Suuri auringonpilkku röyhtäilee

Aurinko 22.10.2014 SDO-satelliitin kuvaamana

Auringossa on parhaillaan näkyvissä erittäin suuri auringonpilkkuryhmä. Tämä numeron AR2192 saanut pilkkuryhmä on kääntynyt viime päivinä enemmän ja enemmän näkyviin Auringon pyöriessä, ja se on samalla tullut koko ajan suuremmaksi. Nyt se on kooltaan jo jotakuinkin planeetta Jupiterin kokoinen, noin 125000 km halkaisijaltaan.

Se on saanut aikaan viimeisen kahden päivän aikana seitsemän keskivoimakasta purkausta, joista viimeisin, nyt yöllä Suomen aikaa klo 4:59 tapahtunut oli jo lähes voimakkaimpien aurinkopurkausten X-kategoriaan kuulunut. AR2192:n magneettikenttä on havaintojen mukaan hyvin epävakaa, joten on odotettavissa, että lähipäivinä ryhmä roihauttaa vielä suurempia purkauksia – kenties jopa niin voimakkaita, että niistä saadaan maapallolle kirkkaita revontulia. Todennäköisyys X-tason aurinkopurkauksille on noin 20%.

Sitä mukaa kun Aurinko kääntyy ja pilkkuryhmä tulee keskemmälle, siitä mahdollisesti tulevat niin sanotut koronamassapurkaukset voivat myös sinkoutua myös Maan suuntaan ja saada aikaan lähiavaruudessa myrskyisää avaruussäätä.

Päivitys 22.10. illalla klo 20
Pilkkuryhmästä tuli keskiviikkona 22.10. iltapäivällä noin klo 17 Suomen aikaa X-luokan purkaus lähes suoraan kohti Maata. Purkauksen voimakkuus oli tarkalleen X1.6. Alla olevassa kuvassa näkyy Auringosta tulevan röntgensäteilyn vuo GOES-satelliitin havaitsemana.

Aurinko on muutenkin aktiivinen. Sunnuntaina se leiskautti toisesta pilkkuryhmästä X-luokan purkauksen ja aikaisempien purkausten syystä (tai ansiosta) toissa yönä Suomessakin näkyi jo upeita revontulia eteläistä Suomea myöten. Lisäksi Auringon voimistunut ultraviolettisäteilytaso ionisoi Maan yläilmakehää sen verran voimakkaasti, että radioliikenteessä ja paikannussatelliittien signaaleissa oli häiriöitä.

Vaikka AR2192 onkin jättimäisen suuri, ei se ole mikään kummallisuus. Auringon aktiivisuus yleisestikin oli esimerkiksi viime helmikuussa korkeammalla, ja silloin Auringosta tuli jopa luokkaan X4.9 kuulunut purkaus, eli erittäin voimakas sellainen.

Tämä kaikki on normaalia, sillä Aurinko on 11-vuotisen aktiivisuusjaksonsa maksimissa. Vaikka tämän pilkkujakso 24:n aktiivisuus on ollut keskimääräistä matalampi, on se jaksanut tuottaa monia kauniita revontulinäytelmiä. Edellisistä aktiivisuusmaksimeista tuttuja hyvin voimakkaita avaruussäämyrskyjä ei tämän maksimin aikana ole vielä kuitenkaan koettu.

Olisiko sellainen pian tulossa lähipäivinä?

Avaruussäätilannetta voi seurata mm. Ilmatieteen laitoksen Auroras Now -palvelusta: http://aurora.fmi.fi

Aurinko oli viimeksi hyvin aktiivinen syyskuussa. Kirjoitimme silloin suurista purkauksista artikkelissamme: http://www.tiedetuubi.fi/?q=node/964

AR2192

Pilkkuryhmä AR2192.

Vanhan tutun uudet ilmiöt

Aurinko on tunnetusti ainoa tähti, jota pystymme tarkastelemaan yksityiskohtaisesti. Silti se kätkee sisuksiinsa ja jopa pinnalleen – tai siis alueelle, jolla plasma muuttuu sisemmäs mentäessä läpinäkymättömäksi ja jolta tulee juuri tälläkin hetkellä syksyistä maisemaa kirkastava auringonvalo – yhä arvoituksia.

Yksi niistä on se, miten vajaan kuudentuhannen asteen lämpötilassa olevan pintakerroksen eli fotosfäärin yläpuolella voi olla 10 000 asteen lämpöinen kromosfääri JA sen yläpuolella jopa miljoona-asteinen korona. Tilanne olisi kärjistetysti ja mutkia vähän oikoen sama, jos kylmään veteen laittaisi pussillisen pakastevihanneksia ja hetkeä myöhemmin vesi kiehuisi, mutta vihannekset olisivat edelleen jäässä.

Kesällä 2013 Maata kiertävälle radalle laukaistu Interface Region Imaging Spectrograph eli IRIS-satelliitti sai tehtäväkseen ratkoa tätä arvoitusta. Satelliitti tähyää Aurinkoon ultraviolettiteleskoopilla, johon kiinnitetyn spektrografin avulla saadaan tehtyä ennennäkemättömän tarkkoja havaintoja. Paljon tarkempia kuin vain kolmisen vuotta aiemmin lähetetyllä Solar Dynamics Observatorylla eli SDO-satelliitilla. Nimensä mukaisesti IRIS tarkkailee siirtymäaluetta (Interface Region), jossa kromosfääri vaihtuu koronaksi ja lämpötila kasvaa huimasti.

Ja johan alkoivat asiat selvitä. IRIS on löytänyt peräti viisi uutta ilmiötä, jotka liittyvät nimenomaan energian eli lämmön siirtymiseen suhteellisen vilpoisan kromosfäärin alaosista superkuumaan koronaan.

Ilmiöiden nimitykset ovat kuin suoraan tieteiskirjallisuudesta: Nanoflaret. Siirtymäalueen silmukat. Aurinkopommit. Aurinkotuulen suihkut. Kierteet. Kuulostaa mielenkiintoiselta ja sitä se myös on.

Voimakkaiden flarepurkausten pikkuserkut eli nanoflaret ovat purkauksia, jotka kiihdyttävät sähköisesti varatut hiukkaset huimiin nopeuksiin. Pienikokoiset, paljon protuberansseja vaatimattomammat silmukat puolestaan saavat aikaan kromosfäärin yläosista tulevan säteilyn.

Magneettikentän voimaviivojen rekonnektion eli uudelleenkytkeytymisen synnyttämät pommit lämmittävät viileiden plasmakerrosten välistä löytyneen plasman jopa 100 000 asteen lämpötilaan – lähellä Auringon pintaa.

Aurinkotuulen syntysijoilla esiintyvissä suihkuissa plasma kuumenee hetkessä kymmenestätuhannesta noin sataantuhanteen asteeseen. Kierteet taas ovat muutamien satojen kilometrien läpimittaisia plasmapyörteitä, joita magneettiset aallot synnyttävät. Ja magneettisia aaltoja on pidetty yhtenä pääepäiltynä etsittäessä syyllistä kromosfäärin ja koronan korkeisiin lämpötiloihin.

Kaikki tämä yhdellä satelliitilla ja sen yhdellä ainokaisella teleskoopilla. Mikä tässä nyt sitten on tarinan opetus? Tiede ei ole satunnaista sohimista, jonka tuloksena toisinaan osutaan johonkin. Jos aikoo saada vastauksia, pitää osata esittää oikeita kysymyksiä. Havaintojen selittämiseksi laaditaan teorioita, ja niiden antamien ennusteiden perusteella tehdään uusia havaintoja. Jos ne eivät vastaa ennusteita, teoriaa rukataan. Näin tiede etenee.

Uusi aurinkopurkaus tulossa

Aurinko Proba-satelliitin kuvaamana

Viime viikon aurinkomyrsky sai aikaan komeita revontulia eteläistä Suomea myöten, mutta ei ollut niin voimakas kuin ennusteissa uskallettiin povata.

ESAn avaruussäätoimiston johtajan, Juha-Pekka Luntaman mukaan satelliitit havaitsivat ensimmäiset merkit Auringosta tulevasta hiukkaspurkauksesta hieman ennen kello seitsemää illalla viime perjantaina, 12. syyskuuta, ja heti sen jälkeen aurinkotuulen nopeus nousi 650 kilometriin sekunnissa. Planeettainvälisen magneettikentän voimakkuus ponnahti puolestaan arvoon 28 nT.

Magneettikentän z-suunnan arvo (Bz) vaihteli nopeasti positiivisen ja negatiivisen välissä, mikä sai aikaan sen, että purkaus ei aiheuttanut suurta aurinkomyrskyä Maan lähiavaruudessa. ”Mikäli Bz kääntyy pysyvämmin negatiiviseksi silloin kun plasmapilvi liikkuu Maan ohi, se saa aikaan enemmän ilmiöitä Maassa.”

Parhaillaan kohti Maata on tulossa toinen purkauspilvi, tosin näillä näkymin se on perjantaista heikompi. Ennusteen mukaan se saapuu tienoillemme keskiviikkona 17. syyskuuta ja saanee aikaan revontulia ainakin Lapissa ja muualla pohjoisilla alueilla. Hieman etelämpänäkin kannattaa varautua kauniisiin taivasnäkymiin.

Hyviä ohjeita näiden ja tulevien revontulien kuvaamiseen saa mm. Ursan blogeissa julkaistussa Emma Herrasen kirjoituksesta Revontulivalokuvaus haltuun.

Tuoreinta tietoa ajantasaisesta avaruussäätilanteesta saa ESAn uusilta avaruussääsivustolta.

Otsikkokuvassa on Aurinko 16. syyskuuta klo 19:58 Suomen aikaa Proba2 -satelliitin kuvamana. Sen ottamia kuvia käytetään hyväksi SOTERIA-mallissa, jolla ennustetaan tulevia aurinkopurkauksia.

Aurinko tykittää Maata kohden

Purkaus SOHOn näkemänä

Auringon pinnalla tapahtui kaksi voimakasta koronapurkausta tällä viikolla, eilen 10. päivänä syyskuuta ja tiistaina 9. päivänä. Molemmat liittyvät aktiiviseen auringonpikkualueeseen AR2158 ja näistä eilisiltana klo 20:46 Suomen kesäaikaa tapahtunut X-luokan (X1,6) purkaus on voimakkaampi. Siitä tullut voimakas ultraviolettisäteily havaittiin lähes välittömästi yläilmakehän ionisaation lisääntymisenä (heti kun Auringosta tullut valo osui Maahan) ja se häiritsi radioliikennettä noin tunnin ajan. Myös Maata kiertävät satelliitit, kuten Proba-2 ja GOES, havaitsivat selvän nousun röntgensäteilyn määrässä.

Sen perässä seuraa kaksi varautuneiden hiukkasten pilveä, jotka osuvat Maahan huomenna. Tuloksena on todennäköisesti voimakkaita revontulia, jotka näkyvät mahdollisesti jopa eteläisessä Suomessa – elleivät jopa keskisen Euroopan pohjoisosissa. Arvioitu iskeytymisaika on puoleltayöltä Suomen aikaa perjantain ja lauantain välisenä yönä.

Juha-Pekka Luntama, ESAn aurinkosääpalvelun johtaja, huomauttaa arvion olevan vielä alustavan ja että siinä on useiden tuntien virhemarginaali puoleen ja toiseen. "Mikäli ennusteemme pitää paikkansa, saapuu purkaus 150 000 kilometrin päässä Maasta olevaan L1-pisteeseen noin klo 22 Keski-Euroopan aikaa ja silloin mm. ACE-satelliitti pystyy kertomaan meille paitsi milloin myrsky on tulossa, niin myös sen, miten voimakas siitä tulee."

Taivaalle ilmestyvien revontulten lisäksi asia kiinnostaa mm. satelliittioperaattoreita, sillä tämä on hyvin todennäköisesti voimakkain Maahan osuva aurinkomyrsky pitkiin aikoihin; se saattaa vaurioittaa satelliitteja ja mahdollisesti saada jopa aikaan häiriöitä Maan pinnalla esimerkiksi sähköverkoissa.

Otsikkokuvana ja alla on suurempi purkauksista SOHO-satelliitin havaitsemana:

Tilannetta voi tarkkailla mm. Ilmatieteen laitoksen Auroras Now -palvelussa sekä Sodankylän geofysiikan observatorion reaaliaikaisista tiedoista.

Herschel ratkaisi meteoriittien arvoituksen

Maahan syöksyvissä meteoriiteissa on todettu olevan monien muiden alkuaineiden ja yhdisteiden ohella berylliumin isotooppia, jota niissä ei pitäisi olla. Tai ei sitä enää olekaan, sillä beryllium-10 hajoaa nopeasti muiksi alkuaineiksi.

Näistä hajoamistuotteista on kuitenkin voitu päätellä, että meteoriittien kiviaineksen tiivistyessä kauan sitten berylliumia on ollut tarjolla. Ongelmana on se, että isotooppia ei synny tähtien sisuksissa myllertävissä fuusioreaktioissa eikä myöskään supernovien tulipätseissä.

Beryllium-10 vaatii syntyäkseen hyvin energisten hiukkasten törmäyksiä esimerkiksi happiatomien kanssa. Voisiko sen muinainen esiintyminen kertoa jotakin Auringon nuoruudesta? Infrapuna-alueella toimineen Herschel-avaruusteleskoopin projektitutkijan Göran Pilbrattin mukaan voi: "Tekemällä Herschelillä havaintoja tähtien syntyalueista olemme saaneet tietoa paitsi kaukaisista kohteista myös viitteitä oman Aurinkokuntamme menneisyydestä."

Auringonkaltaisten tähtien varhaisissa kehitysvaiheissa niistä puhaltava tähtituuli on hyvin voimakas ja voi selittää myös berylliumin esiintymisen. Todisteet ovat epäsuoria, mutta varsin vankkoja. Orionin tähdistön suunnassa sijaitsevalla tähtien syntyalueella OMC2 FIR4 on havaittu hiilen, hapen ja typen runsauksissa outo epäsuhta: siellä on liikaa typpeä.

Tähtienvälisten pilvien yleisin alkuaine on vety, joka ionisoituu helposti kosmisen säteilyn pommituksessa. Vetyionit eli protonit voivat muodostaa muiden atomien kanssa raskaampia alkuaineita, kuten happea, hiiltä ja typpeä. Niiden määrät ovat vähäisiä, mutta silti havaittavia.

Yleensä typpi hajoaa nopeasti, jolloin hiilen ja hapen määrä kasvaa siihen verrattuna. Havaittu typen ylimäärä voisi selittyä sillä, että osa hapesta ja hiilestä "jäätyy" pilven pölyhiukkasten pinnalle, jolloin niitä ei voi havaita. Tässä tapauksessa pilven lämpötila on kuitenkin niin korkea, ainoastaan 200 astetta pakkasen puolella, että jäätymistä ei voi tapahtua.

Tutkimusta johtaneen Cecilia Ceccarellin mukaan selitys on tyystin toinen: "Todennäköisin syy on hyvin energisistä hiukkasista koostuva tähtituuli, joka puhaltaa pilven sisällä syntyvistä tähdistä. Voimakas tähtituuli hajottaa typen lisäksi myös hiiltä ja happea, jolloin niiden runsaudet pysyvät lähempänä toisiaan."

Tutkijoiden mukaan samanlainen voimakas tähtituuli voisi selittää myös beryllium-10-isotoopin esiintymisen Aurinkokunnassa sen syntyvaiheissa. Auringollakin on siis ollut hurja nuoruus.

 

Aurinko on ennätyksellisen vaisu

Auringon aktiivisuutta

Uusimmassa Annales Geophysicae -sarjassa julkaistu pitkä, yhtenäinen Auringon aktiivisuutta kuvaava havaintosarja osoittaa, että Auringon aktiivisuus on 2000-luvulla ollut selvästi vähäisempää kuin 1900-luvun keskivaiheilla, jolloin aktiivisuus oli vuosisataisen kehityskulkunsa huippulukemissa.

Ajassa täytyy mennä nykyhetkestä noin sata vuotta taaksepäin, jotta löytyy jakso, jolloin Auringon aktiivisuus ja avaruussääilmiöt maapallon läheisyydessä olivat yhtä heikkoja kuin viimeisten noin 10 vuoden aikana keskimäärin.  Sähkömagneettisille vaihteluille alttiina olevien teknologisten järjestelmien, kuten satelliittien ja maanpäällisten sähkönsiirtoverkkojen kannalta on tärkeää tietää, minkälaisiin äärimmäisiin avaruussään muutoksiin ja niiden aiheuttamiin riskeihin on varauduttava tulevina vuosina.

Tämä yhtenäinen suomalais-venäjäis-brittiläisenä yhteistyönä tehty avaruussäätä ja -ilmastoa kuvaava aikasarja perustuu pitkälti satelliittihavaintoihin ja historiallisiin magneettisiin rekisteröinteihin. Se antaa myös varmennettua tietoa Auringon osuudesta ilmastonmuutokseen: Auringon aktiivisuudella on ilmastonmuutoksessa pieni, joskaan ei merkittävä osuus.

167 vuotta geomagneettista tietoa

Auringon aktiivisuutta on tutkittu tieteellisesti yli 400 vuoden ajan alkaen aina siitä, kun Johannes Fabricius julkaisi ensimmäisen artikkelin auringonpilkuista maaliskuussa 1611. Havaintojen mukaan Auringon aktiivisuus muuttuu selvästi noin 11 vuoden välein, ja tämän pystyy kuka tahansa huomaamaan katsomalla Auringon pinnalla olevien pilkkujen määrän muuttumisesta – Auringon pintaa ja sen ilmiöitähän voi katsoa vaikka kiikarilla, kunhan muistaa suojautua Auringon kirkkautta vastaan joko suodattimella tai heijastamalla kuvan paperille kiikarin takana. Aurinkoon ei saa katsoa suoraan, etenkään millään optisella laitteella.

Toinen tapa seurata Auringon aktiivisuutta ja sen Maahan aiheuttaman vaikutuksen seurauksia on mitata Maan magneettikentän vaihteluita sekä havaita revontulia. Niin sanotun avaruussään alkuperä on Auringossa tapahtuvissa hiukkaspurkauksissa ja muissa äkillisissä energian vaihteluissa eli Auringon aktiivisuudessa. Avaruussää ilmenee maapallon lähiavaruuden muutoksina siellä vallitsevan sähköisten ja magneettisten olosuhteiden sekä varattujen hiukkastiheyksien häiriöinä.  Yksi näkyvä ilmentymä tästä on maapallon napa-alueiden ympäristössä esiintyvät revontulet.

Avaruussään ja Auringon aktiivisuuden sähkömagneettisia vaihteluja voidaan havaita maan pinnalta herkillä laitteilla erityisissä geomagneettisissa observatorioissa. Observatorioita tai vastaavia automaattiasemia on toiminnassa parisensataa.  Magneettisten observatorioiden havainnot maailmalla ulottuvat 1800-luvun alkukymmenille.

Pitkien havaintosarjojen avulla on voitu rekonstruoida avaruussään hitaita vaihteluja. Riittävän hyviä ja yhtenäisiä havaintosarjoja varhaiselta 1800-luvulta ei ole säästynyt paljon. Ilmatieteen laitoksen edeltäjän, Helsingin yliopiston magneettis-meteorologisen observatorion rekisteröinnit ovat olleet aikakauden olosuhteisiin nähden poikkeuksellisen luotettavia, tarkkoja ja pitkäkestoisia. Ne kattavat aikavälin 1844–1897 ja käsittävät noin kaksi miljoonaa yksittäistä havaintoa tunnin välein jatkuvan aikasarjan muodossa. Havaintoja tehdään edelleen Ilmatieteen laitoksen Nurmijärven observatoriossa.

Annales Geophysicae -lehden artikkelissa on tutkittu magneettisten observatorioiden havaintojen avulla saatavaa tietoa avaruussään- ja avaruusilmaston vaihteluista ja suomalaiset, Ilmatieteen laitoksen Helsingissä kirjaamat tiedot muodostavat tutkimuksien keskeisen havaintomateriaalin 1800-luvun osalta.

Satelliitit seuranneet Aurinkoa 1970-luvulta lähtien

Satelliitit ovat keränneet tietoja Auringon aktiivisuudesta ja avaruussäästä jo 1970-luvulta lähtien. Näillä havainnoilla voidaan sitoa samaan aikaan tehdyt magneettiset maanpintahavainnot täsmällisiin Auringon aktiivisuutta kuvaaviin suureisiin kuten esimerkiksi aurinkotuulen nopeuteen ja sen mukana kulkeutuvan magneettikentän voimakkuuteen.

Silti yhä edelleen maanpäälliset havainnot ovat tärkeässä osassa.

Juttu perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteeseen.

Myös vaisu Aurinko voi roihauttaa rajusti

Kesällä 2012 Aurinko oli nousemassa 11-vuotisen aktiivisuusjaksonsa hiljaisesta vaiheesta, kun yllättäen se alkoikin älämölöimään: 22. heinäkuuta 2012 se roiskautti pinnaltaan ulos avaruuteen useita voimakkaita purkauksia, jotka onneksi eivät kuitenkaan osuneet Maahan.

Sen sijaan Aurinkoa havainnut STEREO-A -luotain (kuvattuna piirroksessa ylhäällä) oli suoraan purkausten suunnassa. Tämä jotakuinkin Maan etäisyydellä Auringosta oleva, jokseenkin samanlaisella radalla Maan kanssa Aurinkoa kiertävä avaruusalus oli Auringosta katsottuna 120 asteen päästä meistä, kun se sai silmilleen tämän erään voimakkaimmista koskaan mitatuista aurinkomyrskyistä: paitsi aurinkotuulen nopeus, niin myös magneettikentän voimakkuus olivat ennätyksellisen suuria.

Nyt tästä tapauksesta on julkaistu kiinnostava tutkimus Nature Communications -julkaisussa, ja tutkimuksen takana olleessa ryhmässä on mukana myös suomalaisväriä. Helsingin yliopiston tutkija Emilia Kilpua on yksi Naturen artikkelin kirjoittajista. Yksittäiset aurinkomyrskyt sinällään eivät ole kokonaisen tutkimuksen väärti, mutta tämä erittäin voimakas ja suoraan aurinkotutkimussatelliitin mittalaitteisiin osunut sellainen on auttanut ymmärtämään mekanismeja, jotka synnyttävät supermyrskyn Auringossa ja planeettainvälisessä avaruudessa. Tuloksia voidaan hyödyntää avaruussäätä ennustavissa malleissa.

Se on myös kiinnostava siksi, että ryöpsähdykset eivat tapahtuneet Auringon aktiivisuusmaksimin aikaan, vaan vaiheessa, jolloin Aurinko ei yleensä ole kovin aktiivinen. Myös kaikkien aikojen voimakkain havaittu avaruusmyrsky, vuonna 1859 tapahtunut Carringtonin myrsky oli verrattain heikon auringonsyklin aikana. Tuolloin revontulet näkyivät taivaalla jops Havaijilla saakka.

Myös rauhallinen Aurinko voi siis äityä aktiiviseksi.

Auringon aktiivisuudesta kertovan auringonpilkkuluvun käyrä näyttää hyvin,
miten nyt meneillään oleva aurinkosykli 24 ei ole erityisen voimakas.
Edellinen oli hieman aktiivisempi, mutta ei mitenkään voimakas verrattuna sitä
edeltäneeseen (ei näy enää käyrässä), mikä oli puolestaan ennätyksellisen voimakas.

1+1 on enemmän kuin 2

Kun kahden STEREO-luotaimen ja SOHO-teleskoopin koronagrafi- ja ultraviolettihavainnot yhdistettiin tapahtumista tuolloin 22.7.2012, huomattiin, että Auringosta sinkosi ylös avaruuteen kaksi prominenssia ja koronan massapurkausta vain noin kymmenen minuutin päästä toisistaan. Ainoastaan muutaman Auringon säteen päässä Auringosta massapurkaukset olivat sulautuneet yhdeksi valtavaksi ulospäin aurinkokunnassa syöksyväksi varattujen hiukkasten ja kaasun pilveksi.

Plasmapilvi saavutti Maan etäisyyden alle vuorokaudessa, eli lähes yhtä nopeasti kuin Carringtonin myrskyn synnyttänyt massapurkaus 155 vuotta sitten. Silloin luonnollisestikaan asiaa ei voitu havaita näin hyvin, mutta Auringon toimintaa tarkkailtiin ja se osattiin yhdistää revontuliin.

Pikaisen matkanteon teki mahdolliseksi purkausten valtava alkunopeus (yli 3000 km/s) ja edeltävän, hitaamman purkauksen aiheuttama harva aurinkotuuli, joka ikään kuin raivasi takanaan tulleelle suurivauhtiselle kaasupilvelle tietä planeettainvälisessä avaruudessa.

STEREO-A:n mittaukset rekisteröivät plasmapilven magneettikentän, nopeuden ja muita ominaisuuksia. Näitä käyttäen tutkijat arvioivat, että jos purkaus olisi iskeytynyt Maahan, se olisi aiheuttanut geomagneettisen myrskyn joka olisi ollut jopa suurempi kuin Carringtonin myrsky.

Avaruuden supermyrskyn uhat

Mikäli Carringtonin myrskyn luokkaa oleva avaruusmyrsky tapahtuisi nyt, sillä olisi todennäköisesti suuria vaikutuksia. Se saisi aikaan komeiden ja laajalti maapallolla näkyvien revontulten lisäksi todennäköisesti Maata kiertävien satelliittien vaurioitumisia, suuria häiriöitä tietoliikenteessä ja vakavia vikoja sähköverkoissa. Se sekoittaisi satelliittipaikannuslaitteita ja lisäisi olennaisesti öljy- sekä kaasuputkien korroosiota. Lisäksi avaruudessa olevien astornauttien sekä korkealla napaseuduilla lentävien lentokoneiden miehistöjen ja matkustajien terveys olisi vaarassa.

Teknistynyt yhteiskuntamme on aiempaa riippuvaista maanpäällisen sään lisäksi Maata ympäröivän avaruuden säätilasta. Pahimmissa mielikuvissa koko tietoliikenneverkosto romahtaa ja sähköverkot rikkoontuvat, kun niihin alkaa yllättäen syntyä Auringosta peräisin olevan suuren plasmapilven vuoksi sähköä. Verkko siis itse toimisi kuin jättimäinen generaattori, minkä vuoksi virranjakajat ja sähköjohdot menisivät rikki ylijännitteestä.

"Tämä uhka on tehnyt avaruussäätutkimuksesta tärkeää ja ajankohtaista", sanoo Emilia Kilpua. "Tuore tutkimuksemme osoittaa myös sen, että merkittäviä avaruussäähäiriöitä voi tapahtua myös silloin, kun Aurinko on hiljaisessa vaiheessaan."

Tutkimus toteaa, että supermyrskyn ainekset ovat koossa silloin, kun tapahtuu kaksi tai useampi nopeaa ja äärimmäisen voimakasta massapurkausta hyvin lähekkäin ja ne vuorovaikuttavat keskenään heti Auringon läheisyydessä. Kun näin tapahtuu, on aurinkopurkauksella suurempi mahdollisuus kehittyä supermyrskyksi.

Jotta purkauksen ominaisuudet voidaan ymmärtää kokonaisuudessaan, tarvitaan lisää havaintoja ja mittaustuloksia. Tutkijat kuitenkin arvelevat, että jo näitä tuloksia voidaan käyttää tulevaisuudessa avaruussäämalleissa tutkimaan äärimmäisen auringonpurkauksen vaikutuksia Maan lähiavaruudessa.

Tiedote perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen.

Lähdeviite: Nature Communications 18.3.2014, Observations of an Extreme Storm in Interplanetary Space Caused by Successive Coronal Mass Ejections


Video massapurkauksen iskeytymisestä STEREO-A -luotaimeen 23.7.2012:

Mallinnos avaruussäästä samaan aikaan:

Kyllä se siitä...

Päivä on jo toista tuntia pidempi kuin talvipäivänseisauksen aikaan ja Aurinko kipuaa taivaalla kolme astetta – eli kuusi kertaa oman halkaisijansa verran – korkeammalle. Vielä se ei kuitenkaan jaksa keskipäivälläkään lämmittää. Kevättä kohti ollaan silti menossa, vaikka ankarassa pakkassäässä ei siltä tuntuisikaan. 

Temerairen auringonlasku

HMS Temeraire oli Kuninkaallisen laivaston Neptunus-luokan sota-alus, joka oli käytössä peräti 40 vuoden ajan. Se valmistui vuonna 1798 Chathamin telakalla ja purettiin lopulta Rotherhitessa, Thamesin rannalla vuonna 1838. Temeraire oli mukana Trafalgarin kuulussa meritaistelussa ja se seilasi Itämerelläkin vuonna 1809, kun brittisaattueet tarvitsivat järeää suojaa tanskalaisia tykkiveneitä vastaan.

Temerairen vaiheista on tehty lukuisia maalauksia, mutta tunnetuin niistä on Joseph Mallord William Turnerin (1775–1851) The Fighting Temeraire tugged to her last berth to be broken up, 1838 (1839), joka kuvaa laivan viimeistä matkaa. Brittien suosikiksi äänestetyssä maalauksessa purettavaksi määrättyä alusta hinataan pitkin Thamesia. Aurinko on laskemassa osin pilvien peittämään horisonttiin, mutta pilvien lomasta pilkistää vajaa puolikas Kuu. Oliko Turner uskollinen todelliselle tilanteelle?

Ainakaan laivan osalta ei ollut, sillä siitä oli jo ennen hinausta irrotettu mastot, vaikka maalauksessa Temerairen purjeetkin ovat vielä paikoillaan. Kun Turner halusi tallentaa maalaukseen laivaston entisen ylpeyden, mastoton laivanraato ei olisi ollut kovin ylevä näky jälkipolville säilytettäväksi.

Aurinko tai Kuu esiintyy monissa muissakin Turnerin maalauksissa, mutta yleensä niistä on mukana vain jompi kumpi. Lisäksi Kuu on useimmiten täysi ja kumottaa pilvien raosta ainoana taivaalla näkyvänä kohteena, aavemaista kajastusta luovana valonlähteenä. The Fighting Temeraire -maalauksessa on kumpainenkin – sekä Aurinko että Kuu – ja Kuu on vajaa puolikas. Vastaako maalaus taivaankappaleiden osalta todellisuutta? 

Ensimmäinen ongelma on ilmansuunnissa. Temerairea hinattiin pitkin Thames-jokea lopulliselle lepopaikalleen lännestä päin eli kohti auringonlaskua – siis täsmälleen päinvastaisesta suunnasta kuin maalauksessa. Auringonlaskuun hitaasti lipuva laivavanhus olisi ehkä ollut liiankin vertauskuvallinen näky. 

Taistelulaivan tiedetään tehneen viimeisen matkansa 5.–6. syyskuuta 1838. Kuu oli silloin vähenevässä vaiheessa, sillä täysikuu oli ollut aamulla 4. syyskuuta. Siten Kuu ei näkynyt auringonlaskun aikaan ollenkaan, vaan nousi vastakkaisesta horisontista vasta noin tuntia myöhemmin. Maalauksessa Kuu on kuitenkin kasvava, ehkä neljän vuorokauden ikäinen. Kuu on myös Auringon suhteen hyvin korkealla. 

Syksyllä Kuu on tuossa vaiheessa paljon matalammalla, sillä kasvava Kuu näkyy parhaiten keväällä, vähenevä syksyllä. Maalauksessa kuvattu tilanne vastaisi Auringon ja Kuun osalta vuodenvaihteen jälkeistä aikaa, tammi–helmikuuta. Myöhemmin keväällä kasvava Kuu on Lontoon horisontissa vielä korkeammalla.

Miksi Turner päätyi kuvaamaan maalauksessaan näkymän, joka ei vastaa todellisuutta? Samaan tapaan kuin vielä eheän laivan myös Auringon ja Kuun on tulkittu olevan vahvasti symbolisia elementtejä. Horisonttiin painuva Aurinko kuvastaa yhden aikakauden päättymistä Kuninkaallisen laivaston historiassa ja korkealla taivaalla näkyvä kasvava Kuu puolestaan uuden, teollisen ajan alkua. 

Maalauksen tarkempi analyysi edellyttäisi huolellista arkistojen penkomista ja vanhojen karttojen vertailua, mutta jo tällaisella pikaisella tarkastelulla käy selväksi, että tässä maalauksessa Turner ei ikuistanut luonnonilmiöitä erityisen uskollisesti, vaan valjasti ne symboleiksi kuten taiteessa usein on tapana. Mikä on ihan okei.

The Fighting Temeraire on parhaillaan esillä Lontoossa National Maritime Museumissa, jonka laaja Turner-näyttely jatkuu ensi huhtikuuhun saakka. 

Kuva: National Gallery, London

 

 

 

ISON leikki kohtalollaan, ydin saattoi selvitä

Auringon vaikutukset lähellä

Kuten nyt tiedetään, ISON ei selvinnyt kokonaisena likiliippauksestaan Auringon ohitse – mutta se ei sinällään ollut yllätys.

Toki toivoimme, että se olisi pullahtanut näkyviin Auringon takaa upeana komeettana, joka olisi komistuttanut joulukuun taivasta, mutta kovin monet aiemmat aurinkohipojat ovat osoittaneet, että ohilento oli kohtalon kanssa leikkimistä. Emme tietäneet millainen ISONin ydin oli, mutta nyt tiedämme hieman enemmän.

Tuoreimmat tiedot (perjantaina aamulla) kertovat, että komeetan ydin, tai osia siitä, olisi saattanut selvitä ohituksesta, mutta Auringon polte olisi kuorinut siitä kaiken höyrystyvän pois päältä. ISONista ei tule suurta komeettaa taivalle, mutta se tosiaan saattaa osoittautua erittäin kiinnostavaksi!

Olosuhteet Auringon lähellä

Lähimpänä Aurinkoa ollessaan ISONin ja kuuman tähden pinnan välinen etäisyys oli noin 1 200 000 km. Nopeutta ISONilla oli silloin huimat 1 351 848,96 km/h (375 kilometriä sekunnissa).

Aurinko kuumensi sitä voimakkaasti, mutta niin se oli tehnyt jo aiemmin: mitä lähemmäksi ISON tuli Aurinkoa, sitä enemmän Aurinko korvensi sitä. Siitä olivat merkkinä paitsi komea pyrstö, niin myös monet vaihtelut komeetan ytimessä ennen Auringon lähelle saapumista.

Ydin todennäköisesti oli alkanut jo hajota osiin, jolloin lähellä Aurinkoa kuumuus käytännössä höyrysti sen. Otsikkokuvanamme on kaavio olosuhteista Auringon luona. Asteikkona on etäisyys Auringon pinnasta Auringon säteinä ja ISONin lähietäisyys on sininen katkoviiva keskellä.

Ensimmäinen palkki kertoo sen, miten nestemäinen kappale ja kiinteä kappale käyttäytyvät Auringon lähellä. Kyseessä on ns. Rochen raja, joka ilmaisee sen, että täysin kiinteä kappale hajoaa osiksi palkin alaosan etäisyydellä ja täysin nestemäinen (jäätä sisältänyt) kappale höyrystyy palkin yläosassa.

Jos kappale on kiinteän ja nestemäisen sekoitusta, se on jossain välissä. ISON oli nähtävästi juuri siinä välissä. Höyrystyminen ilmoittaa kuinka voimakkaasti Auringon säteily kuumentaa kappaletta ja sulamispalkki viittaa siihen, missä alle 1 mikronin kokoiset mikrometeoroidit höyrystyvät Auringon lähellä. Näkyvyys ilmaisee ennen ohilentoa tehdyn arvion siitä miten hyvin komeetasta irtoavien pikkukappaleiden ja pölyn oletettiin näkyvän ultraviolettivalossa.

Olennaisimmat ja yksiselitteisimmät ovat palkeista ensimmäinen ja toinen: ISON oli enemmän vetinen ja Aurinko poltti sitä kuumasti. Ja voi siis olla, että sen kivinen ydin on nyt kiitämässä poispäin Auringosta radallaan, mutta emme vielä ole nähneet sitä kunnolla. Kun pyrstö on poissa, pyrstötähteä on vaikea nähdä.

Jo Merkurius on kova paikka

Auringon kova polte on ongelma jo aurinkokunnan sisimmän planeetan Merkuriuksen luona ja sinne lentäviä luotaimia on jouduttu varustamaan erityisesti Auringon lämmitystä vastaan. Auringosta tuleva lämpövuo on Merkuriuksen etäisyydellä yli kymmenen kertaa suurempi kuin Maan etäisyydellä. Sen vuoksi Merkuriusta kiertävän luotaimen Auringon puoleinen kylki kärventyy noin 360 asteen kuumuudessa.

Eikä varjopuolella ole välttämättä paljoa viileämpää, sillä Merkuriuksen pinta hohtaa lämpöään avaruuteen myös voimakkaasti. Auringon säteilemä energia neliömetrille on noin 15 kilowattia. Lämpöhallinta onkin ollut eräs suurimmista ongelmista BepiColombo-nimisen luotaimen tekemisessä. Kyseessä on Euroopan avauusjärjestön vuonna 2015 laukaistava luotain Merkuriukseen ja sen kanssa tekee työtä mm. suomalainen Harri Laakso.

“Bepin tekeminen osoittautui työn kuluessa paljon vaativammaksi kuin alun perin oletettiin. Merkurius on hyvin vaativa ympäristö, emmekä ole koskaan aikaisemmin Euroopassa tehneet sellaiset vaatimukset täyttävää avaruuslaitetta.”

“Bepi tulee kiertämään Merkuriusta radalla, joka vie sen hyvin lähelle planeetan pintaa, ja silloin planeetan pinnasta hohkaa alukseen yksi kolmasosa Auringon lämpövuosta lisää", kertoo Laakso.

"Lisähaitta on se, että nämä kaksi lämpövuota tulevat eri suunnista; luotain halutaan pitää koko ajan sellaisessa asennossa, että sen tutkimuslaitteet osoittavat suoraan alaspäin kohti Merkuriuksen pintaa, jolloin lopulta vain yksi luotaimen kuudesta ulkopinnasta voidaan pitää koko ajan varjon puolella. Sinne asennetaan lämmönsäteilin, mihin lämpöä johdetaan erityisillä lämpöputkilla kaikkialta aluksen sisältä, jolloin lopulta voimme pitää mittalaitteet, elektroniikan ja luotaimen sisuskalut jotakuinkin huoneenlämmössä, maksimissaan 40°C:n lämpötilassa. Tämän suunnittelu on ollut haastavaa.”

“Vielä olennaisempi viivytys tuli aurinkopaneeleista. Aioimme käyttää aluksi luotaimessa uudenlaisia yhdistepuolijohdeaurinkokennoja, mutta niiden lämmönkestävyys osoittautui luvattua huonommaksi. Emme voineetkaan käyttää niitä, joten jouduimme suunnittelemaan aurinkopaneelit uusiksi ja se vaikutti moneen muuhunkin asiaan.”

Siinä missä luotaimen runko voidaan suojata hyvin erilaisilla keraamisilla materiaaleilla tai muunlaisilla eristeillä, on aurinkopaneelien tehtävänä osoittaa Aurinkoon. Silloin ne kuumenevat, ja vaikka voimakkaan Auringon paisteen ansiosta paneelit voivat olla pienet ja käytännössä niiden pinta voi olla suurelta osin peilimäinen, silti ne joutuvat suuren lämpörasituksen kohteeksi.

Voimakas Auringon säteily myös heikentää nopeasti paneelien hyötysuhdetta, joten paneelien pitää olla hieman suuremmat kuin teoreettisesti niiden tulisi olla. BepiColombossa käytetään nyt perinteisiä Galliumarsenidi-kennoja, jotka on erikoispinnoittamisen lisäksi käännetty vinoon V-asentoon, eli ne eivät osoita suoraan kohti Aurinkoa.

Paneeleita ja muita BepiColombossa käytettäviä tekniikoita on testattu erilaisissa koepenkeissä koko projektin ajan, mutta vuoden 2011 lopussa ESTECissä alkanut testikampanja oli ensimmäinen, missä koko luotain lopullisessa muodossaan altistettiin todellisille avaruuden olosuhteille. Siksi ESTECin suuri avaruussimulaattori piti virittää uudelleen vastaamaan Merkuriuksen olosuhteita: simulaattorin “Aurinko” muutettiin tehokkaammaksi, jolloin tyhjökammion seinien jäähdytystä piti puolestaan tehostaa. Sekin vaati omat temppunsa...

Vaikka rahaa on palanut ja aikaa on mennyt suunniteltua enemmän, on tästä kaikesta hyötyä vastaisuudessa. ESA on suunnittelemassa luotainta, joka menisi tutkimaan Aurinkoa hyvin läheltä, ja silloin BepiColombon testatut tekniikat ja niiden kanssa kerätyt kokemukset tulevat tarpeeseen.

Luotain Auringon lähelle

ESA ja NASA ovat suunnitelleet jo pitkään yhdessä ja erikseen myös luotaimia, jotka lentäisivät mahdollisesti vain kolmen Auringon säteen päähän Auringosta ja tekisivät siellä mittauksia.

Lopulta vuoden 2012 alussa projekti nytkähti eteenpäin ja Solar Orbiter -niminen ESAn tekemä luotain on tarkoitus laukaista tammikuussa 2017 Nasan rahoittamalla raketilla matkalle kohti Aurinkoa. Luotaimen tehtävänä on mitata heliosfääriä ja aurinkotuulta sekä luonnollisesti kuvata Aurinkoa hyvin läheltä, paljon Merkuriuksen rataa lähempää.

Suunnitelman mukaan luotain uskaltautuu vain 30 Auringon halkaisijan päähän siitä, noin 0,28 AU:n etäisyydelle.

Seitsenvuotiseksi kaavaillun lennon päätteeksi se todennäköisesti ohjataan vieläkin lähemmäksi ja syöstään lopulta Aurinkoon. Se siis pysyttelisi aluksi "turvallisen" matkan päässä, mutta kokisi lopulta ISONin kohtalon: Aurinko höyrystäisi sen.

Tällaisen luotaimen tekeminen on hyvin vaikeaa, sillä lämpötila Auringon lähellä on korkea, yhteydenpito alukseen vaikeaa ja valoa aurinkopanee- leille jopa liikaa. Suunnitelmissa aluksen alla onkin paksu lämpösuoja ja aurinkopaneelit ovat käytännössä peilipintaisia. BepiColombon kanssa kohdatut hankaluudet koituvat nyt hyödyksi, sillä samaa tekniikkaa voidaan käyttää vielä parannettuna aurinkoluotaimessa.

Piirustuspöydällä muotoutuu vieläkin hurjempia aurinkoluotaimia, tosin tässä vaiheessa vasta ideatasolla. Eräs suunnitelma muistuttaa Tähtien sodasta tutun Darth Vaderin kypärää, sillä luotaimen tulee kestää erittäin korkeaa lämpötilaa ja sen on oltava muutenkin erinomaisen tukevaa tekoa.

Luotain tekisi itsemurhalennon Aurinkoon eli se olisi kuin Solar Orbiter, mutta lähestyisi ensin Aurinkoa vain noin neljän säteen etäisyydelle ja siitä sen annettaisiin sitten laskeutua yhä lähemmäs aurinkokuntamme keskustan tulisyöveriä. Sen viimeiset tiedot tulisivat olemaan erityisen kiinnostavia – ne vastaisivat tilannetta, missä ISON oli eilen illalla.