (mutta ei missään muualla) ekvaattori kulkee zeniitin kautta. Suomen etelärannikolla leveys on noin 60 astetta, joten ekvaattori kohoaa etelässä 30 asteen korkeuteen horisontista.
Maan pyörimisen vuoksi navat ovat erikoisasemassa, samoin niiden puolivälissä oleva akselia vastaan kohtisuora päiväntasaajan taso. Leveys ja deklinaatio onkin luonnollisinta määritellä juuri suhteessa napoihin ja päiväntasaajaan. Maa on pyörimisakselin suhteen symmetrinen pallo, joten pituusasteelle ei ole mitään luonnollista nollakohtaa; nollakohta vain sovitaan jollakin tavalla. Maan pinnalla pituusasteen nollakohta on nykyisin Greenwichin kautta kulkeva pituuspiiri, mutta aikoinaan pituusasteita on mitattu muistakin nollakohdista lähtien.
Maan pyörimisen vuoksi Greenwichin meridiaanin projektio taivaalla ei ole sopiva nollakohta taivaalliselle pituusasteelle. Nollakohdaksi on valittava piste, joka pysyy paikoillaan tähtitaivaan suhteen. Tällaiseksi suunnaksi voitaisiin valita mikä tahansa ekvaattorin piste.
Perussuunnaksi on sovittu Auringon suunta keväällä hetkellä, jolloin sen deklinaatio on 0 astetta ja jolloin se näyttää siirtyvän taivaan eteläpuoliskolta pohjoispuoliskolle. Tätä pistettä sanotaan kevättasauspisteeksi. Hetki, jolloin Aurinko on kevättasauspisteen suunnassa, on kevätpäiväntasaus. Nimi johtuu siitä, että silloin yö ja päivä ovat yhtä pitkiä kaikkialla maapallolla (tai olisivat, ellei ilmakehä mutkistaisi asioita).
Kevättasauspiste on tähtitaivaan suhteen paikoillaan pysyvä piste. (Itse asiassa sekin kyllä siirtyy, mutta hyvin hitaasti.) Kevättasauspistettä merkitään Oinaan tähdistön merkillä, koska kauan sitten se sijaitsi Oinaan tähdistössä. Nykyisin se on Kalojen tähdistössä, ja aikanaan puolen vuosituhannen kuluttua se siirtyy Vesimiehen tähdistöön.
Kevättasauspisteen lähellä ei ole mitään kirkasta tähteä. Likimain paikan voi arvioida jatkamalla Pegasuksen neliön vasemmanpuoleisten tähtien kautta kulkevaa suoraa alaspäin neliön sivun verran.
Kevättasauspisteestä vastapäivään mitattua kulmaa sanotaan rektaskensioksi ja merkitään alphalla. Englanninkielisissä julkaisuissa sitä merkitään usein myös lyhenteellä R.A. sanoista right ascension. Rektaskensio vastaa pituusastetta maapallon pinnalla. Pituudesta poiketen rektaskensiota ei kuitenkaan ilmoiteta asteina, vaan aikamitoissa, siis tunteina tai tunteina, minuutteina ja sekunteina.
Vaikka rektaskensio ja deklinaatio on tarkoitettu koordinaateiksi, jotka pysyvät vakioina, nekin muuttuvat ajan mukana, tosin hyvin hitaasti. Syynä tähän on Maan pyörimisakselin prekessio.
Tähtiaika, tuntikulma
Koska kevättasauspiste liikkuu tähtien vuorokautisen liikkeen mukana, ei rektaskension tunteminen riitä vielä kertomaan, missä päin taivasta kohde oikein on. Rektaskension nollakohta eli kevättasauspisteen suunta täytyy myös tuntea.Kuvitellaan aluksi, että Aurinkoa ei ole, jolloin sen valo ei häiritse tähtien näkymistä. Kun päivän ja yön vaihtelua ei ole, on ajanlasku luonnollisinta perustaa tähtien liikkeisiin. Maapallon pyörimisen vuoksi kevättasauspiste näyttää liikkuvan taivaanpallon ekvaattoria pitkin myötäpäivään. Sovitaan, että vuorokausi vaihtuu aina kevättasauspisteen kulminoidessa eli ohittaessa eteläsuunnan. Sekaannuksen välttämiseksi nimitetään näin määriteltyä vuorokautta tähtivuorokaudeksi.
Mittaamalla kevättasauspisteen ja meridiaanin välinen kulma saadaan selville, kuinka paljon aikaa on kulunut. Kuten Auringon näennäisiin liikkeisiin perustuva tavallinen vuorokausi, voidaan tähtivuorokausikin jakaa 24 tuntiin. Yhden vuorokauden kuluttua on kevättasauspiste tehnyt täyden kierroksen eli 360/deg. Yhdessä tunnissa se liikkuu siis 360/24 = 15 astetta. Voimme täten yhtä hyvin lausua kevättasauspisteen ja meridiaanin välisen kulman aikamitoissa, jolloin tuo kulma antaa suoraan tähtitaivaan liikkeitä kuvaavan ajan, tähtiajan. Ajat ja kulmat voidaan aina muuntaa toisikseen muistamalla, että 1 tunti (tähtiaikaa) on 15 astetta, 1 aikaminuutti on 15 kaariminuuttia, jne. Tähtiaikaa merkitään tavallisesti Thetalla.
Tähtiaika ilmoittaa kevättasauspisteen kulmaetäisyyden meridiaanista myötäpäivään. Muille kohteille voidaan myös mitata vastaava kulma, jota sanotaan tuntikulmaksi. Sitä merkitään usein h:lla. Samoin kuin tähtiaika, kasvaa jokaisen muunkin kohteen tuntikulma ajan mukana 24 tuntia yhden tähtivuorokauden kuluessa. Tähtiajan voisimme määritellä myös tuntikulman avulla:
tähtiaika = kevättasauspisteen tuntikulma.
Koska rektaskensio mitataan kevättasauspisteestä vastapäivään, on minkä tahansa kohteen tuntikulma
tuntikulma = tähtiaika - rektaskensio.
Koska tähtiaika ja tuntikulma aikaan liittyvinä suureina lausutaan aikamitoissa, on myös niihin yhteydessä oleva rektaskensio tapana lausua aikamitoissa. Silloin etelässä olevan kohteen rektaskensio on sama kuin tähtiaika:
Kohde ohittaa etelämeridiaanin, kun tähtiaika = kohteen rektaskensio.
Tuntikulma soveltuu hyvin kohteen etsimiseen, sillä se mitataan meridiaanista, joka on aina samassa suunnassa (etelässä) ja löytyy niin ollen ilman isompia hankaluuksia. Rektaskensio puolestaan saadaan tähtiluetteloista tai -kartoista, joten tuntikulma voidaan laskea, mikäli tähtiaika saadaan selville.
Aina yhden tähtivuorokauden kuluttua taivas on tehnyt täyden kierroksen ja on taas samassa asennossa. Lisäksi joka vuorokausi vuodenajasta riippumatta (jos sellaisia nyt yleensä voisi olla ilman Aurinkoa) näkisimme aina samat tähdet. Osa niistä olisi aina näkyvissä; tällaisia sanotaan sirkumpolaarisiksi.
Pohjoisnavalla tähdet eivät nouse eivätkä laske lainkaan: kaikki näkyvissä olevat tähdet ovat sirkumpolaarisia. Toisaalta siellä näkyy vain taivaan pohjoinen puolisko. Siirryttäessä etelämmäksi näkyviin ilmestyy myös ekvaattorin eteläpuolella olevia tähtiä. Mitä kauemmas etelään mennään, sitä pienemmäksi muuttuu sirkumpolaarinen osa taivaasta, mutta toisaalta taivaasta nähdään vuoden mittaan yhä suurempi osa, sitä suurempi, mitä lähempänä päiväntasaajaa ollaan. Päiväntasaajalla sirkumpolaarisia tähtiä ei ole lainkaan. Vuorokauden kuluessa kaikki taivaalla olevat tähdet nousevat ja laskevat.
Leveysasteella f ovat sirkumpolaarisia tähdet, joiden deklinaatio on suurempi kuin 90-f. Tähdet joiden deklinaatio on pienempi kuin f-90 eivät puolestaan koskaan nouse taivaanrannan yläpuolelle. Muut tähdet nousevat, kulminoivat ja laskevat, kukin tähti aina samalla tähtiajan hetkellä. Esimerkiksi Etelä-Suomessa voimme nähdä taivaasta vain sen osan, jossa deklinaatio on suurempi kuin -30 astetta. Sirkumpolaarisia ovat tähdet, joiden deklinaatio on suurempi kuin +30 astetta.
Ikuiseen yöhön kyllästyneinä sytytämme taas Auringon, jolloin sen valo estää aika ajoin tähtiä näkymästä. Tämä aika ei kuitenkaan osu aina samalle tähtiaikavälille, vaan muuttuu vuoden kierron myötä. Tähtivuorokausi on nimittäin noin neljä minuuttia lyhyempi kuin aurinkovuorokausi. Tämä johtuu maapallon kiertoliikkeestä Auringon ympäri: kuvan 7 pisteessä A Aurinko ja kevöttasauspiste ovat Maasta katsottuna samassa suunnassa eli maapallolla juhlitaan kevätpäiväntasausta. Tähtivuorokauden kuluttua maapallo on radallaan edennyt pisteeseen B ja nuolella merkityllä paikkakunnalla /aries/ on etelässä, mutta Aurinkopa ei ihan vielä olekaan. Maapallon on pyörähdettävä vielä vähän matkaa, jotta Aurinko näkyisi etelässä ja aurinkovuorokausi tulisi täyteen.
Vuoden aikana Aurinko näyttää Maasta katsoen tekevän täyden kierroksen tähtien suhteen, minkä johdosta vuoteen sisältyy tähtivuorokausia täsmälleen yksi enemmän kuin aurinkovuorokausia. Tämän vuoksi tähtivuorokauden pituudeksi tulee 23 tuntia 56 minuuttia 4 sekuntia aurinkoaikaa. Se on siis 3 minuuttia 56 sekuntia lyhyempi kuin tavallinen aurinkovuorokausi.
Jos seuraat jonkin tietyn tähden kulminointia useina eri päivinä, huomaat sen olevan etelässä joka ilta juuri 3 minuuttia 56 sekuntia aikaisemmin kuin edellisenä iltana. Vuoden kuluessa näistä vajaista neliminuuttisista kertyy kokonainen vuorokausi ja tähti ohittaa eteläsuunnan taas samalla tähtiajan hetkellä.
Koska valoisa aika siirtyy vuoden mittaan eri kohtiin tähtivuorokautta, muuttuu myös se alue tähtitaivaasta, joka on pimeän aikana näkyvissä. Juuri tästä syystä näemme eri vuodenaikoina eri tähdistöjä.
Tähtiajan laskeminen
Jos Aurinkoa ei olisi, käyttäisimme todennäköisesti tähtien liikkeisiin perustuvaa aikaa. Silloin saisimme tähtiajan selville yksinkertaisesti katsomalla kellosta. Todellisuudessa kellomme käyvät hieman hitaammin etenevää aurinkoaikaa, mikä mutkistaa tilannetta.Kevätpäiväntasauksen hetkellä Auringon rektaskensio on nolla, joten sen ollessa etelässä tähtiaika on myös nolla. Tällöin aurinkoaika on 12 tuntia. Kevätpäiväntasauksen aikaan tähtiaika on siis aurinkoaika vähennettynä 12 tunnilla. Vastaavalla tavalla voidaan päätellä, että syyspäiväntasauksen aikaan tähtiaika ja aurinkoaika ovat samoja. Muille päiville tähtiajan voi laskea, kun muistaa, että tähtiaika edistää noin neljä minuuttia vuorokaudessa tavalliseen kellonaikaan nähden.
Suomen virallinen aika vastaa Auringon liikkeitä taivaalla katsottuna pituusasteelta 30 astetta, siis esimerkiksi Lieksasta.
Myös eri vuosina ajat vaihtelevat hieman. Tästä johtuva virhe on kuitenkin vain parin minuutin luokkaa.
Erikieliset vastineet
| equatorial coordinates | englanti (English) |
Käytetyt lähteet
Alaviitteet
Lähdeviittaus tähän sivuun:
Tieteen termipankki 15.11.2024: Tähtitiede:ekvatoriaaliset koordinaatit. (Tarkka osoite: https://tieteentermipankki.fi/wiki/Tähtitiede:ekvatoriaaliset koordinaatit.)