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

NASA laukaisee uuden planeettaetsijän avaruuteen

Taiteilijan näkemys TESS-observatoriosta avaruudessa.
Kuva NASA.

NASAn uusin eksoplaneettoja etsivä avaruusobservatorio Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) laukaistaan sääolojen sen mahdollistaessa avaruuteen.

Laukaisuun päästiin viimein 19.4.2018 kello 01.51 Suomen aikaa Cape Canaveralissa olevalta Ilmavoimien laukaisukeskuksesta Floridasta. Kantorakettina oli Spase X yhtiön Falcon 9 ja laukaisualusta oli numero 40.

Laukaisuikkuna oli vain 30 sekunnin mittainen, joten huono sää esti suunnitellun laukaisun aikaisemmin. Alun perin laukaisu olisi pitänyt tapahtua 16.4. mutta sitä siirrettiin kolmella vuorokaudella myrskyisän sää vuoksi.

Laukaisun jälkeen TESSin rataa muutetaan siten, että sen etäisin kohta Maasta kasvaa joka kierrokselta. Lopulta observatorio lentää Kuun ohi ja silloin sen rata muuttuu noin 30 asteen kulmaan maapallon ekvaattoritasosta. Yhteen kierokseen maapallon ympäri TESSiltä kuluu 13,7 vuorokautta. Rata on erikoinen, sillä sitä ei ole koskaan aikaisemmin käytetty Maata kiertävälle satelliitille! 

Rata on laaja mutta erikoisuus on siinä, että TESSin kiertoaika on 2:1 Kuun kiertoajan kanssa. Kiertoradan valinnalla varmistetaan maksimaallinen havaintoaika ja lisäksi observatorio on edelleen maapallon magneettikentän suojaavan vaikutuksen alueella, jolloin kosmisen säteilyn vaurioittava vaikutus vähenee merkittävästi.

TESSin neljä kameraa yhdessä kartoittavat 96×24 asteen
kenttää kerrallaan 27 vuorokauden ajan.
Kuva NASA.

TESSin tarkoitus on kartoittaa koko tähtitaivas seuraavien kahden vuoden aikana. Se käyttää samaa menetelmää kuin mitä Kepler-observatoriossa käytettiin, eli se mittaa tähtien kirkkautta. Jos kirkkaudessa havaitaan muutoksia, niin niiden aiheuttaja voi olla aikaisemmin tuntematon eksoplaneetta. Kirkkauden lisäksi TESS määrittää lähitähtien planeettojen ilmakehien spektrejä. Erityisesti tutkijat etsivät spektreistä niitä planeettoja, joiden ilmakehästä on vesihöyryä, happea ja metaania, siis kaasuja, jotka liitetään maapalolla esiintyvään elämään.

Jos sopivalla etäisyydellä tähdistään olevia eksoplaneettoja löytyy ja niiltä havaitaan ilmakehä, niin jatkotutkimukset tehdään James Webb avaruusteleskoopilla (JWST). JWST laukaistaan avaruuteen vuonna 2020.

TESSissä on kaikkiaan neljä laajakenttäistä kameraa havaintovälineenä. Kunkin kameran kuvakentän sivun pituus on 24 astetta ja neljän kameran kentät muodostavat yhdessä 96×24 asteen sektorin. Tätä sektoria kamerat kuvaavat yhden kierroksen ajan. Koko seuranta käsittää kaikkiaan noin 200 000 aurinkokuntamme lähitähteä. Tutkijat odottavat TESSin kartoituksen tuovan tietoja vähintään 300 maapallon kokoisesta ja supermaa -planeetoista. Supermaa-planeettojen koko on tässä yhteydessä rajoitettu enintään kaksinkertaiseksi verrattuna maapalloon.

Radan maapalloa lähimmässä osassa observatorio käännetään tietoliikennettä varten muutaman vuorokauden ajaksi. Tällöin kaikki mittaukset radioidaan Maahan. 

TESSin kartoittamat alueet taivaanpallosta
vuorokausina. Kuva NASA.

TESS kartoittaa yhtä kohdealuettaan vähintään 27 vuorokauden ajan. Havaintojakson jälkeen havaintoaluetta muutetaan siten, että se on jonkin verran päällekkäin edellisen havaintokentän kanssa. Näin jatkettaessa ensimmäisen toimintavuoden aikana tulee kartoitetuksi puolet taivaanpallosta ja seuraavana vuotena toinen puolisko. Observatorion kääntöakselin napa-alueet ovat jatkuvasti seurattuja. Tutkijat odottavat saavansa tietoja eksoplaneettojen lisäksi noin 20 000 muusta avaruuden kohteesta ja kappaleesta.

Lisätietoja

https://www.nasa.gov/tess-transiting-exoplanet-survey-satellite

Superflare Proxima Centaurissa

Taiteilijan näkemys aktiivisesta Procima Centairista
planeettoineen.
Kuva NASA/SDO/Goddard.

Tutkijat ovat havainneet^[1] aurinkokuntaamme lähimpänä olevalla tähdellä^[2], Proxima Centaurilla,^[5] valtavan supereflare-purkauksen. 

Purkauksen kokonaisenergia oli havaintojen mukaan noin 3,1×10²⁶ J, joka vastaa noin 30× Proximalla aikaisemmin havaittua voimakkainta flarepurkausta. Kahden vuoden aikana tähdellä on havaittu 23 muuta voimakasta purkausta..

Proxima Centauri on pieni punainen kääpiötähti Alfa Centaurin järjestelmässä ja sen kiertoradalta on löydetty eksoplaneetta Proxima b^[3]. Superflare-purkaus nosti tähden kirkkautta hetkelliseksi  68-kertaiseksi sen normaali kirkkauteen verrattuna. Tavallisesti tähti on paljain silmin näkymätön, mutta purkauksen aikana se olisi ollut mahdollista nähdä paljain silmin täysin pimeässä paikassa, sillä sen visuaaliseksi kirkkaudeksi arvioitiin noin M_v=6,8^m. Proximan normaali kirkkaus on M_v=11,05^m.

Proxima on osoittautunut hyvin aktiiviseksi tähdeksi, sillä siellä tapahtuu hyvin runsaasti flarepurkauksia. Tilastollisesti tarkasteltuna tähdellä esiintyy supreflarepurkauksia vähintään viisi kertaa vuodessa. Proxima b on suunnilleen Maan kokoinen ja se kiertää laskennallisella ekokehällä tähdestään. Usein toistuvat flarepurkaukset tekevät kuitenkin mahdollisen elämän esiintymisen planeetalla hyvin vaikeaksi ellei aivan mahdottomaksi.

Jos planeetalla on ilmakehä, niin toistuvat superflaret estäisivät suojaavan otsonikerroksen syntymisen^[4]. Lisäksi voimaksa uv-säteily pyyhkisi mahdollisen ilmakehän pois muutamassa miljardissa vuodessa. Näin ollen Proxima b olosuhteet voisivat muistuttaa enemmän Marsin kuin Maan olosuhteita. Voimakas uv-säteily sterilisoi planeetan pinnan lähes jatkuvasti, joten maankaltaisen elämän esiintyminen planeetalla lienee mahdotonta vaikka ilmakehä olisikin niin vahva, että se mahdollistaisi muutoin elämän esiintymisen.

Punaiset kääpiötähdet ovat yleisin tähtiryhmä maailmankaikkeudessa. Nyt julkistettu tutkimus hyvin vaikeista olosuhteista elämälle tähtiä kiertävillä planeetoilla ei ole kovinkaan rohkaiseva uutinen astrobiologeille, jotka yrittävät kartoittaa elämän esiintymistä maailmakaikkeudessa. Tähän asti punaisia kääpiötähtiä on pidetty potentiaalisimpana tähtiryhmänä, sillä pienimassaiset tähdet ovat paitsi runsautensa, niin myös pitkäikäisyytensä vuoksi potentiaalisia elämän esiintymistä ylläpitäviä järjestelmiä. Prixima Centaurin superflaret kuitenkin heikentävät voimakkaasti tätä käsitystä ja voi olla, että (jälleen) pontiaallisimmiksi tähtijärjestelmiksi tuleekin auringonkaltaiset tai vain hieman pienemmät tähdet planeettoineen.

Lisää aiheesta

http://avaruusmagasiini.blogspot.fi/2018/02/proxima-centaurissa-valtava-flare.html

Huomautukset

[1] arXiv:1804.02001v1 [astro-ph.EP] 5 Apr 2018 The First Naked-Eye Superflare Detected from Proxima Centauri, Ward S. Howard (Department of Physics and Astronomy, University of North Carolina at Chapel Hill)  & al.

[2] Etäisyys on 4,26 valovuotta.

[3] Proxima b löydettiin vuonna 2016.

[4] Auringon suhteellisen heikot flarepurkaukset aiheuttavat aika ajoin myös maapallon ilmakehässä otsonikatoa. Proximalla esiintyvät superflaret ovat voimakkuudeltaan noin 1 000 – 10 000 -kertaisia Auringossa tapahtuneisiin voimakkaimpiin purkauksiin nähden.

[5] Havainto tehtiin maaliskuussa 2016 EvryScope kuvausjärjestelmällä (http://evryscope.astro.unc.edu/).

JWST viivästyy jälleen

James Webbin avarusutteleskooppia suojaa auringonsäteilyltä
monikerroksinen varjostin. Suojassa auringonvalolta
kaukoputken pääpeili jäähtyy passiivisesti hyvin matalaan
lämpötilaana.. Kuva NASA.

NASA on ilmoittanut viivästyttävänsä uuden James Webb avaruusteleskoopin (JWST) laukaisua entisestään. Rakenteilla oleva teleskooppi vaatii lisätestauksia ja niiden vaatima aika on mahdollista saavuttaa vain viivästyttämällä laukaisua. NASAn ilmoituksen mukaan teleskooppi tullaan laukaisemaan avaruuteen toukokuussa 2020.

James Webb teleskooppi muodostuu passiivisesti jäädytetystä 6,5 metrin mosaiikkipeilistä. Laukaisun aikana peili on kasattu nippuun ja se avataan toimintavalmiuteen vasta sijoituspaikassaan noin 1,5 miljoonan km etäisyydellä maapallon yöpuolella Lagrangen pisteessä L1. Kokoonpano on välttämätön, sillä laukaisuun käytettävän Ariane 5 kantoraketin lastiruumaan ei mahdu laajempaa kuin 4,5 m rakenteita.

Teleskoopin peili ja havaintoinstrumentit ovat aurinkosuojan takana, joka on useampikerroksinen ohuesta aluminoiduista kalvoista muodostettu laaja varjostin. Peilin tulee olla mahdollisimman kylmä, sillä kaikki havainnot tehdään infrapunaisen valon aallonpituuksilla. Suojan taakse jäävät niin Aurinko kuin Maa ja Kuu, jotka kaikki ovat liian kirkkaita infrapunaisella aallonpituuksilla havaintoinstrumenteille.

 Laaja-alaisesti infrapunavalon aallonpituuksia voidaan käyttää havainnointiin vain avaruuteen sijoitetuilla laitteilla. Aivan lähi-infran aallonpituuksia voidaan käyttää maapinnalla olevilla laitteilla silloin, kun kaukoputket on sijoitettu usean kilometrin korkeuteen vuoristoon. Vuoristoissa suurin osa ilmakehästä ja ennen kaikkea ilmakehän sisältämästä vesihöyrystä on jäänyt alempiin ilmakerroksiin ja haittaa näin vain vähän havaintoja. Laaja-alaisesti ilmakehän läpi infrapunahavaintoja ei pystytä tekemään.

Infrapunaisilla aallonpituuksilla tehdyt havainnot ovat olleet jo pitkään hyvin tärkeitä tutkimukselle. Infrapunaisilla aallonpituuksilla saadaan tehtyä havaintoja esimerkiksi avaruuden pölypilvien sisältä, Linnunradan keskustan alueelta, Aurinkokunnasta ja varhaisen maailmankaikkeuden kehittymisestä.

Proxima Centaurissa valtava flare-purkaus

Prixima Centauri. Kuva Wikimedia Commons.

Aurinkokuntaamme lähimpänä sijaitseva tähti, Proxima Centauri, on osoittautumassa erittäin aktiiviseksi tähdeksi. Viime vuoden maaliskuussa Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, eli ALMA radioteleskoopilla^[1] tehtiin havainto^[2], joka on nyt saanut uuden tulkinnan.

Aikaisemman tulkinnan^[3] mukaan kirkastuma oli seurausta planeettajärjestelmän synnyn jälkeen jäljelle jääneestä pölyrenkaasta. Proximalla tiedetään olevan hieman Maata suurempi planeetta (massa noin 1,3 Maan massaa) Proxima b. Tutkijat pitävät mahdollisena, että järjestelmässä on myös toistaiseksi havaitsemattomia planeettoja.

Nyt uusi tutkimus^[4] on uudistanut kokonaan kirkastuman tulkinnan, johtuen erilaisesta datan käsittelystä. Uuden tulkinnan mukaan pari minuuttia kestänyt kirkastuma johtuikin valtavasta flarepurkauksesta Proximalla. Purkaus oli noin kymmenkertainen Auringossa esiintyneisiin flarepurkauksiin nähden. Purkauksen voimakkuus oli huikea, sillä Prixima on pieni punainen kääpiötähti, jonka massa on vain noin 12 % Auringon massasta.

Flarepurkaus asettaa uuteen valoon Proxima b:n elinkelpoisuuden. Usein toistuessaan flarepurkaukset ovat voineet johtaa siihen, että Proxima b -planeetalla ei ole ilmakehää jäljellä, jos sellainen olisi sille joskus kehittynyt. Näin ollen planeetta voi olla täysin steriili, ilmaton kivi avaruudessa. Muutoin Proxima b sijaitsee laskelmien mukaan elinkelpoisella vyöhykkeellä ja sen rata on sellainen, että se ei poistu elokehältä kierroksensa aikana.

Huolta voi herättää myös kysymys siitä, että kuinka pieni kääpiötähti voi tuottaa havaitun voimakkuuden mukaisen flarepurkauksen? Ja voisiko sellainen tapahtua Auringossa, joka on sentään paljon aktiivisempi kuin Proxima? Kysymys on aiheellinen ja siihen ei tiedetä vastausta.

Auringossa on havaittu voimakkaita purkauksia, esimerkiksi vuonna 1859. Garringtonin purkauksena tunnettu flare, joka aiheutti jos sen aikaisille sähkötyslinjoille paljon ongelmia ja laiterikkoja. Dendokronologisita tutkimuksista tiedetään, että Auringossa on tapahtunut aikaisemminkin voimakkuudeltaan Garringtonin purkaukseen verrattavia purkauksia. Jos Aurinko tuottaisi vielä näitäkin purkauksia kymmenkertaisen flarepurkauksen, voisi koko nykyinen elämä muuttua maapallolla, joutuisimme sovittamaan elämämme 1700-luvun tekniikan tasolle.

Huomautukset

[1] ALMA koostuu 66 yksittäisestä radioteleskoopista.

[2] Havaintoikkunaa käytettiin 21.1.–25.4.2017 ja varsinainen kirkastuminen havaittiin 24.3.2017.

[3] Espanjalaisen Institute of Astrophysics of Andalusia (IAA) tutkijaryhmän tutkimus.

[4] Tutkimusryhmän vetäjänä toimii  tohtori Meredith A. MacGregor (Carnegie Institution for Science, Department of Terrestrial Magnetism).

Lähde

https://www.sciencealert.com/proxima-centauri-monster-flare-means-no-evidence-for-planetary-system