ARCturus

Taivaalla loistavat tähdet ovat ihmiselle jatkuva salaperäisyyden ja innoituksen lähde. Muinaisina aikoina, kun tähtien olemusta ja rakennetta ei tunnettu, tähdet miellettiin mysteerisiksi henkimaailman edustajiksi. Ne ruokkivat ihmisten mielikuvitusta mitä ihmeellisimmillä tavoilla. Tähdet ovat omalla valollaan loistavia aurinkoja. Meidän oma Aurinkomme on meitä lähinnä oleva tähti. Kuvassa Aurinko on juuri laskemassa meren horisonttiin (kuva IH, Finland).

 

Tavoite: Oppia tuntemaan erilaisia tähtiä ja niiden elinkaaria. Keskustella tähtien syntyvaiheista sekä tutkia uusimpia havaintoja tähtien syntymisestä.

 

Tutkimuksia: Kerrataan sanoin ja kuvin Auringon ominaisuuksia ja vaikutuksia Maahan. Aurinko on viisi miljardia vuotta vanha keski-ikäinen tähti. Sen synty ja elämänkaari ovat noudattaneet tavallisia lukuisten tähtien kaltaisia elämänvaiheita.

Tähdet syntyvät pääosin kylmistä kokoon kutistuvista vety- ja heliumpilvistä. Samasta pilvestä voi syntyä kymmeniä tai satoja tähtiä. Painovoiman vaikutuksesta kutistuessaan kaasun lämpötila nousee vähitellen niin korkeaksi, että ydinreaktiot käynnistyvät. Miljoonien asteiden lämpötilassa vety alkaa muuttua heliumiksi. Tässä fuusioreaktiossa vapautuu samalla valtavasti energiaa, joka siirtyy keskustasta ulospäin ja avaruuteen. Sanomme, että tähti alkaa loistaa. Tähden massasta riippuu se, millainen elinkaari tähdellä on. Loppu voi olla rauhaisa ja hiipuva tai se voi olla levoton ja räjähtävä.

1)  Tutustutaan pohjoisen taivaan tunnetuimpiin ja kirkkaimpina näkyviin tähtiin. Näitä ovat Vega, Sirius, Capella, Arkturus, Rigel ja Betelgeuze. Vertailun helpottamiseksi oppilaat voivat kirjata tähtiluetteloiden avulla taulukkoon muutamia ominaisuuksia, kuten kirkkausaste pohjoisella taivaalla ja koko taivaanpallolla, lämpötila, valovoima ja koko  Aurinkoon verrattuna, tähtilaji sekä etäisyys. Muitakin ominaisuuksia oppilaat voivat halutessaan kirjata luetteloon. Vertaillaan taulukkoon merkittyjä tähtiä ja keskustellaan niiden olemuksesta.

2)  Jatketaan tähtiin tutustumista tähtiluetteloiden avulla. Oppilaita kehotetaan etsimään erikoisia ”tähtiä” eli sellaisia, jotka paljastuvat suuremmilla laitteilla havainnoiden kaksois- tai moninkertaisiksi tähdiksi. Seuralainen on usein päätähteä niin paljon pienempi tai himmeämpi, ettei sitä nähdä tavallisilla koulun havaintolaitteilla. Edellisen tehtävän tavoin oppilaat voivat kuitenkin kerätä muutamia tällaisia erikoistähtiä taulukkoon lähdeaineiston avulla. Esimerkiksi Kaksosten tähdistön alfa-tähti Castor on kuusinkertainen tähti, jossa kolme kaksoistähteä kiertää toistensa ympäri. Tämä tähti on myös kuuluisa Algol-pimennysmuuttuja, jonka kirkkaus vaihtelee säännöllisesti.

3)  Havainnoidaan luonnossa kiikareilla ja kaukoputkella edellä luetteloituja tähtiä. Mielenkiintoisia löytöjä havainnoidaan yhdessä ja keskustellaan niistä. Jos kiikareita on useampia käytettävissä, voidaan oppilaat jakaa pieniin ryhmiin yhteishavainnointia varten. Ryhmien kesken voi syntyä pientä kilpailuakin. Jos koululla on yli 5 cm:n kaukoputki, opettaja voi kehottaa oppilaita etsimään tähtikarttojen avulla Joutsenen tähdistön beta-tähden Albireon. Sitä pidetään taivaan kauneimpana kaksoistähtenä.

4)  Tutkitaan lähdeaineiston avulla luokassa erilaisia tähtiä. Aiheen käsittelyn nopeuttamiseksi luokka jaetaan ryhmiin ja kullekin ryhmälle annetaan aihe valmiiksi. Tutkittavia tähtien lajeja ovat esimerkiksi valkoinen kääpiö, punainen jättiläinen, ruskea kääpiö, neutronitähti, pulsari, röntgenpulsari, musta aukko, planetaarinen sumu ja jättiläistähti. Tuloksista ryhmä voi tehdä pienimuotoisen posterin luokan seinälle ja esitellä löytönsä toisille.

5) * Tutkitaan kevyen tähden elämänkaarta. Lähellä Auringon massaa oleva tähti paisuu ensin punaiseksi jättiläiseksi. Seuraavassa vaiheessa siitä voi tulla planetaarinen sumu, kun tähden ydin on kutistunut tiiviiksi ja kuumaksi ja ulko-osat leviävät säteilypaineen vuoksi pallomaiseksi sumuksi avaruuteen. Keskus kutistuu lopuksi valkoiseksi kääpiöksi, jonka läpimitta on sadasosa Auringon läpimitasta. Laaditaan tästä prosessista suuri käsitekartta luokan seinälle. Kuhunkin osaan liitetään lyhyt kuvaus kohteen ominaisuuksista.

6) * Tutkitaan vastaavasti raskaan tähden elämänkaarta. Muutaman Auringon massan suuruinen tai sitä suurempi tähti paisuu ensin punaiseksi jättiläiseksi. Tähden keskuksen luhistuessa ulko-osat saattavat räjähtää supernovana. Massasta riippuen tähti voi räjähtää kokonaan hajoten avaruuteen, tai se voi luhistua edelleen neutronitähdeksi tai mustaksi aukoksi. Jotta tähdestä tulisi musta aukko, on alkumassan oltava ainakin 3 Auringon massan luokkaa. Laaditaan tästäkin prosessista käsitekartta luokan seinälle ja esitellään osat luokalle.

Menetelmät: Tähden elämään tutustuminen, kirkkaimpien tähtien havainnointi, erikoistähtien etsiminen, tähtien loppuvaiheisiin tutustuminen lähdeaineiston avulla. Elämänkaarien käsitekarttojen laatiminen.

 

Materiaalit: Kiikari, kaukoputki, tähtikartat, tähtiluettelot, askartelumateriaaleja.

 

Pohdittavaa: Miten elämänkaari määräytyy yksittäisen tähden kohdalla? Kumpaa uraa se noudattaa? Voiko muita kohtaloita teoriassa olla?

 

Tulosten tarkastelua: Tutkitaan elämänkaarien yhtäläisyyksiä ja eroja. Keskustellaan tähtihavainnoista ja tähtilajeista. Mietitään kunkin lajin prosentuaalista esiintymistä taivaalla.

 

Vinkkejä: Tähtiluettelosta kannattaa etsiä valmiiksi muutamia kaksoistähtien havainnoitavissa olevia kohteita. Ulkona sitten etsitään ensin nämä kohteet tähtikartan avulla. Sokkoetsintääkin voi käyttää, mutta se ei ole kovin tuloksellista.

 

Asiasanoja: Tähti, kaksoistähti, optinen kaksoistähti, spektroskooppinen kaksoistähti, fysikaalinen kaksoistähti, punainen jättiläinen, neutronitähti, musta aukko, valkoinen kääpiö, musta kääpiö, fuusio.

 

 

---