Smile-satelliitin ensimmäinen havainto

KAK/ ESA–Eurooppalais-kiinalainen Smile-satelliitti on valmiina tekemään havaintoja Maan ja aurinkotuulen välisestä vuorovaikutuksesta. Ensimmäiset alustavat havainnot on jo tehty ja ESA:n ja CAS:n teknisellä henkilökunnalla on kuitenkin tehtävää, sillä luotaimen kamerat keräävät vielä liiaksi hajavaloa. Hajavalon poistamiseen tarvitaan ohjelmiston päivitys ja erilaisten suodattimien ja teknisten ratkaisujen säätöjä.

Smile-satelliitin tekemän ensimmäinen havainto revontulista UVI-aallonpituudella. Kuvassa näkyy kirkkaat revontulet myös päiväpuolella planeettaamme. Päiväaikaisia revontulia maapallolta on mahdollista nähdä vain Huippuvuorilla kaamoksen aikaan, joten Smilen havainnot tuottavat varmasti paljon uutta ja merkittävää tietoa revontulien synnystä ja esiintymisestä. Kuva ESA ja CAS/Smile/UVI.

 

Satelliitti lähetettiin avaruuteen 19. toukokuuta Vega-C kantoraketilla Ranskan Guyanasta ja se saavutti tieteellisten operaatiokelpoisen radan 20. kesäkuuta. Rata on ns. polaarirata ja sen etäisin piste on 121 000 km etäisyydellä pohjoisnavan yläpuolella. Satelliitin radan lyhin etäisyys Maasta on etelänavan yläpuolella noin 5 000 km korkeudella. Kiertoradaltaan sen havaintolaitteet pystyvät tekemään erinomaisesti havaintoja 45 tunnin ajan satelliitin kahden vuorokauden kiertoajasta. Satelliitin (ensimmäisen vaiheen) havaintokausi on suunniteltu kolmen vuoden mittaiseksi.

Suuri osa käyttöönottovaiheesta sisälsi Smilen neljän tieteellisen instrumentin – pehmeän röntgenkuvantimen (SXI) , ultraviolettirevontulikuvantimen (UVI) , magnetometrin (MAG) ja valoionianalysaattorin (LIA) – testaamisen.

Jokainen instrumentti kerää elintärkeää tietoa, joka auttaa meitä ymmärtämään paremmin aurinkomyrskyjä, geomagneettisia myrskyjä ja avaruussään tiedettä. Smile antaa meille tietoa siitä, miten Auringon aktiivisuus on vuorovaikutuksessa Maan magneettikentän kanssa, kuinka vuorovaikutus aiheuttaa revontulia ja voi vaikuttaa Maan sähköiseen infrastruktuuriin. 

Tässä kuvassa näemme Auringosta purkautuvan koronamassapurkauksen, joka osuu Maan magnetosfääriin. Kun Auringosta tulevat varatut hiukkaset törmäävät Maan ilmakehän eksosfäärissä neutraaleihin hiukkasiin, syntyy röntgenvaloa. Smilen pehmeä röntgenkuvaaja (SXI) tallentaa tämän röntgenvalon ja antaa meille täysin uuden kuvan Maan ja Auringon välisestä vuorovaikutksesta. Kuva ESA.

Pohjoisnapa säteilee vähemmän valoa pohjoisen talven lähestyessä, ei-toivotun valon määrä vähenee luonnollisesti. Sen on määrä saavuttaa miniminsä lokakuun puolivälissä. Tuolloin SXI ottaisi ensimmäisen hyvän kuvan magnetopaussista, jossa aurinkotuuli kohtaa Maan magneettikentän. Magnetopaussista varatut hiukkaset pääsevät magneettikentän navoilla olevien nielujen kautta syvemmälle ilmakehään jossa ne tuottavat energiallaan revontulia. Vaikka tämä prosessi tunnetaan suurin piirtein, yksityiskohdissa on vielä paljon tutkittavaa.

Katso video (engl.) Smile-satelliitin tehtävästä!

Smile lyhyesti

Smile (aurinkotuulen, magnetosfäärin ja ionosfäärin linkkitutkija) on Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ja Kiinan tiedeakatemian (CAS) yhteishanke.

Smile käyttää neljää tieteellistä laitetta tutkiakseen, miten Maa reagoi Auringosta tulevaan aurinkotuuleen. Näin Smile parantaa ymmärrystämme aurinkomyrskyistä, geomagneettisista myrskyistä ja avaruussäiden tieteestä.

ESA vastaa Smilen hyötykuormamoduulista (joka kuljettaa kolmea neljästä tieteellisestä instrumentista), yhdestä aluksen neljästä tieteellisestä instrumentista (pehmeä röntgenkuvaaja, SXI), kantoraketista sekä kokoonpanojen integrointi- ja testauslaitoksista ja -palveluista. ESA osallistuu toisen tieteellisen instrumentin (ultraviolettikuvannin, UVI) ja lennon operaatioiden järjestämiseen.

CAS tarjoaa kolme muuta tieteellistä instrumenttia ja avaruusalustan ja on kokonaisuudessaan vastuussa avaruusaluksen operoinnista kiertoradalla.

Smile on osa ESAn Cosmic Vision -ohjelmaa, ja sen pääasiallinen tehtävä on vastata kysymykseen "Miten aurinkokunta toimii?".

Lisätietoja on osoitteessa: https://www.esa.int/ Smile

Lisää ennusteita Auringon aktiivisuuden hiipumisesta

Valentina Zharkovan (& al) tutkimuksen toteutunut ja
ennuste tulevasta Auringon aktiivisuudesta. Kuva
ko. tutkimusraportista. Y-akselin asteikon suhde
auringonpilkkulukuun on suunnilleen 0,5.

Professori Valentina Zharkova (Northumbira University) työryhmineen [1] on esittänyt vakuuttavia tutkimustuloksia odotettavissa olevasta Auringon aktiivisuuden hiipumisesta. Nykyinen auringonpilkkujakso 24 on aktiivisuusmaksimiltaan vain noin 2/3 edellisestä ja Zharkovan ennusteen mukaan jakso 25 tulee olemaan vielä heikompi.

Ennusteen mukaan auringonpilkkujakso 26 jää käytännössä väliin lähes kokonaan, joitakin pieniä aktiivisuushyppäyksiä lukuun ottamatta. Ennuste ei ulotu tämä pidemmälle mutta ”rivien välistä” voi päätellä, että jaksot 27 ja 28 eivät kovin voimakkaiksi muodostu.

Auringon aktiivisuuden ennustaminen on ollut äärimmäisen vaikeaa, lukuisista yrityksistä huolimatta. Monet ennusteet pohjautuvat Auringon magneettiseen sykliin, jonka pituus on noin 22 vuotta. Tähän jaksoon sisältyy kaksi auringonpilkkujaksoa, joiden aikana magneettikentän suunta on vastakkainen.

Auringon aktiivisuusjaksot 18–24.

Toistaiseksi parhain malli Auringon magneettikentälle on kaksi komponenttinen: magneettikenttä muodostuu konvektiokerroksen pohjalla takokliinissä syntyvästä napojen suuntaisesta (poloidisesta) ja ylempänä olevasta ekvaattorin suuntaisesti sulkeutuvasta toroidikentästä. Malli on kuitenkin liian yksinkertainen ja sitä sotkee etenkin Auringon pinnan tuntumassa tapahtuva ekvaattorilta navoille suuntautuva meridionaallinen virtaus. Virtauksen vaikutus täytyy ottaa huomioon, sillä virtaava aine on plasmaa, joka sitoo magneettikentän itseensä (ja päinvastoin)! Havaitulla meridionaaalisella virtauksella on pyritty selittämään Auringon magneettikentän suunnan muutokset noin 22 vuoden jaksoissa.

Meridionaallisesta virtauksesta on esitetty useita erilaisia teorioita, esimerkiksi vuonna 2006 Mausumi  Dikpati tutkimusryhmineen pyrki osoittamaan meridionaalisen virtauksen muistuttavan maapallon suur-ilmakehässä tapahtuvaa kolmeosaista virtausta (Hadleyn, Ferrelin ja Polaarisolut).

Vuonna 2013 tutkija Junwei Zhao (Stanford University) tutkimusryhmineen julkaisi tutkimuksensa, jonka mukaan Auringon seismiset värähtelyt voidaan tulkita niin, että meridionaalisia virtauksia on kaksi eri kerroksissa. Jos havainto osoittautuu oikeaksi, Auringon magneettikentän synty ja magneettinen jaksollisuus on entistä vaikeammin selitettävissä.

Meridionaallisen virtauksen todellisen rakenteen selvittäminen on kuitenkin vielä nykypäivän tavattoman vaikeaa, sillä emme pysty tekemään Auringon sisäisiä rakenteita selvittäviä havaintoja kovinkaan tarkasti. Tästä syystä joudumme turvautumaan vain hyvin yksinkertaistettuihin (ad hoc-)malleihin, joiden tarkkuus on enemmän tai vähemmän huono pidemmällä aikavälillä.

Zharkovan mallissa poloidisen ja toroidisen kentän jaksot poikkeavat hieman toisistaan. Silloin kun magneettikentät ovat samanvaiheisia, ne vahvistaisivat toisiaan ja Auringon aktiivisuus olisi näinä jaksoina voimakasta. Kun magneettiset dynamot joutuvat vastakkaisiin vaiheisiin, niiden kentät kumoavat toisensa ja Auringon aktiivisuus jää hyvin matalalle tasolle.

Auringon aktiivisuutta seuranneilla Zharkovan malli ei hämmästytä. Nykyisessä jaksossa 24 pohjoinen pallonpuolisko saavutti auringonpilkkumaksimin jo vuonna 2012 ja eteläinen pallonpuolisko noin kaksi ja puolivuotta myöhemmin. Kaikenlisäksi eteläisen pallonpuoliskon maksimi oli kolmanneksen voimakkaampi kuin pohjoisen.

Zharkova on pyrkinyt todistamaan teoriansa soveltamalla sitä kolmen jo päättyneen aktiivisuus jaksoon. Tulokset ovat vakuuttavia: lähes 97 % yhdenmukaisuus toteutuneeseen aktiivisuuteen verrattuna. Sen sijaan jakson 24 (nykyinen jakso) maksimin ennuste sijoittaa vuoteen 2011, kun se todellisuudessa oli 2012 (pohjoisella pallonpuoliskolla) ja 2014 eteläisellä pallonpuoliskolla. Myös jakson 24 toteutunut aktiivisuus on selkeästi ennustetta heikompi.

Tutkimusryhmä tekee ennusteen, jonka mukaan jakso 25 saavuttaa vain noin 80 % ja jakso 26 noin 40 % jakson 24 aktiivisuudesta. Tämä merkitsee auringonpilkkulukuina hieman yli 60 ja noin 30. Jos ennusteen antamat erot ovat samassa suhteessa eroavia kuin jakson 24 kohdalla, jaksot 25 ja 26 tulevat olemaan todella heikkoja ja jälkimmäinen jää todennäköisesti kokonaan väliin.

Auringon aktiivisuus ja ilmasto

Auringon aktiivisuuden ja ilmaston välistä yhteyttä olen käsitellyt aikaisemmin tämän blogin artikkelissa

http://avaruusmagasiini.blogspot.fi/2013/11/uusi-maunderin-minimiko.html

 Huomautukset

[1] Simon J. Shepherd, Sergei I. Zharkov, and Valentina V. Zharkova; PREDICTION OF SOLAR ACTIVITY FROM SOLAR BACKGROUND MAGNETIC FIELD

VARIATIONS IN CYCLES 21–23; The Astrophysical Journal, 795:46 (8pp), 2014 November 1