Uusi havainto selittää revontulien äänet

Kaavio ilmakehässä esiintyvästä inversiokerroksesta ja
siinä revontulien aikaan aiheutuvista sähköpurkauksista.
Purkaukset kuullaan paukahduksina ja ritinöinä.
Piirros Unto K. Laine

Aalto-yliopiston emeritus professori Unto K. Laine työryhmineen on onnistunut kokoamaan näyttöä revontulien syntytavasta. Laineen mukaan revontulien äänet syntyvät joissakin sääolosuhteissa noin 70 metrin korkeudella.

Jo vuosisatoja revontulia nähneet ihmiset ovat myös puhuneet niiden äänistä. Revontulet esiintyvät kuitenkin niin korkealla (60 – 1000 km) että riittävän voimakkaiden äänien syntyminen näissä ilmakerroksissa ja kulkeutuminen maanpinnalle on mahdotonta. Äänihavaintoja on kuitenkin niin runsaasti, että niiden takana täytyy olla jokin mekanismi joka selittäisi ne.

Monissa äänihavainnoissa revontulien ääntä on kuvattu sihinäksi, kohinaksi, ritinäksi tai jopa paukahteluiksi. Tämä on johtanut tutkijoita ajattelemaan, että kyseessä voisi olla lumikiteiden tai havupuiden neulasien terävissä kärjissä esiintynyt koronapurkaus. Vastaavaa ritinää voi kuulla esimerkiksi korkeajännitelinjojen alla, kun koronapurkauksia esiintyy sähkölinjoissa joissakin sääolosuhteissa.

Laine teki kenttähavaintoja Fiskarsin alueella kovassa pakkasessa. Hän nauhoitti herkillä mikrofoneilla revontulien esiintymisaikaan 17.–18. maaliskuuta 2013 mahdollisia ääniä, jolloin Etelä-Suomessakin nähtiin erittäin komeita revontulia. Hänen ”saaliksi” jäi satoja paukahduksia noin 75 metrin korkeudelta. Äänitysten lisäksi Laine mittasi magneettisia häiriöitä, jotka aiheutuvat voimakkaista revontulipurkauksista. Magneettisia häiriöitä on sitä enemmän mitä aktiivisemmat revontulet ovat.

Laine havaitsi kartoittaessaan 60 voimakkaimman purkauksen äänitteitä, että juuri ennen paukahdusta magneettikentässä esiintyi voimakas häiriöpulssi. Magneettisen pulssin voimakkuus oli myös yhteensopiva äänen voimakkuuden kanssa.

Revontulien ääni nauhoitettuna Kolin maisemissa vuonna 2004.


Ratkaiseva tieto tuli ilmatieteenlaitoksen tekemistä mittauksista. Laineen mittauspaikan yläpuolella oli inversiokerros noin 75 metrin korkeudessa, eli samassa ilmamassassa mistä äänet olivat peräisin. Inversiokerros syntyy lähelle maanpintaa kun ilmamassa maanpinnan läheisyydessä jäähtyy selkeällä säällä ylempää ilmamassaa kylmemmäksi. Tavallisesti ilmakehässä lämpötila laskee mitä korkeammalle mennään mutta täysin tyynessä säässä maanpinnan läheisyydessä oleva ilmamassa ei sekoitu ylemmän ja lämpimämmän ilmamassan kanssa. Näiden kahden ilmamassan väliin syntyy inversiokerros.

Inversiokerroksen voi havaita paljain silmin esimerkiksi talvella. Silloin jonkin notkon yläpuolelle syntyy ohut sumuverho muutaman metrin korkeuteen maaperästä haihtuvasta kosteudesta. Sama ilmiö on nähtävissä kesäöinä esimerkiksi pelloilla ja laidunmailla. Kaupungeissa ja taajamissa myös pako- ja savukaasut voivat muodostaa vastaavan sumun ja joissakin suurkaupungeissa helteiden aikana inversiokerroksen alapuolinen ilma tulee muutamassa vuorokaudessa lähes hengityskelvottomaksi pakokaasuista.

Ilmakehässä erilaisiin ilmamassoihin liittyy aina niiden erilainen sähkövaraus. Inversion syntyessä maanpinnan läheisyyteen ja nopeasti jäähtyvän ilmamassan varaus tulee negatiiviseksi: siinä on vapaita elektroneja positiivisia ioneja enemmän. Vastaavasti inversiokerroksen yläpuolella oleva ilmamassa tulee varautuneeksi positiivisesti. Ilmakerrosten välillä on siis jännite-ero, joka kasvaa sitä suuremmaksi mitä pitempään tilanne jatkuu.

Revontulien esiintyminen saa aikaan maanpinnan ylimmissä kerroksissa sähkövirtoja, joiden voimakkuudet voivat olla miljoonia ampeereita. Samalla ilmamassan varautuneisuus kasvaa ja kun riittävän voimakas magneettisen häiriön pulssi esiintyy, ylitetään inversiokerroksen molemmilla puolilla olevien ilmamassojen välisessä jännitteessä kuivan ilman läpilyöntilujuus. Ilmamassojen välillä tapahtuu sähköpurkaus (eräänlainen mikrosalama) ja se kuullaan paukahduksina. Jos ilmamassojen välinen varausero on hyvin lähellä läpilyöntilujuutta, spontaaneja purkauksia esiintyy jatkuvasti ja silloin ne voidaan kuulla suhinana, ritinänä tai rätinänä.

Laineen tekemä tutkimus selittää erityisesti sen, miksi revontulien ääniä kuullaan samanaikaisesti taivaalla tapahtuvien kirkkaiden purkausten aikana. Äänen kulkuaika noin 75 metrin korkeudesta on alle 0,2 sekuntia, joten paukahdus tai ritinät kuullaan samaan aikaan revontien kirkastumisien aikaan.

Laine korostaa sitä, että hänen teoriansa ei sulje pois muita äänien syntytapoja, esimerkiksi juuri aikaisempaa koronapurkausta hangelta tai neulasten kärjistä^[1].

Huomautukset

[1] Mielestäni ne voivat jopa täydentää toisiaan: koronapurkauksissa terävistä kärjistä siirtyy maanpinnan ilmamassaan runsaasti elektroneja, jotka siten lisäävät tai jopa aiheuttavat ilmamassan sähkövarauksen –  Kari A. Kuure.