Linnunrata

Etymologia

Linnunradan suomenkielinen nimitys palautuu muinaissuomalaisten uskomuksiin. Linnunradan uskottiin olevan itämerensuomalaisten pyhän linnun joutsenen reitti taivaan halki lintukotoon. Monissa kielissä Linnunrataa kutsutaan maitoon viittaavilla nimityksillä (kuten latinan Via lactea ja sen jälkeläiset). Se johtuu siitä, että kreikkalaisen mytologian mukaan Linnunrata oli syntynyt Hera-jumalattaren maidosta.

Sijainti

Linnunrata kuuluu paikalliseen galaksiryhmään, jossa on viitisenkymmentä tunnettua galaksia. Linnunrata on yksi ryhmän kolmesta hallitsevasta suuresta kierregalaksista Andromedan galaksin ja Kolmion galaksin ohella. Linnunrata seuralaisineen kuuluu galaksiryhmän toiseen alaryhmään.

Ikä ja historia

Vanhin tunnettu Linnunradan tähti muodostui 13,5 miljardia vuotta sitten eli 300 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tähti sijaitsee Linnunradan ulko-osien halossa. Galaksin ohuen kiekon tähtien iäksi on arvioitu  7,1–10,5 miljardia vuotta. Linnunrata on kasvanut nykyiseen muotoonsa liittämällä itseensä materiaalia törmäyksissä muiden galaksien kanssa.
Linnunradassa muodostuu pölystä ja kaasusta tiivystymällä koko ajan uusia tähtiä, noin kymmenen vuodessa. Samalla vanhoja tähtiä kuolee.
Aurinkokuntamme kiertää Linnunradan ympäri 250 miljoonassa vuodessa.
Läheinen Andromedan galaksi ja Linnunrata lähestyvät toisiaan 110 kilometrin sekuntinopeudella ja törmäävät noin 4 miljardin vuoden kuluttua muodostaen mahdollisesti suuren elliptisen galaksin tai jättimäisen spiraaligalaksin.

Muoto

Linnunrata on sauvamallinen kierregalaksi eli sauvaspiraaligalaksi. Sen perusosat ovat litteä, pyörivä kiekko spiraalihaaroineen sekä ytimen ympärillä oleva paksumpi tähtikiekko eli keskuspullistuma. Linnunradan sakarat lähtevät keskustassa olevan niin sanotun sauvan molemmista päistä. Maasta sauva näkyy vinosti toisesta päästä, sillä sauvan pituussuunta poikkeaa noin 15 astetta linjasta, joka kulkee Auringosta Linnunradan keskustaan. Linnunradan kiekko on ulko-osistaan hieman vääntynyt, sillä kaasupilvet painavat toisella puolella galaksia vähän tason alapuolelle ja toisella puolella yläpuolelle.
Päähaaroja Linnunradassa on kaksi: Kilven–Kentauruksen (Scutum-Centaurus) ja Perseuksen haarat. Näiden lisäksi on kolme heikompaa, pääasiassa kaasua ja nuorien tähtiä tiivistymiä sisältävää kierteishaaraa: Kulmaviivoittimen ja Jousimiehen haarat sekä Ulompi haara.

Koko

Linnunrata on muihin galakseihin verrattuna melko suurikokoinen. Linnunradan havaittu massa on 100 miljardia Auringon massaa. Linnunradan näkyvän aineen muodostama kiekko on läpimitaltaan 200 000 valovuotta eli runsaat 60 000 parsekia. Uloimmat tähdet ovat hyvin harvassa. Keskuspullistuman läpimitta on 30 000 valovuotta. Kiekon paksuus on 700 valovuotta.
Arviot Linnunradan tähtien määrästä vaihtelevat yleensä sadan miljardin ja neljänsadan miljardin välillä. Arviot perustuvat Linnunradan kokonaismassaan, tähtien osuuteen tästä massasta ja arvioon tähtien keskimääräisestä koosta. Tähdistä 1,6 miljardin eli noin yhden prosentin sijainti ja kirkkaus on selvitetty. Uusimman ja tarkimman mittauksen on tehnyt Gaia-luotain vuosina 2016–2018.

Rakenne

Linnunradan näkyvästä massasta noin 90 prosenttia on tähtiä. Suurin osa massasta on vanhoissa punaisissa tähdissä, mutta suurin osa valosta tulee nuorista ja kuumista tähdistä.
Kaasupilviä Linnunradan näkyvästä massasta on noin 10 prosenttia. Kaasupilvet ovat pääasiassa vetyä. Kaasun määrä on noin yksi atomi kuutiosenttimetrissä. Kaasu esiintyy suurina pilvinä, joiden välissä on harvempia alueita. Suuri osa Linnunradan kaasupilvistä on peräisin kuolleista tähdistä.
Tähtienvälistä pölyä Linnunradan näkyvän aineen massasta on yksi tuhannesosa. Pöly aiheuttaa heikentymistä tähtien valossa, minkä vuoksi Maasta ei pysty näkemään Linnunradan keskustaan asti.
Linnunradan massasta suurin osa on pimeää ainetta. Se on harvaa ja tasaisesti jakautunutta, ja sen vaikutus tulee esille vain Linnunradan ulko-osissa.

Ulko-osat

Linnunradan ulko-osissa on hypernopeita tähtiä, galaksienvälisiä kaasupilviä, hajoavia minigalakseja, kuumaa kaasua sekä pimeää massaa.
Linnunradan tähtien kiertonopeus on noin 200 kilometriä sekunnissa, eikä se vaihtele sen mukaan, kuinka kaukana tähti on Linnunradan keskustasta. Kiertonopeus säilyy samana myös Linnunradan näkyvän kiekon ulkopuolelle.
Linnunradan näkyvän kiekon ulkopuolella on kuumaa kaasua tasaisena sumuna, jonka lämpötila on jopa 2,5 miljoonaa astetta. Kaasua kutsutaan Linnunradan haloksi. Tämä pallomainen kuuma halo ulottuu joka puolella Linnunradan ympärillä vähintään sadan tai sadanviidenkymmenen kiloparsekin etäisyydelle. Sen tiheys on hyvin alhainen mutta massa valtava, yhtä suuri kuin kaikkien Linnunradan tähtien. Kuuma kaasu on syntynyt Linnunradan tähdistä, jotka ovat räjähtäneet supernovana ja singonneet ympärilleen nopeasti liikkuvaa kaasua. Kaasussa on tihentymiä ja aukkopaikkoja, jotka ovat syntyneet supernovaräjähdyksissä halon sisällä.
Linnunradan ulkolaitojen erilliset kaasupilvet liikuvat yleensä suurella nopeudella ylös- tai alaspäin, ja niitä on ilmeisesti ainakin kolmea eri lajia. Osa niistä on karannut jostain toisesta galaksista ja lähestyy Linnunrataa. Toiseen ryhmään kuuluvat pilvet, jotka ovat peräisin Linnunradan keskustassa olevista ”galaktisista suihkulähteistä” ja liikuvat hitaasti Linnunradan kiekkoa kohti. Kolmanteen kaasupilvien ryhmään kuuluvat pilvet liikkuvat keskinopeuksilla. Niitä tunnetaan toistasataa ja ne nähdään Linnunradan halossa noin 300 kiloparsekin läpimittaisena joukkona.
Suurin osa pilvistä on saattanut syntyä noin 500 miljoonaa vuotta sitten, kun Suuri ja Pieni Magellanin pilvi törmäsivät yhteen ja seuranneissa supernovaräjähdyksissä suuria määriä kaasua sinkoutui ulos Magellanin pilvistä. Osa kaasusta hajosi sumuksi Linnunradan haloon. Erillisten pilvien yhteismassa on arviolta noin kolme miljardia Auringon massaa.
Linnunradan halon läpimitta on 300 000 valovuotta. Halossa on yksittäisiä tähtiä aina halon ulkolaidoilla saakka jopa 100 kpc päässä Linnunradasta. Tähdistä uloimpia ovat niin sanotut hypernopeat tähdet, joiden nopeus ulospäin on jopa 700 kilometriä sekunnissa eli ne ovat karkaamassa Linnunradasta galaksienväliseen avaruuteen. Nämä tähdet ovat syntyneet kaksoistähtijärjestelmistä, joista musta aukko on singonnut tähden ulos Linnunradasta.
Halossa on myös hitaampia tähtiä, jotka ovat hypernopeiden tähtien tavoin sinkoutuneet avaruuteen mustan aukon läheltä. Ne ovat niin hitaita että kääntyisivät ratansa uloimmalta pisteeltä takaisin alaspäin elleivät räjähtäisi jo sitä ennen supernovana.
Erilaisia tähtijoukkoja Linnunradan halossa tunnetaan satoja. Osa on pallomaisia, osa Linnunrataa seuraavia kääpiögalakseja ja isompia galakseja kuten Magellanin pilvet. Lähin tunnettu Linnunradan seuralaisgalaksi on Jousimiehen tähdistön kääpiöellipsoidi, jonka etäisyys on puolet Magellanien pilvien etäisyydestä. Kaikkien näiden yhteenlaskettu massa on selvästi alle Linnunradan massan.
Linnunradan kokonaismassasta suurimman osan, noin viisi kuudesosaa, on arveltu olevan pimeää ainetta. Sitä ei voi nähdä, mutta sen painovoima tuntuu. Massa leviää pallomaisena, ehkä hieman litistyneenä alueena Linnunradan ympärille jopa 300 kpc etäisyydelle asti, siis puolimatkaan Linnunradan ja Andromedan galaksin välillä.

Havaitseminen Maasta

Linnunrata on havaittavissa parhaiten pimeänä yönä kaukana valosaasteesta. Silloin se on paljain silmin nähtävissä vaaleana utumaisena nauhana, joka kulkee yötaivaan halki.
Linnunrata kulkee pohjoisella taivaalla Kotkan, Joutsenen, Kefeuksen, Kassiopeian, Perseuksen, Ajomiehen, Kaksosten ja Yksisarvisen tähdistöjen kautta. Joutsenen tähdistön alueella on havaittavissa Linnunradan vyön kahtia jakava tummempi alue, jota sanotaan Suureksi repeämäksi. Se on valtava tähtienvälinen pölypilvien joukko, joka estää sen takana olevien tähtien valon näkymisen. 
Tiheimmillään Linnunradan tähtipilvet ovat Jousimiehen tähdistön suunnalla, missä sijaitsee myös galaksin keskus. Pienelläkin kiikarilla katsottuna näkymä Linnunradasta muuttuu merkittävästi, sillä se paljastaa utumaisen hehkun valtavaksi määräksi himmeämpiä tähtiä.
Parhaiten Linnunradan rakenne paljastuu, kun sitä tutkitaan infrapunasäteilyn aallonpituuksilla. Useimmat tähtienväliset pölypilvet läpäisevät tähtien lähettämän infrapunasäteilyn, joten ne voidaan havaita infrapunateleskoopeilla. Sen sijaan emme voi nähdä suoraan galaksin spiraalirakennetta, koska sijaitsemme suunnilleen Linnunradan tasossa.

Kartoitus

Linnunradan muotoa oli pitkään vaikea selvittää sisältä käsin. Muoto on selvitetty yhdistelemällä Linnunradasta sähkömagneettisen säteilyn eri aallonpituuksilla saatuja havaintoja kuviin, joita on saatu muista galakseista.
Kaikki Linnunradan paljain silmin näkyvät tähdet ovat alle kahden kiloparsekin eli 6 500 valovuoden etäisyydellä Auringosta. Suurilla kaukoputkilla nähdään noin kaksi kertaa kauempana olevia tähtiä. Radioteleskoopeilla on 1950-luvun lopulta lähtien pystytty näkemään sitäkin kaukaisempia tähtiä. Myöhemmin kartoitus on tarkentunut, kun sitä on tehty erilaisilla radioaallonpituuksilla. Infrapuna-alueella Linnunrataa on kartoitettu 1980-luvulta lähtien, sillä infrapunasäteily etenee avaruuden pölyn läpi lähes yhtä hyvin kuin radiosäteily. Nykyään Linnunrata on kartoitettu kaikilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla.