Kesäisenä sadepäivänä pilvien jo hiljalleen hajaantuessa taivaalle voi leimahtaa upea sateenkaari. Silloin aurinko pilkahtaa pilvien raosta ja paistaa väistyvän sateen langettamiin pisaroihin. Sateenkaari näkyy aina vastakkaisella puolella taivasta kuin aurinko, koska valo heijastuu sadepisaroista takaisin tulosuuntaansa.

Pelkkä valon heijastuminen vesipisaroista ei kuitenkaan riitä selittämään sateenkaaren värejä, siihen vaaditaan myös valon taittumista. Kun auringonvalo taittuu ja heijastuu vesipisaroissa, valkoiselta näyttävä auringonvalo hajoaa – kirjaimellisesti – sateenkaaren väreihin. Punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigo ja violetti ovat väreinä sitä hehkuvampia ja kirkkaampia, mitä suurempia vesipisarat ovat.

Kun auringonvalo kulkee sadepisaran pinnan läpi, valon kulkusuuntaa muuttuu, koska se siirtyy harvemmasta aineesta tiheämpään: ilmasta veteen. Valo heijastuu kertaalleen pisaran sisäpinnasta ja kun se taas poistuu vesipisarasta, sen kulkusuunta muuttuu jälleen: tällä kertaa se siirtyy tiheämmästä aineesta harvempaan eli vedestä ilmaan.

Kahden taittumisen ja yhden heijastumisen seurauksena valon kulkusuunta muuttuu vesipisarassa aina saman verran, 42 astetta. Siksi sateenkaari näkyy taivaalla vastapäätä aurinkoa ja kaartuu ilmiötä ihailevan katsojan pään varjon ympärille 42 asteen etäisyydellä.

Valon kulkusuunta ei kuitenkaan muutu täsmälleen 42 astetta, sillä valon eri aallonpituudet eli värit taittuvat eri tavoin: punainen taittuu vähiten ja violetti eniten. Siksi punainen väri on sateenkaaren ulkoreunassa ja violetti sen sisäreunassa. Niiden välissä ovat muut värit eli oranssi, keltainen, vihreä ja sininen.

Usein kirkkaan sateenkaaren ulkopuolella näkyy toinen, hieman himmeämpi sivusateenkaari. Sen värit ovat samat kuin pääsateenkaaressa, mutta niiden järjestys on päinvastainen: ulkoreunalla on violetti ja sisäreunalla punainen. Sivusateenkaari on himmeämpi, koska sen synnyttävä valo heijastuu sadepisaran sisällä kahdesti. Jokaisessa heijastumisessa valoa menee hivenen haaskoon.

Uuden mittauksia ja mallinnusta yhdistävän tutkimuksen tulokset ilmakehän pisaroiden kasvunopeuksista useissa eri ympäristöissä on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America -lehdessä. Tulokset osoittivat, että erityisen hitaasti kasvavia hiukkasia ei löydy tai ne ovat niin harvinaisia, että niillä ei ole merkittävää vaikutusta pilvien muodostumiseen. ”Havainto poistaa yhden merkittävän pilvi- ja ilmastomallinnuksen epävarmuuden osoittamalla usein käytetyn oletuksen paikkansapitävyyden”, sanoo tutkimuksessa mukana ollut Ilmatieteen laitoksen tutkija Tomi Raatikainen.

Suuresti vaihtelevat arviot pilvipisaroiden kasvunopeuksista on ollut yksi suuri epävarmuus pilvimallinnuksessa ja erityisesti pilvien ilmastovaikutuksia arvioitaessa. Ilmastomallinnuksella voidaan tutkia ilmastojärjestelmää ja sen eri osia kuten pilvien ja pienhiukkasten vuorovaikutuksia. Ilmastomallinnusta käytetään myös ilmastonmuutoksen voimakkuuden ja vaikutusten ennustamiseen. Aikaisemmin on havaittu, että ainakin laboratorio-oloissa pisaroiden kasvu voi hidastua merkittävästi esimerkiksi silloin, kun pisaran pintaan muodostuu veden tiivistymistä estävä öljymäinen kalvo. Pienhiukkasissa tiedetään olevan huonosti veteen liukenevia orgaanisia yhdisteitä jotka voivat muodostaa tällaisia kalvoja kunhan pitoisuudet ovat riittävän suuria.

Ilmakehän pisaroiden kasvunopeuksista on erittäin vähän tietoa, mutta jos vastaavaa tapahtuisi merkittävissä määrin myös ilmakehän hiukkasissa, tämä pitäisi ottaa paremmin huomioon nykyisin käytössä olevissa pilvimalleissa. Pilvet muodostuvat vesihöyryn tiivistyessä ilmakehän pienhiukkasiin ja pisaroihin eli aerosoliin. Tiivistymisen vuoksi alkuperäisen aerosolin koko kasvaa nopeasti n. 100-kertaiseksi, jolloin niitä aletaan kutsua pilvipisaroiksi. Pisaroiden kasvunopeus vaikuttaa muodostuvan pilven ominaisuuksiin kuten pilvipisaroiden keskimääräiseen kokoon ja lukumäärään. Näillä taas on vaikutus pilven elinikään ja optisiin ominaisuuksiin, eli käytännössä kasvunopeudet ovat osa aerosolien epäsuoraa ilmastovaikutusta.

Tutkimuksen kokeellinen osa perustuu pilviydinlaskurimittauksiin, joita on suoritettu erilaisissa ympäristöissä Pohjois-Amerikassa ja Euroopassa käyttäen sekä kiinteitä mittausasemia että lentokoneita. Pilviydinlaskureissa ilmanäyte altistetaan suurelle ilmankosteudelle, jolloin näytteen hiukkasista alkaa muodostua pilvipisaroita. Mitattu pisaroiden koon vaihtelu kertoo suoraan mahdollisista muutoksista kasvunopeuksissa, mutta myös mittalaite ja olosuhteiden muutokset aiheuttavat vaihteluita. Tämän vuoksi kasvunopeuksien arvioimiseen käytettiin numeerista mallia, joka huomioi olosuhteet ja laitteen asetukset simuloidessaan pisaroiden kasvua laitteen sisällä.

Tutkimus tehtiin pääosin professori Athanasios Nenesin tutkimusryhmässä Georgia Institute of Technologyssä, Atlantassa Yhdysvalloissa, jossa Ilmatieteen laitoksen tutkija Tomi Raatikainen teki kahden vuoden ajan väitöksen jälkeistä tutkimusta. Tulokset on julkaistu arvostetun Proceedings of the National Academy of Science -lehden sähköisessä versiossa ennen lopullista julkaisua tulostetussa lehdessä.

Tämä teksti perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteeseen.

Auringon suunnasta yllättäen ilmestynyt törmääjä vahingoitti yli tuhatta ihmistä Tseljabinskin alueella.

Tuoreimpien laskelmien mukaan Maahan 15. helmikuuta aamulla klo 5:20 Suomen aikaa (9:20 paikallista aikaa) törmännyt kappale oli alun perin noin 17 metriä halkaisijaltaan ollut pieni asteroidi, jonka massa oli noin 10 000 tonnia.

Mikäli kappale olisi lähestynyt Maata toisesta suunnasta, olisi se todennäköisesti havaittu jo etukäteen, mutta nyt se saapui Auringon suunnasta päivätaivaalta, jolloin pikkuplaneettoja etsivät automaattiteleskoopit ja tarkkasilmäiset tähtiharrastajat eivät voineet nähdä sitä.

Se tuli myös hyvin suoraan kohti ja osui ilmakehään loivasti noin 20 asteen kulmassa; mikäli se olisi tullut suorempaan alas, olisi tuho ollut vieläkin suurempaa. Nyt ilmakehän kitkakuumennus sai kappaleen räjähtämään noin 20 kilometrin korkeudessa maanpinnan yläpuolella, jolloin törmäyksen sekä meteoriitinpalasten putoamisen sijaan suurin osa vahingoista tuli räjähdyksen sokkiaallosta ja sen aiheuttamista tuhoista. Ikkunat rikkoontuivat ja lensivät sisälle, kattoja romahti ja rakennuksiin tuli vaurioita.

Räjähdyksen voima oli noin 500 kilotonnia, eli se vastasi noin 30 Hiroshimaan pudotettua ydinpommia. Väläys taivaalla oli Aurinkoa kirkkaampi ja se sinkosi ympärilleen paineaallon lisäksi lämpösäteilyä.

Kyseessä oli merkittävin Maahan avaruudesta osuneen kappaleen törmäys sitten vuoden 1908, jolloin pieni komeetta todennäköisesti putosi samoin Venäjälle, Tunguskan alueelle. Törmäys oli tuholtaan perjantaista suurempi, mutta räjähdyksen voima oli pienempi. Siitä huolimatta noin 50 henkilöä joutui sairaalaan räjähdyksen seurauksena ja lähes 1200 muuta oli hoidettavana.

Painostavan helteisen kesäpäivän kallistuessa kohti iltaa taivaanrantaan voi alkaa kasautua uhkaavan näköisiä pilviä. Ne kasvavat korkeutta ja tummuvat tummumistaan. Aurinko katoaa niiden taakse ja tuulenpuuskat alkavat riepottaa puita. Ukkonen tekee tuloaan.

Parasta – jos nyt potentiaalisesti tuhoisan luonnonilmiön kannalta voi niin sanoa – ukkosaikaa on kesä–heinäkuu. Toisinaan ukkosia esiintyy aikaisin keväällä ja myöhään syksyllä, mutta talvella ukkoset ovat hyvin harvinaisia. Sankan lumipyrynkin keskellä voi kuitenkin toisinaan räsähtää yksinäinen salama.

Helteitä ja rintamia

Ukkosia syntyy kahdella tavalla. Etenkin pitkien hellejaksojen aikana esiintyy usein lämpö- eli ilmamassaukkosia. Päivän kuluessa kohonneiden kumpupilvien korkeus kasvaa, kun maanpintaa lämmittävä auringon paahde synnyttää voimakkaita nousevia ilmavirtauksia. Lopulta pilvistä muodostuu ukkospilviä.

Tällaiset ukkoset ovat toisinaan rajuja, mutta yleensä melko lyhytaikaisia, sillä tyypillinen ukkospilvi puhkuu itsensä tyhjiin tunnissa tai parissa. Lämpöukkosiin liittyy usein voimakkaita sadekuuroja, jotka itse asiassa edeltävät varsinaista ukonilmaan. Silloin voi hetkessä tulla taivaalta vettä saman verran kuin kuivana kesänä kokonaisen kuukauden aikana.

Rintamaukkoset liittyvät kylmän ja lämpimän ilman kohtaamisiin. Kylmä ilma on tiheämpää ja raskaampaa kuin lämmin ilma, joten se työntyy lämpimän ilman alle ja nostaa sitä ylöspäin. Siinä missä lämpöukkoset ovat tyypillisesti iltapäivän ilmiöitä, rintamaukkosia voi esiintyä mihin vuorokauden aikaan tahansa. Ne ovat usein myös paljon laaja-alaisempia ja voimakkaampia.