Vastab Eesti Põllumajandusülikooli professor, astronoom Jaak Jaaniste

8. juunil 2004 on võimalik näha vaatepilti, mida ükski praegu elav inimene pole seni näinud.

Palju oleneb sellest, kes on vaatleja. Mitte-astronoomile on vahest kõige olulisem teadmine, et oodatav nähtus on tõepoolest väga haruldane: viimati sai üleminekut näha 122 aastat tagasi, 6. detsembril 1882. Ja kuigi järgmine üleminek leiab aset juba 8 aasta pärast, ei tee see sündmust veel vähem haruldaseks: ülejärgmine üleminek tuleb alles 2117. aastal.

Taevakehade vastastikune asend on inimesi huvitanud iidsetest aegadest peale. Tähetargad on planeetide liikumist jälginud aastatuhandeid ning teinud nende kohtumistest kõikvõimalikke järeldusi. Seda, et neid kohtumisi saab ette ennustada, teadsid juba vanad babüloonlased.

Kohtumisi endid nimetatakse erinevalt. Üldnimeks on ühendus, mis tähendab, et taevakehad asuvad Maalt vaadatuna enam-vähem ühes suunas. Ühenduse ajamomendi määrab hetk, kus nendevaheline kaugus taevavõlvil on kõige väiksem. Ühendus on seda haruldasem, mida väiksem on see minimaalne kaugus. Kui kaugus on väiksem taevakeha läbimõõdust, satuvad nad taevas “teineteise peale” ja seda nimetatakse kas kattumiseks (suurem taevakeha on vaatlejale lähemal ja varjab teise täielikult) või üleminekuks, kus lähemal olev väiksem taevakeha projekteerub suurema pinnale.

Päikesele pihtasaamise võimalused

Siseplaneetidel – Merkuuril ja Veenusel – on kaks ühendust: alumine, kui planeet asub Päikese ees, ning ülemine, kui planeet asub Päikese taga. Välisplaneetidel on olemas vaid ülemine ühendus, Maa ja Päikese vahele ei saa nad kuidagi sattuda.

Et planeet taevas Päikesele “pihta saaks”, peab olema täidetud veel üks tingimus: kohtumise hetkel ei tohi ta olla ekliptikast (Päikese näiv tee tähistaevas) kaugemal kui pool Päikese läbimõõtu ehk 16 kaareminutit. See on väga väike number, tunduvalt väiksem kui planeediorbiitide kalle Maa orbiidi tasandi suhtes (Merkuuril 7 kraadi, Veenusel 3°24' ). Alumises ühenduses on (Maalt vaadatuna) planeedi kaugus ekliptikast veelgi suurem, ulatudes Veenuse korral peaaegu 9 kraadini.

Mida lähemal on Veenus tõususõlmele (Maa on seal 6. detsembril) või veerusõlmele (7. juunil), st kohtadele, kus orbiitide tasandid lõikuvad, seda lähemale tuleb Veenus taevavõlvil Päikesele. Kui kaugus on väiksem kui eespool nimetatud 16 kaareminutit, tekibki üleminek Päikese kettast. Just niisugune olukord leiab aset 8. juunil 2004 ning kaks päeva vähem kui 8 aastat hiljem, 6. juunil 2012. Järgmise juunikuise ühenduse (4. juuni 2020) ajal on aga Veenusel veerusõlmeni veel kolm päeva tulla. Maaga kohtumisel on ta ekliptikast liig palju ülalpool ja läheb Päikesest mööda.

Nüüd peaks olema selge, miks on üleminekud nii haruldased. Veenuse sünoodiline periood on pikk, aga ajavahemik, mille jooksul üleminek võimalik, on väike. Püüame hinnata ülemineku tõenäosust, jagades need kuus päeva, mil üleminek võimalik, sünoodilise perioodi ehk 584 päevaga. Kummagi sõlme jaoks saame tõenäosuse 1/97, mis tähendab, et üleminek leiab aset iga 49 sünoodilise perioodi ehk 80 Maa-aasta tagant.

Nagu alati, erineb tegelikkus mõnevõrra sellest statistilisest variandist. Maa ja Veenuse tiirlemisperioodid on kooskõlalised: iga kaheksa aastaga teeb Veenus täpselt 13 tiiru ümber Päikese ja selle aja sisse jääb viis alumist ühendust. Sellist kooskõlastatud liikumist nimetatakse tiirlemisresonantsiks ning see on suurte naaberplaneetide juures tavaline. Näiteks teeb Jupiter viis tiiru täpselt sama ajaga, mis kulub tema naabril Saturnil kahe tiiru tegemiseks.

Tulemuseks on see, et iga 243 Maa-aasta kohta tuleb neli üleminekut, mis toimuvad paarikaupa, 8-aastase vahega. Kuna orbiidid on piklikud, kestab Maa minek Veenuse veerusõlmest tõususõlme poolteist päeva vähem ning sellele vastav üleminekute ajavahemik on 105 aastat – kahe 8-aastase tsükli võrra väiksem kui järgmine intervall.

Mida veel lisada? Vahest seda, et Maa elanike seisukohalt on üleminekute jaotus demokraatlik: suviseid üleminekuid näeb paremini põhjapoolkeral, talviseid lõunapoolkeral. Et vahe ühe paari üleminekute vahel on 2,5 päeva lühem kui kaks aastat, langeb üks neist Maa päevapoolele alati idapoolkeral, teine läänepoolkeral. Tänavu on siis ida-põhja üleminek, 2012. aastal lääne-põhja, järgmised üleminekud aastatel 2117 ja 2125 on aga lõunapoolkera omad.

Järgmine ida-põhja, st Euraasia-üleminek tuleb alles 243 aasta pärast, 11. juunil 2247.

Ja eelmine toimus 1761. aastal ning seda vaatlesid sellised mineviku suurkujud, nagu Wargentin, Lalande, Leiden, Lomonossov.

Aga näha ... pole õieti nagu midagi. Põhiline on ikka teadmine, et ükski praegu elav inimene pole seda vaatepilti seni näinud. Piki päikeseketast roomab tume täpp, nii väike, et seda palja silmaga näha on vähe lootust. Juba väikesest binoklist piisab. Muidugi, valgust tuleb tugevasti nõrgendada. Filtriks kõlbab nii mustaks säritatud fotofilm kui tahmaklaas, väga hästi toimib ümbrisest välja võetud floppy-ketas. Läbi viietollise ketta saab vaadata mõlema silmaga, binokli või teleskoobiga vaatlemisel kinnitage filter kindlasti objektiivi ette, et vähendada moonutusi ning ära hoida läbikõrbemist.

Professionaalsed huvid

Päris-astronoomidel on muidugi omad huvid. Seda, et niisugune asi üldse toimub, said inimesed teada alles Johann Kepleri töödest. Kasutades enda väljatöötatud teooriat (Kepleri seadused), ennustas ta, et 1631. aasta lõpus võib näha nii Veenuse kui Merkuuri üleminekut päikesekettast.

Vaatlusteni Kepler ei jõudnud, kuna suri aasta enne ennustatud üleminekut. Pierre Gassendi nägi küll Merkuuri üleminekut 7. novembril, mitte aga detsembriks ennustatud Veenuse üleminekut. Esimese Veenuse ülemineku vaatluse au kuulub inglasele William Crabtreele, kes tegi seda 24. novembril 1639. aastal, toetudes oma õpetaja Jeremiah Horrocksi arvutustele.

1716. aastal avaldas Edmond Halley artikli, milles anti meetod Päikese kauguse leidmiseks Veenuse ülemineku abil. Täpsuselt pidi see ületama mäekõrguselt kõiki varem kasutatuid. Maa ja Päikese vaheline kaugus on üks astronoomia põhiparameetreid, see kannab nimetust astronoomiline ühik ja selle määramise täpsusest sõltub oluliselt kogu planeetide liikumise teooria. Paraku jäi praktiline mõõtmine mitmekümne aasta kaugusele ja Halleyl endal polnud lootustki näha selle tulemusi.

1761. aasta üleminekuks valmistuti äärmise põhjalikkusega. Vaatlused õnnestusid nii 1761. kui 1769. aastal, määrangu täpsus tõusis varasemalt 20 protsendilt pluss-miinus 0,3 kaaresekundini.

Järgmised 105 aastat kulusid nii meetodi kui vaatlusriistade täiustamisele. Kasutusele võeti spetsiaalne riist – heliomeeter, mis lubas suure täpsusega mõõta nii Päikese näivat läbimõõtu kui Veenuse kaugust ketta servast.

1874. aasta üleminek oli juba oodatud sündmus. Parimaks vaatluspiirkonnaks oli seekord Kagu-Aasia, kuhu organiseeriti kümneid ekspeditsioone. Pulkovo observatoorium, mida juhtis Wilhelm Struve poeg Otto Wilhelm Struve, organiseeris ülevenemaalise ekspeditsiooni, milles osalesid kõik tolleaegsed observatooriumid. Tartu Tähetornile eraldati vaatluskohaks Nert_inski Zavodi asula Taga-Baikalimaal, vaid mõnikümmend kilomeetrit Hiina piirist. Ekspeditsioon, mida juhatas direktor Ludvig Schwartz isiklikult, võttis kaasa ka vasthangitud Repsoldi heliomeetri. Ilm oli küll hea (ilusa ilmaga õnnistati vaid 13 ekspeditsiooni 27-st), kuid kahjuks ebaõnnestus just Päikese horisondilise parallaksi määramine. Nimelt oli ajateenistuseks hädavajalik passaa_iriist saanud 9000-kilomeetrisel reisil tõsiselt vigastada.

Ülemaailmne programm andis siiski oodatud parallaksi: 8,81 pluss-miinus 0,02 kaaresekundit. Astronoomilise ühiku määrangu täpsus kasvas murdosani protsendist – viga oli vähem kui 300 000 kilomeetrit.

Läänepoolkeral nähtav 1882. aasta üleminek langes valdavalt ameeriklaste saagiks. Tartlased sellest vaatlusest osa ei võtnud, küll aga nende heliomeeter. Vaatlusriist laenati prantslaste Kariibi-ekspeditsioonile, kus sellega vaatles hilisem Pariisi observatooriumi direktor François Tisserand.

1874. ja 1882. aasta üleminekud lähevad ajalukku veel selle poolest, et esmakordselt rakendati vaatlustel fotograafiat. USA Mereväeobservatoorium saatis välja kokku 8 ekspeditsiooni, kelle käsutuses oli 1700 fotoplaati. Säilinud on neist 11 fotot, täpsuselt jäi fotograafia tol ajal siiski alla visuaalsetele vaatlustele.

Lootus avastada teiste tähtede planeete

Mida loodavad näha tänapäeva astronoomid? Astronoomilise ühiku täpsustamist – vaevalt. See parameeter on tänapäevaks saanud kokkuleppelise väärtuse 149600000 km; Päikese kaugust mõõdetakse radari abil, täpsusega üks meeter. Muidugi korratakse tänavu ka Halley poolt soovitatud vaatlusi, kuid nende eesmärgiks on kontrollida meetodit, mitte enam Päikese kaugust.

Siiski: on üks vaatlus, mis tõsist huvi pakub. See on seotud planeetide avastamisega teiste tähtede juures. Nimelt on viimasel ajal ilmunud töid, kus mingi tähe lühiajalist väikese ulatusega tumenemist püütakse seostada tema eest läbi lendava tumeda kehaga. Küsimus on selles, kui suurt (või õigemini – kui väikest) planeeti saab sel teel avastada.

Veenuse läbimõõt on 1/125 Päikese läbimõõdust, tema pindala 1/15000 päikeseketta pindalast. Just niipalju peaks nõrgenema päikesevalgus, kui Veenus tema eest läbi jookseb.

Kas praeguse tehnika täpsusest piisab selle erinevuse kindlakstegemiseks, seda loodetakse teada saada kuu aja pärast, 8. juunil.

Vaatame ja pildistame

Loodetavasti on ilm 8. juunil ilus. Mida ette võtta? Aeg vaatluseks on väga sobiv: üleminek algab kohaliku suveaja järgi kell 8.07 ja lõpeb kell 14.33. Kogu selle aja on Veenuse tume ring päikesekettal nähtaval. Seega pole karta, et mõni juhuslik pilv sündmuse ära rikub.

Keda huvitab tõsisem vaatlus, võib võtta ühendust ülemaailmse programmiga VT-2004. Kus ja kunas, leiate võrgulehelt http://www.vt-2004.org/.

Vaatlusmeetoditest on kõige ohutum projektsioonimeetod. Vene päritolu kooliteleskoopidel on kaasas spetsiaalne päikeseekraan, kuhu Päikese kujutis läbi okulaari projekteeritakse. Sama saab teha suvalise pikksilma või binokli abil, tuleb vaid leida võimalus vaatlusriista ja ekraani kinnitamiseks.

Pildistada soovitaksin samuti mitte Päikest ennast, vaid tema projekteeritud kujutist. Kui võimalik, märkige üles Päikese orientatsioon fotol (suund horisondile) ja kellaaeg. Selliseid fotosid ootame ka Tartu Tähetorni võrguajakirjale “Vaatleja” ( http://www.obs.ee
-> Vaatleja -> lugejakirjad ).

Selget taevast!

TARTU TÄHETORNI HELIOMEETER

Heliomeetri (tõlkes päikesemõõtja) ülesandeks on taevakehade läbimõõdu või vastastikuse asendi võimalikult täpne määramine. Optilise süsteemi abil tekitatakse taevakehast (või taevaalast) kaks kujutist, mida mikromeeterkruvide abil püütakse teineteisega kokku juhtida. Mikromeetri näidust arvutatakse hiljem vajalik nurkkaugus.

Heliomeetri leiutajaks-ristiisaks peetakse Taani astronoomi Ole Römerit, kes 1675. aastal soovitas poolitada teleskoobi objektiivi ning poolte nihutamise teel tekitada samast taevakehast kaks ühesugust kujutist. Vaatlusriista rakendusena pakkus ta päikesevarjutuse faasi hindamist, nihutades sirbi välisserva teise kujutise siseservaga ühte.

Esimese heliomeetri valmistas 1748. aastal Pierre Bouguer. Sellel oli kaks nihutatavat objektiivi ja üks okulaar. Nüüdisaegse heliomeetri sünd on seotud Joseph Fraunhoferi nimega, kes aastatel 1820–1829 valmistas viis pooleks lõigatud akromaatilise objektiiviga heliomeetrit. Kuulsaim neist – Königsbergi kuuetolline (15 cm) – läks ajalukku Siiriuse nähtamatu kaaslase leidmisega 1832. aastal ning kinnistähe 61Cygni parallaksi määramisega aastal 1840. Vaatlejaks oli mõlemal juhul sealse tähetorni direktor, rohkem küll matemaatikuna tuntud Friedrich Bessel.

Tuntuimaks heliomeetrite valmistajaks on Adolf Repsold, kelle töökodades valmistati aastatel 1841–1920 heliomeetrid pea kõigi tolleaegsete observatooriumide tarbeks. Nende hulka kuulub ka aastal 1875 Tartu Tähetornile muretsetud vaatlusriist.

EDMOND HALLEY JA TEMA MEETOD

Astronoomiahuvilised teavad Edmond Halleyd eelkõige temanimelise komeedi järgi. 1656. aastal kaupmehe perekonnas sündinud ja Oxfordi ülikoolis hariduse saanud astronoom oli Isaac Newtoni lähedane sõber ning aitas finantseerida viimase põhiteost “Loodusfilosoofia matemaatilised printsiibid”. Just Newtoni mehaanika oli see, mis lubas Halleyl arvutada 1682. aastal heleda komeedi orbiidi ning ennustada selle tagasitulekut 1768. aastal. 1716. aasta ajakirjas Phylosophical Transactions avaldatud artiklis näitas Halley, et Veenuse Päikesest ülemineku täpse aja määramine maakera eri punktidest lubab suure täpsusega arvutada nii Veenuse kauguse Maast kui Maa kauguse Päikesest.

Veenuse üleminek päikesekettast kestab üle kuue tunni (Halley ajal arvati Maa kaugust Päikesest viiendiku võrra väiksemaks, seetõttu pakkus ta ülemineku kestuse kaheksale tunnile) ning selle aja jooksul jõuab maakera end veerandi jagu pöörata. See tähendab, et varjutuse lõpus vaadatakse Päikest hoopis teise suuna all, ja selle suuna muutus sõltub nii vaatleja asukohast maakeral kui Päikese kaugusest.