Monday, 22 September 2014

Tähdensiltoja ja revontulia


Kuva: Sakari Mäkelä
Näkymä Peronsaaresta koilliseen käsivaralta otettuna. Oikealla luultavasti Teiskon linkkimaston valot.

Illan päätteeksi Peronsaarella lähdimme saaren pohjoisrannalle katsomaan, näkyisikö tähdensiltoja (vrt auringon- tai kuunsilta). Yö oli tähtikirkas, ja Matti J. oli kuullut sellaisia olevan olemassa. Ei kun tarkkailuasemiin.

Tähdensillan näkeminen ja vangitseminen valokuvaan lienee aika haasteellista. Lähinnä siitä syystä, että tähdet ovat taivaalla pistemäisiä kohteita, niiden heijastus vedestä näkyy vain tiukasti tietyssä kulmassa. Jos vesi aaltoilee, niin pistemäisen heijastuksen paikat vaihtelevat koko ajan. Silmällä tuskin saa näköaistimusta tähdensillasta, tähden heijastus voi korkeintaan levitä vähän, jos aaltoilu on tarpeeksi pientä pintaväreilyä.

Kun valokuvaan näitä tähden peilikuvia voi koota pitkällä valotuksella kumuloituvasti, niin onnistumisen mahdollisuus voisi ollakin. Etenkin, jos käyttää harmaata puolisuodinta, jolla tähtien itsensä valoa voi leikata vähäisemmäksi. Taivaan on syytä olla tumma, Peronsaaren horisontin kaltainen valosaaste varmaan pilaa tämän hankkeen. Myös taivaalla möllöttävä Kuu hankaloittaa onnistumista, näin ainakin luulisin. Jollain syrjäisellä vuoristojärvellä voisin kuvitella olevan parhaat mahdollisuudet, jos yöllä sattuu käymään sopiva tuulenvire.

Tuulen suunta ei ole kovin kriittinen. Alan perusteoksessa, Minnaertin Maiseman valot ja värit nimisessä opuksessa on pitkät selostukset tästä. Valosilta syntyy myös vinossa sivuaallokossa. Silta vain menee hieman ohi valon lähteestä, koska silmään osuva heijastus syntyy vinossa olevasta pinnasta.

Kirjassa kerrotaan myös tähtien heijastuksista tyynen veden pinnasta, mutta ei aaltoilevan veden. Tästä voisi päätellä, että tähdensilta ei ole ainakaan erityisemmin näyttävä valoilmiö. Niin hyvin Minnaert on valoilmiöiden kivet käännellyt.

Pikaisella haulla netistä ei myöskään löytynyt kuin kuvia tyvenessä vedessä olevista tähtien kuvajaisista. Kun tieteen periaatteen mukaan todistustaakka on väitteen esittäjällä, niin valokuvan tähdensillasta löytäminen tai jopa itse kuvaaminen jää Sakarin vastuulle. Hän kun kommentoi tutkimusmatkaa ja ottamaansa kuvaa: "Öinen tähtienkatseluretki oli sekin mielenkiintoinen. Asia, tähtien sillat, valkeni kyllä niin, että ilmiö on mahdollinen kuvata sopivan säätilan sattuessa: heikko tuulenvire kohti tai poispäin, musta taivas muutoin. Tähtien kuvajaiset olisivat nytkin näkyneet, mutta eihän tyyneen pintaan siltaa muodostu.
Tutiseva kuvaaja sai tähdet piirtämään mielenkiintoisia kuvioita 20 s valotusajoilla"

En sano, että se on mahdoton, mutta enemmän kuin haasteellinen toteuttaa. Sakari lupasi ottaa haasteen vastaan. Perästä kuuluu - tai sitten ei.

Yöllä taitoimme peistä vasemmalla myös näkyvän valoilmiön alkuperästä. Lopulta päädyimme monen vaihtoehdon jälkeen siihen, että sen täytyy olla revontulet. Se on oikeassa suunnassa, eli pohjoistaivaalla ja siinä suunnassa ei ole mitään sellaista asutuskohdetta, joka voisi antaa näin leveän valovyön taivaalle.

Tässä kuvassa valo on vihreää, meille paikalla olleille (ainakin minulle) se näkyi melko värittömänä. Revontulten päävärit ovat vihreä ja purppuran punainen, vihreä on yleisin. Valo oli aika heikko, tässä kuvassa hädin tuskin tähtikirkasta yötaivasta kirkkaampi. Värittömyys johtui luultavasti siitä, että näimme sen lähinnä hämäränäköön erikoistuneilla sauvasoluilla, joilla ei voi erottaa värejä. Kameran kennolla ei tällaista "puutetta" ole.

Tämän kiperän arvoituksen ratkaisemiseksi on olemassa myös mitattua dataa. Revontulet aiheuttavat häiriöitä Maan magneettikenttään, jolloin mittaamalla magneettikentän arvoja voidaan päätellä revontulten aktiivisuutta eri paikkakunnilla. Tampereen kohdalla ei ole tällaista mittausasemaa, mutta Hankasalmella ja Nurmijärvellä on. Tampere on siinä välissä, joten näiden asemien lukemien keskiarvoista voi saada aika hyvän kuvan Tampereen tilanteesta.  Hankasalmen taulukko on täällä

19.9. oli revontulten kannalta otollinen päivä. Ainoa ongelma on ajoitus, sillä häiriöt magneettikentässä päättyvät Hankasalmen mittausasemalla klo 23 (Suomessa kesällä aika on UT +3 h), me olimme katsomassa tähtien kuvajaisia puolen yön jälkeen.

Vaan annapas olla. Revontulten vihreä vyö syntyy 100 - 200 kilometrin korkeudessa. Matalalla horisontissa näkyvä revontulivyö on siis satojen, jopa tuhannen kilometrin päässä. Otetaan tarkasteluun jokin pohjoisempi mittauspiste, vaikka Sodankylä.
  
Voilá. UT-ajan huomioon ottaen magneettikentän häiriöt puolen yön jälkeen olivat aika korkealla tasolla. Näimme siis Pohjois-Suomen revontulien kajoa. Kun valon intensiteetti heikkenee suhteessa etäisyyden neliöön, niin on varsin ymmärrettävää, ettei jossain Sodankylän yllä hehkuvat revontulet voi näkyä enää kovin kirkkaina Tampereen horisontissa. Siitä siis värittömyys.

Tuskin revontulet lauantain vastaisena yönä Sodankylässäkään hirveät kirkkaat olivat. Esimerkiksi viikkoa aikaisemmin lukemat olivat kolminkertaiset.

Joten tämän perusteella voinemme olla vielä enemmän yksimielisiä siitä, että monen muun kokemuksen lisäksi näimme reissun aikana myös revontulet.

Näköhavainto minun sílmiini (en katsonut muilla kuin omillani) näytti suunnilleen tältä, jos jätetään tärinästä johtuva kohteiden kaksintuminen huomiotta. Keinovalossa olevat kohteet näyttivät värillisiltä, muu taas enemmän ja vähemmän harmaalta.


Valokuva: Bob King



ps. Löysin yllä olevan Bob Kingin ottaman kuvan  Astro Bobin ansiokkailta tähtitiedettä käsitteleviltä sivuilta. Vaikka kuva tässä onkin aika heikkolaatuinen, niin minusta se osoittaa selvästi, että jonkinmoista tähdensillantynkää veteen muodostuu. Vaikka vain yksi näistä on tähti, Neitsyen tähtikuvion kirkkain tähti Spica. Kaksi muuta kirkasta kohdetta ovat planeetat Saturnus ja Mars.

Taivaalla näkyvistä kohteista on ainakin kuvan perusteella vaikea päätellä, mikä kolmesta on mikin. Kaikki näyttävät suunnilleen yhtä kirkkailta ja suunnilleen saman värisiltä. Sitä paitsi molempien planeettojen kirkkaudet vaihtelevat. Marsin näennäinen kirkkaus Maasta katsottuna vaihtelee logaritmisella magnitudiasteikolla -3:n ja +1,6:n välillä riippuen siitä, kuinka lähellä Maata se on. Saturnuksen kohdalla suurin muutos tulee siitä, ovatko renkaat Maata vasten kohtisuorassa vai Maan ja Saturnuksen tasossa. Vaihtelua on noin -0,5:stä +1,0:aan. Spican Magnitudi on noin +1. 

Tunnistus tapahtuukin helpoiten kuvajaisen avulla, joka ei ole niin kirkas kuin puhkipalanut valonlähde. Punaisen planeetan Marsin kuvajainen on punertava. Spican pintalämpötila on noin 20.000 kelviniä, joten se on hyvin sininen väriltään. Saturnuksen pinta heijastaa kaikkia värejä aika tasaisesti, joten se erottuu lähimpänä etureunaa neutraalin valkoisena kuvajaisena.  Koska Saturnuksen on kirkkaampi kuin Marsin kuvajainen, niin kuvan oton aikoihin Saturnuksen renkaiden on täytynyt olla hyvin näkyvissä tai sitten Mars on ollut aika kaukana Maasta.

Tutkailin netissä olevasta interaktiivisesta tähtikartasta, miltä taivas näytti vähän auringonlaskun aikoihin  24.8.2012 Spring Lake järvellä Duluthissa Minnesotassa, Astro Bobin kuvauspaikalla. Kartasta voi tutkia myös taivaankappaleisiin liittyviä tietoja. Neitsyen tähtikuviossa olevan Spica-tähden näennäisen kirkkauden ilmaiseva magnitudi-luku on +0.98, mikä tarkoittaa kohtuullisen kirkasta tähteä. Tähti on aika kaukana, 262 valovuoden päässä. RA on ekvatoriaalisen koordinaatiston rektaskensio ja Dec deklinaatio. Asiasta kiinnostuneet voivat seurata linkkejä.

Saturnus on jonkin verran kirkkaampi kuvan ottamisen aikoihin kuin Spica. Saturnus oli noin 10 AU-yksikön eli matkan Maasta Aurinkoon päässä Maasta. Siis noin 1500 miljoonan kilometrin. Valolta matkaan kuluu vaajaat 1½ tuntia.

Mars on suunnilleen yhtä kirkas kuin Spica. Koska etäisyys Maasta on 1,58 AU, niin Mars on Aurinkoa kauempana Maasta. Siksi se on suhteellisen himmeä. Marsin etäisyys Maasta vaihtelee 0,5 AU:sta 2,5 AU:hun. Siksi myös Marsin kirkkaus on eri aikoina hyvin erilainen. Kirkkaimmillaan Mars näyttää noin 25 kertaa niin kirkkaalta kuin himmeimmillään.

Valokuvassa myös Marsin vieressä oleva kohde heijastuu vedestä. Se on niin ikään Neitsyen tähdistöön kuuluva Porrima. Etäisyyttä ei tässä ole kerrottu, mutta se on noin 40 valovuotta. Siis Spica ja Porrima eivät ole lähelläkään toisiaan, vaikka Maasta katsottuna molemmat näyttävät kuuluvan Neitsyen tähtikuvioon. Tosin eivät kaikki maallisetkaan tähdet, tähdenlennoista nyt puhumattakaan taida olla olla neitsyitä, vaikka siltä näyttäsi.

Kuulla, jota siis juuri ja juuri ei kuvassa näy, on myös oma magnitudinsa. Vaikka sitäkään ei tässä mainita, niin tässä vaiheessa olevan Kuun magnitudi on noin -6. Se olisi siis monta kertaluokkaa kirkkaampi kuin muut vedestä heijastuvat kohteet ja häiritsisi varmasti tähdensiltoja, jos olisi näkyvissä.

Laitetaan vielä näkyviin, millaisia tähtikuvioita Perosaaresta olisi näkynyt, jos keinotekoinen ja luonnollinen (reposet) valosaaste ei olisi häirinnyt. Suomessa aika on 3 tuntia edellä UTC-aikaa, siitä kellonaika 21:30. Jos taivaalla näkyi yksi muita kirkkaampi tähti, niin se oli luultavasti Capella. 

Valokuva: Bob King

Tämä niin ikään Bob kingin kuva näyttää, miten tähdet heijastuvat tyvenestä vedestä. Ei näitä oikein tähdensiltoiksi voi nimittää.


Kun näitä yleensä seuraa nimettömät puskista huutelut tekijänoikeuksien perään, niin selvennettäköön tässä lopuksi vielä sitaattioikeuden keskeisiä piirteitä. 

"Tekijänoikeudellisen sitaattikäsitteen mukaan sitaatti on omaan esitykseen liittyvä, esimerkiksi sen väitteitä tukeva tai havainnollistava ote materiaalista, jonka tekijänoikeudet eivät ole sitaatin lainaajalla. Sitaattioikeus on oikeus, jonka mukaan ”julkistetusta teoksesta on lupa hyvän tavan mukaisesti ottaa lainauksia tarkoituksen edellyttämässä laajuudessa”.

Tekijänoikeudellisen sitaattikäsitteen mukaan sitaatti on omaan esitykseen liittyvä, esimerkiksi sen väitteitä tukeva tai havainnollistava ote materiaalista, jonka tekijänoikeudet eivät ole sitaatin lainaajalla. Sitaattioikeus on oikeus, jonka mukaan ”julkistetusta teoksesta on lupa hyvän tavan mukaisesti ottaa lainauksia tarkoituksen edellyttämässä laajuudessa”."

Erityisessä suojeluksessa ovat tieteelliset esitykset, joihin tämä poikkitieteellinen blogi ilman muuta kuuluuu. Kuten tästä voi päätellä.

"Tieteelliseen tai populääritieteelliseen esitykseen (luento, artikkeli, opetusmateriaali, blogikirjoitus) saa ottaa mistä tahansa mitä tahansa valokuvia, valokuvateoksia, piirroksia ja mitä tahansa kuvia, jos kuvan aihe liittyy keskeisesti esityksen aiheeseen. Kuvat eivät voi olla esityksen pääasia, vaan nimenomaan täydentävät itse esitystä. Sekä kuvaajan että teoksen tekijät on mainittava hyvän tavan mukaisesti. Esitystä ei voi hyödyntää kaupallisesti, mutta esimerkiksi jakelu verkossa on sallittua."


13 comments:

  1. Näin jälkikäteen muisteltuna en ole ollenkaan varma, näinkö revontulet vihreinä. Uskon niin, kyllä. Toisaalta, katsoin tämän tästä ottamiani kuvia kameran näytöltä, ja siellähän tuo valoilmiö oli tietysti vihreä. Näin ollen tieto siitä vihreydestä on voinut vaikuttaa havaintoon - tunnetusti ihminen näkee, mitä uskoo näkevänsä. - No, ainakin siinä ennen poistumista, kun revontulet ryhmittyivät hetkeksi kahteen korkeampaan kohtaan, ne olivat minun silmilläni selkeästi vihreitä. Jos muutkin läsnäolijat todistavat samaa, niin uskotaan.

    Asiaan saattoi vaikuttaa se kameran näytön vilkuilu toisinkin. Kun välillä katsoo valaistua kohdetta, ei silmä mukaudu hämärään niin hyvin. Voipi olla, etteivät minun silmäni olleet siirtyneet "tappituntumalle" niin paljon kuin muitten.

    ReplyDelete
  2. Minäkin voin vedota itse asiasta kuultuna vain kahteen epäluotettavaan lähteeseen: omiin silmiini ja muistiini. Muistan kuitenkin panneeni merkille valojen värittömyyden, mistä syystä vänkäsin aluksi revontuliteoriaa vastaan. Suorat ja epäsuorat todisteet sen puolesta olivat kuitenkin niin vakuuttavat minun huteria hypoteesejäni vastaan, että siirtyminen repolaisten kannattajaksi ei ollut kovin vaikeaa.

    ReplyDelete
  3. Onhan tämä bloggaus nyt ihan perustutkimusta tieteen saralla, kun pohditaan, esiintyykö jokin ilmiö luonnossa vai ei. Mites siitä nyt - noin periaatteessa - voisi enää tieteellisemmäksi päästä. Vastaavia pohdiskeluja on aikoinaan esiintynyt niin The Royal Societyn kuin Ranskan Tiedeakatemiankin kokouksissa.

    ReplyDelete
  4. Minun silmissäni valo oli vihertävä ja uskoin nähneeni revontulet. Samanaikaisesti Keski-Suomessa eräs ystäväni otti upean valokuvan revontulista. Onko Sodankylä niittenkin lähde?
    Opetuslapsi
    Ritva

    ReplyDelete
    Replies
    1. Sodankylä oli tässä vain näyttönä siitä, että pohjoisessa oli magneettista aktiivisuutta kyseisenä aikana. Yhtä hyvin olisin voinut ottaa vaikka Utsjoen mittaustulokset. Taulukossahan oli mitattuna maan magneettikentän muutokset, eli magneettikentän derivaatta kuten otsikkokin kertoo. Maan magneettikentän suuruus vaihtelee, mutta tyypillinen arvo meillä on 50 mikroteslaa. Mitatut muutokset olivat paraimmillaan kymmeniä nanotesloja, eli suuruusluokaltaan tuhannesosa. Tarkkoja laitteita.

      Delete
  5. Vielä aika paljon pohjoisempana sevarsinainen lähde on yleensä.

    Laitoin omaan kansiooni yhden kuvan sivulta http://www.softservenews.com/Aurora.htm
    http://sakari.1g.fi/kuvat/ABmapN.jpg

    Siellä Huippuvuorten kulmilla se aktiivisuuden keskittymä näyttäisi alkavan. (Historiaa en pikaisella silmäyksellä tuosta löytänyt, joten lauantain kartta saattaa tietysti sisältää eteläisempääkin aktiivisuutta.)

    ReplyDelete
  6. Kyllähän noita siltoja on tullut kuvattua. Helpoimpia ovat Venuksen jaJupiterin sillat.
    Tähdistä tulee no tähtimäisiä.
    Miksei muuten kuvattu jalustalta?
    Kyllä Tampereella kuvattiin reposia ko päivänä:
    http://www.taivaanvahti.fi/observations/show/30408

    ReplyDelete
    Replies
    1. Jalustoja ei nyt matkassa ollut, kun niillä ei purjeveneessä noin yleisemmin ole käyttöä. Tuo yökuvaus oli niin improvisoitu, ettei siihen varauduttu etukäteen mitenkään. Ainoan objektivin valovoimakin oli 5.6.

      Delete
    2. Planeetoista varmaan tuleekin sillat helpommin. Varsinkin Venus ja Jupiter ovat kirkkaita ja ne näkyvät Maahan laajempina kuin pelkät pisteet. Molemmat edesauttavat asiaa.

      Tässä blogissa kuvaillaan myös tutkimusretkiä, joissa on lähdetty vähän kompuroiden liikkeelle (tässä jo aika kirjaimellisesti). Matkan varrella sitten tulee kaikenlaista vastaan, jotka ovat sekä opiksi että ojennukseksi.

      Delete
    3. Melkoista kompurointia se pimeässä metsässä hiippailu kyllä olikin....

      Delete
    4. Kun nyt asia tuli puheeksi, niin olisi mukava nähdä kuva, jossa on tähdensilta, tai vaikka useampi. Olisiko osoitetta, jossa niitå voisi käydä vilkaisemassa?

      Delete
    5. Tässä timelapse-videossa http://vimeo.com/110690958 on hieno tähtitaivas n. 3:46 alkaen ja se heijastuu tyynestä vedestä. Pieniä tähdensiltoja näyttäisi veteen muodostuvan, eikö? Muistin heti tämän blogikirjoituksesi kun näin tuon videon :)

      Delete
    6. Kiitokset hyvästä linkistä. Tähdensiltoja tosiaan muodostuu ainakin time-lapse elokuvassa.

      Delete