Ei, et varmaankaan huomannut mitään, etkä todennäköisesti huomaa ensi yönäkään mitään. Pohjoisen valoisat yöt peittävät kaikki revontulet alleen, vaikka niitä onkin siis ollut taivaalla – ja ennusteiden mukaan tulee myös ensi yöksi. 

Viime yönä maapalloon iskenyt voimakas G4-luokan geomagneettinen myrsky sai kuitenkin pohjoisten napa-alueiden päällä olevan revontulivyöhykkeen leviämään varsin etelään, ja se olisi talven olosuhteissa tuottanut komeita revontulia myös eteläisen Suomen taivaalle.

Nyt revontulia oli näkyvissä etelämpänäkin, jos vain tiesi niitä katsoa, ja esimerkiksi havaitsijat Bostonin seuduilla Yhdysvalloissa ovat kuvanneet revontulia. Samoin Skotlannissa niitä on havaittu.

Myrskyt liittyvät Auringossa olevaan suureen ja aktiiviseen pilkkuryhmään AR2371, mistä kerroimme jo aikaisemminkin. 

Ennusteen mukaan siitä lähteneet purkaukset tuottavat lisää geomagneettisia myrskyjä täällä Maassa tulevina päivinä. Täällä pohjoisessa revontulten sijaan nämä on havaittavissa parhaiten häiriöissä radioliikenteessä ja epätarkkuuksina GPS-satelliittipaikannussignaalissa.

Mahdollisuus kohtalaisen voimakkaaseen myrskyyn ensi yönä on 90% ja seuraavana yönä enää 70%. Otsikkokuvassamme on Yhdysvaltain avaruussääkeskuksen ennuste revontuliovaalin sijainnista ja voimakkuudesta etelässä ja pohjoisessa 24.6. yölle.

Magneettikentän häiriöisyyttä voi seurata kätevästi mm. Sodankylän geofysiikan observatorion sivuilta ja Ilmatieteen laitoksen revontulisivulta.

Marraskuun 9. päivänä vuonna 1989 Auringossa tapahtui purkaus, jossa vapautui energiaa saman verran kuin päivätähtemme säteilee sekunnin kymmenyksessä. Seuraavana päivänä sattui samanlainen, mutta vielä voimakkaampi koronan massapurkaus. Avaruuteen sinkoutui miljardeja tonneja sähköisesti varattuja hiukkasia, jotka liikkuivat miljoonien kilometrien tuntinopeudella kohti Maata.

13. maaliskuuta hiukkaspilvi iskeytyi Maan magneettikenttään ja sai aikaan kirkkaita revontulia. Yötaivaalla tanssineiden valoverhojen taustalla oli kuitenkin tuhoisa myrsky. Maan ilmakehään syöksyvät varatut hiukkaset saivat aikaan sähkövirtoja, jotka laukoivat Pohjois-Amerikassa sähköverkkojen suojareleitä. 

Miljoonat taloudet jäivät ilman sähköä kiristyvässä pakkasessa. Ihmiset heräsivät aamulla vilpoisissa kodeissa ja vaikka 80-luvun lopulla sivilisaatiomme ei vielä ollut niin riippuvainen tietotekniikasta kuin nykyisin, kylmyys ja pimeys muistuttivat siitä, miten haavoittuvainen ihmiskunta on.

Sähköjä pätkinyt avaruusmyrsky ei ollut laatuaan ensimmäinen eikä viimeinen. Auringonpurkausten seuraukset ovat kuitenkin kaiken aikaa vakavampia. Sähköverkkojen lisäksi ne vaikuttavat gps-järjestelmiin, jotka ovat keskeisiä monien yhteiskunnan toimintojen kannalta.

Ongelmana on se, että tällaisia myrskyjä on melkein mahdoton ennustaa. Kun Auringossa tapahtuu purkaus, tieto siitä saapuu Maahan alle yhdeksässä minuutissa: sen verran valolta kestää taittaa noin 150 miljoonan kilometrin matka Auringosta Maahan.

Avaruuteen sinkoutuneet hiukkaset etenevät huimalla nopeudella, mutta silti paljon valoa hitaammin. Kuten vuoden 1989 myrskyssä, hiukkaspilvi on Maan etäisyydellä vasta joitakin päiviä myöhemmin. Sitä osataan siis odottaa.

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.

Auringossa on parhaillaan näkyvissä erittäin suuri auringonpilkkuryhmä. Tämä numeron AR2192 saanut pilkkuryhmä on kääntynyt viime päivinä enemmän ja enemmän näkyviin Auringon pyöriessä, ja se on samalla tullut koko ajan suuremmaksi. Nyt se on kooltaan jo jotakuinkin planeetta Jupiterin kokoinen, noin 125000 km halkaisijaltaan.

Se on saanut aikaan viimeisen kahden päivän aikana seitsemän keskivoimakasta purkausta, joista viimeisin, nyt yöllä Suomen aikaa klo 4:59 tapahtunut oli jo lähes voimakkaimpien aurinkopurkausten X-kategoriaan kuulunut. AR2192:n magneettikenttä on havaintojen mukaan hyvin epävakaa, joten on odotettavissa, että lähipäivinä ryhmä roihauttaa vielä suurempia purkauksia – kenties jopa niin voimakkaita, että niistä saadaan maapallolle kirkkaita revontulia. Todennäköisyys X-tason aurinkopurkauksille on noin 20%.

Sitä mukaa kun Aurinko kääntyy ja pilkkuryhmä tulee keskemmälle, siitä mahdollisesti tulevat niin sanotut koronamassapurkaukset voivat myös sinkoutua myös Maan suuntaan ja saada aikaan lähiavaruudessa myrskyisää avaruussäätä.

Päivitys 22.10. illalla klo 20
Pilkkuryhmästä tuli keskiviikkona 22.10. iltapäivällä noin klo 17 Suomen aikaa X-luokan purkaus lähes suoraan kohti Maata. Purkauksen voimakkuus oli tarkalleen X1.6. Alla olevassa kuvassa näkyy Auringosta tulevan röntgensäteilyn vuo GOES-satelliitin havaitsemana.

Viime viikon aurinkomyrsky sai aikaan komeita revontulia eteläistä Suomea myöten, mutta ei ollut niin voimakas kuin ennusteissa uskallettiin povata.

ESAn avaruussäätoimiston johtajan, Juha-Pekka Luntaman mukaan satelliitit havaitsivat ensimmäiset merkit Auringosta tulevasta hiukkaspurkauksesta hieman ennen kello seitsemää illalla viime perjantaina, 12. syyskuuta, ja heti sen jälkeen aurinkotuulen nopeus nousi 650 kilometriin sekunnissa. Planeettainvälisen magneettikentän voimakkuus ponnahti puolestaan arvoon 28 nT.

Magneettikentän z-suunnan arvo (Bz) vaihteli nopeasti positiivisen ja negatiivisen välissä, mikä sai aikaan sen, että purkaus ei aiheuttanut suurta aurinkomyrskyä Maan lähiavaruudessa. ”Mikäli Bz kääntyy pysyvämmin negatiiviseksi silloin kun plasmapilvi liikkuu Maan ohi, se saa aikaan enemmän ilmiöitä Maassa.”

Parhaillaan kohti Maata on tulossa toinen purkauspilvi, tosin näillä näkymin se on perjantaista heikompi. Ennusteen mukaan se saapuu tienoillemme keskiviikkona 17. syyskuuta ja saanee aikaan revontulia ainakin Lapissa ja muualla pohjoisilla alueilla. Hieman etelämpänäkin kannattaa varautua kauniisiin taivasnäkymiin.

Hyviä ohjeita näiden ja tulevien revontulien kuvaamiseen saa mm. Ursan blogeissa julkaistussa Emma Herrasen kirjoituksesta Revontulivalokuvaus haltuun.

Tuoreinta tietoa ajantasaisesta avaruussäätilanteesta saa ESAn uusilta avaruussääsivustolta.

Otsikkokuvassa on Aurinko 16. syyskuuta klo 19:58 Suomen aikaa Proba2 -satelliitin kuvamana. Sen ottamia kuvia käytetään hyväksi SOTERIA-mallissa, jolla ennustetaan tulevia aurinkopurkauksia.

Uusimmassa Annales Geophysicae -sarjassa julkaistu pitkä, yhtenäinen Auringon aktiivisuutta kuvaava havaintosarja osoittaa, että Auringon aktiivisuus on 2000-luvulla ollut selvästi vähäisempää kuin 1900-luvun keskivaiheilla, jolloin aktiivisuus oli vuosisataisen kehityskulkunsa huippulukemissa.

Ajassa täytyy mennä nykyhetkestä noin sata vuotta taaksepäin, jotta löytyy jakso, jolloin Auringon aktiivisuus ja avaruussääilmiöt maapallon läheisyydessä olivat yhtä heikkoja kuin viimeisten noin 10 vuoden aikana keskimäärin.  Sähkömagneettisille vaihteluille alttiina olevien teknologisten järjestelmien, kuten satelliittien ja maanpäällisten sähkönsiirtoverkkojen kannalta on tärkeää tietää, minkälaisiin äärimmäisiin avaruussään muutoksiin ja niiden aiheuttamiin riskeihin on varauduttava tulevina vuosina.

Tämä yhtenäinen suomalais-venäjäis-brittiläisenä yhteistyönä tehty avaruussäätä ja -ilmastoa kuvaava aikasarja perustuu pitkälti satelliittihavaintoihin ja historiallisiin magneettisiin rekisteröinteihin. Se antaa myös varmennettua tietoa Auringon osuudesta ilmastonmuutokseen: Auringon aktiivisuudella on ilmastonmuutoksessa pieni, joskaan ei merkittävä osuus.

167 vuotta geomagneettista tietoa

Auringon aktiivisuutta on tutkittu tieteellisesti yli 400 vuoden ajan alkaen aina siitä, kun Johannes Fabricius julkaisi ensimmäisen artikkelin auringonpilkuista maaliskuussa 1611. Havaintojen mukaan Auringon aktiivisuus muuttuu selvästi noin 11 vuoden välein, ja tämän pystyy kuka tahansa huomaamaan katsomalla Auringon pinnalla olevien pilkkujen määrän muuttumisesta – Auringon pintaa ja sen ilmiöitähän voi katsoa vaikka kiikarilla, kunhan muistaa suojautua Auringon kirkkautta vastaan joko suodattimella tai heijastamalla kuvan paperille kiikarin takana. Aurinkoon ei saa katsoa suoraan, etenkään millään optisella laitteella.

Toinen tapa seurata Auringon aktiivisuutta ja sen Maahan aiheuttaman vaikutuksen seurauksia on mitata Maan magneettikentän vaihteluita sekä havaita revontulia. Niin sanotun avaruussään alkuperä on Auringossa tapahtuvissa hiukkaspurkauksissa ja muissa äkillisissä energian vaihteluissa eli Auringon aktiivisuudessa. Avaruussää ilmenee maapallon lähiavaruuden muutoksina siellä vallitsevan sähköisten ja magneettisten olosuhteiden sekä varattujen hiukkastiheyksien häiriöinä.  Yksi näkyvä ilmentymä tästä on maapallon napa-alueiden ympäristössä esiintyvät revontulet.

Avaruussään ja Auringon aktiivisuuden sähkömagneettisia vaihteluja voidaan havaita maan pinnalta herkillä laitteilla erityisissä geomagneettisissa observatorioissa. Observatorioita tai vastaavia automaattiasemia on toiminnassa parisensataa.  Magneettisten observatorioiden havainnot maailmalla ulottuvat 1800-luvun alkukymmenille.

Pitkien havaintosarjojen avulla on voitu rekonstruoida avaruussään hitaita vaihteluja. Riittävän hyviä ja yhtenäisiä havaintosarjoja varhaiselta 1800-luvulta ei ole säästynyt paljon. Ilmatieteen laitoksen edeltäjän, Helsingin yliopiston magneettis-meteorologisen observatorion rekisteröinnit ovat olleet aikakauden olosuhteisiin nähden poikkeuksellisen luotettavia, tarkkoja ja pitkäkestoisia. Ne kattavat aikavälin 1844–1897 ja käsittävät noin kaksi miljoonaa yksittäistä havaintoa tunnin välein jatkuvan aikasarjan muodossa. Havaintoja tehdään edelleen Ilmatieteen laitoksen Nurmijärven observatoriossa.

Annales Geophysicae -lehden artikkelissa on tutkittu magneettisten observatorioiden havaintojen avulla saatavaa tietoa avaruussään- ja avaruusilmaston vaihteluista ja suomalaiset, Ilmatieteen laitoksen Helsingissä kirjaamat tiedot muodostavat tutkimuksien keskeisen havaintomateriaalin 1800-luvun osalta.

Satelliitit seuranneet Aurinkoa 1970-luvulta lähtien

Satelliitit ovat keränneet tietoja Auringon aktiivisuudesta ja avaruussäästä jo 1970-luvulta lähtien. Näillä havainnoilla voidaan sitoa samaan aikaan tehdyt magneettiset maanpintahavainnot täsmällisiin Auringon aktiivisuutta kuvaaviin suureisiin kuten esimerkiksi aurinkotuulen nopeuteen ja sen mukana kulkeutuvan magneettikentän voimakkuuteen.

Silti yhä edelleen maanpäälliset havainnot ovat tärkeässä osassa.

Juttu perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteeseen.

Kesällä 2012 Aurinko oli nousemassa 11-vuotisen aktiivisuusjaksonsa hiljaisesta vaiheesta, kun yllättäen se alkoikin älämölöimään: 22. heinäkuuta 2012 se roiskautti pinnaltaan ulos avaruuteen useita voimakkaita purkauksia, jotka onneksi eivät kuitenkaan osuneet Maahan.

Sen sijaan Aurinkoa havainnut STEREO-A -luotain (kuvattuna piirroksessa ylhäällä) oli suoraan purkausten suunnassa. Tämä jotakuinkin Maan etäisyydellä Auringosta oleva, jokseenkin samanlaisella radalla Maan kanssa Aurinkoa kiertävä avaruusalus oli Auringosta katsottuna 120 asteen päästä meistä, kun se sai silmilleen tämän erään voimakkaimmista koskaan mitatuista aurinkomyrskyistä: paitsi aurinkotuulen nopeus, niin myös magneettikentän voimakkuus olivat ennätyksellisen suuria.

Nyt tästä tapauksesta on julkaistu kiinnostava tutkimus Nature Communications -julkaisussa, ja tutkimuksen takana olleessa ryhmässä on mukana myös suomalaisväriä. Helsingin yliopiston tutkija Emilia Kilpua on yksi Naturen artikkelin kirjoittajista. Yksittäiset aurinkomyrskyt sinällään eivät ole kokonaisen tutkimuksen väärti, mutta tämä erittäin voimakas ja suoraan aurinkotutkimussatelliitin mittalaitteisiin osunut sellainen on auttanut ymmärtämään mekanismeja, jotka synnyttävät supermyrskyn Auringossa ja planeettainvälisessä avaruudessa. Tuloksia voidaan hyödyntää avaruussäätä ennustavissa malleissa.

Se on myös kiinnostava siksi, että ryöpsähdykset eivat tapahtuneet Auringon aktiivisuusmaksimin aikaan, vaan vaiheessa, jolloin Aurinko ei yleensä ole kovin aktiivinen. Myös kaikkien aikojen voimakkain havaittu avaruusmyrsky, vuonna 1859 tapahtunut Carringtonin myrsky oli verrattain heikon auringonsyklin aikana. Tuolloin revontulet näkyivät taivaalla jops Havaijilla saakka.

Myös rauhallinen Aurinko voi siis äityä aktiiviseksi.

Lennonjohdon näyttötaululla oleva valot ovat siis suotuisia:

- Tuulet, etenkin laukaisupaikan korkean ilmakehän tuulet, sää ja avaruussää ovat hyvin rajojen sisällä
- ESAn Estrack-antenniverkon kaikki maa-asemat ovat valmiina ja toiminnassa
- Etenkin verkon kaikki tärkeimmät asemat Gaian kannalta (Perth ja New Norcia Australiassa, Cebreros ja Masplalomas (Espanjassa) on viritetty Gaiaa varten. Perthin 15-metrinen antenni on jo vastaanottotilassa. Se saa ensimmäisenä yhteyden Gaiaan n. 39 minuuttia laukaisun jälkeen.
- Seurantaverkosta Euroopan avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa vastaava johtaja Bret Durrett (kuvassa vasemmalla) näyttää tärkää merkkiä: "Kaikki on GO!"

Euroopan avaruusjärjestön GOCE-painovoimatutkimussatelliitti putosi odotetusti Maahan sunnuntain ja maanantain välisenä yönä. Tarkkaa paikkaa ei osattu sanoa etukäteen, koska lennon loppuvaiheissa oli paljon epävarmuustekijöitä (lue tarkempi juttu täältä) eikä GOCEa pystytty ohjaamaan tarkasti Maahan. Lopulta ilmakehän kitka sai siitä kuolettavan otteen noin 80 kilometrin korkeudessa klo 2:16 Suomen aikaa Falkland-saarten luona eteläisellä Atlantilla.

Bill Chater sai sattumalta kuvattua alaspäin palavina kappaleina putoa satelliitin iltahämärällä taivalla; kello oli 21:20 paikallista aikaa (2:20 Suomessa yöllä), kun hän oli ajamassa etelään ja huomasi "taivaalla savuvanan ja kirkkaan pisteen, joka hajosi kahteen osaan, ennen kuin hajosi uudelleen useampiin osiin kohti pohjoista lentäessään".

ESA on vahvistanut, että mitä todennäköisimmin GOCEn viime hetket päätyivät Chaterin kuviin.

Putoamista mallinnettiin Suomessa

GOCEn maahanpaluu oli erittäin kiinnostava tapaus radaltaan putoavasta, lähellä Maata kiertäneestä satelliitista. Eräs tärkeimmistä muuttujista tässä on ilmakehän yläosien tiheys, mihin vaikuttaa pääasiassa avaruussää.

Maailman parhaat avaruussääennusteet tehdään Suomessa Ilmatieteen laitoksella Euroopan ainoalla Maan magneettikehän simulaatiomallilla. Tutkija Tiera Laitinen ja tutkimusprofessori Minna Palmroth käyttivät sitä myös GOCEn paluun ennustamiseen, ja havaitsivat, että 29. lokakuuta alkaneet useat pienehköt avaruusmyrskyt kasvattivat tilapäisesti ilman tiheyttä GOCE-satelliitin radalla. Tämä lisääntynyt ilmanvastus nopeutti GOCEn vajoamista.

Kun GOCEn moottorin ajoaine loppui 21.10., satelliitti alkoi hiljalleen menettää korkeuttaan ilmanvastuksen vaikutuksesta. Se vajosi aluksi pari kilometriä päivässä, mutta 30.10. se laskeutui yht'äkkiä puoli kilometriä tavallista enemmän. Tämä aikaisti lopullista maahansyöksyä kuutisen tuntia. Syynä oli avaruusmyrsky.

Illalla 29.10. Maan magneettikenttää oli alkanut ravistella Auringosta lähtenyt massapurkaus. Sen synnyttämä magneettinen myrsky oli voimakkaimmillaan juuri 30.10., jolloin Suomessa sai ihastella runsaita revontulia etelärannikkoa myöten.

Revontulivalo syntyy avaruudesta satavien hiukkasten törmäillessä ilmakehän molekyyleihin, mutta samat hiukkaset potkivat myös elektroneja irti molekyyleistä, eli ionisoivat yläilmakehän ilmaa. Tällöin ilman sähkönjohtavuus vähän yli 100 km:n korkeudella kasvaa ja siellä kulkevat sähkövirrat voimistuvat. Sähkövirta puolestaan kuumentaa ilmaa, joka sitten laajenee ylöspäin ja samalla nostaa koko yläpuolellaan olevaa ilmakehän osaa.

Sen sai GOCEkin tuntea kuorissaan: ilman tiheys sen ratakorkeudella, tuolloin noin 220 km, kasvoi parin päivän ajaksi noin 12 %. Uudelleen avaruussään aiheuttamat tiheysvaihtelut häiritsivät satelliittia vielä ainakin 7. ja 9.11., jolloin se oli jo alle 200 km:n korkeudessa putoamassa yhä nopeammin alaspäin.

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.