Tiesitkö tämän lumesta?

Lumihiutaleita Israel Perkins Warrenin (1814-1892) piirtämänä
Lumihiutaleita Israel Perkins Warrenin (1814-1892) piirtämänä

Eteläisessä Suomessa on satanut kuivaa pakkaslunta nyt hiihtolomaviikon aluksi. Siksi aloitamme viikon kertomalla pikkutietoa lumihiutaleista.

Lumihiutaleet ovat todella kiehtovia, koska ne kaikki ovat ainutlaatuisia. Niisstä yhdistyvät fysiikka ja kemia luonnonkauneuden kanssa.

Ne syntyvät, kun ilma on tarpeeksi kylmää, yleensä alle -5°C, ja ilmassa oleva vesihöyry pääsee jäätymään pienen pölyhiukkasen tai tai muun mikroskooppisen, ilmassa olevan hitusen ympärille. 

Kun vesihöyry alkaa kiteytyä sen pinnalle, lumihiutale kasvaa samalla pudoten alaspäin. Riippuen siitä, miten kasvava hiutale kulkee eri lämpötila- ja kosteusvyöhykkeiden läpi, hiutale kasvaa hieman eri tavalla.

Yleistäen lähellä nollaa olevissa lämpötiloissa syntyy yksinkertaisia neulamaisia muotoja. Hieman kylmemmässä, välillä jotakuinkin -5 °C – -10 °C, syntyy enemmän haarautuvia, tähtimäisiä lumikiteitä. Sitä kylmemmässä tulee enemmän levymäisiä ja lopulta alle -15 °C:n pakkasessa syntyvät kauneimmat, monimutkaiset ja haarautuneet lumihiutaleet.

Ainakin tänään Helsingissä satavat hiutaleet ovat sterotyyppisen tähtimäisiä. Todella kauniita. 

Lumihiutaleiden muoto johtuu siitä, että jäätyvät vesimolekyylit asettuvat kuusikulmaiseen eli heksagonaaliseen hilarakenteeseen. Tämä veden sisältämän vedyn sidoksista kumpuava kuusikulmaisuus näkyy lumihiutaleen rakenteessa, niin yksinkertaisissa jäälaatoissa kuin isosakaraisissa hiutaleissa. Kolmio- ja prismamaiset muodot ovat yksinkertaistuksia kuusikulmaisuudesta.

Koska lumihiutaleet ovat jäätä, ja valo kulkee helposti jään läpi samaan tapaan kuin lasikappaleen läpi, saa lumihiutaleiden muoto aikaan valon hajoamista, heijastumista ja sirontaa. Tämä valosekamelska saa aikaan sen, että lumi näyttää valkoiselta. 

Jokainen lumihiutale on ainutlaatuinen, koska jokainen syntyy hieman eri tavalla. Lämpötila, kosteus, paine ja putoamisreitti vaikuttavat siihen, miten vesihöyry kiteytyy jääksi. 

Lumihiutaleet ovat yleensä koontaan muutamia millimetrejä, 1–5 mm, mutta hyvissä olosuhteissa voi syntyä myös parin sentin kokoisia "jalkarättejä". 

Guinnessin ennätysten kirjan perusteella suurin tietoon tullut lumihiutale oli 38 cm leveä. Se  havaittiin vuonna 1887 Fort Keoghissa, Montanassa, Yhdysvalloissa, mutta koska tätä ei ole dokumentoitu tarkasti, voi tämä jättilumihiutale olla myös tarua. 

Lumihiutaleita on ihailtu ja ihmetelty kautta aikain, mutta (tiettävästi) ensimmäisen tieteellisen katsauksen niihin teki Wilson Bentley (1865–1931). Hän kuvasi tuhansia lumihiutaleita mikroskoopilla.

Japanilainen Ukichiro Nakaya luokitteli lumihiutaleita niiden muodon perusteella ja teki ensimmäisen lumihiutaleiden muotodiagrammin, jonka avulla voidaan selittää hiutaleiden muodostumista ilmakehän eri olosuhteissa.

Otsikkokuvassa on amerikkalaisen Israel Perkins Warrenin (1814–1892) piirroksia lumihiutaleista.

Suomessa lumihiutaletutkimusta ovat tehneet mm. Annakaisa von Lerber ja Jani Tyynelä. 

Nykyisin lumihiutaleiden muodostuminen voidaan mallintaa kvanttifysiikan avulla; lumihiutaleet auttavat puolestaan ymmärtämään kiteiden kasvua ja itseorganisoitumista.

Vuosi 2025 alkaa revontuli-ilottelulla

Revontulia Sodankylässä 1.1.2025. Kuva: Jari Mäkinen
Revontulia Sodankylässä 1.1.2025. Kuva: Jari Mäkinen
Aurinko 1. tammikuuta 2025 GOES-16 -satelliitin SUVI-instrumentin näkemänä.

Aurinko pökkäsi kohti maapalloa uudenvuodentulituksen, joka jatkunee vielä usean päivän ajan. Kunhan vain olisi selkeää!

Auringossa tapahtui 28.-29. joulukuuta useita purkauksia, joiden seurauksena planeettainväliseen avaruuteen ryöpsähti massapurkauksia. Kaksi niistä suuntasi kohti maapalloa, ja saivat odotetusti aikaan G4-luokan avaruusmyrskyn.

Komeita revontulia nähtiinkin paitsi Suomessa, niin myös muissa pohjoismaissa, Kanadassa ja Yhdysvalloissa – oikeastaan kaikkialla pohjoisella pallonpuolella revontuliovaalin alapuolella, missä vain oli selkeää.

Taivaan ilotulitus löi vertoja raketeille ja muille maanpäälisille värivaloille.

Auringon koronassa olevat aukot saavat nyt aikaan sen, että revontulia aikaansaavia varattuja hiukkasia puskee kohti Maata myös lähipäivinä tavallista enemmän. 

Tilannetta kannattaa seurata paitsi katsomalla itse taivaalle, niin myös Ilmatieteen laitoksen Avaruussääkeskuksen nettisivujen kautta.

Aurinko 1. tammikuuta 2025 GOES-16 -satelliitin SUVI-instrumentin näkemänä.

Aurinko 1. tammikuuta 2025 GOES-16 -satelliitin SUVI-instrumentin näkemänä.

Revontulia voi katsoa myös kotoa Oulun yliopiston Sodankylän geofysiikan observatorion uuden Sky-I -kameraverkoston kautta. Siitä tulee juttu Tiedetuubiin lähiaikoina (olemme jo jutuntekohousut jalassa paikan päällä Sodankylässä, missä otsikkokuva on otettu 31.12.204 ja 1.1.2025 välisenä yönä).

Alla tuorein kameraverkoston kuva.

Astronautti ja avaruussääseminaari Rovaniemellä 14.3.

Rovaniemellä, Arktikumissa pidetään 14. maaliskuuta Suomessa ainutlaatuinen esityssarja avaruussäästä, revontulitutkimuksesta ja aurinkomyrskyjen uhasta maapallolle. Euroopan avaruusjärjestön järjestämässä seminaarissa on alan huippunimiä sekä Nasan astronautti Don Pettit.

Auringon aktiivisuusmaksimi on tulossa, mutta kauniiden revontulien lisäksi se tuo myös aurinkomyrskyjen uhan. Viime aikoina Aurinko ei ole rökittänyt hiukkasillaan maapalloa yhtä voimakkaasti kuin historiassa - ja onneksi ei ole, koska nykyaikainen elämämme menisi täysin sekaisin hyvin voimakkaasta aurinkomyrskystä. Euroopan avaruusjärjestö ESA seuraa valppaasti avaruussäätä ja sen meille mahdollisesti aiheuttamaa uhkaa Space Situational Awareness -ohjelmassaan, minkä lisäksi Ilmatieteen laitos on eräs maailman johtavia avaruussään tutkijoita; Suomessa on kehitetty esimerkiksi parhaat menetelmät aurinkomyrskyjen ennustamiseen.

Arktikumissa ja Sodankylän geofysiikan observatoriossa maaliskuussa oleva kansainvälinen seminaari tuo Lappiin koko joukon avaruussään ja revontulten asiantuntijoita sekä NASAn astronautin Don Pettitin, joka on lentänyt kahdesti avaruusasemalla ja ottanut kenties upeimmat revontulikuvat avaruudesta. He kertovat asiasta myös yleisölle Arktikumissa 14.3. aamupäivällä pidettävässä, klo 9.30 alkavassa ilmaisessa tilaisuudessa, jonka jälkeen on mahdollisuus tavata lyhyesti astronauttia.

Tilaisuudessa kerrotaan myös erinomaisen kiinnostavasta Gaia-avaruuslennosta, millä on suoria yhteyksiä myös Suomeen.

Esiintyjät:

Nicolas Bobrinsky, ESA Space Situational Awareness -ohjelman johtaja
Juha-Pekka Luntama, ESA Space Situational Awareness -ohjelman avaruussääosaston johtaja
Minna Palmroth, Ilmatieteen laitos, tutkija
Timo Prusti, ESA, Gaia-lennon päätutkija
Don Pettit, NASA, astronautti

Kirjoittaja on yksi tilaisuuden järjestäjistä.