maanantai 31. lokakuuta 2016

Uusi varoitusjärjestelmä varoittaa mahdollisesti vaarallisista asteroideista

Maan ohittaa lähietäisyydeltä päivittäin asteroidi, joka
voisi aiheuttaa suurtatuhoa törmätessään maapalloon.
Kuva Nasa.
Nasa on perustanut uuden varoitusjärjestelmän Jet Propulsion Laboratoryn Maata lähestyvien kohteiden tutkimuskeskukseen. 

Varoitusjärjestelmän ydin on Scout-tietokoneohjelma, joka laskee asteroidin radan ja varoittaa mahdollisista vaarallisista asteroidista lähes reaaliajassa. Scout on vielä testausvaiheessa mutta sen on suunniteltu siirtyvän täyteen toimintaan vielä tämän vuoden puolella.

Tietokoneohjelma saa tietonsa Minor Planet Centerin kokoamasta datasta ja se puolestaan kokoaa tietoja automaattisesti vähintään kolmelta automaattisesti toimivalta asteroidien havaitsemiseen erikoistuneelta observatoriolta. Järjestelmä voi tuottaa ennakkovaroituksen jo kymmenessä minuutissa törmäysvaarassa olevan uuden astroidin löytymisestä.

Dataa järjestelmään syöttää Steward Observatorio[1], Spacewatch[2]  ja Tenagra Observatoriot[3]. Scout-järjestelmä keskittyy kaikkein pienimpiin ja maapalloa lähelle tuleviin asteroideihin, joiden koko on 5–25 metriä. Tälle hetkellä arvioidaan, että tämän kokoluokan asteroideista voidaan havaita vain 25–30 %. Tilanteen kuitenkin uskotaan paranevan siinä vaiheessa kun Chileen rakenteilla oleva Large Synoptic Survey Telescopes[4] kytkeytyy järjestelmään. Tämän jälkeen tavoite, 90 % tunnistus yli 140 metrin asteroideista, uskotaan saavutettavan.

Asteroidit ovat vaikeita havaittavia

Pienet asteroidit, tai ehkä oikeammin suuret meteoroidit, ovat erittäin himmeitä kohteita. Ne havaitaan tyypillisesti korkeintaan muutama vuorokausi ennen kuin ne ovat maapallon lähietäisyydellä. Ehkä vakuuttavin esimerkki isohkosta meteoroidista saatiin helmikuussa 2013 jolloin Tšeljabinskiin  putosi noin 20 metrinen kappale. Se tuli täysin yllättäen auringonpuolelta, jolloin sen havaitseminen ennen maapallon ilmakehään iskeytymistä oli täysin mahdotonta.

Vaikka törmäysradalla oleva asteroidi havaittaisiinkin ennen törmäystä, aikaa ei ole kovinkaan paljoa käytettävissä määrittämään törmäyskohtaa tai edes harkitsemiseen mitä tehdä. Esimerkiksi vuonna 2008 lokakuussa tutkijat havaitsivat muutaman metrin kokoisen asteroidin tulevan kohti maapalloa. Asteroidi sai luettelotunnuksekseen 2009 TC3. Havainto tehtiin vain 19 tuntia aikaisemmin ennen sen saapumista maapallon ilmakehään. Radan määrittämiseen meni aikaa kuusi tuntia ja kivi mätkähti Maahan onneksi Nubian autiomaahan Sudanissa aiheuttamatta sen suurempaa vahinkoa. Suurakaupunkiin putoaminen olisikin ollut aivan toinen juttu.

Asteroidit ohittavat Maan lähietäisyydeltä joka päivä

Vain reilun Kuun etäisyydeltä Maan ohittaneen
asteroidin rata vie sen kauas Marsin radan ulkopuolelle. 
Mitä enemmän olemme tehneet havaintoja asteroideista, sitä turvattomalta alkaa olo tuntua. Päivittäin maapallon ohittaa 5–50 metrisiä kappaleita, etäisyyden ollessa yhdestä 25 kuun etäisyyteen. Tätä kirjoittaessani vain muutama tunti sitten maapallon ohitti asteroidi 2016 UR36 vain 1,3 kuun etäisyydeltä. Kokoa kappaleella on 6–26 metriä ja se löydettiin Pan-STARRS 1 teleskoopilla (Halekala, Havaiji) lokakuun 26 päivänä.

Oletko kiinnostunut maapallon lähelle tulevista asteroideista?

Internetissä on runsaasti teitoa lähiavaruuden asteroideista. Tieto on vain kovin hajanaista ja niiden ajantasaisuudesta ei ole juurikaan tietoa. Onneksi tilanne on muuttunut, sillä Minor Planet Center (IAU) julkaisee päivittäin ilmestyvää nettilehteä Daily Minor Planet[5]. Sen voi tilata sähköpostiinsa lehden nettisivulta.  Lehden julkaiseman asteroiditiedotteen lisäksi, sähköpostitiedotteessa on linkki ajankohtaiseen nettiartikkeliin ajankohtaisista asioista, usein juuri asteroideihin liittyen.

Huomautukset

[1] Steward Observatorio on Arizona yliopiston ylläpitämä satavuotias observatorio, jossa käytetään 0,9 metrin ja 1,8 metrin teleskooppeja Kit Peakillä (Tucson, Arizona).

[2] Spacewatch Arizona yliopiston havainto-ohjelma, jonka avulla pyritään havaitsemaan pieniä asteroideja.

[3] Tenegra Observatoriot on yksityisen yrityksen omistuksessa olevia teleskooppeja. Tällä hetkellä käytössä olevat observatoriot sijaitsevat Etelä-Arizonassa (Rio Rico), Oregonissa, Norjassa ja Länsi-Australiassa.

[4] Large Synoptic Survey Telescopes teleskooppi tulee olemaan 8,4 metriä halkaisijaltaan. Sitä rakennetaan Cerro Pachón huipulle Pohjois-Chileen. Telskoppi varustetaan 3,2 gigapikselin kameralla jonka kuvakentän halkaisija on 64 cm. Kameran kuvapinta muodostuu 189 kpl 16 megapikselin sensoreista.




lauantai 22. lokakuuta 2016

Schiaparelli törmäsi tonttiin

Ennen ja jälkeen törmäyksen. Kuvat otettiin MRO-luotaimen

matalaresoluutioisella kameralla. 

Kuva NASA/JPL-Caltech/MSSS
Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja venäläisen RosCosmos:n yhteishankkeen ExoMars suunnitelman ensimmäisen vaiheen Marsiin laskutumaan suunnitellun Sciaparellin-luotaimen kohtallo selkenee vähitellen. Nyt näyttää siltä, että laskeutuminen päättyi luotaimen rysähtämiseen Marsin pintaan melkoisella vauhdilla.

Schiaparellin laskeutumisaluetta on kuvattu Marsin kiertoradalla olevalla Mars Reconnaissance Orbiter -luotaimen matalaresoluutioisella kameralla. Kuvista on löytynyt uusia yksityiskohtia, joita siellä ei ole aikaisemmin ollut. Ensimmäinen yksityiskohta on noin 12 m kokoinen vaalea alue, jota ESAn insinöörit pitävät Schiaparellin laskuvarjona.

Laskuvarjosta pohjoiseen noin kilometrin verran on tumma sumea alue, jolla on kokoa 15×40 metriä. Tämän alueen on tulkittua olevan Schiaparellin törmäyskohta. Ilmeisesti luotain oli vapaapudotuksessa suunniteltua pidemmän matkan. Alun perin vapaa pudotusta oli vain parin metrin verran. Nyt arviot putoamisesta ovat, että se saattoi alkaa jopa 4 km korkeudelta. Törmäysnopeus on voinut olla jopa 80–90 m/s. On myös luultavaa, että luotain räjähti törmäyksessä.

MRO-luotaimen suurtarkkuuskameralla tullaan ottamaan alueesta tarkempia kuvia ensiviikon aikana. Lämpökilven putoamispaikkaa ei vielä ole löydetty, mutta sen uskotaan löytyvän ensiviikolla otettavista kuvista. Törmäyspaikka on noin 5,4 km länteen suunnitellun laskeutumisalueen keskeltä, joka on kooltaan 100×15 km ellipsi.

Aivan hukkaan Schiaparellin kokoamat tiedot eivät sentään joutuneet. Luotain radio mittausdataa reaaliaikaisesti laskeutumisensa aikana ja näitä tietoja tutkijat juuri nyt analysoivat.


ExoMars ohjelmaan kuuluva Trace Gas Orbiter on nyt 101 000 km x 3691 km kiertoradalla ja yhteen kierrokseen kuluu 4,2 vuorokautta. TGO toimii hyvin, sen instrumentit kalibroidaan lähiviikkoina ja ensivuoden maaliskuussa se aloittaan ilmajarrutusten sarjan, jonka tuloksen luotain lopulta pääsee noin 400 km korkeudessa olevalle ympyräradalle. Tieteelliset havainnot tutkimusohjelman mukaisesti aloitetaan vuoden 2018 keväällä, joskin kaikenlaista dataa sitä ennen luotaimesta kyllä saadaan.


torstai 20. lokakuuta 2016

Hyviä ja huonoja uutisia Marsista

Taiteilijan näkemys TGO-luotaimen jarrutuspoltosta.
Kuva ESA.
Exo-Mars lento Marsiin[1] on osittain onnistunut ja osittain epäonnistunut, tai ainakin vahvasti tällä hetkellä siltä näyttää. Exo-Mars-suunnitelmaan kuuluva Trace Gas Orbiter (TGO)[2] asettui Marsia kiertävälle radalle tehtyään 139 minuuttia kestäneen jarrutusmoottorien polton. 

Luotain on nyt kiertoradalla, joka vie sen noin 4000 km korkeuteen Marsin pinnasta radan lähimmässä pisteessä ja noin 96 000 km korkeuteen radan etäisimmässä pisteessä.

TGOn mukan Marsiin matkasi Schiaparelliksi nimetty laskeutumista testaava luotain[3]. Luotaimet irrotettiin toisistaan viime sunnuntaina (16.10.2016) ja sen jälkeen laskeutumisalus suuntasi kulkunsa kohti Marsin ilmakehää. Ilmakehään Schiaparelli saapui kello 17:42 Suomen aikaa[4].

Laskeutumisen alkuvaiheessa luotaimen suojana käytettiin lämpökilpeä. Tämän jälkeen sen putoamista jarrutettiin laskuvarjolla ja lopulta tarkoitus oli hidastaa laskeutumisvauhtia jarruraketein. Aivan pari viimeistä metriä oli tarkoitus pudota vapaasi ja iskua vaimentamaan luotaimeen oli rakennettu luhistuvia kennoja ja ilmapatja.

Alkuun kaikki tuntui sujuvan suunnitelmien mukaisesti. Luotain avasi laskuvarjon, poisti lämpökilven ja vaihdin hidastuttua tarpeeksi, irrottautui laskuvarjostaan. Tämän jälkeisistä vaiheista ei toistaiseksi tiedetä mitään.

Laskeutumisen vaiheita seurattiin lyhyillä radiopulsseilla, jotka kertoivat on-off-tietoa laskeutumisen eri vaiheiden kulusta. Laskuvarjosta irtautumisen jälkeen ei kuitenkaan ole onnistuttu vastaanottamaan minkäänlaista signaalia. Tämä voi merkitä sitä, että jonkin on mennyt pahasti pieleen tai vain sitä, että radiosignaalin kuuluvuus on ollut yllättävän heikko jostakin syystä, jota ei ole osattu ennakoimaan. Tällainen syy voi olla paikallinen pölymyrsky.

ESAn tutkijat ja insinöörit pyrkivät kuitenkin löytämään mahdollisen radiosignaalin. Tässä apuna toimii kiertoradalla oleva TGO-luotain, jonka on tarkoitus toimia radiolinkkinä Marsin pinnalta kerätylle datalle.  Schiaparelli saa energiansa akuista, joiden kapasiteetti riittää vain muutaman vuorokauden toimintaan. Tässä suhteessa insinööreillä painaa tiukka aikataulu, sillä laskeutumisalus vaikenee joka tapauksessa parin vuorokauden sisällä vaikka se olisikin päätynyt toimintakuntoisena Marsin pinnalle.


Huomautukset

[1] Exo-Mars suunnitelma on Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja venäläisen Roscosmos:n yhteishanke kaksivaiheisen tutkimusluotaimien lähettämiseksi Marsiin. Nyt toteutuksessa oleva TGO-Schiaparelli -luotainpari on tämän ohjelman ensimmäinen vaihe. Toinen vaihe on ensivuosikymmenellä Marsiin laskeutuva kulkija.

[2] TGA asettuu aluksi elliptiselle Marsin kiertoradalle, jonka se saavutti kello 18:24 Suomen aikaa. Vuoden 2017 maaliskuussa luotain aloittaa ilmajarrutusta käyttäen ratansa muokkaamisen siten, että vuoden lopussa sen rata on noin 400 km korkeudessa oleva ympyrä rata. Tieteelliset havainnot luotain aloittaa vuoden 2018 maaliskuussa.

[3] Schiaparelli on erilaisia laskeutumistekniikoita testaava luotain. Sen tieteellistekninen painoarvo on siis (onnistuneessa) laskeutumisessa, ei niinkään tehtävissä mittauksissa. Aivan kuollutta painolasti se ei kuitenkaan ollut, vaan siihen oli kiinnitetty kamera, jonka tarkoituksena oli valokuvata laskeutumisen aikana 15 mustavalkoista kuvaa ja mitata ilmantiehyttä, painetta ja lämpötilaa noin 130 km korkeudella. Sen lisäksi se olisi tehnyt Marsin pinnalla lämpötila, tuulen nopeus-, kosteus ja muita sääolojen mittauksia.


[4] Schiaparellin laskeutumisalueeksi oli valittu Meridiani Planum. Jos paikka kuulostaa tutulta, niin samalla tasangolle laskeutui Nasan marskulkija Opportunity vuonna 2004.


sunnuntai 16. lokakuuta 2016

Uusi luonnollinen kvasisatelliitti

Asteroidi 2016 HO3 kuvattuna 10. kesäkuuta Mauna Kealla
sijaitsevalla HU:n 2,24 m kaukoputkella. Kaukoputki on
seurannut asteroidia, joten tähdet piirtyvät viiruina tässä
5 minuutin valotuksella otetussa kuvassa.
Kuva Denise Hung ja Dave Tholen, Havaijiin yliopisto.

Maapalloa kiertävällä kvasiradalta on havaittu uusi luonnollinen satelliitti. Se on saanut luettelotunnuksekseen 2016 HO3 ja löytyi 27.4.2016 Pan-STARRS 1 asteroidikartoitus ohjelmassa Haleakala:lla[1] olevalla kaukoputkella. Kokoa satelliitilla on 40–100 metriä.

Kvasisatelliitti näyttää kiertävän maapalloa mutta todellisuudessa se on Aurinkoa kiertävällä radalla. Lähestyttyään maapalloa, planeettamme gravitaatio on aiheuttanut asteroidin rataan niin voimakkaita muutoksia, että se näyttää kiertävän maapalloa. Radan muutokset vievät asteroisin enintään 100 Kuun etäisyydelle ja tuo sen korkeintaan 38 Kuun etäisyydelle maapallosta. Alustavien laskelmien mukaan asteroidi on maapallon kuuna noin sadan vuoden ajan, jonka jälkeen se jatkaa Auringon kiertämistä ilman, että se näyttäisi kiertävän maapalloa.



Kvasiradalla olevan kappaleen rataa kuvaa Nasa/JPL –julkaisema videoanimaatio. Katso YouTubesta osoitteesta
https://www.youtube.com/watch?v=zMJc7gmychk

Kvasisatelliitin rata on todellisuudessa Aurinkoa kiertävä
rata, johon maapallon gravitaatio aiheuttaa voimakkaita
muutoksia vuosisadan ajan. Kuva NASA/JPL.
2016 HO3 ei ole ainoa kappale, joka on ollut maapalloa kiertävällä kvasiradalla. Tätä ennen ainakin 2003 YN107 on ollut vastaavalla radalla. Nyttemmin se on kuitenkin poistunut planeettamme läheisyydestä ja jatkaa Aurinkoa kiertävällä radalla.


Huomautukset


 [2] Kaukoputkea käyttää University of Hawaii's Institute for Astronomy 

sunnuntai 9. lokakuuta 2016

Exomars saapuu Marsiin

Taiteilijan näkemys TGO ja Schiaparellin lähestymisesta
Marsiin. Kuva ESA.
Euroopan avaruusjärjestö (ESA) uusi marsluotain Exomars[1] saapuu  perille Marsiin 19. lokakuuta. Exomars koostuu kahdesta luotaimesta: Trace Gas[6] Orbiter (TGO)[2] asettuu Marsia kiertävälle radalle, ja toinen luotain on Marsiin laskeutuva Schiaparelli, joka irtoaa 16. lokakuuta ja tekee kuusi minuuttia kestävän laskeutumisen Meridiani Planumiin 19.lokakuuta.

TGOn tietieelliset[4] havainnot alkava vasta joulukuussa 2017 ja kestävät luotaimen toiminta-ajan loppuun. Luotaimen tehtävän on kartoittaa Marsin ilmakehän kaasuja kuten jalokaasuja, metaania ja pyrkiä keräämään havaintoja, joiden perusteella tutkijat pystyvät ratkaisemaan mistä lähteestä (geologinen vai biologinen) Marsin ilmakehässä aikaisemmin havaittu metaani on peräisin.

Vuoden 2017 aikana TGO tekee sarjan ilmajarrutuksia[7], joiden tuloksen luotaimen rata muuttuu ympyräradaksi. Luotaimen on tarkoitus toimia myös vuoden 2020 Marsiin laskeutuvan Exomars 2020 Roverin radiolinkkinä sen kulkiessa Marsin pinnalla.

Schiaparelli puolestaan kokeile useita erilaisia laskeutumismenetelmiä laskeutumisen aikana. Ensimmäisessä vaiheessa sen saapuessa Marsin ohueen ilmakehään luotaimen suojana on lämpökilpi. Vauhdin hidastuttua merkittävästi laskeutujan laskuvarjo avautuu, ja lämpökilpi irrotetaan. 

Laskuvarjon varassa luotain leijuu alemmaksi ilmakehään. Ennen Marsin pinnan saavuttamista laskuvarjo irrotetaan ja käyttöön otetaan jarrumoottorit, jotka hidastavat laskeutumisnopeuden nollaan muutaman metrin korkeudessa pinnasta.

Tässä vaiheessa otetaan täysin uusi laskeutumisjärjestelmä käyttöön. Schieparelliin on nimittäin rakennettu ilmatyyny ja muotoaan muuttavia suojarakenteita, jotka luhistuvat kasaan luotaimen pudotessa vapaasti viimeiset parin metrin matka Marsin pinnalle samalla vaimentaen törmäysiskua.

Schiaparelli ei ole pelkästään kokeiluluontoinen laskeutumisalus, vaan sen mukana Marsiin viedään pieni tieteellisten havaintojen instrumenttipaketti[5]. Laskeutuja tekee havaintoja tuulennopeudesta, kosteudesta, ilmanpaineesta ja lämpötilasta laskeutumispaikalla. Luotaimessa on myös sähkökenttiä mittaava laitteisto, jolla pyritään selvittämään Marsissa silloin tällöin koko planeetan kattavien ja paikallisten pölymyrskyjen syntymistä.

Yllä oleva video havainnollistaa Schiaparelli-luotaimen laskeutumisen eri vaiheita. Video ESA.

Huomautukset

[1] Exomars laukaistiin kohti Marsia venäläisellä Proton-M-kantoraketilla  Baikonurista Kazakstanista heti laukaisuikkunan avauduttua maaliskuun 14 päivänä 2016.

[2] TGO kokonaismassa Marsin kiertoradalla on 3732 kg, josta tieteellisiä instrumentteja on 113,8 kg. Luotaimen koko on 3,5×2× m, aurinkopaneelien pituus on 17,5 m.

[3] Schiaparelli kokonaismassa on 600 kg ja halkaisija 1,65 m.

[4] TGOn istrumentit ovat: Ilmakehän kemian tutkimuslaitteisto (ACS), kamerajärjestelmä (CaSSIS), erotuskykyinen epitermisten neutronien ilmaisin (FREND) ja Marsin nadiiri ja peittymistutkimuslaitteisto (NOMAD)

[5] Schiaperellin havaintolaitteet ovat: Ilmakehän laskeutumisaikainen tutkimus- ja analyysilaitteisto (AMELIA), Aerothermaalinen ja radiometrinen sensori paketti (COMARS+), laskeutumiskamera (DeCa), laskeutumislasermittalaitteisto (INRRI), Marsin pinnan pöly- ja ympäristöanalysaattori (DREAMS).

[6] Trace Gas (kaasujäljet) muodostuvat Marsin ilmakehässä olevista kaasuista, joiden kokonaismäärä on alle 1 %. Merkittävin kaasuista on metaani, jota on Marsin ilmakehässä vain 10 miljardisosaa (ppb). Muita kaasuja ovat vesihöyry, typpidioksidi ja asetyleeni.

Metaani on selvästi hieman ongelmallinen kaasu, sillä se pitäisi hävitä Marsin ilmakehästä tyystin noin 400 vuodessa. Näin ollen sitä täytyy vapautua jostakin lähteestä pieniä määriä jatkuvasti, tutkijat vain eivät tunne tätä lähdettä. Metaania syntyy kahdenlaisissa prosesseissa: geologisesti erilaisten vulkaanisten ilmiöiden yhteydessä tai sitten biologisissa prosesseissa kuten bakteerien aineenvaihdunnan tuotoksena.

Mars on kuitenkin ajateltu olevan geologisesti passiivinen planeetta, joten jos kaasulähteeksi paljastuu ei-biologinen alkuperä, tutkijat joutuvat muuttamaan käsitystään planeetan geologian suhteen. Jos taas metaanin lähteenä ovat biologiset prosessit, niin tilanne muuttuu entistä mielenkiintoisemmaksi ja Marsin tutkimus saa uutta puhtia purjeisiin.

[7] TGO asettuu aluksi Marsin kiertoradalle, jonka lähin piste on 250 km korkeudessa Marsin pinnasta ja etäisin piste 100 000 km etäisyydellä.  Kiertoaika tällä radalla on 4 vuorokautta. Tammikuun puolivälissä (2017) TGOn radan inklinaatiota muutetaan 74 asteeseen, jolloin tieteelliset havainnot kattavat käytännöllisesti katson koko planeetan.  

Seuraava vaihe on radan muuttaminen pyöreäksi. Se vaatii satakunta ilmajarrutusta Marsin tiheimpiin ilmakehän osiin ja lopullinen ympyrärata tulee olemaan noin 400 km korkeudella.


perjantai 7. lokakuuta 2016

Maapallon magneettinen napa siirtyy itäiselle pallonpuoliskolle

Maapallon magneetikentä ulottuu kauaksi avaruuteen.
Kuva ESA/ATG medialab
Uusimpien tutkimusten mukaan maapallon magneettinen etelänapa[1], joka sijaitsee lähellä pohjoista maantieteellistä napaa, on siirtynyt kohti itää ainakin viimeisten kahdenkymmenenviiden vuoden ajan. Tutkimukset on tehty Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Swarm-satelliittikolmikolla[2].

Kuten tunnettua, maapallon magneettikenttä suojelee ilmakehää ja maapallon elämää hyvin tehokkaasti. Ilman riittävän voimakasta magneettikenttää aurinkotuuli olisi riipinyt maapallon ilmakehän jo miljardeja vuosia sitten, kuten on käynyt esimerkiksi Marsissa. Tästä syystä maapallon magneettikenttä on ollut hyvin suuren tieteellisen tutkimuksen kohteena viime vuosina.



Yllä olevassa videossa nähdään maapallon magneetikentän paikalliset voimistumiset (punainen) ja heikentyminen (sininen) aikavälillä 2000–2015. Video DTU Space.

Maapallon magneettikenttä ei ole muuttumaton, vaan siinä tapahtuu kaiken aikaa merkittäviä muutoksia. Kentän voimakkuus[3] on heikentynyt Pohjois-Amerikassa noin 3,5 % vuodesta 1999 tähän päivään mennessä. Vastaavasti kenttä on vahvistunut Aasiassa. Kolmas voimakkaan muutoksen alue on ollut Etelä-Atlantin anomaliana[5] tunnettu alue Etelä-Amerikassa. Anomalian kenttävoimakkuus on heikentynyt noin 2 % ja anomalia on siirtynyt hieman kohti länttä.

Pohjoisen pallonpuoliskon magneettinen napa löydettiin vuonna 1831, jolloin skotti James C. Ross määritti sen paikan Boothian niemimaalle (70,1 N 96,6 W) Kanadan pohjoisosien saaristossa. Eteläisen pallonpuoliskon magneettinapa löydettiin vuosikymmeniä myöhemmin. Magneettisten napojen sijainti ei juuri kiinnostanut tutkijoita, ehkä syynä oli se, että niiden oletettiin pysyvän paikoillaan. Kuitenkin vuonna 1904 norjalainen Roald Amundsen määritti navan paikaksi joitakin kymmeniä kilometrejä pohjoisemmaksi kuin mitä Ross oli sen määrittänyt.

Yllä olevassa videossa nähdään magneettinapojen liikkuminen vuosina 1999–2016,5. 
Video DTU Space.

Vuonna 1948 Kanadan geologian tutkimuskeskus määritti magneettisen navan paikan kolmannen kerran. Yllätys oli suuri kun se löytyikin noin 500 km pohjoisempaa kuin aikaisemmissa määrityksissä. Tämän jälkeen magneettisen navan paikkaa on määritetty retkikunnilla noin kerran vuosikymmenessä. Viimeksi retkikunta etsi ja löysi magneettisen navan vuonna 2001. Parin viime vuosikymmenen aikana navan liike kohti pohjoista on jatkunut jopa viisinkertaisella vauhdilla aikaisempaan verrattuna, viime vuosina jopa 40 km vuodessa. Nykyisin magneettisten napojen paikat määritetään satelliiteilla.

Eteläisen magneettinavan liikkuminen ei ole ollut yhtä nopeaa eikä yhtä suoraviivaista kuin pohjoisen magneettinavan.

Magneettinapojen paikan muutokset selittynevät itse magneettikentän syntymiseen johtavalla ilmiöllä. Maapallon kiinteän ytimen ulkopuolella on ulkoydin, joka on sulassa tilassa olevaa rauta-nikkeliseosta. Maapallon radioaktiiviset aineet ovat tuottaneet niin paljon lämpöä, että se on riittänyt sulattamaan tuhansia kilometrejä paksun kerroksen metallia. Sula metalliseos ei suinkaan pysy paikoillaan vaan kiertää ydintä kuin jättiläismäinen merivirta. Fysiikkaa tuntevat tietävät, että jos sähköä johtava neste on kierto- tai pyörimisliikkeessä, siihen syntyy aina sähkövirtoja[4]. Sähkövirrat puolestaan synnyttävät magneettikentän, joka ulottuu kauas maapallon ulkopuolelle.

Virtaukset maapallon ulkoytimessä ei suinkaan ole tasaisia, vaan siinä tapahtuu muutoksia kaiken aikaa. Muutokset virtauksissa näkyvät magneettikentän muutoksina ja siinä on havaittavissa syklisyyttä. Maapallon magneettikentän suunta vaihtelee pari kertaa miljoonassa vuodessa. Suurimman osan maapallon geologisen historian aikana magneettikenttä on ollut nykyisen suuntainen, mutta jonkin verran lyhyempinä kausina magneettikentän suunta on ollut päinvastainen. Perimmäistä syytä suunnan muuttumiselle ei tunneta mutta ehkä maapallon ydin tekee aivan omia koreografeja riippumatta manttelin ja kuorikerroksen liikkeistä.

Swarm-satelliittien kokoaman mittaustiedon mukaan myös muuta pallon rakenteelliset kerrokset ovat aktiivisia magneettikentän muokkaajia.  Esimerkiksi jähmeähköön mantteliin indusoituu sähkövirtoja magnetosfäärissä tapahtuvien ilmiöiden vaikutuksesta. Sähkövirrat puolestaan synnyttävät omia paikallisia magneettikenttiä, jotka puolestaan vuorovaikuttavat globaalin kentän kanssa. Näin ollen maapallon magneettiset ominaisuudet ovat hyvin dynaamisia ja muuttuvat kaiken aikaa ja josta tutkijat ovat vasta aivan viime vuosina saaneet kalpean aavistuksen.

Maapallon magneettikenttä syntyy sulan ulkoytimen virtauksissa.
Kuva © Kari A. Kuure.
Huomautukset

[1] Kaikissa magneettisissa kappaleissa (myös maapallossa) on vähintään kaksi napaa: pohjoinen ja eteläinen. Magneettisen pohjoisnavan alueella magneettikenttä osoittaa poispäin kappaleesta ja vastaavasti etelänavan läheisyydessä kentän suunta on kohti kappaletta. Magneettikentän suunta voidaan määrittää kotikonstein tavallisella kompassilla. Kompassin (pohjois)neula (joka on magneettisesti pohjoisnapa) osoittaa kaikkialla maapallolla pohjoiseen.

Fysiikasta tiedämme, että samansuuntaiset magneettiset navat hylkivät toisiaan ja erisuuntaiset puolestaan vetävät toisiaan puoleensa. Kun maapallon pohjoisnavan läheisyydessä olevan magneettinen napa vetää kompassin pohjoisneulaa puoleensa, navan täytyy olla magneettinen etelänapa. Vastaavasti lähellä Etelämannerta oleva magneettinen napa on magneettinen pohjoisnapa.

Jotta tilanne olisi mahdollisimman sekava, pohjoisella pallonpuoliskolla olevaa napaa kuitenkin usein kutsutaan pohjoiseksi magneettinavaksi. Vastaavasti eteläisellä pallonpuoliskolla oleva napa on eteläinen magneettinapa, joten joudumme olemaan termistön kanssa erittäin tarkkana.

Swarm-satelliitit kiertämässä maapalloa.
Kuva  ESA/ATG Medialab
[2] ESA laukaisi satelliittikolmikon vuonna 2013. Luotaimien tehtävänä on tehdä mittauksia magneettisista signaaleista, joita syntyy maapallon ytimessä, manttelissa, kuorikerroksessa, merissä, ionosfäärissä ja magnetosfäärissä.

[3] Maapallon magneettikentän voimakkuus on keskimäärin noin 50 000 nT (nanoTeslaa). Se ulottuu Auringon puolella noin 20 000 km korkeuteen ja magneettisen pyrstön (vastakkaisella puolella) pituus on miljoonia kilometrejä pitkä, riippuen aurinkotuulen nopeudesta ja tiheydestä. Kenttävoimakkuus on heikentynyt noin 10 % 1900-luvun alun lukemista. Heikentyminen voi merkitä magneettikentän suunnan kääntymistä, mutta se voi olla myös kentän luontaista (syklistä)vaihtelua.

[4] Fyysikko Walter M. Elsasser (1904–1991) kehitti yksityiskohtaisen dynamoteorian Maan magneettikentän selitykseksi vuonna 1946. Hypoteesi ei ollut uusi, sillä Joseph Larmor (1857–1942) oli jo vuonna 1897 ehdottanut jonkinlaista dynamomallia magneettikentän synnyttäjänä.


[5] Etelä-Atlantin anomalissa magneettikenttä on hyvin heikko. Tästä syystä Van Allenin vyön varatut hiukkaset pääsevät tunkeutumaan jopa noin 200 km korkeuteen. Hiukkastiheys on suuri juuri siinä korkeudessa jossa alimmilla kiertoradoilla olevat satelliitit kiertävät maapalloa. Vähintäänkin kerran vuorokaudessa satelliitit joutuvat anomaliaan ja voivat vaurioitua hiukkassäteilyn vaikutuksesta.