halo

Kosmisia karkotuspäätöksiä galaktisessa mitassa – Linnunrata lemppaa tähtiä ulos

Ti, 02/27/2018 - 10:04 Markus Hotakainen

Robert Heinlein julkaisi vuonna 1966 tieteisromaanin The Moon Is a Harsh Mistress, joka sittemmin suomennettiin nimellä Kuu on julma. Eipä ole Linnunratakaan erityisen lempeä.

Kotigalaksimme kierteistä kiekkoa ympäröi pallomainen halo, jossa on harvakseltaan tähtiä, kaasua ja pölyä. Max Planckin tähtitiedeinstituutin tutkijat ovat nyt selvittäneet, missä halosta löytyvät tähdet – tai ainakin jotkut niistä – ovat syntyneet.

Halon tähdet muodostavat ryppäitä, jotka kiertävät Linnunradan keskusta. Ne eivät ole kuitenkaan syntyneet siellä, missä ne nykyisin majailevat, vaan galaksin kiekossa. Sittemmin ne ovat saaneet häädön syntysijoiltaan.

Aiemmin arveltiin, että tähtiryhmittymät olisivat jäänteitä pienemmistä seuralaisgalakseista, jotka ovat sulautuneet Linnunrataan. Ilmeisesti tähdet ovat kuitenkin lähtöisin Linnunradasta, mutta kääpiögalakseilla on silti oma roolinsa näytelmässä.

"Kun massiivinen kääpiögalaksi kulkee galaksimme kiekon läpi, se tuuppaa tällaiset ryhmittymät pois Linnunradan tasosta. Ohikulku saa aikaan värähtelyitä, aaltoja, jotka sinkoavat tähtiä joko tason ylä- tai alapuolelle riippuen siitä, mihin suuntaan häiriöitä aiheuttava massa liikkuu", selventää tutkimuksessa mukana ollut Judy Cohen.

Värähtelyiden olemassaolo on ennustettu jo vuosikymmeniä sitten, mutta nyt niistä saatiin toistaiseksi vankin todiste. Oskillaatiot saavat Linnunradan "soimaan" ja samaan tapaan kuin maapallon tapauksessa, kotigalaksimme läpi kulkevista aalloista voidaan tehdä "galaktisen seismologian" keinoin päätelmiä sen rakenteesta.

Maria Bergemannin johtama ryhmä sai nyt ensimmäisen kerran määritettyä yksityiskohtaisesti halotähtien kemiallisen koostumuksen. Linnunradan kiekossa, halossa ja pallomaisissa tähtijoukoissa sekä lähiympäristön kääpiögalakseissa tähtien koostumus on hyvin erilainen.

Tutkijat tarkastelivat 14 tähteä kahdessa eri ryhmittymässä, joilla on nimet Triangulum-Andromeda (Tri-And) ja A13. Ne ovat vastakkaisilla puolilla Linnunrataa noin 14 000 valovuoden etäisyydellä kiekon tasosta.

Tutkijoiden verratessa kahden ryhmittymän kemiallista koostumusta paitsi toisiinsa myös Linnunradan kiekon tähtiin ne osoittautuivat lähes samanlaisiksi. Niinpä halosta löytyneiden tähtien täytyy olla peräisin Linnunradan kiekosta.

Toistaiseksi ei tiedetä, milloin kaukaiset tähdet joutuivat häädetyiksi Linnunradasta. Tutkijoiden tavoitteena on seuraavaksi määrittää näihin kahteen ryhmään kuuluvien tähtien massat ja iät, jolloin saataisiin tietoa myös ajankohdasta, jolloin Linnunrata heitti tähdet kylmästi pihalle.

Tutkimuksesta kerrottiin Keck-observatorion uutissivuilla ja se on julkaistu Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: T. Mueller/C. Lporte/NASA/JPL-CALTECH

Upeita valoilmiöitä Levillä – taivaalle kannattaa katsoa!

Ti, 02/20/2018 - 23:18 Jari Mäkinen
Kuva: Antti Saxlund

Lukijamme Antti Saxlund lähetti tänään illalla upeita kuvia, jotka hän otti Levillä hiihdellessään. Niissä ei näy mitään ihmeellistä – paitsi että upeat halot ovat mahtavia näkyjä!

Näinä pakkaspäivinä kannattaa todellakin katsella taivaalle, koska siellä saattaa näkyä haloja.

Halot syntyvät yksinkertaisesti Auringosta tulevan valon heijastuessa ja sirotessa ilmassa olevista jääkiteistä. Pakkasen aikaan ilmassa on paljon juuri halojen kannalta sopivia kiteitä, ja erityisen paljon niitä on hiihtokeskuksissa, missä lunta – ja jääkiteitä – on tehty keinotekoisesti.

Antti kertoo, että tänään Levillä haloja oli erityisen paljon ja että ne olivat hyvin kirkkaita.

Tämä johtunee kauniista, kirkkaasta päivästä, sekä erityisesti tuulenvireen ilmaan hangelta ja puista nostamista lumetuksen tuottamista jääkiteistä, jotka ovat aivan upeita halojen kannalta.

Tavallisten halojen, eli sivuaurinkojen ja pilareiden lisäksi nämä kiteet tuottavat sopivissa olosuhteissa myös alasivuaurinkoja ja alapilareita, joita näkyy hyvin kuvissa.

Lisäksi Antti mainitsi juuri täsmälleen Auringosta vastapuolella taivasta olleesta omituisesta kaaresta, joka näytti tältä:

Kuvassa se ei pääse oikeuksiinsa, mutta se lienee niin sanottu Greenlerin vasta-aurinkokaari, tai yksinkertaisesti diffuusi vasta-aurinkokaari.

Se on normaalisti varsin harvinainen halomuoto, joka näkyy vasta-aurinkopisteestä lähtevänä viuhkana, ristinä, pilarina tai vain vasta-aurinkona. Niitä näkyy luontaisesti Suomessa keskimäärin noin kerran kymmenessä vuodessa, mutta lumitykkien jääsumuissa useamminkin. Tässä tapauksessa kyseessä on varmastikin lumitykin synnyttämien, päivällä ilmaan nousseiden kiteiden aikaansaama ilmiö.

Näinä päivinä kannattaa tosiaankin pitää silmiä auki ja katsella upeita taivaalla näkyviä kaaria ja värejä. Niitä kannattaa myös raportoida Ursan Taivaanvahtiin, missä onkin näiltä päiviltä paljon jänniä havaintoja!

Kuvat: Antti Saxlund

Halonäytelmän jääkiteet mikroskoopissa – suomalaisharrastajat tekivät myös 3D-kuvan

Ke, 12/30/2015 - 13:03 Jari Mäkinen
Laattamaisia jääkiteitä

Taivaan tarkkailijalle halot ovat tuttu näky: taivaalla on varsin usein erilaisia renkaita, kaaria ja kirkastumia. Etenkin kylminä päivinä etenkin ohuen pilvikerroksen seassa näkyy näitä ilmakehän optisia ilmiöitä, jotka syntyvät kun valo taittuu tai heijastuu ilmassa leijuvista jääkiteistä. Tilastojen mukaan haloja näkyy Suomessa yli satana päivänä vuodessa.

Tyypillisesti haloja näkyy Auringon tai Kuun ympärillä, mutta toisinaan haloja voi olla laajemmallakin alueella – jopa toisella puolella taivasta. 

Samoin haloja voi syntyä keinovaloissa.

Kokeneet haloharrastajat Jarmo Moilanen ja Marko Riikonen ovat kuvanneet erityisen kiinnostavan keinovalosta syntyneen halonäytelmän joulukuun 13. päivänä Rovaniemellä Kemijoen rannassa. 

"Meillä on varta vasten halohavaintoihin tehty auton 12V akulla toimiva valoheitin, jonka valo on vielä muokattu mahdollisimman kapeaksi keilaksi", kertoo Moilanen. 

"Poltin on 6000 K värilämpötilan 75 W HID -autolamppu, joka vastaa valoteholtaan noin 180 W halogeenia. Tällä saavutetaan se, että halot muistuttavat enemmän Auringolla nähtäviä haloja. Katuvaloilla syntyvät divergentin valon halot ovat niin paljon hankalampia mallintaa. Voimme siis sytyttää valon siellä missä on hyvä jääkidepilvi. Tällaisia lamppuja on käytetty halokuvaukseen jo vuosia hyvällä menestyksellä."

Tässä  alla olevassa kuvassa (alkuperäinen on Ursan Taivaanvahdissa) on näkyvissä neljä eri halomuotoa: 22° rengas, auringonpilari, sivuaurinko ja ala-aurinko, joskin tässä tietysti Auringon sijaan ilmiön aiheutti keinovalo. 

Tiheässä jääkidepilvessä syntyneen ilmiön kuvaamisen lisäksi Moilanen ja Riikonen ottivat kiteistä näytteitä ja tutkivat niitä mikroskoopilla. Se, että kiteet paljastuivat laattamaisiksi jääkiteiksi, ei ollut yllätys, mutta mikroskooppikuvat sinällään osoittautuivat upeiksi.

Otsikkokuvassa ja yllä olevassa toisessa kuvassa laattakiteet ovat litteitä jääkiteitä, jotka ovat kuusikulmaisen särmiön muotoisia. Niitä voi pitää lumihiutaleiden erikoistapauksina, sillä lumikiteissäkin on kuusi sakaraa ja niiden muoto riippuu lämpötilasta ja kosteudesta sekä niiden syntypaikassa että matkalla maan pinnalle. Kiteistä voi tulla olosuhteista riippuen kuusikulmaisia levyjä, pilareita, neulasia tai haaroittuvia tähtiä.

Laatta- ja piralikiteetYleensä levymäisiä kiteitä syntyy hyvin lähellä nollaa, kun taas hieman viileämmässä (-3°C – -12°C) pilareita, sitten taas levyjä ja kylmemmässä kuin −22°C  jälleen pilareita.

Mitä vähemmän ilmassa on kosteutta, sitä yksinkertaisempia kiteistä yleensä tulee. Monihaaraiset, tähtimäiset kuviot vaativat suuren kosteuden, ja siksi komeimmat lumipyryt saadaan silloin, kun ilman kosteus on suuri, ja upeimmat halonäytelmät nähdään taivaalla taas ilman ollessa varsin kuiva.

Lisäksi on olemassa pyramidikiteitä ja prismaattisia kiteitä, mutta nämä molemmat ovat harvinaisempia kuin laatta- ja pylväskiteet.

Eri kiteet saavat aikaan eri halomuotoja. Myös kiteiden leijailusuunta vaikuttaa siihen, mikä halo syntyy. Kaikkiaan erilaisia kombinaatioita tiedetään yli 50. Osa niistä, kuten 22° ja 46° sivuauringot, 22° ja 46° renkaat sekä pilarit ovat yleisiä, mutta muutamia haloja on nähty vain muutaman kerran.

Kulmaetäisyydet 22° ja 46° esiintyvät usein haloissa siksi, että valo taittuu jääkiteessä tyypillisesti 22° ja 46° astetta. Siksi ilmiöt näkyvät näiden kulmamittojen päässä valonlähteestä. Pienempi 22° on huomattavasti yleisempi ja aina kirkkaampi kuin 46° asteen taittuma.

Eräs omituisimmista haloista on Moilasen vuonna 1995 Oulunsalossa havaitsema kaari, joka tunnetaan nyt Moilasen kaarena. Se on himmeä V:n muotoinen kaari Auringon yläpuolella 22° renkaan sisäpuolella, ja se havaitaan yleensä vain lumitykkien jääsumussa. Sen aiheuttavaa kidettä ei tunneta.

Haloja voidaan tutkia myös simuloimalla, eli antamalla tietokoneen laskea erilaisia valon kulkireittejä kidepilvien läpi. Tärkeää näissäkin simulaatioissa on kiteiden muodon tunteminen; siksi kiteitä on hyvä tutkia.

Alla on vielä Moilasen ja Riikosen tekemiä kauniita 3D-kuvia Rovaniemen keinovalohalon aiheuttaneesta kidepilvestä otetusta näytteestä.

Kiteitä kolmiulotteisina

Kyseessä on ns. anaglyfikuvat kidenäytteestä, eli niiden kolmiulotteisena näkeminen vaatii puna-sinilasit (puna-syaanilasi).

Hyvä lukupaketti haloista on Ursan Ilmakehän optisten ilmiöiden sivuilla.

(Juttua on päivitetty 30.12. klo 19:42 halohavaintoon käytetyn lampun kuvauksella.)

Kosmista kannibalismia – jättigalaksi nielaisi naapurinsa

To, 06/25/2015 - 13:00 Markus Hotakainen

Galaksien törmäykset ja sulautumiset yhteen ovat olleet maailmankaikkeudessa arkipäivää. Suuret tähtijärjestelmät ovat kasvaneet haalimalla itseensä pienempiä naapureitaan. 

Niin on tehnyt myös Linnunrata, jonka kiekossa on jäänteitä entisistä seuralaisgalakseista. Tällaisia jäänteitä – toisesta galaksista peräisin olevia tähtiä ja kaasua – on kuitenkin vaikea nähdä ja tietysti sitä vaikeampi, mitä kaukaisemmista galakseista on kyse. 

Euroopan eteläisen observatorion ESOn VLT-teleskoopilla (Very Large Telescope) on tehty havaintoja elliptisestä galaksista Messier 87. Se sijaitsee noin 50 miljoonan valovuoden etäisyydellä. Siihen kuuluu noin tuhat miljardia tähteä ja se hallitsee gravitaatiollaan Virgon galaksijoukkoa. 

Jättimäinen galaksi on nielaissut keskikokoisen kaverinsa alle miljardi vuotta sitten eli kosmisessa aikaskaalassa vastikään. Tähän tulokseen tultiin tarkastelemalla tähtien sijasta niiden jäännöksiä, planetaarisia sumuja, jollainen myös Auringosta jää jäljelle, kun aika jättää.

Max-Planck-instituutissa Saksassa tutkittiin Alessia Longobardin johdolla noin 300 planetaarisen sumun liikkeitä M87-galaksissa. Laajenevat kaasukuoret säteilevät voimakkaasti vihertävää valoa, joka on helppo erottaa tähtien säteilystä: vihreitä tähtiä ei ole. Planetaaristen sumujen säteilemän valon spektristä on pääteltävissä myös niiden liike.

Kuolleiden tähtien jäännökset ovat hajaantumassa avaruuteen. "Todistamme tapahtumaa, jossa keskikokoinen spiraaligalaksi kulki Messier 87 -galaksin keskuksen läpi ja sai aikaan valtaisia vuorovesivoimia, jotka sinkosivat sen tähdet sata kertaa galaksin alkuperäistä kokoa laajemmalle alueelle", sanoo tutkimukseen osallistunut Ortwin Gerhard.

Pienemmän galaksin kannalta tuhoisa törmäys näkyy myös M87:n ulko-osissa. Ellipsigalaksia ympäröivä halo on paikoin tuplasti kirkkaampi kuin se olisi ilman kolarointia. Ahmattiin on kertynyt myös nuoria, sinisiä tähtiä, jotka kertovat kadonneessa galaksissa syntyneen edelleen runsaasti uusia tähtiä. Elliptisissä galakseissa tähtiä syntyy enää hyvin vähän. 

"On jännittävää pystyä tunnistamaan tähtiä, jotka ovat sirottuneet satojentuhansien valovuosien laajuiselle alueelle galaksin halossa, mutta silti kyetä päättelemään niiden nopeuksista, että ne kuuluvat samaan rakenteeseen. Vihreät planetaariset sumut ovat neuloja kullanväristen tähtien heinäsuovassa. Ne kertovat meille, mitä tähdille tapahtui", päättää Magda Arnaboldi.

Tutkimuksesta kerrottiin ESOn uutissivuilla ja se on julkaistu Astronomy & Astrophysics -tiedelehdessä.

Kuva: Chris Mihos (Case Western Reserve University)/ESO

 

Melkoinen halopäivä

Ke, 05/14/2014 - 23:53 Markus Hotakainen

Puolimatkassa toukokuuta taivasta koristi halonäytelmä, joka oli paitsi poikkeuksellisen kirkas myös poikkeuksellisen laaja-alainen ja pitkäaikainen. Jokseenkin kautta maan ja käytännössä koko päivän tähti- ja ilmakehäharrastajat mutta myös tavalliset kadunmiehet ja -naiset saivat ihmetellä taivaalla loistavia renkaita ja kaaria.

Korkealla ilmakehässä oli runsain mitoin jääkiteitä, joissa taittunut ja heijastunut auringonvalo sai aikaan halomuotoja, niin kaikkein yleisimpiä, mutta myös varsin harvinaisia. Halojen kirkkaus ja runsaslukuisuus vaihteli paikasta ja samalla paikallakin kellonajasta toiseen.

Tyypillisesti näkyvissä oli 22 asteen rengas ja sitä sivuavat kaaret, jotka parhaimmaillaan muodostivat soikion renkaan ympärille. Molempien synty selittyy kuusikulmaisilla, lyijykynänpätkää muistuttavilla jääkiteillä, joiden läpi kulkevat valonsäteet taittuvat kahteen kertaan.

22 asteen rengas pysyy samanlaisena Auringon korkeuden muuttuessa, mutta sivuavien kaarien ulkomuoto riippuu voimakkaasti Auringon korkeudesta. Aamulla ja illalla ylläsivuava kaari muodostaa jyrkän v:n, aamu- ja iltapäivällä loivat "lokinsiivet", ja keskipäivällä Auringon ollessa korkeimmillaan sivuavat kaaret näkyvät 22 asteen rengasta loivasti ylä- ja alapuolelta viistävänä soikiona.

Auringon molemmin puolin näkyivät sivuauringot, jotka syntyvät niin ikään kuusikulmaisissa, mutta laattamaisissa kiteissä, jotka leijailevat ilmassa vaaka-asennossa. Sivuaurinkojen etäisyys 22 asteen renkaasta muuttuu korkeuden mukaan. Auringon ollessa matalalla ne ovat kiinni 22 renkaassa, mutta korkeuden kasvaessa ne etääntyvät siitä yhä kauemmas.

Valon taittuessa jääkiteissä se myös hajoaa väreiksi samaan tapaan kuin prismassa tai sadepisaroissa, jolloin tuloksena on sateenkaari. 22 asteen renkaassa, sivuavissa kaarissa ja sivuauringoissa voi siksi nähdä sateenkaaren värit.

 
 
Näytelmän aikana nähtiin myös erikoisen kirkas horisonttirengas, joka kiersi suuren osan päivästä koko taivaan. Rengas syntyy auringonvalon ainoastaan heijastuessa kuusikulmaisista laattajääkiteistä, joten se on aina valkoinen. Koska horisonttirengas kiertää taivaan samalla korkeudella kuin Aurinko kulloinkin on, sen koko muuttuu. Kun Aurinko on korkealla, rengas on pienempi kuin Auringon ollessa matalalla.

Laattamaisissa jääkiteissä syntyvät myös horisonttirenkaalla toisinaan – kuten tällä kertaa – näkyvät 120 asteen sivuauringot. Niiden etäisyys Auringosta on horisonttirengasta pitkin mitattuna ja kulmamitoissa 120 astetta. Aurinko ja 120 asteen sivuauringot muodostavat taivaalle suuren tasasivuisen kolmion.

 

 

Monin paikoin taivaalla näkyi halomuotoja paljon enemmänkin. Niiden esiintymiseen vaikutti jääkidepilvien tiheys, erilaisten jääkiteiden runsaus ja asennot, sekä tietysti alempana olevat mahdolliset keski- ja alapilvet, jotka iltapäivästä alkoivat peittää taivasta ainakin eteläisessä Suomessa.

Usein laajat jääkidepilvet kulkevat saderintamien edellä, mihin pohjautuu vanhan kansan oikeaan osunut uskomus, että Kuuta ympäröivä iso rengas enteilee sadetta. Tällä kertaa jääkiteet kulkivat saderintaman jälkipuolella ja levittäytyivät kattamaan koko Suomen.