ESCAPADE-tehtävän luotaimet lähtivät kohti Marsia

KAK – NASAn uusin aurinkotuulta ja sen vaikutuksia Marsin kiertoradalla havainnoivan ESCAPADE-tehtävän ^[1] kaksoisluotaimet laukaistiin avaruuteen Cape Canaveralista marraskuun 13. päivänä 22.55 Suomen aikaa. Kantorakettina oli Blue Origin yhtiön New Glen (NG-2) kantoraketti ^[2].

 

Molemmat luotaimet (Blue ja Gold) ovat rakenteeltaan identtiset. Kuva NASA.

Noin 33 minuuttia lähdön jälkeen luotaimet irrotettiin kantoraketista. Kello T+33.18 irrotettiin Blue-luotain ja 30 sekuntia myöhemmin Gold-luotain. Nimet tulevat Kalifornian yliopiston Berkeleyn koulun väreistä.  Luotaimet tulevat asettumaan aluksi Maan Lagrangen L2-pistettä kiertävälle radalle, jossa ne odottavat Maan ja Marsin asettumista sopiviin asemiin. Alkulennon aikana tutkimuslaitteet ja luotaimen lennon hallinnan laitteet tarkistetaan ja säädetään toimimaan suunnitellusti.

Varsinainen marslento alkaa vuoden kuluttua marraskuussa 2026. Silloin luotaimet ohjataan kulkemaan hyvin läheltä Maata, jolloin Oberthin efektin vaikutuksesta ne saavat lisäimpulssin planeettojen väliselle lennolle. Tällainen rata mahdollistaa mahdollisimman pienen polttoainemäärä lennon toteuttamiseen. Nykyisin tällaisia linkoratoja käytetään lähes aina planeettojenvälisten luotainten ratojen muokkaamiseen ja tarvittavan lisänopeuden hankkimiseen.

Polttoaineen säästämiseksi luotaimet odottavat sopivaa ajankohtaa Marsiin vivälle radalle Lagrangen pisteen L2 radalla. Sen jälkeen ne käyttävät linkorataa, jonka avulla luotaimet saavat lisäenergiaa maapallolta. Kuva NASA.

 

Lento Marsiin kestää 10 kuukautta, jonka aika tehdään tarvittavia ratakorjauksia (TCM), jotta luotaimet saapuisivat perille juuri oikeaan aikaan. Syyskuussa 2027 luotaimet asettuvat Marsin kiertoradalle [4]. Loka-joulukuussa rataa muutetaan hiljalleen hieman matalammalle radalla.  Toisistaan irrotetut luotaimet asettuvat aluksi samalle kiertoradalle (kesäkuu 2028) ja niiden etäisyys on lentoaikana mitattuna enintään 4 – 30 minuuttia. Rataa kutsutaan lempinimellä ”helminauha”. Kiertorata mahdollistaa aurinkotuulessa tapahtuvien nopeiden muutosten havaitsemisen.

Seuraava lennon vaihe alkaa joulukuussa 2028, jolloin luotaimet siirtyvät omille radoilleen. Gold-luotain kasvattaa suurinta etäisyyttä Marsistaan ja vastaavasti Blue-luotain laskee sitä. Muutosten myötä luotaimet mittaavat Marsina magnetosfäärissa eri alueita. Tämä vaihe jatkuu toukokuuhun 2029, jonka jälkeen toistaiseksi suunnitelmissa oleva tutkimustoiminta päättyy. On luotaimet ja niiden havaintoinstrumentit käyttökelpoisessa kunnossa ja onko polttoaineita riittävästi jäljellä ratakorjauksiin, ovat sellaisia kysymyksiä, jotka ratkeavat ajan kanssa. NASA on kuitenkin pyrkinyt käyttää toimintakuntoisia avaruusluotaimia niin pitkään kuin mahdollista, joten hyvällä onnella Goldin ja Bluen tarina jatkuu – ehkä!

Lennon ensimmäisessä havaintovaiheessa luotaimet ovat samalla radalla Marsia kiertäen. Tälainen rata mahdollistaa lyhytaikaisten ilmiöiden havaitsemisen. Kuva NASA.

Luotaimet ovat rakenteellisesti samanlaisia ja kummassakin niistä on samat havaintoinstrumentit ^[3]. Laitteiden tekemien havaintojen avulla tutkijat pyrkivät ymmärtämään Marsin magnetosfäärin rakennetta ja prosesseja, jotka vaikuttavat ja ohjaavat ionivirtoja. Aikaisemmin tällaista kahden luotaimen avilla tehtyä tutkimusta ei ole tehty Marsin kiertoradalla. 

Jälkimmäisellä havaintokaudella luotaimet ovat omilla radoillaan, joten niiden havainnot mahdollistavat  kausaalisien riippuvuuksien tutkimisen. Kuva NASA.

 Toinen tärkeä tutkimuskohde on aurinkotuulen energiavirtojen kulkeutuminen ja liikemäärän vaikutus nykyiseen magnetosfääriin. Kolmas tavoite on aurinkotuulen vuorovaikutusprosessit ovat tärkeimpien tavoitteiden joukossa, jolla pyritään selvittämään, miten aurinkotuuli on vaikuttanut Marsin ilmakehän riipiytymiseen aikojen kuluessa. Neljänneksi luotaimet tuottavat tietoa Marsin lähiavaruuden avaruussäästä, sen vaikutuksista Marsiin ja aurinkomyrskyjen vaikutukset planeetan pinnalla. Marsin globaalin magneettikentän puuttuminen on miehitettyjen lentojen ja mahdollisesti Marsin pinnalle perustettavien siirtokuntien yksi vaikeammin hallittavista ihmisten terveyttä ja henkeä vaarantavista tekijöistä.

 

Viitteet

[1] Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers

 

[2] New Glenn tekniset yksityiskohdat

Korkeus: 98 metriä

Halkaisija: 7 metriä

Moottorit: 7 × BE-4 (1. vaihe) + 2 × BE-3U (2. vaihe)

Työntövoima: Yli 16,9 MN nousuvaiheessa

Kantokyky: 45 tonnia LEO-kiertoradalle, 13,6 tonnia GTO-kiertoradalle.

Raketissa on tilaa kahdelle ESCAPADE-luotaimelle lisäksi Viasatin HaloNet-demonstraatiokuormalle.

New Glenn on nimetty astronautti John Glennin mukaan, joka oli ensimmäinen amerikkalainen Maan kiertoradalla.

 

[3] Havaintoinstrumentit ovat:

EMAG magnetometri (NASA Goddard)

EESA elektrostaattinen analysaattori – ionit ja elektronit (UC Berekeley)

ELP Langmuir Probe – plasmaominaisuudet (Embry-Riddle)

VIS/IR näkyvän valo ja infrapunaisen valon kamera (Northern Arizona University).

 

Mittaustapa ja tarkkuus:

Magneettikenttä: 3-akselinen vektori mittaus, herkkyys nanotesla-tasolla

Ionit: Energia-alue 10 eV - 30 keV, massaerottelu H⁺, He⁺⁺, O⁺

Elektronit: Energia-alue 1 eV - 50 keV, kulmaerottelu 360°

Plasma: Elektronitiheys ja lämpötila, ionien drift-nopeus

Kuvat: Näkyvä ja infrapuna-alueet, mahdollisuus Marsin vihreiden revontulien havaitsemiseen.

 

[4] Kiertorata (syyskuu 2027)

Kiertoradan tyyppi: Korkea elliptinen rata

Periapsis: ~160 km

Apoapsis: 7,000-10,000 km

Kiertoaika: ~87 tuntia

Kaltevuus: 60°

 

 

PUNCH-observatoriot lähdössä

PUNCH-observatorioiden laitekohtaiset havaintokohteet. Kuva NASA.

Polarimeter to UNify the Corona and Heliosphere, eli lyhyemmin PUNCH on NASA:n Small Explorer (SMEX) -tehtävä, jonka tarkoituksena on ymmärtää paremmin, miten Auringon koronan massa ja energia muuttuvat Aurinkokunnan täyttäväksi aurinkotuuleksi.

Joka sekunti yli 300 000 tonnia plasmaa lähtee Auringosta ja poistuu avaruuteen. Tästä poistuvasta plasmasta muodostuu aurinkotuuli ja se vaikuttaa kaikkeen Aurinkokunnassa, myös Maahan. Se aiheuttaa kauniit revontulet, se aiheuttaa myös avaruussään, joka pahimmillaan saattaa uhata sähköverkkoja, satelliitteja ja astronautteja. PUNCH seuraa ensimmäistä kertaa aurinkotuulta jatkuvasti koko avaruuden läpi, jotta voimme ymmärtää paremmin Aurinkoa, aurinkotuulta ja niiden vaikutuksia ihmiskuntaan.

Neljä PUNCH -observatorioita sijoitetaan aurinkosynkroniselle Maata kiertävälle radalle. Kuva NASA.

Kukin neljästä PUNCH-avaruusaluksesta on hieman yli metrin pituinen, ja siinä on yksi instrumentti +Z-kannella (jota pidetään lennon aikana zeniitin suuntaan). Kukin avaruusalus tukee kolmiakselista suuntausta (muutaman kaarisekunnin tarkkuudella), nopeaa tiedonvälitystä kaksikaistaisella downlinkillä, kiertoradan korjaustyöntövoimaa ja kehittynyttä autonomista vikakorjausta. Neljä avaruusalusta laukaistaan ja asetetaan kiertoradalle yhdestä kantoraketista.

PUNCH neljä observatoriota sijoitetaan 570 km korkeudella olevalle aurinkosynkroniselle radalle siten, että jokaisella luotaimelle on hyvä näkyvyys Auringon suuntaan. Lähdön jälkeen seuraa kolmen kuukauden jakso, jonka aikana laitteet otetaan käyttöön ja niiden toiminta tarkistetaan ja kalibroidaan. Sen jälkeen observatoriot siirretään lopulliseen asemaan Maan kiertoradalla ja kuvaaminen aloitetaan.

Kuvantamisen aikana kuvien kuvaussuuntaa käännetään synkronoidusti 30 astetta aina kun observatoriot ovat siirtyneet radallaan kolmekymmentä astetta.

Havaintolaitteet

Observatorioista yhdellä on kapeakenttäkamera (Narrow Field Imager, NFI), joka kuvaa rengasmaisen kuvakentän (FOV) Auringon ympäriltä. Kolmella observatoriolla on laajakenttäkamera (Wide Field Imager, WFI). Nämä kamerat ovat rakenteellisesti korografeja, sillä niiden kohde on Auringon korona ja jos Aurinko olisi näkyvissä kuvissa, niin silloin koronaa ei näkyisi.

PUNCH-observatorioiden kuvakentät, jotka ovat nimetty kameroiden mukaan. Keltainen piste kuvan keskellä on Aurinko ja kehät ovat kuvakenttien rajat. NFI-observatorion kuvakentässä oleva Aurinko on estetty näkymästä peitinlevyllä. WFI-oservatorioissa Aurinko ei suoranaisesti ole kuvakentässä mutta sen aiheuttama hajavalo on "sammutettu" kameran hajavalo estoilla (baffle) ja valoansoilla (light trap). Kuva NASA.

Kaikkien neljän observatorioiden toiminta on synkronoitu lennon aikana. Kahdeksan minuutin välein kukin PUNCH-luotain ottaa seitsemän kuvaa: yhden polarisoimattoman kuvan ja kuusi polarisoitua kuvaa kahdessa kolmen kuvan sarjassa. Kuvat yhdistetään maassa 3D-kuviksi. PUNCHilla on avoimen datan politiikka, ja kaikki tiedot ovat vapaasti kaikkien käytettävissä mihin tahansa tarkoitukseen.

Lisäksi yhdessä observatoriossa on opiskelijoiden toimittama röntgenspektrometri, STEAM. Se on sijoitettu NFI observatorioon.

NFI-kamera muistuttaa eniten perinteistä kaukoputkea. Koronagrafiksi sen tekee Auringon peittävä peitinlevy. Kuva NASA.

Narrow Field Imager (NFI) on pienikokoinen ulkoisesti peittävä koronagrafi, jonka kuvakenttä on samanlainen kuin SOHO/LASCO-C3:n: 6 – 32 R_☉ taivaalla. Ulkoinen varjostin estää suoraa auringonvaloa pääsemästä optiseen pääaukkoon, joka tarkastelee Auringon ympärillä olevaa koronaa ja tähtikenttää yhdistelmälinssijärjestelmän avulla. Polarisaatio erotetaan käyttämällä polarisoivaa suodatinpyörää (PFW), ja kuvasensori on CCD-tyyppinen (CCA), jossa on 2k × 2k pikselin aktiivinen ilmaisinalue.

 

WFI-kameran "hallitsevana elementtinä" on sen hajavaloa estävät rakenteet. Kuva NASA.

Wide Field Imager (WFI) on STEREO/HI:hen perustuva laajakenttäinen heliosfäärikamera (HI). Se kuvaa taivasta 18 – 180 R_☉ alueelta. HI-mallit ovat analogisia koronagraafien kanssa, mutta niiden kuvan muoto on neliö eikä pyöreä. WFI heikentää suoraa auringonvaloa yli 16 suuruusluokkaa. Laajakenttäakromaattinen optiikka perustuu kuuluisaan Naglerin okulaariin käänteisellä geometrialla. Polarisaatiossa ja havaitsemisessa käytetään samoja PFW- ja CCA-malleja kuin NFI:ssä.

STEAM edistää ymmärrystä auringonpurkauksista ja auttaa selvittämään, miksi Auringon korona on paljon kuumempi kuin Auringon pinta, mittaamalla keskeisten alkuaineiden pitoisuuksia ja lämpötilaa auringonpurkauksissa ja aktiivisilla alueilla. Tämä tehdään mittaamalla Auringon röntgenspektriä hiljaisissa olosuhteissa, näkyvillä aktiivisilla alueilla ja auringonpurkausten aikana.

PUNC observatorioiden toiminta aika on noin 2 vuotta. Niiden piti lähteä avaruuteen jo kaksi vuotta sitten, mutta Covid-19 pandemia myöhästytti laitteiden valmistumista. Nyt aikaisin lähtöpäivä on helmikuun 27. päivä. Kantorakettina on SpaceX yhtiön Falcon 9 ja lähtö tapahtuu Vanderbergin avaruuskeskuksesta Kaliforniasta. Yhtä aikaa samalla kantoraketilla viedään avaruuteen myös SPHERex -observatorio.

 

Aurinkotuuli lämpenee Alfvénin aalloista

ESA:n Solar Orbiter -luotain on havainnut ratkaisevan tärkeitä tietoja vastatakseen vuosikymmenien pituiseen kysymykseen siitä, mistä aurinkotuulta lämmittävä ja kiihdyttävä energia on peräisin. Tutkijat yhdistivät tutkimuksessaan myös NASA: n Parker Solar Probe -luotaimen kokoamat tiedot aurinkotuulesta ja päätyivät tulokseen, että tarvittava energia tulee Auringon magneettikentän suurista vaihteluista.

Havainnekuva Aurinkoa kiertävistä Parker Solar Probe ja Solar Orbiter -luotaimista. Kuva ESA.

Aurinkotuuli^[1] on jatkuva varautuneiden hiukkasten virta, joka poistuu Auringon kaasukehästä (koronasta) ja virtaa Maan ohi ja jatkaa matkaa aina Aurinkokuntamme ulkorajoille asti. Kummallista kyllä, aurinkotuuli poistuu Auringon koronasta pienemmillä nopeuksilla (noin 300 km/s), joten jokin nopeuttaa sitä liikkuessaan kauemmas (Maan kohdalla nopeus on usein noin 500 km/s). Miljoona-asteinen aurinkotuuli luonnollisesti jäähtyy (adiapaattinen kaasu), kun se laajenee suuremmaksi tilavuudeksi ja muuttuu tiheydeltään harvemmaksi. Kummallisinta on, että jäähtyminen tapahtuu hitaammin kuin se pitäisi laajenemisesta johtuen. Ainoa selitys on, että aurinkotuuli saa lisäenergiaa matkalla koronasta esimerkiksi Maan radalle.

Joten mistä tarvittava energia on peräisin aurinkotuulen nopeimpien osien kiihdyttämiseen ja lämmittämiseen? ESA: n Solar Orbiterin^[2] ja NASA: n Parker Solar Proben^[3] tiedot ovat antaneet vakuuttavia todisteita siitä, että vastaus on Auringon magneettikentän laajamittaiset värähtelyt, jotka tunnetaan nimellä Alfvénin aallot.

“Ennen tätä työtä Alfvénin aaltoja oli ehdotettu potentiaaliseksi energianlähteeksi, mutta meillä ei ollut lopullista todistusta” sanoo Yeimy Rivera (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, Massachusetts) tutkimusraportin^[4] ensimmäinen kirjoittaja.

Tavallisessa kaasussa, kuten Maan ilmakehässä, ainoat välittyvät aallot ovat ääniaaltoja. Kuumennettaessa kaasua poikkeuksellisiin lämpötiloihin (kuten Auringon kaasukehässä), se muuttuu plasmaksi ja reagoi magneettikenttiin. Tämä mahdollistaa Alfvénin aaltojen muodostumisen magneettikenttään. Nämä aallot varastoivat energiaa ja voivat tehokkaasti kuljettaa sen plasman läpi.

Normaali kaasussa energia varastoituu tiheyden, lämpötilan ja nopeuden muodossa. Plasmassa näiden lisäksi magneettikenttä varastoi myös energiaa. Sekä Solar Orbiter että Parker Solar Probe sisältävät tarvittavat instrumentit plasman ominaisuuksien mittaamiseksi, mukaan lukien sen magneettikenttä.

Vaikka kaksi avaruusalusta toimivat eri etäisyyksillä Auringosta, ja hyvin erilaisilla kiertoradoilla, helmikuussa 2022 avaruusalus sattuivat havaitsemaan samaa aurinkotuulen virtausta.

Parker, joka toimi 13,3 Auringon säteen (noin 9 miljoonaa km) etäisyydestä Auringosta aivan koronan ulkoreunoilla, läpäisi virtauksen ensin. Solar Orbiter, joka toimi 128 auringon säteellä (89 miljoonaa km), läpäisi saman virtauksen pari vuorokautta myöhemmin. “Tämä työ oli mahdollista vain siksi, että kaksi avaruusalusta, jotka ottivat näytteitä samasta aurinkotuulen virrasta sen matkan eri vaiheissa Auringosta, oli hyvin erityinen linjaus”, sanoo Yeimy.

Hyödyntäen täysin tätä harvinaista kohdistusta, ryhmä vertasi saman plasmavirran mittauksia kahdessa eri paikassa. He muunsivat mittaukset ensin neljäksi keskeiseksi energiamääräksi, jotka sisälsivät magneettikentässä varastoidun energian mittauksen, jota kutsutaan aaltoenergiavuoksi.

Koska energiaa ei voida luoda eikä tuhota, vain muuntaa muodosta toiseen, tiimi vertasi lukemia Parkerista Solar Orbiter havaitsemiin tietoihin. He tekivät tämän vertailun ottaen huomioon magneettisen energian ja ilman sitä.

“Huomasimme, että jos emme sisällyttäneet laskelmiin Parkerin aaltoenergiaa, tulokset eivät vastanneet sitä, kuinka paljon energiaa meillä on Solar Orbiterissa”, sanoo tutkija Samuel Badman, (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, Massachusetts).

Lähellä Aurinkoa, jossa Parker mittasi virtausta, noin 10 % kokonaisenergiasta oli magneettikentässä. Solar Orbiterilla tämä luku oli laskenut vain 1 %:iin, mutta plasma oli kiihtynyt ja jäähtynyt odotettua hitaammin.

Numeroita vertaillen ryhmä päätteli, että menetetty magneettinen energia oli kiihdyttämässä hiukkasten nopeutta ja hidastanut plasman jäähtymistä.

Kaavio aurinkotuulesta ja luotaimien sijoittumista eri etäisyyksille havaintojen aikana Kaaviossa on esitetty myös paluumutkat (patches of switchbacks), jotka ovat Alfvénin aaltoja ja kiihdyttävät aurinkotuulen hiukkaset suurempiin nopeuksiin ja lämmittävät sitä. Klikkaa kuvaa suurentaaksesi sen! Kuva ESA.

Tiedot osoittavat magneettikentän kääntyvän takaisin päin. Näitä kutsutaan englanniksi "patches of switchbacks" -termillä. Vakiintunutta suomenkielistä käännöstä ei tietääkseni ole, mutta sen voisi suomentaa paluukäännökseksi tai -mutkaksi. Mutkat ovat suuria taipumia Auringon magneettikentässä ja ne ovat esimerkkejä Alfvénin aalloista. Niitä on nähty 1970-luvulta lähtien (luotaimilla), mutta niitä on havaittu useammin, kun Parker Solar Probe oli ensimmäinen luotain, joka lensi Auringon koronan läpi vuonna 2021 tehden runsaasti havaintoja niistä.

Tämä uusi työ vahvistaa, että nämä paluumutkat sisältävät tarpeeksi energiaa, jotta ne voivat olla vastuussa nopean aurinkotuulen kiihtyvyyden ja lämmityksen puuttuvasta osasta.

“Tämä uusi työ kokoaa asiantuntevasti joitain suuria paloja aurinkopulmasta. Solar Orbiterin, Parker Solar Proben ja muiden tehtävien keräämien tietojen yhdistelmä osoittaa meille, että erilaiset aurinkoilmiöt todella toimivat yhdessä tämän poikkeuksellisen magneettisen ympäristön rakentamiseksi”, sanoo Daniel Müller (ESA Project Scientist for Solar Orbiter).

”Eikä se kerro meille vain Aurinkokunnastamme. Aurinkomme on maailmankaikkeuden ainoa tähti, jossa voimme mitata sen aurinkotuulen. Joten se, mitä opimme Auringostamme, pätee mahdollisesti ainakin muihin Auringon tyyppisiin tähtiin ja ehkä muihin tähtiin, joilla on tähtituulia”, sanoo Samuel.

Tiimi pyrkii parhaillaan laajentamaan analyysiään aurinkotuulen hitaampiin muotoihin nähdäkseen, onko Auringon magneettikentän energialla merkitystä myös niiden kiihtymisessä ja lämmityksessä.

Viittaukset

[1]  Auringon korona on aurinkotuulen lähde. Aurinkotuuli on jatkuva varautuneiden hiukkasten virtaus, joka virtaa ulospäin Auringosta ja kulkee läpi koko aurinkokunnan. Koronan avoimet magneettikenttälinjat (Parkkerin spiraalit) tarjoavat väylän, jonka kautta nämä hiukkaset pääsevät pakenemaan avaruuteen. Aurinkotuuli vaikuttaa aurinkokunnan magneettisiin kenttiin, erityisesti Maan magnetosfääriin, ja se voi aiheuttaa avaruussään ilmiöitä, kuten geomagneettisia myrskyjä.

[2] ESA:n Solar Orbiter lähetettiin Aurinkoa kiertävälle radalle 10.2.2020. Se on suunniteltu tekemään yksityiskohtaisia mittauksia sisemmästä heliosfääristä ja alkavasta aurinkotuulesta. Luotain tekee myös havaintoja Auringon napa-alueista, joita on vaikea tehdä Maasta. Nämä havainnot ovat tärkeitä tutkittaessa, miten Aurinko luo ja hallitsee heliosfääriään.

SolO tekee havaintoja Auringosta eksentriseltä kiertoradalta, joka liikkuu niinkin lähellä kuin 60 auringon säteet (R_S)tai 0,284 au. Tehtävän aikana kiertoradan inklinaatio nostetaan noin 24°:een.

[3] NASAn Parker Solar Probe lähetettiin Aurinkoa kiertävälle radalle 12.8.2018 tehtävänään tehdä havaintoja ulkokoronasta ja Auringosta. Lähimmillään Aurinkoa sen rata on vain 6,9 miljoona km etäisyydellä. Luotaimen havaintolaitteet on sijoitettu suojakilven taakse, jotta Auringon voimakas lämpösäteily ei tuhoaisin niitä.

[4] Science: In situ observations of large-amplitude Alfvén waves heating and accelerating the solar wind, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk6953#con1 (maksumuuri).

Magneettiset pyörteet aiheuttavat revontulihelmet

Marraskuussa 2018 13 avaruusalusten joukko, mukaan lukien ESAn Cluster -satelliitit, oli oikeassa paikassa oikeaan aikaan havaitakseen prosessin, jota ei ole koskaan ennen nähty kokonaisuudessaan. Niiden havainnot selittävät, kuinka pyörteet Maan magnetosfäärin reunalla voivat saada aikaan näkyviä revontulihelmiä taivaalla satatuhatta kilometriä alapuolella.

Tämä yhteys Maan "päivän puolelle" (tai Aurinkoon päin olevalle puolelle) ilmestyvien revontulien ja pyörteiden välillä vahvistaa teorian siitä, kuinka nämä ainutlaatuiset revontulet – jotka tunnetaan helminä, koska ne näyttävät taivaan poikki ripustetuilta helminauhalta – muodostuvat. Kun jotkut avaruusalukset havaitsivat itse pyörteitä, toiset näkivät, että varautuneiden hiukkasten virta käytti pyörteitä pääsypisteinä tunneliin kohti maan pintaa, mikä sai taivaan hehkumaan.

Taiteilijan näkemys siitä, miten Cluster- ja XMM-Newton satelliitit tarkkailevat Maan magnetosfääriä. Kuva ESA.

Magnetosfääri suojaa maapalloa Auringon lähettämiltä hiukkasilta, joka hiukkasvirta tunnetaan aurinkotuulena. Magnetosfääri on kuin jättimäinen kupla, joka estää tai vaikeuttaa energisten aurinkotuulen hiukkasten pääsyn alailmakehään. Osa hiukkasista kuitenkin pääsee lähelle, yläilmakehään ja silloin voimme nähdä revontulia, jotka syntyvät varattujen hiukkasten (elektronien) törmätessä ilmakehän kaasumolekyyleihin ja atomeihin. Näin tapahtui myös marraskuun 6 päivänä 2018, jolloin kaikkiaan 12 tutkimussatelliittia oli magnetopausin läheisyydessä.

Magnetosfäärin lähellä sijaitsevien 12 satelliitin joukossa olivat neljä ESAn Cluster-tehtävää , samoin kuin NASAn neljä Magnetospheric Multiscale ( MMS ) -satelliittia ja kolme Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms ( THEMIS ) -satelliittia sekä JAXAn Geotail . Lisäksi Yhdysvaltain puolustusmeteorologisen satelliittiohjelman ( DMSP ) satelliitti havaitsi revontulien helmiä läheltä Maan pintaa.

"Tämä löytö osoittaa, että Cluster-avaruusalukset ovat osa "magnetosfääristä orkesteria" tehtävissä, jotka yhdessä mahdollistavat ylimääräistä tiedettä, jota ei ole mahdollista saavuttaa jokaisella tehtävällä erikseen", selittää Philippe Escoubet, ESAn Cluster-projektin tutkija.

Pyörteet muodostuvat, kun aurinkotuuli puhaltaa magnetopausin ohi. Aivan kuten tuuli Maan päällä voi nostaa valtameriä ja pilviä, aurinkotuuli voi rullata magnetopausin jättimäisiksi aalloiksi, jotka koostuvat pyörremäisistä pyörteistä.

Kun pyörre on sopivan kokoinen, aurinkotuulen elektronit pyörivät sen keskustan ympärillä, ennen kuin ne tulevat magnetosfääriin, kulkevat kohti Maan yläilmakehää ja saavuttavat sen. Siellä elektronit törmäävät vedyn, hapen ja typen kanssa, jolloin ne hehkuvat ja muodostavat taivaalla revontulihelmiä. Nämä pyöreät helmet – yksi jokaisesta pyörteestä – ilmestyvät ryhmissä, jotka seuraavat toisiaan taivaalla. Tämä on toisin kuin "normaalit" revontulet, jotka ovat litteämpiä, pitkänomaisia ja huonommin organisoituneita.

Kun aurinkotuuli puhaltaa magnetopausin ohi, voi muodostua pyörteitä, jotka lähettävät elektronivirran kohti Maata. Kuva ESA.

"On hienoa käyttää usean satelliitin tehtäviä muodostamaan yhteyksiä magnetosfäärin reunalla olevan dynamiikan ja kaukana alla olevan ionosfäärin välillä", sanoo Steven Petrinec, tutkimuksen johtava kirjoittaja. Tutkimus julkaistiin hiljattain Frontiers in Astronomy and Space Science -tiedejulkaisussa. "Magnetosfäärin havaintojen ja näytteenottopaikkojen niukkuuden vuoksi on tärkeää hyödyntää useiden tehtävien havaintoja täysimääräisesti aina kun mahdollista, jotta voidaan ymmärtää suuren ja monimutkaisen järjestelmän eri prosessien välisiä yhteyksiä."

Sen jälkeen, kun Cluster lanseerattiin 16. heinäkuuta 2000, se on paljastanut joukon mielenkiintoisia yksityiskohtia magnetosfääristä ja sen vuorovaikutuksesta aurinkotuulen kanssa . Suorittamalla tähän mennessä yksityiskohtaisimman tutkimuksen Auringon ja Maan vuorovaikutuksesta, Cluster auttaa meitä valmistautumaan äkillisten aurinkoenergiapurkausten vaikutuksiin täällä maan päällä.

Philippe jatkaa: ”Cluster on toiminut nyt lähes 22 vuotta. Alussa se oli yksi ainoista magnetosfääriä tarkkailevista tehtävistä, joten vertailimme pääasiassa neljää avaruusalusta keskenään. Mutta nykyään voimme verrata heidän tietojaan muiden tehtävien, kuten MMS- ja THEMIS-satelliittien, tietoihin.”

Taiteilijan näkemys neljästä Cluster-satelliitista. Kuva ESA.

Tämä tutkimus osoittaa useiden erilaisten avaruusalusten tärkeyden, jokaisella on omat tieteelliset instrumenttinsa, jotka seuraavat samoja tapahtumia eri näkökulmista.

Simon Wing, tutkimuksen toinen kirjoittaja, huomauttaa: "Tämä tutkimus korostaa myös näiden useiden avaruusalusten havaintojen yhdistämisen tärkeyttä teoriaan. Tässä tapauksessa teoria pystyy ennustamaan DMSP-satelliittien yläilmakehässä havaitsemien revontulien mittaa käyttämällä magnetopausin monipistehavaintoja.”

Steven, joka työskentelee NASAn MMS-tehtävässä, lisää: "Philippe ja minä varmistamme, että saamme Clusterin ja MMS:n työskentelemään mahdollisimman tiiviisti yhdessä. Esimerkiksi Philippe lähettää minulle aina tietoa siitä, milloin nämä kaksi ovat fyysisesti lähellä, jotta voimme varmistaa, että kaikki avaruusalukset toimivat optimaalisesti yhdessä, kun ne tarkkailevat samaa magnetosfäärin aluetta.”

 

Aurinko käy yhä oudommaksi

Tänävuonna Auringossa on ollut hyvin vähän pilkkuja.
Kuva NASA/SDO.

Auringon edellisestä aktiivisuusminimistä ei ole kulunut vielä kymmentä vuotta mutta siitä huolimatta tähtemme näyttää siirtyneen aktiivisuusminimiin. Tänä vuonna täysin pilkuttomia vuorokausia on ollut jo 60 % ja luku näyttää kasvavan hyvää vauhtia. Edellisen kerran näin vähäistä toimintaa Auringossa oli vuonna 2009, jolloin saavutettiin pilkuttomien vuorokausien määrässä 71 %. Ja se oli silloin vuosi aktiivisuus minimin jälkeen.

NOAAn Avaruussään ennustekeskus SPWC kertoo Auringon aktiivisuuden hiipuneen ennätysnopeasti – paljon nopeammin kuin mitä ennusteet ovat odottaneet. Ennusteen mukaan tasoitettu auringonpilkkuluku olisi huhti-toukokuussa noin 15. Todellisuudessa tasoitettu auringonpilkkuluku on ollut paljon alempi. Ennusteet laatii NOAA's Solar Cycle Prediction Panel, johon kuuluvat NOAA, NASA, US Air Force, sekä yliopistoja ja muita organisaatioita, joiden tehtäväkenttään Auringon aktiivisuus kuuluu.

Auringon aktiivisuudesta tehdään 54 erilaista ennustetta aina historiallisen datan ekstrapoloinnista alkaen ja päätyen huippukehittyneisiin tietokonemalleihin Auringon magneettisesta dynamon toiminnasta. Valitettavasti yksikään näistä malleista ei täysin selitä sitä, mitä Auringossa tapahtuu!

Auringonpilkkujakso 24 näyttää saavuttaneen minimin
huomattavan aikaisin. Kuva WDC-SILSO,
Royal Observatory of Belgium, Bryssels.

Auringon aktiivisuuden vaihtelu on osa Auringon normaalia toimintaa. Jaksollisuuden havaitsi tähtitiedettä harrastanut Samuel Heinrich Schwabe vuonna 1843. Schwaben tarkoituksena oli löytää Merkuriuksen radan sisäpuolella olettu planeetta, jota kutsuttiin Vulkanukseksi. Tässä hän ei onnistunut (kuten ei kukaan muukaan) mutta siinä sivussa hän havaitsi auringonpilkkujen jaksollisuuden, jonka hän määritti noin 10 vuodeksi.

Auringon pilkkujen määrää on seurattu tarkasti 1700-luvun alusta alkaen ja muilla menetelmillään voidaan määrittää auringonpilkkujen ja Auringon aktiivisuutta pitkälle menneisyyteen.

Tutkijat odottavat mielenkiinnolla mitä tapahtuu kun nykyinen jakso 24 päättyy. Muistissa on vuonna 2009–2009 saavutettu minimi, joka oli epätavallisen syvä. Auringonpilkkujen määrä oli epätavallisen vähäinen, aurinkotuuli oli heikkoa ja Auringon kokonaissäteilyssä (irradianssi) koettiin syvä minimi ja erityisesti uv-säteilyn määrä oli noin 20 % vähäisempi kuin edellisen minimin aikana vuonna 1996.

Auringon viimein toivuttua syvästä minimistä, ”kohmelo” oli melkoinen. Maksimikausi 2012–2015 jäi aikaisemmista aktiivisuuksista merkittävästi, huippuaktiivisuus jäi alle puoleen 1900-luvun vuosista. Näyttäisi siltä, että Aurinko on siirtymässä hyvin matalan aktiivisuuden kauteen, joka kestäisi mahdollisesti hyvin pitkään.

Aurinko näyttää myös himmentyneen aktiivisuusminimin lähestyessä. Himmentymistä on mitattu SOHO-observatorion VIRGO laitteistolla vuodesta 1996 alkaen ja sitä ennen useilla (mm. Solar Radiation and Climate Experiment, SORCE) satelliiteilla vuodesta 1978 lähtien. 

Uusin mittalaitteisto vietiin Kansainväliselle avaruusasemalla viime joulukuussa. Laitteisto on Total and Spectral solar Irradiance Sensor  ja tunnetaan lyhenteellä TSIS-1.Se kartoittaa Auringon kokonaissäteilyn määrää. Laitteistossa on toinenkin instrumentti. Se tunnetaan nimellä Spectral Irradiance Monitor ja sen tehtävänä on kartoittaa säteilyn energiat aallonpituuksittain uv-, näkyvän ja ir-aallonpituusalueilla. Kovin suurta eroa verrattuna edellisiin minimeihin ei ole, mutta kuitenkin se on selvästi havaittavissa. 

Auringon irradianssi (TSI) ja auringonpilkkujaksoilla
on kiinteä yhteys: minimin aikana Auringon säteilemä
energia on hieman vähäisempää kuin maksimin
aikana. Kuva SDO.

Mittaustulokset osoittavat, että Aurinko on himmentynyt viimeisten 35 vuoden aikana. Himmeneminen on ollut vähäistä mutta selvästi havaittavissa. Auringonpilkkujaksojen aikana keskimääräinen irradianssin vaihtelu on ollut 0,09 %. Huipusta minimiin vaihtelu on ollut laajempaa, sillä se on noin 0,3 %. Sekään ei tunnu paljolta, mutta suurimmat prosenttiluvut tulevatkin uv-säteilyn aallonpituuksilla ja sillä on puolestaan huomattava merkitys maapallon termosfäärin tilaan ja otsonin määrään. Se on myös enemmän kuin mikään planeettamme mikään yksittäinen luonnollinen lämmönlähde (esimerkiksi radioaktiiviset aineet Maan ytimessä) tuottavat.

Auringon aktiivisuuden väheneminen aiheuttaa muitakin muutoksia kuin irradiansin heikkenemistä. Uv-säteilyn määrän väheneminen johtaa yläilmakehän jäähtymiseen, jolloin se supistuu. Tämä merkitsee sitä, että satelliitteihin kohdistuva kitka vähenee mutta niin tapahtuu myös avaruusromulle. Tästä puolestaan seuraa, että romu pysyy avaruudessa pitempään kuin Auringon aktiivisina aikoina.

Merkittävin ja ehkä näkyvin muutos on se, mitä tapahtuu kosmiselle hiukkassäteilylle. Aktiivisina kausina Auringon magneettikenttä yhdessä voimakkaamman aurinkotuulen kanssa aiheuttaa kosmiselle säteilylle merkittävän jarruttavan tekijän ja tänne aurinkokuntamme sisäosiin kosmista säteilyä ei pääse läheskään niin paljo kuin minimien aikana. Minimien aikana maapallon ilmakehään osuu merkittävästi enemmän kosmista säteilyä kuin muulloin, viimeaikaiset mittaukset (SpaceWeather.com ja Earth to Sky Calculus) kertovat noin 13 % kasvua vuodesta 2015 lähtien. Kosminen säteily lisää maapallon pilvien muodostumista ja näin sillä on oma vaikutuksensa säätilaan ja jossain määrin myös ilmastoon.

Kosmisen säteilyn aiheuttama säteilymäärä on

kasvanut noin 13 % vuodesta 2015 alkaen.

Kuva SpaceWeather.com ja 

Earth to Sky Calculus

Onneksi kosminen säteily ei pääse suoraan maapinnalle asti. Säteilyn hiukkasten törmätessä maapallon ilmakehän yläosiin, se aiheuttaa sekundääristen hiukkasten vyöryn, jotka pääsevät maanpinnalle asti.

Sekundääristen hiukkasten energia on kuitenkin sen verran pieni, että merkittävää säteilykuormitusta maapinnalla ei synny. Sen sijaan lentokoneiden miehistöt ovat alttiina tälle säteilylle.

Säteilyn voimakkuus on 10 – 11 km (35 000 jalan) korkeudella noin 40-kertainen maapinnan tilanteeseen verrattuna. Toki, matkustajatkin saavat oman osansa säteilystä mutta miehistöön se kohdistuu säännöllisesti jokaisella lennolla. Yhdellä lennolla elimistöön imeytyy säteilyä suunnilleen saman verran kuin mitä hammaslääkärissä otetuissa röntgenkuvissa saadaan. Kansainvälisesti lentävän henkilöstö onkin luokiteltu työssään säteilylle altistuviksi. Luokituksen on tehnyt International Commission on Radiological Protection, ICRP.

Aikaisempia artikkeleita aiheesta

Uusi Maunderin minimikö?

Helmikuu oli Auringon toistaiseksi aktiivisin kuukausi

Auringon aktiivisuus notkahti

IPCC:n raportti ei huomioi Auringon aktiivisuuden vaihtelun vaikutusta

Lisää ennusteita Auringon aktiivisuuden hiipumisesta

Auringon aktiivisuusminimi lähestyy

Auringonpilkkujakso 24 maksimissaan?

Kosmisen säteilyn määrä kasvussa

Auringon aktiivisuusennuste aivan metsässä

Ensimmäiset tutkimustulokset Rosetasta julkaistu!

Komeetan P67 P :n alueet on nimetty egyptiläisten jumalien
mukaan. Alueiden nimet ja niiden merkitys on selostettu
tekstissä. Kuva ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Rosetta-luotaimen tekemät mittaukset ja kartoitukset komeetta 67P / Churyumov-Gerasimenkosta (67P) on nyt tutkittu ja julkaistu. Tieteellisten julkaisujen määrä kasvaa lähikuukausina merkittävästi, mutta jo nyt julkaistut tulokset ovat merkittävästi yksityiskohtaisempia kuin mitä milloinkaan komeetoista on voitu julkaista.

ESAn Rosetta-luotain saavutti komeetta 67P viime elokuussa ja asettui sitä kiertävälle radalle. Rosetan mukana oli laskeutumisluotain Philae, joka onnistui laskeutumaan komeetalle marraskuun 12. päivänä, mutta onnettomuudekseen kiinnitysjärjestelmät epäonnistuivat kiinnittäessään luotainta komeetan pintaan, joka sinkoutui johonkin varjoisaan koloon. Tämän lisäksi luotain joutui noin 30° kaltevaan asentoon ja sen seurauksena MUPUS (Multipurpose Sensors for Surface AND Subsurface Science) koetin ei onnistunut tunkeutumaan pintaa syvemmälle ja mitä ilmeisimmin myös rikkoontui. Pinta oli odotettua kovempaa jäätä.

Hiilidioksidin ja veden suhde komeetta 67 P:n eri alueilla.
Kuva ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team
MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Kolossaan Philae sai vain 1,5 h auringonvaloa aurinkokennoilleen komeetan 12,4 h pyörähdysajan aikana. Tämän seurauksena akut tyhjenivät muutaman kymmenen tunnin toiminnan jälkeen ja radioyhteys laskeutujaan katkesi 54 tunnin kuluttua laskeutumisesta. Laskeutujan kaikki kymmenen mittalaitetta ehtivät kuitenkin lähettää joitakin tietoja.  ESAn insinöörit uskovat Philaen selviävän äärimmäisestä kylmyydestä ja palaavan toimintakuntoon lähempänä komeetan periheliä ensi elokuussa, kun auringonvaloa on enemmän saatavilla.

Rosetta on jatkanut komeettaytimen havainnointia ja kartoitusta. Tutkijat ovat nimenneet ytimessä esiintyviä ja hieman erityyppisiä alueita muinaisten egyptiläisten jumalien mukaan. Alueita on kaikkiaan 19 erilaista, jotka jakaantuvat viiteen perustyyppiin; alueet ovat pölyisiä^[1], hauraasta materiaalista koostuvia alueita joissa on kuoppia ja pyöreitä alueita^[2], laajoja painumia^[3], laakeita alueita^[4] ja paljastuneita kovapintaisia alueita^[5]. ESA on julkaissut kartan johon nämä erityyppiset alueet on merkitty.

Komeetan haiduttamien kaasujen määrä ja pölyn erottuminen on
merkittävästi lisääntynyt viime kuukausina.
Kuva ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team
MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Aikaisemmat komeettahavainnot ovat tuoneet meille näkemyksen, että komeetan ilmakehä^[6], koma, on hyvin homogeeninen sisältäen tasaisesti vesihöyryä ja muita haihtuvia kaasuja (CO ja CO2 yms.). 67P:n kodalla tämä ei näyttä näin ole, sillä näiden kaasujen keskinäiset määräsuhteet vaihtelevat komeetan pyöriessä ja Rosettan kiertäessä radallaan ydintä. Kaasujen määräsuhteiden vaihtelu oli havaittavissa jo 200 km etäisyydeltä komeetasta jo ennen kuin luotain oli edes asettunut ydintä kiertävälle radalle.

Mielenkiintoinen havainto on myös se, kuinka komeetta kehittää itselleen magneettikentän.  Komeetan lähestyessä Aurinkoa, sen ytimestä haihtuva vesihöyry ionisoituu ultraviolettivalon vaikutuksesta. Vasta syntyneet ionit kiihdyttävät vauhtiaan aurinkotuulen hiukkasten toimiessa kiihdyttimenä. 

Aurinkoa lähestyessää komeettaan kohdistuva aina vain voimakkaampi lämpö nostaa koman tiheyttä ja ionisaatioastetta, jolloin jossakin vaiheessa ilmakehästä tulee sähköä johtava. Tällöin syntyy koko komeetan kattava magneettikenttä, joka luonnollisesti pyrkii pitämään yllä omaa muotoaan. Sen vuorovaikuttaessa aurinkotuulen kanssa syntyy sokkiaalto, joka ohjaa merkittävän osan aurinkotuulen hiukkasista komeetan sivuitse ja hidastaa magneettikenttään päätyvien hiukkasten nopeutta. Näin komeetan magneettikenttä suojaa sen ilmakehää aurinkotuulen rapauttavalta vaikutukselta.

Komeetta 67P / Churyumov-Gerasimenko koostuu kahdesta suuremmasta lohkosta ja niiden välisestä kannaksesta. Pienempi lohko on kooltaan 2,6×2,3×1,8 km ja suurempi lohko 4,1×3,3×1,8 km. Komeetan kokonaistilavuus on 21,4 km³ ja sen kokonaismassa on noin 10 miljardia tonnia. Näin ollen keskitiheys on 470 kg/m³, mikä on tavattoman vähän koska jäästä ja pölystä koostuvan kappaleen keskitiheys pitäisi olla luokkaa 1500–2000 kg/m³. Ainoa oikea päätelmä tästä on se, että komeettaytimen täytyy olla erittäin huokoinen (70–80 %), sen pinnanalaisessa rakenteessa täytyy olla onkaloita jotka ovat jääneet keskenään heikosti toisiinsa liittyneiden kappaleiden väliin.

Huomautukset

[1] Ma’at, Ash ja Babi

[2] Seth

[3] Hatmehit, Nut ja Aten

[4] Hapi, Imhotep ja Anubis

[5] Maftet, Bastet, Serqet, Hathor, Anuket, Khepry, Aker, Atum ja  Apis

[6] Monissa suomenkielisissä teksteissä käytetään myös nimitystä kaasukehä. Aivan tarkkaan ottaen ilmakehän ja kaasukehän välillä on ero, sillä ilmakehä koostuu suurelta osaltaan neutraaleista atomeista ja molekyyleistä, kun taas kaasukehän merkittävin osa on ionisoituneet atomit ja mahdollisesti molekyylit. Sillä, että onko ilmakehässä happea tai ei, ei ole merkitystä! Näin ollen planeetoilla ja kuilla on yleensä ilmakehä ja tähdillä kaasukehä (jos ilmaisua välttämättä halautaan tai tarvitsee käyttää).

Englanninkielisissä teksteissä näiden kahden olotilan välistä eroa ei yleensä tehdä (vaan se selviää asiayhteydestä) ja silloin siellä käytetään sanaa ”atmosphere”.

Tärkeä avaruussää

Auringon ja Maan välinen yhteys
näkyy avaruussäänä
lähiavaruudessamme. Kuva Nasa.

Tiedätkö mitä on avaruussää? Ei se mitään, ei moni muukaan siitä ole kuullut puhuttavankaan. Siitä huolimatta se on vähintään yhtä tärkeä kuin ilmakehässä vallitsevan säätilan, ja ennen kaikkea tulevan säätilan tuntemus. Uskaltaisinpa väittää, että avaruussään ennustaminen tulee tulevaisuudessa olemaan, ei pelkästään hyödyllistä vaan jopa elintärkeää yhteiskuntajärjestelmämme toimivuudelle.

Avaruussää on lähiavaruutemme tila, joka koostuu monista tekijöistä. Tärkein näistä tekijöistä on aurinkotuulen hiukkastiheys ja nopeus. Molemmat tekijät vaihtelevat suuresti Auringon aktiivisuusjakson mutta myös Auringossa päivittäin tapahtuvien flare- ja CME-purkausten avaruuteen sinkoamien sähkövarautuneiden hiukkasten määrän ja energian mukaan. 

Ei tarvita kovinkaan vilkasta mielikuvitusta ymmärtämään, että sähkövarautuneet hiukkaset vaikuttavat suoraan maapalloa kiertävien satelliittien toimintaan. Tiheä hiukkaspilvi ei voi olla vaikuttamatta satelliittien tietoliikenteeseen. Erityisesti Auringossa tapahtuvat voimakkaat purkaukset tuottavat runsaasti suurenergisiä hiukkasia, jotka päätyvät planeettojen väliseen avaruuteen ja sitä tietä osa niistä päätyy myös maapallon vaikutuspiiriin. 

Suurenergiset hiukkaset ja herkät elektroniset laitteet eivät ole hyvä yhdistelmä samassa tilassa. Vahvoista suojauksista huolimatta, aina silloin tällöin (itse asiassa hyvin usein) elektroniikassa esiintyy häiriöitä. Osa niistä on harmittomia, ohimeneviä tapauksia, mutta joukkoon mahtuu laiterikkoja ja jopa satelliittien täydellisiä ja korjaamattomia vaurioita. Tällöin useiden kymmenien tai satojen miljoonien arvoiset laitteet menetetään. Satelliittien muutaman vuosikymmenen mittaisella aikakaudella on menetetty satoja laitteistoja tästä syystä.

Avaruussään vaikutus ei pääty vain lähiavaruuteemme, vaan ne ulottuvat jopa maanpinnalle. Mielenkiintoiset ja kauniit revontulet ovat vain näiden vaikutusten pittoreski ilmenemismuoto, mutta todelliset vaikutukset näkyvät niin öljy- ja kaasuputkistojen sekä sähkölinjojen toiminnassa. Lähiavaruutemme miljoonien ampeerien sähkövirrat ja niissä tapahtuvat äkilliset muutokset indusoivat sähkövirtoja maanpäällisiin verkostoihin. Näiden seurauksena putkistot ruostuvat ”alta aikayksikön” ja sähköverkoissa esiintyy kymmenien tai satojen ampeerien häiriövirtoja, jotka tuhoavat laitteistoja. 

Lähiavaruuden avaruussää
Quebecin pimentymisen
aikana. Kuva Wikimedia Commons.

Äärimmäisenä esimerkkinä näistä tuhoista on Kanadan Quebecissä vuonna maaliskuussa 1989 esiintynyt [1] laaja sähkökatkos. Episodin perimmäisenä syynä pidetään Auringossa tapahtunutta voimakasta purkausta, jonka seurauksena sähköverkostoon syntyi häiriövirtoja, jotka puolestaan pudottivat useita voimalaitoksia ja muuntoasemia pois verkosta yksi toisensa perään. 

Avaruussäätä on pyritty ennustamaan jo vuosikymmeniä. Niinpä tietämyksemme siitä on kasvanut ja viimein aletaan olla tilanteessa, jossa voidaan julkaista avaruussääennusteita siinä missä tavallisiakin sääennusteita. Brittiläinen Met Office aloittaa tulevana keväänä 24 tunnin ennustepalvelun, joka tarjoaa avaruussäätilaennusteita niin satelliitti-, tietoliikenne- ja sähköyhtiöiden tarpeisiin. Ennusteiden avulla operaattorit voivat siirtää satelliittinsa suojatilaan, sähköyhtiöt voivat valmistautua korjaamaan verkoissa tapahtuvia vikoja ja radioliikenne voi etsiä korvaavia tiedonvälitysmenetelmiä.

Tavallisille ihmisille avaruussääennusteet telenevat tutuksi lehtien revontuliennusteina. Tämän blogin lukijoiden ei kuitenkaan tarvitse odottaa lehtien revontulienennusteita, vaan sellaisen voi tehdä itselleen omaan käyttöön tästä linkistä avautuvalla sivulla[2]. Sivusto on osa Tampereen Ursan kurssitarjontaan kuuluvaa Aurinko- ja revontulet-kurssia, mutta se on käytettävissä vapaasti kenelle tahansa asiasta kiinnostuneelle. Sivuston asiatiedot ovat esitetty hyvin tiivistetysti, joten hyvään lopputulokseen pääsemiseen vaaditaan paljon muutakin[3] tietoa. Hyvään alkuun kuitenkin sivulta pääsee.

Huomautukset

[1] Maaliskuun 10. päivänä 1989 Auringossa tapahtui voimakas (X15) luokan flare-purkaus. Purkaus aiheutti massiivisen koronamassapurkauspilven (CME) jonka suuntautui suoraan maapalloa kohti, jonka se saavutti 13. päivänä. Tätä ennen oli Hydro-Quebecin sähköverkossa havaittu voimakkaita häiriöitä, mutta varsinainen verkon ”pimentyminen” tapahtui (13.3.1989) kello 2.44 paikallista aikaa. Sähkökatkos kesti vähintään 9 tuntia, mutta monin paikoin vielä pidempään ennen kuin verkon viat oli saatu korjattua.

[2] http://taursansaakamera.dyndns.org:2222/revontulet/omarevontuliennuste.html

[3] Revontuliennusteita voi saada monista muista Internet-sivustoilta. Tässä muutamia esimerkkejä:

Auroras now! http://aurora.fmi.fi/public_service/

Ilmainen revontulihälytys http://aurora.fmi.fi/public_service/suomi/Revontulialertti.html

Sapaceweather. com http://www.spaceweather.com/

Alaskan yliopiston geofysiikan instituutti http://www.gi.alaska.edu/AuroraForecast , joka laatii revontuliennusteita myös Eurooppaan http://www.gi.alaska.edu/AuroraForecast/Europe/