Tähtitaivaan luettelointi ja kartoitus

Vanhin tunnettu tähtiluettelo on Hipparkhoksen noin 800 tähteä sisältävä luettelo, joka on myös Ptolemaioksen Almagestissä julkaiseman luettelon pohjana.

Aina 1600-luvulle useimmat tähtikartat ja –luettelot perustuivat Almagestin luetteloon. Täsmälleen samat 1024 tähteä löytyvät myös Kopernikuksen De Revolutionibuksessa esittämästä luettelosta; ainoa ero on, että koordinaatit on prekessoitu ajanmukaisemmiksi.

Jo ennen Kopernikusta oli laadittu muutamia luetteloita, jotka eivät orjallisesti kopioineet Ptolemaiosta. Yksi niistä oli Ulugh Begin Samarkandin observatoriossaan laatima 1018 tähteä sisältävä luettelo, joka perustui hänen omiin mittauksiinsa.

Ensimmäiset tähtikartat olivat pallokarttoja ja esittivät taivasta ulkoapäin nähtynä. Tähdistöt näkyivät niissä peilikuvina, mikä paljain silmin taivasta tähyäville on hieman hankalaa. Myös ensimmäiset tasoon piirretyt kartat esittivät taivasta peilikuvana. Vaikka tämä perinne vähitellen katosikin, päättyi se kokonaan vasta 1600-luvulla.

Johannes Heveliuksen 1687 julkaisema kartasto Firmamentum Sobiescianum oli viimeinen vanhan perinteen edustaja. Vaikka kartasto perustuikin Heveliuksen omiin varsin tarkkoihin mittauksiin, siitä ei tullut kovin suosittua, sillä jo 1603 oli Johannes Bayer aloittanut Uranometriallaan modernimman aikakauden.



Vanhojen karttojen silmiinpistävä ominaisuus on, että tähdillä näyttää niissä olevan toissijainen merkitys; tärkeämpiä ovat komeasti piirretyt mytologiset hahmot, joiden väriloisto tekee joskus tähtien erottamisen ja varsinaisten tähtikuvioiden hahmottamisen todella vaikeaksi.

Myös karttojen koordinaatisto poikkesi nykyisestä. Perustaso ei ollut nykyiseen tapaan päiväntasaajan taso, vaan ekliptika eli Maapallon radan tai Auringon näennäisen vuotuisen liikkeen taso. Tähtien vuorokautisten liikkeiden laskeminen tällaisten koordinaattien avulla on aika hankalaa. Sitä tärkeämpää ilmeisesti olikin astrologisia tarpeita varten tuntea Auringon liike tähdistöjen suhteen.



Johannes Bayer (1572-1625) oli lakimies, joka harrasti innokkaasti tähtitiedettä ja on jäänyt historiaan laatimansa tähtikartastonsa ansiosta. Bayerin kartasto, 1603 ilmestynyt Uranometria, tuli hyvin suosituksi. Siinä oli kaksi uutuutta: taivas kuvattiin samoin päin kuin se näkyy paljain silmin ja tähdille käytettiin yksinkertaisia kirjaintunnuksia.

Uranometria sisälsi 51 karttaa: kaksi taivaanpallon puolikkaan karttaa, 48 yksittäisten tähdistöjen karttaa ja etelätaivaan kartan, jolle Bayer sijoitti 12 uutta tähdistöä. Kartasto perustui pääasiassa Tyko Brahen havaintoihin, joita Bayer täydensi hollantilaisen merenkävijä Keyzerin eteläisestä taivaasta tekemillä havainnoilla.

John Flamsteed julkaisi vuonna 1725 tähtiluettelon Historia Cœlestis Britannica, jossa tähdet lueteltiin rektaskension mukaisessa järjestyksessä. Luettelon tähtien numerointi jäi elämään tähtien nimien muodostuksessa.

Giuseppe Piazzi (1746-1826) perusti Palermon observatorion 1787. Hän tilasi sinne viiden jalan läpimittaisen vertikaaliympyrän, jolla Piazzi mittasi 7646 tähden paikat. Kaikki paikat mitattiin useaan kertaan ja tuloksena oli luettelo, jonka virheet ovat vain muutamia kaarisekunteja. Työnsä aikana Piazzi huomasi, että useilla tähdillä on mitattavissa olevat ominaisliikkeet.

Argelander ja Bonner Durchmusterung

Friedrich W. A. Argelanderia (1799-1875) voidaan hyvällä syyllä pitää nykyaikaisen uranometrian alullepanijana. Hänen kaksi kartastoaan edustavat siirtymää vanhasta koristeellisesta tyylistä nykyaikaiseen asiallisuuteen.

Argelander oli 1837 muuttanut Helsingistä Bonniin saatuaan kutsun observatorion johtajaksi. Laitoksen valmistuminen kuitenkin viivästyi ja siinä välissä Argelander käytti tilapäisiä tiloja ja pientä kaukoputkea uuden kartaston laatimiseen. Tässä Uranometria Novassa, vuodelta 1843, taruhahmot on esitetty enää hentoina ääriviivoina ja tähdet alkavat kohota pääosaan.



Argelanderin suurtyö oli Bonner Durchmusterung, kolmiosainen luettelo ja 37 lehden kartasto, joka sisältää 324198 tähden paikat ja magnitudit. Se sisältää kaikki pohjoisnavan ja deklinaation –2° välillä olevat tähdet, jotka ovat kirkkaampia kuin noin 9 magnitudia.

Aikaavievä ja vaivalloinen havaintotyö saatiin päätökseen 1859. Viimeisetkin painatustyöt valmistuivat neljä vuotta myöhemmin.



Astrometriset luettelot

Edellä mainituissa luetteloissa pyrittiin esittämään systemaattisesti kaikki tiettyä rajamagnitudia kirkkaammat tähdet. Tätä kuvaa myös niistä käytetty saksankielinen nimitys Durchmusterung, yleiskatsaus. Astrometrisissa luetteloissa taas pyritään ilmoittamaan tähtien paikat mahdollisimman tarkasti.

Kattavan astrometrisen luettelon laatiminen vaatii valtavan työmäärän. Havaintoja varten Argelanderin toimesta perustettu Astronomische Gesellschaft aloitti 1871 kansainvälisen yhteistyöprojektin, johon loppuaikoina osallistui 16 observatoriota eri puolilla maailmaa. Kukin observatorio havaitsi taivaalta tietyn deklinaatiovälin. Helsingissä havaittiin tähtiä, joille +55° < [delta] < +65°. Nämä tähdet nousevat Helsingissä lähelle zeniittiä ja ovat siten havaittavissa kaikkein tarkimmin.

Vuosikymmenien työn tuloksena syntyi Katalog der Astronomische Gesellschaft (AGK), joka ilmestyi useana niteen vuosien 1890 ja 1910 välillä. Tähtiä siihen oli mitattu 144218.

Tähtiluettelojen tähtien paikat mitataan tiettyjen vertailutähtien avulla. Näiden vertailutähtien koordinaattien täytyy tietysti olla hyvin tarkkaan selvillä ja siksi niiden luetteloja sanotaan perusluetteloiksi. Perusluettelon kohteiden tulisi sijaita tasaisesti ympäri taivasta, mutta muuten sen ei tarvitse olla mitenkään täydellinen. Ensimmäinen perusluettelo tarvittiin AGK-luettelon vertailutähdiksi ja se julkaistiin 1879. Tässä ensimmäisessä Fundamental Katalog –luettelossa (FK1) ilmoitettiin runsaan 500 tähden tarkka paikka. Nykyään käytössä on FK5, joka sisältää 1535 perus- ja 3117 lisätähteä.

Carte du Ciel

Valokuvauksen kehittyessä sitä alettiin käyttää myös tähtiluetteloiden laatimisessa. Ensimmäinen laaja valokuvauksellinen kartoitusprojekti oli Carte du Ciel. Jonkinlaisen alkusysäyksen siihen antoi veljesten Paul ja Prosper Henry (1848-1905 ja 1849-1903) kehittämä aikansa paras valokuvausobjektiivi.

Pariisin observatorion johtaja, amiraali Ernest Mouchez, innostui Henryn veljesten saavutuksesta ja esitti kansainvälistä projektia tähtitaivaan kartoittamisesta valokuvauksen avulla. Huhtikuussa 1887 Pariisiin kokoontui tähtitieteilijöitä 20 maasta, heidän mukanaan Suomea edustanut Anders Donner. Kokouksen tuloksena oli, että 18 observatoriota päätti aloittaa taivaan valokuvauksen, jonka tarkoituksena oli luetteloida kaikki magnitudia 11 kirkkaammat tähdet.

Aika vain ei ollut vielä kypsä tuon suuruusluokan projektille. Käytettyjen kaukoputkien kuvakenttä oli suhteellisen pieni, vain 2° x 2°, joten levyjä oli kuvattava suunnaton määrä. Myös valokuvausmateriaalit olivat hitaita, joten valotusajat venyivät pitkiksi. Siksi valokuvaustyö sitoi monen observatorion kaikki resurssit vuosikausiksi. Tuloksena kertynyt aineisto oli toki arvokasta, mutta vasta viime vuosina se on pystytty hyödyntämään täydellisesti.





Uudet kartat ja luettelot

Taivaan perusteellinen kartoitus ei ole mikään vaatimaton urakka. Durchmusterungien ja Carte du Cielin jälkeen tällaista tehtävää ei juuri ole yritetty, vaan kartat ja luettelot on yleensä laadittu jotakin tiettyä tarkoitusta varten. Täysin kattavia luetteloita on vain suunnilleen magnitudia 8 kirkkaammista kohteista.

Vasta Schmidt-kameran keksiminen teki mahdolliseksi tuottaa mielekkäästi koko taivaan kattavia valokuvauksellisia kartastoja. Huomattavin tällainen on Palomarin 1.2 metrin Schmidt-teleskoopilla kuvattu Palomar Sky Atlas, joka valmistui 1950-luvun puolivälissä. Se käsittää 935 valokuvaparia: jokainen alue on kuvattu siniherkälle ja punaherkälle levylle.

Kukin karttalehti on kooltaan noin 35 × 35 cm ja kattaa 6.6° x 6.6° suuruisen alan taivasta. Himmeimpien kohteiden magnitudi on noin 19 siniherkillä levyillä ja 20 punaherkillä levyillä.

Alkuperäinen kartasto ulottuu deklinaatioon –30° asti. Työtä on myöhemmin jatkettu eteläiselle pallonpuoliskolle ja loputkin taivaasta saatiin kuvatuksi 1980-luvun alkupuolella.

Valokuvissa näkyy tähtien ohella monenlaisia muitakin kohteita, kuten galakseja, tähtijoukkoja ja tähtienvälisen aineen pilviä. Vertailemalla puna- ja siniherkkiä levyjä saa karkean käsityksen kohteen väristä.

Kuvissa on osa Härän tähdistöä Palomar Sky Atlaksesta. Vasemmalla on siniherkkä levy, oikealla punaherkkä. Kirkas tähti kuvien keskellä alhaalla on Aldebaran. Kartastoa on myöhemmin täydennetty muovikalvoilla, joihin on merkitty levyllä näkyvien kohteiden tunnistetiedot (alempi kuva).




Takaisin pääsivulle