Plasmapilvi tulossa kohti

CME-purkaus Auringossa 4.11.

Eilen (4.11.2015) kello 15.52 Suomen aikaa Auringosta tapahtui koronamassapurkaus, joka kehitti maapallon suuntaan lähteneen plasmapilven. Koronamassapurkaus tapahtui lähellä auringonpilkkuryhmää 2443, josta syystä alueen tuntumasta lähtenyt plasmapilvi törmää heikentyneenä suoraan maapallon magneettikenttään. Törmäyksen odotetaan tapahtuvan myöhään lauantaina (7.11.) tai varhain seuraavana aamuna.

Plasmapilven törmäyksen arvioidaan aiheuttavan G1-luokan magneettisen myrskyn, joka käytännössä tarkoittaa revontulien näkymismahdollisuuksien paranemista 60° -leveyspiirin pohjoispuolella. Revontulia näkyy todennäköisesti varhain sunnuntaiaamuna ja mahdollisesti vielä sunnuntain ja maanantain välisenä yönä.

Tähän M3,7 (R1)-luokan pienehköön flare-purkaukseen näyttää liittyvän Ruotsissa koettu lyhytaikainen siviililentotutkien häiriö. Näin ainakin ruotsalaiset ilmailulaitoksen virkamiehet väittävät. Mitään havaintoja esimerkiksi Ruotsin ilmavoimien tutkissa ei kuitenkaan esiintynyt, samoin kuin suomalaisetkaan ilmailuviranomaiset eivät raportoineet mitään häiriöitä tutkissa.  Myös magnetometrimittaukset eivät esimerkiksi Nurmijärven mittausasemalla osoita minkäänlaisia häiriöitä.

CME-pilven aiheuttanut M3,7-luokan
flare-purkaus.

Yleisesti Auringossa tapahtuviin flare-purkauksiin saattaa liittyä jonkinasteisia ionosfäärissä tapahtuvia muutoksia lähinnä sen vuoksi, että flare-purkaukset aiheuttavat röntgensäteilyn hetkellistä voimistumista. Röntgensäteily osuessaan ionosfäärissä oleviin atomeihin ja molekyyleihin aiheuttaa ionisaation voimistumista ja vaikuttaa tällä tavoin esimerkiksi VFH-radioliikenteeseen.

Erittäin voimakkaat X-luokan flaret voivat estää radioliikenteen VHF-alueella tunteja tai jopa vuorokausien ajan. X-luokan purkaukset ovat kuitenkin 10–100 kertaa voimakkaampia kuin M-luokan purkaukset. M3,7-luokan flare on sen verran heikko, että kovin suuria muutoksia ei ionosfäärissä tapahdu ja missään tapauksessa se ei vaikuta lennonvalvontatutkiin.

Voyager 1 tähtienvälisessä avaruudessa

Voyager 1 on siirtynyt tähtien
väliseen avaruuteen! Kuva Nasa.

Kirjoitin^[1] viime heinäkuussa Voyager 1 luotaimen siirtyvän tähtienväliseen avaruuteen lähikuukausina. Nyt tämä on toetutunut, sillä Nasa on kertonut tuoreimpien mittaustulosten osoittavan siirtymisen tapahtuneen. Varsinaisesti mittaukset oli tehty jo viime huhtikuussa, mutta tietojen analysointi on ottanut aikaa muutaman kuukauden.

Voyager 1 -luotaimessa ei ole ympäröivän plasman tiheysmittaria, joten tutkijoiden on täytynyt käyttää muita keinoja tiheyden määrittämiseen. Tässä suhteessa onnekas sattuma astui kuvaan mukaan: Auringossa tapahtui merkittävä koronamassapurkaus (CME) maaliskuussa 2012. Purkauspilvi saavutti Voyager 1 luotaimen kolmetoista kuukautta myöhemmin huhtikuun 9. päivänä 2013. Tämän seurauksena plasma-aaltomittari havaitsi ympäristön plasman värähtelytaajuuden kohonneen. Tämän tiedon avulla tutkijat pystyivät laskemaan plasman tiheyden ja se osoittautui olevan noin 40-kertainen verrattuna aikaisemmin havaittuun heliosfäärissä olevaan tiheyteen verrattuna. Laskettu plasman tiheys on suuruusluokaltaan sellainen, joka tutkimustulosten mukaan on tähtienvälisessä avaruudessa.

Voyager 1 jatkaa matkaansa tähtienvälisessä avaruudessa. Sen ydinlämpögeneraattorissa^[2] (RTG) riittää puhtia vielä arvioiden mukaan vuoteen 2020 asti, joten mittaustuloksia saadaan vielä useamman vuoden ajan edellyttäen, että laitteistot pysyvät toimintakuntoisina. Riittävän (lämpö)energian tyrehdyttyä luotain hiljenee lopullisesti.

Matkanopeus on noin 17,1 km/s ja tällä nopeudella luotain taivaltaa yhden valovuoden^[3] mittaisen matkan noin 18 500 vuodessa. Matka suuntautuu Kirahvin tähdistöön, mutta minkään tähden läheisyyteen se ei toistaiseksi ole päätymässä. Tähtienvälisessä avaruudessa luotaimen matkavauhti on niin pieni, että tähtien meille näkyvät nykyiset sijainnit ehtivät muuttua ominaisliikkeen vaikutuksesta niin paljon, että ennakointi tähtien ohituksista ei ole järkevää.

Huomautukset

[1] http://avaruusmagasiini.blogspot.fi/2013/07/voyagerit-ovat-edelleen-aurinkokunnassa.html

[2] Voyager-luotaimen energialähteenä on ydinlämpögeneraattori (RTG), joka tuottaa sähköä muuntamalla lämpöenergian suoraan sähköenergiaksi. Lämpö syntyy radioaktiivisen plutoniumin hajoamisesta vapautuvasta energiasta.

RTG on ainoa vaihtoehto tuottaa energiaa aurinkokunnan ulko-osaan ja tähtienvälisen avaruuteen suuntautuvilla luotainlennoilla. Nykyaikaisella tekniikalla valmistetut aurinkokennot pystyvät tuottamaan riittävästi sähköenergiaa juuri ja juuri Jupiterin radan tietämillä (vrt. Juno-luotain) mutta neljä vuosikymmentä sitten raja kulki vielä Marsin rajan tuntumassa.

[3] Valovuosi on etäisyys, jonka kulkemiseen valolta kuluu yksi vuosi. Valovuoden pituus on 0,9461 × 10¹⁶ m (= 9,461 biljoonaa km).

Harrastajan tähtitaivas: Revontulet

Revontulet voivat olla rauhallisia mutta
joskus ne kehittyvät erittäin näyttäväksi
näytelmäksi joka jää mieleen vuosi-
kausiksi.

Öiden pimentyessä revontulibongaajat voivat taas aloittaa harrastuksensa. Syyskauden ensimmäiset revontulet on nähty Pirkanmaalla ja kauden edetessä niitä nähdään yhä enemmän. Auringon aktiivisuus on laantumassa, mutta revontulien esiintyminen voi jopa lisääntyä. Mistä siis on kysymys?

Saattaa hieman tuntua oudolta, että revontulien esiintymismäärät voisivat kasvaa vaikka Auringon aktiivisuus menee alamäkeä. Näin kuitenkin on tilastoja tarkasteltaessa. Runsaimmat ja aktiivisimmat revontulet nähdään juuri nykyisen kaltaisessa tilanteessa, jossa Auringon aktiivisuus on alenemassa.

Auringon aktiivisuus saavutti huippunsa marras–joulukuussa 2011. Sen jälkeen on aktiivisuus vähentynyt ja vaikka Nasa ennusti maksimin olevan kaksihuippuinen, odotettua nousua ei ole tapahtunut toukokuun aikana nousseesta aktiivisuudesta huolimatta.  Kesä- ja heinäkuun aktiivisuus on ollut selvästi heikompi, eikä tästä elokuustakaan näytä tulevan näitä parempi. Tosin tilanne saattaa vielä muuttua, mutta sen nähdään tulevina kuukausina.

Revontulien esiintymismäärät siis oletettavasti lisääntyvät tilastollisesti. Tälle on oikeastaan suhteellisen helppo selitys, tiedä sitten kuinka oikea se on. Se liittyy aktiivisuusalueiden muutoksen auringonpilkkujakson aikana:

Pilkkujakson alkaessa uudet aktiiviset alueet syntyvät Auringon keskileveyksille. Jakson kuluessa aktiivisuusalueet siirtyvät kohti ekvaattoria ja jakson päättyessä ne ovat lähes ekvaattorilla. Jakson lopulla pilkkuryhmät syntyvät noin 5° leveyspiirille.

Aktiivisuusalueiden siirtyminen lähemmäksi ekvaattoria johtaa siihen, että koronamassapurkaukset (CME) syntyvät myös lähempänä ekvaattoria. Tästä syystä CME-pilvet ja erityisesti niiden tiheät ytimet osuvat useammin maapallon magneettikenttään kuin keskileveyksiltä lähtevien CME-pilvien. Näin ollen pienempikin CME-pilvi saa aikaan riittävän suuren häiriön Maan magneettikentässä ja se puolestaan näkyy revontulien määrän kasvuna.

Kokeneet revontulibongaajat osaavat ennakoida ja ennustaa revontulien esiintymistä seuraamalla internetin alan sivustoja. Aloittelevalle revontuliharrastajalle tehtävä ei ole kovinkaan helppo, sillä tiedot ovat aika tavalla hajallaan ja sopivia koontisivuja on vähän. Joitakin sivuja toki on, mutta tiedot eivät välttämättä ole kovin ymmärrettävästi esitetty ja englanninkielinen sanasto saattaa olla outoa.

Itse havaitsin ongelman valmistellessani revontulikurssia kansalaisopistoon joitakin vuosia sitten. Kurssin käyttöön tein koontisivun suomenkielisin selityksin. Sen jälkeen olen vielä kehittänyt sivua ja nyt sen avulla maallikkokin voi ainakin yrittää arvioida lähivuorokausien revontulien esiintymisen mahdollisuutta. Mitä useampi tekijä on vaikuttamassa revontulien esiintymisen puolesta sitä todennäköisempää niiden esiintyminen on. Tee oma revontuliennuste -sivu löytyy tästä linkistä.

Mikä on flare-purkaus?

15.5. tapahtunut 1X-luokan flare
Nasan SDO-observatorion
kuvaamana. Kuva Nasa/SDO.

Viikon 20 alkupuolella (13.–15.5.2013) Auringossa tapahtui uutiskynnyksen ylittäviä flare-purkauksia. Uutisissa kerrottiin tapahtumasta hyvin suppeasti ja siitä mistä oikeastaan oli kysymys ei kerrottu lainkaan! Esimerkiksi BBC News Word'in tv-uutisia seuraavalle jäi epäselväksi, etenkin kun samaan aikaan näytettiin kuvaa koronamassapurkauksesta (CME) joka on aivan eri asia, vaikka liittyykin Auringossa esiintyviin ilmiöihin.

Auringossa näkyvät ilmiöt, mukaan lukien flare-purkaukset ovat olennaiselta osiltaan magneettikentän aikaan saamia ilmiöitä. Tavallisin tähän ilmiöryhmään kuuluvista ilmiöistä ovat auringonpilkut, jotka näkyvät joskus jopa paljain silmin, tai tarkemmin sanottua ilman optista suurennusta.

Auringonpilkut syntyvät Auringon magneettisesti aktiivisille alueille, ja samoille alueille syntyvät myös flare-purkaukset. Flare-purkaukset eivät kuitenkaan näy kuin erittäin harvinaisissa tapauksissa paljain silmin, jolloin sellaisen täytyy olla erittäin voimakas. Tavallisimmin flaret näkyvät Auringon voimistuneena röntgen- ja uv-säteilynä ja kromosfäärin lämpötilan äkillisenä paikallisena nousuna jopa usean miljoonan asteen lämpötilaan. Ne näkyvät myös erikoiskaukoputkilla vedyn alfa-viivan aallonpituudella kromosfäärin paikallisena kirkastumisena.

Mitä magneettikentässä tapahtuu flare-purkauksen aikana? Kyse on perimmiltään magneettisesta oikosulusta, joka on analoginen tapahtuma sähkökentän oikosulun kanssa, johon jokainen meistä on varmasti tutustunut palaneina sulakkeina sähköverkossa. Magneettisen oikosulun saa aikaan magneettikentän erisuuntaisten magneettisten voimaviivojen joutuminen toistensa läheisyyteen. Ulkoisen dynaamisen paineen vaikutuksesta erisuuntaiset magneettikentät lähestyvät toisiaan ja lopulta yhtyvät. Seurauksena on magneettikenttään varastoituneen energian vapautuminen. Se aiheuttaa voimakkaan röntgen- ja uv-säteilyn emission ja suuren protonimäärän kiihtymisen noin puoleen valonnopeudesta.

Flare-purkauksen voimakas sähkömagneettisen säteilyn emissio kuumentaa lähialueen plasmaa miljoonien asteiden lämpötilaan, ja nopeasti muuttuvat magneettikentät kiihdyttävät protonit suureen nopeuteen, jotka lopulta syöksyvät avaruuteen noin puolella valonnopeudesta. Yksittäinen episodi menee yleensä hyvin nopeasti ohi, mutta aktiivisen pilkkuryhmän potentiaali tuottaa uusia purkauksia alenee vain hieman ja lyhyeksi ajaksi. Usein sama aktiivinen alue tuottaa useita voimakkuudeltaan erilaisia purkauksia, joista ensimmäinen ei yleensä ole kaikkein voimakkain.

Flare-purkaus
 

Flare-purkaus etenee vaiheittain: aluksi voidaan havaita parisenkymmentä minuuttia kestävä esipurkaus. Tätä seuraa muutaman minuutin mittainen pääpurkaus ja lopuksi kuumentunut plasma säteilee tunteja tai jopa muutaman vuorokauden ympäristöään voimakkaammin lähes kaikilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla.

Tutkimustarkoitukseen on kehitetty flare-purkausten luokitus, jota käytetään yleisesti kuvaamaan ilmiön voimakkuutta. Luokittelu perustuu satelliiteilla vastaanotettuun röntgensäteilyn vuon intensiteettiin [W/m²]. Intensiteetin kasvaessa kymmenkertaiseksi, luokka kasvaa yhdellä. Aurinko säteilee kaiken aikaa jonkin verran röntgensäteilyä ja tämä muodostaa luokituksen kolme heikointa luokkaa A–C (< 10^–8–10^–5 W/m²). C-luokan tapahtuma yksittäisenä ilmiönä määritetään jo heikoksi flareksi.

Keskivoimakas flare on M-luokkaa (10^–5–10^–4 W/m²) ja voimakas flare (10^–4–10^–3 W/m²). Kaikkein voimakkain ja samalla harvinaisin flare-ilmiö on Y-luokkaa, jolloin röntgensäteilyn vuon tiheys on suurempi kuin 10^–3 W/m². Luvut sinällään eivät auta meitä hahmottamaan itse ilmiötä sen paremmin, mutta tutkijoille niiden merkitys on täysin selvä ja välttämätön työkalu.

Havaitseminen

Flare-purkauksia voidaan havaita monella tapaa. Tavallisin tapa on suora: visuaalinen tai valokuvaaminen Auringon katseluun soveltuvilla ja vety-alfa-viivan kapeakaistaisen aallonpituusalueen läpäisevällä kaukoputkella.

Toinen tapa on havaita Aurinkoa röntgen-, uv- ja radiotaajuuksilla. Tämä kuitenkin on yleensä mahdollista vain ammattilaisten käyttämillä laitteistoilla. Kolmas ja nykyisin myös tähtiharrastajien käyttämä menetelmä on havaita maapallon ionosfäärissä tapahtuvia radiotaajuuksien heijastumismuutoksia. Menetelmä on lähes yhtä tarkka kuin Auringon suora radiotaajuinen havainnointi, mutta radioantennin ei tarvitse olla suunnattava. Menetelmä sopii siis hyvin pienellä budjetilla toimiville harrastajille.

Flare-purkausten visuaalinen havaitseminen ja valokuvaaminen on mahdollista vety-alfa-viivan aallonpituudella toimivilla kaukoputkilla. Nykyisin niitä valmistaa myyntiin muutama kaukoputken valmistaja, eikä pienimpien kaukoputkien hinnat ole kovinkaan korkeat, joten miltei lähes jokaiselle sellaisen kaukoputken hankinta on mahdollista.

Aurinkokaukoputket näyttävät paljon muita kromosfäärin ilmiöitä, joten pelkkiä flare-purkausten havainnointiin suunniteltuja laitteita ne eivät ole. Kromosfäärissä näkyvät auringonpilkut, mutta niiden lisäksi filamentit ja prominenssit (=protuberanssit), magneettikentän aikaan saamat plasma kuviot, kuumat plaget ja tavalliset flaret, mutta myös niiden hieman harvinaisempi muoto ns. Hyderin flare, jossa prominenssin (filamentin) plasma pudotessaan takaisin Aurinkoon kuumentaa putoamiskohdan aineen ympäristöä kuumemmaksi. Mekanismi on siis poikkeava tavallisesta flare-purkauksesta, mutta lopputulos verrattavissa pieneen flareen.

Maapallolla

Flare-purkausten vaikutus maapallolla ja lähiavaruudessamme riippuu paljolti siitä, kuinka voimakkaasta purkauksesta on kysymys. Heikkojen purkausten vaikutus on luonnollisesti vähäisin, mutta X- ja Y-luokkien purkauksien vaikutukset voivat olla merkittäviä. Yleensä vaikutukset rajoittuvat ionosfääriin ja Maata kiertävien satelliittien vioittumiseen. Itse röntgensäteily ei ilmakehän läpi pääse, joten vaikutukset ovat välillisiä.

Yleisin flaren vaikutus on ionosfäärissä tapahtuvat muutokset ja niistä johtuvat poikkeukselliset radioaaltojen leviämiset ja tai voimakkaat radiohäiriöt tietyillä radiotaajuuksilla. Tilanne voi kestää flare-purkauksen jälkeen useita tunteja, joskus jopa useita vuorokausia.

Avaruus on tyly paikka kaikenlaiselle elektroniikalle; kosmisen säteilyn hiukkaset, Van Allenin vyöhykkeiden sähkövarautuneet hiukkaset ja Auringon röntgensäteily pystyvät vaurioittamaan herkkiä laitteita pysyvästi. Koko "avaruuskauden" aikana on menetetty satoja satelliitteja näiden ilmiöiden aiheuttamista vaurioista johtuen.

Maanpinnalla me ihmiset olemme suojassa toistaiseksi havaittujen flare-purkausten vaaroilta. Sen sijaan rakentamamme sähkölinjat, kaasu- ja öljyputkistot jne. kaikki sähköä johtavat rakenteet voivat vaurioitua flare-purkausten ja etenkin niihin tavallisesti liittyvien koronamassapurkausten (CME) aiheuttamien indusoituneiden sähkövirtojen vaikutuksesta.

Aivan kaikki Auringossa tapahtuvien purkausten vaikutukset eivät ole ikäviä tai vaarallisia. Kirkkaat, kauniit ja voimakkaasti leimuavat revontulet ovat seurausta Auringossa tapahtuvista purkauksista. Niistä kuitenkin enemmän joskus toisella kertaa.