Parker lähti surffaamaan aurinkotuulessa - kuusi asiaa, mitkä Nasan aurinkoluotaimesta kannattaa tietää
Luotaimia on lähetetty melkein joka puolelle aurinkokunnassamme jättiläisplaneetoista pieniin komeettoihin saakka, mutta tällaista lentoa ei ole tehty koskaan aikaisemmin: Nasan aurinkoluotain hivuttautuu hyvin lähelle Aurinkoa ja pystyy etenkin tutkimaan Auringosta ulos virtaavaa kaasua erittäin tarkasti. Tämä on oikeasti eräs jännittävimmistä avaruuslennoista pitkiin aikoihin!
Henkilöauton kokoinen Parker -aurinkoluotain laulaistiin avaruuteen nyt sunnuntaina 12. elokuuta klo 10.31 Suomen kesäaikaa. Matkaan lähtöä yritettiin jo lauantaina, mutta kahden lähtölaskennassa tapahtuneen epätäsmällisyyden tarkistamisen vuoksi sitä jouduttiin lykkäämään ensin hieman yli puolella tunnilla ja sitten toisen kerran sen verran, että laukaisua ei olisi enää ennätetty tehdä ajoissa.
Luotain pitää saada lähetettyä tarkalleen oikealle, hyvin monimutkaiselle radalle, ja siksi sitä ei voi laukaista milloin vain. Jos "laikaisuikkunan" kuluessa ei päästä lentoon, on seuraava mahdollisuus tyypillisesti seuraavana päivänä samaan aikaan – eli kunhan Maa on jälleen samassa asennossa. Näin oli tälläkin kerralla.
Kuten tämä video laukaisusta näyttää, lähti luotain upeasti matkaan. Aikaa tositoimiin on vielä muutama kuukausi, sillä ensimmäisen kerran luotain on lähellä Aurinkoa marraskuussa; niinpä tässä odotellessa on hyvää aikaa katsoa oheiset videot ja lukaista syyt, miksi tästä lennosta kannattaa innostua.
1. Luotain menee hyvin lähelle Aurinkoa
Mikään avaruusluotain ei ole uskaltautunut koskaan näin lähelle Aurinkoa. Lähimmillään se tulee olemaan vain noin kuuden miljoonan kilometrin päässä Auringosta, mikä on vain noin neljä prosenttia Maan ja Auringon välisestä etäisyydestä ja vain noin 8,5 Auringon sädettä. Luotain siis on tuolloin Aurinkoa ympäröivän kuuman kaasun vyöhykkeen, auringonpimennyksien aikaan kauniisti näkyvän hohtavan koronan sisällä, sillä sen katsotaan ulottuvan Auringosta noin 12 Auringon säteen päähän.
Luotain on kuitenkin lähellä hyvin vähän aikaa, sillä lähellä Aurinkoa ollessaan on sen ratanopeus hyvin suuri. Parhaimmillaan nopeus tulee olemaan noin 200 kilometriä sekunnissa, eli noin 720 000 kilometriä tunnissa. Tämä tekee siitä nopeimman koskaan ihmisen tekemän laitteen. Aikaisempi nopeusennätys oli myös Aurinkoa tutkineella luotaimella, Helios-B:llä.
Luotaimen rata Auringon ympärillä tulee olemaan hyvin soikea. Kun lähimmillään rata on hyvin lähellä Aurinkoa, on kaukaisimmillaan se Venuksen radan toisella puolella. Siellä luotaimen nopeus on puolestaan hyvin pieni.
2. Se näkee, miten aurinkomyrskyt syntyvät
Koska Parker tulee siis olemaan hyvin lähellä Aurinkoa, pystyy se kuvaamaan ja mittaamaan Aurinkoa monin eri tavoin sekä paljon paremmin kuin koskaan aikaisemmin millään luotaimella tai maanpäälisillä havaintolaitteilla.
Luotaimessa on WISPR -kameralaitteisto (Wide-field Imager for Solar PRobe), joka tulee kuvaamaan muun muassa Auringon pinnan, niin sanotun heliosfäärin, sekä koronan ilmiöitä ja ennen kaikkea laitteella tullaan seuraamaan aurinkopurkauksia. Vaikka WISPR ei ole kuin kenkälaatikon kokoinen, tulee se todennäköisesti tuottamaan todella hienoja ja kiinnostavia kuvia. Kokoahan ei kameralla täydy tuolla olla paljoa, koska valoa riittää vaikka kuinka.
Auringon tutkimisesta näin läheltä on samalla tähtien tutkimista hyvin läheltä. Aurinkohan on samanlainen kuin tähdet taivaalla, paitsi että se on hyvin lähellä. Kun ymmärrämme sitä paremmin, niin tiedämme enemmän muiden tähtien toiminnasta ja olemuksesta.
3. Se käy Aurinkoa ympäröivän kuuman kaasukehän sisällä
Paitsi että luotain voi kuvata ilmiöitä läheltä, se on myös itse näiden ilmiöiden keskellä: yksinkertaisesti havaitsemalla ympärillään olevia hiukkasia ja mittaamalla sähkö- ja magneettikenttää valtavasti kiinnostavaa tietoa Auringon toiminnasta ja siitä, miten siitä lähtevät hiukkaset muodostavat aurinkotuulen.
Näitä mittauksia varten luotaimessa on neljä instrumenttipakettia: FIELDS (Electromagnetic Fields Investigation) kerää tietoja sähkö- ja magneettikentästä, radioaalloista, plasman (sähköisesti varattujen hiukkasten) tiheydestä sekä elektronilämpötilasta; ISIS (Integrated Science Investigation of the Sun) laskee elektroneja, protoneita ja raskaita ioneita; ja SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas and Protons) havaitsee elektronien, protonien ja heliumionien nopeutta, tiheyttä ja lämpötilaa. Laitteet siis tekevät samankaltaisia mittauksia, mutta hieman eri tavoilla ja toisiaan täydentäen.
Koronan olemuksen ymmärtäminen yleisesti on erittäin hyödyllistä myös yleisellä tasolla, koska korona on plasmaa, eli sähköisesti varautunutta, kuumaa kaasua. Esimerkiksi fuusioenergian tutkimuksessa ja toimivan fuusiovoimalan kehittämisessä suurimmat ongelmat liittyvät juuri plasman käyttämiseen ja hallintaan.
4. Se on myös kaukana Auringosta
Parker käy radallaan siis hyvin lähellä Aurinkoa, mutta sen soikea rata vie sen myös Venuksen rataakin kauemmaksi Auringosta. Kaikkia mittauksia voidaan siis tehdä kaikilla etäisyyksillä tällä välillä, joten luotaimen keräämien tietojen avulla saadaan erittäin hyvä kuva siitä, miten aurinkotuuli muodostuu ja kuinka se puhaltaa avaruudessa. Myös aurinkomyrskyjen etenemisestä planeettainvälisessä avaruudessa saadaan varmasti paljon lisätietoa. Tämä auttaa myös ennustamaan sitä, miten Auringon röyhtäisyt vaikuttavat maapalloon.
Suunnitelman mukaan luotain tekee ainakin 24 kierrosta Auringon ympärillä. Seitsemän kertaa luotain ohjataan hyvin läheltä Venusta, jotta rataa voidaan muuttaa painovoimalinkouksella siten, että radan Aurinkoa läheisin piste siirtyy yhä lähemmäs. Kun normaalisti painovoimalinkouksella kiihdytetään luotaimen nopeutta, niin nyt temppua käytetään ratanopeuden hidastamiseen. Luotaimen lento kestää ainakin seitsemän vuotta.
5. Luotain on todella badass
Auringon kuumentava vaikutus kuuden miljoonan kilometrin päässä on noin 520 kertaa voimakkaampi kuin täällä Maan seutuvilla. Se tarkoittaa sitä, että Parkerin täytyy kestää noin 1400°C olevan lämpötila – eikä vain kestää, vaan myös toimia tuossa kuumuudessa!
Tekninen ratkaisu kuumuusongelmaan on massiivinen lämpökilpi, jonka takana luotain piilottelee lähellä Aurinkoa ollessaan. Kilpi on lähes 12 cm paksu ja se on tehty hiilestä sekä hiilikuidusta samaan tapaan kuin esimerkiksi avaruussukkulan musta nokka, joka joutui kestämään maahanpaluussa ilmakehän kitkakuumennuksen vuoksi suurimman lämpökuorman. Vain tutkimuslaitteiden anturit ja kameran linssi, kurottavat ulos kilven takaa, kuten myös sähköä tuottavat aurinkopaneelit, jotka tosin on tehty hyvin kuumuutta kestäviksi. Aurinkopaneelien kulmaa Auringon suhteen muutetaan myös lennon eri vaiheissa: radan kaukaisimmassa osassa ne osoittavat suoraan Aurinkoon, mutta kaikkein lähimpänä oltaessa paneelit asiassa käännetään kokonaan lämpökilven taakse suojaan. Silloin sähkön tuottamiseen käytetään pienempiä, nestejäähdytettyjä lähes peilipintaisia aurinkopaneeleita.
Jos jostain syystä luotaimen asento häiriintyy hyvin lähellä Aurinkoa oltaessa, eikä kilpi ei osoittaisi suoraan Aurinkoon ja Aurinko paistaisi suoraan siihen, niin luotain menisi rikki vain muutamassa sekunnissa. Varmuuden vuoksi kaikkein herkimmät ovat ovat aivan luotaimen keskellä, varmasti lämpökilven suojassa.
Hyvin lähellä Aurinkoa toimiminen vaatii myös hyvin suurta automatiikkaa. Plasma häiritsee radioyhteyttä, ja lisäksi radiosignaalilta kestää noin kahdeksan minuuttia kulkea matka Maan ja Auringon välillä. Parker on eräs autonomisimmista koskaan tehdyistä avaruusluotaimista.
6. Luotain saa parin vuoden päästä seuralaisen
1990-luvulla Nasa ja Euroopan avaruusjärjestö harkitsivat yhteisen aurinkoluotaimen tekemistä, mutta lopulta kumpikin päätti tehdä oman luotaimensa. Eikä vain aurinkoluotaimen, vaan myös hieman samaan tapaan syntyi kaksi erillistä Merkurius-planeettaa tutkivaa luotainta, jotka ovet teknisesti hieman saman kaltaisia aurinkoluotaimen kanssa, koska Merkurius kiertää niin lähellä Aurinkoa, että lämpöhallinta on iso ongelma.
Nasan Merkuriusta tutkinut luotain MESSENGER laukaistiin vuonna 2004 ja se tutki Merkuriusta vuosina 2011-2015. Esan merkuriusluotain BepiColombo laukaistaan vasta nyt lokakuussa matkaan.
Nasan ja Esan aurinkoluotaimet eroavat myös toisistaan samaan tapaan kuin merkuriusluotaimet: MESSENGER oli teknisesti hyvin suoraviivaisesti ja yksinkertaisesti tehty luotain, joka luotti lämpöhallinnassaan paksuun lämpökilpeen, kun BepiColombo käyttää varsin edistyksellistä tekniikkaa lämpötilansa tasaisena pitämiseen ja tekee paljon enemmän erilaisia havaintoja kuin MESSENGER. Esan aurinkoluotain Solar Orbiter hyötyy paljon BepiColombosta ja sen tekniikasta (jonka kehittämiseen meni paljon suunniteltua enemmän aikaa), ja myös se on Parker -aurinkoluotainta "edistyksellisempi" teknisesti.
Vaikka Nasa ja Esa ovat tehneet omat luotaimensa, ne on suunniteltu toisiaan täydentäviksi. Solar Orbiterin rata on myös hyvin soikea, mutta vaikka se pysyttelee hieman kauempana Auringosta, sen ratatasoa muutetaan vähitellen siten, että se pystyy havaitsemaan Aurinkoa noin 34° ylhäältä ja alhaalta. Kun Parker voi tehdä havaintojaan vain planeettojen ratatasossa, saa Solar Orbiter kolmiulotteisen kuvan aurinkotuulesta ja Auringon ilmiöistä.
Nasalla onkin suuri osuus Solar Orbiterin lennossa ja se toimittaa siihen paitsi tutkimuslaitteita, niin myös kustantaa luotaimen laukaisun. Se lähetetään matkaan vuonna 2020 amerikkalaisella kantoraketilla Cape Canaveralista.
Bonus 1: Miksi nimi Parker?
Henkilöauton kokoinen luotain on saanut nimensä Eugene Parkerilta, nyt 90-vuotiaalta amerikkalaiselta astrofyysikolta, joka on eräs tärkeimmistä aurinkotuulta ja sen ilmiöitä tutkineita henkilöitä. Edelleen kohtalaisen hyvässä kunnossa oleva Parker oli nyt lauantaina Floridassa seuraamassa aurinkoluotaimen laukaisuyritystä.
Bonus 2: Miksi lentäminen alaspäin aurinkokunnassa on niin vaikeaa?
Parker-aurinkoluotain lähetetään matkaan Delta IV Heavy -kantoraketilla, joka on eräs äreimmistä nyt käytössä olevista raketeista. Lisäksi siinä on mukana voimakas ylin vaihe, jolla luotain saadaan singottua halutulle radalle. Alla oleva video selittää asiaa, mutta asian voi tiivistää tähän: alaspäin aurinkokunnassa mentäessä alusta ei tarvitse kiihdyttää, vaan hidastaa. Ja se vaatii paljon voimaa!
*
Alkuperäistä juttua on päivitetty onnistuneen laukaisun jälkeen.
Auringosta koko ajan poispäin virtaava varattujen hiukkasten vuo, niin sanottu aurinkotuuli, vaikuttaa myös Maata kiertäviin satelliitteihin. Tässä ei ole mitään uutta, mutta suomalaistutkimus tuo nyt lisätietoa siihen, miten hiukkasvirtaa voidaan ennustaa paremmin.
Useat satelliitit ovat geostationaarisella radalla noin 36 000 kilometrin korkeudessa päiväntasaajan päällä, jolloin ne kiertävät maapalloa samaan tahtiin kuin Maa pyörii. Siksi ne näyttävät pysyvän koko ajan paikallaan täältä alhaalta katsottuna.
Rata on kätevä, mutta samalla hieman hankala siksi, että se sijaitsee lähellä planeettaamme ympäröiviä säteilyvöitä.
Avaruusmyrskyt ja aurinkotuuli vaikuttavat maapallon magneettikehään ja siinö oleviin varattuihin hiukkasiin suoraan sekä useiden monimutkaisten kytkentöjen kautta.
Elekronit ovat eräitä näitä varattuja hiukkasia. Ne kiertävät magneettikehässä maapalloa vastapäivään ja tietyillä energioilla aiheuttavat satelliittien pintamateriaalien sähköistä varautumista, joka voi johtaa oikosulkuihin tai olla muuten satelliiteille haitallista.
Näiden elektronien käyttäytymistä Ilmatieteen laitoksella on tutkittu osana EU:n rahoittamaa kansainvälistä SPACESTORM-hanketta.
"Aurinkotuuli syöttää uusia hiukkasia Maan magneettikehään ja kun niitä on paljon aurinkomyrskyjen aikaan säteilyvyöhykkeillä olevat satelliitit ovat vaarassa. Tässä tutkitut elektronit ovat pääsyyllinen sähköhäiriöihin satelliiteissa", tutkija Ilkka Sillanpää toteaa.
Mittausanalyysin tulosten perusteella voitiin laatia satelliiteille haitallista elektronivuota geostationaarisella radalla ennustava empiirinen malli.
Mallia tullaan hyödyntämään satelliittien häiriöllisten avaruusmyrskyjen yhteydessä ja mm. yhdessä Ilmatieteen laitoksella kehitetyn säteilyvöiden reaaliaikaisen hiukkassimulaatiomalli IMPTAMin kanssa. Alla on kuva maapallon säteilyvöistä mallin mukaan tältä aamulta.
Yhdysvaltalainen GOES-13 -sääsatelliitti on varustettu myös monilla avaruussään havaitsemiseen erikoistuneilla mittalaitteilla ja se on tutkinut näillä Maan magneettikehän hiukkasympäristöä vuodesta 2010 alkaen.
Sillanpään tuoreessa, Space Weather -tiedelehdessä julkaisussa tutkimuksessa satelliitin elektronimittaukset energia-alueella 30 – 200 keV on yhdistetty sen hetkisiin auringontuulimittauksiin. Selviä yhteyksiä aurinkotuulen suureiden ja geostationaarisen radan elektronivuon välillä löydettiin.
Erityisesti aurinkotuulen nopeutuminen kohottaa elektronivuota koko radalla. Myös etelän suuntainen aurinkotuulen magneettikenttä nostaa keskimääräistä elektronivuota, mutta vain osassa rataa esimerkiksi elektroneilla, joiden energia on 40 keV, vain satelliitin ollessa maapallon aamupuolella.
Tarkemmassa tilastollisessa analyysissa todettiin aurinkotuulen vaikutuksen olevan voimakkain geostationaarisen radan elektronivuohon kaksi tuntia aiemmin Maan ohittaneen aurinkotuulen kanssa.
Ilkka Sillanpää oli vuonna 2015 mukana Tiedetuubin @suoranalabrasta -projektissa, missä tutkijat esittelevät viikon ajan työtään twitter-viestein. Hänen kertomuksensa on luettavissa täällä.
Juuri nyt mittarit eivät näytä vielä mitään ihmeellisempää, mutta Auringosta puhaltavan aurinkotuulen nopea rintama on saavuttamassa huomenna maapallon. Auringossa oleva korona-aukko loimottaa parhaillaan kaasua suoraan Maata kohden.
Auringon aktiivisuus on tällä haavaa kohtalaisen matalalla, eikä sen pinnalla ole suuria pilkkuryhmiä. Kaikkein komeimmat revontulimyrskyt tulevat yleensä juuri suurista pilkkuryhmistä tulleista kaasupurkauksista, mutta tylsältäkin näyttävä Aurinko saattaa tuottaa kivoja reposia.
Salaisuus on Aurinkoa ympäröivässä kuuman kaasun kehässä, koronassa, olevat aukot, joiden kautta Auringosta poispäin virtaava hiukkasten ja kaasun vuo, aurinkotuuli, pääsee vapaasti puhaltamaan ulos avaruuteen. Se tuottaa nopeasti etenevän kaasun alueen, ja kun se osuu maapalloon, voi hyvissä magneettisissa olosuhteissa tuloksena olla näyttävää katsottavaa taivaalla.
Nyt tilanne näyttää lupaavalta: hiukkasvirta osunee maapalloon ensi yön aikana, ja ennusteiden mukaan tuloksena voi olla 30 % todennäköisyydellä G1-luokan geomagneettinen myrsky.
Ilmatieteen laitoksen revontuliennuste toteaa, että myrsky voi olla hieman suurempikin, G2 (mikä sinällään on vielä pieni myrsky, mutta myrsky kuitenkin) ja se voi tuottaa revontulia myös Lappia etelämpänä. Nopea virtaus ja siten myös geomagneettinen aktiivisuus jatkunee keskiviikkoon.
On hyvin todennäköistä, että ainakin Lapissa näkyykin revontulia nyt lähi-iltoina.
Siis: jos taivas näkyy, niin sitä kannattaa tarkkailla!
Otsikkokuvassa on SDO-luotaimen ottama kuva varustettuna kaasun virtausnuolilla.
Ihan perinteisestä röntgenkuvasta ei kuitenkaan ole kyse, sillä tässä tapauksessa komeettaa – tai jos tarkkoja ollaan, kahta komeettaa – ei läpivalaistu.
Röntgenkuvat otettiin Chandra-avaruusteleskoopilla, joka on tutkinut avaruuden röntgenkohteita jo vuodesta 1999. Vuonna 2013 se suuntasi suurenergisen katseensa kahteen komeettaan.
C/2012 S1 eli ISON ja C/2011 S4 eli PanSTARRS kulkivat tuolloin suhteellisen läheltä Maata, vaikka etäisyyttä olikin ISONin tapauksessa yli 140 miljoonaa ja PanSTARRSin kohdalla reilut 200 miljoonaa kilometriä. Kumpikin komeetta oli tulossa Oortin pilvestä, joka on kaukana Pluton radan takana sijaitseva "komeettavarasto".
Kuviin on yhdistetty näkyvän valon alueella otetut kuvat itse komeetoista sekä taustataivaasta ja Chandran nappaamat otokset röntgenalueella. Optisella alueella ISON on väriltään selvästi vihreä, sillä sen ytimestä suihkusi myrkyllistä syaania. PanSTARRS on puolestaan kellertävä suuren pölymäärän takia.
Röntgenkuvissa komeetat näyttävät hyvin erilaisilta. Syynä on sekä erot aurinkotuulessa että komeettoja ympäröivissä kaasukehissä. ISON-komeetalla oli havaintojen perusteella ympärillään tiheä kaasupilvi, joka erottuu röntgenalueella kaarevana alueena. PanSTARRSin röntgensäteily on utumaisempaa, mikä kertoo – komeetan optisen alueen värin ohella – runsaasta pölyn määrästä.
Komeettojen röntgensäteily syntyy, kun aurinkotuulen "raskaat" alkuaineet kuten hiili- ja happiatomit törmäävät komeetasta irronneisiin atomeihin. Kolarissa atomit vaihtavat elektroneja, ja kun elektronit siirtyvät alemmille energiatasoille, ne lähettävät röntgensäteilyä.
Chandralla tehtyjen röntgenhavaintojen perusteella pystyttiin tekemään arvioita aurinkotuulen raskaampien atomien runsauksista ja ne sopivat hyvin yhteen muilla havaintolaitteilla aiemmin tehtyjen määritysten kanssa.
Avaruussää on ollut tämän viikon ajan lievästi aktiivisella puolella ja revontulia on havaittu Keski-Suomea myöten. Tämä johtuu siitä, että Auringossa on harvinaislaatuisen suuri korona-aukko, mistä avaruustuuli pääsee puhaltamaan suoraan avaruuteen ja maapallo on ollut juuri sen suunnassa.
Koska Auringossa ei ole kuitenkaan ollut erityisen suurta aktiivisuutta, ei varsinaista avaruusmyrskyä ole kuitenkaan syntynyt.
Tähän saattaa olla kuitenkin tulossa nyt muutos, koska Auringon pyöriessä akselinsa ympäri on esiin kääntynyt uusi, kohtalaisen suuri auringonpilkkuryhmä AR2434. Se on kasvamassa koko ajan ja siitä on jo nyt purskahdellut pieniä C-luokan purkauksia. Mitä todennäköisemmin suurempia ja voimakkaampia on vielä tulossa, sillä ryhmän magneettiset ominaisuudet ovat sellaisia, että se lupailee M-luokan roihupurkauksia.
Jos sää pysyy kohtalaisen selkeänä, kannattaa siis taivasta tähyillä – etenkin pohjoisen suuntaan – tulevina öinä. Paras aika revontulille on yleensä ennen puoltayötä, mutta toisinaan aktiivisuus on päällä jo heti pimeän laskeuduttu ja joskus se jatkuu lähes läpi yön, mutta silloin kyseessä on varsin voimakas myrsky, jollaista ei ole nyt luvassa.
Revontuliennusteen voi katsoa kätevästi täältä: Auroras Now!
Kuva yllä: Korona-aukko SDO-satelliitin kuvaamana.
Maan magneettikenttä suojaa meitä Auringosta tulevilta hiukkaspurkauksilta – mutta ei niin hyvin kuin tähän asti on kuviteltu.
Sähköisesti varattuja hiukkasia tiedetään vanhastaan pääsevän Maan ilmakehään napaseutujen lähettyvillä: siksi meillä näkyy revontulia. Kauniit valoverhot eivät kuitenkaan ole ainut seuraus näistä avaruussään vaihteluista.
Voimakkaat avaruusmyrskyt ovat aiheuttaneet esimerkiksi laajoja sähkökatkoksia pohjoisilla leveysasteilla. Uuden tutkimuksen mukaan niitä voi tapahtua myös päiväntasaajaseuduilla, joiden on aiemmin arveltu olevan turvassa avaruussään vaikutuksilta. Eikä niihin vaadita edes myrskyjä.
"Aikaisemmat havainnot osoittavat, että avaruussään vaikutukset eivät edellytä voimakkaita geomagneettisia myrskyjä. Niitä voi esiintyä myös silloin, kun avaruussää on muuten luokiteltavissa ’rauhalliseksi’", Brett Carter arvioi.
Tutkimuksessa tarkasteltiin 14 vuoden aikana sekä avaruudesta että maanpinnalta kerättyä tietoa. Maan magneettikentän ilmiöt vahvistavat "ekvatoriaalista sähkövirtausta" (equatorial electrojet), joka esiintyy luonnostaan ionosfäärissä noin 100 kilometrin korkeudessa Maan päiväpuolella.
Virtaus ei kulje tarkalleen päiväntasaajalla vaan magneettikentän ekvaattorin kohdalla. Siksi se ylittää vuorokauden mittaan niin Afrikan, Etelä-Amerikan, Kaakkois-Aasian kuin Intian eteläosatkin.
Tutkimuksessa tarkasteltiin aurinkotuulessa esiintyviä "puuskia", jotka syntyvät Auringon pinnalla tapahtuvien suurten purkausten seurauksena, sekä niiden vaikutuksia Maan magneettikenttään ja ionosfääriin.
Näyttää siltä, että vähäisemmätkin purkaukset saavat Maan lähiavaruudessa aikaan mutkikkaita ilmiöitä, jotka puolestaan synnyttävät virtapiikkejä maanpinnalla. Ongelmana on se, että pienten purkausten vaikutuksia on hankala ennakoida.
"Maan magneettikenttä suojaa meitä aurinkotuulelta ja kun siihen kohdistuu kova puuska, magneettikentän muutokset näkyvät maanpinnallakin", Carter toteaa.
"Paikallisesti muutokset voivat olla suuria, kun ekvaattorin sähkövirtauksessa tapahtuu nopeita vaihteluita. Ne puolestaan voimistavat maanpinnalla syntyviä sähkövirtoja päiväntasaajan lähettyvillä."
Toisin kuin äärimmäisen voimakkaat avaruusmyrskyt, pienemmät sääilmiöt eivät voi aiheuttaa laajaa tuhoa, mutta ne voivat silti vahingoittaa suojaamattomia sähköverkkoja.
Ne saattavat vaikuttaa myös sähkön hintatasoon, sillä maanpinnalla esiintyvät virtapiikit sekoittavat helposti järjestelmät, jotka seuraavat sähkön kysynnän ja tarjonnan vaihteluita.
Tutkijoiden mukaan päiväntasaajaseutujen odottamaton alttius avaruussäälle edellyttää uudenlaista arviointia sen vaikutuksista alueellisiin olosuhteisiin.
Yhdysvaltain sotilaallisen salasukkulan X-37B:n kanssa samalla rakettikyydillä avaruuteen noussut Planetary Societyn kokeellinen pikkusatelliitti LightSail on hiljentynyt. Syynä on nähtävästi ohjelmistovirhe, ja jotta laite voisi jatkaa toimintaansa, jonkun pitäisi käydä painamassa sen reset-näppäintä.
Ongelmana vain on se, että avaruudessa ei ole ketään, joka voisi näin tehdä, ja koska näin on, ei satelliitissa ole tuollaista kytkintäkään. Sen sijaan sille on lähetetty jatkuvasti käskyjä, jotka saisivat satelliitin “boottaamaan” itsensä, mutta näin ei nähtävästi ole käynyt.
Koska viimeinen elonmerkki satelliitista saatiin perjantaina 22. toukokuuta, on todennäköistä, että LightSail on sammunut lopullisesti.
Sitä ennen satelliitti ennätti lähettämään 140 tietopakettia Kalifornoassa ja Georgiassa sijaitseville maa-asemille, ja telemetriatietojen mukaan kaikki oli hyvin.
Nähtävästi kuitenkin satelliitin Linux-pohjaisessa lento-ohjelmistossa oli vikaa: 15 sekunnin välein, kun LightSail lähetti tietojaan Maahan, sen tietoliikennettä seurannut tiedosto kasvoi. Tiedoston ohjelmoinnissa oli virhe, joka ei pienentänyt missään vaiheessa tiedoston kokoa, joten kun se oli kooltaan 32 megatavua, se sai systeemin sekaisin.
Kyseisen osan tehnyt yhtiö oli tehnyt uuden version ohjelmistosta, missä ongelmaa ei ole, mutta sitä ei oltu asennettu satelliittiin.
Viime perjantaina lennonjohtoon tuli varoitus liian suureksi paisuvasta tiedostosta, ja sen korjaamiseksi tehtiin ohjelmistopäivitys – mutta valitettavasti satelliitti mykistyi ennen kuin se saatiin lähetettyä. Viimeinen yhteys LightSailiin oli perjantain ja lauantain välisenä yönä klo 00:31 Suomen aikaa.
Viasta tekee erittäin harmillisen se, että siitä olisi päässyt eroon yksinkertaisesti boottaamalla satelliitin. Silloin ylisuuri tiedosto olisi automaattisesti pienentynyt.
LightSail on ns. kolmen yksikön kubesat, eli kooltaan noin 30 x 10 x 10 cm. Erityistä tässä oli aurinkopurjeen lisäksi auki avaruudessa ponnahtavat aurinkopaneelit.
Mikä ihmeen aurinkopurje?
LightSail-satelliitin tehtävänä oli testata jälleen kerran jo useampaan otteeseen koeteltua menetelmää, missä Auringon säteilyn avulla voitaisiin purjehtia kuin purjelaivalla merellä tuulen avulla.
Auringon säteilypaineen avulla voidaan liikkua avaruudessa, ja periaatteessa sen avulla voitaisiin “purjehtia” ilman rakettimoottoreita paikasta toiseen aurinkokunnassa – ja teoreettisesti jopa nopeammin kuin kemiallisilla rakettimoottoreilla on mahdollista.
Aurinkopurjetta on testattu jo useampaan otteeseen erityyppisin laittein, mutta amerikkalaisen avaruusharrastajien yhdistyksen Planetary Societyn tarkoituksena on tehdä tällä periaatteella toimiva suurikokoinen, kunnollinen avaruusalus. Tätä testaamaan tehtiin LightSail, pieni cubesat-tyyppinen satelliitti, joka olisi vapauttanut avaruudessa ympärilleen laajan mylar-kalvosta tehdyn hopeanhohtoisen purjeen.
Purjeen käyttäytymistä olisi tarkkailtu ja testailtu, ja kokemuste perusteella olisi tehty suurempi ja laajempi versio, joka olisi lähtenyt ensi vuonna avaruuteen.
Saa nähdä, miten tuon isomman purjeluotaimen nyt käy.
Tutkijat ovat päässeet kosmisen vandalismin jäljille. Yksi Merkuriuksen arvoituksista on sen tumma pinta. Vaikka lähinaapurimme Kuu, joka muistuttaa monin tavoin Merkuriusta, heijastaa keskimäärin vain 12 prosenttia siihen lankeavasta valosta, Aurinkokunnan sisin planeetta on vielä tummempi.
Kuun ja muiden Aurinkokunnan kaasukehättömien kappaleiden pintaa tummentaa jatkuva mikrometeoriittien ja aurinkotuulen hiukkasten pommitus. Ne saavat aikaan ohuen raudan nanohiukkasten muodostaman kerroksen, joka heijastaa kehnosti valoa.
Merkuriuksesta tehtyjen spektrihavaintojen perusteella sen pinnalla on hyvin vähän nanorautaa, ei läheskään riittävästi selittämään planeetan tummuutta. Tuoreen tutkimuksen mukaan selitys saattaakin olla komeetoissa: ne kylvävät Merkuriuksen pinnalle hiiltä.
Merkuriuksen kiertoradan tienoilla Aurinkoa lähestyvät komeetat alkavat murentua vauhdilla. Niistä irtoavan pölyn massasta voi jopa neljäsosa olla hiiltä. Megan Bruck Syal laski mikrometeoriittipommituksen arvioidun voimakkuuden perusteella, kuinka paljon Merkuriuksen pinnalle on miljardien vuosien kuluessa kertynyt komeetoista irronnutta hiiltä. Tuloksen mukaan Merkuriuksen pintamateriaalissa on hiiltä 3–6 prosenttia.
Seuraavaksi tutkijoiden oli selvitettävä, kuinka paljon moinen määrä hiiltä tummentaisi Merkuriuksen pintaa. Sitä varten NASAn Ames-tutkimuskeskuksessa olevalla "tykillä" singottiin pieniä ammuksia Kuun basalttia muistuttavaan kiveen yli 25 000 kilometrin tuntinopeudella eli noin seitsemän kilometrin sekuntinopeudella.
"Käytimme mallina Kuun basalttia, sillä halusimme tehdä kokeen jollakin valmiiksi tummalla aineella ja katsoa, saisimmeko muutettua sen vielä tummemmaksi", toteaa tutkimukseen osallistunut Peter Schultz.
Oleellinen osa koejärjestelyä oli tutkijoiden "mutkikkaaksi orgaaniseksi yhdisteeksi" luokittelema aine – eli sokeri. Sen tarkoitus oli jäljitellä komeetoissa havaittuja yhdisteitä. Suurella nopeudella tapahtuneissa törmäyksissä sokeri kärysi ja siitä irtosi hiiltä.
Saatujen tulosten perusteella törmäysten synnyttämät pienet hiilihiukkaset sekoittuivat kuumuuden sulattamaan kiviainekseen. Kun tummennetun pinnan heijastuskyky mitattiin, se jäi alle viiden prosentin. Merkuriuksen tummimmat alueet heijastavat valoa suunnilleen saman verran.
Mielenkiintoista oli myös se, että laboratoriossa kaltoin kohdeltua pintaa peittävä hiili ei näkynyt spektrimittauksissa. Sekin sopii yksiin Merkuriuksesta tehtyjen havaintojen kanssa, sillä spektroskopian keinoin ei ole pystytty selvittämään syytä planeetan tummaan olemukseen.
Tutkijoiden mukaan pienet hiilihiukkaset ovatkin kuin näkymätöntä maalia. Komeetat ovat töhrineet sillä Merkuriusta kenenkään huomaamatta vuosimiljardien ajan.
Avaruus on tyhjää täynnä. Tai sellainen on yleinen ja vallitseva käsitys sen olemuksesta. Monien muiden selviöinä pidettyjen asioiden tavoin se ei ole totta.
Maanpäällisiin olosuhteisiin verrattuna avaruudessa on toki vähemmän ainetta kuin parhaimmissakaan laboratorioissa luoduissa tyhjiöissä, mutta silti siellä on jotain: säteilyä, magneettikenttiä ja hiukkasia.
Suurin osa hiukkasista – kuten säteilystäkin – on lähtöisin Auringosta. Päivänkehrän pintakerroksissa tapahtuvat purkaukset syytävät kaiken aikaa avaruuteen sähköisesti varattuja hiukkasia.
Kaikkein voimallisimmat räjähdykset synnyttävät suunnattomia koronan massapurkauksia, joiden myötä hiukkasia voi päätyä Maan ilmakehään saakka. Ja tunnetusti silloin napaseuduilla leimuavat kirkkaat revontulet.
Auringosta puhaltava hiukkastuuli ei ole ainoa avaruudessa vaikuttava voima. Tyhjässä (okei, melkein tyhjässä) ja painottomassa tilassa säteilykin saa aikaiseksi tuntuvan paineen, joka kohdistuu kaikkeen aineelliseen. Se vaikuttaa komeetoista irronneeseen pölyyn ja kaasuun, mutta myös massiivisempiin kappaleisiin kuten avaruusaluksiin.
Avaruuspurjeita on kaavailtu jo pitkään ekologiseksi etenemiskeinoksi avaruudessa. Neliökilometrien laajuiseen kevyeen materiaaliin kohdistuva säteilypaine aiheuttaa työntövoiman, joka on vähäinen, mutta sitäkin sinnikkäämpi. Aurinkopurjeella varustetun aluksen vauhti kiihtyisi hitaasti, varmasti ja jatkuvasti.
Säteilypainetta voidaan hyödyntää myös innovatiivisemmin ja jopa tavoilla, joita ei ole edes ajateltu siinä vaiheessa kun avaruudessa matkaavaa alusta on alkujaan suunniteltu. Hyvä esimerkki on Kepler-avaruusteleskooppi.
Gyroskooppiensa ansiosta se tuijotti järkähtämättä kohti Joutsenen, Lyyran ja Lohikäärmeen tähdistöjen rajaseutuja, ja tarkkaili herkeämättä 150 000 tähden kirkkautta neljän vuoden ajan. Kun vauhtipyöristä oli toimintakunnossa enää kaksi, teleskoopin ohjaus ja suuntaus kävi mahdottomaksi. Havainto-ohjelma jouduttiin keskeyttämään.
Kepler-tiimi ei jäänyt raastamaan epätoivoissaan hiuksiaan vaan kehitti ongelmaan ratkaisun, jonka turvin teleskooppi saatiin uudelleen käyttöön. Kahden gyroskoopin avulla sen suuntaa voitiin edelleen säädellä ja ylläpitää Maan ratatasossa – ja kolmanteen ulottuvuuteenkin löytyi lääke: säteilypaine.
Kepler-avaruusteleskoopin aurinkopaneelit muodostavat sen toiselle puolelle harjakattomaisen rakenteen. Kun teleskooppi käännettiin siten, että "katonharja" osoittaa suoraan Aurinkoon, säteilypaine kohdistaa yhtä suuren voiman kumpaankin lappeeseen – ja pitää aluksen vakaasti halutussa asennossa.
Aurinkoa kiertäessään Kepler ei enää pysty tuijottamaan jatkuvasti samaan kohtaan taivaalla, mutta havaintosuuntaa ei kuitenkaan tarvitse muuttaa kuin 2,5 kuukauden välein. Uudistettu etsintä on ollut käynnissä toukokuusta 2014 lähtien. Ensimmäiset "K2-ohjelman" eksoplaneettaehdokkaat löytyivät jo puolentoista viikon havaintojen jälkeen ja ensimmäisestä varmistetusta löydöstä kerrottiin joulukuussa. Kiitos tiimin innovatiivisuuden ja Auringon säteilypaineen.
Mikään ei olekaan niin viisas kuin ihminen. Paitsi…
Ei syytä huoleen, seurauksena ei ole maailmanlaajuista kauhua ja hävitystä, kuten oheisen kuvan mukaan 1600-luvun lopulla komeettojen kuviteltiin aiheuttavan. Kun ISON lähestyy kovaa vauhtia Aurinkoa, merkitsee se Maasta katsottuna havaintomahdollisuuksien heikkenemistä aamu aamulta, mutta komeetan kannalta entistä töyssyisempää menoa.
Viime yönä Suomen aikaa ISONin pyrstön todettiin katkenneen. Se ei irronnut täysin, mutta aurinkotuulen puuska repäisi osan plasmapyrstöstä erilleen ja katkos alkoi jäädä komeetan päästä jälkeen.
Tapaus ei ole mitenkään poikkeuksellinen eikä missään tapauksessa vaarallinen. Samanlainen ilmiö on havaittu lukuisilla muillakin komeetoilla. Esimerkiksi vuonna 2007 STEREO-aurinkoluotain havaitsi komeetta Encken pyrstön (merkitty kuvaan punaisella viivalla) irtoavan kokonaisuudessaan, kun Auringosta sinkoutunut koronan massapurkaus pyyhkäisi komeetan ohitse.
Tuoreesta ISON-komeetan tapaturmasta kerrottiin Sky&Telescope-lehden ISON-sivulla, jolta löytyy myös linkkejä tuoreisiin kuviin pyrstön katkoksesta. Runsaasti kuvia komeetasta löytyy myös British Astronomical Associationin ISON-sivuilta. Siellä on tällä hetkellä yli 200 kuvaa, joista ensimmäiset on otettu pian komeetan löytymisen jälkeen syyskuussa 2012. Galleriaa päivitetään jatkuvasti.
Ilkka Sillanpää oli vuonna 2015 mukana Tiedetuubin @suoranalabrasta -projektissa, missä tutkijat esittelevät viikon ajan työtään twitter-viestein. 
