Kpl. 7

alkuräjähdys: nykytietämyksemme mukaan maailmankaikkeuden syntyteoria, jonka mukaan maailmankaikkeus on syntynyt n. 13.8 miljardia vuotta sitten tapahtuneessa räjähdyksessä

musta aukko: Suurimassaisen tähden kuollessa syntyy musta aukko. Mustan aukon vetovoima on niin suuri, että se vetää puoleensa jopa valoa.

galaksi: tähtien muodostama järjestelmä

Linnunrata: On galaksi, jossa Maa sijaitsee. Se on tyypiltään sauvaspiraaligalaksi.

valovuosi: valon vuodessa kulkema matka

fuusioreaktio: ydinreaktio, jossa kevyet isotooppiytimet yhdistyvät suuremmiksi ytimiksi

rakentumisperiaate: luonnossa voimassa oleva periaate, jonka mukaan kaikki oliot ovat muodostuneet rakenneosista.
Maailmankaikkeus on syntynyt yleisesti hyväksytyn teorian mukaan alkuräjähdyksessä (Big Bang) noin 13,8 miljardia vuotta sitten. Maailmankaikkeus jatkaa edelleen räjähdyksen jälkeistä laajenemistaan. Miljoonien tähtien muodostamat galaksit etääntyvät toisistaan. Linnunrata, joka on oma galaksimme, syntyi noin puoli miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Yksi Linnunradan tähdistä on nimeltään Aurinko, jota Maa ja seitsemän muuta planeettaa kiertävät. Tämän tapaisia tähtijärjestelmiä löytyy paljon. Vain yhdessä niistä tiedetään olevan elämää, Aurinkokunnan Maa-planeetalla.

Linnunradan keskustassa on musta aukko. Sen vetovoima on niin suuri, ettei edes valo pääse sieltä pois. Siksi niitä kutsutaan mustiksi aukoiksi. Galakseissa on paljon kaasu- ja pölypilviä, joista syntyy uusia tähtiä. Tähdissä tapahtuu fuusioreaktioita, joissa vetyä yhdistyy heliumiksi. Samalla vapautuu runsaasti energiaa.

Tähtien massa ratkaisee, millainen niiden elinkaari on. Suuret tähdet kuluttavat polttoaineensa loppuun nopeasti, kun taas pienemmät palavat pidempään. Raskaasta tähdestä voi tulla musta aukko ja kevyemmästä musta kääpiö.

Rakentumisperiaatteen mukaan kaikki esineet ja asiat ovat muodostuneet rakenneosista. Rakenneosat ovat puolestaan rakentuneet yksinkertaisemmista osista. Tämän periaatteen mukaan alkeishiukkaset ovat yksinkertaisimpia rakenneosia ja monimutkaisimpia ovat galaksijoukot.

Tähtien elinkaari

Maailmankaikkeuden rakentumisperiaate

Avainsanat

Kpl.8

Aurinkokunta: Muodostuu Auringosta, sitä kiertävistä kahdeksasta planeetasta ja niiden kuista. Lisäksi Aurinkoa kiertää komeettoja, asteroideja, meteoroideja ja kääpiöplaneettoja.

Aurinko: Maata lähinnä oleva tähti.

Planeetta: Suurehko tähteä kiertävä kappale.

Sisäplaneetat: Maan radan sisäpuolella olevat planeetat

Ulkoplaneetat: Maan radan ulkopuolella olevat planeetat

Kuu: Planeettaa kiertävä kiinteä kappale.

Rakenne

Aurinkokunnan vierailijat

Avainsanat

Kpl.9

Maapallo ja muut Aurinkokunnan planeetat syntyivät noin 4,5-4,7 miljardia vuotta sitten. Aluksi kuuma
Maa koostui sulasta kiviaineksesta, laavasta. Vähitellen pintaosa jähmettyi kiinteäksi ja kovaksi kivikuoreksi. Maalle muodostui ilmakehä tulivuorenpurkauksista vapautuneista kaasuista. Veden arvellaan saapuneen Maapallolle esimerkiksi komeettojen mukana.

Maapallo jäähtyi ensimmäisen miljardin vuoden aikana. Tällöin vesihöyry tiivistyi vedeksi ja satoi Maan pinnalle. Valtameret muodostuivat, mikä osaltaan mahdollisti elämän syntymisen Maassa.
Maapallon pinnasta suurin osa on vettä. Noin 70 % pinta-alasta on järvien tai merien peitossa. Maa on Aurinkokunnan ainoa planeetta, jossa vettä on nestemäisessä olomuodossa. Vesi on elämän edellytys. Sen olemassaolo mahdollisti miljardeja vuosia sitten olosuhteet, jotka tekivät mahdolliseksi elämän synnyn ja kehittymisen. Arvellaan, että juuri veden puutteen vuoksi Aurinkokunnan muille planeetoille ei ole muodostunut elämää.

Maapallon säde on noin 6500 km. Päiväntasaajan kohdalta ympärysmitta on noin 40000 km. Ilmakehästä 77 % on typpeä, 21 % happea ja loput hiilidioksidia, vesihöyryä ja jalokaasuja.
Vuorokauden vaihtelu johtuu Maan pyörimisliikkeestä oman akselinsa ympäri. Maa pyörii oman akselinsa ympäri 24 tunnissa. Pyörimisliikkeen suunnasta johtuen Aurinko nousee idästä ja laskee länteen.

Maa kiertää myös Auringon ympäri. Maan pyörimisakseli on hieman kallellaan tähän kiertorataan nähden. Kallistuskulma on noin 23 astetta. Pyörimisliikkeestä ja akselin kallistuskulmasta aiheutuvat vuodenajat. Silloin, kun pohjoinen pallonpuolisko on kohti Aurinkoa, on pohjoisella pallonpuoliskolla kesä. Kun pohjoinen pallonpuolisko on poispäin Auringosta, on pohjoisella pallonpuoliskolla talvi.

Kuun synnystä on monta teoriaa. Viimeisimmän mukaan Kuu sai alkunsa, kun suuri taivaankappale törmäsi Maahan. Kuu muodostui törmäyksen vaikutuksesta irronneesta aineksesta.

Kuu kiertää Maata keskimäärin 384 000 km etäisyydellä. Yksi kierros kestää noin 27 vuorokautta. Kuu pyörii oman akselinsa ympäri samalla nopeudella, minkä vuoksi Kuu näyttää Maahan aina saman puolensa. Tämä johtuu Kuun ja Maan välisestä vuorovaikutuksesta.

Kuun vaiheet johtuvat sen liikkeestä suhteessa Aurinkoon. Kuu nähdään siksi, että se heijastaa Auringon valoa. Kuun Maahan näkyvät osat muuttuvat sen mukaan, mitä osaa Aurinko siitä valaisee. Uusikuun aikana Maasta katsottuna Kuu on kokonaan pimeä. Täysikuun aikana Kuu nähdään kokonaan valaistuna. Puolikuun aikaan Kuun toinen puoli on valaistu. Kuun kierron aikana on kaksi puolenkuun aikaa. Ensimmäisenä nähdään Kuun oikea puoli valaistuna ja jälkimmäisenä vasen puoli. Näiden vaiheiden välissä Kuusta nähdään sirppi.

Kpl.10

Revontulet ovat seurausta aurinkotuulen hiukkasista, jotka törmäävät ilmakehän hiukkasiin. Hiukkaset ovat varauksellisia hiukkasia, joita Aurinko säteilee. Revontulia esiintyy yleisimmin napa-alueilla.

Kuunpimennys tapahtuu, kun Aurinko, Maa ja Kuu ovat samalla suoralla. Tällöin Maan varjo peittää Kuun ja estää melkein kokonaan valon pääsyn Kuun pinnalle. Ainoastaan punainen aallonpituus pääsee perille ja heijastuu Kuun pinnasta. Siksi Kuu on punaisen sävyinen pimennyksen aikana.

Auringonpimennys tapahtuu, kun Aurinko, Maa ja Kuu ovat samalla suoralla. Kuun varjo lankeaa Maan ylle ja peittää osan Maan pinnasta. Kuu saa aikaan sydän- ja puolivarjon Maan pinnalle. Sydänvarjon alueella auringonpimennys on täydellinen ja puolivarjon alueella osittainen.

Auringosta lähtee sähköisesti varautuneita hiukkasia, joita kutsutaan aurinkotuuleksi. Hiukkaset joutuvat ilmakehän vaikutuspiiriin ja kulkeutuvat Maan magneettikentän vaikutuksesta lähelle napa-alueita. Kun hiukkaset törmäilevät ilmakehässä happi- ja typpimolekyylien kanssa, hiukkasten liike-energia muuttuu näkyväksi valoksi

Revontulia esiintyy yleisimmin napojen lähellä olevilla leveysasteilla. Pohjoisella pallonpuoliskolla niiden nimitys on Aurora borealis, northern lights ja eteläisellä pallonpuoliskolla Aurora australis, southern lights. Revontulia nähdään normaalisti kapealla alueella. Se ulottuu noin 3000 km päähän napa-alueista. Kun Auringolla on aktiivisempi kausi, revontulia saattaa esiintyä laajemmallakin alueella.

Kuunpimennys syntyy, kun Maan varjo lankeaa Kuun ylle. Kuu ei kuitenkaan mene tilanteessa täysin näkymättömäksi vaan muuttuu punertavaksi. Punertavuus johtuu siitä, että punaisella värillä on pisin aallonpituus ja siten se taittuu vähiten ilmakehässä. Muut värit puolestaan taittuvat enemmän ja häviävät ilmakehässä valon siroamisen takia.

Auringonpimennys syntyy, kun Kuun varjo peittää osan Maan pinnasta. Edellytyksenä kummallekin tapahtumilla on, että Aurinko, Maa ja Kuu ovat samassa tasossa. Aurinko voi peittyä myös vain osittain eli puhutaan osittaisesta auringonpimennyksestä. Aurinko on laaja-alainen valonlähde. Näin ollen Kuusta aiheutuu kaksi erilaista varjoa: sydänvarjo ja puolivarjo. Pimennys on täydellinen sydänvarjon alueella ja osittainen puolivarjon alueella.

Kpl.11

Massaluku = protonien ja neutronien yhteismäärä atomiytimessä

Isotooppi = Saman alkuaineen eri massaisia atomeja kutsutaan toistensa isotoopeiksi. Saman alkuaineen atomeilla on sama protonien lukumäärä, mutta neutronien lukumäärä vaihtelee.

Radioisotooppi = itsestään hajoava isotooppi, jonka yhteydessä vapautuu radioaktiivista säteilyä.

Radioaktiivinen säteily = Alfasäteily, beetasäteily ja gammasäteily.

Alfasäteily = positiivisia heliumytimiä, ionisoivaa säteilyä, pysähtyy esim. paperiin

Beetasäteily = beetaplus- tai beetamiinus-säteilyä. Beetamiinussäteily on elektroneja ja beetaplussäteily positroneja. Beetasäteily on läpitunkevampaa kuin alfasäteily ja ionisoi voimakkaasti.

Gammasäteily = ionisoivaa lyhytaaltoista sähkömagneettista säteilyä, joka on peräisin atomiydinten viritystilojen purkautumisesta radioaktiivisessa hajoamisessa.

Fissio = ydinreaktio, jossa raskas isotooppiydin hajoaa kevyemmiksi isotoopeiksi.

Fuusio = ydinreaktio, jossa kevyet isotooppiytimet yhdistyvät suuremmiksi ytimiksi.
Atomin ydin muodostuu positiivisista protoneista ja varauksettomista neutroneista. Ytimen hiukkasia nimitetään yhteisesti nukleoneiksi. Sähköisesti tasapainossa olevalla atomilla ydintä kiertää yhtä monta elektronia kuin on ytimessä protoneja. Protonien lukumäärä on sama kuin atomin järjestysluku (Z). Elektronit ovat hyvin kevyitä verrattuna protonien ja neutronien massaan, joten atomin massan voidaan sanoa muodostuvan protonien ja neutronien yhteismassasta. Tätä neutronien (N) ja protonien (Z) yhteismäärää kutsutaankin atomin massaluvuksi. Lähes kaikilla alkuaineilla on useita eri isotooppeja, joista osa on pysyviä ja osa itsestään hajoavia. Lähes kaikessa syömässämme ravinnossa on hiiltä. Hiilellä on kuusi protonia ytimessään, mutta neutroneja hiiliatomeilla voi olla kuusi, seitsemän, kahdeksan tai jopa enemmän. Hiilipalassa olevat hiiliatomit ovat kahta hiilen isotooppia. 98,9% on 12-C isotooppia ja 1,1% 13-C isotooppia. Muita hiilen isotooppeja ei esiinny luonnossa, vaan niitä on saatu aikaan keinotekoisesti ydinreaktoreissa tai kiihdyttimissä. Ilmassa oleva hiilidioksidi ei sisällä ainoastaan isotooppeja 12-C ja 13-C, vaan myös hieman (2,4 %) 14-C isotooppia. Kaikkien kolmen isotoopin siirtyminen elimistöön johtuu siitä, että kasvit käyttävät hiilenlähteenään ilmakehän hiilidioksidia. Ne sitovat sen orgaanisiin yhdisteisiin ja sitä kautta ne päätyvät muihin eliöihin. Hengitysilman kautta tulevan hiilidioksidin määrä kokonaishiilestä on mitätön.

Kemiallinen reaktio ja ydinreaktio eroavat toistaan siten, että kemiallisessa reaktiossa atomit pysyvät samoina, kun ydinreaktioissa atomit muuttuvat toisiksi atomeiksi. Kemiallisessa reaktiossa voi syntyä uusia yhdisteitä tai lähtöaineiden atomit voivat vapautua alkuaineina.

Ydinreaktiossa alkuaineisotoopeista syntyy uusia alkuaineisotooppeja. Samalla syntyy radioaktiivista säteilyä. Ydinreaktiot voidaan jakaa kahteen päätyyppiin: fissioon ja fuusioon.

Ytimen itsestään tapahtuvaa eli spontaania hajoamista kutsutaan fissioksi ja ydinten yhteenliittymistä fuusioksi. Raskaan ytimen hajoamista kahdeksi keskiraskaaksi ytimeksi sanotaan fissioksi. Fission voi aiheuttaa esimerkiksi ytimeen absorboituva neutroni tai protoni.

Ydinvoimaloiden energiantuotto perustuu Uraani-235:n fissioon. Vapautuneella energialla keitetään vettä, joka pyörittää höyryturbiineja, jotka tuottavat sähköä.

Ydinfuusiossa toistensa kanssa vuorovaikuttavat kevyet ytimet yhtyvät. Fuusiossakin vapautuu energiaa. Esimerkiksi vedyn isotooppien deuteriumin ja tritiumin fuusiossa syntyy heliumia. Auringossa fuusiota tapahtuu koko ajan, mikä mahdollistaa elämän Maassa. Fuusioreaktoria on kehitetty pitkään saasteettomammaksi vaihtoehdoksi kuin fissioon perustuvia ydinreaktoreita, mutta laihoin tuloksin. Fuusioreaktorin polttoaineen saisi esimerkiksi merivedestä ja ns. ydinjätettä ei tulisi lainkaan.

Atomin ydin pysyy koossa ydinvoimien ansiosta. Voima, jota kutsutaan vahvaksi vuorovaikutukseksi, pitää ytimen samanmerkkisesti varautuneet protonit kiinni lähellä toisiaan huolimatta selvästi heikommasta sähköisestä hylkimisvoimasta. Ydintä koossa pitävät voimat eivät siis riipu sähkövarauksesta. Toisaalta jos ytimessä on runsaasti nukleoneja, eivät ydinvoimat pysty pitämään ydintä koossa. Tällöin ydin hajoaa itsestään ja muuttuu jonkin toisen alkuaineen ytimeksi.

Erilaisia atomiytimiä tunnetaan yli 3100, joista alle 300 on pysyviä eli stabiileja. Epästabiili atomiydin voi hajota itsestään eli spontaanisti, jolloin ytimestä poistuu alfahiukkasia, beetahiukkasia tai gammasäteilyä. Alfahiukkasista muodostuva alfasäteily ja beetahiukkasista muodostuva beetasäteily ovat hiukkassäteilyä. Gammasäteily on taas runsaasti energiaa sisältävää sähkömagneettista säteilyä. Ydinten hajotessa muodostunutta säteilyä kutsutaan yhteisesti radioaktiiviseksi säteilyksi.

Taustasäteily luonnosta tulevaa säteilyä. Se koostuu muun muassa maaperän radioaktiivisten aineiden säteilystä, kosmisesta taustasäteilystä ja kehon sisältämien radioaktiivisten aineiden säteilystä. Esimerkiksi kalium-40 isotooppia voi joutua sekä ruoan että hengitysilman mukana ihmisen elimistöön, jolloin se toimii sisäisenä säteilylähteenä. Suomalainen kallioperä sisältää runsaasti uraania, josta syntyy alfa- ja beetahajoamisten seurauksena radonkaasua. Radonkaasua voi olla pohjavesissä ja asuinrakennusten perustusten alla.

Vähäisessä määrin radioaktiivisen säteilyn kohteeksi voi joutua lääketieteellisissä tutkimuksissa. Lisäksi ydinvoimalaonnettomuuksien tai ydinkokeiden jälkiseurauksia voidaan havaita vuosienkin jälkeen.

Radioaktiivinen säteily on ionisoivaa, kuten röntgensäteilykin. Ionisoiva säteily irrottaa atomista elektroneja, jolloin atomista tulee ioni. Ionisoiva säteily voi hajottaa kudoksessa olevia vesimolekyylejä vetyioneiksi (H+). Säteilyn seurauksena syntyneet, herkästi reagoivat molekyylit voivat esimerkiksi vaurioittaa dna:ta. Vaurioitumisen seurauksena voi käynnistyä mutaatio, joka voi johtaa syöpään. Toisaalta mutaatiot mahdollistavat ihmisen ja kaikkien eliölajien kehityksen. Niiden seurauksena syntyy myös hyödyllisiä ominaisuuksia, jotka yleistyvät sopivissa olosuhteissa

Radioaktiivisen säteilyn uhkat

Radioaktiiviselta säteilyltä suojautuminen

Avainsanat