flare

Meredith MacGregorin ja Alycia Weinbergerin johtama tutkijaryhmä havaitsi viime vuoden maaliskuussa Proxima Centaurissa tapahtuneen voimakkaan flare-purkauksen. Tähtitieteilijät eivät "nähneet" sitä livenä, vaan löysivät sen ALMA-teleskoopin (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) aineistosta vasta myöhemmin.

Voimakkaimmillaan Proximan flare päihitti Auringon suurimmat purkaukset kymmenkertaisesti ALMAn havaitsemilla radioaallonpituuksilla. Tähden kirkkaus kasvoi noin kymmenen sekunnin ajaksi tuhatkertaiseksi normaaliin verrattuna.

Suurta purkausta edelsi pienempi flare ja yhteensä niiden kesto oli alle kaksi minuuttia. Onneksi purkaus sattui kymmenen tunnin havaintojaksolle, joka jakautui vuoden 2017 tammi–maaliskuulle.

Tutkijoiden mukaan on todennäköistä, että Proxima b, tähteä kiertävä eksoplaneetta, kylpi hetken aikaa hiukkassäteilyssä, jonka voimakkuus oli 4 000 kertaa suurempi kuin Auringon flare-purkauksista Maahan kohdistuva säteily. Jo entuudestaan tiedettiin, että Proxima Centaurissa tapahtuu purkauksia, mutta näin voimakasta ei ole aiemmin havaittu.

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.

Pilkun kohdalla kaasu – tai plasma, jos tarkkoja ollaan – on 1 500 astetta ympäristöään viileämpää. Lämpötilan paikallinen lasku noin 4 000 celsiusasteeseen johtuu Auringon magneettikentästä. 

Pilkun kohdalla kentän voimaviivat läpäisevät "pinnan", jolloin pystysuorat virtaukset hidastuvat. Ne kuljettavat kuuman plasman mukana pinnalle energiaa, jonka havaitsemme valona ja lämpönä. Kun virtauksen vauhti hiipuu, pinnalle noussut plasma ehtii jäähtyä tavallista enemmän ennen kuin lähtee taas vajoamaan syvyyksiin.

Isojen auringonpilkkujen ja -pilkkuryhmien yhteydessä esiintyy usein flare-purkauksia, jotka aiheuttavat koronan massapurkauksia, valtavia avaruuteen sinkoutuvia hiukkaspilviä. Kun sellainen osuu Maan magneettikenttään, voi seurauksena olla kirkkaita revontulia.

Kuva: SDO/HMI

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

Tänä kesänä tuntuisi tarvitsevan röntgenkatseen ylipäätään nähdäkseen Auringon, mutta nyt ei ole kyse mistään Teräsmiehen visiosta. Auringon röntgenkuva ei myöskään ole läpivalaisuotos päivätähdestämme, vaan siinä näkyvät röntgensäteilyn aallonpituuksilla hohtavat Auringon ulkokerrokset.

Ihmissilmän havaitsema näkyvä valo tulee Auringon fotosfääristä, jonka lämpötila on noin 5 500 celsiusastetta. Sen paksuus on vain kolmisensataa kilometriä ja siksi Auringolla näyttää olevan pinta, vaikka se onkin kaasumaista plasmaa.

Fotosfäärin yläpuolella on kromosfääri, jossa lämpötila kohoaa 10 000 kilometrin matkalla noin 20 000 asteeseen. Uloimpana on korona, jossa lämpötila on jopa kaksi miljoonaa astetta. Koronalla ei ole tarkkaa ulkoreunaa, vaan se muuttuu vähitellen aurinkotuuleksi, sähköisesti varattujen hiukkasten puhuriksi, joka ulottuu kauas planeettojen tuolle puolen.

Auringon ulko-osien kuuma plasma lähettää röntgensäteilyä, joka onneksemme kilpistyy Maan ilmakehään. Siksi Auringosta saadaan röntgenkuvia vain satelliittien avulla.

29. huhtikuuta 2015 otettuun kuvaan on yhdistetty useiden satelliittien havainnot, jolloin saadaan näkyviin erilaisia Auringon aktiivisten alueiden ilmiöitä. Röntgensäteilyllä ei ole väriä, joten kuva on käsitelty tietokoneella. 

NASAn NuSTAR-satelliitin (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) havaitsema suurienerginen röntgensäteily on värjätty siniseksi. NuSTARin varsinainen tehtävä on tutkia mustia aukkoja ja supernovia, mutta sen teleskoopeilla voidaan tehdä havaintoja myös Auringosta.

Vihreä vastaa japanilaisen Hinode-satelliitin mittaamaa vähemmän energistä röntgensäteilyä. Keltainen ja punainen väri puolestaan markkeeraavat NASAn SDO-satelliitin (Solar Dynamics Observatory) havaitsemaa äärimmäisen ultraviolettialueen säteilyä. 

Auringon aktiivisilla alueilla tapahtuu flare-purkauksia, jotka sinkoavat avaruuteen sähköisesti varattuja hiukkasia ja voimakasta säteilyä. Niiden lisäksi Auringossa esiintyy pienempiä mikroflareja, joissa vapautuva energia on vain miljoonasosa isoista flare-purkauksista.

Auringossa oletetaan tapahtuvan myös nanoflareja, jotka ovat vieläkin pienempiä. Niiden energia on vain miljardisosa suurissa flare-purkauksissa vapautuvista energiamääristä. 

Nanoflareja arvellaan ratkaisuksi Auringon ulkokerrosten ongelmaan: miten alle kuudentuhannen asteen lämpötilassa vellovan fotosfäärin ja 20 000-asteisen kromosfäärin yläpuolella koronan lämpötila voi kohota miljooniin asteisiin.

"Aurinko on jo siirtymässä aktiivisuussyklinsä rauhalliseen vaiheeseen, mutta minimiin on aikaa vielä jokunen vuosi", toteaa Iain Hannah Glasgow’n yliopistosta. "Siksi meidän on vielä odotettava tovi, jotta pystymme tekemään havaintoja näistä pienemmistä purkauksista."

Kuva julkaistiin eilen Llandudnossa, Walesissa parhaillaan käynnissä olevassa Royal Astronomical Societyn vuotuisessa kokouksessa ja siitä kerrottiin seuran uutissivuilla.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/GSFC/JAXA

Pari viikkoa sitten Auringon pinnalla ollut jättipilkkuryhmä AR2192 ei lopulta tuottanut suuria kaasupurkauksia, vaikka se olikin muuten hyvin aktiivinen. Se on nyt kääntynyt Auringon pyörimisen myötä pois näkyvistä, mutta saattaa pullahtaa vielä vähän päälle viikon päästä uudelleen näkyviin.

Nyt kuitenkin Auringossa on selvästi näkyvissä pilkkuryhmä numero AR2205, joka on tuottanut viime päivinä jo kymmenkunta voimakasta flare-purkausta. Sen magneettikenttä on hyvin rauhaton ja se purskauttaa todennäköisesti lisää purkauksia lähipäivinä – sekä radiohäiriöitä, röntgensäteilyä että ”kunnollisia” kaasupurkauksia, jotka Maahan osuessaan saisivat aikaan revontulia sekä mahdollisesti hankaluuksia satelliiteille sekä tietoliikenteelle. Oikein voimakas aurinkomyrsky saattaa myös vaikuttaa sähkönjakeluun sekä mm. kaasuputkiin.

Todennäköisyys keskivoimakkaalle M-luokan purkaukselle lähipäivinä on 70% ja voimakkaalle X-luokan purkaukselle 30%.

Eilen, marraskuun 7. päivänä, AR2205 sai aikaan jo X-luokan purkauksen (tarkalleen X1,6). Purkaus sai aikaan Maan ilmakehän yläosien ionisaatio ja siten häiriöitä pääasiassa lentäjien, meriliikenteen ja radioamatöörien käyttämillä taajuusalueilla.

Lisäksi purkauksesta roihahti ulos avaruuteen kaasupurkaus. 600 kilometrin sekuntinopeudella etenevä plasmapilvi ei ole valtavan nopea, eikä se suuntautunut suoraan maapalloon, mutta Auringon yleinen aktiivisuustaso on sen verran korkealla, että revontulten mahdollisuus lähipäivinä pohjoisilla leveysasteilla on varsin suuri. Viime viikolla useana päivänä revontulia oli myös keskisen Suomen taivaalla, tosin valitettavasti paksu pilvikerros esti niiden näkymisen.

Otsikkokuva: Nasan SDO-satelliitin ottama kuva Auringosta 8.11.