LÖYDÄ EHDOKKAASI: MT:n vaalikoneessa koko maan aluevaaliehdokkaat
Tiede & tekniikka

Napapiiri ei olekaan ihan siellä, mitä kartta väittää, eikä vuorokauden pituus ole vakio – avaruusfysiikan professori vastaa juhannuksen tiedekysymyksiin

Napapiirin pohjoispuolella valoa riittää, mutta missä napapiiri sijaitsee? Entä vietämmekö tänä vuonna hieman pidempää juhannusta kuin viime vuonna?
Jukka Pasonen
Maan akselin kaltevuus vaihtelee noin 22,1 asteen ja 24,5 asteen välillä. Parhaillaan planeettamme akseli on oikenemassa, eli napapiiri liikkuu vähitellen pohjoiseen.

Juhannuksena suomalaiset viihtyvät luonnon helmassa, sillä valoa riittää pohjoisessa vuorokauden ympäri, ja ihan etelässäkin auringonnousun ja -laskun väliin jää 18 tuntia.

Kesäpäivänseisaus on pohjoisella pallonpuoliskolla vuoden pisin päivä, ja se sijoittuu joka vuosi kesäkuun 20., 21. tai 22. päivään. Tämän vuoden kesäpäivänseisausta vietettiin jo juhannusviikon maanantaina 21. kesäkuuta.

Kesäpäivänseisauksena Aurinko ei laske pohjoisen napapiirin pohjoispuolella. Napapiiri on totuttu kartoissa näkemään Rovaniemen korkeudella, mutta napapiirin tarkka sijainti onkin mutkikkaampi juttu kuin mitä kartta antaa ymmärtää. Yöttömän yön raja muuttuu ajan mukaan – joskus pohjoiseen, joskus etelään.

Oulun yliopiston avaruusfysiikan professori Kalevi Mursula aloittaa napapiirin sijainnin selittämisen kehotuksella pohtia leluhyrrää.

Hyrrän pyörimisakseli pysyy alussa kohtalaisen suorassa, mutta alkaa vähitellen kallistua. Kallistunut hyrräkin voi pyöriä vielä pitkään siihen asti, kunnes liike loppuu ja hyrrä kaatuu.

Maapalloakin voi ajatella eräänlaisena hyrränä, jonka akselin suunta ja kallistuskulma muuttuvat hitaasti ajan mukaan. Nyt planeettamme akseli on kallistunut noin 23,44 astetta omaan ratatasoonsa nähden. Tämä 23,44 astetta on samalla pohjoisen napapiirin etäisyys pohjoisnavasta, ja vastaavasti eteläisen napapiirin etäisyys etelänavasta.

Koska leveyspiirejä on 90, pohjoisen napapiirin sijainti on 66,56 astetta pohjoista leveyttä ja eteläisen napapiirin 66,56 astetta eteläistä leveyttä.

Tai siis kartalla asia on näin yksiselitteinen. Maapalloon nimittäin vaikuttavat esimerkiksi Auringon, Kuun ja muiden planeettojen vetovoimat, eikä pyörimisakseli siksi pysy vakiona. Pyörimisakselin kallistuskulman pitkäaikainen vaihtelu on noin 2 astetta 40 000 vuoden jaksoissa.

Maapallon hyrräliikkeen jakso puolestaan on 26 000 vuotta, eli akselin suunta muuttuu myös ilman, että kallistuskulma muuttuu. Tätä akselisuunnan kiertoa kutsutaan prekessioksi.

Prekessio ei siis muuta napapiirin paikkaa, mutta kylläkin vuodenaikojen sijoittumista maapallon radalla, mikä taas muun muassa muuttaa lämpöjakaumaa.

"Ei maapallo siis ihan hurlumhei-tyyliin joka ilta kallistele. Muutos on vähittäistä ja pientä, mutta sillä on monia merkittäviä vaikutuksia", Mursula huomauttaa.

Maapallon akselin kaltevuus on Milankovićin teorian mukaan tärkeimpiä tekijöitä, jotka muokkaavat planeetan jääkausien esiintymistä. Mitä pystymmässä maapallon akseli on, sitä vähemmän pohjoiseen pääsee kesällä Auringon lämmittävää säteilyä.

Maan akselin kaltevuus vaihtelee noin 22,1 asteen ja 24,5 asteen välillä. Parhaillaan planeettamme akseli on oikenemassa, eli napapiiri liikkuu vähitellen pohjoiseen.

Kartoissa näkyvä napapiiri pysyy kuitenkin jämäkästi paikallaan suunnilleen kohdassa 66,5 astetta pohjoista leveyttä. Suomessa napapiirin korkeudella sijaitsee esimerkiksi Rovaniemi.

"Karttojen napapiiri on sijoitettu aika tarkalleen pitkäaikaisen vaihteluvälin keskelle, ja onhan se pitkällä aikavälillä ihan järkevä ratkaisu", Mursula huomauttaa.

Lapin Kansa kirjoitti 26.10.2019 napapiirin todellisesta sijainnista. Vaikka matkailijat ovat vuosikausia hakeneet Rovaniemellä sijaitsevasta Joulupukin pajakylästä todistuksia napapiirin ylittämisestä, kyseessä on vain karttoihin merkitty napapiiri.

Itse asiassa napapiiri sijaitsi kyseisellä paikalla viimeksi yli sata vuotta sitten. Nyt todellinen napapiiri on hivuttautunut jo usean kilometrin päähän Rovaniemen lentokentän pohjoispuolelle.

Keskikesän valoisasta ajasta on mukavaa nauttia, olipa oma sijainti napapiirin pohjoispuolella tai ei. Mutta jos nyt oikein sekunteja halotaan, onko kesäpäiväntasaus, juhannusaatto tai jokin muu mukava päivä jonain vuonna pidempi kuin toisena?

Periaatteessa tänä vuonna keskivertopäivä voi olla sekunnin tuhannesosien tasolla pidempi kuin viime vuoden keskivertopäivä. Kuten Maapallon akselin kaltevuuskulma, myös planeetan pyöriminen nimittäin muuttuu pitkällä aikavälillä.

Mursula kertoo, että maapallon pyöriminen hidastuu hitaasti mutta varmasti pääosin Kuun vetovoiman aiheuttamien vuorovesiliikkeiden vaikutuksesta. Myös sellaiset muutokset, jotka siirtävät suuria massoja paikasta toiseen, voivat vaikuttaa päivän pituuteen jonkin verran. Näitä ovat esimerkiksi jäätiköiden sulaminen, muutokset merivirroissa ja Auringon vaikutus ilmakehässä. Auringon suuri aktiivisuus tavallaan turvottaa ilmakehää.

"Jos massat kulkeutuvat päiväntasaajalle päin, eli kauemmas pyörimisakselista , maapallon pyörimisnopeus hidastuu. Ilmiö on sama kuin taitoluistelijalla, silloin, kun hänen kätensä ovat levällään, ja nopeutuu, jos kädet ovat lähellä vartaloa", Mursula havainnollistaa.

Samoin, jos maapallon ilmakehä turpoaa paksummaksi Auringon aktiivisuuden takia, pyörimisnopeus hidastuu.

Tässä vaiheessa onkin syytä selittää karkaussekunnin käsite.

Karkaussekunnin avulla synkronoidaan atomikellojen supertarkka aika maapallon pyörimisnopeuteen, joka ei siis ole vakio. Ensimmäinen karkaussekunti lisättiin vuoden 1972 viimeiseen tuntiin, ja viimeksi karkaussekunti lisättiin vuoden 2016 viimeiseen tuntiin.

Karkaussekunnin ymmärtämistä helpottaa, jos ensin muistutellaan mieliin tutumpi käsite, eli karkausvuosi. Esimerkiksi viime vuonna helmikuuhun lisättiin 29. päivä, sillä Maapallon kierros Auringon ympäri kestää 365 vuorokautta ja vajaat 6 tuntia.

Ilman karkauspäivää esimerkiksi vuodenajat alkaisivat jätättää. Tämä huomattiin jo antiikin Roomassa, jolloin karkauspäivä otettiin käyttöön juliaaniseen kalenteriin joka neljäs vuosi, sillä vuoden pituudeksi laskettiin tuolloin 365 vuorokautta ja tasan 6 tuntia.

Keskiajalla taas huomattiin, että karkausvuosia on hieman liian tiheästi. Juliaanisessa kalenterissa karkausvuosi oli aina joka neljäs vuosi, kun taas nykyisessä gregoriaanisessa kalenterissa karkausvuosi on joka neljäs vuosi, paitsi täysinä vuosisatoina, elleivät ne ole jaollisia 400:lla. Näin ollen vuosi 2000 oli karkausvuosi, mutta 2100 ei.

Karkausvuosi on siis tuttu juttu, mutta entä karkaussekunti? Karkaussekunnissa on pienessä mittakaavassa kyse tavallaan samasta ilmiöstä kuin karkauspäivissä, sillä kummankin tavoitteena on pitää maapallon pyöriminen ja ajan mittaaminen ruodussa.

Sekunteja lisätään vuoteen tarpeen vaatiessa aika ajoin, ei mitenkään säännönmukaisesti. Viime vuosina planeettamme pyöriminen ei ole hidastunut niin paljoa kuin vielä joitain vuosikymmeniä sitten.

Tavallisen tallaajan ei tarvitse yksittäisestä sekunnista olla huolissaan, sillä esimerkiksi kännykkä etsii tarkan ajan itsekseen, eikä seinäkellon tarvitse käydä sekunnin tarkkuudella.

Toistaiseksi vielä kertaakaan ei ole käytetty "negatiivista karkaussekuntia", eli vuoden viimeisen sekunnin yli hyppäämistä ja siirtymistä suoraan seuraavaan vuoteen.

"Periaatteessa, jos maan pyöriminen alkaisikin kiihtyä keskimääräiseen nähden, sekunti voitaisiin myös poistaa", Mursula huomauttaa.

"Se kuitenkin vaatisi melkoisia mullistuksia ja olisi joka tapauksessa vain tilapäinen poisto".

Sekunti

  • Sekuntia, tai ajan mittaamista ylipäänsä, ei ole enää vuosikymmeniin sidottu maapallon pyörimiseen, vaan muihin fysikaalisiin ilmiöihin.
  • Alun perin sekunti on määritelty niin, että vuorokaudessa on 24 tuntia, joissa on 60 minuuttia, joissa on 60 sekuntia, eli vuorokaudessa on 86 400 sekuntia.
  • Nykyinen ajan yksikön, sekunnin määritelmä kuuluu seuraavasti: "[Sekunti] on 9 192 631 770 kertaa sellaisen säteilyn jakson aika, joka vastaa cesiumin 133-atomin siirtymää perustilan ylihienorakenteen kahden energiatason välillä."
  • Lähde: Teknologian tutkimuskeskus VTT
Lue lisää

Rakentavatko suomalaiset maailman ensimmäisen avaruussaunan? Kiuas voisi lämmetä infrapunalla

Kanjonista löytyi runsaasti vettä Marsissa – löytö voi vaikuttaa tulevien alusten laskeutumispaikkoihin

Tyypillisin ufo-havainto tehdään tupakkatauolla parvekkeella ja Etelä-Suomessa – innostusta on siivittänyt kesällä julkaistu Pentagonin raportti

Nasa aikoo lähettää Lucy-luotaimen tutkimaan Jupiterin mystisiä troijalaisasteroideja