K: Kauanko aikaa täysikuu on täysi?

 V: Riippuu siitä miten tahdot määrittää täysikuun. Teknisesti täysikuu on vain se hetki, jolloin Kuun kulmaetäisyys Auringosta (elongaatio) on suurin mahdollinen. Tavallisen täysikuun aikaan se on jotain 175 – 179° tuntumassa. 

Kuvassa Kuu on jo ohittanut täysikuun hetken mutta sitä voidaan vielä pitää "täysikuuna", sillä siitä hetkestä ei vielä ole kulunut vuorokauttakaan. Kuvatti 2.10.2020 kello 20.57. Kuva © Kari A. Kuure.

Täysikuun hetken ajankohta kyllä lasketaan sekunnin (tai jopa tarkemmin) tarkkuudella mutta yleensä aika ilmoitetaan lähimpään täyteen minuuttiin pyöristettynä. Tästä syystä eri lähteissä voi olla pieniä eroja ajankohdalle.      

Silloin kun tapahtuu kuunpimennys, niin silloin päästään elongaatiossa lukemaan 180° tai ainakin hyvin lähelle sitä. Elongaatiohan määritetään lyhimmän isoympyrän kaaren mukaan, jolloin kaari mitataan yleensä kohtisuorasti ekliptikaan (Maan ratataso Auringon ympäri) tai kuunrataan maapallon ympäri nähden (kumpi on pienempi).

Täysikuusta puhuttaessa kuitenkin ymmärretään tavallisesti hieman pitempää aikaa kuin vain jokin tietty hetki. Tavallisesti sillä ymmärretään sitä ajanjaksoa (siis yötä), joka on  kuunnoususta kuunlaskuun ja jonka aikana täysikuun hetki saavutetaan. Joskus voidaan täysikuulla ymmärtää vieläkin pitempi ajanjakso mutta ei kuitenkaan kovin montaa vuorokautta pitkäksi.

Pääsiäinen

Täysikuu määrittää ainakin useimpina
vuosina pääsiäisen ajankohdan.
Kuva Kari A. Kuure.

K: Miksi pääsiäisen paikka vuodessa vaihtelee?

V: Pääsiäisellä ei ole mitään kiinteää päivämäärää vaan se on jokaiselle vuodelle erikseen määriteltävä. Määrittelytehtävässä on osa ikivanhaa kuukalenteria, kirkkopolitiikkaa, uskontoa ja tähtitiedettä.

Jos pääsiäisen paikka määriteltäisiin puhtaasti tähtitieteen mukaan, niin siinä ei olisi mitään epäselvää, jos vain joistakin yksityiskohdista kansainvälisesti sovittaisiin. Tärkein näistä sovittavista asioista olisi se, että minkä paikkakunnan horisontin mukaan pääsiäinen laskettaisiin. Tämä on melkoisen tärkeä seikka, sillä maapallolla on 24 eri aikavyöhykettä ja joinakin vuosina käytetyllä aikavyöhykkeellä voi olla suurikin merkitys pääsiäisen viettopäivään.

Pääsiäisen laskennassa käytettävä sääntö on seuraava: Ensimmäinen pääsiäispäivä on kevätpäiväntasauksen jälkeisen täydenkuun jälkeinen sunnuntai!

Muinainen kuukalenteri, uskomukset ja politiikkakin haluavat kuitenkin näppinsä soppaan ja niinpä kevätpäiväntasaus ei olekaan astronomisesti määritelty, vaan on laskentasäännöstön mukaan aina maaliskuun 21. päivä. Myöskään täysikuu ei ole todellinen täysikuu, vaan tasaisin väliajoin toistuva virtuaalinen täysikuu. Todellinen ja virtuaalinen täysikuu ovat kyllä aika lähellä toisiaan mutta ei kuitenkaan riittävän tarkasti ja lopputuloksena on, että joinakin vuosina pääsiäistä vietetään eri ajankohtana kuin mitä yksinkertainen laskusääntö antaisi olettaa.

Poikkeusvuosia vuodesta 1900 vuoteen 2100 on kaikkiaan 18 kappaletta. Edellisen kerran tällainen poikkeusvuosi oli 1981 ja seuraavan kerran 2038. Poikkeussäännöstö on nimetty kirkolliseksi säännöstöksi.

Tunnettu matemaatikko Gaus laati laskusäännön, jonka mukaan voidaan laskea pääsiäisen ajankohta tuleville vuosille. Gaussin laskentakaava on suhteellisen helppo, mutta siinä on muutamia poikkeussääntöjä, jotka täytyy tuntea ennen kuin päästään oikeaan lopputulokseen.

Tarkan säännön mukaan pääsiäinen olisi aina maalikuun 22. ja huhtikuun 25. päivien välisenä aikana. Gaussin kaava antaa kuitenkin mahdollisuuden myös huhtikuun 26. päivälle, mutta silloin kirkollinen säännöstö siirtää pääsiäisen aina viikkoa aikaisemmaksi, eli huhtikuun 19. päivälle. Jos Gaussin laskentasäännön mukaan pääsiäinen olisi huhtikuun 25. päivänä, niin jälleen kirkollinen säännöstö siirtää sen huhtikuun 18. päiväksi. Lisäksi Gaussin laskentamallia voidaan käyttää sellaisenaan vain 1900- ja 2000-luvuilla.

Gaussin sääntöä parempaan lopputulokseen päästään Spencer Jonesin kirjassaan General Asronomy vuodelta 1922 esittämä laskusääntö. Tämä laskusääntö ei sisällä poikkeuksia. Laskentakaava ei tiettävästi ole Jonesin oma keksintö, vaan se on ilmestynyt jo vuonna 1876 Butchersin toimittamassa Ecclesiastical Calendar (Kirkollinen kalenteri).

Kuluvana vuonna (2015) pääsiäinen määräytyy astronomisten ja kirkollisten säännöstöjen pohjalta samaan viikonloppuun. Kevätpäiväntasaus oli maaliskuun 21. päivänä kello 11.36. Tämän jälkeinen täysikuu oli seuraavan kerran huhtikuun 4. kello 15.06, jolloin (ensimmäinen) pääsiäispäivä on huhtikuun 5. päivänä.

Poikkeusvuonna 1981 asiat olivat toisin. Kevätpäiväntasaus oli maaliskuun 20. päivänä kello 19.02.  Täysikuu oli sattumalta samana perjantaipäivänä, mutta kello 17.23. Kirkollisesta poikkeussäännöstä ilmenee, että seuraava sunnuntai maaliskuun 22. päivä ei ollutkaan pääsiäinen, vaan vasta huhtikuun 19. päivänä. Silloin oli myös täysikuu kello 10.59 aamupäivällä.

Hieman samoin asiat ovat vuonna 2038. Silloin kevätpäiväntasaus on maaliskuun 20. päivänä kello 14.40 ja sitä seuraava täysikuu maaliskuun 21. päivänä kello 4.09. Laskentasäännön mukaan pääsiäinen pitäisi silloin olla maaliskuun 21. päivänä mutta sitä vietetäänkin Gaussin ja kirkollisen säännöstön laskusäännön mukaan huhtikuun 25. päivänä.

Kysymyksiä auringon- ja kuunpimennyksistä

K: Miksi Aurinko tai Kuu pimenee?

Täydellinen auringonpimennys on sykähdyttävä näky. Kuva
on otettu 29.3.2006 Turkin Sidessä. Kuva Kari A. Kuure.

V: Auringon tai kuunpimennyksissä on oikeastaan kysymys peittymisestä, josta käytetään myös nimitystä okultaatio. Auringonpimennyksessä Maasta katsottuna Kuu peittää Auringon, eli Aurinko joutuu Kuun taakse. Kuunpimennyksessä Kuusta katsottuna maapallo tulee Kuun ja Auringon väliin, jolloin maapallon aiheuttama varjo osuu Kuuhun.

Historiallisesta perinteestä johtuen käytämme usein nimitystä ”pimentyminen” peittymisen sijaan. Vastaavanlaisia historiallisia painolasteja ovat nimitykset ”tähden lento” tai ”pyrstötähti” joilla tarkoitamme meteoria ja aurinkokuntamme pienkappaleisiin kuuluvia komeettoja.

Pimennykset tai oikeammin peittymiset ovat mahdollisia kun Maa, Kuu ja Aurinko ovat samalla suoralla. Näin tapahtuu uudenkuun ja täydenkuun aikaan: auringonpimennys on mahdollinen vain uusikuun aikaan ja kuunpimennys täysikuun aikaan.

K: Kuinka usein auringon- ja kuunpimennyksiä tapahtuu?

Auringon ja kuunpimennykset voivat tapahtua kun Aurinko,
Maa  ja Kuu ovat samalla suoralla. Piirros Kari A. Kuure.

V: Aika uusikuusta uusikuuhun (=synodinen kuukausi) on 29,5306 vuorokautta pitkä. Tästä syystä vuodessa on 12 tai 13 uusikuuta tai täysikuuta. Tämän perusteella voisi siis olettaa, että vuodessa esiintyisi vastaava määrä pimennyksiä. Selvästikään näin ei ole ja syykin on selvä; jotta pimennys voisi tapahtua, Kuun täytyy olla Maan kiertoradan tasossa tai ainakin hyvin lähellä sitä^[1]. Tästä syystä pimentymisiä esiintyy korkeintaan seitsemän kertaa vuodessa, useimmin kuitenkin neljä tai viisi kertaa. Auringonpimennyksiä voi esiintyä enintään kolme, tavallisesti kaksi, ja kuunpimennyksiä neljä mutta tavallisesti kaksi tai kolme.

Kuun ratataso on noin 5° kulmassa Maan ratatasoon nähden.
Piirros Kari A. Kuure.

Huomautukset

[1] Kuun ratataso on 5,15° kallellaan Maan kiertoradan tasoon nähden. Ratatasojen leikkauspisteitä kutsutaan solmuiksi: nouseva solmu on kun Kuun liike on etelästä pohjoiseen, ja laskeva solmu kun Kuu liikkuu pohjoisesta etelään. Pohjoinen ja etelä viittaavat suuntiin avaruudessa, jotka vastaavat maapallon pallonpuoliskojen suuntia.

K: Onko totta, että pimennykset toistuvat sarjoittain?

V: Auringon ja kuunpimennykset toistuvat niin maantieteellisesti kuin pimennystyypiltään jaksoissa, joita kutsutaan Saros-jaksoksi. Samaan sarjaan kuuluvien pimennysten ajallinen etäisyys toisistaan on 18 vuotta 11,3 vrk (223 synodista kuukautta = Saros-jakso). Yhden Saros-jakson välein toistuvat pimennykset muodostavat Saros-sarjan, joiden pituudet vaihtelevat 1200–1600 vuoden välillä. Samanaikaisesti on menossa useita kymmeniä Saros-sarjoja.

Samaan Saro-sarjaan kuuluvat perättäiset kuunpimennykset
siirtyvä hieman jokaisella pimennyskerralla
pohjois-eteläsuunnassa.

Samaan Saros-sarjaan kuuluvat auringonpimennykset alkavat jommallakummalla napa-alueella esiintyvällä osittaisella pimennyksellä. Kuunpimennykset näkyvät auringonpimennyksiä laajemmalla alueella ja mutta pimennysten ominaisuudet toistuvat Saros-sarjaa noudattaen.

Auringonpimennysten seuratessa toisiaan samassa sarjassa, pimennysten maantieteellinen leveys siirtyy kohti Maan ekvaattoria ja sen ylittämisen jälkeen kohti toista napa-aluetta, jossa pimennykset esiintyvät jälleen osittaisena.

Maantieteellisessä pituudessa tapahtuu sarjaan kuuluvien pimennysten välillä noin 120° muutos länteen. Tämä johtuu Saros-jakson pituudesta, joka on 0,3 vuorokautta täyttä vuorokautta pidempi. Maapallo ehtii pyörähtämään itsensä ympäri noin 120° 0,3 vuorokauden eli 8 tunnin aikana.

Maapallon pyörimisen hidastumisesta johtuen pimennysten paikka kolmen Saros-jakson jälkeen ei ole täysin edellistä vastaavalle pituuspiirillä, vaan on hieman siirtynyt kohti itää. Tämä siirtymä paljasti maapallon pyörimisen hidastumisen Edmund Halley:lle (1656–1742) hänen verratessaan historiallisia tietoja havaituista auringonpimennyksistä laskemalla saatuihin.

K: Missä ja milloin täydellinen auringonpimennys näkyy?

Maaliskuun 20. 2015 näkyvän auringonpimennyksen
täydellisen näkymisen vyöhyke kulkeen Pohjois-
Atlantilla.
Kuva NASA Goddard Space Flight Center.

V: Täydellinen auringonpimennys näkyy alueilla joissa Kuun täysvarjo kohtaa maanpinnan. Tavallisesti täysvarjon reitti on enemmän tai vähemmän S- tai C-kirjaimen muotoinen ja etenemissuunta yleensä lännestä itään. Poikkeuksena ovat aivan napa-alueilla näkyvät pimennykset, joissa Kuun varjo projisoituu maantieteellisen navan ylitse maanpinnalle. Näin voi tapahtua seisauspäivien aikoihin pohjoisen tai eteläisen pallonpuoliskon keskikesällä. Tällöin varjon etenemissuunta on idästä länteen.

Täydellisen auringonpimennyksen ajalliseen pituuteen vaikuttaa Kuun etäisyys maapallosta: mitä lähempänä Kuun on, sitä pidempi pimennys. Myös havaintopaikan maantieteellinen sijainti vaikuttaa pimennyksen kestoon jonkin verran.

Pisimmillään täydellinen auringonpimennys kestää hieman alle 7,5 minuuttia. Rengasmaisen auringonpimennyksen kesto on pidempi, jopa yli 11 minuuttia. Nämä ovat siis pisimpiä mahdollisia kestoja ja siten harvoin toteutuvia. Tavallisesti pimennyksen kesto on joitakin minuutteja.

K: Ovatko kaikki auringonpimennykset samanlaisia?

V: Kuun etäisyys vaikuttaa keskeisen auringonpimennyksen (täydellisen vaiheen) tyyppiin. Pimennys voi olla täydellisen lisäksi rengasmainen, jolloin Kuu on niin etäällä maapallosta, että se ei peitä kokonaan Aurinkoa, vaan reunoilta jää näkyviin rengasmainen osa. Joskus pimennys on yhdistelmä näistä kahdesta päätyypistä. Silloin pimennystä kutsutaan hybridiksi ja niitä esiintyy nykyisin noin kerran kymmenessä vuodessa.

Täydellisen auringonpimennyksen aikana Kuun varjo koskettaa
maanpintaa ja varjo on sitä leveämpi mitä lähempänä
Kuu on Maata. Piirros Kari A. Kuure.

Täydellinen auringonpimennys näkyy osittaisena ennen ja jälkeen täydellisen vaiheen mutta myös muualla kuin Kuun täysvarjon reitin alueella. Osittainen pimennys on sitä vähäisempää mitä etäämmältä havaitaan. Osittaisia pimennyksiä esiintyy myös napa-alueilla, jolloin Kuun täysvarjo ohittaa maapallon napojen yläpuolelta^[2].

Huomautus

[2] Maaliskuun 20. päivänä nähtävä pimennys on Saros-sarjan 120 61. pimennys ja pimennyksiä tässä sarjassa on kaikkiaan 71. Pimennyksen kesto on 2 m 47 s Islannin kaakkoispuolella Färsaarista pohjoiseen.

Rengasmaisen auringonpimennyksen aikana Kuun varjo
ei ulotu maanpinnalle asti, koska Kuu on ratansa etäisimmässä
osassa. Piirros Kari A. Kuure.

K: Missä ja milloin  kuunpimennys näkyy?

V: Kuunpimennykset näkyvät niillä maapallon alueilla, joissa Kuu on horisontin yläpuolella pimennyksen tapahtuessa. Pimennysten edellytyksenä oleva solmupisteen läheisyysvaatimus ei ole aivan yhtä tiukka kuin auringonpimennyksellä, sillä maapallon varjon halkaisija suhteessa Kuun kokoon on paljon suurempi kuin Kuun täysvarjon halkaisija^[3] maanpinnalla. Tästä syystä kuunpimennyksiä osittaiset pimennykset mukaan lukien tapahtuu useammin kuin auringonpimennyksiä.

Kuunpimennys alkaa puolivarjopimennyksellä. Tällöin Kuuta valaisee vain osittain peittynyt Aurinkoa ja Kuun kokonaiskirkkaus on vain vähän vähentynyt. Usein Kuun on pimennyksen aikana niin etäällä solmupisteestään, että varsinaista täysvarjopimennystä ei tapahdu.

Täysvarjopimennyksessä Kuu siirtyy maapallon täysvarjoon, jolloin valaistus tulee kokonaan maapallon ilmakehän lävitse. Kuun väri on punaisen ja kupariruskean eri sävyjä siten, että täysvarjon keskustan lähellä oleva Kuun osan kirkkaus on vähäisin. Toisin sanoen kuunpimennyksen värinmuutos johtuu aivan samasta syystä kuin mitä tapahtuu auringonlaskun yhteydessä maanpinnalla.

Kuun puolivarjopimennyksen kirkkauden väheneminen on
vähäistä. Kuva Kari A. Kuure.

Kuunpimennys päättyy päinvastaisessa järjestyksessä Kuun siirtyessä ensin puolivarjoon ja sen jälkeen kokonaan pois täyteen valaistukseen. Ajallisesti kuunpimennys on pisin silloin, kun Kuu kulkee keskeisesti täysvarjon läpi. Pimennyksen kesto on maksimissaan osittaisen vaiheen alusta osittaiseen vaiheen loppuun hieman alle 4 tuntia ja täydellisen vaiheen 1 h 46 min.

Samaan Saros-sarjaan^[4] kuuluvat kuunpimennykset alkavat joukolla osittaisia puolivarjopimennyksiä, niitä seuraa joukko puolivarjopimennyksiä. Tämän jälkeen vuorossa on joukko osittaisia pimennyksiä, jossa Kuun käy osittain täysvarjossa. Lopulta vuorossa olevat pimennykset tapahtuvat kokonaan täysvarjossa. Tästä eteenpäin toisiaan seuraavat sarjan pimennykset tapahtuvat käänteisesti mutta nyt vastakkaisella puolella maapallon täysvarjoa.

Huomatukset

 [3] Täysvarjo leveys maanpinnalla riippuu Kuun etäisyydestä. Rengasmaisen auringonpimennyksen aikana täysvarjo ei ulotu maanpinnalle ja Kuun ollessa lähimmillään pimennyksen aikana, varjon leveys voi olla yli 400 km leveä. Rengasmaisessa pimennyksessä korkeilla leveyksillä pimennys voi näkyä rengasmaisena jopa yli 600 km leveällä vyöhykkeellä.

[4] Huhtikuun 4. päivänä esiintyvä pimennys on Saros-sarjan 132  30. pimennys. Jaksossa on kaikkiaan 71 kuunpimennystä ja sarjan pituus on 1262 vuotta.