koronan massapurkaus

Magneettinen häkki voi estää Auringon purkauksia

Ma, 02/26/2018 - 10:27 Markus Hotakainen

Auringossa kuohuu kaiken aikaa, kun mutkikas magneettikenttä myllertää sähköisesti varautunutta plasmaa. Voimakkaiden flare-purkausten yhteydessä avaruuteen sinkoutuu valtaisia hiukkaspilviä – mutta ei aina.

Solar Dynamics Observatory -luotaimen avulla on nyt päästy jäljille siitä, miksi rajuistakaan räjähdyksistä ei ole aina seurauksena koronan massapurkausta, joka sopivaan suuntaan lähtiessään osuu Maahan ja sen magneettikenttään aiheuttaen esimerkiksi kirkkaita revontulia.

Tahar Amarin johdolla on tutkittu 24. lokakuuta 2014 tapahtunutta flare-purkausta ja sen jälkimaininkeja, jotka eivät yllättäen olleet kovin kummoiset. Tuolloin Auringon pinnalla oli Jupiterin kokoinen, kahden viimeisimmän aktiivisuusjakson laajin pilkkuryhmä.

Siihen liittyi hyvin monimuotoisia magneettikenttiä ja voimakasta aktiivisuutta. Lopulta alueella tapahtui kaikkein rajuimpaan eli X-luokkaan kuuluva flare-purkaus, mutta sitä ei seurannut koronan massapurkaus, vaikka sellainen tuntui ilmeiseltä.

SDO-luotaimen tekemät havainnot tuolloin vallinneista magneettikentistä yhdistettiin malleihin, jotka kuvaavat Auringon kaasukehän ulko-osan eli koronan magneettikenttiä. Näin saatiin mallinnettua magneettikentissä tapahtuneita muutoksia juuri ennen voimakasta flare-purkausta.

Mallin mukaan Auringon pinnalla kiemurrellut ja tiiviiksi kietoutunut magneettinen "köysi", jollaisten tiedetään liittyvän koronan massapurkauksiin, jäi vangiksi sen yläpuolella olevien magneettikentän voimaviivojen muodostamaan "häkkiin".

Magneettinen häkki käytännössä esti koronan massapurkauksen synnyn. Flare-purkausta edeltävien tuntien aikana auringonpilkun pyörimisliike kieputti köysimäistä rakennetta yhä tiukemmaksi, mikä teki siitä hyvin epävakaan ja räjähdysalttiin. Lopulta purkaus tapahtuikin, mutta "köysi" ei päässyt irtautumaan pinnasta, sillä sen energia ei riittänyt "häkin" murtamiseen.

Mallinnuksen avulla tutkijat pystyivät myös päättelemään, että mikäli häkki olisi ollut hiemankin heikompi, flare olisi saanut aikaan voimakkaan koronan massapurkauksen.

"Pystyimme seuraamaan aktiivisen alueen kehitystä, ennnustamaan purkauksen todennäköisyyden ja laskemaan maksimienergian, joka purkauksessa voi vapautua", Amari toteaa.

Mallista toivotaan työkalua, jolla pystytään ennustamaan Auringon purkauksiin liittyviä ilmiöitä ja niiden vaikutuksia Maan läheisyydessä vallitsevaan avaruussäähän.

Tutkimuksesta kerrottiin NASAn uutissivuilla ja se on julkaistu Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: Tahar Amari et al./Center for Theoretical Physics/École Polytechnique/NASA Goddard/Joy Ng

Iso auringonpilkku ja Maa

To, 04/14/2016 - 11:22 Markus Hotakainen
Auringonpilkku ja Maa

Keskellä Aurinkoa on parhaillaan iso auringonpilkku, joka päihittää läpimitassa Maan halkaisijan mennen tullen.

Päivän kuvaPilkun kohdalla kaasu – tai plasma, jos tarkkoja ollaan – on 1 500 astetta ympäristöään viileämpää. Lämpötilan paikallinen lasku noin 4 000 celsiusasteeseen johtuu Auringon magneettikentästä. 

Pilkun kohdalla kentän voimaviivat läpäisevät "pinnan", jolloin pystysuorat virtaukset hidastuvat. Ne kuljettavat kuuman plasman mukana pinnalle energiaa, jonka havaitsemme valona ja lämpönä. Kun virtauksen vauhti hiipuu, pinnalle noussut plasma ehtii jäähtyä tavallista enemmän ennen kuin lähtee taas vajoamaan syvyyksiin.

Isojen auringonpilkkujen ja -pilkkuryhmien yhteydessä esiintyy usein flare-purkauksia, jotka aiheuttavat koronan massapurkauksia, valtavia avaruuteen sinkoutuvia hiukkaspilviä. Kun sellainen osuu Maan magneettikenttään, voi seurauksena olla kirkkaita revontulia.

Kuva: SDO/HMI

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]

Puuska aurinkotuulessa on tuomassa revontulia

Su, 02/14/2016 - 13:14 Jari Mäkinen


Viime torstaina tapahtunut roihupurkaus Auringossa heitti avaruuteen sähköisesti varattua kaasua, ja osa siitä saapuu tänään illalla maapallon kohdalle. Luvassa on pieni avaruusmyrsky ja kenties revontulia. Koko Suomi on kuitenkin aika tiiviisti pilvien alla, joten tämä näytelmä jäänee näkemättä. Sen sijaan Auringossa oleva suuri korona-aukko saanee aikaan revontulia myös koko alkuviikoksi – ainakin Lappiin.


Auringossa oleva pilkkuryhmä AR2497 on ollut viime päivinä eläväinen. Ensin se tuotti viime torstaina yhden keskiluokkaa olleen purkauksen ja röyhäytti uudelleen hieman voimakkaammin perjantaina. Silloin tuloksena oli M1-luokan roihupurkaus. Vähitellen Auringon sivupuolelle täältä Maasta katsottuna kääntyvä pilkkuryhmä on edelleen aktiivinen ja jatkaa ennusteen mukaan pienten purkausten päästelyä, mutta mitään isompaa näytelmää se tuskin enää tuottaa.

NOAAn avaruussäätä ennustava toimisto arvelee M-luokan purkausten todennäköisyyden olevan 35% ja voimakkaampien X-luokan vain 5%.

Sen sijaan sen kohti Maata sysäämä kaasupilvi saapuu tänne tänään ja saa mahdollisesti aikaan revontulia keskisen Suomen päällekin, kenties etelämmäksikin. Sääennuste on kuitenkin varsin synkkä, joskin kenties huomenna etenkin lounais-Suomessa voi olla taivaskin näkyvissä. Hyvällä onnella revontulia on silloin näkyvissä.

NOAA povaa korkeille leveysasteille suurta revontuliaktiivisuutta seuraaviksi päiviksi ja myös keskikorkeuksille (kuten Etelä-Suomeen ja vastaaville alueille) selvästi kohonnutta aktiivisuutta: tämän päivän todennäköisyys revontulille on 35% ja huomisen 40%. Tosin on mahdollista, että suurin aktiivisuus osuu siihen aikaan, kun Suomessa on päivä.

Ilmatieteen laitoksen avaruussääennuste päivitettäneen vasta huomenna, mutta sen Auroras Now -lupaa hieman kohonnutta geomagneettista aktiivisuutta. 

Joka tapauksessa lähipäivien iltoina kannattaa pitää silmät kohti taivasta.

Kuten yllä oleva NASAn SDO-satelliitin äärimmäisen ultraviolettisäteilyn alueella ottama kuva näyttää, on Auringossa parhaillaan varsin suuri ns. korona-aukko. 

Korona on Aurinkoa ympäröivä kuuman kaasun kehä, joka muuttuu kauemmaksi Auringosta tultaessa vähitellen aurinkotuuleksi, avaruuteen puhaltavaksi harvaksi hiukkasvirraksi. Auringon pinnalla oleva magneettikenttä (tai itse asiassa monimutkainen magneettikenttien verkosto) hillitsee yleensä kaasun pääsyä avaruuteen, mutta toisinaan tilanne pinnalla on sellainen, että koronassa on ikään kuin aukko, mistä aurinkotuuli pääsee suihkuamaan suoraan avaruuteen.

Tällaisia repeytymiä on aina silloin tällöin, keskimäärin kerran kuukaudessa, eikä tilanne ole nytkään mitenkään erityinen, paitsi että aukko on hieman pitkäikäisempi ja juuri nyt se on varsin "avoimena".

Se on syöttänyt jo jonkun aikaa keskimääräistä enemmän ainetta aurinkotuuleen ja siksi olosuhteet pohjoisessa ovat olleet aika suotuisia näyttäville revontulille. Niitä ei kuitenkaan ole näkynyt juurikaan etelämpänä. 

Viikonlopun avoimet aurinkotuuliovet saanevat aikaan pientä avaruusmyrskyä 16. ja 17. helmikuuta, eli tiistain-keskiviikon tienoilla, kun nyt avaruuteen syöksyvä aine saavuttaa maapallon.

Otsikkokuvassa on revontulia Suomesta Nellimistä Natalia Robban kuvaamana.

Entistä tarkempia avaruussääennusteita

Pe, 06/12/2015 - 18:36 Markus Hotakainen

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.

 

 

Vaikeus onkin siinä, että jokainen Maan läheltä pyyhkäisevä hiukkaspilvi ei aiheuta voimakasta avaruusmyrskyä. Seuraukset riippuvat siitä, miten pilven magneettikenttä on suuntautunut suhteessa Maan magneettikenttään. 

Jos kenttien suunnat ovat otolliset, ne kytkeytyvät toisiinsa ja "avaavat oven", jonka läpi hiukkaset pääsevät Maata muutoin suojaavan magnetosfäärin sisään.

Hiukkaspilven mukana kulkeutuvan magneettikentän suunta voidaan määrittää satelliittien avulla, mutta vasta pilven ollessa melko lähellä Maata. Varoitusaikaa jää korkeintaan tunnin verran.

Lontoon Imperial Collegen tutkijaryhmä on kehittänyt Neel Savanin johdolla menetelmän, jolla avaruusmyrskyt pystytään ennustamaan jopa 24 tuntia etukäteen. Siinä ajassa tulevaan myräkkään ehditään varautua.

Aiemmin avaruusmyrskyennusteet perustuivat havaintoihin hiukkaspilven magneettikentän suunnasta sen lähtiessä Auringosta. Suunta kuitenkin muuttuu miljoonien kilometrien mittaisen matkan aikana, mutta sitä ei ole pystytty arvioimaan.

Savanin menetelmässä pilvestä tehdään satelliittien ja luotainten avulla havaintoja pitkin matkaa, ja mittausten perusteella mallinnetaan magneettikentän suunnassa tapahtuvia muutoksia. Mallia on testattu kahdeksalla aiemmalla hiukkaspurkauksella, joiden ominaisuudet ja seuraukset maapallolla tunnetaan. 

Tulokset ovat olleet lupaavia ja menetelmästä odotetaan toimivaa työkalua tuhoisien avaruusmyrskyjen ennustamisessa. Jos jatkotutkimukset osoittavat sen luotettavaksi, sitä aletaan käyttää sekä Yhdysvalloissa että Isossa-Britanniassa entistä tarkempien ennusteiden laatimiseen.

Uudesta menetelmästä kerrottiin Lontoon Imperial Collegen uutissivuilla ja tutkimus julkaistiin Space Weather -tiedelehdessä (maksullinen) 9. kesäkuuta.

Kuva: NASA

 

Revontulet värittivät taivaan

Ti, 03/17/2015 - 20:59 Markus Hotakainen

Tiistaina puoliltapäivin Ilmatieteen laitoksen avaruussäätiedotteessa todettiin, että "Geomagneettinen myrsky on käynnissä, ja myös yöllä on odotettavissa rauhatonta avaruussäätä. Revontulet ovat todennäköisiä koko maassa."

Ennuste osui täsmälleen oikeaan, sillä taivaalla lepatti reposia pian auringonlaskun jälkeen – oikeastaan heti, kun taivas oli riittävän tumma niiden erottamiseksi. Näytelmä rauhoittui vähän illan edetessä, mutta äityi hyvin voimakkaaksi heti puolenyön jälkeen. Silloin eläviä, säkenöiviä, lähes koko taivaan laajuudella tanssivia revontulia näkyi jopa kaikkien kaupungin valojen seasta katsellen Helsingin keskustassa!

Pitkälle aamuyöhön jatkunut revontulinäytelmä valaisi taivasta eteläisimmässäkin Suomessa ja taivaanpalot välkehtivät etelän suunnallakin. Taivaantarkkailijat jopa Hollannissa näkivät taivaalla heikkoa vihertävää harsoa, mikä niin etelässä on erittäin harvinaista.

Suurimman osan ajasta paljain silmin katsellessa revontulissa ei erottunut kunnolla värejä, mutta kameralla tallentui niin vihreää, punaista, keltaista kuin violettiakin sävyä. Toisinaan värit tulivat näkyviin myös valosaasteen keskeltä.

Revontulia Espoon Nuuksiossa. Klikkaa kuvia suuremmiksi.

Se oli tuplamyrsky

Taivaallisen ilmiön taustalla on geomagneettinen myrsky, joka alkoi tänä aamuna kello 6.40. Myrsky on seurausta sunnuntaisesta Auringossa tapahtuneesta koronan massapurkauksesta, joka sinkosi avaruuteen suuren hiukkaspilven. 

Kymmenen tuntia myöhemmin myrsky oli jo voimistunut "ankaraksi" ja sen myötä Maan ilmakehään syöksyi magneettikentän ohjaamana sähköisesti varattuja hiukkasia. Kun ne törmäilevät ilman happi- ja typpiatomeihin ja -molekyyleihin, ne luovuttavat energiaa, joka jonkin ajan kuluttua purkautuu säteilynä. Osa siitä on näkyvää valoa – ja me näemme sen revontulina.

Avaruussäätutkijoiden käyttämä ns. myrskyindeksi oli vahva koko illan ajan, eli energiaa tuli voimakkaasti lähiavaruudesta ionosfääriin ja se pääsi heti virittämään ilman molekyylejä ja atomeja. 

"Energiaa myös latautui magneettikehän pyrstöön, ja pyrstön katketessa tuli hyvin voimakkaat revontulet", selittää avaruussääekspertti, tutkijaprofessori Minna Palmroth Ilmatieteen laitokselta. "Myrskyjen aikana tapahtuu molempia, sekä energiaa syöttyy suoraan, että pyrstö vähän väliä katkeilee. Pyrstön katkeamisesta kertoo ns. alimyrskyindeksi. Nyrkkisääntönä voisi sanoa, kun Dst on alle -100 nT ja AE yli 1500 nT, niin silloin tulet on voimakkaimmillaan etelä-Suomessa."

Mittaustiedoista näkee selvästi, että voimakkain pyrstön katkeamistapahtuma oli noin klo 16 Suomen aikaa, ja toinen puolilta öin.

"Noin voimakkaissa tapahtumissa hidut kiihtyvät kovaan vauhtiin, ja tuloksena on tosi kirkkaat tulet", Palmroth toteaa.

Ennusteet lupaavat kohonnutta aktiivisuutta myös lähipäiville, joten nyt keskiviikkona illalla kannattaa jälleen pitää silmät auki ja ennen kaikkea suunnata ne taivaalle. Moni kulkija Helsingin keskustassakin eilen illalla ja yöllä tuijotti tavalliseen tapaansa alas, vaikka yksinkertaisesti pään ylös kääntämällä olisi nähnyt varmasti erään elämänsä upeimman valoshow'n!

Tilanteen kehittymistä voi seurata kätevästi Ilmatieteen laitoksen Auroras Now! -palvelussa.

Kuvat Nuuksiosta ovat Markus Hotakaisen ja Helsingistä Jari Mäkisen.