Tähtitiede

Sagittarius Star Cloud.jpg tähdistön alueella, jossa sijaitsee Linnunradan keskus.]] Tähtitiede eli astronomia on luonnontiede, joka tutkii maailmankaikkeutta ja sen kohteita, ilmiöitä sekä kehitystä. Tähtitieteen tutkimusalueeseen kuuluu kaikki maapallon ja sen ilmakehän ulkopuolella oleva ja myös Maa yhtenä planeettana. Tähtitiede pohjautuu lähinnä fysiikkaan, mutta siinä käytetään hyväksi muitakin tieteitä biologiasta kemiaan, minkä johdosta tähtitiede käsitetään usein omana osa-alueenaan erillään fysiikasta. Astronomia eroaa astrologiasta, joka tarkoittaa tähdistä ennustamista. Tähtitieteen ja astrologian välillä ei tehty selvää eroa ennen 1700-lukua, ja monet tunnetuista varhaisista tähtitieteilijöistä elättivät itsensä laatimalla horoskooppeja.

Henkilö, joka työkseen tutkii tähtitiedettä tai muuten saa elantonsa tähtitieteestä, on tähtitieteilijä eli astronomi. Tähtitieteen harrastus tuottaa tähtitieteessä edelleen jossain määrin tieteellisesti merkittäviä tuloksia. Monet mielenkiintoiset ilmiöt ovat nopeita ja harvinaisia, jolloin tärkeintä on olla juuri oikeaan aikaan niitä havaitsemassa laitteiston tehokkuuden jäädessä toisarvoiseksi. Tähtitieteessä havainnonteko on perinteisesti tapahtunut kaukoputkilla, mutta myös monia muita välineitä on käytössä.

Osa-alueet

Tähtitiede voidaan jakaa osa-alueisiin useilla tavoilla, ja usein jokin aihe kuuluu useampaan alueeseen. Jaettaessa havaitsevaa tähtitiedettä tutkimuskohteen mukaan voidaan siitä käsittää muassa seuraavat osa-alueet: Hubble2005-01-barred-spiral-galaxy-NGC1300.jpg NGC 1300 on meistä noin 69 miljoonan valovuoden päässä.]]

planeettatutkimus (planeettojen ja muiden pienempien taivaankappaleiden, kuten asteroidien ja komeettojen tutkimus)
galaktinen tähtitiede (Linnunradan ja sen tähtien sekä tähtienvälisen aineen tutkimus)
ekstragalaktinen tähtitiede (Linnunradan ulkopuolisten kohteiden, galaksien ja kvasaarien tutkimus)
kosmologia (maailmankaikkeuden tutkimus).

Toinen jaottelu voidaan tehdä havainnoissa käytetyn aallonpituusalueen mukaan:

suurenergiatähtitiede: gammatähtitiede ja röntgentähtitiede
ultraviolettitähtitiede
optinen tähtitiede (näkyvän valon alue)
infrapunatähtitiede
radiotähtitiede.

Suuri osa tähtitieteestä on teoreettista. Teoreettisen tutkimuksen kohteita ovat muun muassa

taivaanmekaniikka (taivaankappaleiden ratojen laskeminen)
astrometria (tähtien paikkojen sekä ominaisliikkeiden tutkiminen taivaanpallolla)
tähtien ja galaksien kehitysmallit.
pallotähtitiede

Myös Maahan saapuvien neutriinojen, gravitaatiosäteilyn, kosmisen säteilyn sekä meteoriittien tutkimus voidaan laskea tähtitieteeksi. Astrofysiikka on tähtitieteellisten kohteiden fysikaalisia ominaisuuksia, kuten tiheyttä, kemiallista koostumusta, lämpötilaa ja painetta tutkiva tähtitieteen haara. Astrobiologia puolestaan tutkii elämää ja sen synnyn mahdollisuuksia maailmankaikkeudessa.

Historia

Katso myös pääartikkeli Tähtitieteen historia.

Tähtitiede on todennäköisesti lääketieteen ohella vanhin tieteistä. Ihmisen esihistoriallisina aikoina tähtitiede liittyi useissa kulttuureissa uskonnollisuuteen. Sekä uskonnollisia menoja että tähtitaivaan havainnointia varten rakennettiin ympäri maailmaa rakennelmia, niistä ehkä kuuluisimpana Stonehenge Englannissa. Antiikin Kreikassa filosofit kehittivät erilaisia malleja taivaankappaleiden liikkeiden selittämiseksi. Aristarkhos esitti jo noin 280 eaa., että Maa kiertää Aurinkoa. Eratosthenes arvioi maapallon ympärysmitan varsin tarkasti tutkimalla varjojen kulmia toisistaan kaukana olevilla paikoilla. Klaudios Ptolemaios julkaisi noin 140-luvulla jaa. Almagestin, jonka määrittelemä maakeskinen kosmologinen malli pysyi voimassa Euroopassa yli tuhat vuotta. Arabimaailmassa astronomit kehittivät keskiajalla tieteen siihen mennessä korkeimmalle tasolleen. Nikolaus Kopernikus esitteli aurinkokeskisen järjestelmänsä vuonna 1543. Tyko Brahen tekemien tarkkojen planeettahavaintojen pohjalta Johannes Kepler muotoili kolme planeettojen liikettä koskevaa lakia vuosina 1609–1618. Vuosina 1609–1610 Galileo Galilei teki ensimmäiset kaukoputkihavaintonsa, joista tärkein oli Jupiterin neljän suurimman kuun löytäminen. Isaac Newton yhdisti 1600-luvun lopulla fysiikan tähtitieteeseen. Vuonna 1687 julkaisemassaan Principiassa Newton esitti liikelakinsa ja painovoimateoriansa, jotka pätivät maapallon ohella myös muualla maailmankaikkeudessa. Painovoimalain ja liikelakien avulla pystyttiin selittämään myös Keplerin lait, mikä loi vankan pohjan taivaanmekaniikan synnylle.

Vuonna 1859 Gustav Kirchhoff huomasi, että tähtien spektreissä olevat kapeat tummat viivat ovat seurausta siitä, että tietyt alkuaineet ovat absorboineet itseensä kyseisen kaistaleen valon aallonpituusalueesta. Vuosisadan lopulla spektrianalyysi ja tähtivalokuvaus kehittyivät voimakkaasti. Vuonna 1910 havaittiin kaukaisten galaksien suuri punasiirtymä. Edwin Hubble osoitti vuonna 1923, että Andromedan galaksi on Linnunradan ulkopuolinen kohde. 1960-luvulla löydettiin muun muassa kvasaarit, pulsarit ja kosminen taustasäteily. Tekniikan kehittyessä 1900-luvun lopulla tähtitiede on kokenut valtavia edistysaskeleita lyhyessä ajassa.

Havaitseminen

Valtaosa tähtitieteessä saatavista havainnoista on lähtöisin sähkömagneettisen säteilyn ja fotonien tuomasta informaatiosta. Optisessa tähtitieteessä merkittävimpiä tiedonsaannin välineitä ovat lähinnä maanpinnalla sijaitsevat suuret kaukoputket, spektrografit ja CCD-kennot. Aiemmin kaukoputkella tehdyt havainnot tehtiin silmin ja merkittiin käsin ylös, sittemmin siirryttiin valokuvauslevyihin ja lopulta nykyisin käytettäviin elektronisiin kuvausmenetelmiin. Radiotähtitieteessä on käytössä radioteleskoopit, joiden suuret antennit ovat usein vain osittain suunnattavissa tai täysin kiinteitä. Muilla aallonpituuksilla Maan ilmakehä estää yleensä säteilyn pääsemisen pinnalle asti, joten niiden havainnoimiseksi on käytettävä avaruusteleskooppeja.

Avaruustutkimus keskittyy aurinkokunnan kappaleiden tutkimiseen paikan päällä joko miehitettyjen avaruuslentojen tai miehittämättömien satelliittien ja avaruusluotainten välityksellä. Toisille taivaankappaleille suuntautuvat matkat tuovat mahdollisuuden niiden pintakoostumuksen tarkkaan analysointiin näytteiden avulla sekä pinnan kartoittamiseen ja sisäisen koostumuksen selvittämiseen kiertoradalta.

Tutkimuskohteita

aurinkokunta
- Aurinko, aurinkotuuli
- planeetat: Merkurius, Venus, (Maa), Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus ja Pluto
- muut kohteet: asteroidit (asteroidivyöhyke), meteoroidit, komeetat, Kuiperin vyöhyke, Oortin pilvi

Katso myös

Celestia

Aiheesta muualla

Kirjallisuutta

Hannu Karttunen, Karl Johan Donner, Pekka Kröger, Heikki Oja, Markku Poutanen: Tähtitieteen perusteet, ISBN 952-5329-30-5
Esko Valtaoja: "Kotona maailmankaikkeudessa"; Ursa , ISBN 952-5329-15-1