Taivaanmekaniikka

Taivaanmekaniikka on tieteenala, joka tutkii taivaankappaleiden liikettä painovoimakentässä. Taivaanmekaniikka on vanhin fyysisen tähtitieteen haaroista. Varsinainen taivaanmekaniikka tieteenalana sai alkunsa Isaac Newtonin muotoiltua yleisen painovoimalain kirjassa Philosophiae Naturalis Principia Mathematica vuonna 1687. Tätä ennen taivaankappaleiden liikettä oli pyritty mallintamaan ja ennustamaan jo muinaisesta Babyloniasta lähtien. Nämä taivaan kineettiset aurinkokuntamallit olivat pääasiassa maakeskisiä ennen Nikolaus Kopernikuksen aurinkokeskistä mallia. Johannes Kepler muotoili planeettojen ratojen muotoon ja kiertoaikaan liittyvät Keplerin lait 1609–1618. Ne pohjautuivat Tyko Brahen tekemiin mittauksiin.

Newtonin painovoimateoria antoi fysikaalisen selityksen Keplerin ratalaeille ja mahdollisti taivaankappaleiden ratojen ennustamisen yksinkertaisista fysikaalisista periaatteista. Taivaanmekaniikka kykenee tuottamaan täsmällisiä ennusteita taivaanilmiöistä, joten sillä oli suuri vaikutus tieteellisen todellisuuskäsityksen kehittymiseen.

Taivaanmekaniikka säilyi tähtitieteen merkittävimpänä osana Newtonista aina 1800-luvun puoliväliin asti, jolloin uudet menetelmät, kuten spektroskopia, mahdollistivat myös taivaankappaleiden fyysisten ominaisuuksien tutkimisen ja johtivat nykyaikaisen astrofysiikan syntyyn.

Taivaanmekaniikan perusongelma on kautta sen historian ollut taivaankappaleen radan määrittäminen Auringon (tai jonkin muun kappaleen) aiheuttamassa painovoimakentässä maanpäällisten havaintojen perusteella. Edelleen yleisimmin käytössä oleva menetelmä on Carl Friedrich Gaussin kehittämä Gaussin radanmääritysmenetelmä. Jos tarkasteltavassa järjestelmässä on enemmän kuin kaksi kappaletta (kolmen kappaleen probleema), ei kappaleiden liikeyhtälöitä voida ratkaista täydellisesti, vaan on turvauduttava numeerisiin menetelmiin.

Satelliittien tultua käyttöön samaa matemaattista teoriaa on käytetty satelliittien ratamekaniikan laskemiseen.

Kirjallisuutta

• Karttunen, Hannu: Johdatus taivaanmekaniikkaan. Ursan julkaisuja 82. Helsinki: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2001 (3. painos 2006). ISBN 952-5329-20-8.
• Karttunen, Hannu, Karl Johan Donner, Pekka Kröger, Heikki Oja & Markku Poutanen: Tähtitieteen perusteet. Neljäs laitos. Ursan julkaisuja 87. Helsinki: Ursa, 2003. ISBN 952-5329-30-5.

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Taivaanmekaniikka Wikimedia Commonsissa

• Scholarpedia: Celestial mechanics (englanniksi)