Auringon aktiivisuusminimi lähestyy

Auringon aktiivisuutta kuvataan auringonpilkkuluvulla, joka
on sitä korkeampi mitä aktiivisempi Aurinko on. Kuva SILSO.

Vaikka päivittäinen kokemuksemme kertoo, että Aurinko on muuttumaton ja loistaa taivaalla kuten ennenkin, lähempi tarkastelu kertoo Auringossa tapahtuvista valtavista muutoksista. Muutokset liittyvät Auringon aktiivisuuteen, jonka moni tuntee niin sanottuna 11-vuoden auringonpilkkujaksona. Auringonpilkkujen määrä on runsain aktiivisuuden ollessa voimakkain ja pilkut käytännössä katoavat aktiivisuusminimin aikana.

Kuten artikkelin otsikossa kerrottiin, Auringon aktiivisuus on lähestymässä minimiään. Tämä on näkynyt auringonpilkkujen vähäisyydessä, pilkuttomia vuorokausia on kertynyt tänä vuonna jo 44 eli 24 % vuoden päivistä. Määrä on huomattava varsinkin, kun olemme vasta vuoden puolivälissä. Jos tilanne jatkuu (kuten on oletettavissa) täysin samanlaisena, koko vuoden saldoksi saadaan noin 100 pilkutonta vuorokautta. Tämä puolestaan tarkoittaisi sitä, että olemme virallisesta minimistä noin vuoden puolentoista päässä, eli minimi olisi vuoden 2018–2019 vaihteessa. Jos tämä toteutuu, päättymässä olevan jakson (numero 24) pituus olisi noin 10 vuotta^[1]. Auringonpilkkujaksoksi se on sieltä lyhyimmästä päästä, joskaan ei lyhyin.

Auringossa tapahtuvat ilmiöt

Auringon havaitsijoille aktiivisuusminimit ovat tylsää aikaa, sillä monia ilmiöitä esiintyy runsaimmin ja näyttävimmin silloin, kun aktiivisuus on voimakasta. Auringonpilkut on jo mainittu ja ne liittyvät nimenomaan Auringossa esiintyviin aktiivisuusalueisiin. Pilkkujen välittömässä läheisyydessä, samoilla aktiivisuusalueilla esiintyy myös monia muita mielenkiintoisia ilmiöitä.

Tunnetuimpia aktiivisuusalueiden ilmiöitä ovat flare-purkaukset, joita Auringon magneettikenttä synnyttää. Auringon fotosfääristä nousevat magneettiset silmukat törmäilevät toisiinsa ja aiheuttavat magneettisia oikosulkuja (virallisesti uudelleen kytkeytymisen). Tapahtuman seurauksen vapautuu merkittävä määrä magneetista energiaa ja se kuumentaa ympäröivän plasman kymmenienmiljoonien asteiden lämpötilaan. Kuumana hehkuva plasma säteilee energiansa hyvin nopeasti (10–20 minuutissa) kaikilla sähkömagneettisen säteilyn alueilla. Nämä sähkömagneettisen säteilyn voimme havaita lisääntyneenä gammasäteilynä ja ultraviolettisäteilynä, hieman kohonneena lämpösäteilynä ja lopulta myös voimistuneena radiosäteilynä.

Flare-purkauksiin liittyy toinenkin ilmiö hyvin läheisesti. Hyvin usein flarepurkausten läheisyydessä tapahtuu koronamassapurkaus (CME), jossa miljardeja tonneja plasmaa syöksyy avaruuteen magneettikentän kiihdyttämänä. Avaruudessa CME-pilvi laajenee ja aivan uusimman tutkimuksen mukaan etenee kuin aivastuksen aiheuttama pisarapilvi. Enenemisvauhti voi olla jopa viisinkertainen tavallisen aurinkotuulen nopeuteen verrattuna.

Hieno silmukkaprominenssi näkyi Auringossa 19.7.2012.
Kuva © Kari A. Kuure.

Hienoimpia Auringossa ilmeneviä ilmiöitä ovat ilman muuta prominenssit, magneettikentän muodostamia kaaria joihin ajautuu plasmaa. Prominenssit näkyvät vety-alfa-viivan aallonpituudella ja voimakkaimmillaan esiintyessään ulottuvat jopa 1/3 Auringon säteen etäisyyteen avaruuteen. Tosin näin voimakkaat prominenssit ovat harvinaisia, mutta hieman vähäisemmätkin ovat hienoa katsottavaa.

Aktiivisuuskauden laantuessa minimiksi edellä kuvatut ilmiöt vähenevät ja niiden voimakkuus pienenee. Lopulta vuosi ennen minimiä ne näyttävät katoavan lähes täysin. Minimivuosien aikana niitä esiintyy vaatimattomina versioina harvakseltaan.

Minimiin kuitenkin liittyy ilmiö, jota tavallinen auringonhavaitsijan on vaikea havaita; korona-aukot. Korona-aukot ovat magneettikentän Auringosta poispäin suuntautuneita magneettikenttiä ja ne eivät sulkeudu takaisin Aurinkoon vaan etenevät aurinkokunnan ulkorajalle asti. Korona-aukossa aurinkotuulen hiukkastiheys on harventunut mutta vastaavasti hiukkasten nopeus on kasvanut. Yleensä hiukkasnopeus on noin kaksinkertainen normaaliin aurinkotuulen nopeuteen verrattuna.

Samaan aikaan maapallolla

Maapallo ei ole erillinen saareke aurinkokunnassa, vaan Auringossa tapahtuvat ilmiöt vaikuttavat suuresti moniin asioihin. Auringon ja maapallon magneettikentät eivät ole erillisiä, vaan ne kytkeytyvät yhteen joko voimakkaammin tai hieman heikommin riippuen siitä missä aktiivisuusvaiheessa ollaan.

Auringossa tapahtuvat flare-purkaukset aiheuttavat maapallon ionosfäärissä häiriöitä, jotka vaikuttavat radioliikenteeseen. Häiriöt ilmenevät jo noin 20 minuutin kuluttua Auringossa esiintyneestä voimakkaasta flare-purkauksesta ja voivat jatkua useita vuorokausia, riippuen flare-purkauksen voimakkuudesta.

Maapallo joutuu hyvin usein vastaanottamaan CME-purkauspilven tai tarkemmin pienen osan siitä. Pilven törmäyksen seurauksena maapallon magneettikenttä joutuu häiriötilaan, jolloin puhutaan magneettisesta myrskystä. Magneettinen myrsky voi jatkua useita vuorokausia, riippuen CME-pilven suuruudesta ja suunnasta avaruudessa. Tavallisesti magneettisten myrskyjen aikana pohjoisilla ja eteläisillä leveyksillä nähdään revontulia, joiden kirkkaus, kesto ja aktiivisuus riippuvat CME-pilven tuomien varattujen hiukkasten (elektronien) määrästä ja lähiavaruuden magneettikentän suunnasta.

Vaikka edellä kerrotut kaksi ilmiötä ovatkin näkyviä merkkejä maapallolla, on vielä muita ilmiötä, joihin Auringon aktiivisuuden vaihtelu vaikuttaa. Aktiivisina aikoina Aurinko säteilee runsaasti uv-sätelyä^[2]. Se imeytyy ilmakehän yläosaan ja lämmittää sitä. Seurauksena on ilmakehän laajeneminen. Tällä puolestaan on oma vaikutus maapalloa kiertäviin satelliitteihin.

Vaikka satelliitit ovat radoillaan avaruudessa, aivan täysin tyhjiö tila ei kuitenkaan ole. Vähäiset ilmakehän rippeet hidastavat^[3] aina kiertoradoilla olevien satelliittien ja avaruusalusten liikettä ja ne vajoavat hiljalleen alaspäin. Laajentunut ilmakehä voimistaa jarrutusta ja satelliitit vajoavat alaspäin entistä nopeammin. Jos ratakorjauksia ei tehtäisi, satelliitit päätyisivät lopulta niin syvälle ilmakehään että ne tuhoutuisivat. Näin käy avaruusromulle, mutta valitettavasti vain niille kappaleille, jotka ovat jo valmiiksi matalilla kiertoradoilla. Yli 600 km korkeudessa olevat avaruusromu ei käytännössä poistu lainkaan.

Auringon aktiivisuus vaikuttaa myös Auringon magneettikentän voimakkuuteen ja suuntaan. Kentän suunta vaihtuu kahden aktiivisuussyklin jaksoissa ja vaikuttaa siihen, kuinka paljon tähtienvälisestä ja galaksienvälisestä avaruudesta tulevaa kosmista säteilyä pääsee tunkeutumaan aurinkokunnan sisäosiin. Minimien aikana kosmisen säteilyn määrä kasvaa ja vastaavasti vähenee aktiivisina kausina.

Lisääntyvästä kosmisesta säteilystä on paljon haittaa esimerkiksi maapalloa kiertäville satelliiteille. Niiden vikaantuminen lisääntyy merkittävästi aktiivisuusminimien aikana ja näin aiheuttaa lisäkustannuksia niin tietoliikenne- ja sääsatelliittien ylläpitäjille. Luonnollisesti kiertoradalla olevan Kansainvälisen avaruusaseman miehistön terveys voi vaarantua lisääntyneen kosmisen säteilyn vuoksi.

Kosminen säteily lisääntyy myös ilmakehässä. Maanpinnalla siitä ei ole juuri haittaa mutta esimerkiksi korkealla lentävien lentokoneiden matkustajat ja henkilökunta joutuvat tahtomattaan vastaanottamaan lisääntyneen säteilyannoksen. Vaikka nyt ei puhuta mistään kuolemaan johtavasta säteilymääristä, pitkällä aikavälillä lentohenkilökunnan terveys saattaa pettää lisääntyneen säteilykuormituksen myötä. Silloin tällöin lentokoneissa matkustavien ei tarvitse olla huolissaan oman terveytensä puolesta!

Katso NASAn julkaisema video aiheesta https://www.youtube.com/watch?v=kBKJkU06ICQ

Huomautukset

[1] Edellinen minimi oli tammikuun 4. vuonna 2008. Jakson 24 ensimmäinen maksimi saavutettiin 2011 ja toinen maksimi 2014.

[2] Uv-säteily synnyttää maapallon ilmakehässä otsonia (O₃), joka toimii suojaavana kerroksena ja estää suurimmaksi osaksi uv-säteilyä saavuttamasta maanpintaa. Ilmakehään tunkeutunut uv-säteily myös vaikuttaa radioaktiivisen hiili-14 syntyyn, jonka perusteella pystymme määrittämään Auringon aktiivisuutta satoja tuhansia vuosia taaksepäin. Hiili-14 käytetään myös orgaanisten fossiililöydösten ikämäärityksiin.

[3] Hidastava voima syntyy osittain kitkasta ja paine-erosta satelliitin menosuunnan ja jättösuunnan välillä. Kitka syntyy ilmamolekyylien hangatessa satelliitin rakenteita. Paine-ero syntyy ilman kompressoituessa satelliitin edessä kun taas jättöpuolella on käytännössä täydellinen tyhjiö.

Uusi Maunderin minimikö?

Auringon aktiivisuuden vaihtelu
näkyy auringonpilkkujen ja muiden
Aurngossa tapahtuvien ilmiöiden
määrissä. Kuva Kari A. Kuure.

Auringon matala aktiivisuus on onnistunut ylittämään uutiskynnyksen. Sinällään se ei ole uutinen ainakaan tutkijoille ja alan harrastajille, sillä Auringon aktiivisuuden 11 vuoden jakson lisäksi siinä esiintyy useita muita jaksoja. Olen itsekin käsitellyt Auringon aktiivisuutta aikaisemmissa artikkeleissani ^[1].

Viimepäivien uutisoinnissa on viitattu Pieneen jääkauteen ja Maunderin minimiin, jolloin Auringon toiminta pysytteli minimissään puolisen sataa vuotta. Samaan aikaan ainakin Euroopassa koettiin epätavallisen kylmä kausi nälänhätineen. Katastrofi- ja kauhuskenaario-journalistit ja lehdet pyrkivät tietysti maksimoimaan lehtiensä myynnin jos vain vähänkin, edes epäsuoria viitteitä tulevista huonoista ajoista on näköpiirissä niistä kertovilla jutuillaan. Toistaiseksi mitään sellaista ei ole näkyvissä ainakaan tutkimuksen valossa asiaa tarkasteltuna. 

Maunderin minimi

Maunderin minimillä ymmärretään vuosien 1645 ja 1715 välistä ajanjaksoa, jolloin Auringon aktiivisuus oli minimissään ja auringonpilkkuja ei juuri esiintynyt. Luonnollisesti aurinkohavaintoja 1600-luvun loppupuolella teki vain muutama ihminen, mutta heidän jälkeensä jättämät muistiinpanot kertovat aika erikoisesta ajanjaksosta.

Auringon aktiivisuus vaihtelee ja se näkyy hiili-14
pitoisuuksissa orgaanisen materiaalin kerrostumissa.
Kuva Wikimedia Commons.

Auringon aktiivisuus oli hiipunut koko 1600-luvun alkupuolen ja jokaisella vuosikymmenellä tiedetään esiintyneen alle 10 auringonpilkkua. 1640- ja 1670-luvuilla pilkkuja ei havaittu lainkaan (tai aikanakaan niistä ei ole säilynyt tietoja) ja muillakin vuosikymmenillä vain muutamia pilkkuja.

Onneksi meidän ei tarvitse perustaa tietojamme vain näihin säilyneisiin muistiinpanoihin vaan pystymme rekonstruoimaan Auringon aktiivisuuden vaihtelut suhteellisen tarkasti hiili-14 (¹⁴C) ja beryllium-10 (¹⁰Be)määrityksiin. Molemmat aineet syntyvät ilmakehässä lähinnä kosmisen säteilyn vaikutuksesta: hiili-14 syntyy typestä ja beryllium-10 kosmisen säteilyn törmäyksissä niin ilmakehässä kuin tähtienvälisessä avaruudessa.

Beryllium-10 määrä jäätiköiltä
tehdyissä kairauksissa
osoittaa Auringon aktiivisuuden
vaihtelevan. Kuva Wikimedia
Commons.

Auringon aktiivisuus heijastuu kosmisen säteilyn määrään aurinkokunnan sisäosassa. Aktiivisina kausina kosminen säteily ei pääse tunkeutumaan niin syvälle aurinkokuntaan kuin minimin aikoina, joten molempia radioaktiivisia aineita syntyy aktiivisina kausina pienempiä määriä kuin minimin aikana. Kemiallisesti molemmat aineet toimivat kuten muut saman aineen isotoopit, eli hiili sitoutuu orgaanisiin aineisiin. Beryllium-10-pitoisuudet voidaan puolestaan määrittää erilaisista kerrostumista, yleisesti jäätiköillä tehdyistä kairausnäytteistä.

Maunderin minimi ei ole ainoa Auringon aktiivisuuden minimi, vaan vastaavia on esiintynyt suhteellisen säännöllisesti 200–250 vuoden välein.  Historiasta tunnetaan ainakin Homeerinen minimi (vuosina 950–800 eaa.), Oortin minimi (v. 1040–1080), Wolfin minimi (v. 1280–1350), Spörerin minimi (v. 1450–1550), Maunderin minimi (v. 1645–1715) ja Daltonin minimi (v. 1790–1820). Minimit eivät yleensä kuitenkaan tarkoita Auringon aktiivisuuden vähenemistä niin pitkään ja syvään vaiheeseen kuin mitä Maunderin minimissä tapahtui. Minikausienkin aikana jonkinlaista aktiivisuutta on ollut havaittavissa ja auringonpilkkuja on esiintynyt jonkin verran.

Daltonin minimin jälkeen Auringon aktiivisuus on ollut voimakasta koko 1900-luvun. Huippu saavutettiin vuonna 1958 aktiivisuusmaksimin aikaan. Edellisen kerran vastaavaa aktiivisuutta esiintyi noin 8 000 vuotta sitten. Näin ollen nykyinen aktiivisuuden hiipuminen, jos se nyt jatkuu seuraavien aktiivisuusjaksojen aikana, voidaan nähdä paluuna normaaliin olotilaan, jossa Aurinko tuottaa energiaa hyvin tasaisesti.

Pieni jääkausi

Pieneksi jääkaudeksi nimitetään vuosina 1450–1850 Pohjois- ja Keski-Euroopassa ollutta kylmää kautta. Tällöin lämpötilan arvioidaan olleen 2–3 °C viileämpää kuin nykyisin pitkäaikaiset keskiarvot. Ilmiö oli suhteellisen paikallinen ja se ehkä liittyy samanaikaiseen maapallon keskilämpötilan putoamiseen noin 0,6 asteella. Ajanjaksolla jäätiköt kasvattivat kokoaan niin Norjassa kuin Alpeilla. Kylmintä oli 1690-luvulla, jolloin koettiin useina vuosina täydellisiä viljakatoja ja ihmisiä kuoli nälkää suurin joukoin.

Pieneen jääkauteen johtanut lämpötilan aleneminen alkoi Keskiajan lämpökauden päättyessä joskus 1300-luvun viimeisen neljänneksen aikana. Suomessa Keskiajan lämpökauden huippu saavutettiin vuosina 980–1250, jolloin useat talvet Keski-Suomea myöten olivat lumettomia. Silloin maapallon keskilämpötila oli samaa luokkaa kuin nykyisin, saattoipa olla hieman korkeampikin.

Pienen jääkauden jälkeen viileää aikaa jatkui vielä 1850-luvun jälkeenkin ja esimerkiksi Suomessa koettiin Suuria nälkävuosia 1866–1868, joskin kehnot viljelyvuodet alkoivat jo vuosikymmen aikaisemmin.

Auringon aktiivisuus ja ilmasto

Auringon aktiivisuuden vaihtelu ja ilmaston muutokset (vaikkakin paikallisina) on liitetty voimakkaasti yhteen. Tilanne siinä suhteessa ei nykyisinkään ole muuttunut, sillä geomaantieteelliset olosuhteet ovat täysin sama kuin muutama vuosisata sitten. Nykyisin varsinaisena ilmastoa muuttavana tekijänä pidetään Pohjois-Atlantin oskillaation (NAO) ^[2] pitkään jatkunutta negatiivista vaihetta, jolloin Siperiasta Eurooppaan on päässyt purkautumaan erittäin kylmiä ilmamassoja.

Mikä sitten on saanut NAO-indeksin kääntymään negatiiviseksi, sillä yleisesti se on lähes jatkuvasti positiivinen? Yleisesti hyväksyttyä selitystä ei ole, mutta usein (ja syystä) selitykseksi on tarjottu Auringon aktiivisuuden vaihtelua.

Aktiivisuuden vaihtelulla on useita erilaisia vaikutusmekanismeja, alkaen matalalla olevan pilvisyyden vaihtelusta ja päätyen suurilmakehän kiertojärjestelmissä tapahtuviin muutoksiin. Ilmaston herkkyys näihin vaikutusmekanismeihin on kuitenkin täysin tuntematon. Tieteellisen todisteketjun ja vaikutusmekanismin puutteen vuoksi emme kuitenkaan voi varmasti todeta Auringon aktiivisuuden olevan ilmiön takana, vaikkakin tilastolliset näytöt tällaisesta riippuvuudesta kertovatkin.

Huomautukset

[1] Aikaisemmin olen käsitellyt Auringon aktiivisuutta artikkeleissa: Auringon magneettikenttä kääntyy (21.8.2013), Auringonaktiivisuusennuste aivan metsässä (3.3.20139) ja Auringon aktiivisuus notkahti (24.1.2013).

[2] Pohjois-Atlantin oskillaattiolla ymmärretään pysyvien matala- ja korkeapaineiden sijoittumista Pohjois-Atlantilla. NAOn positiivinen vaihe merkitsee pysyvää matalapainetta Islannissa ja sen eteläpuolella ja korkeapainetta Portugalin (Lissabonin) länsipuolisella merialueella. Tällöin suhteellisen leutoa ilmamassaa pääsee virtaamaan Atlantilta Pohjois-Eurooppaan pitäen ilmastolliset olosuhteet asutukselle sopivina.

Negatiivisen NAO-vaiheen aikana korkeapaine onkin Islannissa ja matalat etelämpänä Atlantilla. Tällöin siperialainen kylmä ilmamassa pääsee tunkeutumaan pitkälle Euroopan alueelle.