säteilyvyö

Aalto-1 mittaa säteilyä avaruudessa

Ensimmäinen virallisesti suomalainen satelliitti, Aalto-1, on ollut avaruudessa nyt hieman yli neljä kuukautta. Sinä aikana se on otettu käyttöön ja sen kaikki järjestelmät on tarkistettu.

Se on aloittanut myös kunnolliset toimet avaruudessa – ja tuloksena on ollut jo kättelyssä hyvin kiinnostavia tuloksia: kiitos syyskuun voimakkaiden avaruusmyrskyjen, on satelliitissa oleva turkulaistekoinen säteilymittari RADMON saatu kalibroitua ja sillä päästiin tekemään mittauksia.

 

Ensimmäiset kunnolliset mittaukset tehtiin 4. – 6. syyskuuta Maahan osuneen geomagneettisen myrskyn aikana. Silloin amerikkalaisen NOAA:n GOES-satelliitin tekemien havaintojen avulla RADMONin havainnot pystyttiin tarkistamaan ja kalibroimaan.

Heti sen jälkeen, 6. – 8. syyskuuta tulleen toisen aurinkopurkauksen aikaan RADMON pääsi havaitsemaan myös kiinnostavaa protonimyrskyä, joka sai myös satelliitin päätietokoneen yskimään. Tietokone ja samalla koko satelliitti meni hetkeksi pois päältä, mutta käynnistyi normaalisti ja jatkoi toimintaansa hyvin. Vaikka tapaus ei tunnu hyvältä, lisää se luottamusta Aalto-1:n järjestelmien toimintaan ja vikasietokykyyn.

Lisäksi yhdistämällä tietokoneiden ja satelliitin systeemien säteilystä johtuneita toimintahäiriöitä RADMONin havaintoihin saadaan kiinnostavaa lisätietoa siitä, miten säteily vaikuttaa Aalto-1:n kaltaiseen pikkusatelliittiin. Niitä kun ei ole suojattu säteilyä vastaan yhtä hyvin kuin suurempia satelliitteja.

Säteilymyrsky kuvana

Yllä olevassa ensimmäisen säteilymyrskyhavaintokampanjan mittauksia esittävässä kuvassa ja sivun animaatiossa näkyy hyvin myös niin sanottu Etelä-Atlantin anomalia. Tämä on jo pitkään tunnettu kohta maapallon ympärillä, missä sisempi Van Allenin vyöhyke tulee lähimmäksi maapallon pintaa, vain noin 200 kilometrin päähän siitä. Siksi siellä ympärillämme olevia energeettisiä hiukkasia pääsee tunkeutumaan lähemmäksi ja sen vuoksi siellä satelliititkin joutuvat kokemaan suurempia säteilytasoja joka kierroksellaan.

Kolmas kiinnostava magneettinen myrky tapahtui 13. – 15.9., jolloin RADMON pääsi todistamaan jännittävää ilmiötä, missä "myrskyävä" magneenttä sai säteilyvyön elektronit satamaan alas matalalle kiertoradalle ja ilmakehään.

Mittaukset ovat sen jälkeen jatkuneet ja sivun animaatio esittää viimeisimmän, 10. – 17. lokakuuta olleen aktiivisen ajan mittauksia. 

Nyt itse satelliitin toiminnassa huomio on kiinnitetty asennonsäädön aktivointiin, mikä on tarpeen muun muassa suurempitaajuuksisen, enemmän tietoa välittävän datalinkin käyttöönotossa sekä kuvien ottamisessa. Ilman nopeampaa linkkiä Otaniemen maa-aseman ja satelliitin välillä ei kuvia kannattaisikaan ottaa, sillä yhdenkin kuvan lataaminen alas tähän saakka käytössä ollutta linkkiä pitkin kestää pari viikkoa – tietoa kun saadaan alas paitsi hitaasti, niin myös vain muutaman kerran päivässä, kun satelliitti on Suomen päällä.

Maapallon lähiavaruus onkin seepraraitainen

Pe, 03/21/2014 - 17:05 By Jari Mäkinen

Eilen julkistettu tutkimus kertoo, että Maata ympäröivät säteilyvyöhykkeet ovat aivan erilaisia kuin oletettiin. Niiden sisällä on rakenne, joka muistuttaa sekaisin kiertyvää raitapintaa.

Vaikka pilvetön taivas näyttää hyvin rauhalliselta, on planeettamme ympäristö oikeasti hyvin vilkas paikka. Maan magneettikenttä on napannut vangikseen Auringosta peräisin olevia suurienergisiä protoneita ja elektroneita, jotka esimerkiksi täällä pohjoisessa synnyttävät ilmakehään iskeytyessään revontulia.

Näistä hiukkasista on myös muodostunut maapallon ympärille runsaan säteilyn vyöhykkeitä, jotka tunnetaan van Allenin vöinä. Ne löydettiin tammikuussa 1958 ensimmäisellä amerikkalaisella satelliitilla, Explorer 1:llä, missä oli mukana professori James van Allenin tekemä säteilymittari. Niinpä näitä säteilyalueita kutsutaan van Allenin vöiksi.

Myöhemmät mittaukset kartoittivat näitä säteilyalueita, ja ne paljastivat, että vöitä on itse asiassa kaksi. Sisempi ja voimakkaampi kostuu pääasiassa protoneista ja sijaitsee 2000 – 6000 kilometrin korkeudessa päiväntasaajan päällä. Ulompi vyö on 10 000 – 65 000 kilometrin päässä ja koostuu ennen kaikkea elektroneista.

Avaruusalusten kannalta säteilyalueet ovat ikäviä, koska voimakas säteily häiritsee elektroniikan toimintaa ja heikentää nopeasti aurinkopaneelien sähköntuottoa. Niinpä satelliitit ja luotaimet koitetaan lennättää mahdollisimman nopeasti vöiden läpi. Apollo-lennoillakin suuri osa koko lennon aikana astronauttien saamasta säteilyannoksesta tuli juuri van Allenin vöiden alueelta.

Sen sijaan NASAn vuonna 2012 laukaisemat kaksi pientä säteilyvöitä tutkimusluotainta pysyttelivät säteilyssä ja nyt näiden luotainten mittaustuloksista on julkaistu kiinnostava artikkeli. Eilen 20. maaliskuuta Naturessa ilmestynyt tutkimus kertoo, että säteilyvyöt ovat rakenteeltaan solmussa.

Kaksiulotteisena kuvana ilmiö näyttää aivan raidoilta, jotka menevät sykkyrään. Kuvio näyttää hiukkasten energeettisyyttä eri korkeuksilla. Syynä rakenteen solmuuntumiseen on todennäköisesti Maan hidas pyöriminen, vaikka aikaisemmin pyörimisliikkeen arveltiin olevan aivan liian hidasta, jotta se vaikuttaisi säteilyvöihin. Mikäli säteilyssä olisi jonkinlainen rakenne, tutkijat olettivat sen johtuvan varmasti aurinkotuulesta – Auringosta koko ajan ulospäin virtaavasta varattujen hiukkasten vuosta – ja sen vuorovaikutuksesta Maan magneettikentän kanssa.

Nyt havaitut rakenteet olivat selviä myös aurinkotuulen ollessa hyvin heikkoa, joten syypää oli selvästi aurinkotuulen sijaan Maan pyöriminen.

Maan magneettikenttä pyörii Maan mukana, mutta koska Maan pyörimisakseli ei ole samassa suunnassa magneettisen akselin kanssa (magneettiset pohjois- ja etelänavat eivät ole samat kuin maantieteelliset navat), saa tämä ero akselien suunnassa aikaan oskillaation säteilyvöiden sähkökentässä, mikä vääntää vöiden rakenteen mutkalle.

Naturen artikkelin pääkirjoittaja Aleksandr Ukhorski, Johns Hopkins -yliopiston sovelletun fysiikan laboratorion tutkija, kuvaakin elektronien liikettä säteilyvyössä samalla tavalla kuin eri tiheyksisten nesteiden sekoittumista toisiinsa.

"Satelliiteissa olleet energeettisten hiukkasten mittarit ovat niin tarkkoja, että pystyimme mittaamaan sisemmän säteilyvyön elektronien liikkeitä paljon tarkemmin kuin aikaisemmin ja löytämään sieltä ilmiön, mistä emme aiemmin tienneet mitään", sanoo luotainten tieteellinen johtaja David Sibeck. "Tämä oli myös tapaus, missä täysin uudenlaisten havaintojen ymmärtämiseen tarvittiin kovaa teoreettista työtä."

Ukhorski oli yksi näistä teoreetikoista, jotka heittäytyivät tulkitsemaan havaintoja. "Oli hämmästyttävää huomata kuinka uudet havaintotiedot voivat muuttaa Maan lähiavaruuden fysikaalisten ominaisuuksien ymmärtämistä näinkin nopeasti ja perusteellisesti."

Seepraraitojen ilmestyminen säteilyvyöhön animaationa (värit ovat luonnollisesti vain visualisointia varten):

Uutislähde on Nasan eilen julkaisema tiedote.