korona

Auringossa kuohuu kaiken aikaa, kun mutkikas magneettikenttä myllertää sähköisesti varautunutta plasmaa. Voimakkaiden flare-purkausten yhteydessä avaruuteen sinkoutuu valtaisia hiukkaspilviä – mutta ei aina.

Solar Dynamics Observatory -luotaimen avulla on nyt päästy jäljille siitä, miksi rajuistakaan räjähdyksistä ei ole aina seurauksena koronan massapurkausta, joka sopivaan suuntaan lähtiessään osuu Maahan ja sen magneettikenttään aiheuttaen esimerkiksi kirkkaita revontulia.

Tahar Amarin johdolla on tutkittu 24. lokakuuta 2014 tapahtunutta flare-purkausta ja sen jälkimaininkeja, jotka eivät yllättäen olleet kovin kummoiset. Tuolloin Auringon pinnalla oli Jupiterin kokoinen, kahden viimeisimmän aktiivisuusjakson laajin pilkkuryhmä.

Siihen liittyi hyvin monimuotoisia magneettikenttiä ja voimakasta aktiivisuutta. Lopulta alueella tapahtui kaikkein rajuimpaan eli X-luokkaan kuuluva flare-purkaus, mutta sitä ei seurannut koronan massapurkaus, vaikka sellainen tuntui ilmeiseltä.

SDO-luotaimen tekemät havainnot tuolloin vallinneista magneettikentistä yhdistettiin malleihin, jotka kuvaavat Auringon kaasukehän ulko-osan eli koronan magneettikenttiä. Näin saatiin mallinnettua magneettikentissä tapahtuneita muutoksia juuri ennen voimakasta flare-purkausta.

Mallin mukaan Auringon pinnalla kiemurrellut ja tiiviiksi kietoutunut magneettinen "köysi", jollaisten tiedetään liittyvän koronan massapurkauksiin, jäi vangiksi sen yläpuolella olevien magneettikentän voimaviivojen muodostamaan "häkkiin".

Magneettinen häkki käytännössä esti koronan massapurkauksen synnyn. Flare-purkausta edeltävien tuntien aikana auringonpilkun pyörimisliike kieputti köysimäistä rakennetta yhä tiukemmaksi, mikä teki siitä hyvin epävakaan ja räjähdysalttiin. Lopulta purkaus tapahtuikin, mutta "köysi" ei päässyt irtautumaan pinnasta, sillä sen energia ei riittänyt "häkin" murtamiseen.

Mallinnuksen avulla tutkijat pystyivät myös päättelemään, että mikäli häkki olisi ollut hiemankin heikompi, flare olisi saanut aikaan voimakkaan koronan massapurkauksen.

"Pystyimme seuraamaan aktiivisen alueen kehitystä, ennnustamaan purkauksen todennäköisyyden ja laskemaan maksimienergian, joka purkauksessa voi vapautua", Amari toteaa.

Mallista toivotaan työkalua, jolla pystytään ennustamaan Auringon purkauksiin liittyviä ilmiöitä ja niiden vaikutuksia Maan läheisyydessä vallitsevaan avaruussäähän.

Tutkimuksesta kerrottiin NASAn uutissivuilla ja se on julkaistu Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: Tahar Amari et al./Center for Theoretical Physics/École Polytechnique/NASA Goddard/Joy Ng

Tagit

Tiedetuubin klubi oli seuraamassa eilistä täydellistä auringonpimennystä Yhdysvalloissa Menanin kylässä, Idahossa, aivan pimennyksen täydellisyysvyöhykkeen keskiviivan luona.

Pimennys näkyi siellä erinomaisesti ja paikka oli muutenkin mitä miellyttävin: paikalliset olivat tuoneet kirkon vieressä olevan suuren aukion äärelle myyntipisteitä, joista sai ruokaa ja matkamuistoja.

Bajamajojen rivistö oli varautunut ottamaan vastaan noin 5000 vierasta, mutta paikalla oli vain pari sataa havaitsijaa – mikä oli aivan erinomaista suomalaisryhmän kannalta, koska tilaa riitti ja samalla havaintopaikalla oli kaikki palvelut.

Matka Salt Lake Citystä paikalle sujui varsin hyvin. 19-henkinen seurueemme lähti matkaan klo 5 aamulla paikallista aikaa, pysähdyimme pari kertaa hieman alle 400 km pitkällä ajolla, ja saavuimme perille juuri sopivasti ennen pimennyksen osittaisen vaiheen alkua. Varsinaisia ruuhkia oli matkalla vain kerran, ja sen pahin kohta onnistuttiin välttämään pienellä koukkauksella sivutiellä.

Menanin pohjoispuolella, juuri täsmälleen pimennyksen keskilinjalla, oli sen sijaan tilanne toinen. Yksi Nasan videolähetyksen kameroista oli siellä, ja koska maisemat olivat varsin hienot, oli alueelle pakkaantunut niin aiemmin tulleita telttailijoita ja asuntoautoja kuin myös aamuilla paikalle tulleita havaitsijoita hyvin runsaasti.

Vaikka ympäröivä maisema olisi ollut hieman parempi kuin valitsemallamme havaintopaikalla, oli varmasti parempi tyytyä rauhalliseen paikkaan, vaikka se tarkoitti hieman alle sekuntia lyhyempää täydellistä vaihetta.

Harmiksemme päätimme kuitenkin – suuresta havaitsijamäärästä tietämättöminä – ajaa pois paikalta bussillamme alueella sijaitsevien kahden tulivuorikraatterin kautta: näimme ja koimme näin myös pimennyksen aiheuttaman liikennekaaoksen.

Paluumatka loputtomilta tuntuvassa ruuhkassa Salt Lake Cityyn kesti lähes 14 tuntia ja olimme hotellilla vasta klo 2.30 yöllä. Saimme näin kokea upean pimennyksen lisäksi varmasti erään Yhdysvaltain (kenties koko maailman) suurimman liikennekaaoksen, sillä tilanne oli sama kautta koko täydellisyyslinjan.

Alla on koko pimennys kuvattuna ja nopeutettuna samoilta seuduilta nähtynä. Pimennys oli erityisen kaunis koronassa olleiden purkausten ja erinomaisen hyvin näkyneiden Baileyn helmien sekä timanttisormusilmiön ansiosta.

Helsingin yliopiston apulaisprofessori Emilia Kilpua on saanut Euroopan tutkimusneuvostolta kahden miljoonan euron rahoituksen avaruussäätutkimukseen. Tarkoituksena on selvittää, miten geomagneettisia myrskyjä synnyttävät auringonpurkaukset syntyvät, pyörivät ja sulautuvat koronassa.

Auringon uloin kaasukehä, korona, on harvaa kaasua sisältävä vyöhyke, josta lähtee sähköisesti varautunut hiukkasvirta eli aurinkotuuli ja jossa auringonpurkaukset syntyvät.

Koronan massapurkaukset ovat jättiläismäisiä plasmapilviä, jotka syöksyvät Auringosta planeettainväliseen avaruuteen nopeudella, joka nousee jopa tuhansiin kilometreihin sekunnissa. Kun avaruuden läpi kiitävä plasma törmää maapalloon – kuten juuri nyt tällä hetkellä – syntyy geomagneettinen myrsky ja näkyy taivaalla revontulia.

Koronan massapurkaukset syntyvät valtavina magneettisina vuoköysinä silloin, kun Auringon monimutkainen magneettikenttä muuttuu. Purkauksia on tutkittu vuosikymmeniä, mutta niiden tarkka syntymekanismi, rakenne ja kehitys ovat edelleen vielä pitkälti ratkaisematta.

"Suurimmat avaruussäähäiriöt aiheutuvat juuri massapurkauksista, ja niiden vaikutukset saattavat ulottua teknisten järjestelmien toimintaan ja luotettavuuteen sekä avaruudessa, ilmassa että maan pinnalla", kertoo Emilia Kilpua.

"Yksi suurimmista haasteista on se, että nykyisillä menetelmillä Auringon koronan magneettikenttää ei voida mitata eikä mallintaa riittävän tarkasti."

Hänen työssään Auringon koronan numeerisia malleja ja havaintoja yhdistetään aivan uudella tavalla. Näin halutaan ensimmäistä kertaa realistisesti selvittää purkausten magneettinen rakenne.

"Me myös mallinnamme ja analysoimme purkausten edellään ajamaa turbulenttia sheath-aluetta ja sen hienorakennetta."

Sheath-alueilla on merkitystä purkauksen vuoköyden kehittymisessä. Purkausten ohella myös ne itse ajavat voimakkaita avaruusmyrskyjä. Alueet tarjoavat siis ainutlaatuisen luonnollisen laboratorion tutkia plasmafysiikan ydinprosesseja.

"Näitä sheath-alueita on kuitenkin tutkittu tähän mennessä hyvin vähän", toteaa Kilpua.

Kun koronan massapurkausten magneettikenttä on ratkaistu ja sheath-alueet analysoitu tarkasti, voidaan jo sanoa, milloin magneettinen myrsky puhkeaa Maan lähiavaruudessa.

Tietoa magneettikentän rakenteesta tarvitaan myös, kun selvitetään, mitkä mekanismit Auringossa saavat plasmapilvet purkautumaan ja miten plasmapilvet vuorovaikuttavat keskenään edetessään planeettainvälisessä avaruudessa.

Euroopan tutkimusneuvoston rahaa

Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) Consolidator Grant -apurahat on tarkoitettu menestyneille tutkijoille, joilla on takanaan 7–12 vuoden lupaava ura tohtorin tutkinnon jälkeen. Tuoreimmat apurahan saaneet tutkijat julkistettiin joulukuussa 2016; rahaa haettiin yhteensä 2274 tutkimushankkeeseen, joista 304 sai rahoituksen.

Heille tutkimusryhmineen on luvassa rahoitusta seuraavalle viisivuotiskaudelle. Koko rahoituspotti on yhteensä 605 miljoonaa euroa.

Helsingin yliopistosta rahoituksen tällä hakukierroksella saivat Mikko Niemi, Anna-Liisa Laine ja Jaan-Olle Andersoo. Lisäksi Robin Ras ja Paula Hohti Aalto-yliopistosta sai apurahan.

Uutinen perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen. Otsikkokuva: SOHO (ESA / NASA)

Lisätietoa aurinkopurkauksista:

Tagit

aurinko

avaruussää

korona

koronan massapurkaukset

helsingin ylipisto

suomalainen tutkimus

ERC

Nimensä mukaisesti mustat aukot eivät säteile – paitsi hiukkasista koostuvaa Hawkingin säteilyä – joten kuinka ihmeessä musta aukko voi leimahdella?

Mustien aukkojen lähettyviltä tuleva, usein röntgenalueen säteily ei sinänsä ole mikään ihme. Jos aukolla on ahmittavaa, sen ympärille muodostuu kertymäkiekko, samantapainen pyörre kuin pesualtaasta katoavaan veteen.

Juuri ennen joutumistaan mustan aukon kitaan aine kuumenee niin paljon, että se säteilee voimakkaasti röntgenalueella. Ilmiö on tuttu sekä tähdenmassaisilta että galaksien keskustoissa lymyäviltä supermassiivisilta mustilta aukoilta.

NASAn Swift- ja NuSTAR-avaruusteleskoopeilla (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) on nyt tehty havaintoja jättimäisestä röntgenpurkauksesta, joka on saanut tutkijat ymmälleen.

Näyttää siltä, että mustissa aukoissa voi tapahtua flare-purkauksia, jollaisia havaitaan myös Auringossa. Vaikka ilmiön taustalla olevassa fysiikassa on eroja, mustan aukon flaret liittyvät sen lähistöllä olevaan koronaan siinä missä Auringon flare-purkauksilla on kytkentä päivätähtemme koronan ominaisuuksiin.

Mustan aukon korona ei kuitenkaan ole samanlainen "kehä" kuin Auringon korona, vaan muodostuu hyvin energisten hiukkasten tihentymistä. Havaintojen mukaan voimakkaat röntgenalueen purkaukset ovat seurausta siitä, että musta aukko sinkoaa tällaisen tihentymän suurella nopeudella kauemmas avaruuteen.

"Olemme pystyneet ensimmäisen kerran kytkemään toisiinsa koronan 'laukaisun' ja flare-purkauksen", toteaa tutkimusryhmään kuulunut Dan Wilkins. "Se auttaa meitä ymmärtämään, miten supermassiiviset mustat aukot synnyttävät maailmankaikkeuden kirkkaimpiin kuuluvia kohteita."

Mustien aukkojen koronat on vielä huonosti tunnettuja. Niiden arvellaan sijaitsevan joko aukon pyörimisakselin suuntaisesti sen molemmin puolin tai sitten ne ovat sirottuneet laajemmalle alueelle.

Jälkimmäisessä tapauksessakin on kaksi vaihtoehtoa: koronat voivat muodostaa mustaa aukkoa ympäröivän pilven tai kertymäkiekon ylä- ja alapuolella olevat ”levyt”. On myös mahdollista, että koronamuodostelma muuttaa muotoaan pitkulaisesta pilvenomaiseksi ja takaisin.

Tuoreet havainnot viittaavat siihen, että koronat asettuisivat mustan aukon pyörimisakselille. Swift-teleskoopilla havaittiin voimakas röntgen- ja gamma-alueen purkaus Markarian 335 -nimisestä galaksista.

Kohde sijaitsee 324 miljoonan valovuoden etäisyydellä Pegasuksen tähdistön suunnassa. Aiemmin se oli yksi taivaan kirkkaimmista röntgenalueen lähteistä.

"Vuonna 2007 tapahtui jotain hyvin outoa, sillä Mrk 335 himmeni kertoimella 30. Olemme nähneet, että siinä tapahtuu edelleen flare-purkauksia, mutta kirkkaus ei ole kasvanut ennalleen", ihmettelee tutkimuksessa mukana ollut Luigi Gallo.

Syyskuussa 2014 Swift-teleskoopilla havaittiin Mrk 335 -kohteessa valtaisa purkaus. Sitä alettiin seurata myös NuSTAR-teleskoopilla, jolla saatiin havaintoja purkauksen loppuvaiheista. Kun kerättyä tietoa analysoitiin, tutkijat päätyivät siihen, että kohteesta oli singonnut korona, joka sitten oli luhistunut kasaan.

"Korona kulkeutui ensin lähemmäs mustaa aukkoa ja sinkoutui sitten ylöspäin suihkun lailla", Wilkins kertoo. "Emme edelleenkään tiedä, miten mustien aukkojen ainesuihkut syntyvät, mutta jännittävä mahdollisuus on, että tässä tapauksessa korona oli muodostamassa suihkun alkupistettä ennen kuin se luhistui."

Korona liikkui hyvin vauhdikkaasti, sillä havaintojen mukaan sen nopeus oli jopa 20 prosenttia valon nopeudesta, siis noin 60 000 kilometriä sekunnissa. Jos korona sattuu tulemaan meitä kohti, sen lähettämä säteily näyttää suhteellisuusteorian mukaisesti voimistuvan – eli mustan aukon lähistöllä havaitaan voimakas flare-purkaus.

Tutkimuksesta kerrottiin JPL:n (Jet Propulsion Laboratory) uutissivuilla ja se julkaistaan Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA/JPL-Caltech

Tagit

supermassiivinen musta aukko

flare-purkaus

korona

röntgensäteily

Illan pimetessä alkoivat ennusteet käydä toteen: pohjoisen suunnalla näkyi vihertävää valonkajoa eteläisessä Suomessakin. Ennen yhdeksää kajastus oli noussut jo Otavan yläpuolelle, mutta alkoi sitten hiljalleen hiipua. spaceweather.com-sivuston karttakuva näytti siltä, että näytelmä alkoi olla ohi.

Vielä mitä!

Puoli kymmenen jälkeen vaalea revontulivyö oli siirtynyt jo suoraan pään yläpuolelle ja sitten sen pohjoisreunalla alkoi tapahtua. Tasainen kajo silpoutui teräviksi säteiksi, jotka suuntautuivat kohti taivaan lakipistettä. Vihertävän värin rinnalle ilmestyi punaista, ja koko vyö alkoi elää.

Revontulisäteet syttyivät ja sammuivat, vaihtoivat paikkaa ja muodostivat paikoin tihentymiä. Ja sitten ilmestyi revontulikorona, joka on merkki voimakkaasta avaruusmyrskystä. Etelä-Suomessa sellaista ei kovin usein pääse ihailemaan, mutta tällä kertaa se valloitti laajan alueen taivaalta.

Kaikkein kirkkaimmat tulet leiskuivat taivaan lakipisteen eteläpuolella. Korona kiemurteli, oikaisi välillä säteensä ja muodosti sitten taas välkkyviä silmukoita. Loistetta alkoi olla ympäri taivasta eikä kameran kanssa pysynyt enää perässä.

Kuten tavallista, näytelmän huipentuma oli ohi vajaassa kymmenessä minuutissa. Siellä täällä leimahteli vielä yksinäisiä säteitä ja koronakin yritti parhaansa mukaan kerätä voimiaan uuteen kirkastumiseen.

Spektaakkeli oli kuitenkin nähty. Mutta kohta täytyy mennä takaisin ulos – kaiken varalta.

Tagit

revontulet

korona

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.

Lue lisää Vanhan tutun uudet ilmiöt

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: