magneettikenttä

Marsin magneettikenttä sykkii oudosti - tutkijat eivät osaa selittää miksi

La, 09/21/2019 - 22:24 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Nasa/JPL-Caltech
Marsin magneettikenttä sykkii keskiyöllä aivan ennennäkemättömällä tavalla. Asian selvitti planeetan pinnalle laskeutunut Nasan InSight-luotain. Laite sai myös viitteitä runsaista vesivarannoista syvällä planeetan uumenissa.

InSight-laskeutuja on kököttänyt Marsissa nyt lähes vuoden, yrittäen saada tolkkua planeetan sisäosista. Laskeutujan havainnoista on nyt viimein kerrottu ensimmäistä kertaa Genevessä pidetyssä EPSC-konferenssissa.

Kenties yllättävimmät löydöt tehtiin magneettikenttää mittaavalla magnetometrillä.

Monia yllätyksiä

Mielenkiintoisin löytö oli yön pimeimpinä tunteina toistuva täysin odottamaton magneettinen syke. Se tarkoittaa säännöllistä vaihtelua paikallisen magneettikentän voimakkuudessa (ja/tai sen suunnassa). Jopa pari tuntia kestävässä sykesarjassa yksi pulssi saattaa kestää yli minuutin. Voimakkaimmin aaltoilu näkyy pohjoissuunnassa, heikoimmin pystysuunnassa.

Jotain vastaavaa on nähty aiemminkin sekä Maassa että Marsissa. Moista magneettista vispausta tapahtuu tyypillisesti planeetan päiväpuolella (eli siellä missä aurinkotuulen, kaasukehän yläosien virtausten ja monien muiden tekijöiden vaikutukset ovat suurimmillaan) ja öisin lähellä napa-alueita (eli siellä missä kenttäviivat ohjaavat varautuneita hiukkasia kohti ilmakehää ja aiheuttavat revontulia).

InSightin huomaama sykintä tapahtuu kuitenkin keskiyön tienoilla ja päiväntasaajalla. Eli juuri silloin, kun alue on parhaassa mahdollisessa suojassa aurinkotuulelta, lähes 7000 kilometriä paksun kivikerroksen takana.

Vielä ei ole selvää mikä sykinnän aiheuttaa, mutta tutkijoilla on jo alustava idea (valistunut arvaus) mistä hommassa saattaa olla kyse.

Aurinkotuuli synnyttää Marsin hyvin heikon magnetosfäärin (vuorovaikuttaessaan sen kaasukehän kanssa) ja venyttää sen yöpuolelle suuntautuvaksi pitkäksi hännäksi. Lepattaessaan aurinkotuulen voimasta tuo häntä saattaisi sitten vuorostaan aiheuttaa kentän sykintää suoraan allaan olevalla pinnalla – eli juuri päiväntasaajan tienoilla, kun Aurinko on juuri planeetan toisella puolen. Vastaavaa ilmiötä ei ole ikinä havaittu Maassa, ehkä koska meikäläinen magnetosfääri on paljon voimakkaampi ja ilmakehä paksumpi.

Hypoteesi voitaisiin kenties tarkistaa Marsin magneettikenttää kiertoradalta tutkivalla MAVEN-luotaimella, jos se vain saadaan oikeaan paikkaan, oikeaan aikaan.

Tutkijat ovat InSightin löydöstä ymmärrettävästi innoissaan. Jos oudon sykkeen synty joskus vielä ymmärretään ja pulssit voidaan ennustaa, niitä voitaisiin käyttää planeetan sisäosien luotaamiseen. Parhaita tuloksia saisi magnetometrien linjastoilla tai verkostolla, tai pinnalla liikkuvien magneettikenttää mittaavien kulkijoiden avulla. Näin saatu aivan uudenlainen tieto voisi hyvinkin mullistaa käsityksemme Marsin kuorikerroksen rakenteesta ja kehityksestä.

Toinen yllätys oli luotaimen laskeutumispaikan magneettikentän voimakkuus. Aiempien kiertoratahavaintojen perusteella kentän voimakkuudeksi arvioitiin 20–350 nanoteslaa, mutta se osoitautuikin noin 20 kertaa suuremmaksi. Kentän lähde on magnetisoitunut kiviaines laskeutumisalueen alla.

Kannattaa huomata, että jopa tällainen oudon voimakas magneettikenttä jää kuitenkin vain sadasosiin Maan pinnalla vallitsevasta kentästä (leveyspiiristä riippuen 30–100 mikroteslaa).

Pohjavettäkin löytyi?

InSightin magnetometrillä tehtiin toinenkin erittäin mielenkiintoinen löytö: Jossain laitteen alla sijaitsee noin 2,5 kilometriä paksu kerros ainetta, joka on erittäin hyvin sähköä johtavaa. Kerroksen sijaintisyvyydeksi tutkijat arvioivat varovaisesti "enintään 100 kilometriä".

Valistuneiden arvausten perusteella varteenotettavin selitys olisi paksu  pohjaveden kerros. Kenties suolaista, ehkä veden ja jääsohjon sekoitusta.

Olettamusta tukevat lukuisat aihetodisteet. Marsin pinnalla on paljon vesijäätä ja kaasukehässä vesihöyryä. Pinnalla on nähty pieniä suolaveden purkauksia ja etelänavan läheltä on löydetty ainakin yksi iso suolaisen veden järvi jäätikön alta. Aikoinaan pinnalla virranneet ja seisoneet vesimassat ovat jättäneet monenlaisia selviä merkkejä sekä planeetan pinnanmuotoihin että mineraaleihin, eikä noiden vesimassojen katoamista ole ikinä kyetty täysin selittämään. Planeetan lämpötilan myös tiedetään nousevan syvemmälle mentäessä, vaikkei planeetan ydin enää olekaan yhtä kuuma kuin Maalla.

Vesi on selkein tunnettu aine, jolla havaittu sähkönjohtavuus voitaisiin selittää. Kerros saattaa myös hyvin olla alueellinen, ellei jopa globaali.

Pohjavesikerros ei siis olisi täysin odottamaton, mutta sen löytyminen olisi iso asia. Se ensinnäkin nostaisi roimasti marsilaisen elämän synnyn ja jopa nykyisyyteen asti säilymisen todennäköisyyttä. Ja mikäli pohjavesi olisi ihmisteknologialla saavutettavissa, "kaivoveden" saanti voisi olla suuri helpotus Marsiin kenties joskus matkaaville astronauteille.

EPSC-kokouksessa raportoidut InSightin löydöt ovat vasta alustavia, eikä niitä ole vielä ehditty vertaisarvioimaan.

Nasan InSight laskeutui Marsin pinnalle marraskuun 2018 lopulla. Laskeutumispaikka sijaitsee vulkaanisella tasangolla lähellä päiväntasaajaa (4.5° pohj. lev., 135.6° it. pit.). Alue on "tarkoituksella tylsä", sillä InSightin tehtävä ei ole perehtyä pinnan kummallisuuksiin vaan saada uusia tietoja syvältä planeetan uumenista.

Laskeutujan mukana Marsin pinnalle saatiin tutkimushistorian ensimmäinen magnetometri. Sillä tallennetaan laskeutumispaikan magneettikentän ajalliset vaihtelut ja muodostetaan kentästä tarkka kuva kolmella akselilla: itä-länsi, pohjois-etelä ja ylös-alas.

Marsin magneettikentästä saatiin hyvä yleiskuva jo 20 vuotta sitten kiertoratamittausten perusteella, mutta se ei kerro kaikkea. Pinnalta saadaan paljon tarkempaa tietoa kentän voimakkuudesta, suunnasta ja paikasta, sekä selvyys siihen kuinka kenttä aikaa myöten muuttuu.

Aiheesta kertoi Suomessa ensimmäisenä Tekniikan Maailma.

Lähteet: Russell ja kumpp., "The Martian Magnetic Field As Seen By InSight" (EPSC 2019); Andrews, Mysterious magnetic pulses discovered on Mars (National Geographic, 2019)

Aloituskuva: Nasa/JPL-Caltech

Auringossa on käynnissä jatkuva kisa

Ke, 03/27/2019 - 07:52 By Markus Hotakainen
Protuberanssi (roihupurkaus) Hinode-satelliitin kuvaamana

Auringon ”pinnalta” kohoaa protuberansseja, kymmenien- tai jopa satojentuhansien kilometrien korkeuteen kurkottavia plasmakielekkeitä. Atomit ja ionit käyvät niissä kaiken aikaa kiivasta kilpajuoksua. Ionit ovat alati voitolla

Kaasumaisesta olemuksestaan huolimatta Auringon aine ei ole kaasua vaan plasmaa, aineen ”neljättä” olomuotoa. Hiukkastörmäysten ja voimakkaan säteilyn vaikutuksesta atomit ovat menettäneet elektroneja, jolloin ne ovat muuttuneet sähköisesti neutraaleista sähköisesti varatuiksi.

Neutraalit atomit eivät piittaa magneettikentästä, mutta ioneihin se vaikuttaa niiden sähkövarauksen ansiosta. Jopa Auringon kaasukehän hurjassa myllerryksessä on sopivat olosuhteet, jotta siinä voi esiintyä varauksettomia atomeja ja sähköisesti varattuja ioneja yhtä aikaa.

Tutkijat ovat onnistuneet tarkastelemaan yksityiskohtaisesti tällaista osittain ionisoitunutta plasmaa Auringon ainevirtauksissa. Havainnot paljastavat, että strontiumionit kiitävät protuberansseissa 22 prosenttia suuremmalla nopeudella kuin neutraalit natriumatomit.

Protuberanssi

Atomit kuitenkin kirivät sinnikkäästi, sillä ionien vauhti hidastuu: 16 tuntia myöhemmin niiden nopeus oli enää 11 prosenttia suurempi kuin atomien.

”Ilmeisesti strontiumionit antavat neutraaleille natriumatomeille vetoapua”, arvelee kansainvälistä tutkimusta johtanut Eberhard Wiehr Göttingenin yliopistosta.

Se saattaa johtua kasvaneesta hiukkastiheydestä, joka kasvattaa törmäysten todennäköisyyttä. ”Lisäksi protuberanssin virtauksissa on saattanut tapahtua muutoksia 16 tunnin aikana”, Wiehr lisää.

Nopeammat ionit liikkuvat magneettikentän värähtelyjen tahdissa. Sen ansiosta protuberanssi pääsee kohoamaan korkealle, vaikka gravitaatio kiskoo plasmaa kaiken aikaa takaisin Auringon ”pinnalle”. Kentässä esiintyvät vaihtelut johtuvat virtauksista syvemmällä Auringon sisuksissa. Varatut ionit seuraavat orjallisesti magneettikentän vaihteluita, mutta atomit pysyvät mukana vain ionien törmäysten välityksellä.

Tutkimuksesta kerrottiin Göttingenin yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: Tenerife Observatory (otsikkokuva) ja Hinode JAXA/NASA

Sattuuhan sitä paremmissakin (tiede)piireissä – osa 2

Su, 04/08/2018 - 12:28 By Markus Hotakainen
Halley ja kompassivariaatio

Tiede ei läheskään aina etene voitosta voittoon, orastavasta hypoteesista toimivaan teoriaan. Matkan varrella on mutkia ja umpikujia, eivätkä tutkijatkaan ole kuin ihmisiä erheineen ja harhoineen. Jotkut niistä ovat aika kummallisia.

Edmund Halley tunnetaan nimikkokomeetastaan, joka palaa Aurinkokunnan sisäosiin noin 76 vuoden välein. Halley tutki aiemmin näkyneiden komeettojen ratoja ja päätyi siihen, että vuosina 1531, 1607 ja 1682 näkyneet pyrstötähdet olivat yksi ja sama taivaankappale. Hän ennusti komeetan palaavan taas vuonna 1759, mutta ei ehtinyt nähdä ennustuksensa toteutuvan. Halleyn komeetasta muodostui kuitenkin pysyvä muistomerkki suurelle tiedemiehelle.

Kaikissa ennusteissaan ja ajatuksissaan Edmund Halley ei ollut oikeilla jäljillä. Parikymppisenä nuorukaisena hän matkasi Saint Helenan saarelle laatiakseen luettelon eteläisen taivaan tähdistä. Merimatkoilla Halley tarkkaili tuulia, ilmavirtauksia ja Maan magneettikenttää. Paikoin kompassilukemissa esiintyi outoja poikkeamia, jotka vaativat selitystä. Ja sellaisen Halley myös kehitti.

Maa oli hänen mukaansa rakentunut sisäkkäisistä pallonkuorista ja kullakin niistä on oma magneettikenttänsä. Pallonkuoret pyörivät erilaisilla nopeuksilla ja näistä pyörimisliikkeistä aiheutuvat uloimman kuoren pinnalla – eli merillä ja mantereilla – havaitut magneettiset häiriöt.

Pallonkuorien välissä on myös ilmakehä, josta vuotava kaasu aiheuttaa kaukana pohjoisessa leimuavat revontulet. Tutkiessaan Maan magneettikenttää Halley siis löysi selityksen revontulille, joiden myöhemmin on todettu olevan nimenomaan Maan magneettikenttään liittyvä ilmiö. Tosin Halleyn selitys oli virheellinen.

Parkesin radioteleskooppi

Selitystä vailla ovat edelleen "nopeat radiopurkaukset" (Fast Radio Burst eli FRB), jotka ovat askarruttaneet tähtitieteilijöitä jo vuosien ajan. Niitä on havaittu eri puolilla taivasta, ne ovat hyvin lyhyitä, vain millisekuntien mittaisia, mutta hyvin voimakkaita. Purkausten tutkiminen on hankalaa, koska ainoastaan yhdessä tapauksessa niiden on todettu toistuvan, muuten ne ovat olleet yksittäisiä "signaaleja".

Toistuva purkaus tunnetaan nimellä FRB 121102 ja sen lähde on saatu paikallistettua kolmen miljardin valovuoden etäisyydellä sijaitsevaan kääpiögalaksiin. Purkauksen syntymekanismista ei kuitenkaan ole varmaa tietoa. Kyseessä saattaa olla supermassiivinen musta aukko tai neutronitähti ja jompaan kumpaan liittyvät energiset ilmiöt.

Joissakin tapauksissa mystisten radiosignaalien lähde on löytynyt lähempää. Todella paljon lähempää.

Australiassa Parkesin observatoriossa pähkäiltiin 17 vuoden ajan kummallisia radiopurskeita, joita oli havaittu aika ajoin 1990-luvun lopulta lähtien. Niille annettiin nimeksi "peryton" ja jo vuonna 1998 niiden todettiin olevan hyvin paikallisia: lähde voisi olla korkeintaan viiden kilometrin etäisyydellä observatoriosta. Signaalit eivät siis tulleet lainkaan avaruudesta, vaan niiden täytyi olla peräisin jostain maanpäällisestä lähteestä. Hyvänä kandidaattina pidettiin ukkosmyrskyjen salamointia.

Todellisuudessa radiopurkaukset olivat lähtöisin observatoriosta itsestään, tarkemmin sanottuna sen mikroaaltouunista. Kun radioteleskooppiin asennettiin uusi vastaanotin, sillä havaittiin hyvin voimakkaita signaaleja 2,4 gigahertzin taajuudella – joka on sattumoisin mikroaaltouunissa ruokaa ja juomaa lämmittävän sähkömagneettisen säteilyn taajuus.

Mikroaaltouunit ovat toki eristettyjä, sillä niiden lähettämä säteily ei ole ihmiselle terveellistä. Hätäiset tähtitieteilijät tapasivat kuitenkin tempaista uunin luukun auki, kun se oli vielä päällä, joten sieltä ehti "vuotaa" lyhyt signaali ennen kuin laite sammui. Ja radioteleskoopin mittauksissa se näkyi pitkällistä päänvaivaa aiheuttaneena mystisenä "perytonina".

 

Gemini 12 -astronautit helikopterin luona

Takaisin avaruuteen ja miehitettyihin lentoihin. Yhdysvaltain avaruusohjelman kehittyessä kohti kuulentoja alettiin kaksipaikkaisilla Gemini-aluksilla tehdä pidempiä, jopa pariviikkoisia lentoja. Niiltä palanneet astronautit näyttivät karvanaamaisilta hampuuseilta, mikä ei tietenkään sopinut avaruussankareiden silkoiseen julkikuvaan.

Viimeistään kuulennoille oli saatava mukaan partakone, joka toimisi myös avaruudessa. Teknisesti asiassa ei ollut ihmeempää haastetta, sillä sähköllä toimivia parranajokoneita oli ollut markkinoilla jo pitkään. Ongelmana oli toimenpiteen sivutuote eli partakarvat. Painottomuudessa ne ajelehtisivat ympäri alusta, tukkisivat suodattimet ja aiheuttaisivat pahimmassa tapauksessa oikosulkuja sähkölaitteissa.

NASAssa alettiin kehittää partakoneeseen integroitavaa imuria, joka pitäisi huolen siitä, että ilmaan ei pääsisi mitään ylimääräistä tavaraa. Ratkaisu oli periaatteessa toimiva, mutta käytännössä imuria ei saatu millään ilveellä niin luotettavaksi, etteikö partakarvoja olisi aina päässyt karkuun. Hankkeeseen uponneesta rahamäärästä ei ole tarkkaa tietoa, mutta dollareita paloi vähintään kuusi-, ehkä seitsennumeroinen summa.

Eräänä aamuna yksi insinööreistä äkkäsi kylpyhuoneen peilin edessä partaa ajaessaan, että perinteinen partavaahdon ja -höylän yhdistelmähän voisi toimia myös avaruudessa…

Kuvat: Public Domain, NASA, John Sarkissian/CSIRO

Auringon tornadot eivät olekaan tornadoja

La, 04/07/2018 - 11:51 By Markus Hotakainen

Keskustähtemme pinnalta kohoaa avaruuteen suuria plasmakielekkeitä, jotka näyttävät kieppuvan hurjalla nopeudella. Paitsi että ne eivät kiepu.

Auringon "tornadojen" eli tornadoprotuberanssien luonne on uuden tutkimuksen perusteella tulkittu väärin. Syynä on se, että ilmiöitä on voitu tarkastella vain kaksiulotteisesti.

Tornadoja on havaittu Auringossa jo 1900-luvun alkupuolelta lähtien ja niistä on saatu entistä tarkempaa tietoa esimerkiksi SDO-luotaimen (Solar Dynamics Observatory) avulla. Sen ultraviolettialueen datasta kootuissa videoissa näkyy selvästi tornadojen liike.

Ei kuitenkaan riittävän selvästi. Ilmeisesti jättimäiset tornadot, joilla voi olla mittaa useita kertoja Maan halkaisijan verran, eivät vastoin aiempaa käsitystä pyöri ollenkaan.

Nicolas Labrossen johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on tarkastellut spektroskopian avulla plasman lämpötilan ja tiheyden lisäksi doppler-ilmiötä, joka kertoo sen liikkeestä ja nopeudesta suhteessa meihin. Tuloksena on kolmiulotteinen kuva protuberanssien rakenteesta ja sen taustalla olevasta magneettikentästä.

"Huomasimme, että huolimatta kuvissa näkyvästä protuberanssien ja tornadojen ulkomuodosta magneettikenttä ei ole pystysuora, vaan plasma liikkuu pääasiassa vaakasuunnassa magneettikentän voimaviivojen myötäisesti", Labrosse selittää.

Kuvissa näkyy silti tornadoja muistuttavia muodostelmia, sillä niiden näkösäteen suuntainen rakenne projisoituu kuvitteelliselle tasolle. Tutkimusryhmään kuuluva Arturo López Ariste vertaa ilmiötä lentokoneen vanan näkymiseen.

"Kone lentää vaakasuoraan tietyllä korkeudella, mutta me näemme vanan kulkevan päämme päältä kohti taivaanrantaa. Lentokone ei silti ole syöksymässä maahan."

Auringossa ja Maassa esiintyvien tornadojen välillä ei ole muuta yhteistä kuin ulkonäkö. Maanpäälliset tornadot syntyvät voimakkaista tuulista ja liikkuvat suurella nopeudella, mutta Auringossa ne muodostuvat magneettikentän hallitsemasta plasmasta. Ne ovat "kiinnittyneet" Auringon näkyvään pintaan ja pysyvät siksi paikallaan.

"Todellisuus saattaa kerrankin olla yksinkertaisempi kuin miltä se näyttää", arvelee tutkimukseen osallistunut Brigitte Schmieder.

"Auringon tornadot kuulostavat uhkaavilta, mutta normaalisti niillä ei ole mitään vaikutusta meihin. Jos tornadoon liittyy voimakas purkaus, se voi kuitenkin aiheuttaa avaruussäässä ilmiöitä, jotka saattavat vaurioittaa voimalinjoja, satelliitteja ja viestiyhteyksiä Maassa."

Tutkimuksesta kerrottiin 6. huhtikuuta Liverpoolissa pidetyssä EWASS-kokouksessa (European Week of Astronomy and Space Science).

Kuva: NASA/SDO/GSFC

Magneettikenttä paljastaa – musta aukko vispaa Linnunradan keskuksen kaasua ja pölyä

Ke, 02/21/2018 - 17:25 By Markus Hotakainen

Kanarian saarilla voi tehdä muutakin kuin loikoilla ja ottaa aurinkoa. Siellä onnistuu esimerkiksi Linnunradan keskusalueiden tutkimus ennätyksellisen tarkasti.

Oxfordin yliopiston professorin Pat Rochen johdolla on laadittu huippuluokan "kartta" kotigalaksimme keskuksessa piileskelevän mustan aukon lähiympäristössä kieppuvista kaasu- ja pölypilvistä sekä tähdistä.

Linnunradan keskusalueilla tähtien on todettu kiitävän jopa 30 miljoonan kilometrin tuntinopeudella, mistä on pystytty laskemaan mustan aukon massan olevan yli miljoonakertainen Aurinkoon verrattuna.

Kartoitukseen käytettiin La Palman saarella sijaitsevaa 10,4-metristä GTC-kaukoputkea (Gran Telescopio Canarias) ja siihen kytkettyä CanariCam-infrapunakameraa. Sen toiminta-alue on 7,5–25 mikronin aallonpituuksilla ja sillä pystytään tutkimaan myös magneettikenttien ominaisuuksia säteilyn polarisaation perusteella.

Näkyvän valon alueella Linnunradan keskuksen tutkimus ei onnistu laisinkaan, sillä se on Maasta katsottuna tiheiden tähtienvälisten kaasu- ja pölypilvien takana. Infrapuna-alueella, samoin kuin radio- ja röntgenalueilla, havainnot kuitenkin onnistuvat.

Uusi infrapuna-alueen kartta kattaa alueen, joka ulottuu joka suunnassa noin valovuoden etäisyydelle mustasta aukosta. Kuvassa erottuvat siveltimenvetoja muistuttavat juovat syntyvät magneettikenttien myötäisesti liikkuvien lämpimien pölyhiukkasten ja kuuman kaasun säteilystä.

Valovuosien mittaiset säikeet kiertävät mustaa aukkoa, mikä kertoo kaasun ja pölyn liikkeistä sen lähiympäristössä. Magneettikenttä näyttää yhdistävän myös alueella olevia tähtiä.

Kentän voimakkuudesta on osoituksena se, että kaasun ja pölyn muodostamat säikeet säilyttävät muotonsa, vaikka niihin puhaltaa kaiken aikaa voimakas tähtituuli. Tosin osa aineesta päätyy ennen pitkää mustan aukon syövereihin.

Toistaiseksi ei tiedetä, mistä Linnunradan keskusalueen magneettikenttä saa alkunsa, mutta todennäköisesti sen ominaisuuksiin vaikuttaa vahvasti supermassiivinen musta aukko. Kun kenttä on kytkeytynyt kaasuun ja pölyyn sekä tähtiin, ja kaikkien niiden liikkeeseen vaikuttaa valtaisa gravitaatio, mustalla aukolla on oma osuutensa myös magneettikentän muotoutumisessa.

Kartoituksesta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivulla ja tutkimus on ilmestynyt Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedejulkaisussa.

Kuva: E. Lopez-Rodriguez/NASA Ames/University of Texas at San Antonio. 

Mallit uusiksi? Mustan aukon magneettikenttä oletettua heikompi

Su, 01/21/2018 - 11:45 By Markus Hotakainen

Yigit Dallilarin johtama yli 60 tutkijan ryhmä on tehnyt havaintoja V404 Cygni -kaksoistähtijärjestelmään kuuluvan mustan aukon magneettikentästä. Sen voimakkuus osoittautui yllättäen selvästi oletettua vähäisemmäksi.

Kun jättiläistähti räjähtää supernovana ja sen sisimmät osat luhistuvat mustaksi aukoksi, jäljelle ei jää suunnattoman gravitaation lisäksi paljoakaan, ainoastaan aukon pyörimisliike ja magneettikenttä, jotka ovat perintöä edesmenneeltä tähdeltä.

Magneettikentän avulla on selitetty monille mustille aukoille tyypilliset ainesuihkut. Aukkoon syöksyvä aine kasautuu ennen katoamistaan kertymäkiekkoon, ja osa aineesta sinkoutuu kauas avaruuteen aukon pyörimisakselin suuntaisesti.

Mustan aukon magneettikenttä kiihdyttää sähköisesti varatut hiukkaset lähes valon nopeuteen.

V404 Cygni on kirkkaudeltaan muuttuva tähti, jossa tapahtuu aika ajoin purkauksia. Mustan aukon massa on noin kymmenkertainen Aurinkoon verrattuna ja sen seuralainen on hieman Aurinkoa kevyempi punainen jättiläistähti. Etäisyyttä kaksoistähdellä on noin 8 000 valovuotta.

 

 

Tutkijaryhmän havainnot kohdistuivat tämän niin sanotun mikrokvasaarin tuoreimpaan purkaukseen, joka tapahtui vuonna 2015. Tekemällä mittauksia näkyvän valon lisäksi myös infrapuna- radio- ja röntgenalueilla tähtitieteilijät selvittivät, miten purkaus käyttäytyi eri aallonpituuksilla. Siitä puolestaan pystyttiin määrittämään mustan aukon magneettikentän voimakkuus.

Koska kenttä osoittautui selvästi heikommaksi kuin nykyiset mallit antavat olettaa, liittyy mustien aukkojen suihkuihin todennäköisesti ilmiöitä, joita ei vielä tunneta.

Mustia aukkoja koskeva ymmärrys on tärkeää monella tavalla. Se kytkeytyy sekä tähdenmassaisten että supermassiivisten mustien aukkojen syntyyn ja sitä kautta myös galaksien ja koko maailmankaikkeuden kehitykseen.

"Jos palaamme ajassa taaksepäin maailmankaikkeuden varhaisvaiheisiin, alkuräjähdystä seuranneisiin hetkiin, mustien aukkojen ja galaksien välillä näyttää olleen hyvin vahva yhteys. Sekä mustien aukkojen että galaksien synty ja kehitys ovat läheisesti kytköksissä toisiinsa. Tuloksemme on yllättävä ja yritämme selvittää sen seuraukset", tutkimukseen osallistunut Chris Packham Texasin yliopistosta toteaa.

Tutkimuksesta kerrottiin Texasin yliopiston (San Antonio) uutissivuilla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: University of Texas at San Antonio

Mullistava Teraloop taitaa olla megaluokan floppaus

Ti, 04/12/2016 - 09:00 By Jarmo Korteniemi
Teraloopin kineettinen energiavarasto. Kuva: Teraloop

Paljon kiinnostusta ja innostusta herättänyt startup-yhtiö Teraloop väittää keksineensä ratkaisun suurten energiamäärien jatkuvaan varastointiin. Jos tämä pitää paikkansa, yksi suurimmista uusiutuvien energialähteiden ongelmista voi olla pian historiaa. Jos taas ei, on pettymys suuri – ja veronmaksajien rahoja voi valua hommassa hukkaan aivan turhaan.

Idea on yksinkertainen: Ylijäämäenergia varastoidaan jopa useiden päivien ajaksi suuren massan liikkeeseen ympyräradalla.

Kallioon louhittava rata on suojassa ulkomaailman häiriöiltä, ja liikettä vastustava kitka minimioidaan magneettilevitaation avulla. Teraloopin laitteistolla päästään 500 megawatin tehoon ja varastoitavaksi energiamääräksi kaavaillaan 16 gigawattituntia. Skaalattavuus pyöreästi 100 kertaa suuremmaksikin olisi yrityksen väitteiden mukaan myös mahdollista.

Teraloop ilmoittaa saaneensa tukea valtiolta: sekä Fortum että TEKES ovat sen rahoittajien joukossa, minkä lisäksi VTT on Teraloopin yhteistyökumppani. Verorahojen mennessä yrityksen kehittelyyn on oleellista tietää mistä hommassa oikein on kyse.

Projektista ei kuitenkaan ole kerrottu juuri mitään konkreettista julkisuuteen. Se, mitä on kerrottu, pisti muutamien fysiikan ja tekniikan ammattilaisten hälytyskellot soimaan.

Riippumaton työryhmä innostui tekemään laskelmia idean toimivuudesta. Jättimäisen junan 1300 metrin sekuntivauhti ja 70 g:n kiihtyvyys eivät kuulosta realistisilta.

Mikäli tiistaiaamuna julkaistut laskelmat pitävät kutinsa, Teraloopin ehdottama systeemi on erittäin vaikea toteutettava, ehkä jopa käytännössä mahdoton.

Ongelmana luonnonlait

Teraloopin ainoassa toistaiseksi julkisessa patenttihakemuksessa puhutaan 70 miljoonan kilogramman massasta. Siis 70 000 tonnia, eli vastaa noin tuhatta tyypillistä VR:n veturia. Laitteistoa voi siis hyvinkin kutsua massajunaksi.

Jotta junan liikkeeseen saadaan varastoitua luvattu täysi 16 GWh:n kapasiteetti, se täytyy kiihdyttää huimaan vauhtiin. Huippunopeus olisi lähes 1300 metriä sekunnissa, eli liki nelinkertaisesti äänen nopeus ilmassa.

Yliääninopeudesta johtuvien shokkiaaltojen vuoksi voitaneen olettaa, että junatunneli pumpataan ilmasta tyhjäksi. Tuo, tai suuren nopeuden saavuttaminenkaan, ei kuitenkaan ole muuta kuin vain ratkaistavissa oleva tekninen haaste. Todellinen ongelma on nimittäin kaareva rata, eikä sitä niin vain ratkaistakaan.

Massajunaa on tarkoitus pyörittää ympyräradalla, jonka leveys on 5 kilometriä ja kokonaispituus vajaat 16 km. (Skaalaus on toki mahdollista, mutta mikäli radasta tulee merkittävästi pidempi, siihen kuluu enemmän rahaa ja materiaaleja. Pienempi rata taas kasvattaa nopeutta ja ongelmien suuruusluokkaa, mikäli varastointikapasiteetti halutaan pitää samana.)

Huippunopeudella kulkiessaan juna pyrkii puskemaan itseään ulkokaarretta kohti 70 g:n kiihtyvyydellä. Tuo on samaa luokkaa kuin jyrkkää rataa kiertoradalta Maahan palaavilla aluksilla. Miehittämättömillä siis – ihminen ei tuota mitenkään kestäisi.

Ympyräradalla huristelevan massajunan suunta muuttuu jatkuvasti, mutta juna haluaisi jatkaa viivasuoraan. Ilmiö tunnetaan kansankielessä nimellä keskipako(is)voima. Jos junassa olisi 80 kg massainen matkustaja (joka vielä selviää kiihtyvyydestä), hänestä tuntuisi tuolloin että painaakin 5600 kg!

Ainoa mikä pitää junan irti tunnelin seinästä on magneetit. Työryhmän laskelmien mukaan tarvitaan 3 T (teslan) suuruinen magneettikenttä, jotta vehje pysyy radallaan ja irti seinistä. Hieman voimakkaampi kuin magneettikuvauslaitteiden kenttä, mutta ulottuvuuden täytyy kattaa koko 16 km pituinen juna. Pahaksi onneksi kaikki tunnetut kestomagneetit kuitenkin tuhoutuisivat sellaisessa kentässä.

Korvaajaksi kelpaavat sähkömagneetit, mutta riittävä määrä taas painaisi monin verroin itse junan verran. Kentän luominenkin vaatisi lähes yhtä paljon energiaa kuin mitä junaan on tarkoitus varastoida.

Sekä junan nopeus, magneettikenttä, että kiihtyvyys antavat osviittaa siitä, että jotain on nyt pielessä. Joko tietoisesti tai vahingossa. On vaikea sanoa, kumpi on pahempi vaihtoehto.

Vaikka startup-yritysten kuuluukin lupailla rahoittajille kuu taivaalta, rajansa kaikella. Voiko todella olla niin, että valtiolta rahoitusta saanut projekti osoitetaan käytännössä mahdottomaksi lukiotason fysiikalla? Uutta tietoa: Vihreän Langan saaman tiedon mukaan TEKES on myöntänyt Teraloopin kehittämiseen enintään 260 000 euron laina. Myöntö perustuu arvioon, jonka mukaan Teraloop on toteuttamiskelpoinen hanke.

Voi vain toivoa, että ideaa kriittisesti katsonut työryhmä on väärässä. Mutta silloin Teraloopilla pitäisi olla jokin vielä julkistamaton patenttiässä tai muutama hihassaan.

Emme useista yrityksistä huolimatta saaneet yrityksen johtavia edustajia kiinni arvioiden paikkansapitävyyden varmistamiseksi tai lausunnon saamiseksi.

Entä jos laite hajoaa?

Teraloopin massajunan onnettomuus voisi ainakin teoriassa olla tuhoisa.

Täydessä energialastissa ollessaan junan liike-energia vastaa noin 14 TNT-kilotonnia, eli pyöreästi Hiroshiman atomipommia. Massajunan 'raiteilta' suistuminen siirtäisi energian suoraan ympäröivään kallioon.

Syntyvän maanjäristyksen voimakkuus olisi magnitudiltaan noin 4. Ero ydinlatinkiin tai maanjäristykseen olisi, ettei tärähdyskohta missään nimessä olisi pistemäinen. Energiamäärä jakautuisi räjähdysten sarjana pitkin koko tunnelia.

Patenttihakemuksessa puhutaan myös skaalattavuudesta useiden terawattituntien varastointiin. Sellaisen massajunan seinään ajo vastaisi muutamien megatonnien ydinräjähdystä, ja saisi aikaan mag 7 maanjäristyksen.

Uutta tietoa 12.4.2016 klo 14.30: Kävimme lyhyen sähköpostikeskustelun Teraloopin Chief Operations Officerin kanssa. Ensimmäinen vastaus (alla) oli ilmeisesti täsmälleen sama valmiiksi muotoiltu vastaus kuin minkä Vihreä Lankakin sai, mutta lopulta saimme kysymyksiimme suorat vastaukset: Yhtiö ei halua kommentoida haettujen tai jo myönnettyjen patenttien määrää tai laatua, tai laskuissa käytettyjen suureiden totuudenmukaisuutta tai realistisuutta, eikä antaa käyttöömme edes vihjeitä realistisempia tuloksia tuottavista arvoista. "This information is unfortunately confidential", vastasi yhtiön edustaja ykskantaan.

*

Tiedetuubi raportoi tässä asiasta yht'aikaisesti Vihreän Langan kanssa.

Juttu pohjautuu kuuden fysiikan ja tekniikan alan ammattilaisen blogeissaan (Zygomatica, PassiiviIdentiteetti, Gaia, Kaikenhuippu, Palautekytkentöjä) julkistamiin laskelmiin.

Alla Teraloopin edustajan viesti, joka summaa yhtiön suhtautumisen kritiikkiin varsin hyvin. Ensin suomeksi käännettynä, sitten alkuperäiskielellä englanniksi.

Lähettäjä: Philippe Pepin
Vastaanottaja: Jarmo Korteniemi

Hei, Jarmo

Ensinnäkin, kiitoksia mielenkiinnostanne projektiamme kohtaan; olemme tyytyväisiä huomatessamme yleisön kiinnostuvan Teraloopista. Haluamme kuitenkin nyt selkiyttää eron useissa lehdissä julkaistun käsitteellisen käyttökelpoisuuden, sekä julkaisemattoman tavoitteellisen suorituskyvyn välillä.

Teraloopin menetelmän käyttökelpoisuutta on tutkittu pitkäaikaisesti Teknologian tutkimuskeskuksessa (VTT), joka teki tarkan käyttökelpoisuustutkimuksen luonnossuunnitelmastamme. Tuloksena saadut käyttökelpoisuusraportit osoittavat suurta potentiaalia, mutta kommentoijien pitäisi ymmärtää, että lopullinen kaupalllistettu tuote, joka on suunniteltu parametreiltään ja suorituskyvyltään optimaaliseksi eikä maksimaaliseksi.

Jatkuva kehityksemme ei ole julkista emmekä vastaa spekulaatioihin massan emmekä magneettisten tai sähköisten systeemien rakenteiden osalta. Korostamme kuitenkin, että turvallisuus ja joustavuus [sietokyky?] ovat avainasemassa suunnittelutyössämme.

Toivomme, että Suomen riippumaton teknologiayhteisö tukee tässä tilanteessa suomalaista innovaatiota; teemme jatkuvaa tilannekatsausta saatavilla olevista resursseistamme ja odotamme innolla päästäksemme työskentelemään kyvykkäiden yksilöiden ja organisaatioiden kanssa, siirtyessämme eteenpäin etenemissuunnitelmamme mukaisesti.

Ystävällisin terveisin,
Philippe

==========

From: Philippe Pepin
To: Jarmo Korteniemi

First of all, we thank you for your interest in our project; we are pleased to note the public interest towards Teraloop. We would like to take this opportunity however to disambiguate between the conceptual feasibility, published in a number of journals, and our target performance parameters, which are not published.

The feasibility of Teraloop’s system has been the subject of a long term evaluation by Teknologian tukimuskeskus VTT, who conducted a rigorous feasibility study of our concept design. The resulting feasibility reports show great potential but commentators should understand that a final commercialised product will have design parameters selected for optimal, rather than maximum, performance.

Our continued developments are not in the public domain and we will not respond to speculation as to the configurations of mass, magnetic or electrical systems. However we do emphasise that security and resilience are key considerations during our development.

We hope that the independent tech community in Finland will take the opportunity to be supportive of a Finnish innovation; we are continually reviewing our available resources and look forward to working with talented individuals and organisations as we progress through our development roadmap.

Kind regards,
Philippe

 

Päivitys 12.4.2016 klo 11.50: Korjattu muutamia typoja ja lisätty selittäviä lauseita.

Otsikkokuva: Teraloop

Revontulia! Tällä kertaa Marsissa

Pe, 11/06/2015 - 07:29 By Markus Hotakainen
Marsin revontulia

Maa ei ole ainoa planeetta, jonka yötaivaalla leiskuvat toisinaan revontulet. Jupiterilla ja Saturnuksella on voimakkaat magneettikentät, jotka saavat aikaan niiden napaseuduille samanlaisen ilmiön kuin maapallon lähiavaruudessa on havaittavissa, mutta revontulia on myös Marsissa.

Naapuriplaneetallamme ei ole enää samanlaista kattavaa magneettikenttää kuin Maalla, mutta muinoin sellainen on ollut. Ja siitä on edelleen rippeet jäljellä. Etenkin eteläisen pallonpuoliskon ylänköalueilla on havaittavissa heikkoa magneettisuutta.

Aurinkotuulen mukana kulkevat hiukkasmyrskyt voivat aiheuttaa revontulia myös ilman magneettikenttää, sillä suoraan planeetan kaasukehään iskeytyvät hiukkaset virittävät kaasuatomeita ja -molekyylejä siinä missä magneettikentän ohjaamat hiukkasetkin. Magneettikenttä kuitenkin voimistaa ilmiötä.

Vuodesta 2003 lähtien Marsia tutkinut Euroopan avaruusjärjestön Mars Express -luotain havaitsi pian saapumisensa jälkeen tietyillä alueilla ultraviolettialueella loimottavia revontulia. Yli kymmenen vuoden aikana kertyneiden havaintojen perusteella tutkijat ovat nyt hahmottaneet missä ja miten marsilaiset revontulet syntyvät. 

"Ultraviolettirevontulet ovat osoittautuneet hyvin harvinaisiksi ja lyhytaikaisiksi: ne kestävät vain joitakin sekunteja. Vaikka Mars Express kulkee samojen alueiden ylitse useita kertoja, tietyllä paikalla havaitut revontulet eivät näytä toistuvan myöhemmin", toteaa Lauriane Soret Liègen yliopistosta.

Kaikkiaan 113 ratakierroksesta, joilla luotain katsoi alaspäin planeetan yöpuolelle, ainoastaan yhdeksällä havaittiin revontulia. Joillakin kierroksilla niitä näkyi useamman kerran, joten kaikkiaan positiivisia havaintoja kertyi 16.

Kolme kertaa revontulia havaittiin, kun luotain tarkasteli Marsin kaasukehää viistossa kulmassa. Silloin voitiin määrittää niiden korkeus, joka oli keskimäärin 137 kilometriä.

 

 

Ylläolevaan kuvaan on merkitty kaikki revontulihavainnot valkoisilla palloilla. Eri värit kertovat heikon magneettikentän ominaisuuksista. Punaisilla alueilla magneettikentän voimaviivat ovat suljettuja silmukoita, violeteilla ne ovat avoimia ja jatkuvat kauas avaruuteen.  

Mars Express pystyi revontulia havaitessaan mittaamaan myös kaasukehään iskeytyvien elektronien energioita. Kun tutkijat yhdistivät kaikki luotaimen tekemät havainnot, kävi ilmi, että revontulien esiintyminen edellyttää erityisiä olosuhteita ja niitä näkyy ainoastaan avointen ja suljettujen magneettisten voimaviivojen raja-alueilla.

Mittaukset paljastivat myös odottamattoman poikkeaman elektronipurkausten ja revontulien esiintymisalueiden välillä. Se kertoo elektronien liikettä ohjaavien magneettikentän voimaviivojen kallistuneen planeetan pinnan suhteen. 

"Näyttää siltä, että säteilyn syntyä ohjaa tietynmallinen paikallinen magneettikenttä: kun se alkaa avautua, syntyy sateenvarjomainen muoto, joka päästää läpi energisiä elektroneja", selittää Jean-Claude Gérard.

Elektronit saavat lisävauhtia magneettikentän voimaviivojen suuntaisissa sähkökentissä ja törmäävät kaasukehän hiilidioksidimolekyyleihin, mistä on seurauksena ultraviolettialueen revontulia.

"Olemme havainneet, että Marsin kuoren magneettisiin alueisiin liittyvät ultraviolettirevontulet ovat hyvin rajallisia, harvinaisia ja ohimeneviä ilmiöitä, joissa tapahtuu sekä ajallisia että paikallisia muutoksia. Ne poikkeavat huomattavasti muilla planeetoilla esiintyvistä revontulista", päättää Soret.

Tutkimuksesta kerrottiin ESAn uutissivuilla sekä Icarus- ja Journal of Geophysical Research: Space Physics -tiedelehdissä (maksullisia).

Kuva: ESA / J.-C. Gérard et al.

Tässä tulee Vlasiator eli Maan magneettikenttä ryijynä

To, 07/30/2015 - 14:47 By Jari Mäkinen

Päivän kuvaIlmatieteen laitoksella on avoinna vielä parin päivän ajan Tieteestä taidetta -minitaidenäyttely, jossa on esillä on myös päivän kuvana oleva 2 407 nailonlangasta koottu avaruusryijy, johon teollinen muotoilija Timo Rytkönen on saanut inspiraation Maan magneettikentästä.

Lisäksi mukana on taiteilija Eija Hakkolan ”Taivaanpyörä”-teos, jonka teknisestä toteutuksesta on vastannut Antti Sinkkonen Aalto-yliopistosta. Työ koostuu neljästä rasteripintaisesta lasilevystä, joita pyörittävät moottorit. Lasien rasteripintojen osuessa kohdalleen muodostuu näkyviin nelivärinen pilvikuva.

Teosten innoittajana ja aiheina ovat ensimmäiset globaalit plasmasimulaatiot, jotka on tehty uuden hybridi-Vlasov-simulaatiomallin avulla.

Vlasiator on uusi kineettinen malli, joka on suunniteltu simuloimaan maan magneettikehää. Malli on laskennallisesti erittäin raskas ja sitä ajetaan Hornet-supertietokoneella, joka on yksi Euroopan tehokkaimmista. Vlasiator avaa mielenkiintoisia uusia mahdollisuuksia Maan plasmaympäristön tutkimuksessa.

Näyttely on avoinna 31.7. saakka klo 10-14 Ilmatieteen laitoksen aulatiloissa, osoitteessa Erik Palménin aukio 1, Helsinki.

Punaisen planeetan vihreä taivas

Su, 05/24/2015 - 09:45 By Markus Hotakainen

Viime vuoden joulukuussa Marsin kaasukehää tutkiva MAVEN-luotain havaitsi naapuriplaneetallamme revontulia, jotka yllättivät tutkijat. "Jouluvaloiksi" ristitty ilmiö ulottui hyvin laajoille alueille ja olisi värjännyt punaisen planeetan taivaan vihreäksi – jos joku olisi ollut sitä pinnalla katsomassa.

Marsissa on havaittu revontulia aiemminkin. Jo vuosikymmen sitten Euroopan avaruusjärjestön Mars Express -luotain havaitsi ultraviolettialueen hehkua eteläisen pallonpuoliskon magneettisten alueiden yläpuolella. Marsin revontulia on kuitenkin pidetty hyvin paikallisena ilmiönä.

Marsilla ei ole samanlaista koko planeetan sisäänsä kietovaa magneettikenttää kuin Maalla. Naapuriplaneettamme magneettisuus on paikallista ja kenttä muodostaa sinne tänne sateenvarjomaisia kupoleita, jotka kohoavat pinnalta kohti avaruutta. Ne ovat jäänne voimakkaammasta magneettikentästä, joka hiipui jo miljardeja vuosia sitten. 

Revontulet syntyvät, kun Auringon purkauksissa avaruuteen sinkoutuneet varatut hiukkaset törmäävät planeetan kaasukehään. Törmäyksissä kaasukehän atomit ja molekyylit saavat energiaa, joka vapautuu säteilynä. 

Maan magneettikenttä ohjaa avaruuden hiukkaset napaseutuja ympäröiville alueille, ja siksi revontulia näkyy usein esimerkiksi Lapissa. Marsissa tilanne on toinen. Tutkijat olettivat, että vaatimattomia revontulia esiintyisi vain magneettisten "sateenvarjojen" seutuvilla, mutta nyt näyttää siltä, että niitä on muuallakin.

"Hiukkaset syöksyvät kaasukehään missä milloinkin”, toteaa Nick Schneider, joka johtaa MAVEN-luotaimen ultraviolettialueen tutkimusta. "Auringon magneettikenttä tunkeutuu Marsin kaasukehään, joten aurinkotuulen hiukkaset voivat päätyä sen ohjaamana minne päin planeettaa tahansa."

MAVEN-luotaimen viime vuoden lopulla tekemien havaintojen mukaan revontulia esiintyy Marsissa jopa alle sadan kilometrin korkeudella, kun maapallolla ne ovat yleensä useamman sadan kilometrin korkeudessa, alimmillaankin vähintään sadassa kilometrissä.

Sekä MAVEN että Mars Express ovat havainneet marsilaisia revontulia ultraviolettisäteilyn aallonpituuksilla. Tutkijoiden mukaan niitä saattaa esiintyä myös näkyvän valon alueella. Vaikka Marsin kaasukehä on suurimmaksi osaksi hiilidioksidia, siinä on myös jonkin verran happea. Kun varatut hiukkaset törmäävät happiatomeihin, ne säteilevät vihreää valoa.

"Marsin taivaalla voi hyvinkin näkyä vihreää hehkua, kun Auringosta tulee suuria määriä energisiä hiukkasia", Schneider toteaa.

Revontulista kerrottiin NASAn uutissivuilla.

Kuva: University of Colorado