Eksoplaneettoja kuvaamassa Kaupin tähtitornilla

  Tomi Hyvönen

Vuonna 1999 havaittiin ensimmäinen eksoplaneetta ylikulkumenetelmällä. Siitä lähtien ylikulku on ollut merkittävin yksittäinen menetelmä erityisesti maankaltaisten eksoplaneettojen havaitsemisessa. Ylikulku on menetelmänä merkittävä, koska sillä saadaan mitattua mm. planeetan suhteellinen tai absoluuttinen koko. Absoluuttinen koko saadaan määritettyä, jos emotähden säde tiedetään. Eksoplaneettoja on lähes 30 vuoden aikana havaittu sekä maanpinnalla että avaruudessa olevilla teleskoopeilla. Vuonna 2009 laukaistu Kepler-satelliitti on Hubblen avaruusteleskoopin ohella teleskoopeista kuuluisin.

Viime vuosikymmenen puolivälissä Tampereen Ursassakin innostuttiin eksoplaneettojen kuvaamisesta. Mietittiin, mahtaisivatko Kaupin tähtitornin olosuhteet ja kuvauskalusto olla riittäviä ylikulkujen havaitsemiseen. Aiheesta innostuneena lähdettiin yrittämään. Havaintoja kertyi lopulta kymmenkunta. Havainnot julkaistiin Ursan Taivaanvahdissa.

Lyhyen, vain noin 10 vuoden, tauon jälkeen on hyvä hetki palata alkuperäisiin havaintoihin ja analysoida seitsemää eksoplaneetan ylikulkua hieman tarkemmin. Aluksi kuitenkin hieman teoriaa ylikulusta.

 

Lue koko artikkeli tästä! 

Meteori – valoilmiön synty

KAK –Näin loppukesästä meillä on mielenkiintoinen mahdollisuus tehdä havaintoja kirkkaista meteoreista tai jopa bolideista (joita kutsutaan tulipalloiksi). On kuitenkin yllättävää, että nykypäivänä yleinen tietoisuus meteori-ilmiön syntytavasta on edelleen lähes keskiaikainen. Tämän tästä mediassa kerrotaan valoilmiön syntyvän kitkan vaikutuksesta. Mikään ei kuitenkaan voisi olla kauempana totuudesta kuin kitka, jolla on korkeintaan hyvin marginaalinen vaikutus ilmiössä. Jos kyse olisi vain ilmakehän ja avaruudesta saapuvan kappaleen välisestä kitkasta, käytännössä emme näkisi koskaan meteoreja taivaalla.

Perseidien parvessa näkynyt meteori vuonna 2014. Kuva Kari A. Kuure.

Meteori-ilmiön taustalla on kohtuullisen monimutkainen vuorovaikutus useiden erilaisten fysiikan ilmiöiden kesken. Avaruudesta saapuvan kappaleen (oli se sitten kiveä tai rautaa, iso tai pieni) ja ilmakehän välinen vuorovaikutus alkaa jo paljon korkeammalla kuin vasta valoilmiön tuottamalla korkeudella, hieman yli 100 km maanpinnasta.

Saapuvien kappaleiden suhteellinen nopeus Maahan nähden on 11 – 72 km/s. Tämä on noin 40 – 250 -kertainen äänennopeuteen verrattuna yli 100 km korkeudella. Äänennopeus on se luonnollinen nopeus, jolla painevaikutus etenee kaasussa ja se riippuu lähinnä lämpötilasta, ei ilman tiheydestä.

Mitä sitten tapahtuu kun kappale kulkee ilmakehässä moninkertaisella äänennopeudella? Suuresta nopeudesta johtuu, että meteoroidin edessä ilma kompressoituu ja sen seurauksena adiabaattisesti lämpenee. Ilmiö on sama kuin polkupyörän pumpussa, jossa kompressoitunut ilma lämmittää pumpun kuoren sitä kuumemmaksi mitä nopeammin pumppaa.

Ilman kompressoitumien johtaa sokkiaallon syntymiseen liikesuunnassa saapuvan kappaleen etupuolella. Tästä seuraa voimakas lämpötilan nousu, joka puolestaan johtaa kaasun ionisoitumiseen plasmaksi. Lämpötila kohoaa useisiin tuhansiin asteisiin, lämpötilaan, joka vastaa suunnilleen Auringon pintalämpötilaa. Korkea lämpötila höyrystää (ablaatio) ohuesti meteoroidin pintakerrosta ja ionisoituneiksi alkuaineiksi. Tapahtuma on sen verran nopea, että lämpö ei ehdi syvemmälle meteoroidiin, vaan se jää siihen lämpötilaan, joka sillä oli avaruudessa.

Korkeassa lämpötilassa plasmassa ja metallihöyryssä tapahtuu rekombinaatioita, elektronit asettuvat atomeja kiertäville orbitaaleille irrotakseen jälleen hetken kuluttua. Vapautunut energia emittoituu valona kustakin atomista ja elektronikuoresta omalla tunnetulla aallonpituudella. Näin jatkuu niin kauan kunnes meteoroidin nopeus on alentunut riittävästi, jotta ionisoivaa plasmaa ei enää synny. Tällöin meteoroidin liike muuttuu vapaaksi putoamiseksi, johon vaikuttavat ilmakehän virtaukset (tuulet) ja kappaleen aerodynaamiset ominaisuudet.

Jos olet joskus havainnut kirkasta meteoria tai bolidia, olet saattanut havaita sen olevan värillinen. Väri johtuu meteori-ilmiössä vaikuttavista alkuaineista. Yleensä valkoiselta näyttävät meteorit syntyvä kappaleista, joissa on runsaasti rautaa. Radan (Fe I) emissio tapahtuu kymmenillä eri aallonpituuksilla näkyvän valon aallonpituudella ja rauta on yleinen alkuaine lähes kaikissa meteoroidityypeissä.

Toinen yleinen meteoriväri on vihertävä. Vihreää emittoituu magnesiumista (Mg I / 516,7 nm) ja hapesta (O I / 557,7 nm). Happeahan ilmakehässä on jo valmiiksi, joten sen spektriviivoja näkyy kaikissa meteorien spektroskooopisissa havainnoissa. Usein meteori on myös keltainen, silloin kyse on natriumista (Na I / 589,0 nm ja 589,6 nm) ja siniset sävyt syntyvät kalsiumista (Ca I / 422,7 nm ja Ca II / 393,4 nm ja 396,8 nm). Kirkkaan meteorit jättävät jälkeensä usein hehkuvan vanan, joka usein näyttää punaiselta. Värin aiheuttaa jälleen happi (O I / 630,0 nm ja 636,4 nm), joka säteilee kahdella eri aallonpituudella. Vana katoaa suhteellisen nopeasti (kesto < 10 sekuntia) ionisoituneen kaasun kadotessa.

Meteorien havaitseminen

Meteoreja voi havaita visuaalisesti, joskus näin tapahtuu aivan satunnaisesti. Vuosittain kuitenkin havaitaan useita runsasmeteorisia meteoriparvia, joita harrastaja ja ammattilaiset havaitsevat säännöllisesti. Suomen sääolosuhteista johtuen vain pari kolme parvea on käytännössä säännöllisesti havaittavissa. Tällöinkin aina sääolosuhteista johtuen ne voivat jäädä näkymättä. Näin ollen havaintoja ei suinkaan kannata tehdä vain maksimin ajankohtana vaan käyttää jokainen selkeä yö havaintoihin meteoriparven esiintymisaikana. Meteoreihin erikoistunut harrastaja metsästää meteoreja ympäri vuoden lähinnä taivaskameroita hyväksi käyttäen.

Ursan julkaisemassa vuosikirjassa, esimerkiksi ”Tähdet 2026” on julkaistu luettelo Suomessa havaittavissa olevista meteoriparvista. Suurin osa parvista on kuitenkin vähämeteorisia, joiden havaitseminen kannattaa jättää kameroiden tehtäväksi.

Vain muutama parvi on sellainen, joka oikeasti on havaittavissa visuaalisesti. Perseidien parvi, jonka maksimi on elokuun 13. päivän tietämillä (ajankohta vaihtelee hieman vuosittain), on yksi harvoista parvista jota voi ja kannattaakin havaita visuaalisesti. Parvi on ensimmäinen porras meteorien havaitsemisessa, sillä jos sää on selkeä, meteorien näkyminen on varmaa. Olen kirjoittanut aikaisemmin parven synnystä ja visuaalisesta havaitsemisesta ja valokuvaamisesta kahdessa Radianttissa julkaistussa artikkelissa. Linkit näihin artikkeleihin ovat tässä:

https://radiantti.blogspot.com/2023/07/havaintovinkki-katso-meteoriparvea.html

https://radiantti.blogspot.com/2017/08/perseidien-meteoriparvi-maksimissaan.html

Meteorien visuaalinen havaitseminen on aina sykähdyttävää, mutta silloin ei jää mitään dokumenttia muistiinpanojen lisäksi. Näin ollen valokuvaaminen ja tai videon ottaminen voi olla seuraava askel harrastuksessasi.

Useat meteoriharrastajat ovat siirtyneet välineelliseen havaitsemiseen. Heidän kiinteät taivaskamerat kuvaavat joka yö taivasta. Niiden tallenteista on sitten mahdollisuus etsiä monenlaisia ilmiöitä, joukossa meteoreja ja tulipalloja. Kiinteän aseman etuja on se, että niistä saatua aineistoa on mahdollisuus käyttää tieteellisessä tutkimuksessa hyödyksi. Tällaisia esimerkkejä on suomalaisten havaitsijoiden saavutuksista melkoinen joukko. Suomi oli ensimmäisiä maita, joissa harrastajien automaattiset tulipallokamerat muodostivat lähes koko maan kattavan havaintoverkon. Se on ollut yksi syy siihen, että suomalaisia tutkijoita ja harrastajia on pyydetty mukaan useisiin kansainvälisiin meteoriittien etsintä- ja ratalaskentaprojekteihin.

Usein kuitenkin kaupunkioloissa kiinteän taivaskameran rakentaminen voi olla lähes mahdotonta tai täytyy tehdä ainakin joitakin kompromisseja esimerkiksi kameran sijoittelun suhteen. Tällöin saattaa olla parempi rakentaa itselle liikkuva järjestelmä, jonka voi helposti vielä sopivalle, vähän valosaasteiselle tai jopa mahdollisimman pimeälle paikalle. Paikka voi olla vaikkapa syrjäinen parkkipaikka tai metsäaukio, lähes mikä tahansa paikka kelpaa väliaikaiseksi havaintopaikaksi.

Välineistö ei ole välttämättä kovinkaan kallis hankinta. ZWOn edulliset ASI-sarjan kamerat toimivat hyvin myös meteorien valokuvaamisessa. Kameroita on monokromaattisella ja värillisellä kennolla varusteltuja. Monokromaattiset ovat herkempiä kun värilliset, mutta värillisillä saa tallennettua meteorin värin, joka voi olla etu, jos yritetään määrittää meteoroidin mineraaleja. Budjetin salliessa olisi tietysti mahdollisuus hankkia molemmat kameratyypit tai jopa rinnakkaiset mallit, jolloin havainnot voi tehdä molemmilla kameroilla samaan aikaan.

Sarjan kameroihin on myös saatavilla valovoimaisia ja lyhytpolttovälisiä (laaja kuvakenttä) objektiiveja. Joidenkin mallien mukana tällainen objektiivi voi olla ilman erillistä tilausta. Tarkista kuitenkin, että objektiivi tulee pakkauksessa mukana. Se soveltuu hyvin meteorien kuvaamiseen. Jos et ole tyytyväinen kameran mukana tulevaan objektiiviin, voit aina hankkia sopivamman mallin. Kameran mukana tulevassa sovitteessa on SC-kierre, joka on yleinen videokameroiden objektiiveissa käytetty kierre.

Useissa ASI-kameroissa on sopiva kierre kameran kiinnittämiseen esimerkiksi kamerajalustaan. Liikkuvan havaintoaseman rakentamisessa se on nopea tapa pystyttää laitteisto. Kameran ja jalustan lisäksi tarvitset kannettavan tietokoneen (läppäri). Nyt sinulla on lähes käyttövalmis siirrettävä meteoriobservatorio, vain ohjelmisto puuttuu.

ZWOn ASIStudio-ohjelmiston avautuva sivu, josta voi valita sopivan kuvausohjelmiston tai toiminnon. 

ZWOn ohjelmisto ASI-kameroille on ladattavissa yhtiön nettisivuilta ilmaiseksi ja ohjelma toimii yleisimmillä käyttöjärjestelmillä (Win, Linux, ja MacOS) pöytäkoneissa tai läppärissä. Ohjelma on itse asiassa hyvin monipuolinen astrokuvauksen ohjelmistopaketti alkaen Kuun, planeettojen, syvätaivaan kuvaamisesta ja sillä voi myös käsitellä kuvattuja tiedostoja (pinota) sekä ohjata seurantaa että muuttaa videoformaatteja.

ASIStudio https://www.zwoastro.com/software/asistudio/

...

Artikkelia ei ole tehty kaupallisessa yhteistyössä ZWOn kanssa.

 

Perseidejä havaitsemassa

Tomi Hyvönen – ”⁠Maapallo rullaa radallaan, luonasi kai olla saan” – lauloi eräs tamperelaistunut savolaisrunoilija. Maapallon rata ei kuitenkaan ole puhdas, vaan se sisältää monin paikoin pölyä ja pienkappaleita. Tyypillisesti pöly on radan läheltä kulkeneiden komeettojen jälkeensä jättämää pölyä. Maapallon kulkiessa pölyvyöhykkeen läpi iskeytyvät pienkappaleet ilmakehään ja aiheuttavat meteorisateen.

  

Perseidien meteoriparvesta tallentui yksittäinen meteori kameran kuvasensorille vuoden 2014 maksimin aikaan. Saman yön aikana tallentui muitakin meteoreja, vaikka maksimin ajoittuminen ei aivan ideaalinen ollutkaan yön pimeimmän hetken suhteen. Kuva  ©  Kari A. Kuure.

Kesän taittuessa kohti syksyä elokuun tummenevalla yötaivaalla havaitaan yksi vuoden näyttävimmistä meteoriparvista. Tämä Perseideinä tunnettu parvi johtuu maapallon kulkiessa Swift-Tuttle -komeetan jälkeensä jättämän pölyn läpi. Meteoreja havaitaan heinäkuun puolenvälin ja elokuun loppupuolen välillä saavuttaen maksiminsa 12. – 13.8.

Meteoriparven aktiivisuutta kuvataan luvulla ZHR (Zenithal Hourly Rate), joka tarkoittaa tunnin aikana zeniitissä havaittujen meteorien lukumäärää. Todellisuudessa radiantti ei ole zeniitissä, joten kyseessä on enemmänkin vertailuluku kuin havaittujen meteorien lukumäärä. Perseidien ZHRmax= 100. Havainto-olosuhteet vaikuttavat havaittujen meteorien lukumäärään. Meteoreja havaitaan vähemmän kuin maksimi ZHR-luku.

Perseidien radiantti on Perseuksen tähtikuvion suunnalla, joten katse kannattaa suunnata siihen suuntaan tähtitaivasta, tai mahdollisimman pimeän taivaan alueelle. Tampereen Ursan tähtitornilla tämä on lähes sama asia, sillä pimein taivaan osa on koillisessa.

Radiantti on 13.8. keskiyön jälkeen 50 – 60 asteen korkeudella Tampereen horisontista. Stellariumohjelman antama paikallinen arvo on ZHRlocal = 73 meteoria tunnissa. Hyvin todennäköisesti tähtitaivasta ihaileva havaitsija ei tähän lukuun pääsei, vaan näkee ehkä muutamia kymmeniä meteoreja tunnin aikana. Oletetaan tässä kuitenkin optimistisesti, että maksimin aikaan tarkkasilmäinen havaitsija voisi havaita 60 meteoria tunnissa.

Lasketaan, millä todennäköisyydellä havaitsija havaitsee täsmälleen 40 tai 80 meteoria, ja enintään 40 tai vähintään 80 meteoria tunnin aikana. Meteorit ovat toisistaan riippumattomia tapahtumia ja noudattavat diskreettiä Poisson-jakaumaaⁱⁱ

jossa l 

on havaintotaajuuden odotusarvo ja k on havaintojen lukumäärä.

Tässä esimerkkitapauksessa tähdenlentojen havaintotaajuuden odotusarvo on 60 meteoria tunnissa l_h = 60. Havaintoajan t muuttuessa odotusarvo l skaalautuu l = l_ht.

Jakaumasta voidaan laskea, kuinka suurella todennäköisyydellä tunnin aikana havaitaan tasan 40 tai 80 meteoria. Sijoittamalla lukuarvot  (k = 40, 80; l_h = 60)  yhtälöön todennäköisyyksiksi saadaan

 

Kuten olettaa voi, todennäköisyys havaita tietty määrä meteoreja on hyvin pieni. Pieni hauskuus näihinkin numeroihin silti piiloutuu. Huomataan, että kahden havainnon (40, 80) lukumäärät poikkeavat yhtä paljon (20) havaintotaajuuden odotusarvosta lh. Todennäköisyys havaita 80 meteoria on kuitenkin noin 1,5 kertaa suurempi kuin vain 40 meteorin havaitseminen. Tämä johtuu Poisson-jakauman epäsymmetrisyydestä.

Todennäköisyys havaita tunnin aikana enintään n meteoria, saadaan laskettua yhtälöstä

Enintään 40 meteorin havaitsemisen todennäköisyys saadaan sijoittamalla edellä olleet arvot yhtälöön, jolloin

Todennäköisyys, että tunnin aikana havaitaan vähintään n meteoria, saadaan yhtälöstä

Nyt saadaan

Todennäköisyys havaita vähintään 80 meteoria on noin kaksi kertaa suurempi kuin enintään 40 meteorin havaitseminen.

Kuvassa on esitetty Poisson-jakauma arvolla l = 60 meteoria/h. Kuvaajasta nähdään (sininen), että 95% todennäköisyydellä havainto-olosuhteiden pysyessä muuttumattomina havaitaan minkä tahansa tunnin aikana 45 – 76 meteoria. Punainen ja vihreä alue kuvaavat todennäköisyyksiä havaita enintään 40 tai vähintään 80 meteoria. Mustat pisteet ovat todennäköisyyksiä havaita täsmälleen 40 tai 80 meteoria tunnissa.

Lasketaan vielä todennäköisyys, ettei 30 minuutin aikana havaita yhtään meteoria. Tällöin k = 0 ja l= 30.Nyt todennäköisyys on

Paljon todennäköisempää on voittaa lotossa päävoitto kuin olla havaitsematta yhtään meteoria.

 

Viitaukset 

i     Meteorin kirkkaus vaikuttaa sen havaittavuuteen mutta se ei ole ainoa tekijä. Sääolosuhteiden lisäksi myös valosaaste peittää helposti himmeimmät meteorit ainakin visuaalisesti meteoreja havaitsevalta. Lisäksi ilmakehä absorboi meteorista tulevaa valoa, joten lähellä horisonttia näkyvän meteorin pitää olla kirkkaampi kuin zeniitin läheisyydessä näkyvän tullakseen havaituksi.

ii     Poisson-jakauma on todennäköisyysjakauma, jolla kuvataan harvinaisten ja toisistaan riippumattomien satunnaistapahtumien lukumäärää tietyllä aikavälillä tai alueella. Sitä käytetään esimerkiksi meteorien, radioaktiivisten hajoamisten tai fotonien saapumisen tilastolliseen mallintamiseen. Jakauman ainoa parametri on tapahtumien keskimääräinen määrä tarkastelujaksolla.

 

 

Yöpilvikausi on parhaimmillaan

KAK – Jos olet ollut kesäyön pimeimpään aikaan liikkeellä, olet ehkä havainnut taivaalla oudonnäköisiä, sinertävää valo hohtavia, ja rakenteellisesti hyvin erikoisia pilviä. Silloin olet tehnyt havainnon hohtavista yöpilvistä. Niistä käytetään yleisemmin nimitystä valaisevat yöpilvet, vaikka ne eivät oikeasti valaise.

Pilvien englanninkielinen nimi on Noctilucent Clouds (NLCs), joka kääntyy parhaimmin suomeksi yöpilviksi. Pilvien olemassaolo ei mitenkään liity yöhön, mutta niiden näkymien on mahdollista vain olosuhteissa, joissa Aurinko on vähintään noin 6 – 16 astetta horisontin alapuolella. Havaitsija on siis hämärässä yössä.

Yöpilviin liittyy toinenkin rajoite: niitä nähdään maanpinnalla 50 – 65 leveysasteiden välillä. Vain hyvin harvoin on tehty havaintoa alemmilla leveysasteilla kuten Välimeren seuduilla. Yöpilviä syntyy pohjoisen pallonpuoliskon kesäaikana toukokuun puolivälistä elokuun puoliväliin. Ja kuten monet muutkin ilmiöt maapallolla, yöpilviä esiintyy myös eteläisellä pallonpuoliskolla silloin kun siellä on kesä, siis marraskuun puolivälistä helmikuun puoliväliin.

 

Kuvan keskellä kulkee leveä, vino kirkas vyöhyke vasemmalta alhaalta oikealle ylös. Sen molemmilta puolilta lähtee lyhyitä vinoja juovia, jotka muodostavat hyvin tyypillisen kalanruotokuvion. Tämä on juuri sellainen rakenne, jota yöpilvien luokituksessa kutsutaan usein billow- tai wave-rakenteeksi.

Erityisesti kuvan alaosassa näkyy erittäin säännöllisiä, lähes yhdensuuntaisia raitoja. Ne muistuttavat lähes oppikirjaesimerkkiä pienimittakaavaisista painovoima-aalloista. Aallonpituus näyttää olevan melko vakio koko alueella, mikä viittaa siihen, että sama aalto etenee yhtenäisenä suuren alueen yli.

Keskialueella pitkät aallot näyttävät muuttavan suuntaansa melko nopeasti. Ne eivät katkea, mutta niiden suunta taipuu selvästi. Se viittaa siihen, että pilvikerros kulkee alueen läpi, jossa tuulen suunta tai nopeus muuttuu. Tätä kutsutaan tuulen leikkaukseksi (wind shear).

Oikeassa yläreunassa juovat näyttävät leviävän hieman viuhkamaisesti. Se voi johtua kahdesta eri asiasta: a) kaksi eri aallokkoa leikkaa toisensa pienessä kulmassa tai b) sama aaltojärjestelmä kaartuu tuulikentän mukana. Jälkimmäinen on varsin tavallinen mesosfäärissä.

Kuva © Kari A. Kuure / Tampereen Ursa ry.

 

Yöpilvet syntyvät mesosfäärissä, noin 76 – 85 km korkeudessa. Jääkiteet, joista pilvet muodostuvat ovat hyvin pieniä, halkaisijaltaan noin 100 nm. Muodostuakseen jääkiteet vaativat hyvin pienen pölyhiukkasen tiivistymisytimeksi, joka ympärille vesihöyry härmistyy ^[1] suoraan jääksi. Jääkiteiden muodostaessa pilven ja Auringon valaistessa niitä, yöpilvet näkyvät hämärässä yössä niitä ihmettelevälle havaitsijalle.

Vesihöyryn ja pölyhiukkasten lisäksi yöpilvien synty vaatii erittäin kylmät olosuhteet. Lämpötila mesosfäärissä yöpilvien syntykorkeudella on yleensä noin –120 °C. Ilmakehän tiheys tällä korkeudella on vain miljoonasosa siitä mitä se on maanpinnalla mutta ilmaa siellä kuitenkin on. Ja kun on ilmaa, niin on myös tuulia ja muita ilmiöitä, jotka vaikuttavat ja kuljettavat yöpilviä. Yöpilvien muodonmuutos ja liikkuminen on havaittavissa, jos maltat havaita niitä esimerkiksi varttitunnin ajan.

Tähtiharrastajan on helppo panna merkille yöpilvien hyvin monenlaiset muodot. Yöpilvet voivat olla kuitumaisia, niissä voi esiintyä kirkkaita juovia tai laikkuja, aalloilta tai vaikkapa kalanruodoilta näyttäviä ilmiöitä. Yleensä samaan aikaan näkyvissä on monenlaisia ilmiöitä, ja osa niistä voi esiintyä toisten muotojen edessä tai takana, pilvissä on siis kerroksellisia rakenteita.

Kuinka nämä yöpilvimuodot sitten syntyvät? Yleisin syy on painovoima-aallot. Näitä painovoima-aaltoja ei pidä luulla gravitaatioaalloiksi, joka on täysin erilainen ilmiö. Kyseiset painovoima-aallot syntyvät monella tapaa troposfäärissä, siis lähellä maanpintaa olevissa ilmakehän kerroksissa. Esimerkiksi voimakkaat ukkosrintamat, vuoristot ja suihkuvirtaukset voivat synnyttää aaltoilevia ilmavirtauksia, joiden aaltoliike välittyy lopulta mesosfääriin asti. Kohotessa korkeammalle aaltojen amplitudi kasvaa ja voimistuu.

Painovoima-aaltojen kohdatessa yöpilvikerroksen, se muokkaa pilvien rakennetta tiivistäen ja harventaen pilviä. Tavallisesti painovoima-aaltoja syntyy samanaikaisesti monista eri lähteistä, joten pilvimassaan voi vaikuttaa hyvin monia painovoima-aaltorintamia. Mitä useampi aaltorintama pilviin vaikuttaa, sitä monimutkaisempia rakenteita pilvissä nähdään.

Myös mesosfäärissä puhaltavat tuulet muokkaavat pilvikerrosta. Tuulien suunnat voivat olla eri kerroksissa aivan erisuuntaisia vain muutaman kilometrin korkeuserolla. Tuulen suunta voi vaihdella jopa 90 – 180 astetta. Ilmakehän yläosaan vaikuttaa myös vuorovesivoimat ja ne saavat aikaan samanlaisen vuorovesiaallon kuin merisissä esiintyvä vuorovesi on. Vuorovesiaallot yhdessä painovoima-aaltojen kanssa muokkaavat myös yöpilviä.

Yöpilvissä esiintyy joskus, todella harvoin, ilmiö nimeltään Kelvin-Helmholtzin aallot. Ne syntyvät voimakkaiden, erinopeudella etenevien tuulien rajapintaan, jos tällainen rajapinta muodostuu yöpilvien alueella. Eri nopeudella etenevät tuulet ”kaatavat” aallon harjan eteenpäin samalla tavalla kuin meressäkin tapahtuu tuulen voimistuessa. Lopulta kaatuvat aallonharjat muodostavat pyörteitä (billows). Ilmiö on lyhytkestoinen, joten jos havaitset niitä, sinulla on jo kiire niiden tallentamisessa – jos mahdollista videoksi. Ilmiö on sen verran harvinainen, että jokainen hyvin dokumentoitu havainto on tieteelle arvokas.

 

Keskellä kuvaa kulkee kapea, kirkas, lähes pystysuuntainen juova, joka levenee hieman yläosassa. Sen molemmin puolin yöpilvien rakenne muuttuu selvästi.

Tämä viittaa siihen, että alueella on ollut voimakas deformaatiovyöhyke eli alue, jossa ilmavirtaus venyttää pilvirakennetta eri suuntiin. Mesosfäärissä tällainen voi syntyä esimerkiksi silloin, kun kaksi erisuuntaista virtausta tai aaltojärjestelmää kohtaavat. Tällöin pilvi ei varsinaisesti repeä, vaan jääkiteiden muodostama kuvio venyy ja kiertyy.

Kuvan oikealla puoliskolla kaikki hienorakenteet kaartuvat lähes saman keskipisteen ympäri. Se muistuttaa hieman sitä, mitä virtausmekaniikassa kutsutaan strain fieldiksi. Tällöin ilmamassa ei pyöri yhtenä pyörteenä, vaan sitä venytetään eri suuntiin. Tämän seurauksena alun perin suorat aallot muuttuvat kaareviksi.

Vasemmalla näkyy vielä melko hyvin säilyneitä yhdensuuntaisia painovoima-aaltoja. Niiden suunta muuttuu vähitellen kohti kuvan keskustaa. Tämä kertoo, että sama aalto kulkee alueelle, jossa tuulikenttä muuttuu. Juuri tällaisia ilmiöitä mesosfäärin tutkijat käyttävät arvioidessaan tuulikentän rakennetta.

Kuvan keskiosan oikealla puolella on alue, jossa rakenteet näyttävät kiertyvän vastapäivään. Se ei välttämättä tarkoita, että ilma kiertäisi kokonaisena pyörteenä. Paljon todennäköisemmin kyseessä on painovoima-aallon vääristyminen muuttuvassa tuulikentässä.

Kuva © Kari A. Kuure / Tampereen Ursa ry.

Havaintoja tekemään

Jos tulossa on selkeä yö, niin juuri nyt eteläisessä Suomessa on hyvät mahdollisuudet havaita yöpilviä. Niiden näkyminen Oulun pohjoispuolella on harvinaista ja se ehkä onnistuu siellä kauden loppupuolella elokuun puolivälissä. Tampereella nähdään yöpilviä yleensä heinäkuun puolivälistä alkaen, joskus harvoin aikaisemmin. Kausi yleensä päättyy elokuun puolivälin tienoilla, pohjoisessa hieman myöhemmin.

Havaintoja voit tehdä pelkästään paljain silmin, mutta valokuvat ja time-lapse -videot täydentävät havaintojasi. Jotta onnistuisit valokuvaamaan yöpilviä, tarvitset kameran, jossa on manuaaliset säädöt käytettävissä, jalustan sekä etälaukaisimen tai sekvensikuvaukseen pystyvän langallisen tai langattoman kauko-ohjaimen. Joissakin kameroissa sekvenssikuvausmahdollisuus on valmiina otettavaksi käyttöön. Kameran automaattinen tarkentaminen voi johtaa epäteräviin kuviin, joten jos mahdollista, käytä manuaalista tarkennusta. Jos kamerassasi on mahdollisuus histogrammin käyttöön, käytä sitä, jotta kuvat eivät yli- tai alivalottuisi.

Havaintopaikaksi kelpaa lähes mikä tahansa rauhallinen paikka, ainoa vaatimus on, että näkymä pohjoiselle taivaalle on suhteellisen avoin. Joskus erittäin kirkkaan ja selkeän yöpilvinäytelmän aikana, yöpilviä voi näkyä myös eteläisellä taivaalla, joskin tämä on Tampereen leveydellä harvinaista, arviolta kerran kaudessa esiintyvä ilmiö.

Viite

[1] Härmistyminen on meille suomalaisille hyvinkin tuttu ilmiö talviajalta, jolloin puut saavat hyvin kauniin kuurapeitteen sopivissa sääolosuhteissa.