Navigation 2
- right
- rightlower
Ilmakehä on haitallinen tähtitaivaan tarkkailijalle ja tutkijalle, koska se häiritsee tai jopa estää kohteiden
havainnointia ja kuvaamista. Ilmakehän eritiheyksiset kerrokset muuttavat valonsäteen suuntaa, koska valo taittuu harvemman ja tiheämmän aineen rajapinnassa. Mitä matalammalta horisontissa valo tulee, sen pitemmän matkan se joutuu kulkemaan ilmamassan läpi. Matalalla oleva kohde saattaa näyttää muodoltaan ja
kooltaan vääristyneeltä. Tästä huolimatta auringon lasku illalla ja nousu aamulla koetaan ihastuttavana ja kauniina ilmiönä. Samoin horisontissa näkyvä punertunut ja suurentunut Kuu saa ihmiset haaveilemaan. Kuvassa revontulia Lapin erämaassa talvipakkasilla. Viivat ovat pitkän valotuksen johdosta syntyviä tähtien ratoja Maan pyöriessä akselinsa ympäri (kuva IH, Finland).
Tavoite: Tutustua ilmakehän aiheuttamiin taivaan ilmiöihin sekä niiden syihin teoriassa ja luonnossa.
Tutkimuksia: Taivaan ilmiöitä havainnoitaessa voi luonnossa nähdä muitakin kuin tähtitieteellisiä ilmiöitä. Niitä voi esiintyä päivällä tai yöllä. Syynä näihin ilmiöihin on ilmakehä. Tutuimpia niistä ovat auringonnousun ja -laskun aikaan punertunut taivas horisontissa sekä matalalla horisontissa suurentuneina näkyvät Kuu ja Aurinko. Revontulet ovat Lapin pohjoisen taivaan vaikuttavin näky. Niiden rauhallinen loimu tai värikäs tanssi ruokkivat ihmisen mielikuvitusta taianomaisella tavalla. Auringonvalon heijastuminen sadepisaroista sateenkaaressa tai lumikiteistä haloilmiöissä ovat kauniita todisteita luonnon moni-ilmeisestä olemuksesta. Ilmakehän valoilmiöihin on luettava myös meteorit ja meteoriitit. Maata kohti pudotessaan ne alkavat hehkua ilmakehässä kitkan vuoksi. Meteorit palavat loppuun ilmassa, mutta meteoriitit putoavat palavina maan pinnalle asti. Nämä putoavat, hehkuvat kappaleet näyttävät katsojasta putoavilta tähdiltä. Arkikielessä ihmiset kutsuvat tätä taivaan ilmiötä tähdenlennoksi.
Tutkitaan tarkemmin muutamia ilmakehän valoilmiöitä. Neljä ensimmäistä ovat jokaiselle tuttuja ja usein nähtyjä. Kolme muuta ovat tuttuja lähinnä tähtitieteilijöille, mutta hekään eivät ole niitä kaikkia nähneet itse luonnossa.
1) Katsellaan ensin sateenkaarta tarkemmin. Sen värit muodostuvat auringonvalon taittumisesta tippuvissa sadepisaroissa. Sateenkaari on nähtävissä, kun havaitsija seisoo selin Aurinkoon. Sateenkaaren keskipiste on Auringon ja havaitsijan kautta kulkevalla suoralla. Kirkkaassa sateenkaaressa näkee Auringon spektrin kaikki värit eli violetin, sinisen, vihreän, keltaisen, oranssin ja punaisen. Punainen on sateenkaaren ulkoreunalla ja violetti sisäreunalla. Kaaren säde on punaisessa valossa 42º ja violetissa valossa 40,3º. Kuvassa näkyy kaksinkertainen sateenkaaren pää voimakkaan sadekuuron jälkeen ilta-auringon valossa (kuva IH, Finland).
Oppilaat voivat piirtää sateenkaaren tai sateenkaarimaiseman suurelle paperille. Kuvia voidaan vertailla keskenään ja keskustella ilmiöön liittyvistä käsitteistä ja mielikuvista.
2) Illan hämärtyessä voidaan tutkia vaalealla auringonlaskutaivaalla esiintyviä pilviä. Niistä tähtitieteilijöitä kiinnostavat eniten valaisevat yöpilvet tai loistavat yöpilvet. Nimensä ne ovat saaneet siitä, että ne näkyvät öiseen aikaan vaaleina pilvinä. Keskimäärin noin 80 km:n korkeudella olevat pilvet koostuvat pienistä noin 3 x 10-4 mm säteisistä hiukkasista, joihin on härmistynyt vesihöyryä. Loistavien, noin kilometrin paksuisten cirruspilvien näköisten yöpilvien valo on Auringosta heijastunutta valoa. Pilvet eivät näy päivällä, vaan niitä voidaan havaita matalalla pohjoisessa Auringon ollessa 6º - 16º horisontin alapuolella.
Tarkkaillaan hämärässä illassa pilviä oppilaiden kanssa yhdessä tai pyydetään heitä havainnoimaan niitä itsekseen. Oppilaat voivat myös kuvata tai videoida pilviä kameroillaan. Keskustellaan tuloksista yhdessä luokassa ja kootaan yhteen kaikki saadut havainnot. Katsotaan mahdolliset videokuvat ja keskustellaan kuvien luotettavuudesta.
3) Revontulet ovat aina kiehtoneet ihmisten mieltä. Niiden havainnointi onkin oppilaita innostava ja aktivoiva toiminto. Kuten valaisevia yöpilviä, revontulia voidaan havainnoida yhdessä luokan kanssa pimeänä iltana tai tehtävä annetaan oppilaille itsenäisesti tehtäväksi. Suomen sijainti maapallolla on hyvä revontulien havainnoinnin suhteen. Niitä näkyy etelässä kymmenisen ja pohjoisessa toistasataa kertaa vuodessa. Sen sijaan Keski-Euroopassa niitä voidaan nähdä vain muutaman kerran vuodessa. Kuvan kaltaiset revontulet ovat harvinaisia, näiden upeiden värien loiston vangitseminen vaatii suurta ammattitaitoa (kuva S.Ekko, Finland).
Ennen havainnointia oppilaille kerrotaan hieman taustatietoa revontulista, niiden synnystä, väreistä ja muodoista. Oppilaat voivat piirtää näkemänsä tai yrittää kuvata sen. Yhdessä luokan kanssa keskustellaan havainnoista ja esitellään tulokset sanoin ja kuvin.
4) Harvemmin nähtäviä erikoisia valo-ilmiöitä ovat halot, toiselta nimeltään rengasilmiöt. Ne aiheutuvat Auringon tai Kuun valon heijastumisesta ja taittumisesta ilmakehässä olevista jääkiteistä. Tavallisimpia haloja ovat Auringon molemmilla puolilla näkyvät sateenkaaren palaa muistuttavat väriläiskät, joita puhekielessä sanotaan sivuauringoiksi. Halojen muotoja ovat läiskät, kaaret ja pilarit. Haloja havaitaan cirrostratus- ja joskus cirruspilvien sekä heikon ääsumun aikana.
Koska Aurinkoa ei saa katsoa suoraan kohti eikä edes sen lähelle paljain silmin, kehotetaan oppilaita etsimään haloilmiöitä niin, että Aurinko on jonkin esteen, esimerkiksi talon nurkan tai puun, takana. Kootaan oppilaiden havainnot yhteen ja piirretään erilaisista muodoista suuri kooste luokan seinälle. Kuvassa haloläiskä näkyy heijastuneen aurinkokuvan vieressä pilvissä, kuvattuna lentokoneen ikkunan läpi (kuva IH, Finland).
Seuraavat kolme ilmakehän valoilmiötä ovat harvinaisia ja vaikeita havainnoida. Monet tähtitieteilijätkään eivät ole niitä koskaan nähneet, mutta niiden etsiminen on siten entistä kiinnostavampaa.
5) * Ilmahehkun näkeminen edellyttää hyvää seeingiä eli näkyvyyttä. Kuuton yötaivaskaan ei ole koskaan täysin musta. Syynä tähän ovat ilmakehässä sironnut tähtien valo, eläinratavalo ja ilmakehästä itsestään emittoitunut säteily eli ilmahehku.
Ilmahehku on lähtöisin Auringon sähkömagneettisen säteilyn virittämistä molekyyleistä. Niiden viritystilan purkautuessa syntyy säteilyä, jota kutsutaan ilmahehkuksi. Ilmiön havainnointi kouluympäristössä tuskin onnistuu, mutta luokka voisi tehdä retken lähellä olevaan tähtitorniin tai planetaarioon ja pyytää siellä asiantuntijoita kertomaan ilmiöstä tarkemmin
ja näyttämään mahdollisia kuvia siitä.
6) * Eläinratavalo on myös erittäin vaikea havaita tai edes löytää. Se on Eläinradan tähdistöjen kautta tuleva heikko valo, joka näkyy parhaiten Auringon lähellä. Suomessa sitä ei voida nähdä. Valo aiheutuu auringonvalosta,
joka siroaa Eläinradan tasossa olevasta pölystä ja kaasusta.
Oppilaiden kanssa voi tutustua tähän ilmiöön kirjallisuuden ja Internetin välityksellä.
7) * Vihreä välähdys (green flash) on havainnointiin houkutteleva ilmiö. Sen voi yrittää nähdä Auringossa sen laskun tai nousun aikaan. Ilmakehän refraktio eli taittuminen aiheuttaa sen, että esimerkiksi horisontin alle laskevan Auringon ylimmät osat näkyvät hetken kirkkaan vihreänä. Ilmiön havainnointiyritys on tietenkin ristiriidassa jatkuvasti korostettavan kiellon kanssa, että Aurinkoa ei saa katsoa paljain silmin suoraan!
Varsinkaan nuoremmille oppilaille ei kannata tätä ilmiön havainnointia edes tuoda esille juuri tuon silmien vahingoittumisen vaaran vuoksi. Vanhempien oppilaiden kanssa voi yrittää muita keinoja ilmiön havaitsemiseksi, kuten videokuvausta, heijastuskuvaa tai sopivien himmentimien käyttöä.
Menetelmät: Tärkein menetelmä on luonnossa havainnointi. Lähdeaineiston avulla perehdytään kuhunkin ilmiöön oppilaiden tason mukaisella syvyydellä. Tuloksia esitetään keskustellen tai kirjallisesti sanoin ja kuvin.
Materiaalit: Tärkein on paljain silmin havainnointi, kamera, kiikari, piirrosvälineet, himmentimiä.
Pohdittavaa: Neljästä ensimmäisestä valoilmiöstä on niiden yleisyyden vuoksi helppo keskustella oppilaiden kanssa, koska jokaisella on kokemuksia niiden havainnoinnista. Sen sijaan kolme viimeistä harvinaista ilmiötä jää melko varmasti vain keskustelun aiheiksi. Internetistä saatavien kuvien ja muiden havainnoitsijoiden kokemusten kautta ilmiöitä voi syventää.
Tulosten tarkastelua: Saatujen kuvien ja piirrosten avulla keskustellaan oppilaiden kanssa ilmiön eri esiintymismuodoista, esimerkiksi revontulien väreistä ja kaarien muodoista. Tulokset voidaan luokitella kirjallisuudesta saatavien valmiiden luokkien määrittelyjen pohjalta. Yhdessä voidaan miettiä kunkin luokan yleisyyttä tai harvinaisuutta. Halojen suhteen voidaan pohtia erilaisten muotojen matemaattisuutta.
Vinkkejä: Pienempien oppilaiden kanssa kannattaa tutkia mieluummin yöpilviä, revontulia ja sateenkaaria. Auringon lähellä esiintyvien halojen tutkimiseen sisältyy aina suuri riski aiheuttaa silmille vahinkoa.
Asiasanoja: Ilmakehä, sateenkaari, revontulet, halot, spektri, emissio, refraktio.
Previous page: Taskukaukoputken rakentaminen
Seuraava sivu: Tähtivalokuvaus