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:
Toinen luonteva jaottelu voidaan tehdä havainnoissa käytetyn aallonpituusalueen mukaan:
Osa tähtitieteestä on teoreettista eli ei suoraan havaintoihin perustuvaa. Teoreettisen tutkimuksen kohteita ovat muun muassa
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.
Aiheesta muualla.
Suomalaiset tähtitieteen tutkimuslaitokset: