Aurinkokunta

Aurinkokunta. Kuvan mittasuhteet eivät ole todenmukaiset.

Aurinkokunta on Auringon ja kaikkien aurinkoa kiertävien kappaleiden, kuten planeettojen, kuiden, meteoroidien, komeettojen sekä pikkuplaneettojen, kuten asteroidien ja transneptunisten kohteiden muodostama järjestelmä. Pyöreitä pikkuplaneettoja kutsutaan kääpiöplaneetoiksi.

Aurinkokuntamme planeetat ovat Auringosta poispäin lukien Merkurius, Venus, Maa, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus. Aikaisemmin planeettoihin kuulunut Pluto luokiteltiin kääpiöplaneetaksi ja plutoidiksi 2000-vuosikymmenen loppupuolella. Pluton kohtalo ei ole ainutlaatuinen sillä myös ensimmäisina löydetyt asteroidit Ceres, Pallas, Juno ja Vesta luettiin 1800-luvun alussa planeettojen joukkoon. Aurinkokunnan iäksi on saatu noin 4,6 miljardia vuotta. Myös muilla tähdillä on havaittu omia eksoplaneettojen muodostamia planeettakuntia.

Koko ja sijainti

Aurinkokunta sijaitsee Auringon vaikutusalueen, heliosfäärin, sisäpuolella. Heliosfääri ulottuu arvioiden mukaan noin 150–200 AU:n etäisyydelle Auringosta. Neptunuksen takaisen Kuiperin vyöhykkeen etäisyys Auringosta on noin 30 - 50 AU.

Aurinkokunnan mittasuhteita voidaan havainnollistaa kuvaamalla Aurinkoa 10 senttimetrin läpimittaisella appelsiinilla. Tällöin Maa olisi verrattavissa nuppineulan päähän, joka kiertää appelsiinia 11 metrin etäisyydellä. Pluto kiertäisi appelsiini-Aurinkoa keskimäärin yli 400 metrin etäisyydellä.

Epäsymmetrinen muoto

2. heinäkuuta 2008 julkistettiin Voyager 2 -luotaimen välittämää tietoa. Aurinkokunnan vaikutusalue ei ole symmetrinen pallo, vaan epäsymmetrinen "kananmuna", joka on toiselta reunalta hieman litistynyt. Teorian mukaan syynä muotoon saattaa olla aurinkotuulen törmäily tähtienväliseen aineeseen.

Sijainti Linnunradassa

Aurinkokuntamme sijaitsee noin 25 000–28 000 valovuoden päässä kotigalaksimme Linnunradan keskustasta galaksin kierteishaarojen välissä. Aurinkokuntamme kiertää Linnunradan keskustaa 220 kilometrin sekuntivauhdilla, ja yksi galaktinen kierros kestää 226 miljoonaa vuotta. Kiertorata Linnunradan keskuksen ympäri on poikkeuksellinen, sillä se on lähestulkoon ympyrän muotoinen ja sijaitsee sellaisella etäisyydellä, että aurinkokunnan ratanopeus vastaa Linnunradan kierteishaarat muodostavan tiheysaallon nopeutta. Siten aurinkokunta on pysynyt spiraalihaarojen ulkopuolella jopa useita miljardeja vuosia välttyen supernovien säteilyltä, jota tiheämmissä kierteishaaroissa tapahtuu useammin ja estää siten muun kuin pienimuotoisen elämän synnyn planeetoilla.

Aurinkokunnan kohteet

Aurinkokunnan planeettojen ja Pluton kokovertailu.

• Aurinko, G2-spektriluokan tähti, joka sisältää 99,86 % koko aurinkokunnan massasta
• kahdeksan planeettaa, jotka ovat Auringosta poispäin lukien Merkurius, Venus, Maa (Tellus), Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus.
  • planeettoja kiertävät kuut
  • planeettoja kiertävä pöly ja muu pieni materiaali, josta muodostuvat kaasuplaneettojen renkaat
• asteroidit, jotka ovat pääasiassa asteroidivyöhykkeellä Marsin ja Jupiterin radan välissä kiertäviä varsinaisia planeettoja pienempiä kappaleita, pikkuplaneettoja. Ne koostuvat enimmäkseen kivestä ja metallista. Suurin vyöhykkeen kappaleista Ceres luetaan kääpiöplaneetaksi. Se on tähänmennessä ainoa kääpiöplaneetaksi luokiteltu asteroidi.
  • asteroidikuut, jotka ovat asteroideja kiertäviä pienempiä kappaleita, joillain asteroideilla on kaksikin kuuta.
  • meteoroidit, jotka ovat alle kymmenen metrin kokoisia kappaleita ja joita putoaa maahan meteoriitteina ja nähdään tähdenlentoina eli meteoreina
• komeetat koostuvat etupäässä jäästä ja kiertävät Aurinkoa usein hyvin elliptisillä radoilla
• planeettainvälinen pöly, joka näkyy eläinratavalona
• Neptunuksen takaiset kohteet ovat asteroidien tapaan pikkuplaneettoja, mutta niitä ei aina lueta asteroideiksi. Ne muistuttavatkin koostumukseltaan enemmän jäisiä komeettoja. Asteroidien tapaan myös transneptunisilla kohteilla on omia kuitaan.
  • Kuiperin vyöhyke on alue Neptunuksen takana, jolla kiertää paljon transneptunisia kohteita. Kolme suurinta vyöhykkeen kohdetta: Pluto, Haumea ja Makemake luetaan kääpiöplaneetoiksi.
  • Hajanaisen kiekon kohteet kiertävät eksentrisillä ja kaltevilla radoilla, jotka vievät ne Kuiperin vyöhykkeen etäisyydeltä vielä paljon kauemmas. Suurin näistä kappaleista on kääpiöplaneetaksi luokiteltu Eris.
  • Oortin pilvi on alue jonka arvellaan ympäröivän Aurinkoa 50 000 - 100 000 AU:n etäisyydellä.
  • Erään kiistanalaisen teorian mukaan Aurinkoa kiertää myös Nemesis-niminen tähti.

Aurinkokunnan synty

Pääartikkelit: Planeettakuntien synty ja Aurinkokunnan muodostuminen

Taiteilijan näkemys protoplanetaarisesta kiekosta.

Aurinkokunta syntyi noin 4,6 miljardia vuotta sitten tähtienvälisestä aineesta, kaasusta ja pölystä tiivistymällä. Painovoiman vaikutuksesta tähtienvälinen aine alkoi hiljalleen kasaantua ja pyöriä keskipisteensä ympäri kuumentuen samalla. Kuumeneminen johtui kaasun putoamisliikkeen, pyörimisen ja pyörteisyyden aiheuttamasta kitkasta. Pilvi ylitti kriittisen massan, jolloin pyörimisen keskihakuvoima ja kaasun lämpöliike eivät pysäyttäneet kutistumista.

Pyörimisen aiheuttaman keskihakuvoiman johdosta varhainen Aurinkokunta litistyi protoplanetaariseksi kiekoksi. Pyörimisakselin suunnassa alkujaan pallomainen pilvi vajosi nopeasti kasaan, mutta pyörimisen aiheuttama keskipakovoima jarrutti kutistumista päiväntasaajan suunnassa. Suurin osa alkuperäisen kaasupilven materiasta tiivistyi keskelle. Pilven keskusta kuumeni voimakkaasti kaasuosasten putoamisliikkeen aiheuttamasta kitkasta ja kriittisen lämpötilan ja tiheyden ylittyessä siellä käynnistyi ydinreaktio, jolloin syntyi Aurinko. Auringon toiminnasta syntynyt aurinkotuuli puhalsi pois pölyä ja kaasua varsinkin napojen suunnassa. Aurinkoa ympäröivään kiekkoon putosi edelleen kaasua. Kaasukiekko oli lähellä syntynyttä aurinkoa kuumempi kuin kauempana, missä myös vesi ja hyvin kaukana jopa metaani esiintyi kiinteänä.

Pölykiekossa hiukkaset sitoutuivat yhä kookkaammiksi kappaleiksi, joista suurimmat saavuttivat lopulta planeettojen mittasuhteet. Kasautuminen oli mahdollista silloin, jos kappaleet eivät törmänneet suurella nopeudella toistensa suhteen. Suurilla nopeuksilla tapahtuvat törmäykset puolestaan pilkkoivat kappaleita ja synnyttivät pölyä, jota muun muassa törmäsi suurempiin kappaleisiin. Syntyi noin 1–10 kilometrin kokoisia planetesimaaleja, jotka kasvoivat ajan kuluessa yhä suuremmiksi. Laskujen mukaan noin miljoonassa vuodessa syntyi yli 100 kilometrin läpimittaisia kappaleita, jotka kasvoivat noin 60 oligarkiksi, suureksi planeetaksi, joiden välissä kiersi Aurinkoa pienempiä kappaleita. Aurinkokunnan synnyn loppuvaiheessa oligarkkeja törmäili toisiinsa. Kaukana toisistaan olevien oligarkkien radat muuttuivat pitkän ajan kuluessa kohti törmäyksiä, koska hyvinkin etäällä toisistaan olevat planeetat saattoivat häiritä toistensa ratoja. Osa oligarkeista sinkoutui kauas Auringosta keskinäisissä lähiohituksissa: pienempi ohittaja sai ohitettavan kappaleen vetovoimasta vauhtia.

Aurinkoa lähimmät planeetat eivät kyenneet pitämään juurikaan kaasua ympärillään, sillä lämpötila oli siihen liian korkea. Kauempana kylmemmällä alueella muodostuneet jättiläisplaneetat Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus sen sijaan jäivät kaasukehän peittoon, joka kasvoi ajan myötä niin paksuksi, että alimmat kerrostumat nesteytyivät. Kaukana Auringosta myös jäästä saattoi syntyä kappaleita, kuten monet kaasuplaneettojen kuut, komeetat ja Kuiperin vyöhykkeen kappaleet.

Nykyteorioiden mukaan, syntyneet planeetat vaeltelivat jonkin verran alkuaurinkoa ympäröineessä kaasu- pöly- ja planetesimaalikiekossa. Tämä johtui kaasun ja pölyn vetovoimasta. Esimerkiksi suuri planeetta aiheutti kaasukiekkoon spiraalihaaroja, jotka yhdessä planeettojen vuorovesivoimien kanssa aiheuttivat hienoisia radan muutoksia. Jättiläisplaneettojen radat muuttuivat, kun niiden läheltä kulki tuhansia planetesimaaleja. Lisäksi aurinkokunnan alkuvaiheissa suurten, suhteellisen lähellä toisiaan olevien planeettojen keskinäiset vetovoimat aiheuttivat pitkällä aikavälillä ratojen muutoksia.

Syntyteoriaan sopii joukko havaintoja: planeetat kiertävät Aurinkoa yhdessä tasossa ja kaikki samaan suuntaan; myös useimmat kuut kiertävät emokappaleitaan samaan suuntaan; samoin Auringon ja lähes kaikkien planeettojen ja kuiden pyörimissuunta on sama; Asteroidien löyhä rakenne saattaa viitata kasautumiseen monesta kappaleesta; Kuun kraatteroituminen ja merien synty taas kertoo suurista törmäyksistä kasautumisen loppuvaiheessa; Myös itse Kuun arvellaan syntyneen Marsin kokoisen protoplaneetan törmättyä alku-Maahan; Tietokonelaskelmat tukevat tätä väitettä: niiden mukaan Kuun synty olisi verraten epätodennäköinen tapahtuma.

Titiuksen–Boden laki

Pääartikkeli: Titiuksen–Boden laki

Planeetat sijaitsevat melko säännöllisillä etäisyyksillä Auringosta. Säännön mukaan planeetan etäisyys on 0,4 AU:ta pienempi kuin kaksi kertaa edellisen sisemmän planeetan etäisyys. Planeettojen todelliset etäisyydet ja kaavasta lasketut etäisyydet tähtitieteellisinä yksiköinä 0,1 AU:n tarkkuudella:

Planeetta	Todellinen etäisyys	Kaavan mukainen etäisyys
Merkurius	0,4	0,4
Venus	0,7	0,7
Maa	1,0	1,0
Mars	1,5	1,6
(asteroidivyöhyke)	2,5	2,8
Jupiter	5,2	5,2
Saturnus	9,6	10,0
Uranus	19,3	19,6
Neptunus	30,2	–
(plutinot)	39,5	38,8

Merkuriuksen etäisyys poikkeaa suhteellisesti tarkastellen jonkun verran kaavan arvosta, mutta se on kuitenkin kaavan raja-arvo 0,4 AU. Neptunus ei sovi sarjaan lainkaan. Säännönmukaisuus on havaittu vain empiirisesti, eikä kaavaa voida johtaa fysiikan lakien avulla. Kaava tunnetaan nimellä Titiuksen–Boden laki, ja se voidaan esittää myös muodossa

0,4 + 0,3 × 2ⁿ, n = -∞,0,1,2,...

Kirjallisuutta

• Hotakainen, Markus: Opas aurinkokuntaan. Tähtitieteen kansainvälinen vuosi 2009. Helsinki: Karttakeskus, 2009. ISBN 978-951-593-257-0.
• Oja, Heikki: Sibeliuksesta Tuonelaan: Aurinkokuntamme kiehtova nimistö. Ursan julkaisuja 85. Helsingissä: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2003. ISBN 952-5329-25-9.
• Oja, Heikki: Aurinkokunta uusiksi. Ursan julkaisuja 110. Helsingissä: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2008. ISBN 978-952-5329-72-8.

Katso myös

• Aurinkokunnan tulevaisuus
• Päävyöhykkeen komeetta
• Eläinratavalo
• Eksoplaneetta
• Protoplanetaarinen kiekko
• Planeettakuntien synty
• Pajamäen aurinkokuntamalli

Aiheesta muualla

• Solar System Exploration NASA (englanniksi)
• Solar System National Geographic (englanniksi)
• Esitelmä aurinkokunnasta Ursa (suomeksi)
• Aurinkokunta Ilmatieteenlaitos (suomeksi)