Lugejaküsimus: Miks Kuu nii hele on?

Lugejaküsimus, muutmata kujul:
Tere. Üks küsimus hakkas vaevama ... kuidas on võimalik, et tolmuga kaetud kivine kuu pinnas valgust nii hästi tagasi peegeldab? Maa peal on selleks küll vaja spets töötlusega helkureid.

Väga huvitav küsimus, aitäh!

Kuu on ülekaalukalt eredaim objekt meie öötaevas, olles 1500 korda heledam, kui järgmine heledaim keha – Veenus ja 27000 korda heledam kui Sirius, helededaim täht öötaevas.

Küsimus puudutab tavakehade albeedot ehk ise mitte kiirgavate taevakehade omadust peegeldada talle langevat päikesevalgust hajutatult ruumi tagasi. Valemina:

Albeedo = Peegeldatud valgus / Langev valgus

Tulemuseks saame suhtarvu nullist üheni, kus 0 on must keha, mis neelab kogu talle langeva kiirguse olenemata kiirguse nurgast ja 1 on valge keha, mis peegeldab ühtlaselt kõigis suundades tagasi kõik talle langevad kiirguse.

Maa ja Kuu heleduse võrdlus.

Astronoomid on kindlaks teinud meie plaanetide albeedod järgnevalt: esimene koht läheb Veenusele, albeedo 0.65, see tähendab, et 65% päikesevalgusest peegeldub Veenuse tihedalt pilvkattelt tagasi ja ülejäänud 35% neeldub ja soojendab planeeti. Kuigi enamus kiirgusest peegeldub tagasi, siis kasvuhooneefekti tõttu on pilvkatte all umbes 470 kraadine temperatuur. Merkuuri näit on 0.11, mis annab talle planeetide seas viimase koha ja põrguliku päevase pinnatemperatuuri näiduga 430 kraadi Celsiust. Atmosfääri puudumise tõttu langeb öine temp. -180 kraadi peale. Aga temperatuur on natuke teine teema ja ajab praegu ainult sauna kütma, las ta praegu olla. Maa albedo 0.37, Mars 0.15, Jupiter 0.52, Saturn 0.47, Uraan 0.51, Neptuun 0.41, Pluuto jäine pind kõigub 0.5...0.7 vahel. Kuu albeedo sarnane Merkuuriga, 0.12.

Need näidud on keskmised. Maa albeedo kõigub oluliselt sõltuvalt pilv- ja lumekattest ning päikesevalguse langemise nurgast, nurk on eriti oluline ookeanide puhul – kui Päike on seniidis, siis on sügava vee albeedo 0.02, ehk suur enamus neeldub ookeanisügavustesse, kui aga nurk on suurem siis võib kuni 80% valgusest neeldumata peegelduda. Pilvkatte tüübist ja tihedusest olenevalt on pilvede albeedo 0.4...0.8 vahel, lumi sarnaselt 0.4...0.85, metsad 0.04...0.1, muru ja hein umbes 0.15. Maal on head helkurmaterjali päris palju. Muideks, Maalt peegeldunud valgust on näha ka Kuu pinnal näiteks noore Kuu ajal, kui Maa valgustab tuhmilt ka Kuu tumedat osa.

Kuutolm maises laboris.

Seega võib öelda, et Kuu pole sugugi nii hele. Kuu tundub hele oma näiva suuruse ja oma läheduse tõttu. Kuu pinda katab suures osas mõne sentimeetri paksune meteoriitide ja kosmilise kiirguse mõjul väga peeneks jahvatatud süsimusta tolmu kiht - regoliit (Pilt 1). Leidub ka suuremate kokkupõrgete järel tekkinud klaasistunud kivimeid, enamasti küll kraatrite põhjas, seega peegeldumise teemas seda oluliselt ei arvestata, kuna sinna üldiselt valgus ei paista ja kogus on ka võrdlemisi väike.

Päikesesüsteemi kuude suuruse edetabelis on meie naturaalsatelliit viiendal kohal. Kui võrrelda suurust taevas nähtava kettana, siis on meie Kuu Maast 3.7 korda väiksem, kogupindala saab võrralda Aasia pindalaga, mass aga kõigest 1,2% Maa massist. Lisame veel võrdluseks Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) satelliidi Earth Polychromatic Imaging Camera (EPIC) pooleteist miljoni kilomeetri kauguselt tehtud foto sellest, kuidas Kuu liigub Maa ja kaamera vahelt läbi. Päikesevalgus langeb foto tegemise suunast, valgustades Kuu nn pimedat külge ja andes antud teemasse suurepärase visuaalse võrdluse kahe keha näivast heledusest. (Pilt 2.)

Lugeja küsib: Millisel määral erinevad päikesetõusu ja -loojangu ajad Eesti eri paigus ja miks?

Kuna sellele küsimusele ei ole ühest vastust ning kõik sõltub aastaajast ehk Päikese tõusu ja loojangu suundadest ning võrreldavate asukohtade geograafilisest asetusest, tuleks tuua konkreetseid näiteid. Tuues nendeks hetked mil päevad on meil kõige lühemad, pikemad või enam-vähem võrdsed ning asukohtadeks üksteisest ühes või teises suunas võimalikult eemal asuvad asulad, saame me mingi ettekujutuse seaduspärasustest, mis päikesetõusu ja -loojangu erinevusi meie pisikesel maal mõjutavad. Kõrguste erinevusi me lihtsuse mõttes ei arvesta.

Kevadine ja suvine pööripäev: need on ajahetked, kui Päike asub Maa ekvaatoril seniidis ning kõikjal planeedil on ööd ja päevad peaaegu võrdse pikkusega. Nendel hetkedel tõuseb ja loojub Päike ühel ja samal pikkuskraadil (põhja-lõuna suunalised mõttelised jooned) samal ajal. Eestis asuvad näiteks Võru ja Kiviõli üksteisest umbes 170 kilomeetri kaugusel, aga enam-vähem samal pikkuskraadil. See tähendab, et kevadisel pööripäeval (20. märts) tõuseb mõlemas linnas Päike kell 6:14 ja loojub 18:27.* Sügisesel pööripäeval (22. september) on vastavad kellaajad 6:58 ja 19:13.**

Ida-Lääne suunaliselt on Eestis suurim vahemaa Narva ja Saaremaal rannikul asuva Nootamaa saare vahel - 365km. Kuna laiuskraadidide (idast-läände jooksvad mõttelised jooned) erinevus eelmaninitud pööripäevadel päikesetõusu ja - loojangu aega ei mõjuta on antud vahemaa mõõdetud ainult pikki laiuskraadi. Mööda seda viimast kehtib lihtne reegel - mida lääne poole minna, seda hiljem päike tõuseb. Näiteks 20. märtsil tõuseb Narvas päike kell 6:09 ja loojub 18:22. Nootamaal on aga samad ajad 6:35 ja 18:48. Seega vahe on 26 minutit!

Talvisel pööripäeval (21. detsember), kui Päike teeb põhjapoolkeral lühimaid kaari, on asi natukene keerulisem. Lisaks Lääne-Ida suunalisele erinevusele tuleb siin arvestada, et Päike tõuseb kagust ja loojub edelasse. See tähendab, et Lõuna suunas minnes kerkib Päike horisondi kohal kõrgemale ning seega ka tõuseb varem ja loojub hiljem. Võtame näidetena taaskord "üksteise all" asuvad linnad - Kiviõli ja Võru. Esimeses tõuseb päike 9:09 ja loojub 15:13, teises 8:56 ja 15:26. Ehk siis aasta kõige lühemal päeval saab 170 kilomeetrit lõuna pool asudes võita peaaegu pool tundi valge aja pikkuses.

Kui lõunasse liikudes tõuseb päike varem ning läände liikudes hiljem, saab loodest kagusse (päikesetõusule otse vastu) liikudes neid kahte efekti võimendada. Eesti loodenurgas Hiiumaa Kõpu poolsaare tipus tõuseb 21. detsembril Päike kell 9:25 ja loojub 15:37. Samas Eesti kagunurgas Võrumaal Parmu looduskaitsealal tõuseb päike kell 8:52 ja loojub 15:27. Päikesetõusude vahe on koguni 33 minutit, samas kui loojangute vahe on kõigest 10 minutit. Sellise ebakõla põhjuseks on, et samal ajal kui me liikusime päikesetõusule vastu, jääme me loojangu suhtes enam-vähem sama kaugele ning 10 minutiline viivitus tuleb peamiselt lääne-ida suunast.

Teisipidi diagonaali - Narva ja Sõrve Sääre tipp - mõeldes saame me päikesetõusu suhtes vahet vähendada, samas kui loojangu erinevus suureneb. Tõusud Narvas ja Sõrves on vastavalt 9:04 ja 9:16 ja loojangud 15:08 ja 15:43. 12 minutit võitu tõusus, 35 minutit loojangus.

Suvisel pööripäeval (20. juuni) on jällegi kõik hoopis vastupidine, kuna siis tõuseb Päike kirdest ja loojub loodes. Seetõttu saab näiteks Kiviõlis päike tõusta 15 varem kui Võrus, kuigi ta asub viimasest tükk maad põhja pool. Suurim tõusude vahe on siis Narva (3:51) ja Sõrve tipu (4:30) vahel, mis on oma 39 minutiga Eesti mõttes üldse kõige suurem. Loojangute puhul on viivitus Parmu LKA (22:14) ja Kõpu (22:49) vahel 35 minutit. Sellest järeldub, et kui tahta kogeda Eestis kõige pikemat päeva, siis tasub 20. juunil nautida päikesetõusu Narvas ning seejärel sõita Kõpu poolsaarele, et seal loojangut vaadata. Nii saaks niigi pika päeva 20 minutit pikemaks venitada.

Pika segase jutu ja silme eest kirjuks võtvate arvude kõrval võib kokkuvõtteks vastuse lugeja küsimusele sõnastada järgmiselt: kõik oleneb (aasta)ajast, võrreldavate kohtade omavahelisest geograafilisest asetusest ja kaugusest. Üldiselt kehtib aga lihtne ja loogiline reegel - kui sa asud päikesetõusule lähemal, tõuseb ta varem; kui loojangule lähemal, siis loojub ta ka hiljem. Samas Eesti erinevates nurkades kahe jalaga maa peal seistes üle 39 minutilist erinevust päikesetõusus ja 35 minutilist erinevust loojangus kogeda ei saa. Pööripäevade vahelistel aegadel on asjalood küllaltki vahepealsed. Täpsemalt saab neid eri linnades ja terve aasta jooksul vaadata siit. https://calendar.center/ee/paikesetous-ja-paikeseloojang/

Komposiitfoto Päikese erinevatest asukohtadest jäädvustatuna ühes Itaalia külas aasta jooksul. Horisondile on kokku seatud päikeseloojangute suunad erinevatel kuudel. Lõpmatuse sümbolit meenutav kujund, mida nimetatakse analemmaks, koosneb fotodest mis on tehtud iga kümne päeva tagant samal kellaajal. Analemma vasakpoolne tipp on pildistatud talvisel pööripäeval ning parempoolne suvisel. Horisondini ulatuvad rajad on päikese teekonnad loojanguni, millest keskmine tähistab sügist ja kevadist pööripäeva, mis Päike loojub otse itta.

PS: Lugeja küsimusi ootame oma meilile tähetipp@gmail.com

*päikesetõusu ja - loojangu kellaajad erinevates linnades pärinevad tasuta rakendusest nimega Ephemeries.

** kellaegu vaadates tundub, et päevad on isegi kevadisel ja sügisesel pööripäeval ööst natukene pikemad. Sellel on kaks põhjust. Esiteks on päikesetõus defineeritud hetkena, mil päikeseketta ülemine osa muutub horisondil nähtavaks ning loojang hetkena, mil päikeseketta ülemine osa horisondi taha kaob. See tähendab, et eeldefineeritud hetkest hetkeni jõudmiseks kulub päeval mõni minut kauem (päikeseketta läbimõõdu jagu). Teiseks murrab, peegeldab ja transpordib Maad ümbritsev atmosfäär päikesevalgust natukene nagu valguskaabel. See tähendab, et Päike muutub horisondil nähtavaks paar minutit enne kui ta seal reaalselt olema peaks ning püsib loojudes samal põhjusel kauem nähtavana. Nendel kahel põhjusel saabub tõeline päeva ja öö pikkuste võrdsustumine erinevatel laiuskraadidel mitu päeva hiljem. Eestis umbes nädal peale pööripäevi.