Kuidas kosmoses pöörata

Autor: Üllar Kivila

Itaalia astronaut Samantha Cristoforetti demonstreerib selles 2022. aastal ISSi pardal filmitud videos põhimõtet, mille abil paljud tehiskaaslased kosmoses ilma kütusekulu või välise mõjuta ennast pöörata saavad, kasutades selleks hoorattaid või güroskoope.

Energia või impulsi jäävuse seadustest on ilmselt paljud kuulnud ning vahest nende põhjal kooli füüsikatunnis ka üht-teist arvutanud, kuid jäävusseaduste seltskonna vähemtuntud liige - impulsimomendi jäävus - kipub sageli vaid kulmukergitust esile kutsuma. Tegemist on impulsi jäävuse seaduse analoogiga pöördliikumise korral, mida võiks sõnastada järgmiselt: "välismõjude puudumisel suletud süsteemi pöörlemishulk ei muutu".

Satelliidi kosmoses pööramiseks on levinud hoorattad (inglise keeles "reaction wheel"), mida elektrimootoriga pöörlema pannes hakkab kogu satelliit impulsimomendi jäävuse tõttu vastassuunas pöörlema. Enamik suuri satelliite kasutab vähemalt kolme (või tagavaraks rohkemaid) üksteisega ristuvatel telgedel asuvat hooratast, et võimaldada seda igas ruumiteljes vabalt pöörata. Kosmosetehnoloogia uudiste sagedasemad jälgijad on vahest kursis, et kuulsa ja pikaealise Hubble'i kosmoseteleskoobi ühed suurimad murelapsed on just güroskoobid ja hoorattad, mis on teleskoobi täpseks suunamiseks ja paigalhoidmiseks hädavajalikud, kuid mis kipuvad tiheda ja pikaajalise kasutamise peale ajapikku kuluma.

Impulsimomendi jäävuse rakendusi ja ilminguid näeme nii maapealses elus kui ka kosmoses teisigi, näiteks võimaldab see iluuisutajatel jääl olles kontrollida oma pöörlemiskiirust käte keha lähedale tõmbamise või välja sirutamisega. Samuti on see osa põhjusest, miks planeedisüsteemides on suurte planeetide orbiidid enamasti ühel tasapinnal, miks Saturni ja teiste planeetide rõngasüsteemid asuvad nende ekvatoriaaltasandis, kuid nende nähtuste pikem selgitamine vajab ilmselt omaette postitust. Vahest varsti...

Üks aasta Eestit kosmosest

Autor: Üllari Kivila

Panime kokku 12 satelliidifotot Eestist, mis on pärit Euroopa Kosmoseagentuuri Sentinel-2 satelliidilt ning mida saab igaüks vabalt vaadata Maa- ja Ruumiameti Satilao ESTHub vahendusel.

Üritasime saavutada enam-vähem ühe foto kalendrikuu kohta, kuid see päris täpselt ei õnnestunud, põhiliseks takistuseks oli satelliidi erinev katvuspiirkond iga ülelennu kohta koos meie sageli pilviste ilmadega. Vaata iga foto juurest täpsemat kirjeldust meie aastaringist.

17. juuli 2025. Märgata tasub arenevaid äikesepilvi Jõgeva- ja Pärnumaal ning Läänemeres "õitsevaid" sinivetikaid (nimest hoolimata paistavad need vees roheka massina ning tegelikult ka ei õitse, sest vetikatel pole õisi).

13. august 2025.

5. september 2025. Väga mitmekesiste pilvedega päev, kus on korraga esindatud nii madalama kihi rünkpilved, keskmise kõrgusega ühtlane pilvekiht kirdes ja idas ning saarte kohal kõrged kiudpilved.

20. oktoober 2025. Loodus on hakanud kolletama ning selget ilma esineb meil sügisest kevadeni harva, mistõttu on oktoobrist veebruarini üsna raske pilvevaba pildiga päeva leida.

14. november 2025. Kuigi pilt on tehtud enam-vähem keskpäeva paiku, annavad pikad pilvede varju aimu talve lähenemisest.

14. detsember 2025. Kirde-Eesti kohal võib lisaks looduslikele pilvedele märgata paari lennukisaba ning oletatavasti ka Auvere elektrijaama korstnast pärinevat pikka aurusaba.

2. veebruar 2026. Siseveekogud on püsivalt jäätunud ning Liivi lahel on suures koguses merejääd.

17. veebruar 2026. Sellel talvel oli üle mitme aasta võimalik avada jääteed liikluseks mandri ja saarte vahel.

14. märts 2026. Püsiv lumikate on kadunud, merel ja siseveekogudel kestab jää sulamine veel edasi. Saarte ja Loode-Eesti kohal on näha mitmeid lennukisabasid, ehk joonpilvi või kondensatsioonijälgi.

20. aprill 2026.

8. mai 2026. Loodus hakkab uuesti roheliseks muutuma.

7. juuni 2026. Pruunid sood ja rabad annavad tugeva kontrasti ülejäänud rohelise taimestikuga.

Kosmiline nahkhiir

Autor: Üllar Kivila

Et Eestis valitsevad praegu valged ööd ning kohalikud astrofotograafid on suvepuhkusel, jagame kauneid pilte laiast maailmast. Umbes 1400 valgusaasta kaugusel Maokandja tähtkujus asub tume neeldumisudu tähisega LDN 43, milles toimub parasjagu aktiivne täheteke. Vähemalt üks udu südames moodustuv noor täht neelab ümbritsevat ainet sedavõrd ahnelt, et osa sellest paiskub udu keskelt hooga eemale, tekitades pildil üles paremale suunatud punases vesinik-alfa kiirguses helendava gaasijoa.

Et toimuva mastaape paremini hoomata, tasub võrrelda, et see tume udukogu on ligi 16 valgusaastat pikk, kattes seega ligi neli korda Päikese ja meile lähima teise tähesüsteemi alfa Kentauri vahemaa. Maa taevas on selle foto vertikaalne vaateväli 1,7°, ehk veidi enam kui kolmekordne täiskuu läbimõõt. Palja silmaga pole selle looduse loometöö õrna valgust paraku aga võimalik näha ning seetõttu läks prantsuse astrofotograafil Cédric Humbert'il selle foto jaoks teleskoobiga valguse kogumiseks kokku üle 26 tunni.

Võimalik lahendus kahe aastatuhande pikkusele täheheleduse mõistatusele

Autor: Üllar Kivila

θ Eridani (theeta Eridani) või araabiakeelse nimega Acamar on Eestist vaadeldamatu täht taeva lõunapoolkeral Eriidanuse tähtkujus. Praegusel ajal särab see taevas umbes kolmanda tähesuurusega*, olles seega võrreldav näiteks Suure Vankri seitsmest tähest kõige nõrgema, Megrez’iga (δ Ursae Majoris). Kui vaadata aga antiikaja allikaid, täpsemalt Vana-Kreeka Hipparchose (2. sajand e.m.a), Ptolemaiose (2. sajand) ja Pärsia al-Sufi (10. sajand) tähekatalooge, on see täht märgitud enam kui kahe tähesuuruse jagu, ehk umbes 10 korda heledamaks kui see meile praegu paistab. Oma tänapäevase heledusega on θ Eridani esmakordselt tähekataloogi kantud 16. sajandil Hollandi meresõitjate poolt. Et kõigi kolme vanaaja autori poolt tehtud ühesugust eksimust oleks keeruline selgitada, on astronoomid üritanud välja selgitada, kas selle tähe heledus on tõepoolest suurel määral muutunud.

Kunstniku illustratsioon lähedase kaksiktähe vahel toimuvast aine ülevoolust. Antud juhul toimus see protsess vaid astronoomiliselt lühikest aega (1000-2000 aastat) ning piisavalt vähesel määral, mistõttu jäid mõlemad tähed selle lõpuks enam-vähem samasuguseks kui algselt. Mitmete teiste sarnaste tähesüsteemide puhul võib see protsess aga kesta seni, kuni doonortäht on valdava osa oma kogumassist kaotanud.

Iisraeli astronoomid Idel Waisberg ja Boaz Katz kasutasid mitmete maapealsete ja kosmoseteleskoopide andmeid, et θ Eridani süsteemi lähemalt uurida. Kuigi palja silmaga vaadeldes paistab see üksiku tähena, on tegelikult tegemist kolmiksüsteemiga, mille kaks lähemat komponenti tiirlevad teineteise ümber vaid 12 miljoni kilomeetri kaugusel (umbes 1/5 Merkuuri kaugust Päikesest) iga nelja päevaga. Mõlemad tähed on Päikesest suuremad, enam kui kaks korda massiivsemad ning umbes neli korda suurema läbimõõduga hiiud. See tähendab, et oma raskusjõuga moonutavad need teineteise kuju ning piisava läheduse korral võib käivituda ka aine ülevool ühe tähe atmosfäärist teisele tähele. Just sellist aine ülevoolu perioodi peavadki Waisberg ja Katz tähe varasema suurema heleduse põhjustajaks. See võis toimuda eeldusel, et tähepaari orbiit oli varasemalt rohkem elliptiline kui praegu, mis võimaldas orbiidi lähemas punktis ainevoolu kettal moodustuda. Ajapikku muutus orbiit kettas toimuva hõõrdumise tulemusel rohkem ringikujuliseks ning ülevoolu jätkumiseks sobivad tingimused kadusid. Koos sellega kadus ka massiivne hele täheaine ketas, mis süsteemile heledust juurde andis. Tänapäeval selles süsteemis enam aktiivset ainevoolu ei toimu.

θ Eridani asukoht Eriidanuse tähtkujus.

* Tähtede (ja kõigi muude taevakehade) näivat heledust mõõdetakse ajalooliselt tähesuurustes, mis on tagurpidine logaritmiline skaala, kus iga järgnev väärtus vastab eelmisest umbes 2,5 korda väiksemale heledusele. Selle skaala autor on eelmainitud tuntud Vana-Kreeka astronoom Ptolemaios, kelle tähekataloog jagas kõik taevatähed kuue heledusklassi vahel, kus esimesse klassi kuulusid kõige heledamad tähed ning kuuendasse palja silmaga vaevunähtavad. Hilisemad astronoomid defineerisid tähesuuruste skaala nii et Ptolemaiose täheklassid jäid arvuliselt enam-vähem samaks, mis andis tulemuseks selle matemaatiliselt veidi kummalise skaala.

Kaks kosmosesondi, kaks asteroidi

Autor: Üllar Kivila

Kõigest ühepäevase vahega nägi inimkond esmakordselt lähedalt kahte erinevat Maa-lähedast asteroidi. 4. juulil saabus Hiina kosmosesond Tianwen-2 asteroidi 469219 Kamoʻoalewa orbiidile, kuhu on plaanitud jääda kuni 2027. aasta aprillini. Päev hiljem, 5. juulil, sooritas Jaapani pikaealine süvakosmose-sond Hayabusa-2 lähedase möödalennu teisest Maa-lähedasest asteroidist 98943 Torifune. Kirjutame lühidalt mõlemast missioonist ja nende külastatud asteroididest.

Tianwen-2, mille nimi tähendab eesti keeles „taevased küsimused“, startis Maalt 2025. aasta maikuus ning Kamoʻoalewa on esimene selle sondi külastatavast kahest taevakehast. Pärast 9 kuu pikkust uurimisprogrammi ja pinnalt proovide võtmist, asub sond 2027. aasta aprillis tagasiteele Maale. Kapsel väärtuslike proovidega kukutatakse tagasi planeedile, kuid sond ise lendab uurima omapärast nn aktiivset asteroidi 311P/PanSTARRS, kuhu saabumine on planeeritud 2035. aasta algusesse.

Asteroid 98943 Torifune, pildistatud Jaapani kosmosesondi Hayabusa2 pardalt 5. juulil. Hayabusa2 lendas asteroidist mööda vähem kui 1 km kauguselt suhtelise kiirusega umbes 5 km/s.

Kamoʻoalewa on üks väiksemaid taevakehasid, mida ükski kosmosesond kunagi külastanud on. Selle läbimõõt on kõigest 20 meetri kandis ning see pöörleb üpris kiiresti, tehes täispöörde umbes 28 minutiga. See on umbes-täpselt sama suur kui 2013. aastal Venemaal Tšeljabinski oblasti kohal plahvatanud meteoor. Tegemist on ühega Maa nn kvaasikuudest, ehk taevakehadest, mis tiirlevad ümber Päikese Maaga väga sarnasel orbiidil ning sama perioodiga. Seniste teleskoobivaatluste põhjal on alust oletada, et tegemist võib olla mõne astronoomilises mõttes hiljuti (st viimase mõne või mõnekümne miljoni aasta jooksul) Kuul toimunud kokkupõrke käigus kosmosesse paisatud tükiga Kuu pinnast.

Vastupidiselt hiljuti startinud Tianwen-2-le on Hayabusa2 (eesti keeles „rabapistrik“) juba oma põhimissiooni täitnud veteran-sond, mis on kosmoses lennanud alates 2014. aastast. Sondi põhimissioon oli asteroid Ryugu uurimine aastatel 2018–2019 ning sellelt pinnaseproovide Maale toimetamine. Et sond oli põhimissiooni lõpuks veel heas tehnilises korras ning piisava kütusevaruga, otsustati missiooni pikendada möödalennuga Torifunest ning edasise plaaniga külastada 2031. aastal eelmainitud Kamoʻoalewast veel väiksemat asteroidi – umbes 5-meetrist 1998 KY₂₆.

Asteroid 469219 Kamoʻoalewa, pildistatud Hiina kosmosesondi Tianwen-2 pardalt 2. juulil umbes 20 km kauguselt 2 päeva enne orbiidile manööverdamist - sellest tuleneb ka pildi madal lahutusvõime, kuna asteroid on vaid 20-meetrine.

Torifune on umbes 450-meetrine kontaktkaksik, ehk kahe asteroidi aeglasel kokkupõrkel moodustunud liitkeha. Selletaoliseid objekte on Päikesesüsteemis eri piirkondades leitud hulgi ning näib, et tegemist on üsna tavalise nähtusega väiksemate taevakehade moodustumise protsessis. Paraku ei võimaldanud kiire möödalend selle taevakeha juures kuigi palju põhjalikumaid uuringuid teha.

Maa afeel 2026

Autor: Üllar Kivila Täna Eesti aja järgi kell 20:30 asub Maa Päikesest selle aasta kõige kaugemas punktis, ehk läbib orbiidi afeeli meie tähest umbes 152 miljoni kilomeetri kaugusel.

Päikese näiva suuruse võrdlus nähtuna Maalt afeelis ja periheelis.

Põhjapoolkera elanikele võib tunduda väheintuitiivne, et see juhtub meie jaoks suvel, kuid Maa aastaaegade põhiline põhjustaja on siiski planeedi telje asend Päikese suhtes. Jaanuari alguses toimuva periheeli, ehk Päikesele lähima asendi ja afeeli kauguste erinevus on umbes 5 miljonit kilomeetrit, mis tähendab 7% erinevust Maale jõudva päikesekiirguse hulgas. Võrdluseks - meie laiuskraadil paistab Päike talvisel pööripäeval umbes 8° kõrgusel horisondist, suvisel pööripäeval aga 55° kõrgusel. Sellest valguse langemise nurga erinevusest tulenev kiirgushulga erinevus pinnaühiku kohta on umbes kuuekordne ning seega aastaaegade põhiline põhjus.

Mõõtkavas joonis Maa orbiidist (sinine) võrrelduna 1 astronoomilise ühiku raadiusega ringjoonega (sisemine hall ring). Vähim kaugus Päikesest periheelis on 147 miljonit km (0,98 aü), suurim kaugus afeelis on 152 miljonit kilomeetrit (1,02 aü).

Maa afeeli kaugused aastatel 1000-3000. Nähtav on pikaajaline langustrend, mis tuleneb Maa orbiidi elliptilisuse vähenemisest ning igaastane juhuslik variatsioon, millest suurema osa tekitab Maa liikumine ümber Maa-Kuu ühise raskuskeskme. See raskuskese asub Maa sisemuses umbes 4700 km kaugusel Maa keskpunktist. Väiksema osa variatsioonist põhjustavad ka teiste planeetide gravitatsioonilised mõjud. 2026. aasta afeel on tähistatud oranži täpiga ning kollane kriipsjoon näitab afeeli pikaajalist keskmist.

Nagu hiljutise pööripäeva puhul sai lähemalt uuritud selle aasta pikima päeva pikkuse võrdlust teiste aastate omadega, siis vaatame seekord lähemalt ka tänavust afeeli teiste aastate võrdluses. Tänavune Päikesest kaugeim asend on lähiaastate keskmisest pisut lähemal ning põhilist variatsiooni selles põhjustab Kuu - Maa ja Kuu tiirutavad ühise raskuskeskme ümber(, mis asub küll Maa sisemuses) ning seetõttu sõltub Maa kaugus Päikesest afeelis ja periheelis mingil määral ka sellest, kas Kuu asub parasjagu Maa "taga" (täiskuu) või "ees" (kuuloomine). Esimesel juhul on Maa Päikesele veidi lähemal, teisel juhul kaugemal samas kui Maa-Kuu raskuskese järgib enam-vähem täpselt elliptilist orbiiti ümber Päikese.

Peale Kuu mõju näeme ka pikemaajalist langustrendi - Maa orbiidi elliptilisus ei ole ajas päris püsiv, vaid varieerub umbes 100 000-aastase perioodiga maksimaalsest väärtusest 0,06 minimaalse 0,003-ni. Praegusel ajal on see umbes 0,017 ning kahaneb aeglaselt - see tähendab, et Maa orbiit muutub praegu rohkem ringikujuliseks ning periheeli ning afeeli kauguste väärtused lähenevad ajapikku teineteisele.