Periheli (perihelion) – määritelmä, syyt ja vaikutukset Maahan

Periheli (perihelion): määritelmä, syyt ja vaikutukset Maahan — miksi Maa on lähimpänä Aurinkoa tammikuussa, etäisyyserot ja niiden vaikutus vuodenaikoihin ja ilmastoon.

Periheli on planeetan, asteroidin tai komeetan kiertoradan piste, joka on lähimpänä Aurinkoa. Se on vastakohta afeliolle, joka on kauimpana auringosta oleva piste. Periheli ja afeli kuvaavat siis kiertoradan ääripisteitä suhteessa keskipisteeseen (tässä tapauksessa Aurinkoon).

Sana perihelion tulee kreikan sanoista "peri", joka tarkoittaa lähellä, ja "Helios", joka tarkoittaa auringon kreikkalaista jumalaa. Siitä käytetään siis nimitystä periheli. (Samankaltainen sana perigee viittaa jonkin kohteen lähimpään pisteeseen Maan kiertoradalla.) Erilaisille keskipisteille on omat nimensä: esimerkiksi tähteen kiertävää kohdetta kuvaava termi on periastron.

Miksi perihelio syntyy — radan muoto ja eksentrisyys

Kaikilla aurinkokuntamme planeetoilla, komeetoilla ja asteroideilla on suunnilleen elliptiset (eräänlaiset ei-ympyränmuotoiset) kiertoradat. Näin ollen niillä kaikilla on lähin ja kaukaisin piste Auringosta: periheli ja afeli. Radan eksentrisyys mittaa radan epäpyöreyttä: eksentrisyys e = 0 tarkoittaa ympyrää, kun taas e lähestyy 1:ä kuvaa hyvin venynyttä elliptistä rataa. Radalla sijaitseva etäisyys Auringosta periheliin voidaan ilmaista yhtälöllä r = a(1 − e), missä a on suuri akseli ja e eksentrisyys.

Kappaleen yksittäinen kierto auringon ympäri on vain likimain elliptinen, koska perihelin prekessio eli kiertoradan apsidien kiertyminen estää radan olemasta tarkasti sama suljettu ellipsi jokaisella kierroksella. Tähän vaikuttavat muiden planeettojen gravitaatiovuorovaikutukset ja pieneltä osin myös yleinen suhteellisuus. Tällaiset muutokset radan muodoissa ja suunnissa ovat osa suurempia pitkän aikavälin ilmiöitä, kuten Milankovichin syklejä, jotka vaikuttavat maapallon ilmastoon tuhansien ja kymmenien tuhansien vuosien aikaskaalalla.

Periheli ja Maapallo

Maa on lähimpänä Aurinkoa joka vuosi tammikuun 3. päivän tienoilla. Se on kauimpana auringosta joka vuosi heinäkuun 4. päivän tienoilla. Tammikuun lähimmän pisteen ja heinäkuun kaukaisimman pisteen välinen etäisyysero on noin 5 miljoonaa kilometriä (3,1 miljoonaa mailia). Tammikuun alussa Maa on noin 147,1 miljoonan kilometrin (91,4 miljoonan mailin) päässä auringosta, kun taas heinäkuun alussa se on noin 152 miljoonan kilometrin (94,5 miljoonan mailin) päässä. Nämä arvot vaihtelevat hieman vuosittain pienien gravitaatiovaikutusten vuoksi.

Etäisyyden vaihtelu näkyy auringon säteilyssä: auringon säteilyteho (auringonvalon intensiteetti) on noin 3,4 % suurempi perihelissä kuin keskimäärin ja noin 3,4 % pienempi afelissä, eli perihelin ja afelin välinen ero on noin 6,8 % auringon saannissa. Keskimääräinen aurinkoenergia maan ulkopinnalla (ns. aurinkovakio) on noin 1361 W/m²; perihelissä tämä voi olla noin 1408 W/m² ja afelissä noin 1314 W/m². Näillä muutoksilla on kuitenkin suhteellisen pieni vaikutus maapallon ilmastoon verrattuna muihin tekijöihin.

Vaikutukset vuodenaikoihin ja sääilmiöihin

Kun maapallo on lähimpänä aurinkoa, pohjoisella pallonpuoliskolla on talvi ja eteläisellä pallonpuoliskolla kesä. Näin ollen voidaan todeta, että maapallon etäisyys auringosta ei aiheuta huomattavia muutoksia vuodenaikoihin; etäisyyserojen suhteellisen vähäiset vaikutukset peittyvät jonkin verran, kun eteläinen pallonpuolisko on pääosin valtamerellinen ja pohjoinen pallonpuolisko puoliksi mannermainen. Maapallon vuodenajat tulevat ja menevät siis pääasiassa siksi, että maapallo ei pyöri akselinsa kanssa täsmälleen pystysuorassa suhteessa maapallomme auringon kiertoradan tasoon. Maapallon aksiaalinen kallistus on 23,5 astetta. Tämän vuoksi aurinko on joulukuussa ja tammikuussa etelämpänä, joten pohjoisessa on talvi ja etelässä kesä. Näin ollen talvi osuu maapallon siihen osaan, johon auringonvalo osuu vähiten suoraan. Kesä osuu maapallon siihen osaan, johon auringonvalo osuu suorimmin.

Muita merkittäviä ilmiöitä liittyen periheliin

• Orbitaalinopeuden muutos: Keplerin toisen lain mukaan planeetat liikkuvat nopeammin perihelissä kuin afelissä. Esimerkiksi maapallon nopeus perihelissä on hieman yli 30 km/s ja afelissä hieman alle 29,3 km/s — ero on muutamia prosentteja.
• Perihelin esimuutos: planeettojen ja muiden kappaleiden perihelipisteet liikkuvat ajan myötä (prekessio) muiden kappaleiden vetovoiman ja pienissä määrin suhteellisuusteorian vaikutuksesta. Merkuriuksen perihelipreenessio oli historiallisesti tärkeä osoitus yleisen suhteellisuusteorian ennusteiden oikeellisuudesta.
• Erot eri kappaleilla: eri kappaleilla on hyvinkin erilaista eksentrisyyttä: esimerkiksi Maan radan eksentrisyys on noin 0,0167, kun taas monilla komeetoilla ja joidenkin planeettojen kuilla eksentrisyys voi olla paljon suurempi. Suuri eksentrisyys tarkoittaa voimakkaampaa vaihtelua etäisyyksissä perihelin ja afelin välillä.
• Pitkän aikavälin ilmastovaikutukset: Milankovichin syklit, jotka liittyvät radan eksentrisyyden, aksiaalikallistuksen ja precession vaihteluihin, vaikuttavat maapallon pitkän aikavälin säteilyolosuhteisiin ja siten jäätiköitymisen sekä ilmaston vuosituhantisten vaihtelujen dynamiikkaan.

Yhteenvetona: periheli on kiertoradan lähin kohta Aurinkoon nähden ja syntyy, koska useimmat radat ovat ellipsimäisiä. Maapallon perihelillä on mitattavissa vaikutuksia auringon säteilyyn ja orbitaliseen nopeuteen, mutta vuodenaikojen vaihtelun pääsyy on aksiaalinen kallistus, ei etäisyyden pieni vuosittainen vaihtelu.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on periheli?

K: Mitä "peri" tarkoittaa?

K: Mitä tarkoittaa "Helios"?

K: Miten kiertoradat eroavat ympyröistä?

K: Milloin Maa on lähimpänä Aurinkoa?

Hae kirjaimella