magneettikenttä

Satelliittiparvi mittaa Maan magneettikenttää

Marraskuussa 2013 laukaistujen Swarm-satelliittien avulla saadaan ennennäkemättömän tarkkaa tietoa Maan mutkikkaasta magneettikentästä, joka suojaa meitä avaruuden kosmiselta säteilyltä ja varattujen hiukkasten pommitukselta.

ESAn satelliittien välittämät ensimmäiset tulokset kertovat, millaisia muutoksia magneettikentässä parhaillaan on tapahtumassa. Puolen vuoden aikana tehdyt mittaukset vahvistavat, että kenttä on kaiken aikaa heikkenemässä.

Nopeinta muutos on läntisellä pallonpuoliskolla. Muilla alueilla, esimerkiksi Intian valtameren eteläosissa, magneettikentän voimakkuus on jopa kasvanut. Samalla magneettinen pohjoisnapa on vaeltamassa hitaasti kohti Siperiaa.

Nyt havaitut muutokset liittyvät Maan ytimessä esiintyviin ilmiöihin. Tulevien kuukausien aikana tutkijoiden tavoitteena on selvittää, miten muut tekijät, kuten maapallon vaipassa, maankuoressa ja valtamerissä sekä ionosfäärissä ja magnetosfäärissä tapahtuvat muutokset vaikuttavat kokonaisuuteen.

Tulokset antavat uutta tietoa erilaisista luonnonilmiöistä, joita esiintyy niin syvällä planeettamme sisuksissa kuin Maan lähiympäristössä havaittavassa avaruussäässä, joka vaihtelee Auringon aktiivisuuden mukaan. Samalla saadaan parempi käsitys siitä, miksi magneettikenttä on heikkenemässä.

"Jo ensimmäiset tulokset osoittavat, että Swarm-satelliitti toimivat erinomaisesti", toteaa Rune Floberghagen, joka johtaa ESAn Swarm-ohjelmaa. "Huippuluokan erotuskyvyllään Swarm pystyy kartoittamaan magneettikentän pieniäkin yksityiskohtia."

Swarm jatkaa tanskalaisen, yhä toiminnassa olevan Ørsted-satelliitin sekä saksalaisen Champ-satelliitin työtä. Uusimman satelliitin keskeinen mittalaite, magneettikentän suuntaa ja voimakkuutta mittaava Vector Field Magnetometer, on rakennettu Tanskassa, jonka kansallisella avaruusinstituutilla on keskeinen rooli Swarm-tutkimuskeskuksen toiminnassa. Siellä kehitellään satelliittien välittämien tietojen avulla malleja, jotka kuvaavat magneettikentän syntyyn vaikuttavia eri tekijöitä. Mukana on kaikkiaan 11 tutkimuslaitosta Euroopasta ja Kanadasta.

 

Kolmikko tutkii Maan magneettikenttää

To, 11/21/2013 - 11:35 By Jari Mäkinen

Venäjällä, vain viitisensataa kilometriä Suomesta itään sijaitsevassa Plesetskin kosmodromissa on siviilikäyttöön muunnettu mannertenvälinen ohjus laukaisuvalmiina. Sen nokassa on Euroopan avaruusjärjestön kolme magneettikenttää tutkimaan lähtevää satelliittia ja jos kaikki käy hyvin, tämä Swarm-niminen kolmikko pääsee matkaan huomenna perjantaina 22.11. klo 14:02 Suomen aikaa. Laukaisua voi seurata mm. ESAn nettisivuilla.

Swarm-lennon tarkoituksena on siis tutkia maapallon magneettikentää. Vaikka planeettamme magneettisuutta harvemmin tulee ajatelleeksi, on se mukana monissa asioissa alkaen niinkin konkreettisesta kuin suunnistamisesta, päätyen siihen, että lähes kaikki elämä ja toiminta Maan pinnalla tapahtuu magneettikentän huomaamattomassa huomassa. Magneettikenttä sekä sähkövirrat maapallon sisällä ja ulkopuolella ovat vaikuttaneet täällä kaikkeen koko planeettamme historian ajan.

Elintärkeä magneettisuus

Mikäli Maalla ei olisi voimakasta magneettikenttää, todennäköisesti meitäkään ei olisi täällä: magneettikentän voi ajatella suureksi kuplaksi maapallon ympärillä. Se suojaa meitä kosmiselta säteilyltä ja Auringosta tulevalta hiukkasvirralta, aurinkotuulelta. Ilman magneettikentän suojaa olisi esimerkiksi ilmakehä kadonnut avaruuteen hieman samaan tapaan kuin on tapahtunut Marsissa.

Magneettisuus vaikuttaa myös moniin lähiavaruuden ilmiöihin sekä avaruussäähän. Revontulet tanssivat taivaalla magneettisten voimaviivojen suuntaisesti ja magneettikenttä ohjaa revontulet synnyttävät hiukkaset pohjoisille ja eteläisille alueille.

Vaikka tiedämme, että Maan magneettikenttä on tärkeä, emme tunne sitä kovinkaan hyvin. Pitkäaikaisissa magneettikentän mittauksissa, joita on tehty muun muassa ennätyksellisen kauan ja hyvin Suomessa, on huomattu miten magnettisuus on jatkuvassa muutoksessa. Magneettiset navat, pohjoinen ja etelä, siirtyvät koko ajan ja magneettikentän voimakkuus vaihtelee. Parin tuhannen vuoden välein magneettikentän suunta vaihtuu, jolloin pohjoisesta tulee etelä ja päinvastoin. Nyt magneettikenttä näyttää olevan heikentymässä ja on mahdollista, että napaisuuden vaihdos on jälleen tulossa. Mutta milloin ja mitä vaikutuksia sillä on – sitä ei osata sanoa!

Magneettikentän mittaajakolmikko

Swarm-satelliittien avulla toivottavasti näihin kaikkiin kysymyksiin saadaan vastauksia. Avaruus on paras paikka kartoittaa tarkasti Maan koko magneettikenttä, koska sieltä voidaan havaita samalla tavalla magneettikenttää joka puolelta planeettaa. Satelliittien avulla saadaan myös tietoa Maan sisustasta, kuorikerroksesta, mantereista ja meristä, minkä lisäksi avaruudesta voidaan myös mitata ionosfääriä sekä magnetostääriä kaukana pinnan yläpuolella.
 

Swarm on yhden satelliitin sijaan kolmen samanlaisen satelliitin muodostelma. Kukin satelliiteista on 9,1 metriä pitkä, 1,5 metriä leveä ja 0,85 metriä korkea, ja ne on suunniteltu siten, että ne mahtuvat limittäin ja pitkittäin asetettuna sopivasti raketin pyöreään nokkakartioon. Avaruudessa ne irtaantuvat omille teilleen. Yhden satelliitin massa on 472 kg, mistä 106 kiloa on polttoainetta, jonka oletetaan riittävän ainakin neljän vuoden toimintaan avaruudessa.

Satelliiteista kaksi kiertää Maata lähellä toisiaan radalla, joka kulkee lähes maapallon napojen kautta soikealla kiertoradalla, jonka korkeus vaihtelee 460 km:n ja 300 km:n välillä. Kolmas satelliitti ohjataan hieman erilaiselle kiertoradalle noin 530 km:n korkeuteen siten, että rata leikkaa aluksi loivassa kulmassa kahden muun satelliitin rataa. Kun ajan myötä radat menevät enemmän ristiin, ovat lopulta kolmen vuoden kuluttua kiertoradat 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden. Näin magneettikenttää voidaan mitata samanaikaisesti eri puolilta maapalloa, mikä parantaa oleellisesti mittausten kattavuutta ja tarkkuutta.

Havaintolaitteina satelliiteissa on kaksi erilaista magnetometriä ja sähkökenttämittari nelimetrisen puomin päässä. Lisäksi mukana on "normaalit" varusteet, kuten kiihtyvyysmittarit, tarkat GPS-vastaanottimet ja laserheijastin.

Eurooppalaisten tutkimuslaitosten ja yhtiöiden lisäksi Kanada on voimakkaasti mukana Swarm-hankkeessa. Suomalainen Patria on rakentanut satelliittien virranjakoyksiköt Tampereella.

Swarm-lennon esittelyvideo:

Päivän kuva 13.10.2013: Descartesin kenttä

Su, 10/13/2013 - 00:43 By Markus Hotakainen

Ensimmäisiä magneettikenttää kuvaavia piirroksia on ranskalaisen filosofin René Descartesin esitys, jonka hän julkaisi vuonna 1644 ilmestyneessä kirjassaan Principia Philosophiae. Descartesin teorian mukaan magnetismi aiheutuu pienistä kierteisistä hiukkasista, jotka lähtevät magneetin (tai kuten kuvassa, Maan) pohjoisnavalta ja palaavat eteläiseen napaan. Kun nämä “kierreosaset” kulkevat rautakappaleiden lävitse, ne saavat aikaan vetovoiman. Skottitutkija James Clerk Maxwell yhdisti 1860-luvulla magneettiset ja sähköiset ilmiöt sähkömagnetismiksi ja 1960-luvulla yhdysvaltalaiset Sheldon Glashow ja Steven Weinberg sekä pakistanilainen Abdus Salam edelleen sähkömagneettisen ja heikon vuorovaikutuksen sähköheikoksi voimaksi. 1970-luvulta lähtien on yritetty kehittää suurta yhtenäisteoriaa, joka yhdistäisi samaan nippuun myös vahvan vuorovaikutuksen. Siinä ei kuitenkaan ole vielä onnistuttu.