Tähtitiede

Tähtitiede eli astronomia on luonnontiede, joka tutkii maailmankaikkeutta ja sen kohteita, ilmiöitä sekä kehitystä. Tähtitieteen tutkimusalueeseen kuuluu kaikki maapallon ja sen ilmakehän ulkopuolella oleva ja myös Maa yhtenä planeettana. Tähtitiede pohjautuu lähinnä fysiikkaan, mutta siinä käytetään hyväksi muitakin tieteitä biologiasta kemiaan.

Henkilö, joka työkseen tutkii tähtitiedettä tai muuten saa elantonsa tähtitieteestä, on tähtitieteilijä eli astronomi.

Monista muista tieteenaloista poiketen harrastajatoiminta tuottaa tähtitieteessä edelleen jossain määrin tieteellisesti merkittäviä tuloksia, sillä eräät mielenkiintoiset ilmiöt ovat nopeita ja harvinaisia, jolloin tärkeintä on olla juuri oikeaan aikaan niitä havaitsemassa laitteiston tehokkuuden jäädessä toisarvoiseksi. Harrastajaverkostot voivat myös toteuttaa seurantakampanjoita, joita ammattilaisvälinein ei ole teknisesti mahdollista tai taloudellisesti kannattavaa toteuttaa. Järjestäytyneistä harrastajaverkostoista luultavasti kansainvälisesti merkittävin on American Association of Variable Stars Observers (AAVSO).

Tähtitieteessä havainnonteko on perinteisesti tapahtunut kaukoputkilla, mutta myös monia muita välineitä on käytössä.

Kansainvälistä tähtitieteen vuotta vietettiin vuonna 2009.

Osa-alueet 
Tähtitiede voidaan jakaa osa-alueisiin useilla tavoilla, ja usein jokin aihe kuuluu useaan eri alueeseen. Jaettaessa havaitsevaa tähtitiedettä tutkimuskohteen mukaan voidaan siitä käsittää muassa seuraavat osa-alueet:

 planeettatutkimus (planeettojen ja muiden pienempien taivaankappaleiden, kuten asteroidien ja komeettojen tutkimus)
 galaktinen tähtitiede (Linnunradan ja sen tähtien sekä tähtienvälisen aineen tutkimus)
 ekstragalaktinen tähtitiede (Linnunradan ulkopuolisten kohteiden kuten galaksien ja kvasaarien tutkimus)
 kosmologia (maailmankaikkeuden tutkimus).

Toinen luonteva jaottelu voidaan tehdä havainnoissa käytetyn aallonpituusalueen mukaan:

 suurenergiatähtitiede: gammatähtitiede ja röntgentähtitiede
 ultraviolettitähtitiede
 optinen tähtitiede (näkyvän valon alue)
 infrapunatähtitiede
 radiotähtitiede.

Osa tähtitieteestä on teoreettista eli ei suoraan havaintoihin perustuvaa. Teoreettisen tutkimuksen kohteita ovat muun muassa

 taivaanmekaniikka (taivaankappaleiden ratojen laskeminen)
 astrometria (tähtien paikkojen sekä ominaisliikkeiden tutkiminen taivaanpallolla)
 tähtien ja galaksien kehitysmallit.
 pallotähtitiede

Myös Maahan saapuvien neutriinojen, gravitaatiosäteilyn, kosmisen säteilyn sekä meteoriittien tutkimus voidaan laskea tähtitieteeksi. Astrofysiikka on tähtitieteellisten kohteiden fysikaalisia ominaisuuksia, kuten tiheyttä, kemiallista koostumusta, lämpötilaa ja painetta tutkiva tähtitieteen haara. Astrobiologia puolestaan tutkii elämää ja sen synnyn mahdollisuuksia maailmankaikkeudessa.

Avaruustähtitiede tarkoittaa tähtitieteen sitä osaa, jossa käytettävät mittalaitteet ovat avaruudessa satelliittien ja luotainten kyydissä vastakohtana perinteisemmälle kokonaan maasta käsin tehtävään tutkimukseen. Vastaava laajempi käsite on avaruustutkimus.

Historia 

Tähtitiede on yksi vanhimmista tieteistä, sillä ihmiset ovat tutkineet aurinkoa, kuuta, planeettoja ja tähtiä vähintään 5 000 vuotta. Ihmisen esihistoriallisina aikoina tähtitiede liittyi useissa kulttuureissa uskonnollisuuteen. Sekä uskonnollisia menoja että tähtitaivaan havainnointia varten rakennettiin ympäri maailmaa rakennelmia, niistä ehkä kuuluisimpana Stonehenge Englannissa. Antiikin Kreikassa filosofit kehittivät erilaisia malleja taivaankappaleiden liikkeiden selittämiseksi. Aristarkhos esitti jo noin 280 eaa., että Maa kiertää Aurinkoa. Eratosthenes arvioi maapallon ympärysmitan varsin tarkasti tutkimalla varjojen kulmia toisistaan kaukana olevilla paikoilla. Klaudios Ptolemaios julkaisi noin 140-luvulla jaa. Almagestin, jonka määrittelemä maakeskinen kaikkeuden malli pysyi voimassa Euroopassa yli tuhat vuotta. Arabimaailmassa tähtitieteilijät kehittivät keskiajalla tieteen siihen mennessä korkeimmalle tasolleen.

Nikolaus Kopernikus esitteli aurinkokeskisen järjestelmänsä vuonna 1543. Tyko Brahen tekemien tarkkojen planeettahavaintojen pohjalta Johannes Kepler muotoili kolme planeettojen liikettä koskevaa lakia vuosina 1609–1618. Vuosina 1609–1610 Galileo Galilei teki ensimmäiset kaukoputkihavaintonsa, joista tärkein oli Jupiterin neljän suurimman kuun löytäminen. Isaac Newton yhdisti 1600-luvun lopulla fysiikan tähtitieteeseen. Vuonna 1687 julkaisemassaan Principiassa Newton esitti liikelakinsa ja painovoimateoriansa, jotka pätivät maapallon ohella myös muualla maailmankaikkeudessa. Painovoimalain ja liikelakien avulla pystyttiin selittämään myös Keplerin lait, mikä loi vankan pohjan taivaanmekaniikalle.

Tähtitieteen (astronomia) ja tähdistäennustamisen (astrologia) välillä ei tehty selvää eroa ennen 1700-lukua, ja monet tunnetuista varhaisista tähtitieteilijöistä elättivät itsensä laatimalla myös horoskooppeja.

Vuonna 1859 Gustav Kirchhoff huomasi, että tähtien spektreissä olevat kapeat tummat viivat ovat seurausta siitä, että tietyt alkuaineet ovat absorboineet itseensä kyseisen kaistaleen valon aallonpituusalueesta. Vuosisadan lopulla spektrianalyysi ja tähtivalokuvaus kehittyivät voimakkaasti. Vuonna 1910 havaittiin kaukaisten galaksien suuri punasiirtymä. Edwin Hubble osoitti vuonna 1923, että Andromedan galaksi on Linnunradan ulkopuolinen kohde. 1960-luvulla löydettiin muun muassa kvasaarit, pulsarit ja kosminen taustasäteily. Tekniikan kehittyessä 1900-luvun lopulla tähtitiede on kokenut valtavia edistysaskeleita lyhyessä ajassa.

Tähtitieteen tutkimus Suomessa
Ensimmäinen suomalainen tähtitieteilijä oli Sigfridus Aronus Forsius, joka toimi Uppsalan yliopiston tähtitieteen professorina vuosina 1608–1610. Hänen mukaansa on myös nimetty asteroidi. Suomen ensimmäinen observatorio, Vartiovuoren tähtitorni, taas valmistui Turkuun syksyllä 1819.

Nykyisin tähtitieteen opetusta ja tutkimusta harjoitetaan Suomessa Helsingin, Turun ja Oulun yliopistoissa.

Havaitseminen
Valtaosa tähtitieteessä saatavista havainnoista on lähtöisin sähkömagneettisen säteilyn ja fotonien tuomasta informaatiosta. Optisessa tähtitieteessä merkittävimpiä tiedonsaannin välineitä ovat lähinnä maanpinnalla sijaitsevat suuret kaukoputket, spektrografit ja CCD-kennot. Aiemmin kaukoputkella tehdyt havainnot tehtiin silmin ja merkittiin käsin ylös, sittemmin siirryttiin valokuvauslevyihin ja lopulta nykyisin käytettäviin elektronisiin kuvausmenetelmiin ja laitteisiin. Radiotähtitieteessä ovat käytössä radioteleskoopit, joiden suuret antennit ovat usein vain osittain suunnattavissa tai täysin kiinteitä. Muilla aallonpituuksilla Maan ilmakehä estää yleensä säteilyn pääsemisen pinnalle asti, joten niiden havainnoimiseksi on käytettävä avaruusteleskooppeja.

Avaruustutkimus keskittyy aurinkokunnan kappaleiden tutkimiseen paikan päällä joko miehitettyjen avaruuslentojen tai miehittämättömien satelliittien ja avaruusluotainten välityksellä. Toisille taivaankappaleille suuntautuvat matkat tuovat mahdollisuuden niiden pintakoostumuksen tarkkaan analysointiin näytteiden avulla sekä pinnan kartoittamiseen ja sisäisen koostumuksen selvittämiseen kiertoradalta.

Tutkimuskohteita 
Aurinkokunta
Aurinko, aurinkotuuli
planeetat: Merkurius, Venus, (Maa), Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus
muut kohteet: plutoidit, kääpiöplaneetat, asteroidit (asteroidivyöhyke), meteoroidit, komeetat, Kuiperin vyöhyke, Oortin pilvi

Linnunrata
tähdet: muuttuvat tähdet, kaksoistähdet, tähtijoukot, neutronitähdet, mustat aukot, supernovat
eksoplaneetat
tähtienvälinen aine: pimeät sumut, emissiosumut, heijastussumut
galaksit ja galaksijoukot
galaksien ja galaksijoukkojen kehitys
galaksien ja galaksijoukkojen dynamiikka, pimeä aine
kvasaarit ja muut aktiiviset galaksiytimet
kosmologia
kosminen taustasäteily

Katso myös 

 Tähtitieteen ratkaisemattomat ongelmat

Lähteet

Kirjallisuutta

Aiheesta muualla 

 Suomen avaruustoiminnan tietopalvelu
 Tähtitieteellinen yhdistys Ursa ry
 Kosmos – Tähtitieteen viitetietokanta
 Astronetti.com
 Spaceflight Now – avaruustutkimuksen tuoreimmat uutiset (englanniksi)
 Hubble Site: News Center (englanniksi)
 AAVSO (englanniksi)
 AstronomiGuiden
 Astronomy Picture of the Day Archive
Suomalaiset tähtitieteen tutkimuslaitokset:
 Helsingin yliopiston observatorio 
 Turun yliopiston Tuorlan observatorio
 Teknillisen korkeakoulun Metsähovin observatorio 
 Oulun yliopiston tähtitieteen laitos

Seulonnan keskeiset artikkelit