TEADUSMTE EESTIS

TPPISTEADUSED

Ilmar Koppel, Peeter Saari (vastutavad toimetajad)

Helle-Liis Help, Siiri Jakobson, Galina Varlamova

ISBN 9985-50-389-9 EESTI TEADUSTE AKADEEMIA

Facta non solum verba

4

SISUKORD SAATEKS

Ilmar Koppel, Peeter Saari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

KOSMOLOOGIA UUES EESTIS Enn Saar, Jaan Einasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

THED NHTAVA UNIVERSUMI PEAMISED EHITUSKIVID Laurits Leedjrv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

MAA ATMOSFR JA KLIMATOLOOGIA Kalju Eerme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

SATELLIIDID JLGIVAD MAAD Andres Kuusk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

ELEMENTAAROSAKESTE FSIKA EESTIS: TEOORIAST INFOTEHNOLOOGIANI Andi Hektor, Kristjan Kannike, Martti Raidal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

TUUMAMAGNETRESONANTS KEEMILISE JA BIOLOOGILISE FSIKA INSTITUUDIS Ago Samoson, Jaan Past . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

ELU VIMALIKKUS MITTELINEAARSES JA MITTETASAKAALULISES JUHUMUUTLIKUS MAAILMAS

Jaan Kalda, Romi Mankin, Risto Tammelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53

TAHKISETEOORIA AINE SVASTRUKTUUR ALLUB KVANTSEADUSTELE Imbi Tehver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

MATERJALIFSIKA EESTIS Jaak Kikas, Aleksandr Lutik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

AATOMKIHTSADESTAMINE ARENGUVIMALUS TEHNOLOOGIALE, VLJAKUTSE FSIKALE

Arnold Rosental, Jaan Aarik, Kaupo Kukli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

81

UURINGUD SNKROTRONKIIRGUSEGA Ergo Nmmiste, Marco Kirm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

89

BIOFSIKA VARJUST VALGUSE KTTE Arvi Freiberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

101

OPTIKA ISESEISVAS EESTIS Peeter Saari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

111

ATMOSFRI JA MERE DNAAMIKA Jri Elken, Aarne Mnnik, Rein Rm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

119

AEROSOOLID JA RADIOAKTIIVSUS KESKKONNAS Hannes Tammet, Eduard Tamm, Jaan Salm, Enn Realo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

127

5

FNKTSIONAALANALS EESTIS VIIMASEL KMNENDIL

Eve Oja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

135

EESTI ALGEBRAISTIDE TDEST Mati Kilp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

141

MATEMAATILISE STATISTIKA JA TENOSUSTEOORIA ALASTEST UURINGUTEST EESTIS

Krista Fischer, Tnu Kollo, Jri Lember, Ene-Margit Tiit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

147

NUMBRILINE FUNTSIONAALANALS Gennadi Vainikko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

153

HAPE-ALUS REAKTSIOONIDE UURIMINE TARTU LIKOOLIS Peeter Burk, Ilmar Koppel, Ivo Leito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

159

TEOREETILISEST KEEMIAST MOLEKULAARTEHNOLOOGIANI Mati Karelson, Uko Maran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

169

ORGAANILINE JA BIOORGAANILINE KEEMIA TARTU LIKOOLI KEEMIAOSAKONNAS 20012005

Jaak Jrv, Ago Rinken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

173

KEEMIA KEEMILISE JA BIOLOOGILISE FSIKA INSTITUUDIS Tnis Pehk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

181

ASMMEETRILINE KEEMILINE SNTEES KLAASPRLIMNGUST RAKENDUSTENI Margus Lopp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

187

BIOORGAANILINE KEEMIA TALLINNA TEHNIKALIKOOLI KEEMIAINSTITUUDIS Nigulas Samel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

193

ELEKTROKEEMIA ARENGUST TARTU LIKOOLIS AASTATEL 20002005 Enn Lust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

199

ANORGAANILISED POOLJUHTHENDID JA ELEKTRIT JUHTIVAD POLMEERID HESKOOS JA ERALDI UUTE VLJUNDITE OTSINGUL

Andres pik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

207

TRITAVATE OMADUSTEGA LAHUSTID Mihkel Koel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

217

KOLLOID- JA KESKKONNAKEEMIA TARTU LIKOOLIS Kaido Tammeveski, Toomas Tenno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

225

KAPILLAARELEKTROFOREES BIOANALTIKAS Mihkel Kaljurand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

233

AUTORITEST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

7

SAATEKS Kuidas me saame teada, millega ldse Eesti tead-lased tegelevad, kui nad publitseerivad oma tid inglise keeles rahvusvahelistes ajakirjades, teevad vlisfirmade tellitud uuringuid vi mvad oma loodud aparaate vaikselt Lnde? Miks meie riigi-ametid lasevad maksumaksja raha eest kohalikel n- teadmameestel uurida kll poltergeiste, kll Kuu mju liiklusohutusele, aga tsiste nnetuste juhtudes ei tea-taipa oma otsustes-tegudes tugine-da omamaisele teaduskompetentsile kui meenu-tada kas vi Prnu lahe veetusu vi looderanniku lireostuse lugusid? Jttes siinkohal niisugused ksimused vastusteta hku rippuma ja laskumata ka sdlaste nimetamisse, tdeme lihtsalt, et mitte kuidagi pole liiast, kui teadlased vtavad vaevaks ilmutada eesti keeles oma tde tutvustusi.

Kesolev kogumik on kolmas Teaduste Akadee-mia poolt vlja antavas sarjas Teadusmte Ees-tis, mis tutvustab meie teaduse taasiseseisvumise jrgset arengut ja milles on juba ilmunud levaa-ted tehnikateadustest (2002) ning arstiteadusest (2005). Ehkki tnavune kogumik on phendatud tppisteadustele, vib ka siit leida hendavaid vii-teid nimetatud kahe kogumiku temaatikasse, mis on loomulik, sest mitmed meie uurimissuunad on tegelikult interdistsiplinaarsed. Tppisteadustes Eestis vib varem, eelmise sajandi lpukmnen-deil tehtust leida levaated TA 60ndale juubelile phendatud kogumikus (1998).

Tppisteaduste uurimisobjektid probleemid ja keelgi on teaduprast sedavrd abstraktsed ja keerulised, ja mida teoreetilis-matemaatilisema valdkonnaga tegemist, seda enam. Nii et isegi erialalt kaugematel kolleegidel on raske mista tehtud teadust mtet ja sisu. Rkimata muul alal krghariduse saanud inimestest vi laiemast publikust. Kogumikku kavandades ja autorkonda kaasates oli meie ngemuseks, et artiklid peaksid olema temaatika keerulisusse takerdumata kas vi osati ldloetavalt kirjutatud, peaks leitama kuldne

kesktee aruandestiili ja populaarteadusliku oopuse vahepeal, et tulemuseks oleks vimalikult laiale lugejaskonnale arusaadavad levaated taasiseseis-vunud Eesti tppisteadustes tehtavast ja saavuta-tust. Konkreetselt neme selle kogumiku adressaa-tidena kolleegide-tppisteadlaste krval just teiste teadusalade esindajaid ja kiki neid, kes on vi oma ametilesannete tttu peaksid olema huvita-tud terviklikust ettekujutusest tppisteaduste sei-sust riigis. Kuivrd valminud kogumik oma les-annet tidab, jb mistagi iga lugeja enda otsus-tada. Eeldamata, et igaks kikidesse artiklitesse htmoodi huviga svib, loodame siiski, et ka pgus kogumiku lbivaatamine annab mingi pildi meie tppisteaduste haardest, mjukusest maail-mateaduses ning praktilisest vljundist.

Artiklite jrjestus on jmedas jaotuses lihtne: fsika matemaatika keemia

kokku 30 artiklit.

Peenemas jaotuses algab fsika osa astrofsi-kast ja muist otseses vi kaudses mttes krgel le pea olevaga tegelevaist uurimisaladest, jrgneb rida maistele-materiaalsetele objektidele phenda-tud levaateid materjaliteaduslikest uuringutest kuni tehnoloogiliste ja aparaadiehituslikeni, esin-damata pole ka bio- ning keskkonnafsika.

Neli artiklit on phendatud matemaatikale nii pris puhtale kui ka rakenduslikumale.

Keemia ja materjaliteaduse alaseid alus- ja raken-dusuuringuid tutvustavad 11 artiklit, mis annavad linnulennulise levaate Eesti teadlaste viimase aja tdest ja tegemistest uute efektiivsete ja keskkon-nasbralike elektroonika- ja energeetikamater-jalide, superhappeliste ja -aluseliste reagentide, krgefektiivsete ja selektiivsete katalsaatorite ning bioaktiivsete ainete disaini, vljattamise, rakenduste ning omaduste uurimise valdkonnas.

8

Kui lpetuseks prata pilk globaalsete arengute taustale, siis neme algamas tppisteaduste aren-damise uut spiraalikeerdu. Kui 1990ndate alguses riikide eelarveeelistusi mjutasid ajaloo lpu meeleolud ja postmodernistlikult arrogantne hoiak tppisteaduste suhtes, siis alanud sajand globali-seerumise, uute probleemide ja juvahekordade tekkega on prioriteete tunduvalt muutnud.

Nii on USA 2007. a eelarveprojektis fsikaga seotud teadused the big winners ja seda mne tei-se, vahepeal heldelt finantseeritud teadusala arvel. Energeetika arendamisele suunatud uuringute osas on kasv seejuures tervelt 14%. Selline prioritee-tide nihe leiab aset ka EL teadusrahastamises, mis

on pealegi, vrreldes USAga, suhteliselt suurene-mas. Ka Eestis hakkavad suhtumised kvadesse ja pehmematesse teadustesse tasakaalustuma kes niteks oleks vinud veel aasta tagasi uskuda, et meie avalikkuses tekib mitte ainult arutelu, vaid ka suur protsent tuumajaama ehitamise pooldajaid.

Kas Nobeli preemia viks kunagi Eestisse tulla vi leiame me lpuks oma Nokia, jgu siinkohal ennustamata. Kuid optimismi teadmistephise hiskonnani judmise suhtes sisendab hiljuti veel uskumatuna tundunud fakt, et fsikabuss ja selle noored tegijad on koolilaste seas sedavrd ooda-tud ja populaarsed, et algselt vaid Fsika Aastaks 2005 meldud ettevtmine kogub tuure ha juurde.

Vastutavad toimetajad Ilmar Koppel Eesti Teaduste Akadeemia bioloogia, geoloogia ja keemia osakonna juhataja

Peeter Saari Eesti Teaduste Akadeemia astronoomia ja fsika osakonna juhataja

9

KOSMOLOOGIA UUES EESTIS

Enn Saar ja Jaan Einasto Tartu Observatoorium

Astronoomia, eriti kosmoloogia, on selgelt rah-vusvaheline teadus. Uurimisobjektiks on meil ainult ks Universum, ja seda isegi kigi galak-tikate kigi planeetide kosmoloogidele. Omariik-luse taastamisega muutus loomulikuks teadlaste vahetus, t teistes maades, kergenes infovahe-tus. Me osalesime rahvusvahelises koosts ka NL pevil, kuid siis oli osalemine keeruline ja vint-sutav.

Kaasaegse kosmoloogia omapraks on samuti see, et praktiliselt kogu vaatlusmaterjal tuleb mahu-katest rahvusvahelistest projektidest (kosmose-teleskoobid ja spetsialiseeritud hisprojektid) ja see tehakse kohe kttesaadavaks kigile astro-noomidele. Viimase paari aastakmne infovrku-de arenguta poleks see vimalik olnud, praegu aga komplekteeritakse mitut virtuaal-observatooriu-mi uute andmete saamiseks, samuti luuakse kogu taevast ja kiki lainepikkusi haaravaid astronoo-milisi andmebaase. Eesti kosmoloogide phisuunal Universumi suu-remastaabilise struktuuri uurimisel on philiseks infoallikaks galaktikate kauguste (eemaldumis-kiiruste) kataloogid. Selleks leitakse sadade tuhan-dete galaktikate spektrid. Fiiberoptika vimaldab registreerida heaegselt mitmesaja galaktika spektrid. Spektrijoonte punanihete phjal leitakse galaktikate kaugused. Kauguste mramise alu-seks on eelmise sajandi esimesel poolel kindlaks-tehtud maailma paisumine, seejuures on galakti-kate eemaldumiskiirused vrdelised nende kau-gustega. Kui spekter on mratud, on vimalik teada saada mitte ainult galaktikate kaugused, vaid ka nendes toimuvad protsessid: theteke, aktiivse tuuma olemasolu jne. Viimane valminud kataloog (2dF levaade Austraaliast) sisaldab andmeid umbes veerand miljoni kauge galaktika kohta. L-hiajal valmiv Sloani levaade (SDSS) USAst on seadnud eesmrgiks le miljoni galaktika kauguse

mtmise. Vaatlusandmete maht on viimase km-mekonna aasta jooksul kasvanud pea tuhat korda, see aga vimaldab esitada hoopis uusi ksimusi ja saada hulga tpsemaid vastuseid.

Galaktikate kaardistamise krval on teiseks pea-miseks infoallikaks Universumi kohta nn relikt-kiirgus, Universumi kuumast algetapist prinev sentimeeterlaineline raadiokiirgus. Selle mtmi-ne annab olulist infot Universumi kauge mineviku kohta. Kuna kiirgus on vga nrk, mdetakse seda enamasti satelliitidelt. Praegu tiirleb kaugel Maa varjus mber Pikese NASA satelliit WMAP, mille iga-aastaseid mtmistulemusi oodatakse suure huviga. Varsti, 2007. aastal, peaks orbiidile saadetama Euroopa satelliit Planck, hulga tundli-kum ja parema detailide eristamisvimega.

Oluline tulevikuprojekt on Gaia kosmoseteles-koop , mis paneb paika meie Galaktika struk-tuuri, mtes miljardi the kaugused, heledused jm. Gaia on plaanitud orbiidile saata 2011. aasta paiku.

Nii galaktikakaardid kui reliktkiirguse andmed on loomulikult ka Eesti kosmoloogide ksutuses, ja meie t Universumi mistmine ja kirjeldamine phinebki neil andmetel. Uuemates projektides lme ka ise kaasa Plancki missiooni ettevalmis-tamisel koos kolleegidega Soomest, Tuorla Obser-vatooriumist, ja Gaia projektis mitme rahvusva-helise komisjoni raames. Pea kik meie kosmo-loogid ja galaktikafsikud ttavad Tartu Obser-vatooriumis, kuid neid leidub ka Tartu likoolis ja Maalikoolis. Lisaksime veel, et kaasaegne kos-moloogia on vga kirju. See artikkel kirjeldab nn lhedast (hilisevitu) kosmoloogiat, Martti Raidali jt levaates kirjeldatakse aga vga varast kosmo-loogiat.

Sageli ksitakse meie kest, milleks see uurimine hea on? Vastus on lihtne: me tahame teada saada, kuidas maailm meie mber on ehitatud. See on

10

vajalik elus paremaks toimetulekuks, sest vaid looduse omadusi paremini tundes suudame neid kasutada. Tnapeval pole me ainult teadmiste ka-sutajad, vaid meil on vimalus osaleda ka kaas-aegse maailmapildi kujundamisel.

SUPERSTRUKTUUR

Meie viimase kmnendi tulemustest on vast kige enam tuntud Universumi suuremastaabilise ehk superstruktuuri uurimine. See on struktuur, mille tpilised mtmed on 100 Mpc suurusjrgus; 1 Mpc (megaparsek) on 3 miljonit valgusaastat.

Kaugus lhima hiidgalaktikani (Andromeeda ga-laktika) on niteks ainult 0,8 Mpc, vaid sadu kordi viksem vaadeldava Universumi koguulatusest. Praeguseks ajaks on kosmoloogid harjunud fakti-ga, et sellistes skaalades polegi enam isoleeritud objekte, on vaid htne suurte thikute ja pikkade haraliste kettide (galaktikate superparvede) vr-gustik. Joonis 1 toob nite sellest vrgustikust kujutatud on galaktikate asukohad suhteliselt hu-keses, mne Mpc paksuses kihis. Igale galaktikale vastab vaid punktike.

Joonis 1. 2dF galaktikate levaate phjal arvutatud hele-duse jaotus.

11

Nagu nete, on kujutatud kihis galaktikaid palju ja vrgustik ise pris amorfne. Selle tpne kirjelda-mine on siiani probleemiks ja sellega me tegele-me. Jooniselt on veel nha, et peale kettide leidub galaktikate jaotuses ka kompaktseid kogumeid,

galaktikagruppe ja -parvi. Neid on mitmesuguse suurusega osa koosneb vaid mnest galaktikast, aga on ka parvi, milles ligi tuhat galaktikat. Kui me uurime rikaste galaktikaparvede ruumjaotust, neme hoopis intrigeerivamat pilti (joonis 2).

Joonis 2. Rikaste galaktikaparvede jaotus phja- ja lunapoolkeral. Abelli kataloogi andmete phjal leitud ning ri-kastesse superparvedesse kuuluvad parved on mrgitud thjade rngastega, APM kataloogi andmete phjal leitud ning rikastesse superparvedesse kuuluvad parved on joonistatud tidetud rngastega.

Nagu ka teile kohe silma torkab, nib see vrgus-tik kenasti regulaarne (ruuduline, ruumis kuubi-line) olevat. 1990ndate keskpaiku kutsus see vide esile hulga poleemikat. Jaan Einasto juhtimisel ttanud teadurid, kes vrgustiku leidsid, uurisid seda phjalikult ja nitasid, et see on reaalne kuu-biline struktuur, 120 Mpc perioodiga. Jaan Einas-to, Maret Einasto, Erik Tago ja Veikko Saar said t eest Eesti teaduspreemia. Tulemus on llatav, sest pole veel pakutud htegi Universumi varase ajaloo varianti, mis maailma sihukese hirmsuure kuupvre tekitaks. Kuid see tulemus pole ainuke viide imelikule regulaarsusele Universumis, neid on leitud teisigi, ja kik on siiani seletamata. Ootame uusi vaatlusandmeid, et saaksime teada, kuidas Universum tegelikult vlja neb. Siiani tun-

neme hsti ainult oma lhedast mbrust, vaid 300600 megaparseki (kahe giga-valgusaasta) kauguseni.

Selliseid suuri galaktikaparvede ja galaktikate ko-gumeid nimetatakse superparvedeks. Superparved on kige suuremad seni teadaolevad objektid Uni-versumis, moodustades koos suurte thikutega htse vrgustiku. Selle vrgustiku omaduste uuri-mine ja vrgustiku tekke kirjeldamine on olnud Travere kosmoloogide ks phiteemasid. Tuntud on Maret Einasto poolt koostatud superparvede kataloog, eraldi tdetskkel on phendatud thi-kute uurimisele.

Nagu esimesel joonisel nha, on just thikud ki-ge paremini isoleeritud, kige kompaktsemad ja seeprast kige paremini kirjeldatavad struktuuri-

12

elemendid. Uurides thikute dnaamikat, leidsime 1990ndate alguses, et kuigi thikud on hiiglasuu-red, annavad nad kogu Universumi tihedusse vaevalt 15% vaadeldavast tihedusest. Siit tuli ka ennustus, et Universumi keskmine tihedus p-hiline suurus, mis Universumi evolutsiooni m-rab on oluliselt alla nn kriitilise. Praegu on see ldtunnustatud fakt. Koos noorte kolleegidega Sak-samaalt uurisime thikute omadusi ja modellee-risime nende arengut. Thikud pole pris thjad, peale tumeaine leidub seal ka galaktikaid ja nrku galaktikakette. Nende omadustes on paremini si-linud jljed kaugest minevikust.

ks selle t osalistest oli Mirt Gramann, kes sel ajal andeka noorteadlase stipendiumi saanuna Princetonis ttas. Struktuuri arengu kirjeldamise loomuliku jtkuna avaldas ta artiklid Universumi kiirustevlja arengust, mida tsiteeritakse siiani. Kiirustevli on oluline mitmes aspektis: dnaami-kas on see philine mootor, mis vaadeldud struk-tuuri tekitab, vaatlusandmetesse toovad dnaamili-sed kiirused aga hulga raskelt kirjeldatavaid moo-nutusi. heks niteks on nn jumalasrmed nii nevad vlja galaktikaparved, mis vaatluskataloo-gide toorversioonides sdistavalt meie poole ni-tavad. Seda, et need srmed ei nita galaktikate te-gelikke asukohti, rhutas esimesena Jaan Einasto ja pakkus viisi, kuidas galaktikakaarte parandada. Mirt Gramann kasutas Princetoni ajal juba rafinee-ritumat viisi noist srmedest vabanemiseks. Kor-raliku, statistiliselt phjendatud algoritmi srmede tegeliku kuju leidmiseks ja reaalsete galaktika-kaartide koostamiseks esitas oma magistrits Lauri Juhan Liivamgi sel aastal.

Peale parvesrmede moonutavad vaadeldavaid ga-laktikakaarte ka need liikumised, mis tekitavad superparvi suuremastaabilised galaktikate ja ga-laktikaparvede voolud. Mirt Gramann uuris neidki vooge ja esitas retsepti tegelike galaktikakaartide saamiseks. Kuna probleem on oluline, on seda meil hiljemgi uuritud. Vga phjaliku uurimist tegi sel teemal Veikko Saar, kes oma Oxfordi-aastal koostas terve taeva tiheduskaardi vastval-minud PSCz galaktikate punanihete levaate ph-jal. T avaldati kll alles prast tema surma, kuid on siiani jnud heks phjalikumaks nn Wieneri

filtri metoodika rakenduseks ruumstruktuuri leid-misel. Ta leidis mitmeid uusi superparvi, millest kaks ta sbrad temanimeliseks ristisid.

Thikute uurimine viis meie kosmoloogid loogi-lise jtkuna uurima, kuidas ldse galaktikagrup-pide ja -parvede asukoht suures struktuuris mju-tab nende omadusi (nn mbruse mju proble-maatika). Phivedaja on siin olnud Maret Einasto, kes kaitses sel teemal oma doktorit (ks v-hestest astronoomiadoktori kraadidest, mille Tartu likool vlja andis, enne kui misteti, et see ei klapi muu kraadihierarhiaga). Kui Maret Einasto koos kolleegidega (nii Traverest kui mujalt il-mast) seda rida alustas, oli oluliseks probleemiks leida galaktikate omaduste sltuvus mbruse ruumtihedusest. Praegu uuritakse galaktikagrup-pide omaduste sltuvust mbrusest. Leitud vaat-lusseosed on olulised, piiramaks teoreetilisi vi-malusi galaktikate ja nende kogumike tekkeks. Ja nagu ikka, on meie phieesmrgiks kontrollida, ja kui nnestub, siis mber lkata kaasaegse vlja-teooria poolt pakutavaid Universumi varase aren-gu versioone. Las fsikud ehitavad kiirendajaid, ka see t, mida eestlased Martti Raidali eestveda-misel CERNis teevad, on Universumi mistmisele rmiselt oluline. Me kasutame erinevaid teid, ees-mrk aga on hine maailma mistmine. GALAKTIKAPARVED JA -GRUPID

Kuigi suured thikud torkavad vaadeldavates ga-laktikakaartides kige enam silma ja objektide ehitus (morfoloogia) on jrgmine silmatorkav omadus, on struktuuri phielementideks siiski ga-laktikaparved ja -grupid. Galaktikaparvedesse kuu-lub ligi tuhat nn hiidgalaktikat (nagu meie endi kodugalaktika), peale selle veel hulgi viksemaid kbusgalaktikaid, gruppidesse vhem. Galaktika-parved paistavad kaugelt silma ja enamasti on nad hsti nha ka rntgenkiirguses.

Kuna galaktikaparved on nii hsti vaadeldavad, on nad sobivad objektid struktuuri tekke ja arengu uurimiseks. Galaktikaparvi on Traveres kaua uurinud Erik Tago, kes koos oma kolleegi Heinz Andernachiga Mehhikost koostas uue ja siiani kige inforikkama galaktikaparvede kataloogi. Galaktikaparvi vaadeldakse mitme projekti raa-

13

mes, saadud tulemused on aga tihti eri mtess-teemides. Seetttu on Tago ja Andernachi koond-kataloog parveuurijatele suureks abiks. See on ol-nud mitme uurimist algmaterjaliks nii meil kui mujal. Ja kuna parvede vaatlused pole lppenud, kestab t kataloogi tiendamisel edasi.

ks parvedega seotud uurimissuund, millega mitu aastat tegelesid Mirt Gramann ja Ivan Suhho-nenko, on parvede kiiruste uurimine. Kuigi parved on vga massiivsed ja galaktikate tasakaalulised dnaamilised kiirused neis ulatuvad paari tuhande kilomeetrini sekundis, liiguvad nad ka tervikuna. Parvede liikumiskiirused on paarisaja km/sek kan-dis ja need liikumised mravad superparvede arengu. Gramanni ja Suhhonenko t on seni kll olnud numbriline modelleerimine, sest vaatlusand-meid parvede kiiruste kohta on veel vhe. Mude-lite vrdlemine vaatlustega lubab kontrollida Uni-versumi parameetreid, eriti selle keskmist tihedust ja tumeenergia osa.

Jrgmine struktuurihik kosmoloogilises hierar-hias on galaktikagrupid. Need on parvedest vik-semad, koosnedes mnest galaktikast kuni sajani, kuid palju levinumad. Seega on gruppide ehitus ja areng ajas tpiline kogu struktuuri arengule. Ka on tihti galaktikate ruumjaotuse asemel kasulikum uurida gruppide jaotust, sest keskmistamisega kaovad kiirusmoonutused grupi mastaabis. Grupi definitsioon ja grupikataloogi moodustamine on aga keeruline probleem, mille le vaieldakse t-nini. Hda on selles, et kaugemates gruppides ne-me ainult heledamaid galaktikaid ja selleks, et kauged grupid lhedastega vrreldavad oleksid, tuleb gruppi kuuluvuse reegleid kaugusega muuta.

Me oleme Traveres grupikatalooge varemgi tei-nud, kuid uute vaatlusprogrammide materjalil saab neid moodustada tunduvalt suurema ruumala jaoks ja tpsemini. Praeguseks on meil paariaastase t tulemusena leitud arvatavasti parim retsept ja Erik Tago eestvedamisel on valminud parim grupi-kataloog hiljutise nn kahekraadi levaate jaoks (2dFGRS). Grupikataloog uue Sloani levaate kohta on meil koostamisel.

Teiste vaatlusmaterjalide phjal uuritavate gruppi-de krval uurime lhedasi gruppe ka ise. Kuna

need on lhedal, on nende omadused, struktuur ja fsikalised interaktsiooniprotsessid neis hsti uuritavad. ppides siinsetest gruppidest, saame ennustada, kuidas kaugemad vlja viksid nha ja mista gruppide teket ning arengut. Lhedaste gruppide uurimine on olnud pikka aega Jaan Venniku meelisteema. Koos kolleegidega Heidel-begist kasutab ta selleks Euroopa ht suurimat, Hispaanias asuva Calar Alto observatooriumi 3,5 meetrist teleskoopi. Eriti phjalikult on Jaan Ven-nik uurinud madala pindheledusega kbusgalakti-kaid. Neid on gruppides palju, aga veidikegi kau-gemal neid enam vaadelda ei saa. Peale nende omaduste uurimise on oluline tuvastada, kas nad antud gruppi kuuluvad vi mitte. See on lhedaste objektide jaoks keeruline probleem. Kuna objektid on vga nrgad, pindheledus tihti allpool taeva heledusfooni, nuab vaatlemine hoolikust ja eda-sist filigraanset andmettlust. STRUKTUURI STATISTILINE KIRJELDAMINE

Struktuuri kartograafia ja selle koostisosade (ga-laktikaparvede ja -gruppide) fsika krval on kosmoloogias traditsiooniliselt thtsaks uurimis-suunaks struktuuri statistiline kirjeldamine. See avab kige otsema tee vaatlusmaterjali vrdlemi-seks kosmoloogiliste mudelitega ja suuremastaa-bilise struktuuri arengu teoreetiliste ennustustega. Kuna kosmoloogiline struktuur on kas kahe- (tae-vakaardid) vi kolmemtmeline (galaktikale-vaated), on see metodoloogia ruumstatistika osa ja oluline rakendusvli. Nii oluline, et mitmedki meetodid on kosmoloogias arendatud enne kui ametlikus statistikas. Kosmoloogide ja statistikute koost on vga tihe.

Selle koost hlbustamiseks avaldasid Vicent Martinez (Valenciast) ja Enn Saar monograafia, kus kirjeldasid kiki galaktikate ruumstatistikas kasutatavaid meetodeid, andsid levaate vajalikust kosmoloogilisest aparatuurist, kirjeldasid vaatlus-valimeid. Raamat on ainuke selleteemaline mono-graafia. See ilmus aastavahetusel 20022003 rah-vusvahelises kirjastuses Chapman & Hall/CRC Press ja sai head retsensioonid. Raamatu valmi-mist toetas ka Eesti Teaduste Akadeemia.

14

Kige levinum galaktikajaotuse statistika on kor-relatsioonifunktsioon, mis iseloomustab kuhjumist punktjaotustes. Selle hindamisega olime juba am-mu tegelenud, neil aastatel otsisime aga korrelat-sioonifunktsioonis jlgi ruumilistest perioodili-sustest. Veikko Saar arendas uue meetodi korre-latsioonifunktsiooni vngete uurimiseks ja nitas, et vnked suurtel skaaladel on reaalsed. Abelli ga-laktikaparvede jaoks nitasid seda veidi hiljem tei-sed meie kosmoloogid eesotsas Erik Tagoga. Prae-gu on neid nn baronvnkeid avastatud ka galak-tikate jaotuses. Nad on nha vga suurtel ga-laktikate omavahelistel kaugustel, kus kuhjumis-signaal juba nrk, nudes loomulikult suuri vaat-lusruumalasid.

Korrelatsioonifunktsiooni krval on teiseks popu-laarseks kirjeldusfunktsiooniks vimsusspekter, mis nitab eri skaaladega struktuuri amplituudide suhet kosmoloogilistes tihedusvljades. Seda saab otse seostada teoreetiliste ennustustega, mistttu selle funktsiooni vaatluslik mramine on vga oluline.

ks varasemaid tid galaktikajaotuse vimsus-spektri mramise kohta on prit Mirt Gramanni ja Jaan Einasto sulest. Praeguseks ajaks on see tegevus muutunud pea omaette tstusharuks. Jaan Einasto osavtul ilmus rahvusvahelises koos-ts mitu artiklit vimsusspektri mramisest uute andmete phjal. Need nitasid veenvalt, et spekter pole nii sile, nagu kalduti arvama, vaid selles on olemas teravad detailid, mis vastavad eelisskaala-dele ruumstruktuuris.

Nimetatud td phinesid galaktikaparvede kata-loogidel. Need katavad kll suuri ruumalasid, kuid kuna parvi pole palju, on ka saadud tulemu-sed kllaltki ebatpsed. Praeguse kige tieli-kuma, Sloani heledate galaktikate levaate mater-jalidele tuginedes, leidis Gert Htsi nn baron-vnkumised galaktikate vimsusspektris, mille olemasolu oli siiani kaheldav. Need vnkumised on mratud algtingimuste poolt. Htsi tulemus nitab, et struktuuri areng ei kustuta tielikult esi- algset olekut, infot algsetest kiirus- ja tihedus-vljadest.

Kuna vaadeldavas ruumstruktuuri mustris on nha korraga vga paljusid skaalasid, on selle kirjelda-miseks tarvis erilist matemaatilist aparatuuri. Enn Saar ja Jaan Einasto koos kolleegidega mujalt olid esimesed, kes pakkusid vlja struktuuri multifrak-taalse kirjeldamise. Nad katsetasid seda mudelitel ja uurisid vaatlusvalimite fraktaalseid omadusi. Need td leidsid laialdast vastukaja ja tekitasid tsist huvi isegi fraktaalide isas B. Mandelbrotis. Tid sel suunal ilmub siiani. Fraktaalide rakenda-mist takistab vaid fakt, et meie poolt vaadeldav heledusvahemik on veel liiga vike ja fraktaalsust neme liiga vikeses skaalavahemikus. Kui tule-vikus massiliselt kbusgalaktikaid vaatlema hak-kame, vivad fraktaalid kosmoloogias jlle popu-laarseks muutuda.

Teine matemaatiline uuendus, mida Vicent Mar-tinez ja Enn Saar kosmoloogiliste vaatluste uuri-misel kasutasid, olid nn lainikud, lokaalne sage-dusanals. Standardne sagedusanals, nn Fou-rier teisendus, kirjeldab jaotusi eri lainepikkustega lainete summana, mis aga pole seotud konkreetse asukohaga ruumis. Lainikud on lokaliseeritud nii ruumis kui sagedustes ja seeprast vga sobivad mustrite analsiks. Martinez ja Saar rakendasid neid ainejaotuse maksimumide tpide uurimi-seks, praegu rakendab neid Juhan Liivamgi par-vesrmede eraldamiseks galaktikakaartidest. Ka Martinez ja Saar on lainikute juurde tagasi tulnud, rakendades neid tihedusvljade morfoloogia uuri-misel.

Tihedusvlja morfoloogia ehk mustri uurimine lu-bab mrata selle pritolu. Osutub, et hpotees, mille jrgi esialgne tihedusvli on Gaussi vli, ennustab ka tihedusjaotuse mustri, thikute ja ti-hendite vrgustiku iseloomu.

Levinuim kirjeldusviis on nn topoloogiline gee-nus, mis mrab samatiheduspinna topoloogia (sangade arvu). Ka selle mramisel olime me hed esimestest. Praegu on Enn Saar selle juurde tagasi tulnud, uurides uute vaatlusvalimite morfo-loogiat. Maret Einasto kasutab morfoloogilisi meetodeid (Minkowski funktsionaale) galaktikate superparvede kirjeldamiseks.

15

STRUKTUURI TEKE KOSMOLOOGIAS

Kosmoloogilise suuremastaabilise struktuuri tekke kirjeldamine pole lihtne. Teame enam-vhem tp-selt vaid seda, kuidas see algab, kui hiritused on veel vikesed. Edaspidi muutub areng keeruliseks, mittelineaarseks ja kirjeldus ligikaudseks. Mirt Gramann arendas oma Princetoni aastatel struk-tuuri tekke dnaamika lhendkirjeldust teise jrgu-ni kiirustes. Need td leidsid kasutust kiiruste vlja uurimisel ja neid tsiteeritakse siiani.

Omaprase lhenduse, nn adhesioonimudeli, mis kirjeldab tpselt struktuuri tekke algust ja lhen-dab selle lppfaase kleepumismehhanismiga, aren-dasid koos Moskva kolleegidega vlja Lev Kof-man ja Dmitri Pogosjan, tollased Travere tta-jad. Mudel ja selle jreldused selgitasid oluliselt struktuuri tekkeprotsessi. Natures avaldatud t filamentide tekke phjustest on siiani ks oluli-semaid struktuuri tekke mistmisel. Nad phjen-dasid, kuidas gravitatsioon deformeerib koherent-selt esialgset kaost (juhuslikke alghiritusi), tekita-des nii vaadeldava suuremastaabilise struktuuri.

Kuigi analtilised lhendid on kasulikud, on nende rakenduspiirkond piiratud. Kus analtika enam ei tta, astuvad mngu numbrilised mude-lid. Kosmoloogia pole erand, numbrilised struk-tuuri arengu mudelid on siin ammu kasutusel. Vljafsika teoreetikutele vib probleem lihtsana nida, sest tegemist on Newtoni dnaamikaga laienevas ruumis. Probleemi muudavad keeru-liseks algtingimused, mis tekitavad heaegse arengu kikides mastaapides, ning eri mastaapide omavaheline vastasmju. Seetttu on ssteemi kui terviku areng vga keeruline ja raskesti mistetav. Numbriline modelleerimine on tihti ainuke vlja-ps. Kuigi meie arvutusbaas oli, eriti varem, vi-letsam kui lne pool, oli Mirt Gramann esimene, kes mudelleeris struktuuri teket Universumis, kus toimub kiire laienemine. Sellal ei uskunud paljud, et nn vaakumenergia, mis kiirenevat laienemist phjustaks, olemas on. Praegu on see ldtunnus-tatud vimalus. Joonis 3 esitab nite struktuurist, mida ennustavad numbrilised mudelid. Vrreldes vaatlustega joonisel 1 nete, et ennustamine n-nestub.

Joonis 3. Numbriliselt ennustatud galaktika-te ruumjaotus 100 Mpc kljega kuubis.

16

Ivar Suisalul valmis pikaaegse t tulemusena maailmas esimene adaptiivne N-keha programm, mille phjal ta kaitses doktorit. Praegu jtkab sellesuunalist arendustd Enn Saar, kes koos Sak-sa ja Soome kolleegidega jrgmise plvkonna pro-grammissteemi arendab. Suuremastaabilisi N-ke-ha mudeleid kasutame me pidevalt nii struktuuri arengu phimtteliste ksimuste uurimisel kui vaatlusvalimitega vrdlemisel. Praegu on meie peamine mudelispetsialist Ivan Suhhonenko, kes hiljuti kaitses doktorit. ks levinumaid mudeli-te rakendusi on numbriliste vaatlusvalimite gene-reerimine. Neid saab arvutada palju ja Monte-Carlo meetodil hinnata modelleeritavate vaatlus-valimite statistikute jaotusi. GALAKTIKAD

Traveres on olnud pikaaegseks traditsiooniks ga-laktikate dnaamika uurimine ja nende dnaami-liste mudelite koostamine, lhtudes vaatlusand-metest (Grigori Kuzmin, Jaan Einasto). Praegu jt-kab seda suunda Peeter Tenjes, kes on modellee-rinud lhedasi hsti vaadeldud galaktikaid. Ole-masolevate galaktikamudelite puuduseks oli see, et need ei arvestanud tumeaine halosid galaktikate mber. Koos Jaan Einastoga koostas Peeter Tenjes mitmeid mudeleid lhedaste hiidgalaktikate kohta. Koos kolleegidega Itaaliast koostas Tenjes galak-tiliste kiirusvljade kataloogid, mis on vga vaja-likud vaatluste interpreteerimisel. ks huvitava-maid galaktikamudelite rakendusi oli praegu kii-resti Galaktikast kaduva the snnikoha ennusta-mine. See lubas hinnata ka phjusi, miks vahete-vahel thed Galaktikast vlja visatakse.

Galaktikate evolutsioonis on olulisel kohal nende keemiline evolutsioon kuidas aja jooksul vahetu-vad thtede plvkonnad ja kuidas rikastub galakti-line aine raskemate keemiliste elementidega (kos-moloogia ennustab, et alustasime praktiliselt ainult vesiniku ja heeliumiga). Et vaatlustest evolut-siooni kohta jreldusi teha, on vaja galaktikate mudeleid, mille heks oluliseks lhtepunktiks on vaadeldud ja mudelleeritud thtede arengulood, nn trekid. Selliste mudelite koostamine, nende vrd-lemine vaatlustega ja galaktikate varase arengu jlgimine on olnud Peeter Traadi phitegevuseks.

Traadi mudelid kuuluvad praegu galaktikate evo-lutsiooni rahvusvahelisse standardsesse andme-baasi.

Galaktikate evolutsiooni saame viimasel ajal ka vaatluslikult jlgida, eriti tnu Hubble kosmosete-leskoobile, mis lubab vaadelda kaugeid ja seega palju nooremaid galaktikaid kui me lhedal ne-me. Peeter Tenjes ja Antti Tamm on selleks tks kasutanud Hubble arhiivi ja uurinud paljusid kaugeid galaktikaid. Ka see andmettlus on hell, kuna objektid on vga nrgad. Nited mnest tpilisest kaugest galaktikast on toodud joonisel 4. Mrates nende galaktikate omadusi ja vrrel-des neid praeguste galaktikatega, saamegi teada, kuidas galaktikate areng tegelikult toimub, ja kontrollida arenguteooriaid.

Galaktikate tekke mistmiseks on oluline teada, kuidas tekkis meie Galaktika, milline on selle tpne ehitus ja leida, kas Galaktikas on veel jlgi tema tekkeperioodist. Kuigi ldine tihedusjaotus Galaktikas paistab keskeltlbi pris sile olevat, on viimasel ajal leitud erinevaid struktuure thtede kiirusjaotuses (thevooge). Suuri lootusi nende uurimiseks pannakse kosmosemissioonile Gaia, mis peaks mtma pea miljardi the kaugused ja kiirused. Selle missiooni ettevalmistamisel on pik-ka aega ttanud Valeri Maljuto, kes tegeleb the-klassifikatsioonimeetoditega. Gaiaga on tegevad ka meie thefsikud.

Peale thtede on galaktikate oluliseks komponen-diks galaktiline gaas, millest thed tekivad. Gaasi on massina kll palju vhem kui thti, aga vaa-deldav on see hsti. Galaktilise gaasi kiiruste ja ruumjaotuse uurimisega tegeleb Urmas Haud. See t algab vaatluslevaadete hoolika ttlemisega, nn komponentide eraldamisega, mistmisega, kust raadiosignaal prit on ja Galaktika ehituse kirjel-damisega gaas jlgib vga hsti Galaktika gravi-tatsioonivlja. ks gaasimistatusi, millega Urmas tegelenud on, on kiired vesinikupilved, mis nivad kaugelt Galaktikasse kukkuvat, ja nende grupid, mis moodustavad kette Galaktilises taevalaotuses. Urmas Haud on leidnud mitmeid selliseid kette, jnukeid lagunevatest kaaslasgalaktikatest, nida-tes, et Galaktika varane areng on olnud tormiline.

17

Meie Galaktika kuulub nn hiidgalaktikate hulka. Need on galaktikad, mis on hsti vaadeldavad ja moodustavad philise osa ka kaugetest galaktika-kataloogidest ja suuremastaabilisest struktuurist. Kui aga galaktikaid kokku lugema hakata, leiame, et hiidgalaktikatest palju enam on oluliselt vik-semaid, kbusgalaktikaid. Osa neist on kompakt-sed ja hsti uuritavad, kuigi ainult lhedal, sest kaugel nivad nad meie teleskoopide jaoks juba liiga tuhmid. Suur osa kbusgalaktikatest on aga ka lhedal halvasti vaadeldavad, sest nende pind-heledus on vga vike, enamasti alla taeva foo-ni. Nende ehitus ja evolutsiooniline staatus on paljuski mistatuslik ja ei taha veel hsti mahtuda standardse struktuuri arengupildi raamidesse. Sel-liseid galaktikaid on vaadelnud ja nende omadusi uurinud Jaan Vennik.

Jaan Vennik on eraldi uurinud ka galaktikaid, mis paiknevad thikutes. Kuigi suuremastaabilises struktuuris vaadeldavad thikud on vga thjad, leiab seal siiski nrku galaktikakette ja galakti-kaid. Kuna nende galaktikate tekkelugu pidi olema oluliselt erinev harilike galaktikate tekkeloost, mis elavad gruppides ja parvedes, on huvitav teada, millised need galaktikad on ja vrrelda neid le-jnutega.

ks erinevustest on kindlasti omavahelise vastas-mju puudumine. Grupigalaktikates on tihti nha struktuuri moonutusi, mis viitavad sellele, et ga-laktikad on omavahel prkunud. Prkeks piisab ka lhedasest mdalennust. Uurides nende galakti-kate omadusi, saab leida, mis protsesse prked edendavad. Enamasti viivad need thetekke kiire-nemisele. Interakteeruvate galaktikate krval on Jaan Venniku meelisteemaks ka aktiivsed galak-tikad, kus galaktika tuumas asuv mootor (arva-tavasti must auk) ainet ktab ja seelbi kiirgust tekitab. KOKKUVTE, PERSPEKTIIVID

Meil pole olnud kombeks teha nii pikaajalisi kokkuvtteid oma tegevusest. Lugedes kokku nen-de viieteistkmne aasta jooksul ilmunud raamatud, artiklid ja saadud tulemused, llatusime isegi. Td on tehtud palju, mitmed tulemused saadud maailmas esimesena ja kosmoloogia arengut on

Joonis 4. Kauged galaktikad Hubblei kosmoseteleskoobi arhiivist.

18

mjutatud pris tublisti. Vast on phjus ka selles, et kosmolooge oli varem oluliselt vhem kui nd. Tnu uutele vaatlusvimalustele on kosmoloogia, eriti selle vaatluslik osa, muutumas suuresti inse-neriteaduseks, kus metoodika on paljuski fiksee-ritud ja oluline on phiparameetrite tpsustamine. Me oleme suutnud ka uute muutustega kaasa min-na, osaledes nii uute vaatlusandmete mtestamisel (viimase aja td 2dFGRS ja SDSS levaadete kohta) kui uute vaatlusprojektide ettevalmista-misel (Gaia, Planck). Kuna meie kontaktid kollee-gidega muudest riikidest on jtkuvalt tugevad, ga-ranteerib see ka Eesti kosmoloogia liikumise sa-mas frondis muu maailmaga. Oluline on noorte magistrite ja doktorite pidev teke, mis kindlustab jrjepidevuse. Rm on tdeda, et andekaid noori on. Suuremate projektide rahastamiseks pole meil vahendeid, kuid nendes osaleme rahvusvahelise koost raames. Kokkuvtteks Eesti kosmoloo-gia on pris korralikul jrjel, heade traditsiooni-dega ja arenemisvimeline. VIITED

Andernach, H., Tago, E., Stengler-Larrea, E. 1995. A compilation of measured redshifts of ACO Clusters. Astrophys. J. Lett., 31, 27.

Bond, J. R., Kofman, L., Pogosyan, D. 1996. How filaments of galaxies are woven into the cosmic web. Nature, 380, 603.

Einasto, J., Einasto, M., Gottloeber, S., Muel- ler, V., Saar, V., Starobinsky, A. A., Tago, E., Tucker, D., Andernach, H., Frisch, P. 1997. A 120 Mpc periodicity in the three-dimensional distri-bution of galaxy superclusters. Nature, 385, 139.

Einasto, J., Einasto, M., Tago, E., Starobinsky, A. A., Atrio-Barandela, F., Mller, V., Knebe, A., Cen, R. 1999. Steps toward the Power Spectrum of Matter. III. The Primordial Spectrum. Astro-phys. J., 519, 469.

Einasto, J., Htsi, G., Einasto, M., Saar, E., Tuc-ker, D. L., Mller, V., Heinmki, P., Allam, S. S. 2003. Clusters and superclusters in the Sloan Digital Sky Survey. Astr. Astrophys., 405, 425.

Einasto, J., Saar, E., Einasto, M., Freudling, W., Gramann, M. 1994. The fraction of matter in voids. Astrophys. J., 429, 465.

Einasto, M., Einasto, J., Mller, V., Heinm- ki, P., Tucker, D. L. 2003. Environmental enhan-cement of loose groups around rich clusters of galaxies. Astr. Astrophys., 401, 851.

Einasto, M., Einasto, J., Tago, E., Dalton, G. B., Andernach, H. 1994. The structure of the universe traced by rich clusters of galaxies. Mon. Not. Roy. Astr. Soc., 269, 301.

Einasto, M., Tago, E., Jaaniste, J., Einasto, J., Andernach, H. 1997. The supercluster-void net-work. I. The supercluster catalogue and large-scale distribution. Astr. Astrophys., 123, 119.

Gramann, M. 1993. An improved reconstruction method for cosmological density fields. Astro-phys. J., 405, 449.

Gramann, M., Bahcall, N. A., Cen, R., Gott, J. R. 1995. Large-scale motions in the universe: Using clusters of galaxies as tracers. Astrophys. J., 441, 49.

Haud, U. 2000. Gaussian decomposition of the Leiden/Dwingeloo survey. I. Decomposition algo-rithm. Astr. Astrophys., 364, 530.

Htsi, G. 2005. Acoustic oscillations in the SDSS DR4 Luminous Red Galaxy sample power spectrum. Astr. Astrophys. (accepted)

Jones, B. J., Martinez, V. J., Saar, E., Trimble, V. 2005. Scaling laws in the distribution of galaxies. Rev. Mod. Phys., 76, 1211.

Martinez, V. J., Saar, E. 2003. Statistics of the ga-laxy distribution. Chapman & Hall/CRC Press.

Schmoldt, I. M., Saar, V., Saha, P., Branchini, E., Efstathiou, G.P., Frenk, C. S., Keeble, O., Mad-dox, S., McMahon, R., Oliver, S., Rowan-Robin-son, M., Saunders, W., Sutherland, W. J., Tadros, H., White, S. D. M. 1999. On density and velocity fields and beta from the IRAS PSCZ survey. Astron. J., 118, 1146.

19

Suisalu, I., Saar, E. 1995. An adaptive multigrid solver for high-resolution cosmological simula-tions. Mon. Not. Roy. Astr. Soc., 274, 287.

Tenjes, P., Haud, U., Einasto, J. 1994. Galactic models with massive coronae. IV. The Androme-da galaxy, M 31. Astr. Astrophys., 286, 753.

Tenjes, P., Einasto, J., Maitzen, H. M., Zinnec-ker, H. 2001. Origin and possible birthplace of the exteme runaway star HIP 60350. Astr. Astrophys., 369, 530.

Tucker, D. L., Oemler, A., Jr., Kirshner, R. P., Lin, H., Shectman, S. A., Landy, S. D., Schech-ter, P. L., Muller, V., Gottlober, S., Einasto, J. 1997. The Las Campanas Redshift Survey galaxy-galaxy autocorrelation function. Mon. Not. Roy. Astr. Soc., 285, 5. Vennik, J., Hopp, U., Popescu, C. C. 2000. Sur-face photometry of emission-line galaxies in low density regions. Astr. Astrophys., 142, 399.

21

THED NHTAVA UNIVERSUMI PEAMISED EHITUSKIVID

Laurits Leedjrv Tartu Observatoorium

SISSEJUHATUS

Vhemalt 1970. aastateni olid thed meie maail-mapildis Universumi thtsaimad koostisosad. Siis selgus, et suurema osa Universumi massist moo-dustab hoopis nhtamatu tume aine, mille olemus on seniajani saladuseks jnud. Tumeda energia avastamine 20. sajandi lpul li pildi veel rohkem segi, meile tuntud baronaine osakaal praegu tea-daolevas Universumi energiabilansis on vaid ca 4,5%. Baronaine omakorda esineb mitte ainult thtedena, vaid ka galaktikatesisese ja galaktikate-vahelise gaasina, seega on thtede osa Universumi energiatiheduses sna tagasihoidlik.

Ometi on thtedel vga oluline roll Universumi no kujundamisel. Kui mingil moel oleks tekkinud thtedeta Universum veidi teistsuguste fsika universaalkonstantide puhul oleks see tiesti vi-malik ei leiduks ei selle raamatu tegijaid-luge-jaid, ei maakera ega teisi planeete. Meie tavap-rane maailm koosneb valdavalt neist keemilistest elementidest, mis on snteesitud thtede kui ter-motuumareaktorite sisemuses. Suure Paugu jrgne Universum koosnes vaid vesinikust ja heeliumist, kik raskemad aatomituumad seega siis ka ni-teks meie kehad on prit thtedest. Aga kllap sama oluline on ka thtede roll fsikalaborina, kus loodus vimaldab meil uurida ainet sellistes tingimustes ja olekutes, mida me maapealsetes laborites ise luua ei suuda. Niteks neutronthe ti-hedus on kujutlematu selle saaksime, kui kuida-gi nnestuks kogu planeet Maa kigi oma asuka-tega suruda kokku umbes 300-meetrise lbim-duga kerasse. TARTU THETEADLASED TEOREETIKUTE JA VAATLEJATENA

Thed on muutunud lihtsalt geomeetrilistest keha-dest Universumis astrofsikaliste uuringute ob-

jektiks. Eesti astronoomid on selle arenguga kaa-sas kinud. Tundub hmmastavgi, et vhem kui kakssada aastat tagasi, kui Friedrich Georg Wil-helm Struve Tartu Thetornis regulaarseid astro-noomilisi vaatlusi alustas, ei teadnud maailmas keegi, kui kaugel asuvad thed ja mida nad ieti endast kujutavad. Heleda the Vega parallaksi mtmisega andis Struve esimese astronoomina mingi ettekujutuse thtede kaugustest. Teinegi kord on Tartu astronoomid olnud Universumi mastaapide paikapanemise juures. 1922. aastal avaldas Ernst Julius pik t Andromeeda uduko-gu kauguse mramisest, kus ta nitas, et Andro-meeda nol on meil tegemist kaugel vljaspool Linnutee thessteemi asuva teise galaktikaga. pik oli ka esimesi maailmas, kes mistis ja ksitles thtede evolutsiooni enam-vhem nii nagu tnapevalgi.

Praeguse kirjutise eesmrk ei ole ammendav aja-looline levaade, vaid pigem tnase peva uuri-miste kirjeldamine. Seeprast tehkem jrgmine suur hpe 1947. aastasse, kui Tartu likooli The-torni ja Meteoroloogiaobservatooriumi baasil moodustati tollase Eesti NSV Teaduste Akadee-mia Fsika, Matemaatika ja Mehaanika Instituut. Esimesed thtedega seotud uurimisteemad olid seal planetaarudude pideva spektri tekkimine (aka-deemik Aksel Kipper) ning muutlike thtede fotomeetria (hilisem akadeemik Grigori Kuzmin). Veidi ehk ajalugu lihtsustades vime neis suunda-des nha vastavalt teoreetilise ja vaatlusliku astro-fsika algeid praeguses Tartu Observatooriumis.

Astronoomias, nii nagu teisteski loodusteadustes kivad teooria ja peaaegu pidin kirjutama eks-periment ksikes. Jah, eksperimenti asendab enamasti vaatlus, astronoomilisi objekte me ise mjutada ei saa, neid tuleb vtta nii, nagu nad ette antud on. Vaatlejad annavad teoreetikutele mater-

22

jali lahtimtestamiseks ja tlgendamiseks, teooria omakorda vib ennustada nhtusi, mida tuleb vaatlustega kontrollida jne. Samas ei ole piir teo-reetikute ja vaatlejate vahel alati heselt selge. Eriti kehtib see Eesti kohta, kus ilm htegi astro-noomi priselt vaatlustele phenduda ei lase ik-ka tuleb tegelda ka modelleerimisega ja vaatluste tlgendamisega. Teiselt poolt on niteks kaua-aegne teoreetilise astrofsika trhma juhataja akadeemik Arved Sapar ilmselt ainuke Eesti astronoom, kes on otse USAs Goddardi Kosmose-lendude Keskuses registreerinud vaatlusandmeid kosmoseobservatooriumist IUE (International Ultraviolet Observer). Jrgnevas pamegi mitte

tmmata eraldusjoont teoreetikute ja vaatlejate vahele, vaid pigem lhtuda uurimisobjektidest. KLMAD THED

Thtede phiomadustes (heledus, temperatuur, mass) valitseva mitmekesisuse saab kokku su-ruda hele suhteliselt lihtsale joonisele, mida ni-metatakse Hertzsprung-Russelli ehk HR diagram-miks (joonis 1). See nitab the absoluutse hele-duse (kiirgusvimsuse) sltuvust tema pinnatem-peratuurist. Tubli 90% meie Galaktika ligi 150 miljardist thest langevad sellel diagrammil sna kitsasse ribasse, mida nimetatakse peajadaks. le-jnud thed moodustavad niteks punaste hiidu-

Joonis 1. HertzsprungRusselli diagramm: valdav osa meie Galaktika thtedest kuulub diagonaalselt le pildi kulgevasse peajadasse. Pike kuulub spektriklassi G2, pinnatemperatuuriga ca 5800 K.

23

de, asmptootiliste hiidude, valgete kbuste jm jadasid. Kigi peajada thtede keemiline koostis on sna sarnane, kuid nende spektrid nevad ome-ti vga erinevad vlja. Temperatuuri jrgi jagatak-se thed spektriklassidesse, mida kuumematest klmemate poole jrjestades thistatakse O, B, A, F, G, K, M, L. Tinglik piir kuumade ja klmade thtede vahel on kuskil spektriklassi G kandis (meie Pike kuulub alamklassi G2) ehk ca 6000 K juures. Jahedaimate thtede pinnatemperatuurid jvad 20002200 K ringi.

Klmade thtede spektrites on vga arvukalt ato-maarseid neeldumisjooni, aga ka molekulaarseid ribasid. Tnu sellele on klmad thed head kee-mialaborid paljude keemiliste elementide sisal-duse kvantitatiivseteks mranguteks erinevalt kuumadest thtedest, mille spektrites domineeri-vad tavaliselt vesiniku, heeliumi ja vaid ksikute muude elementide jooned. Suuresti tnu klma-dele thtedele teame, et evolutsiooni kigus vib the pinnakihtide keemiline koostis muutuda s-gavamates kihtides tdeldud aine juab pinna-le, esialgu n- tavalisest thest vib saada ssi-niktht jne. Selliste asjade uurimisega on Travere thefsikud tkk aega tegelnud, eestvedajaks T-nu Kipper. Keemilise koostise kvantitatiivseks mramiseks kasutatakse tnapeval snteetilise spektri meetodit: theatmosfri mudeli alusel ar-vutatud spektrit vrreldakse vaadelduga. Keemi-liste elementide sisalduste ja muude parameetrite muutmisega otsitakse snteesitud spektri parimat kooskla vaatlustega.

Jahedamate thtede hulgas on ka mned eriti ise-ralikud objektid, mille puhul me saame jlgida theevolutsiooni reaalajas. Tavaliselt vtavad evo-lutsioonilised muutused aega sadu tuhandeid, mil-joneid vi isegi miljardeid aastaid, kuid asmp-tootiliselt hiidude jadalt lahkuvad thed teevad vahel lbi heeliumi shvatuslikke sttimisi the tuuma mbritsevas hukeses kihis. Tagajrjeks on kuude, aastate ja aastakmnete jooksul toimuvad mrgatavad muutused the pinnatemperatuuris ja muudes omadustes. Ka selliseid objekte on Tra-veres uuritud, FG Sge ja V4334 Sgr (ehk Sakurai objekt) on selle klassi tuntuimad esindajad. 2002.

aasta jaanuaris muutus kssarviku (Monoceros) thtkujus ootamatult heledaks ks tht, mida esialgu kahtlustati samasuguses kitumises (joonis 2). V838 Mon osutus siiski millekski muuks, seni-ajani pole selgeks saanud, mis seal tpselt toimus. Igatahes on see iseralik objekt pea kogu Travere thevaatlejate meeskonnale mitmeks aastaks td pakkunud. KUUMAD THED

Travere theuurijate traditsiooniliseks tmaaks on olnud ka thtede temperatuurijada kige kuumem ots: O-spektriklassi emissioonijoontega thed, Wolf-Rayet thed, nn heledad sinised muut-likud (LBV = Luminous Blue Variables), B- ja Be-thed jms. Enamasti on need mittestatsionaar-sed ehk muutuvalt muutlikud thed tundide, pe-vade, ndalate, kuude vi aastate ajaskaalas toi-muvad the heleduses, spektris ja muudes ilmin-gutes mrgatavad muutused, seejuures tavaliselt juhuslikult, mitte ennustatavalt. Kuumade thtede spektrid oma suhteliselt vikese joonte arvuga ni-vad esmapilgul lihtsamad kui klmade thtede omad. See niv lihtsus peidab endas aga infot kee-rukatest tormilistest protsessidest the pinnal ja selle lheduses.

Enamikku kuumi thti iseloomustab intensiivne aine vljavool ehk thetuul. Niteks Wolf-Rayet thed, mis on evolutsioonilises mttes sna kauge-learenenud objektid, vivad he aastaga kaotada 10-510-4 Pikese massi jagu ainet (Pikesel endal on see tempo ca 10-14 Pikese massi aastas). Tuge-vast thetuulest moodustunud mbristes tekivad the spektrisse sageli kiirgus- ehk emissioonijoo-ned, mille struktuuri ja muutlikkuse uurimine annabki infot the lhimbruses toimuva kohta. Thefsikas on ktte judnud aeg, kus paljud lihtsad klassikalised lhendused (niteks lokaalne termodnaamiline tasakaal, sfrilise smmeet-riaga homogeenne thetuul jne) on loovutanud ko-ha keerukatele detailsetele modelleeringutele. On saanud selgeks, et thetuules leiduvad mrkimis-vrsed ainetihendused ehk klombid, mille ole-masolu avaldub niteks muutlike kitsaste neeldu-miskomponentidena laiade kiirgusjoonte taustal.

24

Joonis 2. Iseraliku kiiresti evolutsioneeruva the V838 Mon spektrite ajaline muutlikkus 2002. a kevadtalvel. Vaat-lused on tehtud Travere 1,5-meet-rise teleskoobiga ajavahemikus 4.02.25.03 2002. Joonis 3. Kiirgusvoog A-spektriklassi pea-jada the atmo-sfris sltuvalt lainepikkusest (na-nomeetrites) ja s-gavusest. Sgava-mates ja kuume-mates kihtides (suurem kihi jrje-korranumber) nih-kub konstantne kiirgusvoog lhe-mate lainepikkuste suunas. Nha on voohpped vesini-ku ja heeliumi aatomite ioniseeri-mise lainepikkuste juures ning kige tugevamate neel-dumisjoonte poolt tekitatud triibud.

25

Tiit Nugis, Indrek Kolka, Kalju Annuk ja mitmed nende pilased on need spetsialistid, kes kuumade thtede uuringuid edasi viivad. Vaatlused ja teoo-ria kivad ksikes. Veidi teise kandi pealt lhe-nevad sarnastele probleemidele ka Arved Sapar, Lili Sapar, Raivo Poolame jt teoreetikud, kes panevad pearhu fsikaliste protsesside mist-misele theatmosfrides ja thetuules. Nad on ar-vutanud analtilisi lahendeid mitmesugustele kiirguslevi lesannetele kuumade thtede atmo-sfrides ja thetuules, nagu niteks spektrijoonte profiilide kujunemine klombilise struktuuriga t-hetuules. Viimase aja suurem t on olnud origi-naalse tarkvarapaketi SMART loomine ja tiusta-mine see vimaldab modelleerida theatmosfri plasma fsikalist olekut, arvutada kiirgusvoogu theatmosfris (joonis 3) ning detailset thest vljuvat spektrit lainepikkuste vahemikus 203000 nm. Seejuures on vimalik arvestada the-ketta reletumenemise efekti, the kiiret pr-lemist, liikuvaid aineklompe jne. Vrreldes mujal kasutatavate analoogiliste programmidega on SMART silmatorkavalt lhike ja lihtsa struktuu-riga.

Anna Aret ja Arved Sapar on ette vtnud veel he kuumade thtede alaliigi: anomaalse keemilise koostisega A-spektriklassi thed, mille atmosf-rid sisaldavad mningaid keemilisi elemente, niteks elavhbedat ja mangaani, harjumatult palju. Sealjuures on ka nende elementide isotoop-koostis tavaprasest kosmilisest erinev. Sellise olukorra kujundajaks on keerukas fsikaliste nhtuste kompleks, mis hlmab gravitatsiooni-judu, kiirgusrhku, magnetvlja jm. Eriti oluline on aga nn valgusindutseeritud triiv, mille puhul kiirgusvoo asmmeetria spektrijoones phjustab niteks elavhbeda raskete isotoopide leskerki-mise ja kergete isotoopide vajumise sgavama-tesse atmosfrikihtidesse. Need arvutused on sa-muti tehtud paketi SMART abil, lisades sinna tiendavad moodulid valgusindutseeritud triivi ar-vutamiseks. KAKSIKTHED

Eri hinnangutel kuulub vhemalt 5070% kigist thtedest kaksik- ja mitmikthtede koosseisu. T-

nu sellele, et kaksikthe komponendid tiirlevad mber ssteemi masskeskme ammu teadaolevate Kepleri seaduste jrgi, on kaksikthed praktiliselt ainuke vimalus thtede masside dnaamiliseks mramiseks. Kui veel kaksikthe orbiidi tasand on sellise orientatsiooniga, et neme thevarjutusi, annab see tiendavad vimalused thtede ja nende orbiitide lineaarmtmete mramiseks. Suure osa kaksikthtede puhul mjutavad komponendid tei-neteise elukiku. Seetttu ei saa htegi korralikku thtede ehituse ja evolutsiooni teooriat les ehi-tada ilma thtede kaksiklust arvestamata.

Traveres tegeldakse mitut tpi kaksikthtedega. Paljudel juhtudel tuleb lisaks kahele thekompo-nendile tegemist teha veel nende vahel vi mber leiduvate gaasikogumitega gaasijoad, akretsi-oonikettad, sfrilised mbrised jne. Izold Pustl-nik on teoreetikuna modelleerinud mitmeid keeru-kaid kaksikssteeme ja defineerinud uue varju-tusmuutlike thtede alaliigi gaasvarjutusmuut-likud kaksikthed. Koos noore kolleegi Vladislav-Veniamin Pustnskiga tegelevad nad nd pea-miselt selliste kaksikssteemidega, millest tulevi-kus saavad kataklsmilised muutlikud suhteliselt levinud ja palju uuritud, kuid siiski keerukad ja kohati mistatuslikud ssteemid, mis koosnevad jahedast punasest peajada kbusthest ja kuumast valgest kbusest. Kaaslasthe tugeva kiirgusvlja mjul peajada the atmosfris toimuvate fsika-liste protsesside detailne modelleerimine vimal-dab paremini mista mitmeid nhtusi, mis on olu-lised ka teist tpi kaksikthtede puhul.

heks uurimisobjektiks on ka nn Be-rntgenkak-sikud. Be-thed on kuumade B-spektriklassi th-tede alaliik, millel tnu kiirele prlemisele on mber muutlik gaasketas. Kui selline tht moo-dustab kaksikssteemi neutronthega, vib le-voolavate gaasijugade ja -klompide prkumisel neutronthega tekkida tugev rntgenkiirgus. Sel-liste ssteemide spektroskoopiline ja fotomeet-riline monitooring, milles Indrek Kolka juhenda-misel osalevad pea kik thevaatlejad, annab lh-tealused muutlikkuse phjuste vljaselgitamiseks. Lppkokkuvttes aitab see paremini mista suure massiga thtede evolutsiooni ja nende rolli aine ringkigul Universumis.

26

Kaks rmust koos klm punane hiidtht ja val-ge kbus, mille pinnale akreteeritud aines stti-vad termotuumareaktsioonid ja mille temperatuur tnu sellele vib ulatuda le 100 000 K moo-dustavad smbiootilised kaksikthed, millega te-gelevad peamiselt Laurits Leedjrv ja Alar Puss, vaatlustes osalevad aga jllegi kik vaatlejad. Smbiootilised thed on sisemiselt sna hetero-geenne klass, kus vib omakorda eristada mitmeid alamklasse ja soliste. ks viimastest on CH Cygni, mille iserasused ei sobi htegi klassifikat-siooniskeemi. Seda thte on Traveres uuritud juba 1968. aastast alates (uuritakse muidugi ka mujal), kuid ikkagi ei ole selge, millised protses-sid tpselt toimuvad valge kbuse pinnal ja mb-ruses, milles seisneb CH Cygni olemuslik erine-vus teistest smbiootilistest thtedest jne. Selle teema all viks mainida ka mningaid teisi kl-mast ja kuumast komponendist koosnevaid kak-sikssteeme, mille uurimiseni Traveres on huvi smbiootiliste thtede vastu viinud niteks pu-nase lihiiuga VV Cephei tpi thed vi oranist hiiust ja Be-thest koosnev AX Monocerotis. MUID THEFSIKUTE ETTEVTMISI

Mningaid thefsikute uurimisi on parem kir-jeldada mitte objektiphiselt, vaid n- horison-taalselt. Olgu siin heks niteks kiirguslevi teoo-ria, millega tegeleb Tnu Viik. Ei ole vast liialdus elda, et kiirguse lekande probleem astrofsikas on peaaegu sama fundamentaalne nagu kauguste ksimus kui me kuidagi saaksime teada tpsed kaugused kigi meid huvitavate taevakehadeni, oleks pilt Universumist palju selgem. See pilt omakorda baseerub aga praktiliselt ainult taeva-kehadelt tuleval elektromagnetkiirgusel. Tpne teadmine sellest, kuidas kiirgus oma tekkimise kohast lbi erinevate keskkondade (the ja selle atmosfri eri tihedustega kihid, akretsioonikettad, thtedevaheline aine, planeedi atmosfr jne) vaat-lejani juab, vimaldab paremini taastada ka kiirgava objekti omadusi. Kiirguse lekande vr-rand on ks astrofsika phialuseid, millele on leitud tuhandeid lahendeid. Ka Traveres otsitakse lahendeid teatud erijuhtudele, kasutades nii ana-ltilisi kui numbrilisi meetodeid ning ksitledes

seejuures polarisatsiooniefekte, magnetvlju jm nhtusi.

Astronoomiliste vaatluste tulemuseks on sageli aegread, mis kirjeldavad he vi mitme suuruse muutumist ajas. Matemaatilised meetodid aegri-dade analsiks on enamasti meldud ridadele, kus mtmised on tehtud vrdsete ajasammude ta-gant. Astronoomiliste vaatluste eripra (ilm, teles-koobi kttesaadavus jms) tekitab aga tavaliselt ebahtlase sammuga aegread. Selliste aegridade statistilise analsi meetodite vljattamisega ja rakendustega tegeleb matemaatikuharidusega ast-ronoom Jaan Pelt. Tema loodud programmipakett ISDA on kasutusel mitmes maailma observatoo-riumis. Tervameelsed meetodid on lubanud raken-dusi vga erinevate astrofsikaliste objektide ja probleemide puhul: pulseeruvad thed, nn plekili-sed thed, sealhulgas ka meie Pike, gravitatsioo-niltse efektist tingitud kaksikkvasarid jpm. Vii-maste juurest on saadud ka sltumatu hinnang kosmoloogias vga olulisele Hubble'i konstandile. Viimasel ajal vljaarendatud ajas muutlike spekt-rite ttluspakett on lisaks astrofsikale leidnud rakendust ka niteks Tallinna Tehnikalikoolis apatiitide termilise kitumise uurimisel.

Aastal 2012 plaanib Euroopa Kosmoseagentuur (ESA) orbiidile saata he ilmselt lbi aegade olu-lisima astronoomilise missiooni GAIA, mis viib lbi omamoodi rahvaloenduse meie Galaktikas. Vhemalt miljardi objekti kohta saadakse viie aasta jooksul tpsed fotomeetrilised mtmised, paljude kohta aga veel muidki andmeid. Peatule-museks oleks miljonite objektide tpsed kaugused, mis kokkuvttes annab Galaktika kolmemtme-lise pildi, aga samuti palju uut thtede fsikaliste karakteristikute kohta. Selliste projektide etteval-mistamine kestab aastaid ning nuab paljude as-jade lbimngimist maapeal. Ka Travere the-fsikutel on siin oma roll tita, aidates vlja va-lida kige sobivamat fotomeetriliste filtrite komp-lekti, mis suudaks eristada vimalikult paljusid thetpe. Seejuures leiavad kasutamist just meie kogemused emissioonijoontega mittestatsionaar-sete thtede spektrite uurimisel. Nende tdega tegeleb Indrek Kolka koos mitmete lipilastega, kes tenoliselt saavadki olema GAIA tulemuste

27

peamised kasutajad. Need tulemused saavad ju avalikuks alles prast aastat 2017. Objektide automaatse klassifikatsiooni probleemidega GAIA tulevases tohutus andmebaasis tegeleb ka Valeri Maljuto. EDU TULEB KOOSTS

Tnapeva teadus on rahvusvaheline nhtus. Koost algab tegelikult juba n- rohujuure tasandil niteks sellest, et vaatleja ksi ei saa hakkama teleskoobi ja sinna juurde kuuluva kee-ruka tehnika hooldamisega, vaja on ka teleskoobi-

insenere. Traveres kasutatakse viimasel ajal kaht teleskoopi. 1,5-meetrine teleskoop (vt foto) ttab koos Cassegraini fookusesse kinnitatud difrakt-sioonspektrograafiga, spektrite registreerimiseks kasutatakse nn CCD (Charge Coupled Device) kaamerat. Teine teleskoop on lbimduga 0,6 meetrit, seda kasutatakse thtede heleduse mt-miseks erinevates lainepikkuse piirkondades ehk siis fotomeetriaks. Kiirgusvastuvtjaks on jllegi moodne CCD kaamera.

Eesti kliima vimaldab muutlike thtede pikaaja-list monitooringut. Eriti suurt teleskoopi detailse-

1,5-meetrine teleskoop AZT-12 ja selle kljes ttav difraktsioonspektrograaf ASP-32 koos CCD-kaa-meraga Orbis-1 on Travere thefsikute ks peamisi tvahendeid (foto: Kalju Annuk).

28

mateks uuringuteks pole aga mtet siia les panna, selliste riistade jaoks tuleb valida hea kliimaga koht mgedes. nneks on paljud suured teleskoo-bid kigile astronoomidele phimtteliselt vabalt kttesaadavad, on vaja vaid teaduslikult hsti ph-jendatud vaatlusprogrammi. Praktikas mujal vaat-lusaega saada siiski nii lihtne ei ole, meie otsesed kogemused piirduvad peamiselt Venemaa 6-meet-rise teleskoobiga ja La Palma saarel (Kanaarid) asuva 2,56-meetrise Phjamaade teleskoobiga. Kuid koosts teiste astronoomidega on kasutatud ka paljude muude teleskoopide andmeid. Tartust Brsselisse siirdunud doktorant Taavi Tuvikene on kinud vaatlemas nii Luna-Aafrikas kui Lu-na-Ameerikas.

Hea, kui on koost ka vaatlejate ja teoreetikute vahel. Nii see meil enamasti on. Travere pole ainuke thtede uurimise koht Eestis. Tartu likoo-li professor Ene Ergma on kll mnda aega aktiiv-sest uurimistst krval, kuid tema td millise-kundiliste pulsarite ja muude kompaktsete objek-tide kohta on vast tuntuimad eestlastest theuurija-te tde hulgas. Thtedega tegeldakse ka Tallinna Tehnikalikooli Thetornis Glehni pargis. Seal kogutud pikad vaatluste read, mille korrastamise-ga tegelevad Voldemar Harvig ja Vladislav-Ve-niamin Pustnski, on toeks ka Travere teadlaste tle. Varase Universumi ehk esimeste thtede ja galaktikate tekke uurimine viib jrjest sveneva-tele seostele thefsika ja kosmoloogia vahel. Selle koost heaks niteks on 2005. aasta augus-tis Tartus hiselt korraldatud rahvusvaheline kon-verents thtede evolutsioonist madala metallisisal-duse puhul. Rahvusvahelisi nupidamisi on the-

fsikud korraldanud ka varem, niteks 1999. aas-tal thetuule termilisest ja ionisatsioonilisest struk-tuurist ning 2002. aastal GAIA fotomeetria t-grupi koosolek. Igal astronoomil on mni koos-tpartner Euroopas vi mujal, kellega vahel sagedamini, vahel harvemini kontakteerutakse ja hiseid teadusartikleid kirjutatakse. Kigi leslu-gemine lheks pikale, mainigem vaid mningaid kohti ja asutusi, millega viimastel aastatel tihe-damaid sidemeid on olnud: Helsingi, Turu ja Oulu likoolide observatooriumid, Lund ja Uppsala, Vilnius, Torui likool Poolas, Slovaki ja Tehhi Teaduste Akadeemiate instituudid, Budapest, Ut-recht, Kopenhaagen, Brssel, Pariis, Kanaari Ast-rofsika Instituut (La Laguna, Tenerife), Smith-soni Astrofsika Keskus (Harvard, USA), ...

Nii nagu thed moodustavad thise osa Univer-sumi energiabilansist, on ka Eestis tehtav thetea-dus tilluke osake maailmakultuurist. Ometi on iga osake thtis, tervikpildi kokkupanemiseks on kigi jupingutused vajalikud. Kui Eestis ei oleks kom-petentsi astrofsikas, kaoks peagi vastav petus likoolidest. Ega siis koolideski kauaks teadjaid petajaid jtkuks..., reaalalasid ppima asuvate noorte arv vheneks veelgi, teadmistephine Eesti kaugeneks reaalsest Eestist. Thtede uurijad, koos-ts teiste astronoomide ja fsikutega, pavad vltida sellise stsenaariumi teokssaamist.

Lpetuseks tahaksin tnada kiki kolleege, kelle tvilju olen levaates kasutanud nii neid, kel-lega on aastaid koos thti nritud, kui ka noori magistrante ja doktorante, kes on meiega entu-siastlikult liitunud, et theuurimine Traveres ka tulevikus jtkuks.

29

MAA ATMOSFR JA KLIMATOLOOGIA

Kalju Eerme Tartu Observatoorium

SISSEJUHATUS

Maa atmosfr moodustab veidi vhem kui he miljondiku planeedi kogumassist. Atmosfri uurimine toimub tihedas rahvusvahelises koos-ts, millesse suurte riikide panused ning kulu-tused on mtmatult suuremad kui vikeriikide omad. Atmosfr teeb ja toob kohale meie iga-pevast ilma. Ekstreemsed ilmastikunhtused ph-justavad kuni 95% kigist loodusnnetuste tekita-tud materiaalsetest kahjudest. Nii kliima muutu-mise kui looduskatastroofide ennustuse adekvaat-sus annab suuri eeliseid karmis tulevikumaailmas toimetulemiseks. Niisiis on ka nii vikeses riigis kui Eesti otstarbekas ilma, kliimat ja atmosfri ldse professionaalsel tasemel uurida ja pidada ennast kursis kigega, mida muu maailm selles vallas teeb. ATMOSFRIFSIKA EESTIS ENNE JA PRAST TAASISESEISVUMIST

Atmosfriuuringud on saanud alguse ilmavaat-lustest ja vajadusest ilma ennustada. Kaasaegsele meteoroloogiale ja atmosfrifsikale Eestis on alusepanijaks 1865. a regulaarsete ilmavaatustega alustanud Tartu likooli meteoroloogiaobserva-toorium. Prast Teist maailmasda oleks rahvuslik teaduslik uurimist selles valdkonnas vinud ker-gesti lppeda. Thtis mrksna tuleviku suhtes on aktinomeetriajaam, mis ttab vljaspool linna 1950. aastast, kannab praegu ametlikult Tartu-T-ravere meteoroloogiajaama nime ning kuulub rah-vusvahelisse kiirgusmtmiste baasjaamade vrku BSRN (Baseline Surface Radiation Network). Mitmete asjaolude kokkusattumise tulemusel suunati Tartu likooli teoreetilise fsika erialal lpetanud hilisem akadeemik Juhan Ross (19252002) aktinomeetriajaama juhatajaks, tstis selle

peagi leliidulisele tipptasemele ja kujundas tea-dust baasiks. Tollases Fsika ja Astronoomia Instituudis arenes vlja praeguste mdupuude jrgi suur atmosfrifsika sektor, mille ttaja-test kuus inimest on kaitsnud N. Liidu doktori-kraadi. Neli sarnase mahuga td kaitsti juba taas-tatud Eesti Vabariigi ajal. Lisaks on kaitstud arvu-kalt kandidaadikraade. Edasine t viis Juhan Rossi ja paljud tema kaasttajad teemade juurde, millest on juttu kesoleva kogumiku teistes kirju-tistes. Praeguseni kuulub selle koolkonna esin-dajatele silmapaistev koht maailmateaduses nii kiirguslevi kui kaugseire teoorias. Tartu Observatooriumis on astrofsika ja atmos-frifsika mitu aastakmmet hise katuse all edenenud. Osa, enamikus astronoomiataustaga uurijaid, judis atmosfrifsikasse helkivate pilvede teema juurest, mille koordinaatoriks Eesti ja hiljem koguni kogu N. Liidu ulatuses sai amatrastronoomina alustanud Charles Villmann (19231992). Tihedad sidemed Moskvas N. Liidu Geofsika Komiteega ja selle kaudu muude mjukate ringkondadega vimaldasid 1960date lpuaastatel kavandada uuringuid N. Liidu orbi-taaljaamade pardalt. Uuringud kosmosest puuduta-sid mitte ainult helkivaid pilvi, vaid keskat-mosfri (stratosfri ja mesosfri, laias laastus krguste vahemikku 10100 km) laiemalt. Lgile psemisel mngis kindlasti olulist rolli asjaolu, et militaarringkonnad tundsid krgendatud huvi ki-gi loodusnhtuste vastu, mille esinemine vis kui-dagiviisi nende huvialuste objektide jlgimist se-gada. Atmosfri ja kliimat puudutav uurimist mnevrra viksemas mahus toimus samal ajal ka praeguses Eesti Meteoroloogia ja Hdroloogia Instituudis (EMHI), Eesti Agrometeoroloogia La-boratooriumis Sakus ja muidugi Tartu likoolis.

30

Meteorolooge-klimatolooge on seal koolitatud pa-ralleelselt nii geograafia kui fsikahariduse baa-sil. 1965. a likvideeritud astronoomia ja geof-sika kateedri asemele avati 1983. a taas geofsi-ka kateeder, praeguse keskkonnafsika instituudi eelkija. Selle esimeseks juhatajaks kutsuti Tartu Observatooriumist professor Olev Avaste (19331991). Paleoklimaatilised uuringud toimusid Eesti TA Geoloogia Instituudis ja koloogia Instituu-dis.

Kaua oodatud ja loodetud Eesti iseseisvumisega kaasnes suur mberhlestumine. Tegevteadlaste hulk tmbus kokku ja mitmesugused abiteenistu-sed kadusid hoopis. Atmosfriteadustes lppesid tielikult oma aparatuuriga tehtud vahetud uurin-gud kosmosest. Selle valdkonna insener-tehniline personal suundus tle teistele elualadele. Kosmo-seaparaatide projekteerimine ja valmistamine lp-pes ka TA Fsika Instituudis ning TA SKB allksustes. Liideti, lahutati ja likvideeriti ka mai-semate asjadega tegelenud ksusi. Enamikus at-mosfriteaduste likudes jtkus siiski uurimist varem vljakujunenud suundades ja on jtkuvalt olnud kllaltki edukas. Jrgneb pgus levaade kmnekonna viimase aasta tegemistest kiirguse ja klimatoloogia uuringute vallas. KLIMATOLOOGIA

Alates umbkaudu 1970. aastast theldatakse maa-ilmas loodusnnetuste sagenemist ja kilbile on tusnud osaliselt inimtegevusest phjustatud klii-ma soojenemise vimalus. Sellega on kaasnenud pidev huvi tus kliimamuutuste uurimise vastu. Ka Eestis talletatud ilmavaatluste arhiivimaterjalid ja muud kaasnevad andmed on sellel huvi kasvu taustal jrjest hoolikamalt lbi uuritud ja see t kestab Tartu likoolis (Jaak Jaagus, Hanno Ohv-ril, Piia Post jt), Tartu Observatooriumis (Olavi Krner, Viivi Russak) ja Eesti Mereakadeemias (Sirje Keevallik). Kliima muutumise otsest ph-justajat tuleb otsida atmosfri suuremtmelise tsirkulatsiooni muutustes. Ilma teeb antitsklonite ja tsklonite muster, mille vaheldumise klimaa-tilisi tagajrgi osutub otstarbekaks uurida teatud ilmastikuklasside e ilmamustrite esinemise sage-

duse alusel. Detailsemalt on seda Eesti kohta ol-nud vimalik uurida alates 1950. aastast. Mnede kliimakarakteristikute muutumist on vimalik ta-gasiulatuvalt jlgida isegi 19. sajandisse ulatuvalt. On selgunud, et tskliliselt vahelduvad pikeseli-semate ja vihmasemate ilmadega suved, samuti klmad ja heitlikud soojapoolsed talved ning eriti viimaste vaheldumisel on seos Phja-Atlandi ost-sillatsioooniindeksiga ja Arktilise ostsillatsiooni-indeksiga. Mlema indeksi positiivsed vrtused kajastavad keskmisest suuremat hurhu kontrasti subtroopiliste ja polaarlaiuste vahel ning htaegu tugevamat huvoolu lnest itta. Uuringud on sel-gelt nidanud, et kliima muutused Eestis on seotud lnevoolu tugevnemisega klmal poolaastal, eel-kige veebruaris ja mrtsis. Sellega kandub Phja-Atlandi kohalt ha rohkem soojemat hku kaugele sisemaale, phjustades temperatuuri tusu ja roh-kelt sademeid. Kui varasematel kmnenditel kul-ges lnevool le Eesti rohkem loodest, siis viima-sel ajal domineerib edela suund (S. Keevallik). Sa-muti on selgunud, et 20. sajandi keskpaiga rahuli-ku olukorraga vrreldes on meie kandis tormid sa-genenud ja tugevnenud nagu mitmel pool mujalgi.

Kliimamuutuste uurimisel rakendatakse fsikalist modelleerimist ja statistilisi meetodeid. Mlema meetodite klassi puhul on jreldused tundlikud mudeli adekvaatsuse ja algandmete tpsuse suhtes. O. Krner on hiljuti aegridade mittestatsionaarsuse kvantitatiivse analsi baasil kritiseerinud kliima antropogeense soojenemise lihtsustatud ksitlusi just rakendatavate meetodite matemaatilise kor-rektsuse seisukohalt ja nidanud vrate jrelduste vimalikkust.

Tartu likooli geograafia instituudis on Eesti taas-iseseisvumise jrel klimatoloogide keskseks uuri-misteemaks olnud kliima muutuste ja nende taga-jrgede kindlakstegemine. Vaatlusandmete phjal selgub, et 20. sajandi teisel poolel on toimunud ka Eestis mrkimisvrne hutemperatuuri tus. Aas-ta keskmine temperatuur on 50 aasta jooksul tus-nud enam kui 1C vrra. Soojenemine ei ole toimunud aastaringselt htlaselt, vaid selgelt aasta 45 esimese kuu arvel (joonis 1). Sealjuures on kige suurem temperatuuri tus olnud iseloomulik

31

mrtsikuule (ksikutes jaamades 35C, ranniku-jaamades vhem, Ida-Eestis enam). lejnud kuu-del aastast ei saa olulisest temperatuuri muutusest rkida.

Sademete hulk muutub aastati vga suurtes piirides ja selle muutumise trende pole vimalik niivrd kindlalt vlja tuua. Siiski nitavad vaatlusandmed klma aastaaja sademete hulga suurenemise ten-dentsi, mis on heas koosklas talvede pehmene-misega. Lumikatte ja jkatte parameetrites on theldatud statistiliselt olulist vhenemise tendent-si, mis on olnud tugevam Lne-Eestis ja nrgem ida pool, sealjuures Soome lahes.

Soojenemise tagajrjel on toimunud mrgatavad sesoonsed nihked. Kevadtalve ehk lume sulamise perioodi algus on nihkunud samal perioodil trendi jrgi enam kui kuu aega varasemaks. Ka varakeva-de (maapinna lpliku lumest vabanemise peva) algus on nihkunud ca kaks ndalat varasemaks, mis omakorda on phjustanud taimede varasema fenoloogilise arengu kevadel. KIIRGUSKLIMATOLOOGIA

Klimatoloogia kitsam valdkond kiirgusklimato-loogia uurib, kui palju langeb maapinnale pike-

sekiirgust, kui palju seda sealt tagasi lheb ja kui hsti-halvasti atmosfr mlemaid lbi laseb. Eesti kiirgusklimatoloogia kohta kiv teave on kigile kttesaadav Viivi Russaku ja Ain Kallise hiljuti koostatud Eesti Kiirguskliima Teatmikust (2003). Maailmas on viimastel kmnenditel sageli theldatud atmosfri lbipaistvuse vhenemist. Aastatel 19601990 kahanes see judsalt ka Eestis, kuid prast seda on lbipaistvus siin ja ka mujal paranenud. Selle kohta ilmus 2005. a mai-nekas teadusajakirjas Science suurt thelepanu ratanud artikkel, mille autorite hulka kuuluvad ka nimetatud teatmiku koostajad. Atmosfri lbi-paistvust reguleerivad temas sisalduv veeaur ja aerosoolid (joonis 2). Suuremad muutused tulene-vad aerosoolide sisalduse ja koostise muutumisest atmosfris (V. Russak, H. Ohvril jt). Eriti vhe-nes lbipaistvus 1982. a El Chichoni ja 1991. a Mt. Pinatubo vulkaanide vimsatele pursetele jrgnenud aastatel. Atmosfri lbipaistvuse para-nemisele on kindlasti kaasa aidanud senise suur-tstuse taandareng kogu Ida-Euroopas, sealhul-gas ka Eestis. V. Russak osales EL kolmanda raamprogrammi projektis Reduction of solar radi-ation by man-made aerosol in Europe ja Kesk-Euroopa likooli projektis Method for atmosphe-

-1

0

1

2

3

4

5

6

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

C

Vilsandi Vru Narva

Joonis 1. Kuu keskmise hutemperatuurimuutus trendi jrgi Vilsandi, V-ru ja Narva andmetel perioodil19512000.

32

ric transparency calculations. Pilvisuse osas on kige suuremaid muutusi theldatud mrtsikuu madalpilvisuses, mis vahemiku 19551995 jook-sul on tuntavalt kasvanud (S. Keevallik, V. Rus-sak). Kiirgusele atmosfris avaldab olulist mju ka lumikatte varasema sulamise tendents (Heino Tooming) ja tsklonaalse tegevuse intensiivistu-misest tingitud pikemad lumevabad episoodid kesktalvel. ATMOSFRIOSOON JA ULTRAVIOLETTKIIRGUS

Ultraviolettkiirguse uurimise lemaailmne buum algas paar aastat prast kevadise osooniaugu avas-tamist Antarktika kohal 1985. a. Eestis algasid at-mosfriosooni regulaarsed mtmised 1994. a ja erteemse (naha punetust ja pruunistumist tekita-va) UV kiirguse regulaarne registreerimine 1998. a algusest. Varem atmosfri kosmosest uurimise-ga tegelenud tgrupp (Uno Veismann, Kalju Eer-me jt) alustas uue temaatikaga juba 1993. a, kuid UV sensorite muretsemiseks polnud kohe vahen-deid. Senisest tegevusest leidis jtkuvat rakendust vaid aparatuuri uurimise ja energeetilise kalibratsi-ooniga seotu.

Praegu toimub tegevus kolmel suunal Eestis toimuvate lairiba ja kitsasriba UV mtmiste kva-

liteedi tagamine, ultraviolettkiirguse klimatoloogia Eestis tagasi kuni 1950. aastani ja UV spektrite regulaarne automaatne registreerimine ning ana-ls. On osa vetud EL 5. raamprogrammi projek-tist EDUCE (European Database for UV Climato-logy and Evaluation) ja praegu osaletakse COST 726 aktsioonis Long-term changes and climato-logy of UV radiation over Europe.

UV kiirguse mtmisest ja tagasiulatuvast kli-maatilisest rekonstrueerimisest ilmneb pikem keskmisest viksemate suvise poolaasta dooside periood 19771993 ja talvise kige pimedama 100 peva niigi vikeste dooside kahanemine 1997. aastast alates (joonis 3). Tartu likooli kesk-konnafsika instituudi (lle Kikas, Aivo Reinart) ja endise Prnu kurortoloogia instituudi (Mai Vaht) hisuuring maalhedase hukihi aerosoolide mjust UV doosidele ja UV kiirguse dooside m-just pevitajate immuunssteemile leidis mduka pevitamise korral pigem soodsa toime. Pris vii-masel ajal on UV kiirguse positiivsete efektide uurimise aktuaalsus maailmas tusuteel. Autor tnab mitmeid kolleege, eriti J. Jaagust ja V. Russakut, mitmete artiklis kasutatud faktiliste andmete, jooniste ja soovituste eest ning doktorant Ilmar Anskot jooniste vormistamisel osutatud abi eest.

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010Aastad

Opt

ilise

d pa

ksus

ed .

Aerosool Veeaur

12

1 El Chichon 2 Mt. Pinatubo

Joonis 2. Atmosfri aerosooli ja veeauru op-tilise paksuse muutumine 19502003.

33

Joonis 3. 1.1110.02 jook-sul horisontaalse-le pinnale lange-vad erteemse UV ja integraalse kiirguse doosid % 19532004 kesk-misest.

707580859095

100105110115120

1953

/54

1956

/57

1959

/60

1962

/63

1965

/66

1968

/69

1971

/72

1974

/75

1977

/78

1980

/81

1983

/84

1986

/87

1989

/90

1992

/93

1995

/96

1998

/99

2001

/02

Talv

(%)

integraalne kiirgus keskmise suhteserteemne kiirgus keskmise suhtes

35

SATELLIIDID JLGIVAD MAAD

Andres Kuusk Tartu Observatoorium

SISSEJUHATUS

Rohkem kui 40 aasta kestel jlgivad satelliidid Maad. Esimeselt Maa-lhedasele orbiidile viidud sputnikult saabusid raadiosignaalid 4. oktoobril 1957. Esmakordselt ngi inimene pilti Maast edastatuna USA satelliidilt TIROS-1 1. aprillil 1960 (vt foto). Rohkem kui kmne aasta kestel olid orbiidilt saadud kujutised nii vikese ruu-milise lahutusega, et maapealsed objektid ei olnud eristatavad satelliite kasutas ilmateenistus pilve-vljade muutuste jlgimiseks.

Taimkatte satelliidikaugseire algas Landsat seeria satelliitidega. Alates 1972. aastast on orbiidile vii-dud kuus Landsat seeria satelliiti, millest varase-mad edastasid maapinna kujutisi neljas optilises spektraalkanalis 79-meetrise lahutusega. Land-sat-4 pardal oli juba kuue optilise kanaliga skanner Thematic Mapper, mis mtis lelennul 185 km laiust maa-ala 30 m lahutusega. Landsat satelliidid vimaldasid alustada nii taimkatte globaalset mo-nitooringut kui ka snagi detailset pldude ja met-sade jlgimist. Ndseks on Landsati krval Maad jlgimas mitmeid uuemaid satelliite. Keskkonna monitooringul on oluline osa ka atmosfri seisun-di jlgimisel. Globaalne pilvisuse, atmosfri aerosooli, husaaste jlgimine on vimalik ksnes satelliitide abil. MDUSSTEEMID

Passiivse seire mdussteemid saavad informat-siooni maapealsetest objektidest neilt peegeldunud pikesekiirguse ja objektide soojuskiirguse vahen-dusel. Taimestiku kaugseires on valdavalt kasutu-sel optiline kiirgus nhtav ning lhis- ja keskmi-ne infrapunakiirgus, kus peegeldunud pikese-kiirgus varjutab omakiirguse. Maapinna heledust mdetakse spektraalsete mitmekanaliliste ska-

neerivate radiomeetritega, ruumilised lahutused mnest kilomeetrist mne meetrini, vaatavad na-diiri vi mitmes suunas, kanalite arv mnest mnesajani. Maapealsetelt objektidelt peegeldu-nud pikesekiirguse spektraalne koostis ja suund-olenevus on mratud nende objektide fsikaliste omadustega. KAUGSEIREALANE UURIMIST EESTIS

Satelliidikaugseire alal on olnud tegevad ka mitmed eesti uurimisrhmad. Aerosooli klimatoloogia uuringuteks ehitati Travere observatooriumis ra-diomeetrid Mikron ja Faza, mis viidi orbiidile ve-

36

ne satelliitidega Sojuz. Praegu on kasutusel valda-valt teiste mdussteemidega kogutud info.

Satelliidiinfo kasutamine ei ole triviaalne. Satellii-tide radiomeetrid ja spektromeetrid mdavad maapealsete objektide heledust lbi atmosfri. Maapinnalt peegeldunud kiirgusest hajub ja neel-dub teel sensorini mingi osa atmosfris. Satel-liidini judvas kiirgusvoos on ka mingi osa niisu-gust atmosfris hajunud kiirgust, mis ei olegi maapinnani judnud. See mtmislesanne on vrreldav lbi tolmuse akna tuppa vaatamisega ka pilvitu taeva korral vib mnes spektripiir-konnas olla atmosfris satelliidi suunas hajunud kiirguse intensiivsus suurem kui lbi atmosfri maapinna tumedamatelt objektidelt saabuva kiir-guse oma. Niisiis on orbiidil mdetud heledus-spektritest kigepealt vaja eemaldada atmosfri panus. See eeldab, et me teame atmosfri muut-like komponentide veeaur, aerosool, osoon hulka, aerosoolil ka koostist ja optilisi omadusi satelliidimtmiste ajal.

Oktoobrist 2000 ttab Traveres globaalse AERONET vrgu pikesefotomeeter, mis mdab atmosfri lbipaistvust ja aerosooli optilisi oma-dusi. Mtes seitsme filtriga otsest pikesekiirgust ja taevasfri heledust saab neist mtmisandme-test atmosfri kiirguslevimudelite abil arvutada veeauru, aerosooli ja osooni hulka ning hinnata ka aerosooli koostist ja hajutamisindikatrissi. Need andmed on vajalikud satelliidipiltide atmosfri-korrektsiooniks.

Parasvtme maismaa on valdavalt kaetud taimes-tikuga. Kiirguslevil taimkattes ja taimestikuga kaetud maismaa peegeldusomadustel on oluline osa maapinna ja tervikuna planeedi Maa energia-bilansi kujunemisel. Niisama oluline on taimkatte-ga maismaa peegeldusomaduste informatsioonili-ne klg suurelt kauguselt saame informatsiooni ainult kiirguse vahendusel. Teades, kuidas objekti fsikalised omadused kujundavad sellelt peegel-dunud kiirgusvlja, saame kiirgusmtmistest am-mutada informatsiooni objektide ratundmiseks ja nende seisukorramonitooringuks. See on optilise kaugseire teoreetiliseks aluseks.

Taimkatte optilise kaugseire teoreetiliste aluste uurimisel on maailmas oluliselt kaasa rkinud professor Juhan Rossi koolkond Traveres. Vlja on ttatud taimkatte kiirguslevi fsikaline teoo-ria, mille kaugseire jaoks oluliseks tulemiks on taimkatte peegeldusmudelid. Traveres on vlja ttatud mitmed taimkatte peegeldusmudelid ho-mogeensete (rohumaad, teraviljapllud) ja kee-rulise kolmemtmelise struktuuriga (metsad, psastikud) taimkatete jaoks, mis seovad kesk-konda moodustavate elementide (taimelehed, ok-sad, puuvrad) optilisi omadusi ja paiknemist ning struktuuri sellelt keskkonnalt peegelduva kiirgus-vlja mdetavate parameetritega. See loob vi-maluse nn prdlesande lahendamiseks mde-tud peegeldunud kiirguse spektritest ja peegeldu-misindikatrissidest leitakse peegeldava pinna ka-rakteristikuid, mis vimaldavad pllukultuuride ning metsade ratundmist ja seisundi hindamist.

Teoreetiliste mudelite kontrolliks ning satelliidi-mtmiste maapealseks toeks on teostatud rohkes-ti kiirgusvljade mtmisi nii pllukultuurides, metsades kui ka selleks Travere Observatooriu-mis rajatud nn energiametsas. Spetsiaalsed kiir-gustajurid niisugusteks mtmisteks on reeglina loodud kohapeal. Joonistel on metsa peegeldus-mudeliga arvutatud kuusiku peegeldumisspektrit vrreldud helikopterilt mdetud spektriga (joo-nis 1) ning mudelarvutuste peegeldusindikatrissi vrreldud mtmistega Kanadas eksperimendis BOREAS (joonis 2).

Peegeldusmudelite kasutusala on rohkete vima-lustega. Mudelite abil saab teha simulatsiooni-eksperimente uurimaks

satelliidisignaali tundlikkust majanduslikult oluliste metsa ja pllukultuuri parameetrite suhtes;

millised metsa parameetrid kujundavad metsa heledust erinevates spektripiirkondades;

puistute peegelduskoefitsientide sesoonset ja ealist kiku;

kahjustuste mju (okkakadu haiguste vi pua tttu, tuulemurrud);

37

Joonis 2. 65-aastase kuusiku peegeldumisspekter mudel-arvutustest ja mdetuna helikopterilt.

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Nadiirnurk-90 -60 -30 0 30 60 90

Hel

edus

koef

itsie

nt

= 0 = 180

MudelPOLDERPARABOLA

Joonis 1. Vana kuusiku peegeldumisindikatriss mu-delarvutustest ja mdetuna BOREAS eks-perimendi kigus Kanadas radiomeetritegaPOLDER lennukilt ja PARABOLA kisraud-teelt.

38

kvantitatiivseid seoseid kaugseire and-mete ja mitmete metsa parameetrite, nagu takseerandmed, lehe- ja okkamass, bio-keemilised ja kofsioloogilised iseloo-mustajad, vahel;

kasutada mudelit hendusllina olemas-olevate metsanduslike andmebaaside ja satelliidipiltide vahel, niteks selleks, et kontrollida andmebaasis olevate andmete korrektsust.

Traveres loodud taimkatte peegeldusmudelid on kasutusel paljudes teadusasutustes le kogu maa-kera. Mitmed Traveres tuletatud valemid on leid-nud NASA poolt kasutamist kaugseiresatelliitide andmettluses. Eesti kaugseirespetsialistid on osalenud hisprojektides koos Prantsuse, Rootsi, Soome, Hiina, USA jt riikide teadlastega. RAKENDUSED

Mudelite testimiseks ning praktilisteks rakendus-teks on kogutud hulgaliselt satelliidipilte kogu Eesti ja mitmete phjalikumalt uuritud alade koh-ta, nagu EPM Jrvselja ppebaas, Kagu-Eesti metsaalad, Kirde-Eesti tstuspiirkond. Aastast 1986 kuni tnaseni on satelliidid Landsat, Spot, Resurs igal aastal teinud mne nnestunud les-vtte Eesti mnest huvipakkuvast piirkonnast. 20-aastane rida satelliidipilte vimaldab uurida trende metsade seisundis, maakasutuses ja maastikumust-ris. heks kaugseire-alaste uuringute tulemuseks on dr Urmas Petersoni eestvedamisel valminud Ees-ti satelliidipildi-atlas [Peterson jt, 1998]. Uuemad mteseadmed satelliitidel MODIS, Ikonos, QuickBird, Proba, EO-1 ja mitmed teised m-davad maapinda vga krge ruumilise ja/vi spektraalse lahutusega paljudes spektraalkanaleis, mis on oluliselt avardanud satelliidiinfo kasutus-vimalusi.

Meteoroloogiliste satelliitide rohkem kui 40 aasta andmestikku kasutatakse pilvisuse klimatoloogia alastes uurimustes, mis on oluline Maa kliima trendide avastamiseks.

Prantsuse satelliidi SPOT lesvtete phjal on Maa-ametis valminud Eesti baaskaart.

Satelliidipildid on kasutusel Eestit mbritsevate veekogude seisundi (reostamine, sinivetikate vo-hamine) ning jolude jlgimiseks. Veekogude kaugseires on vga olulise thtsusega atmosfri mju elimineerimine, sest veekogud ise on tume-dad ja seetttu prineb tuntav osa mdetavast signaalist atmosfrist. Praegusajaks on vlja t-tatud juba head algoritmid ookeanis vetikate ja kloroflli hulga hindamiseks satelliitidelt (MO-DIS, SeaWIFS). Kuna needsamad algoritmid ei anna aga kuigi hid tulemusi rakendamisel ni-teks