Maa ja Kuu perioodiline liikumine

12. klass > Füüsika > 5. kursus: Mikro- ja megamaailma füüsika

Maa pöörlemine

Maa pöörleb ümber oma kujutletava telje, mis „väljub“ maapinnast pooluste kohal. Teame, et Maa teeb ühe täispöörde ühe ööpäevaga.

Meeles tasub pidada asjaolu, et Maakera pöörlemissuund on läänest itta – selle peegeldus – Päikese, Kuu ja teiste taevakehade liikumine on sellele vastupidine.

136

Ehkki arvestuslikus mõttes on kõik ööpäevad ühepikkused – 24 tundi, siis tegelikult pöörleb Maa ebaühtlaselt ning rangelt võttes on ööpäevad erineva pikkusega. Maa pöörlemise arvestuseks on keskmine niinimetatud päikeseööpäev, mida loetakse keskööst, kui Päike läbib taevameridiaani teekonna madalaimas punktis kuni järgmise keskööni.

Ebaühtlused arvestuslike ja tegelike ööpäevade vahel korrigeeritakse – aeg ajalt lisatakse või lahutatakse ülitäpsete aatomikelladega mõõdetavatele ööpäevadele sekund või selle vajalik murdosa.

Maa tiirlemine

Lisaks pöörlemise ümber oma telje, tiirleb Maa ümber Päikese, tehes täistiiru ühe aastaga. Aastaks loetakse ajavahemikku ühest kevadpunktist (kus ekliptika lõikub taevaekvaatoriga) järgmiseni.

137

Nii nagu ööpäevgi, pole ka aastad ühesuguse pikkusega, kuid ka sellest saadakse üle lisapäevade lisamisega kalendrisse teatud ajavahemike tagant.

Maakera pöörlemistelg moodustab tiirlemistasandiga 23,4° nurga, kusjuures Maa pöörlemistelje orientatsioon ruumis ei muutu (vt animatsiooni) – see on põhjus miks Maal vahelduvad aastaajad.

Ekliptika. Aastaajad

Ekliptika ehk päevatee on Päikese näiv teekond taevas. Ekliptika on kujutletav ringjoon taevasfääril, mida mööda Päike näivalt oma aastateekonnal kulgeb.

Tegelikult on see Maa tiirlemine ümber Päikese, mis põhjustab Päikese asukoha näivat muutumist taevas. Ekliptika asub taevaekvaatori suhtes 23°27′ nurga all. Punkte, kus ekliptika taevaekvaatoriga ristub, nimetatakse võrdpäevsuspunktideks punktideks. Eristatakse kevad- ja sügispunkti. Kevad- ja sügispunktis olles on päev (valge aeg) ja öö (pime aeg) täpselt ühesuguse pikkusega.

Ekliptika ja taevaekvaatori vahelise, umbes 23,4°, nurga tõttu muutub aasta jooksul Päikese teekonna kõrgus taevaekvaatori suhtes (maapinna kaugus Päikesest), see põhjustab omakorda aastaaegade vaheldumist Maa põhja- ja lõunapoolkeral. Kui ekliptika on taevaekvaatori kohal käib Päike kõrgelt ja vastaval poolkeral on suvi ning vastaspoolkeral talv. Kui ekliptika on taevaekvaatori all käib Päike madalalt – poolusel ning pöörijoonest kõrgemal/madalamal ei paista Päike polaaröö jooksul üldse ning vastaval poolkeral on talv ja vastaspoolkeral suvi – see tähendab, et vastaspoolusel polaarpäev, mille jooksul päike ei looju päevade viisi (poolusel sisuliselt pool aastat).

Lisaks päevade erinevale pikkusele tingib talve ja suve erinevust asjaolu, et päikese kiired langevad maale suvel maapinna suhtes suurema nurga all, mistõttu saab suvel maapind ajaühikus rohkem päikeseenergiat kui talvel, mil päikesekiired hajuvad langedes maapinnale libamisi.

Erinevused päeva pikkuses ja päikeseenergia hulgas põhjustavad aastaajalisi temperatuurierinevusi, muutes suved talvedest soojemaks. Olgu siinkohal rõhutatud, et ajal, mil Põhjapoolkeral on suvi, asub Maa oma orbiidil hoopis Päikesest kaugemal kui talvel, aga tänu telje kallakule on maapind Päikesele lähemal.

Kuu tiirlemine ja pöörlemine

Et Kuul kulub ühe täistiiru tegemiseks ümber Maa täpselt sama palju aega kui ühe täispöörde tegemiseks ümber oma kujutletava telje on Kuu kogu aeg suunatud Maa poole ühe ja sama küljega.

Kuu tiirlemistasand on Maa orbiidi suhtes umbes 5° nurga all kaldu, mistõttu paistab Kuu meile taevas kord üleval, kord allpool ekliptikat. On vaid kaks kohta, kus Kuu tiirlemistasand lõikub ekliptikaga. Neid punkte nimetatakse sõlmedeks. Kui Kuu, Maa ja Päike jäävad sõlmi ühendavale joonele, toimuvad Kuu- või Päikesevarjutused. Selline olukord tuleb siiski piisavalt harva ette.

Kuu faasid

138

Kuna Kuu on valgust mitte läbi laskev keha, siis tekib tema taha vari. Sõltuvalt Kuu asukohast Maa ja Päikese suhtes, võib ta ise suuremal või vähemal määral oma varju sisse jääda ning nii polegi Maalt vaadeldav mitte terve Kuu, vaid ainult osa sellest.

Ühte täistsüklit Kuu kahe samasuguse faasi vahel nimetatakse sünoodiliseks perioodiks (ka sünoodiliseks kuuks) ning selle pikkus on 29,5 Maa-ööpäeva.

Kuu faasid jagunevad – noorkuu (kui kuu Maa poole pööratud külg jääb tervenisti varjupiirkonda), täiskuu (kui kuu Maa poole pööratud külg on tervenisti valgustatud) ning kasvav kuu (esimene veerand) – on periood noorkuust täiskuuni ning kahanev kuu ehk vana kuu (viimane veerand) – on ajavahemik täiskuust noorkuuni.

Kuidas saada aru, kas tegu on kasvava (noore) või kahaneva (vana) kuuga. Siin tuleb appi vene keele oskus.

Kasvav (noor) kuu

Kasvav (noor) kuu

Kahanev (vana) kuu

Kahanev (vana) kuu

Nagu juures olevatelt piltidelt näha moodustab kasvav Kuu otsekui slaavi tähestiku „r“ tähe (P) pauna – kasvav on aga vene keeles „растущий“, kahanev – vana kuu aga slaavi tähestiku „s“ tähte (C) – vana on vene keeles „старый“.

Varjutused

Nii Maa kui Kuu on valgusele läbipaistmatud kehad ning selle tõttu saadab nende liikumist Päikese poolt vaadatuna nende taha jääv varjupiirkond. Kuna nii Kuu kui Maa on Päikesega võrreldes palju väiksemad kehad, on nende varjude puhul on tegemist küllaltki keeruka täis- ja poolvarjude süsteemiga.

141

Kuuvarjutus on olukord, kus Kuu satub Maa täis- või poolvarjukoonusesse. Esimesel juhul nimetatakse nähtust osaliseks kuuvarjutuseks, teisel aga täielikuks kuuvarjutuseks.

Kui Kuu tiirleks ümber Maa samas tasandis kui Maa ümber Päikese, toimuksid kuuvarjutused iga 29,5 päeva tagant.

Paraku on Kuu ja Maa tiirlemistasandid teineteise suhtes umbes 5° võrra nihutatud ning tänu sellele tekib olukord, kus me saame vaadelda kuuvarjutust keskmiselt kord 1 … 1,5 aasta tagant. Aastatel 2013 … 2016 toimuvad kuuvarjutused on leitavad tabelist.

Fotodel on näha Kuu heleduse muutumine poolvarjupiirkonda sisenemisest kuni täisvarjuni ja seejärel tagasi poolvarjuks:

142

Päikesevarjutus on olukord, kus Kuu jääb Maa ja Päikese vahele ning Kuu täis- või poolvari langeb maapinnale. Kuu poolvarju piirkonnas viibivad vaatlejad näevad osalist päikesevarjutust, täisvarjus asuvad vaatlejad aga täielikku päikesevarjutust. Kui täisvarju tipp ei taba maapinda vaid jääb sellest kõrgemale, on näha täielikku rõngakujulist päikesevarjutust.

143

Kui Kuu ümber Maa tiirlemise tasand kattuks Maa ümber Päikese tiirlemise tasandiga, esineksid päikesevarjutused samuti iga 29,5 päeva tagant. Kuna tasandid on teineteise suhtes kaldu, on tuleb päikesevarjutusi ette keskmiselt 1 …1,5 korda aastas, kuid seda Maa erinevates piirkondades. Samas piirkonnas Maal on päikesevarjutused vägagi haruldane nähtus. Viimane täielik päikesevarjutus oli Eestis (Põhja-Eestis) nähtav 22.07.1990 varahommikul, sellest eelmine 21.08.1914 (samuti Põhja- ja Ida-Eestis), üle-eelmine 3.05.1715, järgmist täielikku Eestis nähtavat päikesevarjutust, mis on Eestis nähtav, tuleb oodata 16. oktoobrini 2126 a. (siis on varjutus nähtav väikeses osas Kirde-Eestis). Vaata ka NASA tabelit toimunud ja toimuvate päikesevarjutuste kohta Maailmas.

Osaline päikesevarjutus

Osaline päikesevarjutus

Täielik päikesevarjutus

Täielik päikesevarjutus

Rõngakujuline päikesevarjutus

Rõngakujuline päikesevarjutus

Täielik päikesevarjutus – sellisena nagu ta on nähtav Maal, on Päikesesüsteemis unikaalne nähtus, sest Maa kaugus Päikesest on enam-vähem täpselt sama palju kordi suurem kui Kuu läbimõõt on väiksem Päikese omast. Nii katab Kuu vari täpselt Päikeseketta ning nähtavale tuleb Päikese atmosfäär – kroon. Teistel planeetidel toimuvad päikesevarjutused on kas osalised või siis rõngakujulised. Rõngakujuline päikesevarjutus on nähtav olukorras, kui Kuu viibib oma ellipsikujulisel orbiidil Maale lähemal.