magnetosfääri

Auringon myrskyt sytyttävät Jupiterin röntgenrevontulet

Ke, 03/23/2016 - 07:32 Markus Hotakainen
Jupiterin revontulet

Jupiterissa esiintyy revontulia siinä missä Maassakin. Ne ovat keskittyneet samaan tapaan planeetan napaseuduille, mutta ovat paljon voimakkaampia.

Jättiläisplaneetan revontulet roihahtavat tavallistakin kirkkaammiksi, kun Auringossa tapahtuu voimakkaita purkauksia. Hiukkaspilven osuessa Jupiterin magneettikenttään revontulien kirkkaus röntgenalueella on kahdeksan kertaa normaalia suurempi. Silloin ne päihittävät Maan pohjantulet energiamäärissä monisatakertaisesti.

Kun koronan massapurkauksen seurauksena Auringosta singahtaa voimakas hiukkaspuhuri, Jupiterin magnetosfäärin saavuttaessaan se painaa sitä kasaan parin miljoonan kilometrin verran. Samalla se saa aikaan Jupiterin napaseuduilla voimakkaita röntgenalueen revontulia, jotka kattavat Maan kokonaispinta-alaa suuremman alueen.

Kuvapari on yhdistetty Hubble-avaruusteleskoopin ottamista näkyvän valon alueen kuvista ja Chandra-röntgenobservatorion havainnoista. Kahden 11 tunnin havaintojakson aikana kerättiin tietoja, joiden avulla paikallistettiin röntgensäteilyn lähde. 

Samalla määritettiin alueet, joilta on tarkoitus tehdä tarkempia havaintoja sekä Chandralla että Euroopan avaruusjärjestön XMM-röngensatelliitilla. Niiden avulla tarkastellaan yksityiskohtaisemmin Auringosta tulevien hiukkaspurkausten ja Jupiterin magnetosfäärin vuorovaikutusta. 

Jupiterin reposista kerrottiin NASAn uutissivuilla.

Kuva: NASA/CXC/UCL/W. Dunn et al [röntgen], NASA/STScI [näkyvä valo]

Avaruussää iskee myös ekvaattorille

Ti, 08/18/2015 - 08:58 Markus Hotakainen
Ekvatoriaalinen sähkövirtaus

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.

Tutkimuksesta kerrottiin American Geophysical Unionin uutissivuilla ja se on julkaistu Geophysical Research Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Brett A. Carter

Clusterit kylki kyljessä

Cluster on englanninkielisen nimensä mukaisesti neljän pienen satelliitin parvi, jonka Euroopan avaruusjärjestö laukaisi vuonna 2000 tutkimaan Maan magnetosfääriä. 

Ne ovat siis mitanneet ja tunnustelleet liki 15 vuoden ajan Maata avaruudessa Auringon hiukkassäteilyltä suojaavaa magneettista kuplaa ja keränneet samalla paljon kiinnostavaa tietoa niin lähiavarudestamme kuin myös siitä, miten Aurinko vaikuttaa elämäämme täällä maapallolla.

Alun perin Clusterien toivottiin toimivan vain kahden vuoden ajan, mutta koska nelikko on toiminut erinomaisesti, on niiden lentoa pidennetty koko ajan. Ensin vuoteen 2005, sitten vuoteen 2009, sitten vuoteen 2012 ja nyt rahoitus on turvattu vuoden 2016 loppuun saakka. Vaikka satelliitit toimisivat hyvin, koituu kustannuksia lennonjohdosta, yhteydenpidosta sekä tieteellisten mittaustietojen keräämisestä, jakamisesta ja arkistoinnista. Mutta nämä kustannukset ovat varsin pieniä verrattuna siihen, kuinka kiinnostavia tietoja satelliiteilla saadaan.

Nyt, kun Clusterien toiminta ja käyttäytyminen tunnetaan hyvin, ja ne ovat toimineet jo hyvin pitkään, uskalletaan niillä tehdä myös temppuja, joihin ei aiemmin ole rohjettu.

Normaalisti neljä identtistä satelliittia ovat olleet hyvin soikeilla kiertoradoillaan Maan ympärillä toisistaan 600 - 20 000 kilometrin etäisyydellä toisistaan, mutta nyt tammikuussa satelliitit numero 3 ja 4 (nimiltään Samba ja Tango) ohjattiin vain kuuden kilometrin päähän toisistaan. Avaruuden mittakaavassa tämä on hyvin lähekkäin.

Tempun tarkoituksena on mitata paremmin Maan edessä olevan shokkirintaman aivan ulointa osaa, missä Auringosta virtaavien hiukkasten vuo, aurinkotuuli, alkaa hidastua ja kääntyä kohti maapalloa.

“Tieteellinen päämäärämme on saada satelliitit vain muutaman kilometrin päähän toisistaan, jotta voimme tehdä mittauksia hyvin pienessä mittakaavassa”, kertoo Detlef Sieg, Euroopan avaruusjärjestön avaruusoperaatiokeskuksessa ESOC:issa, Darmstadtissa, työskentelevä lentodynamiikka-asiantuntija.

Kun esimerkiksi toinen satelliiteista on jo rintaman ulkopuolella vapaassa aurinkotuulessa ja toinen on edelleen rintaman alueella, voidaan rintaman uloimman osan sijainti määrittää hyvin tarkasti. Tiedämme jo, että sijainti muuttuu koko ajan Auringon aktiivisuuden mukaan, mutta mittauksilla saadaan tietoa rintaman rakenteesta sekä toivottavasti myös siitä, miten rintama elää.

Satelliittien saaminen lähituntumaan vaati tarkkaa etukäteissuunnittelua ja laskemista, sekä rakettimoottorien polttoja siten, että kaksi satelliittia saatiin käytännössä samalle kiertoradalle vain hieman peräkkäin. Näin ne eivät törmää toisiinsa, vaikka ovatkin lähekkäin.

Koska satelliitit eivät ole yhteydessä toisiinsa ja koska niiden sijaintia avaruudessa ei tiedetä kuin parin sadan metrin tarkkuudella, niiden ratamuutokset täytyy tehdä huolella.

“Jokaisella kierroksellaan Maan ympärillä ne ovat kaksi kertaa vain noin kolmen sekunnin lentoajan päässä toisistaan. Juuri tuolloin ne ovat rinnakkain ja toinen satelliitti ohittaa toisen.”

Samba ja Tango saatiin ohjattua onnistuneesti turvallisen lähelle toisiaan 7. tammikuuta ja ne pysyvät näillä paikoillaan ainakin maaliskuun puoliväliin saakka. Kaksi muuta saatelliittia (Rumba ja Salsa) ovat noin 5000 kilometrin päässä ja tekevät siellä omia mittauksiaan.

“Joka kerta kun muutamme muodostelmaamme, pitää sitä suunnitella hyvin”, selittää Clusterin operaatiojohtaja Bruno Sousa.

“Se teettää työtä ja vaatii koordinaatiota niin täällä Darmstadtissa kuin myös tutkimuslaitteiden ohjauskeskuksessa Iso-Britanniassa sekä jokaisen tutkimuslaitteen tutkijaryhmässä.”

“Me myös koitamme koko ajan säästää satelliiteissa olevaa polttoainetta. Samalla varmistamme sen, että törmäyksen riski on mahdollisimman pieni, mutta tämä tulee olennaiseksi asiaksi vasta kun satelliittien välinen etäisyys on vain 1-2 kilometriä.”

Se, että kaksi satelliittia on hyvin lähellä toisiaan, tuo mukanaan myös muutoksia yhteydenpidossa. 

Satelliitit ovat nyt niin lähellä toisiaan, että ne osuvat maa-aseman antennin näkökenttään samanaikaisesti. Siksi satelliittien täytyy käyttää eri aallonpituutta radioliikenteessään. Käytännössä kuitenkin vain yhteen satelliittiin ollaan yhteydessä kerrallaan.