Parallaks: tähendus, mõõtmine ja roll kosmiliste kauguste määramisel
Parallaks: kuidas astronoomid mõõdavad tähtede kaugusi — põhimõte, trigonomeetria, Hipparcosi ja Gaia roll ning parallaksi piirid kosmiliste vahemaade määramisel.
Parallaks on kahest erinevast kohast vaadatuna objekti asukoha tajutav muutus. Lihtsamas tähenduses on parallaks nurk, mille moodustavad kaks vaatlusjoont ja vaadeldav objekt. Astronoomias on parallaks üks tähtsamaid ja kõige otsesemaid viise kauguste mõõtmiseks.
Mida parallaks tähendab ja kuidas seda mõistetakse
Astronoomias eristatakse peamiselt trigonomeetrilist (ehk nurkparallaksi) meetodit, kus mõõdetakse lähima tähe näivast positsioonist tehtud muutust, kui vaatlused on tehtud erinevatel aegadel või erinevatest kohtadest. Lähimatel objektidel on parallaks suurem kui kaugematel, kui neid vaadeldakse samadest positsioonidest — sellest tuleneb parallaksi kasutatavus kauguste määramisel.
Kuidas parallaksit mõõdetakse
Parallaks mõõdetakse kahe vaatlusjoone vahelise nurga järgi. Maa orbiidi ümber tehtavast aastasest parallaksist räägitakse siis, kui võrdleme tähe näivat asendit Maa orbiidi vastupidistel pooltel (näiteks kuue kuu vahega). Sellisel juhul on parallaksi baasjooniks Maa orbiidi pooltel olev kaugus ehk 2 AU jagatud kaheks; praktiline arvutus kasutab aga tavaliselt 1 AU kui baasjoont ja definitsiooni arcsecond-põhiselt (vt allpool).
Nurga mõõtmiseks on vaja mitut täpset astromeetrilist mõõtmist aasta(te) jooksul, sest tähe paigutus tausttähtede suhtes muutub ka liikumise (proper motion) tõttu. Parallaksi eristamiseks tuleb need komponendid (parallaks ja proper motion) üksteisest eraldada mitme aasta pikkuse vaatlusbaasi abil.
Trigonomeetria, parsekid ja lihtne valem
Parallaksi põhjal arvutatakse kaugus kolmnurga ja trigonomeetria abil. Kui parallaksi nurk p on mõõdetud kaaresekundites (arcsecond, tähistus "), siis kaugus parsekites on lihtne valem:
d (pc) = 1 / p (" )
See tähendab, et täht, mille parallaks on 1", asub 1 parseki kaugusel. Parseki ühikusse teisendades kehtib ligikaudne teisendus: 1 parsek ≈ 3,26 valgusaastat. Näiteks tähe, mille parallaks on 0,5", kaugus on 2 pc ehk ≈6,52 valgusaastat.
Parsekites väljendamine on astronoomias mugav, sest vahetu seos nurga suuruse ja kaugusega on lihtne ning mõõdetavad parallaksid on sageli mõistlikult väljendatavad kaaresekundites või milliarcsecondites (mas).
Parallaksi liigid ja rakendused
- Aastane (trigonomeetriline) parallaks — kasutatakse tähtede kauguste otseseks mõõtmiseks, baasjooniks Maa orbiidi raadius.
- Diurnaalne parallaks — Maa pöörlemisest tingitud vaatluste erinevus (kasutatakse peamiselt Maal tehtud lähivaatlustes, näiteks asteroidide ja planeetide puhul).
- Hõlmatud/taustal põhinevad meetodid (näiteks liikuva klastrimeetod) ja spektriline parallaks (tähestiku omadustest oletatav kaugus) — need ei ole otsesed parallax-mõõtmised, aga toetuvad parallaxipõhisele kalibreerimisele.
Piirangud ja vead
Meetod ebaõnnestub või muutub ebatäpseks, kui objekt on nii kaugel, et Maa orbiit on liiga väike, et saada piisavalt suur parallaksi nurk, mida täpselt mõõta. Traditsiooniliselt piirdus trigonomeetriline parallaks mõnekümne kuni mõnesaja valgusaasta suuruste vahemaadega sõltuvalt instrumentide täpsusest; lihtsamas hinnangus on see piir sageli toodud umbes 100 valgusaasta (~30 pc) ümber. Pärast kosmoseastromeetria arengut on see piir märgatavalt laienenud.
Parallaksi mõõtmisi mõjutavad nii juhuslikud mõõtemõõtmisvead kui ka süsteemsed tõrked (näiteks nullpunkti nihe), samuti tähe enda liikumine ja lähedal asuvate objektide segu. Suure tähtsusega on ka atmosfääri mõjud ground-based mõõtmistel; sellepärast on täpne astromeetria tihti tehtud kosmosesondide abil.
Parallaksi tähtsus kosmilise kauguse redeli kontekstis
Parallaks annab otsese ja kalibreeritud aluse teistele kauguse mõõtmise meetoditele — see on kosmilise kauguse redeli esimene samm. Kui lähitaevas tehtud parallaksmõõtmised annavad tähe absoluutse heleduse (lähtestatud kaugusele), siis saab samu väljaõppitud omadusi ja standardtähte (näiteks tsüklilised muutujad nagu Cepheidid) kasutada kaugemate galaktikate ja universumi struktuuri mõõtmiseks.
Astromeetrilised missioonid: Hipparcos ja Gaia (kosmosesond)
Aastatel 1989–1993 tegi Hipparcos-satelliit mõõtmisi üle 100 000 lähedalasuva tähe kohta, tõstes oluliselt trigonomeetrilise parallaksi ulatust ja täpsust võrreldes maapealsete mõõtmistega. Hipparcos andis parallakse ja proper motion’eid paljude tähtede jaoks miljonilise täpsuse astmes (milliarcsecond-tasandil).
Gaia (kosmosesond) on kavandatud ja rakendatud sarnaste, kuid veelgi täpsemate mõõtmiste tegemiseks umbes miljardi tähe kohta kogu Linnutee piires, saavutades eriti headele ja eredatele tähtedele mikroarcsecond-tasemel täpsust. Gaia andmestikud (DR1, DR2, EDR3, DR3 jt) on oluliselt laiendanud meie teadmisi galaktilistest struktuuridest, tähtede liikumistest ja kaugustest. Samas tuleb Gaia andmeid kasutades arvestada ka tuntud süsteemsete nihete ja nullpunkti korrigeerimisega, mida teadlased pidevalt uurivad ja parandavad.
Muud praktilised näited ja igapäevane paralleel
Parallaksi põhimõte toimib ka igapäevaelus: paljudel loomadel, sealhulgas inimestel, on kaks silma, mis võimaldavad sügavustaju; seda nimetatakse stereopsisiks. Kuna mõlema silma vaatenurk on erinev, tekib loomulik kaugustunnetus ja me tajume seda kui tavalist 3-D stseeni. Isiklikul skaalal on võrreldav baasjoon lihtsalt interpupillaarne kaugus (silma-vahe), aga põhimõte — nihkumine vaadeldavas nurkas sõltuvalt kaugusest — on sama mis astronoomias.
Kokkuvõte
Parallaks on trigonomeetrilise kaugusemõõtmise aluseks: see pakub otsest, mõõdetavat ja kalibreeritud meetodit lähimate tähtede kauguste määramiseks ning on kosmilise kauguse redeli esimene ja kõige usaldusväärsem lüli. Kosmosesondid nagu Hipparcos ja Gaia (kosmosesond) on laiendanud selle meetodi rakendusulatust ning parandanud täpsust, võimaldades täpsemaid kaardistusi ja paremat arusaamist galaktilisest ja kosmilisest struktuurist.
Näide objekti parallaksist kauge tausta suhtes asukoha muutuse tõttu. Vaatepunktist A vaadatuna paistab objekt olevat sinise ruudu ees. Kui vaatepunkti muudetakse vaatepunkti B, näib objekt olevat liikunud punase ruudu ette.
Küsimused ja vastused
K: Mis on parallaks?
V: Parallaks on kahest erinevast kohast vaadatuna objekti tajutav asukohamuutus. Seda mõõdetakse kahe vaatlusjoone vahelise nurga järgi ja seda saab kasutada kauguste määramiseks.
K: Kuidas kasutatakse parallaksit astronoomias?
V: Astronoomias on aastane parallaks ainus otsene viis, kuidas mõõta kaugust tähtedest väljaspool päikesesüsteemi. Astronoomid kasutavad parallaksi põhimõtet taevakehade, sealhulgas Kuu, Päikese ja Päikesesüsteemi väliste tähtede kauguse mõõtmiseks.
K: Kuidas arvutatakse kaugust parallaksi abil?
V: Astronoomilised asukohamõõtmised tehakse erinevatel aastaaegadel. Kuna Maa orbiit on täpselt teada, saab välja arvutada kauguse positsioonist 1 positsioonini 2. Horisondi ja objekti vahelist nurka saab täpselt mõõta, mis annab kolmnurga, mille lähtejoon ja nurgad on täpselt teada. Selle kolmnurga põhjal saab trigonomeetria abil arvutada parsekites väljendatud vahemaad.
K: Kas parallaksi kasutamisel kaugete objektide mõõtmisel on mingeid piiranguid?
V: Jah, see ebaõnnestub objektide puhul, mis on nii kaugel, et Maa orbiit on piisavalt väikese parallaksi nurga jaoks liiga väike, et teha täpseid mõõtmisi - umbes 100 valgusaasta kaugusel või kaugemal. On leiutatud ka teisi meetodeid, kuid ükski neist ei ole nii täpne kui parallaks suhteliselt lähedal asuvate objektide puhul.
K: Millist satelliiti kasutati aastatel 1989-1993 lähedal asuvate tähtede mõõtmiseks?
V: Sel ajavahemikul kasutati Hipparcos-satelliiti 100 000 lähedalasuva tähe mõõtmiseks.
K: Milline kosmosesond teeb samasuguseid mõõtmisi nagu Hipparcos? V: Gaia (kosmosesond) teeb sarnaseid mõõtmisi umbes miljardi tähe kohta.