KAK – Maapallon ilmakehään saapuu joka vuorokausia miljoonia eri kokoisia meteoroideja [1]. Joidenkin tietojen mukaan saapuva kokonaismassa on noin 100 000 kg vuorokaudessa. Määrä saattaa tuntua paljolta, vaikka maapallon mittakaavassa se on häviävän pieni määrä.
Ilmakehään saapuva materiaali on suurimmaksi osaksi hienojakoista meteoripölyä. Hieman suurempia kappaleita, sellaisia jotka tuottavat näkyvän meteorin [2], on vain pieni osa kokonaismassasta. Nekin jakaantuvat maapallon pinnalle tasaisesti, joten yhdelle havaintopaikalle ei kovinkaan montaa meteoria osu yhden yön aikana. Määrä on siis keskimääräinen, meteorisateiden tuottamien meteorien määrä ovat sitten aivan omaa luokkaansa.
 |
| Perseidien parven tämän vuoden hienoin bolidi tallentui Tampereen Ursan tähtitornin pohjoiskameraan 13.8.2026 kello 00.24.48 EEST. Sama bolidi tallentui myös koilliskameraan, mutta kameran kuvanvaihdon vuoksi se ei ole aivan yhtä näyttävä kuin tämä versio. Kuva © Kati A. Kuure / Tampereen Ursa ry. |
Historiallinen käsitys meteorin synnystä
1700-luvulla kiisteltiin kovasti siitä voisiko taivaalta pudota kiviä, vaikka sellaisesta olikin havaintoja. Tieteellisesti vasta 26. huhtikuuta 1803 Ranskassa päivällä havaittu bolidi ja pudonneet meteoriitit toivat todisteita siitä, että kyse oli avaruudesta tulleesta kappaleesta ja sen pirstoutumisesta ilmakehässä. Tästä kerrotaan kirjassa E. Bonsdorff - Tähtitiede, vuodelta 1899. Bonsdorff kuvailee meteorin syntyä näin: "Jos tämmöinen pieni kappale joutuu maan ilmakehään, etenkin jos sen suunta on maan kulkemissuunnalle vastainen, niin se ilman vastustavan voiman takia menettää nopeutensa. Samalla ilma supistuu ja kuumenee."
Valitettavasti Bonsdorff, ei kerro laajemmin sitä, milloin tähän (kompressio) ajatukseen oli päädytty. Ilmeisesti kuitenkin fysiikan tutkimus 1800-luvulla oli jo sen verran kehittynyttä, että oikea selitys oli löytynyt.
Mutta palataan ajassa vielä enemmän taaksepäin! Vuonna 1794 saksalainen fyysikko Ernst Chladni (1756–1827) julkaisemassaan teoksessa Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und anderer ihr änlicher Eisenmassen und üsber einige damit in Verbindung stehende Naturerscheinungen esitti, että meteori syntyy kuumenemisesta kitkan vaikutuksesta. Tuolloinen päätelmä oli ymmärrettävä, sillä nykyistä ymmärrystä sokkiaalloista, ablaatiosta ja plasmafysiikasta ei ollut. On huomattava, että Chiadnin aikana käsitys meteoriittien kosmisesta alkuperästä ei ollut läpäissyt tiedeyhteisöä kokonaan, vaan siitä kiisteltiin. Tässä suhteessa Chiadnin esitys oli vallankumouksellinen.
Vuonna 1861 itävaltalainen tutkija Wilhelm von Haidinger julkaisi artikkelin Philosphical Magazine:ssa otsikolla: Conssideration on The Phenomena Attending The Fall of Meteorites on The Earht. Hän kuvaili kvalitatiivisesti puristuvan ilman ja sen aiheuttaman lämmön ja valon syntyä meteori-ilmiössä. Kitkaa hän ei mainitse. Haidingerilla ei ollut tarkkaa käsitystä sokkiaallon fysiikan merkityksestä tapahtumalle, mutta hänen näkemyksensä oli kuitenkin merkittävä loikka oikeaan suuntaan.
1800-luvun loppupuolella Haidingerin ajatus sai kannatusta tiedeyhteisössä, mutta vasta 1923 –1923 brittiläiset fyysikko Frederick Alexander Lindemann ja meteorologi Gordon Miller Bourne Dobson kehittivät ensimmäisen kunnollisen teoreettisen meteorimallin.
Valitettavasti Lindemannin ja Dobsonin raportti tutkimuksesta ei ole vapaasti luettavissa, mutta NASAn artikkelissa Beyond the Atmosphere – Chapter 6 kappaleessa PROBLEMS TO SOLVE siitä on keskeinen osa julkaistu uudelleen. NASAn artikkelin mukaan Lindemann ja Dobson tekivät vääriä oletuksia ilmakehän lämpöjakaumasta mutta muutoin teoria oli lähellä oikeaa.
Mitä tiedämme meteoreista
Maapallon ilmakehään saapuvien meteoroidien nopeus vaihtelee noin 11 – 72 km/s, siis selvästi paljon nopeammin kuin mitä äänennopeus ilmassa (340 m/s) merenpinnantasolla. Ylempänä ilmakehässä (mesosfäärissä, 40 – 85 km korkeudella), jossa meteorit esiintyvät, äänennopeus on vain noin 275 – 295 m/s. Meteoroidin nopeus on siis monikymmen- tai jopa parisataakertainen äänennopeuteen verrattuna sen syöksyessä maapallon ilmakehään.
Tällaisella nopeudella ilmakehän atomit eivät ehdi siirtyä syrjään meteoroidin tieltä. Tästä seuraa se, että ilmakehän molekyylit törmäävät meteoroidin etupuolelle ja synnyttävät kompressoituneen kaasukerrokseen ja näin kasvattavat omalta osaltaan kompression määrää. Kompressoituminen alkaa jo paljon ennen mesosfääriä, sillä ilmakehän ylimmät kerrokset (eksosfääri) ulottuu jopa 10 000 km korkeuteen.
Ilmakehään saapuvan kappaleen edellä molekyylien satunnaisliike muuttuu järjestäytyneeksi puristumiseksi, jossa törmäysten määrä kasvaa nopeasti. Törmäysenergia muuttuu kaasun lämpöenergiaksi. Mesosfäärin ylärajalla tapahtuma on niin nopea, että lämpö ei ehdi poistua säteilynä, eikä atomien liike ehdi siirtämään lämpö pois. Tästä syystä plasman lämpötila kohoaa useisiin tuhansiin tai jopa yli kymmeneen tuhanteen kelviniin. Näissä olosuhteissa molekyylit hajoavat, atomit virittyvät ja ionisoituvat, ja syntyy valoa säteilevää plasmaa.
Meteoroidin saapuessa tiheämpään ilmakehään noin 60 – 40 km korkeudella, meteoroidin eteen muodostunut iskuaalto aiheuttaa aerodynaamisen kuormituksen kasvun [3] ja sen seurauksena meteoroidiin syntyvät sisäiset jännitykset ylittävät sen sisäisen lujuuden. Tästä seuraa halkeamia ja meteoroidi fragmentoituu. Jos saapuva kappale on huokoinen (usein on), niin kappaleen sisään syntyy huomattava ylipaine, joka osaltaan edistää fragmentoitumista.
Pirstoutuneista pienemmistä kappaleista jokainen luo oman iskuaaltonsa ja fragmentoituminen jatkuu niin kauan kunnes syöksy muuttuu vapaaksi putoamiseksi. Fragmentoitumisen alkuvaiheessa kappaleet ovat edelleen yhteisen plasmavaipan sisällä ja meteori näyttää yhtenäiseltä ja fragmentoitumisen me näemme kirkkaana leimahduksena (engl. flare).
Ilmakehään tulevan meteoroidin ympärille muodostuu lämpötilaltaan tuhansien asteiden plasmakerros, joka säteilee valoa ja kuumentaa myös meteoroidin pintaa. Pinta sulaa ja höyrystyy, jolloin vapautuu meteoroidin mineraaleista alkuaineita. Nämä antavat meteorille sen ominaisvärin yhdessä ilmakehän hapen kanssa. Sulakerros ei kuitenkaan ole paksu, sillä meteoritapahtuma on sen verran lyhyt, että lämpö ei ehdi siirtyä kovinkaan syvälle meteoroidiin. Niinpä maahan pudottuaan meteoriitti on edelleen kylmä ja voi saada pinnalleen kuuraa tai jopa jääkerroksen, jonka se on kerännyt pinnalleen vapaan putoamisen aikana.
Havaitseminen
Meteorien havaitseminen on melko yksinkertainen tehtävä. Jos katselet taivaalle yöaikaan, silloin voit aivan yllättäen nähdä enemmän tai vähemmän nopeasti liikkuvan valoilmiön, meteorin. Ilmiö on sen verran satunnainen, että jos viettäisit koko pimeän yön taivasta tarkkailen, voit ehkä nähdä kymmenkunta satunnaista (sporadista) meteoria. Eniten meteoreja voi nähdä aamun tunteina, sillä kello 6 paikallisen vyöhykeajan mukaan maapallon etenemissuunta on etelämeridiaanin kohdalla.
Toinen mielenkiintoinen suunta on Antihelion Source (ANT), Auringon suunnan vastainen suunta. Se ei ole meteoriparvi [4], vaan laajahko soikea alue, jonka keskipiste on suunnilleen 12° itään Auringon oppositiopisteestä. Tältä alueelta näyttäisi tulevan muutama meteori tunnin aikana, joiden nopeus on noin 30 km/s. Osan sporadisista meteoreista saattaa olla ANT -meteori. Antihelion Source on kuitenkin sen verran laajan käsittelyn vaativa aihe, että siitä kirjoitan aivan omansa artikkelin.
 |
| Kuvituskuva meteorien visuaalisesta havaitsemisesta, joka voi olla hyvinkin elämyksellistä kirkkaan bolidin näkyessä. Suurin osa näkyvistä meteoreista, tehtiinpä havainnot visuaalisesti tai kameralla tallentaen, ovat lyhyitä ja osa huomattavan himmeitä puoli sekuntia kestäviä vilahduksia. Tekoälyn (ChatGPT) luoma kuva. |
Jos kuitenkin harvat ja satunnaisesti esiintyvät meteorit ei ole meteoriharrastajalle riittäviä, niin silloin meteoreja voi havaita meteoriparvien maksimien aikaan. Silloin on paljon paremmat mahdollisuudet havaita useita kirkkaita meteoreja [5] saman yön aikana. Ursan julkaisemassa Tähdet xxxx -vuosikirjassa on luettelo Suomessa näkyvistä meteoriparvista tarvittavine tietoineen. Sen avulla voi valmistautua meteoriretkelle oikeaan aikaan. Taulukkoa voi käyttää myös arviointiin siitä, mihin meteoriparveen nähty tai havaittu meteori voisi kuulua. Etenkin syksyisin usea meteoriparvi voi olla samaan aikaan aktiivinen, joten nähdyn meteorin tulosuunnan, radiantin tai parven määrittely ei aina ole kovinkaan helppoa.
Teethän myös muistiinpanoja mahdollisista havainnoistasi! Valitettavasti Suomen sääolosuhteet ovat sellaiset, että käytännössä monien meteoriparvien havaitseminen on todella vaikeaa talvella yleisen pilvisyyden vuoksi.
Jos ja kun harrastuksesi syvenee, pelkkä meteoriparvien visuaalinen havaitseminen on harvoin riittävää, niin silloin voit miettiä apuneuvojen käyttöönottoa. Tavallisin niistä on kamera. Kameralla voikin saada hyviä kuvia, mutta sekin vaatii sitä, että hakeudut sopivan pimeään paikkaan, jotta kameran ruutuja voi valottaa kymmeniä sekunteja. Valosaasteisilla paikoilla tämä ei onnistu. Kamerassa tulisi olla mahdollisimman valovoimainen ja kuvakentältään laaja objektiivi. Millä tahansa kameralla voi tietysti meteoreja ”saalistaa”, mutta laajakenttäisellä objektiivilla onnistunut tulos on varmempaa.
Seuraava askel harrastuksen syventämisessä on tulipallokameran hankkiminen. Se on kuvakentältään laaja kamera, joka kuvaa taivasta ja tallentaa kuvan videoksi. Innokkaimmat hankkivat ns. all-sky-kameran, joskin niiden korkeahko hinta ja heikko saatavuus voi rajoittaa hankintaa. Toki all-sky-kameran voi rakentaa itsekin, mutta se ei aina ole mahdollista tai lopputulos ei ehkä vastaa odotuksia.
Tampereen Ursa on ratkaissut näitä ongelmia omalla tavallaan. Taivasta kuvaa jatkuvasti neljä hyvälaatuista videokameraa, joihin on asennettu laajakenttäiset objektiivit. Videoihin tallentuu meteorien lisäksi revontulet, raketti-ilmiöt ja vaikkapa ukkosmyrskyn maasalamat. Ainoa ongelma on ollut se, että revontulia lukuun ottamatta ilmiöiden etsintä määrältään valtavasta videoaineistosta on hidasta, hyvin puuduttavaa ja kasvattaa merkittävästi ruutuaikaa. Tästä syystä videoiden hyödyntäminen tähän asti on ollut hyvinkin satunnaista rajoittuen kirkkaimpiin bolieihin.
 |
| Kokoelma kirkkaimmista syyskuun lyncidit:stä, joka näkyivät noin yhden tunnin aikana ja tallentuivat Tampereen Ursan tähtitornin pohjoiskameralla. Kuva © Kari A. Kuure / Tampereen Ursa ry. |
Tekoäly ohjelmoimaan
Aivan viime vuosina kenen tahansa on ollut mahdollisuus ottaa käyttöön tekoäly. Tekoälyä on parjattu deepfake-kuvista ja kuvamanipulaatiosta ja nyt viimeisimpänä on peloteltu tekoälyn muodostamasta uhkasta ihmiskunnalle. Tätä kaikkea sillä voikin saada aikaan jos ja kun käyttäjillä on pahaa tahtoa. Mutta se ei kuitenkaan ole koko totuus, pikemminkin pintavaahtoa, joka nousee otsikoihin. Todellisuudessa tekoälyä käytetään suurimmaksi osaksi tuottavaan työhön, erilaisten teollisten prosessien valvontaan ja säätöön sekä niin teknisiin kuin tieteellisiin tutkimuksiin. Ne auttavat myös monessa ongelmassa, johon ihmisvoimin on lähes mahdotonta löytää ratkaisua.
Tämän vuoden elokuussa perseidien meteoriparven maksimi tallentui Tampereen Ursan videoille, kuten niin monena vuonna aikaisemminkin. Tätä materiaalia oli noin 24 tunnin katseluun ja näiden lisäksi edellisten ja seuraavien öiden tallenteet. Meteorien etsiminen tällaisesta määrästä videoita ei tuntunut houkuttelevalta, joten jotain täytyi keksiä. Videoita ei voinut myöskään syöttää tekoälyn käsittelyyn, sillä ilmaiseksi tai jopa pienellä kuukausimaksulla käyttö on hyvin rajallista ja rajat tulevat hyvin äkkiä vastaan.
Ratkaisu oli lähellä, sillä olin jo aikaisempia pieniä projekteja ratkoessani käyttänyt tekoälyä (ChatGPT) ohjelmoimaan haluamiani ohjelmia. Niinpä ohjeistin tekoälyä tuottamaan koodia, jota voisin ajaa linux-tietokoneellani. Ohjelmat on tehty python-ohjelmointikielellä, jota en ole koskaan opiskellut, vaikka ammattitutkinnon ohjelmoinnista olen aikoinani hankkinut ja muutamia ohjelmointikieliä osaankin. Tässä projektissa pythonin opiskelu ei siis ollut mitenkään välttämätöntä. Tekoäly hoitaa koodaamisen, jos vain pystyt ohjeistamaan sen tekemään oikeita ja tarkoituksen mukaisia asioita, niin käyttökelpoinen ohjelma kyllä syntyy. Parhaimman ja käyttökelpoisimman ohjelman saat, jos itse suunnittelet sen tehtävän ja ohjelman eri vaiheet yksityiskohtaisesti alusta loppuun asti.
Usean eri vaiheen jälkeen sain aikaan ohjelman, joka pystyi erottamaan videosta meteorit satelliittien, lentokoneiden, helikopterin ja muiden valojen joukosta. Ja voit uskoa, että niitä muita valoja on runsaasti, suurimpana ryhmänä ovat satelliitit, joista osa on huomattavan kirkkaita, jopa –8 magnitudin välähdyksiä saattaa näkyä useita parin tunnin aikajaksolla. Ohjelman kehittelyn aikana, jopa puolet kuvista aiheutti hälytyksen, joten meteorin tunnistaminen on keskeinen tehtävä tällaiselle ohjelmalle. Onneksi siihenkin löytyi luonteva ratkaisu ja nyt vääriä hälytyksiä tulee suhteellisen vähän kokonaiskuvamäärään nähden. Kokonaan vääristä hälytyksistä eroon pääsyyn ei pidä edes pyrkiä, sillä silloin voidaan menettää osa aivan oikeista meteoreista.
Kun ohjelma on erotellut ehdokaskuvat ja tehnyt niistä erillisen luettelon, ne täytyy vielä visuaalisesti tarkastaa, että todella on kyseessä meteori. Useat yksittäiset meteorit ovat tallentuneet useammalle videoruudulle, joten kuvat täytyy myös yhdistää kuvankäsittelyssä.
Satelliitit näkyvät runsaimpina illan ja aamun astronomisen hämärän aikaan. Silloin olemme maapallon yöpuolella mutta satelliitit valaistuvat auringonvalosta. Satelliitit liikkuvat taivaalla kuitenkin hitaasti ja ne näkyvät hyvin monilla ruuduilla. Meteorit liikkuvat nopeasti ja tallentuvat yleensä vain pariin kolmeen ruutuun, riippuen siitä, kuinka monta ruutua kamera sekunnin tai parin aikana tallentaa.
Astronomisen pimeyden aikana satelliitteja ei yleensä näy (raketti-ilmiöt on eri juttu), silloin voi etsiä himmeämpiä meteoreja. Ne eivät eroa kirkkaammista muulla tavoin kuin ovat vain himmeämpiä. Silloin havaittavien meteorien kirkkaus voi olla jopa luokkaa +3 magnitudia. Näin himmeiden meteorien havaitseminen vaatii täysin pimeää taivasta (uudenkuun aikana) ja että valosaastetta tai lumipeitettä ei juurikaan ole. Jos havainto-olosuhteet eivät ole täysin ihanteelliset, silloin kannattanee tyytyä vain muutamaa magnitudia kirkkaampiin meteoreihin.
Meteorien etsintäohjelman yhteydessä syntyi pari muutakin ohjelmaa, joilla helpotan videoiden käsittelyä. En mene yksityiskohtiin siihen, mitä ohjelmat tekevät, jotta tästä jutusta ei tulisi järjettömän pitkä. Voin kuitenkin kertoa niistä, jos joku on ohjelmoinnin yksityiskohdista kiinnostunut.
 |
| Tekoälyn (ChatGPT) luoma kuvituskuva ohjelmoinnista. Kuvassa on kaikki ne elementit, josta ohjelma syntyy. Ohjelmakehitys voi olla tekoälystä huolimatta välillä takkuista ja vaatii käyttäjältä kärsivällisyyttä ja aikaa etsiä oikeita ratkaisuja. |
Tuloksia syntyi
Ensimmäinen kohde oli perseidien meteoriparven maksimiyön videot. Löydettyjen meteorien määrä on 93 maksimin yöltä. Meteoreja on laidasta laitaan hyvin pienistä ja himmeistä viiruista hienoihin bolideihin asti. Suurimman ryhmän kuitenkin muodostavat himmeistä kirkkaisiin ja muutaman asteen mittaiset valoviirut taivaalla. Oheisissa valokuvissa on esimerkkejä kaikista näistä havainnoista.
Perseidien videot tultua käsitellyksi, niin päätin kokeilla satunnaiseen selkeään yöhön, josko meteoreja löytyisi. Yllätyksekseni niitä löytyi muutamia, ja lisäksi lähes kaikki yhden tunnin aikajakson sisään. Niiden radiantti oli kaikilla sama, jolloin oli suhteellisen helppoa jäljittää, mihin parveen ne kuuluivat. Kyseessä oli syyskuun lyncidit. Tähdet 2026 vuosikirja kertoi parven maksimin olevan 13. syyskuuta ja runsaudeksi ZHR=3 lukeman. Havaintoni oli noin vuorokautta aikaisemmin kuin ilmoitettu maksimi. Kun kyseessä on kuitenkin parvi, joka tuottaa vain muutaman meteorin maksimitunnin aikana, niin ilmeisesti olin törmännyt juuri parhaimpaan havaintohetkeen.
Seuraavan kerran testasin ohjelmiani syyskuun 21./22. yönä. Pohjoiskameran videoista löytyi 12 meteoria. Yö ei ollut minkään parven maksimin aikaa, vaikka kolme parvea olikin aktiivisia. Näin ollen ei liene liian rohkeaa väittää, että tavanomaisen yön aikana satunnaisia meteoreja voi havaita 10 – 15 riippuen siitä, kuinka laajaa aluetta tarkkaillaan ja kuinka valosaasteinen se alue on.
Useamman yön videomateriaalin etsinnän jälkeen voin todeta, että kymmenkunta meteoria yössä on jo hyvä tulos. Useimpien öiden ”saalis” on vain muutama tai jopa ei lainkaan havaintoja. Tällainen tulos sopii hyvin kirjallisuudessa esiintyneisiin tietoihin, että määrä vaihtelee muutamasta meteorista noin kymmeneen, silloin kun ei olla minkään meteoriparven maksimin läheisyydessä.
Tulokseen vaikuttaa myös se, että tähtitornimme sijaitsee kirkkaasti valaistun Tampereen keskustan läheisyydessä. Keskustorille on etäisyyttä vain 2,5 kilometriä. Valosaaste on siis sen verran voimakasta, että käytännössä vain pohjois- ja koilliskamerat ovat käyttökelpoisia meteorien etsintään. Poikkeuksena perseidit, joita muutama tallentui etelä- ja länsikameran videoille.
Meteoriharrastus sopii kaikille, riippumatta missä asuu, tai mitkä ovat kunkin tekniset taidot tai -tietämys. Yksinkertaisimmillaan havaitsemiseen riittä omat silmät, mutta harrastusta voi laajentaa valo- ja videokuvaamiseen tai voi tehdä havaintoja radiotaajuuksilla sopivalla radiovastaanottimella. Lisäksi meteoreja voi nähdä missä ja milloin tahansa, kunhan yötaivas on selkeä. Vain oma mielenkiinto aiheeseen on rajoittava tekijä.
Alaviitteet
1. Meteoroidiksi nimitetään kappaleita, joiden koko on 30 μm – 1 m. Nämä rajat kuitenkaan eivät ole fysikaalisia rajoja, vaan ne on sovittuja. Hyvin pienet meteoroidit (< 30 mikrometriä) saapuessaan ilmakehään eivät kuumene, sillä ne säteilevät syntyneen lämmön niin nopeasti, että ne vajoavat syvempään ilmakehään muuttumattomina.
2. Meteoroidi on avaruudessa oleva fyysinen kappale, meteori on sen ilmakehään syöksyn aikainen valoilmiö ja meteoriitti maanpinnalle päätynyt kappale.
3. Laskentakaava on
missä r on ilman tiheys ja n meteoroidin nopeus.
Esimerkiksi jos meteoroidin nopeus on 30 km/s ja ilman tiheys r = 10-4 kg/m³, niin voimme laskea dynaamisen paineen olevan noin 45 MPa, joka meteoroidiin kohdistuvana paineena on valtava.
4. Havaitut meteorit jaetaan kahteen ryhmään, joista ensimmäinen on meteoriparveen kuuluvat ja sporadiset. Tavallisesti sporadiset meteorit ajatellaan olevan täysin satunnaisia (joita niitäkin on) mutta suurin osa niistä on kuitenkin tunnettuihin meteoriparviin kuulumattomia meteoreja. Niiden alkuperä voi olla maapallon läheisyydessä Aurinkoa kiertävät meteorit, jotka tulevat maapallon ilmakehään antihelion tai helion -alueilta. Tällaista meteoripilveä ei kuitenkaan ajatella parvena. Lisäksi sporadisiin kuuluu monista muista lähteistä tulevia meteoreja.
5. Tunnetuimpia ja ehkä havaituimpia meteoriparvia on vain muutama: perseidit elokuun 13. päivän tienoilla, leonidit marraskuun 18. päivän aikaan ja geminidit joulukuun 14. päivänä. Ursan julkaisemassa Tähdet XXXX -vuosikirjassa on luettelo harrastajien havaittavissa olevista meteoriparvista.
