ARCturus

Pimennyksiä esiintyy taivaalla silloin, kun jokin taivaankappale radallaan kulkiessaan osuu Maasta katsoen toisen taivaankappaleen kohdalle ja peittää sen näkyvistä. Tunnetuimpia pimennyksiä meille ovat auringonpimennys ja kuunpimennys. Auringonpimennyksessä Kuu osuu Maan ja Auringon väliin. Koska Kuun halkaisija  on Maasta katsottuna Auringon halkaisijan suuruinen, peittää Kuu yleensä Auringon kokonaan. Joskus harvoin Kuun ollessa hieman kauempana Maasta, Kuu näyttää pienemmältä eikä riitä peittämään Aurinkoa. Tällöin puhumme rengasmaisesta auringonpimennyksestä. Kuunpimennys syntyy vastaavasti, kun Kuu osuu Maan ja Auringon linjalle Auringosta katsoen Maan takana. Kuvassa musta Kuu on Maan ja Auringon välisellä suoralla. Malli oli esillä Ranskassa, Brieyssä vuonna 1999 auringonpimennyksen aikaan pidetyssä tähtitieteen kesäkoulussa (kuva IH, Finland). Kokoukseen osallistujilla oli tällöin hieno mahdollisuus nähdä täydellinen auringonpimennys.

 

Tavoite: Havainnollistaa auringon- ja kuunpimennyksiä pienoismalleilla. Varmentaa ilmiön ymmärtämistä myös kaaviokuvin ja videoesityksin.

Tutkimuksia: Keskustellaan oppilaiden kanssa Maan, Kuun ja Auringon keskinäisestä sijainnista toisiinsa nähden luonnossa tehtyjen havaintojen pohjalta. Kerrataan aiheeseen liittyvät peruskäsitteet, kuten vuosi, vuorokausi, vuodenaika ja kuunvaiheet.

Pimennykset ovat luonnossa ilman optisia välineitä (aurinkosuodin on kuitenkin pakollinen!) havaittavia harvinaisia luonnonilmiöitä. Kuu osuu Maata kiertäessään silloin tällöin Maan ja Auringon väliselle akselille, jolloin pimennys on mahdollinen. Jos Kuu kiertäisi Maata maanradan eli ekliptikan tasossa, pimennys tapahtuisi aina uudenkuun ja täydenkuun aikaan. Kuun ratataso poikkeaa Maan ratatasosta noin 5º, joten samalla akselilla nämä kolme taivaankappaletta ovat ratatasojen leikkauspisteissä, solmuissa.

Auringonpimennyksen aikaan Kuu osuu Maan ja Auringon väliin solmukohdassa. Koska Auringon loistava kiekko on laaja pinta, Kuun taakse syntyvä varjo ei ole yhtenäinen. Keskelle Kuun taakse muodostuu kartiomainen täysvarjo, jonka kärki Maahan osuessaan aiheuttaa täydellisen auringonpimennyksen vyöhykkeen maanpinnalle. Vyöhykkeen sijainti maapallolla vaihtelee eri pimennyksien aikana. Täysvarjon ympärille muodostuu rengasmainen puolivarjon alue, jossa nähdään osittainen auringonpimennys. Kolmas pimennyksen esiintymismuoto on rengasmainen auringonpimennys. Kuun etäisyys Maasta vaihtelee hieman, joten joskus auringonpimennyksen aikaan Kuu voi olla kauempana Maasta eikä tällöin riitä peittämään Aurinkoa kokonaan. Maassa nähdään silloin kirkkaan renkaan keskellä musta Kuun kiekko. Oppilaita on muistutettava yhä uudelleen, että pimentynyttäkään Aurinkoa ei saa katsoa paljain silmin ilman suotimia.

Kuunpimennyksen aikaan Kuu sijaitsee Maan takana solmukohdassa. Toisin kuin auringonpimennystä havainnoitaessa aurinkosuotimien avulla, kuunpimennystä voi mainiosti seurata paljain silmin. On olemassa myös kuusuotimia, niitä käyttäen voi kirkasta täysikuuta havainnoida myös kiikareilla ja kaukoputkella. Pimentyneen Kuun havainnointiin ei tarvita mitään suotimia. Maapallon taakse syntyy keskelle täysvarjo ja sen ympärille rengasmainen puolivarjo. Kuu ei aina kulje täysvarjon keskeltä, joten puolivarjon alueella puhutaan osittaisesta kuunpimennyksestä tai puolivarjopimennyksestä. Täydellisen kuunpimennyksen aikaan Kuu värjäytyy kauniin punertavaksi.

1)  Maan, Kuun ja Auringon keskinäisten sijaintien hahmottamiseksi voidaan valmistaa noin neliömetrin kokoinen pienoismalli tukevasta pahvista tai ohuesta vanerilevystä. Levyn taso kuvaa Maan ratatasoa. Aurinko upotetaan ja kiinnitetään keskelle levyä. Maan rata piirretään levyyn maalaten tai urana. Maapallo on liikuteltavissa pitkin rataansa. Pimennysten havainnoimiseksi solmukohtiin sijoitetaan Kuun rataa esittävät ympyrälevyt 5º kulmaan. Kuvan mallissa havainnollistetaan Kuun rataa. Tämäkin malli oli esillä Brieyssä Ranskassa (kuva IH, Finland).

2)  Havainnoidaan kuunpimennystä oppilaiden kanssa luonnossa mahdollisuuksien mukaan. Oppilaat saavat pimennystä odotellessa ja sen aikana tehdä erilaisia tehtäviä. Tilannekuvauksia tehdään yhdessä koko ajan suullisesti ja ehkä muistiin kirjaten. Pimentymisaikaa ja -astetta voidaan kirjata taulukoihin. Havainnoista on hauskaa piirtää kuvia ja vertailla niitä luokan kesken. Tuloksista tehdään posteri tai esittely tietokoneella koko koululle esitettäväksi.

3)  Auringonpimennyksen havainnointiin tulee valmistautua perusteellisesti. On hyvin harvinaista, että tämä kaunis luonnonilmiö osuu kohdalle elämässä. Hetkestä tulee kaikille ikimuistoinen. Varustelu aloitetaan hankkimalla erikoisliikkeestä tähän tarkoitukseen valmistettua kalvoa, jolla peitetään jokaisen havainnoinnissa käytettävän kiikarin tai kaukoputken objektiivi. Kuvassa näkyy erikoiskalvolla peitetty kiikari Auringon havainnointia varten. Tarkoituksena oli havainnoida Venuksen ylikulku kesällä 2012 Enontekiöllä Lapissa (kuva IH, Finland).

 

 

Kaikille on hyvä hankkia edulliset aurinkosuodinlasit, jotka toimivat aurinkolasien tapaan, mutta joilla on huoletonta katsoa Aurinkoa. Jos koululla on kaukoputki, voidaan sen okulaarin kuva heijastaa nurkan taakse pahville, ja koko luokka voi katsella kuvaa samanaikaisesti.

Auringonpimennyksen havainnoinnissa oppilaita pyydetään kiinnittämään huomiota ympärillään luonnossa esiintyviin poikkeusoloihin ja raportoimaan niistä huolella. Tällaisia huomioitavia seikkoja ovat muun muassa lämpötila, valon määrä ja lintujen käyttäytyminen. Erikoinen havainto on koronan leimahtaminen näkyviin syvimmän pimennyksen aikana. Muulloin sitä ei nähdä Auringon kirkkauden vuoksi. Harvinaisimpia havaintoja on Kuun varjon lähestyminen vauhdilla pilvissä tai utuisissa ilmakerroksissa.

4)  Auringonpimennystä voi seurata yhdessä suuremman joukon kanssa neulanreikäkameran avulla. Koulun pihalle viedään suuri pahvilaatikko, jonka kylkeen on puhkaistu pieni reikä. Auringon kuva näkyy reiän vastakkaisella sivulla. Pimennyksen vaiheita on kaikkien helppo seurata pienen valokiekon tummentumisena. Sama neulanreikäkameran idea toimii myös pienessä vajassa, jonka seinässä on reikä Auringon puolella ja vaja on muuten pimeä. Oppilaat näkevät vajan takaseinässä Auringon kuvan. Se on helppo valokuvata.

5)  Jokainen oppilas voi yksin tai parityönä tehdä havaintoja auringonpimennyksestä yksinkertaisin välinein. Oppilas seisoo ulkona auringonpaisteessa selin Aurinkoon pidellen kädessään pahvilevyä, johon on puhkaistu pieni reikä. Auringon kuva näkyy pahvin takana varjostimena toimivalla pahvilla vaaleana kiekkona. Pimennysvaiheet näkyvät tässäkin hyvin.

6) * Opettaja voi pyytää oppilaita ideoimaan muitakin auringonpimennyksen havainnointikohteita. Esimerkiksi lämpiminä kuukausina lehtipuun varjossa näkyy kymmeniä aurinkoja lehtien välisistä aukoista. Mikä tahansa pieni aukko jossakin läpinäkymättömässä pinnassa aiheuttaa auringonkuvan muodostumisen pinnan takana. Näitä kohteita oppilaat voivat etsiä ja ideoida ulkona auringonpaisteessa valmiiksi ennen pimennyksen tuloa.

7) * Molempia pimennyksiä voidaan havainnoida tapahtumahetkellä koko koulun kanssa kytkemällä tietokone kaukoputkeen, jos sellainen on koulussa mahdollista. Havainnot heijastetaan salin seinälle ja tulokset tallennetaan myöhempää käyttöä varten. Havainnoista keskustellaan yleisesti. Niitä työstetään ja hyödynnetään luokissa erilaisissa projekteissa. Valmiit työt laitetaan esille koulussa tai nettisivuille.

8) * Arvokas lisä koulun havaintotuloksiin saadaan, jos oppilaat ovat onnistuneet valokuvaamaan pimennyksiä. Kuvien käsittely voidaan tehdä useamman aineen tunneilla erikoiskurssien muodossa.

Menetelmät: Luonnossa havainnointi, havaintojen piirtäminen, kuvailu ja tallentaminen, valokuvaaminen ja kuvien käsittely.

 

Materiaalit: Erikoiskalvoa, pahvia, kiikari, kamera, askarteluvälineitä.

 

Pohdittavaa: Tärkeää on korostaa erikoiskalvon merkitystä havainnoinnin ehtona, erikoislasien käyttöä ja vaaratekijöitä. Pohditaan yhdessä, miten auringonpimennysten näkyminen voisi muuttua pitkän ajan kuluessa ottaen huomioon Kuun ennustetut liikkeet radallaan.

 

Tulosten tarkastelua: Vertaillaan oppilaiden havaintoja ja piirroksia keskustellen hyvistä havainnoista sekä mahdollisista virhekäsityksistä. Tutkitaan tallennetuista heijastuskuvista Auringon pintaa ja pilkkuja. Keskustellaan Kuun kiekon etenemisestä Auringon eteen, kuten suunnasta, ajasta ja muodosta.

 

Vinkkejä: Kaikkien luokan havaintovälineiden turvallisuus kannattaa varmistaa yhdellä kertaa. Teipataan yhdessä oppilaiden kanssa jokaisen havaintolaitteen objektiivin eteen erikoiskalvoa. Opettaja varmistaa, että kalvo on ehjä ja tarpeeksi hyvin teipattu. Yhtä hyviä havaintoja saadaan turvallisesti yhteiskatselulaitteilla, kuten heijastamalla kaukoputken kuva seinälle tai pahville tai näyttämällä tietokoneelle syötetty kaukoputken kuva tykillä luokan seinälle.

 

Asiasanoja: auringonpimennys, kuunpimennys, täysvarjo, puolivarjo, korona, nouseva solmu, laskeva solmu.

 

---