Mullistava kuva Auringosta

Fizeaun kuva Auringosta

Aurinkoa tarkkailevat kaukoputket ja satelliitit tuottavat nykyisin upeita kuvia, ja jopa ihan tavallisilla harrastajalaitteilla voi tutkia omaa lähitähteämme erinomaisesti. Ensimmäiset havainnot Auringosta kaukoputken läpi teki Galileo Galilei, mutta kuka ottikaan ensimmäisen valokuvan Auringosta ja milloin? Hippolyte Fizeau tänään 171 vuotta sitten.

Päivän kuvaValokuvauksen historia alkaa vuodesta 1826 tai 1827, jolloin ranskalainen Nicéphore Niépce otti ensimmäisen yksinkertaisen valokuvan ikkunastaan avautuvasta näkymästä Bourgognessa. Hän käytti tinalevyn päälle laitettua bitumia, joka kovettui paikoista, joihin valo osui.

Niépce kehitti tekniikkaansa paremmaksi ja hänen jälkeensä Louis Dahuerre jatkoi työtä, ja julkisti elokuussa 1839 paljon käyttökelpoisemman ja laadukkaamman valokuvausmenetemän, dagerrotypian.

Siinä kuva muodostuu huolellisesti kiillotetulle hopeapinnoitteiselle kuparilevylle, jonka pinnalle tallentunut kuva saadaan näkyviin elohopeahöyryillä, ja se kiinnitetään suolaliuoksella. Dagerrotypiat ovat positiiveja, joissa valoisat kuvat näkyivät mustina ja tummat alueet vaaleita. Koska menetelmässä ei syntynyt negatiivia, piti kuvia ihailla omituisina aina siihen saakka, kun keksittiin tapa ottaa käänteisiä vedoksia, joissa vaalea on vaaleaa ja musta mustaa.

Menetelmä oli käytössä 1800-luvun puoliväliin saakka, joten kun ranskalaisfyysikot Fizeau ja Léon Foucault pohtivat kaukoputken läpi näkyvän Auringon kuvaamista, ei heillä juurikaan ollut vaihtoehtoja. Fizeau oli erikoistunut valoon ja valokuvaukseen, heiluristaan kuuluisa Foucault puolestaan oli luonnontieteiden monitoimimies; Fizeau muun muassa mittasi ensimmäisenä valon nopeuden ja sai sille arvon 313 300 km/s, mikä on prosentin tarkkuudella oikein.

Mutta takaisin Aurinkoon: kaksikko laittoi 2. huhtikuuta 1845 halkaisijaltaan 12 cm olleen valokuvauslevyn kaukoputken päähän ja valotti levyä 1/60 sekunnin ajan. Tuloksena oli kuva, joka on tänään päivän kuvana. Se on tunnistettavasti Aurinko: vaalea kiekko, jonka reunat ovat tummentuneet siksi, että Aurinko ei ole levy, vaan pallo. Auringossa on myös muutamia auringonpilkkuryhmiä, joissa näkyy hyvin pilkkujen olemus. Siis se, että pilkuissa on keskellä oleva tumma alue, umbra, eli varjo, ja sirä ympäröivä harmaa alue, penumbra, eli puolivarjo.

Kyseessä ei ole kuitenkaan ensimmäinen tähtitieteellinen, toisesta taivaankappaleesta kaukoputken läpi otettu kuva. Sen otti amerikkalainen John WIlliam Draper maaliskuussa 1840. Hänen kuvassaan oli kuu – ja siihen voidaan palata tarkemmin joku toinen kerta.

Seuraavaksi kuulostellaan viestejä 20 000 punaiselta kääpiöltä

Allen Telescope Array

Maan ulkopuolista älyä etsivä SETI-instituutti on käynnistänyt uuden ohjelman, jolla pyritään löytämään vieraiden sivilisaatioiden signaaleja avaruuden kohinan joukosta.

SETI-projekteja on toteutettu jo vuodesta 1960 lähtien, mutta tällä kertaa tähtäimessä ovat Auringon kaltaisten tähtien sijasta punaiset kääpiötähdet.

"Punaiset kääpiöt – kosmoksen kiiluvat hehkulamput – ovat jääneet aiemmin vähälle huomiolle", toteaa Jon Richards SETI-instituutista. "Syynä on ollut se, että tutkijat ovat tehneet sinänsä järkeenkäyvän oletuksen muiden älyllisten olentojen olemassaolosta Aurinkoa muistuttavia tähtiä kiertävillä planeetoilla."

Tätä perinteistä olettamusta on tukenut se näkemys, että punaisia tähtiä ympäröiviltä elinkelpoisilta vyöhykkeiltä löytyy todennäköisesti vähän planeettoja, koska niiden tapauksessa vyöhyke on paljon kapoisempi kuin esimerkiksi kirkkaammalla Auringolla. 

Lisäksi punaista kääpiötä sopivalla etäisyydellä kiertävä planeetta olisi niin lähellä tähteä, että sen pyörimisliike olisi lukkiutunut: se kääntäisi aina saman puolen kohti tähteä. Silloin tähden toinen puoli olisi sietämättömän kuuma ja toinen jäätävän kylmä. Ei siis kovin suotuisaa elämän kannalta.

Tuoreet tutkimukset viittaavat kuitenkin siihen, että mikäli tällaisella planeetalla on meriä ja kaasukehä, lämpöä kulkeutuisi myös pimeälle puolelle, ja merkittävä osa planeetan pinnasta voisi olla asuttava.

Eksoplaneettahavainnot viittaavat myös siihen, että vähintään joka viidennellä, mahdollisesti jopa joka toisella punaisella kääpiötähdellä on planeetta elinkelpoisella, siis elämän kannalta otollisella vyöhykkeellä. Asuttavia planeettoja saattaa olla jopa enemmän kuin Auringon kaltaisilla tähdillä.

"Merkittävää on, että kolme neljäsosaa kaikista tähdistä on punaisia kääpiöitä", huomauttaa Seth Shostak SETI-instituutista. "Jos havaitsemme rajallista määrää tähtiä – vaikkapa 20 000 lähintä – niiden etäisyys on keskimäärin puolet lähimmän 20 000 Aurinkoa muistuttavan tähden etäisyydestä."

Ja mitä läheisempi tähti, sitä voimakkaampi olisi mahdollinen signaali.

Bonuksena on, että punaisten tähtien elinikä on maailmankaikkeuden nykyistä ikää suurempi: kaikki universumissa syntyneet punaiset kääpiöt loistavat edelleen. Ne ovat siten keskimäärin miljardeja vuosia vanhempia kuin Aurinko ja muut samaa kokoluokkaa olevat tähdet.

"Tämä saattaa olla ainoa tapaus, jossa vanhassa vara parempi", Shostak toteaa. "Iäkkäissä planeettakunnissa on ollut enemmän aikaa älyllisten olentojen kehittymiselle."

Etsintä tehdään SETI-instituutin ATA-teleskoopilla (Allen Telescope Array), jonka 42 antennilla pystytään tarkkailemaan kolmea tähteä samanaikaisesti. Uuden projektin on tarkoitus kestää kaksi vuotta. Kohteet valitaan kaikkiaan 70 000 punaisen tähden luettelosta ja hankkeessa hyödynnetään myös ensi vuoden elokuussa laukaistavan TESS-satelliitin (Transiting Exoplanet Survey Satellite) keräämää dataa. Sen tehtävänä on etsiä planeettoja lähitähdiltä, joiden joukossa on runsaasti punaisia kääpiöitä.

Uudesta hankkeesta kerrottiin SETI-instituutin uutissivuilla.

Kuva: Seth Shostak/SETI Institute

 

Auringon myrskyt sytyttävät Jupiterin röntgenrevontulet

Jupiterin revontulet

Jupiterissa esiintyy revontulia siinä missä Maassakin. Ne ovat keskittyneet samaan tapaan planeetan napaseuduille, mutta ovat paljon voimakkaampia.

Jättiläisplaneetan revontulet roihahtavat tavallistakin kirkkaammiksi, kun Auringossa tapahtuu voimakkaita purkauksia. Hiukkaspilven osuessa Jupiterin magneettikenttään revontulien kirkkaus röntgenalueella on kahdeksan kertaa normaalia suurempi. Silloin ne päihittävät Maan pohjantulet energiamäärissä monisatakertaisesti.

Kun koronan massapurkauksen seurauksena Auringosta singahtaa voimakas hiukkaspuhuri, Jupiterin magnetosfäärin saavuttaessaan se painaa sitä kasaan parin miljoonan kilometrin verran. Samalla se saa aikaan Jupiterin napaseuduilla voimakkaita röntgenalueen revontulia, jotka kattavat Maan kokonaispinta-alaa suuremman alueen.

Kuvapari on yhdistetty Hubble-avaruusteleskoopin ottamista näkyvän valon alueen kuvista ja Chandra-röntgenobservatorion havainnoista. Kahden 11 tunnin havaintojakson aikana kerättiin tietoja, joiden avulla paikallistettiin röntgensäteilyn lähde. 

Samalla määritettiin alueet, joilta on tarkoitus tehdä tarkempia havaintoja sekä Chandralla että Euroopan avaruusjärjestön XMM-röngensatelliitilla. Niiden avulla tarkastellaan yksityiskohtaisemmin Auringosta tulevien hiukkaspurkausten ja Jupiterin magnetosfäärin vuorovaikutusta. 

Jupiterin reposista kerrottiin NASAn uutissivuilla.

Kuva: NASA/CXC/UCL/W. Dunn et al [röntgen], NASA/STScI [näkyvä valo]

Lisää kuvia auringonpimennyksestä - nämä otettiin avaruudesta


Jos Maan päältä otetut auringonpimennyskuvat alkavat jo pursuta silmistä, niin tässä yksi hieman erilainen: eurooppalainen Proba-2 -satelliitti nappasi otsikkokuvan noin 800 kilometrin korkeudessa olevalta radaltaan viime vyönä ja japanilainen sääsatelliitti kuvasi Kuun varjon Maan pinnalla.


Auringonpimennykset näkyvät luonnollisesti myös avaruudesta alas Maahan ja ylös kohti Aurinkoa (ja samassa suunnassa olevaa Kuuta) katsottaessa.

Klassikkoja ovat Kansainväliseltä avaruusasemalta otetut kuvat ja videot, sekä etenkin näistä tehdyt taiteelliset feikkiversiot.

Eräs uutterimmista pimennyskuvaajista on kuitenkin pieni Proba-2 -satelliitti, joka kuvaa teleskoopillaan Aurinkoa lähes jatkuvasti ja saa siten helposti kuvaansa myös pimennyksiä – kuten aikaisemminkin, oli tuloksena nytkin kauniita kuvia Aasiassa ja Tyynellä valtamerellä tapahtuneesta pimennyksestä. 

Vyöhyke, jonka kohdalla pimennys näkyi täydellisenä, oli parhaimmillaan vain noin 155 kilometriä leveä, eikä Proba-2 osunut radallaan juuri sen kohdalle oikeaan aikaan. Niinpä se joutui katsomaan pimennystä osittaisena, kuten miljoonat ihmiset Aasiassa, Havaijilla ja Tyynen valtameren saarilla.

Itse asiassa se osui osittaisen pimennyksen alle kaksi kertaa, klo 02:40 – 02:54 ja 04:58 – 05:13 Suomen aikaa.

Otsikkokuvana oleva kuva otettiin näistä ensimmäisessä havaintoikkunassa. Sen otti luotaimen SWAP-teleskooppi, joka kuvaa Aurinkoa äärimmäisen ultravioletin aallonpituudella.

Lisäksi Kuun kiekko oli näkyvissä Proba-2:n havaintolaitteissa aiemmin ja myöhemminkin, vaikka se ei enää peittänyt lainkaan Aurinkoa. Nämä vilaukset näkee hyvin alla olevalla videolla.




Myös jatkuvasti Maata tarkkailevien sääsatelliittien kuvissa pimennykset näkyvät hyvin. Itse asiassa näitä kuvia (kuten tätä viime vuonna Meteosatin havaitsemaa pimennystä) katsoessa huomaa erinomaisen konkreettisesti miksi täydellisiä auringonpimennyksiä näkyy niin harvoin samassa kohdassa maapallon pinnalla: pimennysvyöhyke on hyvin pieni ja kapea!

Lisäksi kuvissa näkee erinomaisesti kuinka täydellisyysvyöhykkeen ulkopuolellakin valon määrä on varsin vähäinen. Paljain silmin katsottaessa silmä sopeutuu erinomaisesti vähenevään valoon, mutta kamerat näyttävät todellisuuden.

Tällä kerralla parhaan toistaiseksi julkaistun videon pimennyksestä on julkaissut Japanin säätieteen laitos, jonka Himawari-8 -sääsatelliitti kuvasi koko pimennyksen.

Aurinko röyhtäisi jälleen kohti maapalloa


Vaikka pohjoisessa on nähty viime viikkoina komeita revontulia, on Aurinko ollut viime aikoina varsin vaisu. Suuria pilkkuryhmiä ei ole ollut sen pinnalla, ja ne jotka ovat olleet, ovat olleet rauhallisia. Kunnes nyt yksi innostui ärhentelemään.


Pilkkuryhmässä AR2497 eilen illalla klo 23.03 Suomen aikaa tapahtunut purkaus oli keskivoimakas ja se arvioitiin luokkaan C9 kuuluvaksi.

C-luokan roihut eivät ole erityisen voimakkaita, mutta selvästi normaaliaktiivisuutta ärjympiä. Purkauksia luokitellaan kirjaimilla A, B, C, M ja X, ja aivan kuten maanjäristysten arvioinnissa, on kukin kirjain kymmenkertaisesti edellistä voimakkaampi. Näin olleen voimakkaimmat X-luokan purkaukset ovat 100 kertaa energeettisempiä kuin C-luokan purkauksen. 

Lisäksi kunkin kirjaimen perässä on numero 1:stä 9:ään, ja se kertoo loogisesti kuinka voimakas purkaus oli kunkin luokan sisällä. Näin olleen tämä C9 oli lähes M-luokkaa.

Kiinnostavaa tässä purkauksessa on kuitenkin se, että osa siitä sinkoutui kohti Maata.

Tyypillisesti aurinkotuulelta ja siinä olevilta kaasukerääntymiltä kestää kaksi-kolme vuorokautta kiitää planeettainvälisen avaruuden läpi Maan tienoille. Tämänkertaisen purkauksen saapumisaikaa ollaan toistaiseksi vielä arvioimassa.

Tätä ennen Auringossa  tapahtui pieni purkaus viime sunnuntaina iltapäivällä. Yleisesti ottaen Auringon aktiivisuus on heikkenemässä ja se saavuttanee 11-vuotisen aktiivisuussyklinsä pohjan vuoden 2020 tienoilla.

Ilmatieteen laitoksen avaruussääraportin mukaan tänään ja huomenna on kohtalainen todennäköisyys nähdä (sään salliessa) revontulia Lappia etelämpänäkin.

Auringon pinnalla näkyvä korona-aukko tuottaa keskimääräistä hitaampaa aurinkotuulta, joka saa aikaan vain pientä geomagneettista häiriöisyyttä Suomeen lähipäivien kuluessa. Häiriöitä on odotettavissa erityisesti huomisen päivän kuluessa (Kp = 2-4 yhdeksänportaisella asteikolla). Suurimmat häiriöt sijoittuvat napapiirin pohjoispuolisille alueille. Suuria indusoituneita virtoja aiheuttavat hetkelliset magneettikentän heilahtelut jäänevät Etelä-Suomessa hyvin pieniksi. 

Lue lisää tämänhetkisestä avaruussäästä: Auroras Now (linkki Ilmatieteen laitoksen palveluun)

Yllä: eilinen purkaus SOHO-satelliitin kuvaamana.

Avaruusmyrsky tulee jo huomenna – revontulet leimuavat taivaalla varmasti

Auringossa eilen tapahtuneen massapurkauksen varsin suoraan kohti meitä sysäämä varattujen hiukkasten pilvi saapuu ennusteen mukaan Maan tienoille huomenna keskiviikkona.

Ilmatieteen laitoksen ennusteen mukaan sen arvioidaan saapuvan keskiviikkona noin klo 18 Suomen aikaa. Se taivaltaa planeettainvälisen avaruuden halki siis keskimääräistä nopeammin.

Massapurkaus saa varmasti aikaan revontulia ainakin pohjoisessa, missä todennäköisyys jopa avaruusmyrskylle on NOAA:n avaruussäätä ennustavan toimiston mukaan 60%. Lappiin on siis luvassa on joka tapauksessa ainakin keskiaktiivisia revontulia. 

Hyvin mahdollisesti myös eteläisessä Suomessa (ja vastaavilla leveysasteilla Venäjällä, Skandinaviassa ja kenties Baltiassakin) nähdään revontulia; aktiivisuudesta ei voi vielä sanoa mitään tarkkaa.

Revontulten näkyminen ja aktiivisuus riippuvat paitsi siitä, onko taivas pilvessä vai ei, niin myös siitä, osuuko massapurkaus Maahan silloin kun Suomessa on yö vai päivä. Näillä näkymin aktiivisuus siis alkaa huomenna pimeän juuri saavuttua Suomessa, joten siltä osin ennuste on hyvä.

Valitettavasti torstain vastaisena yönä on sääennusteen mukaan enimmäkseen pilvistä, mutta jos pilvipeite repeilee, kannattaa tarkkailla taivasta revontulten varalta.

"Kannattaa pitää mielessä, että massapurkauksen saapumisajankohtaa ei voi tunnin tarkkuudella ennustaa", Ilmatieteen laitoksen avaruustutkija Tiera Laitinen arvioi tiedotteessa. 

"Jos purkaus saapuu keskiviikkoiltana, kuten tämänhetkinen arvio on, ajoitus on ihanteellinen pitkäkestoiselle revontulinäytökselle Suomessa."

Massapurkauksen mentyä ohi Maa jäänee muutamaksi päiväksi nopeampaan aurinkotuulen virtaukseen, joka on peräisin Auringon pohjoisella puoliskolla olevasta laajasta koronan aukosta. Myös massapurkauksen vaikutus voi tuntua vielä uudenvuoden aattoiltana, joten silloin saattaa rakettien lisäksi taivaalla olla myös revontulia. 

Roihupurkauksen röyhäyttänyt kookas auringonpilkkuryhmä AR2473 on edelleen epästabiili ja sen ennustetaan purkautuvan vielä uudelleen lähipäivinä. NOAA:n päivitetyn ennusteen mukaan keskivoimakkaiden M-luokan purkausten todennäköisyys on 50% ja voimakkaimpien X-luokan purkausten 10%.

Se saattaa siis tuottaa vielä lisää väriloistoa taivaalle vuodenvaiheeksi.

Otsikkokuvassa on Aurinko tänään SDO-satelliitin kuvaamana ultraviolettisäteilyn aallonpituudella.

Suuri purkaus Auringossa: avaruusmyrsky saapumassa Maahan

AR2473 purkautuu

Päivitys tiistaina klo 15:20
Revontulia saattaa näkyä jo huomenna keskiviikkola illalla: lue uusi juttumme aiheesta.

----

Auringossa tapahtui tänään iltapäivällä Suomen aikaa suurehko purkaus, kun kookas auringonpilkkuryhmä AR2473 heräsi henkiin usean päivän hiljaiselon jälkeen. Se synnytti hitaan, mutta voimakkaan M1,9 -luokkaan kuuluvan roihun, joka on otsikkokuvana NASAn SDO-aurinkotutkimussatelliitin havaitsemana.

Purkaus sysäsi jotakuinkin maapallon suuntaan sähköisesti varatusta kaasusta koostuvan pilven, joka saavuttaa Maan jotakuinkin uudenvuodenaattona. Se saattaa siis saada aikaan suurehkon revontulimyrskyn, joka olisikin miellyttävä lisä ilotulitusraketeille – olettaen, että taivas on näkyvissä.

Tarkempia arvioita avaruusmyrskyn voimakkuudesta ja sen näkymisestä eri puolilla planeettaa saadaan lähipäivinä.

Siinä missä kaasulta kestää pari päivää taivaltaa avaruuden halki, oli purkauksesta lähtenyt valo ja ultraviolettisäteily lähes saman tien näkyvissä. Satelliitit havaitsivat sen iskeytymisen ilmakehän yläosiin ja sen, kuinka se ionisoi siellä olevia atomeita sekä molekyylejä. Tämä sai aikaan radioliikenteen häiriintymistä maapallon päiväpuolella. Erityisesti radioliikenne, joka käytti alle 20 MHz:n taajuuksia (radioamatöörit, laivat ja lentoliikenne) Etelä-Amerikassa, Afrikassa ja Atlantin eteläosissa kärsivät yhteyksien pätkimisestä.

AR2374 on havaintojen mukaan edelleen epästabiili ja se tuottaa todennäköisesti lisää purkauksia lähiaikoina. Yhdysvaltain avaruussäätä arvioivan, NOAA:n ennustuskeskuksen mukaan keskivoimakkaiden M-luokan purkausten todennäköisyys on 55% ja voimakkaimpien X-luokan purkausten 10%.

Kuten alla oleva SOHO-satelliitin ottama kuva näyttää, on Aurinko tällä haavaa muutoin varsin rauhallinen:

Palaamme varmasti asiaan viikon kuluessa.

Auringossa voi räjähdellä miljardin megatonnin voimalla

Auringon flarepurkaus

Päivätähdessämme tapahtuvat purkaukset ovat aiheuttaneet Maassa laajoja sähkökatkoksia, ongelmia satelliittiyhteyksissä ja häiriöitä lentoliikenteessä. Warwickin yliopiston tutkijat ovat todenneet, että voimakkaimmatkin Auringossa havaitut flarepurkaukset ovat kuitenkin pientä verrattuna siihen, mikä on mahdollista.

Muissa tähdissä on havaittu superflareja, jotka ovat tuhat kertaa voimakkaampia kuin suurimmat tunnetut auringonpurkaukset. Jos Auringossa tapahtuisi superflare, seuraukset olisivat maanpinnalla monin verroin vakavampia kuin tähänastisissa tapauksissa. 

Esimerkiksi kaksoistähdessä KIC 9655129 on havaittu esiintyvän superflareja, joissa vapautuu energiaa miljardin megatonnin ydinpommin verran. Tuoreen tutkimuksen mukaan niiden syntyprosessi saattaa olla samanlainen kuin vähäisempien auringonpurkausten.

"Auringon flarepurkausten on todettu muodostuvan sarjasta säännöllisesti toistuvia pulsseja. Usein ne ovat kuin aaltoja, joiden aallonpituus riippuu flaren syntyalueen olosuhteista. Toisinaan flarepurkauksissa esiintyy useita päällekkäisiä aaltoja. Olemme havainneet, että tähtien superflarepurkausten ja Auringon flarepurkausten ominaisuudet ovat samankaltaisia", toteaa tutkimusta johtanut Chloë Pugh.

"Onneksi superflaren edellyttämien olosuhteiden esiintyminen Auringossa on tähänastisten aktiivisuushavaintojen perusteella hyvin epätodennäköistä", rauhoittelee Pugh.

Tutkijat tarkastelivat Kepler-avaruusteleskoopilla havaittuja KIC 9655129-kaksoistähtijärjestelmän flarepurkausten valokäyriä ja niiden ominaisuuksia, ja tulivat siihen tulokseen, että ne muistuttavat paljon suuremmasta voimakkuudestaan huolimatta Auringon vastaavia ilmiöitä.

"Flarepurkauksen tapahtuessa havaitaan yleensä nopea kirkkauden kasvu, jota seuraa vähittäinen himmeneminen. Yleensä himmeneminen on melko tasaista, mutta toisinaan siinä esiintyy huomattavia ’töyssyjä’, joita sanotaan QPP-sykkeeksi [quasi-periodic pulsations]", selittää tutkimukseen osallistunut Anne-Marie Broomhall.

Tutkijoiden mukaan sykkeessä esiintyy kaksi jaksollisuutta, joiden periodit ovat 78 ja 32 minuuttia. Jaksollisuuksien ominaisuuksien perusteella ne ovat toisistaan riippumattomia.

"Uskottavin selitys kahden toisistaan riippumattoman jaksollisuuden esiintymiselle on, että QPP-sykkeet johtuvat magnetohydrodynaamisista värähtelyistä, joita havaitaan myös Auringon flarepurkausten yhteydessä", arvioi Broomhall.

Tulos viittaa siihen, että niin Auringon flareissa kuin muiden tähtien superflareissa on taustalla samanlaisia fysikaalisia prosesseja. Siksi tutkijoiden mukaan on pääteltävissä, että Auringossakin voi esiintyä meidän kannaltamme paljon vahingollisempia superflareja.

Tutkimuksesta kerrottiin Warwickin yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä

Kuva: NASA/SDO

 

Laser päihittää Auringon kuumuudessa

Auringon aktiivista pintaa

Miltä kuulostaisi laser, joka kuumentaa aineen Aurinkoa kuumemmaksi ainoastaan 20 kvadriljoonasosasekunnissa? Eikä kyse ole päivätähtemme pinnasta ja muutamasta tuhannesta asteesta, vaan Auringon keskuksesta ja miljoonista asteista.

Lontoon Imperial Collegen teoreetikot ovat kehittäneet huippunopean kuumennusmenetelmän, jolla lämpötila pystytään nostamaan kymmeneen miljoonaan asteeseen sekunnin miljoonasosan miljoonasosassa.

Nyt menetelmä pitäisi vain saada toimimaan muuallakin kuin supertietokoneen laskelmissa. Jos siinä onnistutaan, keksinnöllä voi olla suuri merkitys fuusiovoiman kehittämisessä. Se päihittäisi nopeudessa nykyiset menetelmät satakertaisesti.

Suurteholasereita on perinteisesti käytetty fuusiotutkimuksessa aineen kuumentamiseen. Tuoreessa tutkimuksessa tavoitteena oli löytää keino, jolla voitaisiin kuumentaa ioneja suoraan, sillä ne muodostavat suurimman osan aineesta.

Useimpia materiaaleja kuumennettaessa laserin energia nostaa ensin kohdeaineen elektronien lämpötilan. Vasta sitten elektronit alkavat kuumentaa ioneja, jolloin koko prosessi on paljon hitaampi verrattuna ionien suoraan kuumentamiseen.

Imperial Collegen tutkijaryhmä totesi, että kohdistettaessa suurteholaser tietynlaiseen aineeseen se saa aikaan sähköstaattisen shokkiaallon, joka kuumentaa ioneja.

"Tulos oli täysin odottamaton. Yksi fuusiotutkimuksen ongelmista on ohjata laserin energia oikeaan paikkaan oikealla hetkellä. Tällä menetelmällä energia saadaan suoraan ioneihin", kehuu Arthur Turrell.

Tavallisesti laserilla aikaansaadut sähköstaattiset shokkiaallot työntävät ioneja edellään, jolloin niiden nopeus kasvaa, mutta lämpötila ei nouse. Supertietokoneella tehdyn mallinnuksen avulla tutkijat totesivat, että jos aineessa on sopiva yhdistelmä ioneja, niiden nopeudet kasvavat eri tavoin.

Se saa aikaan kitkaa, joka puolestaan nostaa nopeasti ionien lämpötilaa. Laskelmien mukaan ilmiö on voimakkaimmillaan kiinteissä aineissa, joissa on kahdenlaisia ioneja, esimerkiksi muoveissa.

"Kaksi ionilajia toimivat kuin tulitikut ja tikkuaski; kumpiakin tarvitaan", selittää tutkimukseen osallistunut Mark Sherlock. "Nippu tulitikkuja ei syty itsekseen – tarvitaan kitkaa, jota syntyy, kun tikut raapaistaan askin kylkeen."

"Itsessään oli jo yllätys, että kohteena käytettävällä materiaalilla oli niin suuri merkitys", lisää ryhmään kuulunut Steven Rose. "Aineissa, joissa on ainoastaan yhtä ionilajia, ilmiötä ei esiinny lainkaan."

Kuumeneminen tapahtuu huippunopeasti, koska kohdemateriaali on hyvin tiheää. Ionit puristuvat yhteen lähes kymmenkertaiseen tiheyteen tavalliseen kiinteään aineeseen verrattuna. Sähköstaattisen shokkiaallon aiheuttama kitkaefekti on silloin paljon voimakkaampi kuin esimerkiksi harvemmassa kaasussa. 

Jos menetelmä saadaan toimimaan myös käytännön tasolla, se olisi kaikkien aikojen nopein kuumennuskeino suurelle hiukkasmäärälle.

"Kun atomit törmäävät toisiinsa LHC-kiihdyttimen kaltaisissa laitteissa, tapahtuu vielä nopeampia lämpötilan muutoksia, mutta törmäykset tapahtuvat yksittäisten hiukkasten välillä", toteaa Turrell. 

Tutkimuksesta kerrottiin Lontoon Imperial Collegen uutissivuilla ja se on julkaistu Nature Communications -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/LMSAL

Euroopan avaruussääkeskus laajenee

Avaruussää vaikuttaa myös elämään täällä Maan pinnalla ja ennen kaikkea sillä on vaikutuksia avaruudessa oleviin satelliitteihin sekä niitä hyödyntävään tietoliikenteeseen. 

Pieniä myrskyjä tapahtuu säännöllisesti silloin tällöin, kun Auringossa tapahtunut ns. koronan massapurkaus sysää suuren määrän sähköisesti varattua kaasua kohti Maata, mutta toistaiseksi maapallo on hyvällä onnella säästynyt kaikkein voimakkaimmilta tällaisilta iskuilta. Tuorein jättipurkaus tapahtui vuonna 2012, mutta se meni Maan ohitse. 

Historiasta tiedetään tapauksia, missä aurinkomyrskyt ovat saaneet aikaan sähkökatkoksia, sekoittaneet voimakkaasti radioliikennettä ja rikkoneet satelliitteja. Hyvin voimakas häiriö – kuten vuoden 2012 purkaus Maahan osuessaan – voisi periaatteessa saada aikaan suuriakin ongelmia etenkin tietoliikenteessä ja sähkönjakelussa, ja siten halvaannuttaa koko yhteiskunnan toiminnan.

Erityisen haavoittuvia ovat pohjoiset maat, kuten Suomi, joskin näissä maissa on myös varauduttu parhaiten häiriöihin. 

Siksi Euroopan avaruusjärjestö on tarkkaillut jatkuvasti Auringon toimintaa ja sen mahdollisesti aiheuttamia vaaroja vuonna 2009 perustetulla verkostolla. Nyt sitä ollaan laajentamassa ja parantamassa uudella verkostolla, johon osallistuu tutkijoita 14 maasta ympäri Euroopan.

Tällä haavaa ESAn ympärillämme avaruudessa olevia mahdollisia vaaroja tarkkaileva keskus tuottaa lähes 60 erilaista "tuotetta", jotka yhdistävät mittauksia, havaintoja, ennusteita, hälytyksiä ja asiantuntijoiden tekemiä analyysejä eri tarkoituksia varten tehdyiksi tiedotteiksi. Tarkoituksena on uuden avaruussääverkoston avulla nostaa määrää yli 140 "tuotteeseen" ensi vuonna.

Tärkein tarvittava tieto on reaaliaikaiset havainnot Auringosta ja sen Maan lähiavaruuteen aikaansaamista häiriöistä. Nämä häiriöt ulottuvat toisinaan ilmakehään ja aivan Maan pinnalle saakka. Revontulet ovat näistä konkreettinen, tosin yleensä vaaraton esimerkki.

Havainnot kerätään maa-asemista (joista Sodankylä on yksi) sekä avaruudessa olevista satelliiteista yhteen ja toimitetaan asiantuntijaverkostoon kuuluville keskuksille, jotka toimivat eri ESAn jäsenmaissa jo olevissa avaruussäähän ja siihen liittyviin asioihin keskittyneissä tutkimuslaitoksissa.

Näin kansalliset ja koko Euroopan laajuiset resurssit saadaan toimimaan paremmin yhdessä ja muodostamaan kokonaisuuden, mitä erillisesti tehtynä olisi ollut vaikeaa ja kallista saada aikaan.

BLOG