Millest tekivad Kuu faasid (ei, mitte Maa varjust)?

Viimasel ajal oleme üllatusega avastanud, et üks levinumaid väärarusaamu astronoomia ja tähistaeva vaatlemisega seoses puudutab Kuud ja selle faaside vaheldumist. Nimelt oleme juba päris mitmelt inimeselt kuulnud, et nad on alati arvanud nagu Kuu valgustatuse määr (õhuke sirp, poolkuu, täiskuu jne) oleks kuidagi seotud Maa varjuga sellel. Vabandades nende ees, kes pole sellist asja kunagi arvanud või sellest isegi mitte kuulnud, üritame lühidalt seletada miks Kuu kasvab ja kahaneb. Kui soovite pärast seda postitust ka jagada, siis on lootust, et saame üheskoos selle müüdi kummutatud.

Eelmise aasta 21. jaanuaril tehtud foto õhukesest kuusirbist ja selle imiteeritud tuhkvalgusest. Kuu tumedam pool ei ole mitte Maa vari sellel, vaid selle mitte-valgustatud osa, kuna Päike paistab Kuule paremalt ja tagant.

Selles, et Maa vari ei saa mitte kuidagi olla Kuu faaside põhjuseks, on tegelikult väga lihtne igalühel ise veenduda. Piisab sellest kui vaadata teatud aegadel taevasse (selge taeva korral kasvõi täna) või lihtsalt meenutada, et päris tihti näeme me kasvavat või kahanevat Kuud päevases taevas. See tähendab, et korraga on nähtavad nii Päike kui Kuu. Kui Maa oleks tõepoolest see, mis oma varjuga Kuud tumendab, siis kuidas saab valgusallikas (Päike) olla varjutatud taevakehale (Kuu) näiliselt nii lähedal? Valgus liigub ometigi ju sirgjooneliselt. Kui mängus oleks Maa vari, siis peaks Kuu asuma sellest osa saamiseks Päikesest 180 kraadi teisel pool ehk vastastaevas. Sellisel juhul näeme me aga hoopis täielikult valgustatud täiskuud. Neil harvadel kordadel kui Päike, Maa ja Kuu asuvad täpselt ühel joonel, leiab aset kuuvarjutus, mil tõepoolest libiseb Kuu pinnast üle Maa ümar vari. See aga kestab loetud tunnid ja Kuu värvub selle ajal iseloomulikult sügavpunakaks. Teine kivi "varjuhüpoteesi" kapsaaeda on, et näiteks poolkuu ajal on kuuketas keskelt otsekui noaga pooleks lõigatud. Kuidas saab ümmargune Maa heita sirget varju? Kas see on kandiline? Kuup?

Aga mis siis ikkagi Kuu faase tekitab? Kiire ja esmapilgul segane vastus on, et seda teeb Päikese nurga muutus Kuu suhtes vaadatuna Maalt. Pange näiteks tennisepall lauale ja liigutage taskulampi 360 kraadi ümber selle, aga ärge enda pead liigutage (sõbra abiga käib asi lihtsamini). Ühe täisringi jooksul peaks liikumatu vaatleja tunnistama pallil kõikidele kuufaasidele sarnanevaid etappe. Näiteks otse vaatleja nina alt pallile suunatud valgus annab 100% valgustatud palli, paremalt suunatud valgus poolikult valgustatud palli ning palli taga asuv taskulamp pimeda palli ja otse silma paistva valguse. Sellel viimasel põhjusel ei ole Maalt ka võimalik vaadelda nii nimetatud Kuu loomist ehk täiskuu vastandit, sest sel ajal asub Kuu taevas kohe Päikese kõrval.

Ebaproportsionaalne joonis Maast (sinine) ja selle ümber tiitlevast/pöörlevast Kuust (kollane). Päikesekiired tulevad paremalt. Numbrid vastavad kuufaasidele, mida Maal olev vaatleja parasjagu näeks. Siinkohal tasub märkida, et kuna Maa teeb ühe pöörde 24 tunniga, siis oluliselt aeglasemalt Maa ümber tiirlevat Kuud näeme me korra ööpäevas taevavõlvilt üle käimas. Iseasi, et Eestis on enamus aega taevas pilves ning päevases taevas on Kuud raske märgata.

Sama nagu eelmine joonis. Suuremad Kuud on vaated, mis avanevad Maalt vastavalt Kuu orbiidi asukohale Päikese suhtes. Päike paistab joonisel paremalt.

Täpsemalt tekivad Maalt nähtavad kuufaasid päikesevalguse ja kahe taevakeha (Maa ja Kuu) tiirlemiste ja pöörlemiste kombinatsioonina. Maa tiirleb teatavasti ümber Päikese ja Kuu ümber pöörleva Maa. Ka Kuu pöörleb - täpselt ühe korra ümber oma telje ajaga mil ta teeb ümber Maa ühe tiiru. Tulemuseks meile kõigile tuttav ja ilmselt enesestmõistetav, kuid sellegipoolest huvitav nähtus, et Kuu üks külg on pidevalt Maa poole suunatud. Faaside mõistmiseks tuleks endalt Kuud vaadates küsida, et kust selle jaoks parasjagu Päike paistab. Kui me vaatame täiskuud, siis järelikult meie selja tagant. Kui valgustatud on selle parem külg, siis järelikult paremalt ja nii edasi. Sealjuures tuleb arvestada, et Päike asub Maa peal asuva vaatleja jaoks kusagil 400 korda kaugemal kui Kuu. Seepärast võivad Kuu ja Päike asuda taevas üksteisele näiliselt suhteliselt lähedal, aga Kuul on valgustatud ainult üks õhuke päikesepoolne sirp - tegelikult paistab ju sellisel juhul Päike pigem Kuu tagant ja enamuses on valgustatud selle meie jaoks nähtamatu tagumine külg.

Nii ühe tiiru kui ühe pöörde tegemiseks kulub Kuul ümmarguselt 27 päeva ja 8 tundi, kuid ühe faasiringi täitumiseks (näiteks täiskuust täiskuuni) kulub 29 päev ja 13 tundi. Millest selline erinevus? Asi selles, et ajaga mil Kuu teeb reaalselt ühe tiiru, jõuab Maa koos Kuuga liikuda umbes 1/13 tiirust ümber Päikese ja selle poolt heidetud valguse nurk muutub. Selleks, et me näeksime kuufaasi kordumist, peab Kuu veel umbes kaks päeva oma orbiidil edasi liikuma. Igatahes Kuul asuva vaatleja jaoks tähendab see, et Kuu päev kestab 29 päeva ja 13 tundi ehk kusagil kaks nädalat valget ja kaks nädalat pimedat. Kusjuures Kuu "eesmisel" küljel asuva vaatleja jaoks ripub Maa pidevalt ühe koha peal taevas ning see läbib sama aja jooksul sarnased faasid. Et Maa on Kuust umbes neli korda suurema läbimõõduga ja oluliselt parem päikesevalguse peegeldaja, on sealne vaatepilt vastavalt võimsam ja maavalged ööd seal palju valgemad kui kuuvalged ööd meil.

Teine küsimus, mis võib Päike-Maa-Kuu süsteemi peale mõeldes tekkida on, et miks ei näe me umbes iga paari nädala tagant vaheldumisi kuu- ja päikesevarjutusi. On ju kuuvarjutus see kui Maa on Kuu ja Päikese vahel ehk täiskuu aeg ja päikesevarjutus see kui Kuu on Maa ja Päikese vahel ehk nn. kuuloomine. Asi selles, et Kuu ei tiirle ümber Maa täpselt samas tasandis kui Maa tiirleb ümber Päikese. Ta on viimase suhtes umbes 5 kraadise kalde all. See tähendab, et enamikel kordadel kui kolm taevakeha on enam-vähem samal joonel, heidavad nad oma varjud üksteisest mööda. Siin tasub korrata, et kuigi väga paljudel joonistel kiputakse Kuud kujutama Maale suhteliselt lähedal, lahutab neid tegelikult keskmiselt 30 Maa läbimõõtu (vaata fotot). 5 kraadi nii pika vahemaa peale on piisav, et nende varjud lähevad üksteisest kümneid tuhandeid kilomeetreid mööda. Ainult suhteliselt haruldastel juhtudel satub Kuu orbiit täpselt õigel hetkel läbima Maa tiirlemistasandit ning me saame tunnistada varjutusi.

Igas mõttes proportisonaalne Maa ja Kuu kaugus üksteisest. Kahe taevakeha vahele mahuks keskmiselt 30 Maa läbimõõtu.

Arusaadavalt vajab nende kolme taevakehade omavahelise liikumiste ja pöörlemiste ette kujutamine omajagu fantaasiat, kuid midagi kontimurdvat see olla ei tohiks. Kuufaaside ja varjutuste põhjustest saadi aru juba umbes kaks ja pool tuhat aastat tagasi (võib olla varemgi). Ega meie siis kehvemad ei saa olla.