Einstein Kuun reunalla

Paula-Christiina Wirtanen:

Aivan Kuun näkyvän puolen reunalla sijaitsee suurikokoinen ja näyttävä kraatteri, joka kuitenkin tunnetaan varsin huonosti ja on melkoisen hankalasti havaittavissakin. Kraatteri on saanut nimekseen Einstein. Näkyäkseen se vaatii oikeanlaiset valaistus- ja libraatio-olosuhteet. Sen voi nähdä keskimäärin vain yhtenä tai kahtena iltana vuodessa.

Kaikki varmasti tietävät Albert Einsteinin. Hän oli 1900-luvun merkittävin fyysikko, joka muistetaan ennen kaikkea suhteellisuusteorioistaan. Nämä olivat kokonaan uutta ja mullistavaa ajattelua, joka vaikutti nykyiseen kosmologiaan ja kvanttifysiikkaan.

Vaikka kaareutuvan aika-avaruuden absoluuttisine valon nopeuksineen ei luulisi olevan useimpien maallikoiden kahvipöytäkeskustelujen aiheena, tuli Einsteinistä persoonana ja ilmiönä kuitenkin kuuluisa, jopa sanan einstein tarkoittaessa yleisesti ottaen neroa.

Monien tunnettujen tieteilijöiden tapaan myös Albert Einstein on saanut Kuuhun oman nimikkokraatterinsa [1]. Kraatteri Einstein on kauniin pyöreä ja sen sateliittikraatteri Einstein A sijaitsee pääkraatterin keskellä kuin donitsin reikä. Kyseessä on varsin suurikokoinen kohde ja sen voi nähdä pienelläkin kaukoputkella.

Kaikesta tästä huolimatta Einsteiniä on katseltu varsin harvoin ja melko harva edes tietää tästä komeasta ja kauniista kuuluisan neron mukaan nimetystä kraatterista. Kokeneetkin kuuhavaitsijat ovat voineet metsästää kohdetta kaukoputkeensa vuosikymmeniä. Tämä kuulostaa ristiriitaiselta ja pakostakin tulee mieleen jonkin koiran tässä olevan haudattuna – ja niin siinä oikeastaan onkin: Einstein sijaitsee libraatioalueella aivan Kuun lähipuolen reunalla.

Libraatio on ilmiö, joka johtuu Kuun ratanopeuden vaihtelusta suhteessa tasaiseen pyörimisnopeuteen, sekä akselin lievästä kaltevuudesta suhteessa ratatasoon. Tämä mahdollistaa ajoittaisen kurkkimisen aivan Kuun lähipuolen reuna-alueille sekä hieman sen taaksekin. Vaikka Kuu näyttääkin meille aina likipitäen saman puolen, libraation ansiosta voimme nähdä Kuun pinnasta eri aikoina kaikkiaan 59 %. [2]

Caramuelista Einsteiniksi

Ensimmäisen merkinnän kraatterista teki Patrick Moore vuonna 1939. Hänellä oli käytössään 75 mm:n objektiivilla varustettu linssikaukoputki. Tuntematon kraatteri sijaitsi Mare Orientalen kanssa samoilla pituuspiireillä, mutta huomattavasti pohjoisempana Kuun luoteisreunalla. [3, 4]

Jo tuolloin huomattiin kraatterin olevan erinomainen piiloutuja eikä havaintoa saatu varmistettua pitkään aikaan. Vasta vuosikymmen myöhemmin Ewen Whitaker sai tuntemattomasta kraatterista todisteeksi valokuvan. [3, 5] 

Sen myötä tämä virallisesti vielä nimetön kraatteri päätyi Hugh Percy Wilkinsin kuukarttaan 1951 nimellä Caramuel 1600-luvulla vaikuttaneen matemaatikon ja skolastikon Juan Caramuel y Lobkowitzin mukaan. 

Caramuel-nimellä kraatteri on myös Wilkinsin yhdessä Mooren kanssa julkaisemassa kirjassa The Moon (painokset vuosilta 1955–1961). Nimeä ei kuitenkaan virallistettu. [3, 4]

Kuun kartoitus tehtiin tuolloin Maan päältä kaukoputkia käyttämällä ja oli näin reunalla sijaitsevan kohteen osalta epätarkkaa. Kraatterin läpimitaksi saatiin kuitenkin arvioitua 170 kilometriä ja muoto rengasmaiseksi. Myös sen keskellä oleva sateliittikraatteri erottui kuvissa selvästi. Enemmän tietoa alueesta saatiin Lunar Orbiter 4 -luotaimen kartoittaessa aluetta kiertoradalta vuonna 1967. [5]

Albert Einstein kuollessa 76-vuotiaana 18. huhtikuuta 1955 päätettiin hänen mukaansa nimetä kraatteri Kuun pinnalta. Wilkinsin ehdotus oli nimetä Kuun eteläosissa oleva Simpelius D uudestaan Einsteiniksi. Mutta vuonna 1963 ilmestyneessä Ewen Whitakerin toimittamassa Rectified Lunar Atlasissa Caramuelin nimellä aiemmin tunnettu kraatteri oli nyt ristitty uudelleen Einsteiniksi ja tämän Kansainvälinen tähtitieteellinen unioni IAU hyväksyikin viralliseksi nimeksi. [4, 6]

Näin Albert Einstein oli saanut oman ja vieläpä varsin näyttävän kraatterin Kuun pinnalle vuonna 1964.

Muinainen Einstein ja kadonneet keskusvuoret

Einstein on hyvin vanha kraatteri. Luna Cognita [7] mainitsee sen olevan imbriseltä aikakaudelta, The Moon-Wiki [1] taas kertoo sen olevan prenektarinen. Myös The Geologic History of the Moon [8] vahvistaa Einsteinin olevan prenektariselta aikakaudelta. Suomeksi tämä tarkoittaa kraatterin olevan nelisen miljardia vuotta vanha. 

Termit prenektarinen ja imbrinen viittaavat Kuun geologisiin ajanjaksoihin.

Kuun geologinen aikajana on jaettu viiteen kauteen. Näistä vanhin tunnetaan nimellä prenektarinen ja se tarkoittaa aikaa 4,5–3,9 miljardia vuotta sitten. Koska Kuussa ei ole ilmakehää eikä vettä, siellä on vielä näkyvillä jälkiä näinkin vanhalta ajalta.

Tästä seuraavat ajanjaksot ovat nektarinen (3,9–3,85 mrd. v. sitten), imbrinen (3,85–3,2 mrd. v. sitten), eratostheeninen ja uusimpana 1,1 miljardia vuotta sitten alkanut kopernikaaninen kausi. Mainittakoon, että ikärajat ovat epämääräisiä eivätkä ne ole virallisia. Lyhyesti sanottuna Kuu on muinainen ja Einsteinin kanssa samaa ikäluokkaa olevat kraatterit ovat sieltä koko Kuun historian alkupuolelta.

Ei siis ihmekään, että kyseessä on reunoiltaan varsin kulunut kraatteri. Sen pohjalla on lukuisia pienempiä kraattereita, jotka ovat mahdollisesti Orientalen altaan heitteleleen synnyttämiä [9]. Toisin sanoen Einstein on esinektariaaniselta ajalta, mutta se on uudemman varhaisimbriaanisen materiaalin peitossa. Ilmeisesti tästä syystä Luna Cognitassa [7] ikä on määritelty väärin, vaikka itse kraatteri siellä heitteleiden alla onkin vanhempi.

Paitsi ikivanha, Einstein on myös suurikokoinen. Sen läpimitaksi ilmoitetaan yleensä noin 170 kilometriä, mutta tämä on uusimpien mittausten mukaan alakanttiin. IAU:n ilmoittama läpimitta on 198 kilometriä [1] ja tämä on myös Teemu Öhmanin tekemien mittausten mukaan luotettavampi arvio. Kraatterin syvyydeksi Öhman arvioi kolmisen kilometriä.

Keskusvuorta Einsteinilla ei ole. Kutakuinkin keskellä Einsteinin pohjaa, missä keskusvuoren pitäisi olla, on nuorempi kraatteri. Se on saanut nimekseen Einstein A. Tämän muodostanut impakti onkin vienyt mukanaan keskusvuoren, mikäli sellaista on ollut olemassa. [9, 10]

Einstein A on läpimitaltaan 50 kilometriä ja peräisin myöhäisimbriaaniselta tai eratostheeniseltä aikakaudelta eli ainakin vuosimiljardia pääkraatteria uudemmalta ajalta. [7, 9, 11]

Kraattereiden keskinäistä ikäeroa voi päätellä kuluneisuudesta. Vanhemman Einsteinin pohjassa on heitteleitä, samoin kraatterin reunat ovat kuluneet. Uudemmat kraatterit ovat olleet vähemmän alttiina uusille impakteille, niinpä Einstein A näyttääkin tuoreemmalta ja sen reunat ovat siistit ja terävämmät. Se ei ole selvästikään ollut vastaavassa heittelepommituksessa kuin vanhemmat kraatterit.

Piilotteleva Einstein

Einstein on muodoltaan todellisuudessa pyöreä, kuten kiertoradalta otetuista kuvista voi todeta (kuva 3). Koska kraatteri on kuitenkin aivan Kuun lähipuolen reunalla, näkee maanpäällinen tutkija sen muodoltaan soikeana. Sijaintinsa takia se on myös erittäin vaikeasti havaittava ja harvoin edes näkyvillä. Charles Wood onkin todennut, että ”mikäli ajattelet suhteellisuusteorian olevan vaikeaa, niin yritäpä etsiä Einsteinin kraatteri!” [9]

Näkyäkseen Einstein vaatii jonkin verran varjoja, joten sopiva hetki on muutamia tunteja ennen täysikuun ajankohtaa. Oikeanlaisen valaistuksen lisäksi vaaditaan myös oikeanlainen libraatio: läntisen libraation tulisi olla lähellä maksimia. Kuun tulisi olla kaiken lisäksi vielä kohtuullisen korkeallakin.

Hetki ennen täysikuuta on tärkeä varjon takia, sillä täysikuun ajankohdan jälkeen Aurinko paistaa Einsteiniin suoraan. Silloin kraatteria ei enää erota sen upotessa Kuun pinnan kirkkauteen, oli libraatio kuinka suotuisa tahansa. Ari Haaviston kuva 16.7.2017 (kuva 5) selventää asiaa. Läntinen libraatio oli erinomainen, mutta varjojen puuttumisen takia kraatteria ei juuri Kuun pinnalta erota.

Keskimäärin Einstein on havaittavissa vain yhtenä tai korkeintaan kahtena iltana vuodessa. [3, 12]

Einstein kaukoputkessa

Einstein on näkynyt suomalaishavaitsijoidenkin kaukoputkilla ajoittain. Tuoreimmat Taivaanvahtiin ilmoitetut havainnot ovat helmikuulta 2021 sekä kuluvan vuoden maaliskuulta.

Vuoden 2021 havainnot ovat 26.–27.2.2021 välisenä yönä. Täysikuun täsmällinen ajankohta oli lauantaina 27.2. aamupäivällä, joten Kuu oli hyvin havaittavissa puoli vuorokautta ennen täysikuuta ja lisäksi libraatiota länteen oli viitisen astetta. Tuo ilta ja yö olivat siis erinomaiset yritykselle nähdä tämä nerokkaan piilotteleva kraatteri!

Vesa Puistovaaran tukikohta kraatterinmetsästykseen oli Ulvilan tähtitornilla. Einstein jäikin selvästi kiinni hänen kello 21.45 ottamaansa valokuvaan (kuva 5), vaikka kraatteri oli vielä hieman varjossa. Kuusta oli valaistuna 99,7 % ja täysikuun ajankohtaan 12,5 tuntia.

Havainnon yhteydessä (kuva 6) on karttakuva Virtual Moon Atlaksesta ja siihen on lisätty nimistöä. Havaintokertomuksessaan Puistovaara toteaa: ”Jälkiviisaana voin sanoa, että parempi ajankohta Einsteinin ikuistamiselle olisi ollut aamuyön tunteina, mutta pilvipeite oli melkoinen juuri parhaaseen katseluaikaan.” Valokuvassa Einstein erottuu Kuun reunalta, vaikka aivan komeimmillaan sitä ei saanutkaan napattua.

Samana yönä juuri vuorokauden vaihtumisen jälkeen Jari Kuula oli tutkimassa Kuuta Harjavallassa. Hänellä oli käytössään 170 mm:n objektiivilla varustettu Maksutov. Einsteinin kurkkaamisesta Kuun reunan takaa jäi todisteeksi 27.2.2021 kello 0.00–1.00 tehty piirros (kuva 7).

Kuula oli havainnut Einsteinin edellisen kerran 1980-luvulla ja havaintokertomuksessa hän mainitseekin: ”Yritys piirtää Einstein. Tämä komea kraatteri on vältellyt tallentamistani vuosikymmenet.”

Kuulan havainnossa Einstein on selvästi näkyvillä, mutta Einstein A ei näy aivan kokonaisena renkaana, vaan varjo katkaisee sen. Yritys kuitenkin kannatti ja vaikka Kuula kokeekin havainnon jääneen edelleen yritykseksi, tuli tämä harvinainen kohde kuitenkin tallennettua. Kraatterin näkyvyyden tutkimisen kannalta on vain eduksi, mikäli siitä saadaan havaintoja hieman eri valaistusolosuhteissa. Näiden avulla on kiehtovaa seurata Einsteinin esiintuloa ja näkymistä kraatterin pilkistäessä Kuun reunalta. Kuulan havainnon aikaan täysikuuhun oli aikaa noin kymmenen tuntia ja Kuusta valaistuna 99,8 %.

Seuraavan kerran Einstein havaittiin tänä keväänä, 17. maaliskuuta kuluvaa vuotta. Täysikuu oli perjantaina 18.3. aamulla ja läntinen libraatio lupaili hyvää Einsteinin näkymiselle. Valon ja varjon rajan eli terminaattorin pituusastetta ilmaiseva kolongitudiarvo oli 90° myöhään illalla.

Tällä kerralla olin itsekin valmiina, kiitos Jari Kuulan muistutuksen. Vietin aikaa omalla kotipihallani kaukoputken kanssa täydenkuun ajankohtaan ollessa noin kaksitoista tuntia. Hurjan kirkas täysikuu oli noussut maaliskuiselle taivaalle innokkaiden ihailijoiden iloksi. Vaan onnistuisiko havainto kiusoittelevan kätkeytyvästä kuopasta Kuussa? Täysikuun läheisyydestä huolimatta libraatio toi terminaattoria selvästi näkyville etelään ja länteen – ja siellä, missä Einsteinin pitäisi olla, oli kuin olikin selvä kolo nähtävissä Kuun reunassa!

Seeing oli välttävä ja suuremmasta suurennuksesta ei ollut kovin paljon hyötyä. Kuun kirkkaus häiritsi myös alueen tutkimista varsin paljon. Mutta siellä se kuitenkin näkyi! Piirroshavainnon kannalta olosuhteet eivät olleet erityisen hyvät, joten otin kuvasarjan kaukoputken lävitse olettaen niiden avulla saavani enemmän yksityiskohtia esille. Tämä onnistuikin. Einstein kurkki havainnon aikana vielä osittain näkymättömissä, samaan tapaan kuin Kuula ja Puistovaara olivat sen nähneet edellisenä keväänä. 

Oman kuvani ja samaan aikaan Jari Kuulan ottaman kuvan pohjalta tutkin sitten tarkemmin Einsteinin näkymistä. Laadin kaaviomaisen piirroksen (kuva 9) havainnon selkeyttämiseksi. Einstein erottui, mutta kraatterin länsireuna oli vielä osittain piilossa näkyen kolona. Einstein A ei myöskään näkynyt täydellisenä renkaana, vaan jokin varjo katkaisi sen ja esti sitä näkymästä kokonaan.

Varjon täytyy olla Einsteinin reunojen heittämä. Kaikesta päätellen kraatteri olisi tuona yönä kunnolla näkyvissä vain muutaman tunnin ajan ja se tulisi paremmin esille myöhemmin lähempänä täysikuun ajankohtaa. 

Ja näin tapahtuikin. Vesa Puistovaaralta oli vuosi aiemmin jäänyt hampaankoloon ”kraatterin mentävä lovi”, jonka hän halusi tällä kerralla paikata. Hän oli jälleen Ulvilan tähtitornilla juuri vuorokauden vaihteessa ja nyt kraatterinmetsästys toikin komean saaliin. 

Einstein A erottuu kokonaisena rinkulana ja reunavuorten muodot erottuvat selvästi. Itse Einsteinistä näkyy myös länsipuolen reunat sekä pohjalla Einstein A:n heittämä varjo.  

Kuvassa (kuva 10) erottuu Einsteinin ympäristö myös varsin mukavasti ja siihen on lisätty nimistöä. Tätä voi käyttää hyvin vaikkapa etsintäkarttana omassa Einstein-jahdissaan.

Aivan Einsteinin vieressä eteläpuolella on kraatteri Bohr. Se on nimetty tanskalaisen Niels Bohrin mukaan, jolle jaettiin Nobelin fysiikanpalkinto Einsteinin tapaan vuonna 1922. Herrat tunsivat toisensa hyvin ja keskustelivat keskenään paljon fysiikasta.

Niels Bohr sai palkintonsa atomin rakennetta koskevista tutkimuksista [13]. Albert Einstein ei hieman yllättäen saanut omaa palkintoansa suhteellisuusteorioistaan, vaan teoreettisen fysiikan hyväksi tekemistään palveluksista ja erityisesti valosähköistä ilmiötä koskevan lain keksimisestä [14].

Bohrin, John Daltonin (englantilainen kemisti, 1766–1844) ja Vasco Núñez de Balboan (tutkimusmatkailija ja konkistadori, 1475–1519) nimikkokraatterit hyväksyttiin Kuun viralliseen nimistöön Einsteinin tapaan vuonna 1964. Vasco da Gaman (tutkimusmatkailija, n. 1460–1524) kraatteri oli hyväksytty nimistöön jo aiemmin.

Hieman myöhemmin näyttävän havainnon sai myös Jari Kankaanpää Kauhavalta (kuva 12). Hän kuvailee Einsteinia libraatiovyöhykkeen luoteiskulman mielenkiintoiseksi kraatteriksi ja toteaa kommentissaan: “Reunoilla olevat kohteet, kuten tässä tapauksessa Einstein, näyttävät aavemaisilta. Johtunee osittain siitäkin, koska myötävaloon kuvatessa pikkukraatterit katoavat menettäessään varjonsa ja rosoisuus on poissa.”

Tästä tarkasta kuvasta erottaa jo Einsteinin pohjalla ja reunoilla olevia pikkukraattereita ja muita yksityiskohtia. Tätä paremmin kraatteri ei Maan päältä havaittuna oikeastaan voikaan näkyä. Täydenkuun ajankohtaan oli kahdeksan tuntia ja Kuusta oli valaistuna 99,9 % kolongitudin ollessa 91°. Läntinen libraatio oli 5°.

Lopuksi

Einstein näkyy harvoin ja siksikin havainnot ovat varsin arvokkaita, tilaisuuksia kuvaamiseen tai piirtämiseen kun ei tule kovin usein. Kraatterista hieman eri aikoihin tehdyt havainnot kertovat myös sen näkymisestä.

Loppuvuosi 2022 ja vuosi 2023 näyttävät melko huonoilta Einsteinin suhteen suomalaisen havaitsijan kannalta. Paras tilaisuus kohteen näkemiseen seuraavan kerran olisi ensi vuoden kesäkuussa, mutta Kuu on silloin varsin matalalla, Helsingin taivaallakin vain noin seitsemän asteen korkeudella. Saattaa olla, että seuraava tapaaminen Einsteinin kanssa jää vuoden 2024 puolelle. Joka tapauksessa tilaisuuksia kraatterin näkemiseen kannattaa tarkkailla. Siihen asti, pysykää valppaina!

Kiitokset

Jari Kuulalle kiitos yleisesti ottaen innostamisesta Einsteinin havaitsemiseen, kirjallisuusvinkeistä sekä artikkelin kommentoinnista sen kirjoittamisen aikana. Teemu Öhmanille lisäkiitos geologiaan liittyvistä täsmennyksistä, mittauksista ja tekstin tarkistamisesta. Kiitos Veikko Mäkelälle artikkelin oikoluvusta sekä tietenkin kaikille havaitsijoille, joiden kuvia sain käyttää tässä artikkelissa.

Taulukko

kohde          lat(°)   long(°) läpimitta (km)

Einstein        16,6N    88,7W     198
Einstein A     16,69N   88,25W      50
Bohr           12,71N    86,5W      70
Dalton          17,1N    84,3W      50
Balboa          19,1N    83,2W      69
Vasco da Gama   13,6N    83,9W      83

Lähdeviitteet

[1] Einstein. The Moon-Wiki.
[2] Kuun libraatio. Kuu ja planeetat -harrastusryhmä, Ursa.
[3] Allen, D.A., 1966. The Lunar Crater Caramuel. Journal of the British Astronomical Association, kesäkuu 1966 (vsk. 76, nro 4), s. 248.
[4] Longshaw, N., 2014. Einstein Surprise. BAA Lunar Section Circular, kesäkuu 2014 (vsk. 51, nro 6), s. 11.
[5] Allen, D.A. & Andrews, C.J., 1969. The last word on Einstein Crater (Caramuel). Journal of the British Astronomical Association, toukokuu 1969 (vsk. 79), s. 288.
[6] Garfinkle, R.A., 2020. Luna Cognita. Volume 1, s.11-3. Springer, New York.
[7] Garfinkle 2020, Volume 2, s. 20-38 – 20-42.
[8] Wilhelms, D., 1987. The Geologic History of the Moon. Professional Paper 1348, s. 149 ja karttalehti 6A. United States Government Printing Office, Washington.
[9] Wood, C., 2004. Happy Birthday, Einstein! LPOD 12.3.2004
[10] Longshaw 2014, s. 12.
[11] Wilhelms 1987, karttalehti 9A.
[12] Cook, J. & Hatfield, H., 2005. The Hatfield SCT Lunar Atlas, karttalehti 7e. Springer.
[13] Award ceremony speech 1922. NobelPrize.org.
[14] Award ceremony speech 1921. NobelPrize.org.

Linkkejä ja lisätietoa

Einstein-havainnot Taivaanvahdissa.
Lunar geologic timescale. Wikipedia.
Lakdawalla, E., 2013. Relative and absolute ages in the histories of Earth and the Moon: The Geologic Time Scale. The Planetary Society, 30.9.2013.