Head teadmistepäeva!

Autor: Üllar Kivila

47 aastat tagasi, 1. septembril 1979, sai NASA kosmosesond Pioneer 11 esimeseks Saturni lähedalt külastanud kosmoseaparaadiks. Need nostalgiahõngulised pildid näitavad hästi välja kaameratehnika arengu vahepealsete aastakümnete jooksul. Pioneer 11 "kaamera" koosnes ühest pikslist, täpsema nimega fotopolarimeetrist, mis kasutas pildi koostamiseks kosmosesondi enda pöörlemist ning liikumist. Hilisemate sondide piltidega võrreldes pole need muidugi kuigi muljetavaldavad, kuid tollal oli siiski tegemist parimate lähivaadetega meie Päikesesüsteemi unikaalsele suurte rõngastega planeedile.

Saturn ja selle suurim kuu Titaan. Rõngaste veidi harjumatu välimus on tingitud sellest, et need on jäädvustatud päikesevalguse suhtes "altpoolt" - vaatenurgast, mida Maalt kunagi ei näe. Sellisest vaatenurgast paistavad rõngad justkui negatiivis - tihedamad piirkonnad tumedana ja hõredamad alad heledamana.

Saturni rõngad ning paar kaaslast.

Lähivaade Saturni servale ning rõngaste varjule planeedi atmosfääris.

Lahkumispilt Saturnist.

Nancy Grace Romani nimeline kosmoseteleskoop startis

Autor: Üllar Kivila

Eile, 30. augustil Eesti aja järgi kell 13:26 startis SpaceX Falcon Heavy raketi pardal edukalt Nancy Grace Romani nimeline kosmoseteleskoop, mis on mitmes praktilises mõttes kuulsa Hubble'i kosmoseteleskoobi järglane ja edasiarendus. Teleskoobi lahutusvõime on Hubble'iga sarnane, kuid selle 300-megapiksline kaamera katab ühe kaadriga ligi 100 korda suurema taeva-ala.

Romani teleskoop vahetult enne Falcon Heavy kanderaketi lastiruumi laadimist.

Viimane vaade Romanile Falcon Heavy ülemise astme pardalt pärast teleskoobi eraldumist kanderaketist. Erinevalt Hubble'i teleskoobist, mida astronaudid Maa orbiidil korduvalt külastanud ja täiendanud-remontinud on, pole meie praeguste mehitatud kosmoselaevadega Romani külastamine võimalik.

Romani teleskoobi start USAst Kennedy kosmodroomilt.

Erinevalt Hubble'i teleskoobist ei jää Roman Maa lähedusse, vaid lendab orbiidile Maa-Päikese 2. Lagrange'i punkti umbes 1,5 miljoni km kaugusele Maa "taha" Päikese poolt vaadates. Roman liitub juba seal asuvate James Webbi ja Euclidi kosmoseteleskoopidega. Reis vaatlusorbiidile kestab umbes 3 kuud, ehk esimesi kauneid ülesvõtteid uue teleskoobi vahendusel on loodetavasti oodata selle aasta lõpu poole. All: Romani teekond 2. Lagrange'i punkti orbiidile. Võrdluseks on näidatud ka juba seal asuva James Webbi teleskoobi asukoht.

Mis kujuga on Maa?

Autor: Üllar Kivila

Kui jätta kõrvale vandenõufännide trollimine, siis küsimused Maa täpsest kujust pakuvad teadlastele huvi ka tänapäeval. Mitte selle pärast, et keegi selle üldises kerakujus kahtleks, vaid sellepärast, et nagu teaduses kombeks – mida täpsemalt midagi mõõta või uurida, seda rohkem huvitavaid nüansse välja tuleb.

Kui meid huvitab vaid üldpilt ja paarikümne kilomeetrine vertikaalne täpsus, siis võime julgelt Maa kerakujuliseks lugeda. Maa 12 700 kilomeetrise läbimõõdu juures eksime sel juhul tõelise kuju suhtes alati vähem kui 0,4%.

Maa tegelikku kuju näitab kõige paremini siiski foto. See pilt on pärit Euroopa Kosmoseagentuuri ilmastikusatelliidilt Meteosat 12 ning täislahutuses 12 000 x 12 000 piksli suuruselt pildilt võib kenasti välja mõõta polaar- ja ekvatoriaalläbimõõdu paarikümne piksli suuruse erinevuse (ettevaatust, suur fail!): https://www.esa.int/.../24859670-13.../Full_Earth_disc.jpg

Maa topograafiline kaart, kuid tavalise kõrguse asemel geoidist või ellipsoidist on siin esitatud kõrguste skaala kaugusena Maa keskpunktist (topograafia kõrgus on pildil võimendatud). Selgelt on näha Maa ellipsoidaalsus ning ka põhjus, miks kaugeim punkt Maa keskpunktist ei ole mitte Everest, mis on küll kõrgeim mägi keskmisest merepinnast (8848 m), vaid Lõuna-Ameerika Andides enam-vähem täpselt ekvaatoril asuv Chimborazo (kõrgus merepinnast 6263 m). Maa keskpunktist asub Everesti tipp 6382,3 km kaugusel, kuid Chimborazo tipp ulatub 6384,4 km kaugusele (st 2,1 km kaugemale).

Juba 17. sajandil hakkasid füüsikud ja astronoomid oletama, et suurema täpsuse juures pole Maa üldkuju enam täpselt kera, vaid pigem pöördellipsoid – Maa läbimõõt põhjapooluselt lõunapooluseni on väiksem kui läbimõõt ühest ekvaatori punktist selle vastaspunkti. See oletus pärines füüsikast – pöördellipsoid on loomulik kuju, mille omandab oma telje ümber pöörlev vedelikukera. Tasub meeles pidada, et peale õhukese maakoore ei ole suurem osa Maa ainest planeedi sisemuses tahkes olekus, vaid vedela või viskoosse kivimassi kujul. Täpsed geodeetilised ja astronoomilised mõõtmised piki erinevaid meridiaanikaari kinnitasid seda oletust, kusjuures olulise panuse andis ka Eestis tuntud Struve kaare mõõtmine aastatel 1816-1855. Ellipsoid on Maa kujule piisavalt hea lähendus (püsides samas matemaatiliselt piisavalt lihtsana), et seda kasutatakse tänapäeval mitmete geograafiliste koordinaatsüsteemide alusena – kõige tuntum on vast WGS84, mida kasutavad muuhulgas ka GPS-süsteemid. WGS84 ellipsoidi järgi on Maa polaarläbimõõt 12 713 km ning ekvatoriaalläbimõõt 12 756 km. Erinevus seega 43 km.

Veel suuremat täpsust taga ajades tuleb hakata uurima Maa täpsemat massijaotust ning pinnamoe ebaühtlusi – viimased on selles mõõtkavas juba märkimisväärsed. Mariaani süviku ning Everesti tipu kõrguste erinevus keskmisest merepinna tasemest on kokku ligi 20 kilomeetrit. See „keskmine merepinna tase“ ongi aluseks veel täpsemale Maa kuju mudelile – geoidile, mis kirjeldab hüpoteetilist olukorda, kui Maa olekski vedelikukera, või alternatiivselt – üleni kaetud sügava ookeaniga. Ignoreerides ka tõusude-mõõnade ning ilmastiku mõju, peaks see hüpoteetiline globaalne veepind näitama gravitatsioonilist ekvipotentsiaalpinda. Selle keeruka sõna taga peidab end lihtsalt tõdemus, et vedelikud omandavad alati minimaalse energiaga tasakaaluolekule vastava kuju. Kui Maa siseehitus oleks kõikjal ühetaoline, oleks selleks pinnaks ellipsoid. Reaalsuses koosneb Maa koor ja vahevöö aga erineva tiheduse ja koostisega kivimitest, mis tähendab, et mõnes piirkonnas on kohalik gravitatsiooniväli veidi tugevam või veidi nõrgem. Selle tulemusena tekivad selle idealiseeritud vee-ellipsoidi pinnal ebaühtlused – justkui künkad ja orud, kuna ka vesi koondub raskusjõu mõjul tihenduste piirkondadesse. Maa puhul erineb geoidi ja ellipsoidi pind vaid umbes 100 meetri jagu, kuid sellega arvestamine on oluline näiteks geodeetiliste täppistööde juures, kuna kõik raskusjõu abil looditavad seadmed järgivad kohalikku raskusjõu vertikaali, mis võib lihtsustatud sfääri või ellipsoidi vertikaalsuunast piisavalt erineda, et täppismõõtmisi segada.

Kokkuvõttes – kui tekib küsimus, kuidas Maa kuju kirjeldada, tasub mõelda selle kirjelduse eesmärgi ja vajaliku täpsuse peale. Olukorras, kus pole probleemiks rannapalli või jalgpalli ümmarguseks nimetada, pole ka mingit takistust Maad samamoodi käsitleda. Kui juhtute aga olema FIFA tarbeks jalgpalle inspekteeriv ametnik või Maad mõõtev geodeet, ei ole paraku keerulisematest kirjeldustest pääsu.

All: Maa geoidi kuju õiges mõõtkavas. Geoidi maksimum (st erinevus ellipsoidist) on +85 m Islandi lähedal ning miinimum -106 m India lõunaosas.

All: Maa geoidi kuju 10 000 x kõrguste võimendusega. Geoidi maksimum (st erinevus ellipsoidist) on +85 m Islandi lähedal ning miinimum -106 m India lõunaosas.

Kohtumine Marsi taevas

Autor: Üllar Kivila

Mõnikord tuleb ette, et Maalt vaadates varjab Kuu mõne Päikesesüsteemi planeedi - selliseid sündmuseid nimetatakse astronoomias kattumisteks. Mõistagi toimub selliseid sündmuseid ka teiste planeetide vaatevinklist, kuid enamasti pole neid keegi vaatlemas.

2. juulil 2026 sattus üks selline kattumine toimuma marsikulguri Perseverance asukohast nähtuna - Marsi kuu Phobos kattis õhtutaevas ehatähena paistva Maa. Fotod on tehtud umbes 40 minutit pärast kohalikku päikeseloojangut, mil Marsi tolmune atmosfäär oli hajunud päikesevalgusest endiselt veel üsna hele.

Fotoseeria Maa kattumisest Phobosega, töödeldud taeva taustaheleduse eemaldamiseks, et neid paremini eristada.

Perseverance'i vaade Marsi loojangutaevasse, lähivaatel seeria ülesvõtetest Maa kattumisest Phobosega. Erinevalt Maa Kuust tiirleb Phobos Marsile sedavõrd lähedal, et selle orbitaalkiirus on suurem Marsi pöörlemiskiirusest - täistiir kestab vaid 7,5 tundi. Seetõttu liigub Phobos Marsi taevas teistele taevakehadele vastassuunas, tõustes läänes ning loojudes idas. Antud pildiseerial tõusebki Phobos läänest samal ajal kui Maa sealsamas loojub.

Eskimo planetaarudu

Autor: Üllar Kivila Selle kauni ülesvõtte NGC 2392 udukogust, ehk "Lõvipea" või "Eskimo" udust pildistas James Webbi kosmoseteleskoop.

Udukogu sisemine helendav osa koosneb peaasjalikult kuumast gaasist ning välimine rõngas veidi jahedamast klompidesse koondunud tolmust. Mõlemat valgustab udukogu keskel asuv kuum tähejäänuk - kunagise Päikese-laadse tähe südamik, mis on tuumakütuse varude lõppemisel oma atmosfääri väliskihid laiali paisanud. Selline planetaarudu* kestab kosmilises mõttes vaid üsna üürikese hetke, umbes 10 000 aasta jooksul hajub see tolmu- ja gaasipilv laiali.

NGC 2392 asub Kaksikute tähtkujus ning on seega põhjapoolkeralt hästi vaadeldav. Oma väikese suuruse ning suhteliselt suure heledusega (9. tähesuurus) võib seda silmata ka väiksemate teleskoopidega, kus see paistab pisikese uduga ümbritsetud tähena. Udukogu detailide eristamiseks on aga vaja pigem suuremat teleskoopi.

* Nimest hoolimata ei ole planetaarududel mingit seost planeetidega. Nime andsid esimesed selletaolised objektid avastanud teleskoobivaatlejad, kes nende olemust ei teadnud. Omaaegsetes teleskoopides paistsid need pisikeste heledate ketastena, sarnanedes visuaalselt Päikesesüsteemi planeetidega ning eristudes tähtedest, mis paistsid teleskoobi suurendusest sõltumata vaid valguspunktidena.

Sügistaevas särab muutlik komeet

Autor: Üllar Kivila

Komeet 220P/McNaught on lühiperioodiline komeet, mis tiirleb Päikesesüsteemis enam-vähem planeetide tasapinnas Jupiteri ja Marsi orbiitide vahel umbes 5,5-aastase orbitaalperioodiga. Lähikuudel on see astrofotograafidele pildistamiseks ning hea õnne korral ka läbi teleskoobi või suuremate binoklitega vaatlemiseks sobivas asendis. Palja silmaga nähtavaks see paraku ei muutu.

Viljam Takis pildistas komeeti Eestist hiljutisel Astronoomiafestivalil 22. augusti varahommikul.

220P on märkimisväärne oma kaootilise heleduse ja käitumise poolest, selle aasta mai lõpus ning augusti alguses toimusid komeedil suured ainepursked, mis kasvatasid lühiajaliselt märgatavalt selle heledust ning tekitasid põnevalt muutliku välimusega saba ja pea. Komeet läbis periheeli 27. augustil ning jõuab Maaga lähimasse asendisse 12. oktoobril. Arvatavasti on komeet amatöörtehnikaga vaadeldav kuni umbes novembrini ning ei saa välistada, et purskeid võib veel esineda.

Komeedi asukoht lähikuudel on Vaala tähtkuju "saba" piirkonnas ning liikumiskiirus taevas tähtede suhtes on üsna väike, mis teeb selle pika säriajaga pildistamise lihtsamaks.

220P orbiit Päikesesüsteemis.

220P asukoht taevas järelejäänud 2026. aasta jooksul.

Astrofotograaf Dan Bartlett on komeeti mitmel järjestikusel ööl pildistanud ning see näitab efektselt komeedi muutlikkust. Pildi taustalt on töötlusel eemaldatud tähed.

Galaktikad paistavad läbi

Autor: Üllar Kivila

Kaunitel astrofotodel helendavaid galaktikaid vaadates võib tihtipeale meelest minna nende tähekogumite olemus ning tõsiasi, et kõik galaktikad koosnevad valdavas enamuses tühjast ruumist. Üksikute tähtede vahemaad on ka teistes galaktikates sarnased Linnuteega, ehk äärealadel mõned või kümned valgusaastad; tihedamates piirkondades sageli alla valgusaasta, mis on siiski kümneid või sadu tuhandeid kordi enam kui tähtede endi mõõtmed.

See tuleb eriti hästi esile olukorras, kus meie vaatevinklist on kaks muidu teineteisega mitteseotud galaktikat üksteise taha sattunud - galaktikad on suuresti läbipaistvad.

Sel pildil on Hubble'i teleskoobi jäädvustatud kaks spiraalgalaktikat kataloogitähistega LEDA 2073461 ja SDSS J115331.86+360024.2. Sellised galaktikate kokkusattumised on astronoomide jaoks kasulik võimalus esiplaanil oleva galaktika uurimiseks taustal paistva galaktika valguse neelamise ja moonutuste uurimise abil.

Starshipi odüsseia

Autor: Üllar Kivila

25. juulil toimus SpaceX Starshipi programmi 13. katselend ballistilisel trajektooril USAst India Ookeanisse. Vastu ootusi ning erinevalt oma eelkäijatest jäi see kosmoselaev merre maandumise järel terveks. Mõeldud-tehtud, otsustati SpaceX-is - laeva tagasi koju tuues saab rohkem infot!

Ligi kuu aega kestis selle pukseerimine Austraaliale kuuluva Jõulusaare juurde ning vahepeal oli arvestatav oht, et see võib tormis uppuda, kuid 23. augustil jõuti siiski pärale, Starship tõsteti lõpuks merest välja ning raskelastilaeva Forte pardale, mis viib selle tagasi USAsse.

Starshipi 14. katselendu on oodata mitte varem kui septembris ning plaani kohaselt peaks sellest saama esimene päris orbitaallend koos katsega kosmoselaev stardiplatvormil uuesti kinni püüda - see viimane osa pole hetkel veel kindel.

Forte pardale laetud Starship. Et pildi mõõtkavast valet muljet ei jääks, tasub arvestada, et laev on 217 m pikk ja 40 m lai. Starship on 52 m pikk ning 9 m läbimõõdus.

Jõulusaare juurde pukseeritud Starship. Kuu aega merel loksumist on kuumuskilbile vaat et halveminigi mõjunud kui atmosfääri sisenemine - mis pole muidugi eriti üllatav.

Kaader 13. katselennu maandumisest India Ookeani, jäädvustatud droonilt.

Kaader 13. katselennust kosmoses, jäädvustatud Superheavy kiirendusastme pardalt vahetult pärast eraldumist.

Iga päikesevarjutusega kaasneb kuuvarjutus (ja vastupidi)

Autor: Üllar Kivila

Täpselt pool kuutsüklit pärast 12. augusti päikesevarjutust saame näha sellega kaasnevat kuuvarjutust - seekord osalist, sest Kuu liigub piki Maa varju serva, nii et selle serv jääb napilt täisvarjust välja.

Fotograaf Tim Martin on 22 aasta jooksul pildistanud erinevaid kuuvarjutusi, koostamaks komposiitpilti, millel on näha terve Maa vari.

Eesti aja järgi toimub see varjutus 28. augusti hommikutundidel. Maa täisvari alustab Kuu katmist kell 5:34 ning parim vaade on kella 6 paiku, mil osaliselt varjatud Kuu loojub edela-lääne suunas - selle vaatlemiseks on vaja vaba horisonti Kuu loojangu suunal. Varjutuse maksimum saabub kell 7:13, mil Eestist enam Kuud ei näe. Sel ajal saavad parimat vaadet nautida Põhja- ja Lõuna-Ameerika elanikud.

Pöörlev ruum ja Linnutee kiireim täht

Autor: Üllar Kivila

Euroopa Lõunaobservatooriumi VLT teleskoobikompleks sisaldab nelja 8-meetrist teleskoopi, mis on juba üksikuna ühed maailma suurimad, kuid neid saab kasutada ka interferomeetriks ühendatuna, mis annab ligi 120-meetrisele üksikule teleskoobile vastava lahutusvõime. Nii teravat lahutusvõimet on tarvis meist ligi 27 000 valgusaasta kaugusel Linnutee keskmes asuva ülimassiivse musta augu ümber tiirlevate tähtede liikumise kaardistamiseks.

Et mustad augud ise ei kiirga praktiliselt mitte midagi ¹, siis saab neid uurida vaid nende mõju kaudu ümbritsevale ruumile ning teistele taevakehadele. Linnutee südames asuv ligi 4 miljoni Päikese massiga must auk tähisega Sgr A*, mille ümber tiirleb arvukalt tähti ning kosmilisi tolmu- ja gaasipilvi, on seega suurepärane looduslik katselabor nende ekstreemsete objektide uurimiseks.

Tähe S301 orbiit ümber Linnutee keskmes asuva musta augu, tähistatud on ka teised nn S-tähed, ehk musta augu täheparve liikmed ning nende liikumine.

S301 orbiidi pretsessioon. Põhiline osa sellest tuleneb Schwarzschildi pretsessioonist, kuid edasised vaatlused peaksid võimaldama mõõta ka Lense’i-Thirringu efekti, ehk keskse musta augu pöörlemise mõju pretsessiooni määrale. Lähivaates on näidatud Lense’i-Thirringu efekti eeldatav mõju.

Linnutee keset ümbritsev tähtede ning gaasi- ja tolmupilvede kogumik, pildistatud VLT teleskoobiga.

Alates 2023. aastast tehtud vaatlustel torkas astronoomidele silma täht S301, mis tiirleb väga piklikul trajektooril perioodiga umbes 8,7 aastat, möödudes oma orbiidi lähimas punktis mustast august vaid 12 astronoomilise ühiku kauguselt – see on veidi enam kui Päikese ja Saturni vahekaugus – ning saavutab kiiruse üle 25 000 km/s ehk 8% valguse kiirusest. Nähtuna selle tähe juurest oma lähimas asendis, paistaks Sgr A* must auk enam kui kraadi laiune, ehk üle kahe korra suurem kui Kuu või Päike Maa taevas. Sellistes tingimustes ei kirjelda klassikaline mehaanika taevakehade liikumist enam kuigi täpselt ning appi tuleb võtta Einsteini relatiivsusteooria. S301 orbiit musta augu ümber ei ole suletud ellips, vaid iga orbiidiga pöörleb orbiidi pikitelg ruumis edasi. Selle põhiline põhjus on Schwarzschildi pretsessioon², mida on mõõdetud Linnutee keskmes ka teiste tähtede puhul. S301 orbiit on aga sedavõrd elliptiline, et selle pikaajalise jälgimisega on lootust tuvastada veel ühte relatiivsusteooria efekti – Lense’i-Thirringu pretsessiooni, mida tekitab keskse massi – ehk Sgr A* – pöörlemine. Piltlikult tähendab see seda, et pöörlev suure massiga keha justkui sikutab aegruumi ennast enesega kaasa pöörlema, nihutades seega kõigi enda ümber liikuvate objektide trajektoori. Selle efekti suuruse mõõtmine annab võimaluse uurida, kas ja kui palju Linnutee must auk pöörleb, kuid selleks on vaja veel pikema aja jooksul vaatlusandmeid koguda.

All: Lense’i-Thirringu efekti toimemehhanism - massiivne pöörlev objekt painutab aegruumi endaga kaasa.

All: Võimalik variant, kuidas S301 oma praegusele orbiidile sattus, sest väga tõenäoliselt see oma praeguses asukohas tekkinud ei ole. Arvatavasti on tegemist kunagise kaksiktähe ühe komponendiga, mis mustast august möödumisel kaaslasest eraldus. S301 on vaatluste põhjal Päikesest umbes 50% suurema massiga üsna tavaline peajada täht.

¹ Praeguste füüsikateooriate kohaselt peaks kõigi mustade aukude sündmuste horisondilt kiirguma soojuslikku nn Hawkingi kiirgust, kuid seda nii vähesel määral, et see ei ole praeguste tehnoloogiatega tuvastatav, eriti veel suurte mustade aukude puhul.

² Relativistlik või Schwarzschildi pretsessioon mõjutab vähesel määral ka meie Päikesesüsteemi planeetide orbiite – kõige silmapaistvamalt Merkuuri oma, mille anomaalse ning klassikalise mehaanikaga seletamatu pretsessiooni kirjeldamine oli 20. sajandi alguses veel värske relatiivsusteooria üks kõige märkimisväärsemaid edusamme.