Astronoomia (Mikro- ja megamaailma füüsika)

Astronoomia

Ajaloolises vaatepunktis paistab vaatlejate looduskäsitluses tuhandeid aastaid laiunud ületamatu lõhe. Ühel pool makromaailma kehad, maapealsed nähtused, liikumised ja muutused. Teisel pool täiesti teistsugune maailm, mis paistab taevast, eriti see, mis paistab öisest taevast. Kuigi nende kahe seostamine oli raske, viisid vaatlemise kogemused ja andmete kogumine, matemaatika tugi ning tehniliste vahendite areng astronoomia kui teaduse väljakujunemiseni. Tänapäeva astronoomia uurib kosmilist ainet, taevakehi ja nende süsteeme.

Astronoomia on läbi aegade ausalt täheteaduse (kreeka keeles astron - täht) nime kandnud, aga nüüd on tal mitmeid kaasteadusi. Taevamehaanika kirjeldab matemaatiliselt üksikute kehade liikumist gravitatsiooniväljas. Astrofüüsika peab oma alaks kosmilise aine omadusi ja tähtedes toimuvaid protsesse. Kosmoloogia, kõige noorem, aga kõige vägevam vend, võtab kokku kogu Universumi toimimise, tekkimisest mõõtmatusse tulevikku.


Joonis 3.1.1. Tartu Tähetorn on tüüpiline 19. sajandi linnaobservatoorium. Kõrgemale lagedale kohale rajatud vaatlustorniga hoones ja selle ümber asusid astronoomide töö- ning eluruumid. Pööratava ja avatava tornikupli all asub tavaliselt teleskoop. Tartus Toomemäel töötas peaaegu pooleteise sajandi jooksul mitmeid tuntud astronoome, kõige kuulsam neist Friedrich Georg Wilhelm Struve. Tema teadussaavutuste hulka kuuluvad esimene Vega kauguse määramine ja kaksiktähtede uue kataloogi koostamine. Struve juhitud Maa meridiaani mõõtmise geodeetiline alguspunkti asub tähetornis. Seetõttu kuulub Tartu Tähetorn 2005. aastast UNESCO maailma kultuuripärandi nimekirja. 200. sünnipäeva aastal avati põhjalikult renoveeritud Tähetorn uuesti muusemi ja külastuskeskusena. Tartu Observatooriumi teadlased töötavad juba alates 1960-ndatest Tõraveres.	Joonis 3.1.2. Galilei sai 1609. aastal teada, et torust ja kahest läätsest on võimalik valmistada „seade, mis näitab kaugel eemal asuvaid esemeid nii, nagu nad asuksid ligidal”. Kuigi ta ühtegi sellist näinud ei olnud, valmistas ta oma aja kohta väga hea teleskoobi ja avas teleskoobiastronoomia ajastu. Valmisosadest Galilei pikksilma kokkupanek on lihtne ja mänguline, tänapäeval pakutakse seda võimalust teaduse populariseerimise üritustel. Kui tahaks ka läätsed ise lihvida, nagu Galilei tegi, poleks ülesanne kaugeltki igaühele jõukohane.

Joonis 3.1.1. Tartu Tähetorn on tüüpiline 19. sajandi linnaobservatoorium. Kõrgemale lagedale kohale rajatud vaatlustorniga hoones ja selle ümber asusid astronoomide töö- ning eluruumid. Pööratava ja avatava tornikupli all asub tavaliselt teleskoop. Tartus Toomemäel töötas peaaegu pooleteise sajandi jooksul mitmeid tuntud astronoome, kõige kuulsam neist Friedrich Georg Wilhelm Struve. Tema teadussaavutuste hulka kuuluvad esimene Vega kauguse määramine ja kaksiktähtede uue kataloogi koostamine. Struve juhitud Maa meridiaani mõõtmise geodeetiline alguspunkti asub tähetornis. Seetõttu kuulub Tartu Tähetorn 2005. aastast UNESCO maailma kultuuripärandi nimekirja. 200. sünnipäeva aastal avati põhjalikult renoveeritud Tähetorn uuesti muusemi ja külastuskeskusena. Tartu Observatooriumi teadlased töötavad juba alates 1960-ndatest Tõraveres.

Joonis 3.1.2. Galilei sai 1609. aastal teada, et torust ja kahest läätsest on võimalik valmistada „seade, mis näitab kaugel eemal asuvaid esemeid nii, nagu nad asuksid ligidal”. Kuigi ta ühtegi sellist näinud ei olnud, valmistas ta oma aja kohta väga hea teleskoobi ja avas teleskoobiastronoomia ajastu. Valmisosadest Galilei pikksilma kokkupanek on lihtne ja mänguline, tänapäeval pakutakse seda võimalust teaduse populariseerimise üritustel. Kui tahaks ka läätsed ise lihvida, nagu Galilei tegi, poleks ülesanne kaugeltki igaühele jõukohane.

Astronoomia ajaloo kõige olulisemad murdepunktid on seotud vaatlusvahendite ja tehnika arenguga.

Teleskoop leiutati 17. sajandi algul ja tõusis tänu Galileo Galilei 1609. aasta taevavaatlustele ning raamatule „Täheteataja” kohe tähtsaks vaatlusvahendiks.
19. sajandi esimesel poolel leiutati spektromeeter, kiireid edusamme tegi fotograafia. Tähevaatlustele lisandus tähevalguse analüüs. Spektraalriistad said teleskoopides tavaliseks. Tähtede ja muu kosmilise aine koostis hakkas selguma.
20. sajand laiendas vaatluseks sobiva kiirguse vahemikku. Nähtavas valguses vaatamise ja fotografeerimise kõrval arenesid uued teleskoobid. Alates 1930-ndatest võeti järk-järgult kasutusele kogu elektromagnetkiirguse spekter, raadiolainetest gammakiirguseni.(joonis 2.2.4.)
1950-ndate lõpus algas kosmoseajastu. Esimest korda paistis maailmaruum ilma paksu õhukihi segava toimeta. Kosmos oli käeulatuses ja astronoomia tegi esimese pisikese sammu puhtast vaatlemisest kosmosekatsete poole.


Joonis 3.1.3. Esimene päikesevarjutus pärast spektraalanalüüsi meetodi väljatöötamist oli 1868. aastal. Selleks ajaks oli märgatud, et mitmed tumedad neeldumisjooned Päikese pidevspektris (Fraunhoferi jooned) sobivad tuntud elementide laboris saadud kiirgusspektrite joontega. Varjutuse ajal sai analüüsida Päikese ümber helenduvaid kromosfääri ja krooni gaase. Avastati uus erekollane spektrijoon, mida Maal tuntud elementidaga siduda ei saanud. Sel moel leitud aine sai nimeks heelium, kreeka päikesejumala Heliose järgi. 1999. aasta päikesevarjutuse ajal pildistatud Päikese kromosfääri joonspekter näitab vesiniku jooni (valge kriipsuga märgitud lainepikkused 656, 486, 434 ja 410 nm). Heeliumi kõige eredam joon on lainepikkusel 587 nm, kerge on leida ka lainepikkused 502 ja 447 nm. Nõrgemad jooned kuuluvad osaliselt muudele elementidele, mida on Päikese koostises vaid kaks protsenti. Nende hulgas on ka hästituntud naatriumi kollane joon lainepikkusel 589 nm, mis jääb heeliumiga võrreldes üsna varju, sest naatriumi on Päikesel väga vähe.	Joonis 3.1.4. Atmosfääri läbivad väga hästi raadiolained, mida saab vastu võtta raadioteleskoopidega. Raaditeleskoobid on astronoomide aparatuuri hulgas kõige suuremad, õieti on suured nende antennid. 1963. aastast töötab suurima ühes tükis antenniga Arecibo teleskoop Puerto Ricol, taldriku läbimõõt 300 m. Suuremat, 500-meetrist (FAST - Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope), ehitatakse Hiinas samuti maapinna looduslikku lohku, aga tehnoloogia on seal täiesti uus ja antenn ei töötagi ühe jäiga taldrikuna. Veelgi paremat vastuvõttu püütakse liitteleskoopidega, pannes arvutis kokku paljude väiksemate antennide signaalid.

Joonis 3.1.3. Esimene päikesevarjutus pärast spektraalanalüüsi meetodi väljatöötamist oli 1868. aastal. Selleks ajaks oli märgatud, et mitmed tumedad neeldumisjooned Päikese pidevspektris (Fraunhoferi jooned) sobivad tuntud elementide laboris saadud kiirgusspektrite joontega. Varjutuse ajal sai analüüsida Päikese ümber helenduvaid kromosfääri ja krooni gaase. Avastati uus erekollane spektrijoon, mida Maal tuntud elementidaga siduda ei saanud. Sel moel leitud aine sai nimeks heelium, kreeka päikesejumala Heliose järgi. 1999. aasta päikesevarjutuse ajal pildistatud Päikese kromosfääri joonspekter näitab vesiniku jooni (valge kriipsuga märgitud lainepikkused 656, 486, 434 ja 410 nm). Heeliumi kõige eredam joon on lainepikkusel 587 nm, kerge on leida ka lainepikkused 502 ja 447 nm. Nõrgemad jooned kuuluvad osaliselt muudele elementidele, mida on Päikese koostises vaid kaks protsenti. Nende hulgas on ka hästituntud naatriumi kollane joon lainepikkusel 589 nm, mis jääb heeliumiga võrreldes üsna varju, sest naatriumi on Päikesel väga vähe.

Joonis 3.1.4. Atmosfääri läbivad väga hästi raadiolained, mida saab vastu võtta raadioteleskoopidega. Raaditeleskoobid on astronoomide aparatuuri hulgas kõige suuremad, õieti on suured nende antennid. 1963. aastast töötab suurima ühes tükis antenniga Arecibo teleskoop Puerto Ricol, taldriku läbimõõt 300 m. Suuremat, 500-meetrist (FAST - Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope), ehitatakse Hiinas samuti maapinna looduslikku lohku, aga tehnoloogia on seal täiesti uus ja antenn ei töötagi ühe jäiga taldrikuna. Veelgi paremat vastuvõttu püütakse liitteleskoopidega, pannes arvutis kokku paljude väiksemate antennide signaalid.

Astroloogia

Horoskoobi võib koostada inimese sünnihetkele, aga ka kõigile teistele sündmustele, mida oluliseks peetakse: ettevõtte asutamine, esimene koolipäev, matemaatika eksam, teadusliku eksperimendi algus. Suure Hadronite Põrguti (CERN) esimene kiir tegi täisringi 27 km pikkuses vaakumtorus 10. septembril 2008 kell 10.28. Sellelegi sündmusele on horoskoop koostatud. Merkuur, Marss ja Veenus on Kaaludes.

Inimesi on alati köitnud juhuslikud nähtused, milles ometi on või tundub olevat mingit korda. Usutavasti saab nende järgi tulevikku ennustada ja raskeid otsuseid langetada – mängukaartide pakist välja ladumine, täringute lauale viskamine, kohvipaksu valgumine tühjaksjoodud tassis jpm. Taevakehade näivad liikumised ilmakaarte suhtes, omavaheline asend, kõrgus horisondist mingil tähtsal ajahetkel on teatud määral juhuslik, mis juba mitutuhat aastat sünnitab lootusi ettearvamatu äraarvamiseks. Taevakehade asukohtade järgi otsuste ja ennustuste tegemise kunsti nimetatakse astroloogiaks.

Astronoomia ja astroloogia olid kuni 16. sajandini üks taevaste liikumiste kirjeldamise ja seletamise teadus. Kui taevamehaanika arenes üha täpsemaks ja jõudis taevaste liikumiste põhjuste küsimiseni, jäi astroloogia osaks tõlgenduste koostamise loominguline koorem. Astroloogia kasutab mõningast teaduslikku terminoloogiat, aga loodusteadusliku meetodiga sel seost ei ole.

Horoskoopide koostamine on tänapäeval lihtne, piisab kalendri ja kella tundmisest. Arvutiprogramm joonistab välja sodiaagiringi, jagab selle valitud süsteemi järgi majadeks, märgib taevakehade asendid ja arvutab nende asukohtade suhted (aspektid). Mõni astroloogiatarkvara võib ka lihtsas keeles tõlgenduse kokku panna, aga muidugi on põnevam jätta see töö astroloogi hooleks.

Horoskoobi võib koostada inimese sünnihetkele, aga ka kõigile teistele sündmustele, mida oluliseks peetakse: ettevõtte asutamine, esimene koolipäev, matemaatika eksam, teadusliku eksperimendi algus. Suure Hadronite Põrguti (CERN) esimene kiir tegi täisringi 27 km pikkuses vaakumtorus 10. septembril 2008 kell 10.28. Sellelegi sündmusele on horoskoop koostatud. Merkuur, Marss ja Veenus on Kaaludes.

Galileo Galilei (1564-1642)

Galileo Galilei lõi loodusteadusliku meetodi. Võib-olla on see veidi liialdatud, kindlasti ei saanud ta sellega hakkama eelkäijateta ja muidugi ei teinud ta üksi kõike lõpuni ära, aga tema osa teadusloos tõesti raske üle hinnata. Galilei tõi astronoomiasse teleskoobi. Selleks ajaks oli juba algeliste pikksilmadega Kuud vaadatud, aga järeldused ja avastused jäid Galilei teha. Palju abi oli tema kunstiandest ja -oskustest. Teleskoobivaatlused algasid 1609. aastal ja juba märtsis 1610 ilmus „Täheteataja” (Sidereus Nuncius).

Raamat esitab erinevates faasides Kuu joonistusi. Galilei avastas, et Kuu valgustatud ja pimedat poolt eraldav joon (terminaator) ei ole sugugi sirge. Kuu tumedatel aladel on terminaator sirge, aga heledatel korrapäratult sakiline. Sellest järeldas ta, et heledad alad on mäed ja kraatrid, tumedad aga tasased mered.
Jupiteri kaaslaste avastamine andis kindla märgi sellest, et kõigi taevaste liikumiste keskpunkt ei ole Maa ega isegi mitte Päike. Galilei jätkas Jupiteri kuude jälgimist ja määras nende perioodid.
Teleskoobist paistab kordades rohkem tähti, kui tolleaegsed taevaatlased näitasid. Galilei täiendas tuntud tähtkujude jooniseid uute tähtedega, mida palja silmaga üldse nähe ei ole. Linnutees (ptk Galaktikad ja Universum), mida peeti taevaseks uduks, näitas teleskoop lugematu arvu tähti, mis silmaga vaadates ühte sulavad ja uduse vööna paistavad.
Tähed ja planeedid paistavad taevas ühesuguste valgustäppidena, mõned eredamad, teised tuhmimad. Galilei märkas, et teleskoobiga vaadates paistavad planeedid pisikeste ketastena, tähed jäävad ikka valgustäppideks.

Galilei jätkas taevavaatlusi ja avastas, et Veenus ilmutab faase nagu Kuu ning Päikesel on plekid. Avastuste tulvas tuli ette ka keerulisi nähtusi, mille seletamine ei õnnestunud. Tänapäeval teame, et Kuu tasased alad ei ole mered. Saturn (ptk Päikesesüsteem) hämmastas Galileid mitmel korral. Saturni rõngad paistsid teleskoobis üsna uduselt ja Galilei oletas, et tegu on kolme keha süsteemiga. Hiljem, kui rõngad pöörasid Maa poole serviti, kadusid need vaateväljast hoopis, nagu oleks Saturn oma kaaslased neelanud. Et segadus oleks täielik, ilmusid need 1613. aastal uuesti välja. Galilei püüdis määrata tähtede läbimõõtu, teadmata, et teleskoobis paistvate täppide suurus on tingitud õhu ja teleskoobi enda omadustest.