|
Etusivu Ankkurit Kuvat Taulukot Lomake Sekatekniikat Aurinkokunta |
Aurinko ja Maa
Suurin osa aurinkotuulen hiukkasista on protoneja ja elektroneja. Hiukkaset kulkevat suoraan Auringosta pois päin. Niiden nopeus vaihtelee välillä 300 km/s - 800 km/s. Nopeus riippuu siitä, miten aktiivinen aurinko sillä hetkellä on (onko meneillään auringonpilkkuminimi tai kenties auringonpilkkumaksimi) ja lähtevätkö hiukkaset napa-alueilta vai läheltä pyörimisekvaattoria. Koska hiukkaset virtaavat laajaan avaruuteen, hiukkasia on tiheämmässä lähellä Aurinkoa. Maapallon etäisyydellä aurinkotuulessa on noin 5-10 protonia kuutiosenttimetrissä.
Aurinkotuulen hiukkasia mitattiin avaruudessa ensimmäistä kertaa neuvostoliittolaisen Luna-luotaimen mittalaitteilla. Yksityiskohtaisempi tutkimus tehtiin vuonna 1962 aurinkotuulta havainnoineen Mariner 2 -luotaimen mittaustiedoista. Sittemmin aurinkotuulen ominaisuuksia tutkivat mittalaitteet ovat kuuluneet planeetoille ja muualle avaruuteen matkanneiden luotainten vakiokalustoon.
Sisällysluetteloon
Avaruussää
Avaruussäällä tarkoitetaan maapallon sähkömagneettisen ja hiukkasympäristön muutoksia noin 100 kilometrin korkeudesta ylöspäin Maan ioni- ja magneettikehissä. Sen vaikutukset magneettikentän vaihteluiden kautta yltävät maanpinnalle asti aiheuttaen sähkö-magneettista induktiota laajoissa johdinjärjestelmissä kuten Suomen korkeajännite-linjoissa. Avaruussää ja avaruusilmasto ovat mielenkiintoinen poikkitieteellinen tutkimusalue, jossa yhdistyvät meteorologia, geofysiikka ja astrofysiikka uudella tavalla laajaksi kokonaisuudeksi.Tavalliselle kansalaiselle avaruussään tunnetuin ilmentymä on revontulet.
Yhdysvaltain kansallinen avaruussääohjelma määrittelee avaruussääksi "... olosuhteet auringossa, aurinkotuulessa, magnetosfäärissä, ionosfäärissä ja ilmakehän yläosissa, jotka voivat vaikuttaa avaruudessa ja maan päällä olevien teknologisten systeemien suorituskykyyn ja luotettavuuteen tai uhata ihmisten terveyttä tai elämää". Määritelmä korostaa avaruuden olosuhteiden vaikutuksia, nimenomaan haittavaikutuksia. Euroopassa, Euroopan avaruusjärjestössä ja EU:n alkavassa avaruussäätoiminnassa painotetaan myös avaruussään erilaisia kaupallisia ja yleisöä palvelevia sovellutuksia. Tällaisia ovat esimerkiksi reaaliaikainen avaruussään monitorointi, joka kertoo revontulien näkemisestä kiinnostuneille Lapin turisteille milloin nämä taivaalliset valot ovat havaittavissa.
Avaruussään haittavaikutuksia havaitaan magneettisten myrskyjen aikana. Magneettiset myrskyt saavat alkunsa auringossa tapahtuvista energia- ja hiukkaspurkauksista, jotka kulkeutuvat aurinkotuulen mukana maapalloa ympäröivän magneettikehän reunoille kymmenien tuhansien kilometrien etäisyydelle maanpinnasta ja sieltä vähitellen syvemmälle näiden kehien sisäsosiin. Avaruussäämyrskyn aikana Maan lähiavaruudessa kuluu energiaa muutamien tuntien aikana teholla 100 - 200 GW, mikä on moninkertaisesti enemmän kuin samanaikainen energiankulutus Suomessa. Sähkövirtojen voimakkuus on usein yli 100 kA.
Avaruussäähäiriöiden esiintymistiheys noudattaa auringon aktiivisuutta, joka seuraa auringonpilkkujen esiintymisen 11-vuotista jaksollisuutta. Runsaiden pilkkujen aikaan aurinko aiheuttaa enemmän häiriötä kuin vähäisten pilkkumäärien vallitessa. Viimeksi auringon pilkkujen maksimi oli vuonna 2000 ja seuraavan pilkkuminimin ajankohdaksi arvellaan vuotta 2007. Suuria avaruussäämyrskyjä on viime vuosina koettu useita. Ehkä voimakkain oli huhtikuussa 2000, jolloin avaruusmyrskyyn liittyviä revontulia nähtiin poikkeuksellisesti Etelä-Eurooppaa myöten.
Sisällysluetteloon
Maan magneettikehä
Maapalloa ympäröi magneettikenttä, joka muodoltaan muistuttaa maapallon keskipisteeseen kuvitellun sauvamagneetin dipolikenttää. Todellisuudessa kenttä syntyy maapallon nesteytimessä n. 2900 km syvyydessä. Sinne syntyy dynamoperiaatteella miljardien ampeerien suuruisia sähkövirtoja, joiden aiheuttama magneettikenttä ulottuu kauas avaruuteen. Pieni osa magneettikentästä aiheutuu maapallon pintakerroksien magneettisesta materiasta kuten rautamalmeista.
Aurinkotuulen hiukkasvirta yhdessä maapallon magneettikentän kanssa synnyttävät maapalloa ympäröivän magnetosfäärin, jonka sisäpuolelle maan kenttä rajoittuu. Aurinkotuulen ja maapallon magneettikentän vuorovaikutuksissa syntyy voimakkaita sähkövirtoja, joiden magneettiset vaikutukset nähdään maanpinnalla nopeasti muuttuvana magneettikenttinä eli magneettisina myrskyinä. Magneettiset myrskyt liittyvät siten aurinko-maa systeemin vuorovaikutusilmiöihin.
Magneettikentän vaihteluja seurataan magnetometreillä geomagneettisissa observatorioissa. Magneettikentän sisäsyntyistä hidasta muutosta sanotaan sekulaarimuutokseksi, joka vuodesta toiseen pysyy suunnilleen samana. Ilmatieteen laitos seuraa sekulaarisia muutoksia Nurmijärven geofysiikan observatorioon sijoitetuilla mittalaitteilla, jotka ovat toimineet yhtäjaksoisesti vuodesta 1953 lähtien. Itse asiassa koko Ilmatieteen laitos sai alkunsa geomagnetismista: laitos perustettiin vuonna 1838 magneettiseksi observatorioksi, jonka tehtäviin kuuluivat myös meteorologiset mittaukset.
Maapallon magneettikenttä pitää suunnassaan kompassineuloja, koska maapallo on suuri magneetti. Ilmatieteen laitos on Suomessa ainoa viranomaistaho, joka tietää miten kompassineulat suuntautuvat eri puolilla Suomea ja minkälaisia muutoksia erantolukemissa on vuodesta toiseen. Kompassia käyttävän suunnistajan kannalta on tärkeää tietää magneettikenttään perustuvan suunnistuslaitteensa eranto eli kuinka monta astetta kompassin osoittama suunta poikkeaa todellisesta pohjoissuunnasta. Tämä tieto on annettu maastokarttojen ja merikorttien reunassa kompassiruusun muodossa.
Sisällysluetteloon
Revontulet
Revontulien alkuperäinen energialähde on Aurinko, vaikkakin itse revontulivalo syntyy Maan ylemmässä ilmakehässä (ionosfäärissä, n. 100-200 km:n korkeudella). Auringosta lähtee koko ajan hiukkasia avaruuteen. Tämä aurinkotuuleksi kutsuttu hiukkasvuo tuo hiukkasia myös Maan ilmakehään. Valoa synnyttävä prosessi on periaatteessa sama kuin esim. loisteputkessa: Ylhäältä alaspäin, Maan magneettikentän suuntaisesti syöksyvät elektronit törmäävät ionosfäärin happiatomeihin ja typpimolekyyleihin, jotka virittyvät hetkeksi korkeampaan energiatilaan. Viritystilan purkautuminen aiheuttaa havaitun valon.
Auringosta Lapin yötaivaalle johtava fysikaalisten prosessien ketju tunnetaan pääpiirtteittäin, mutta muutamien ratkaisevien yksityiskohtien ymmärtäminen vaatii edelleen lisätutkimusta. Maa-Aurinko -vuorovaikutusprosessit, joiden yksi ilmenemismuoto revontulet ovat, onkin eräs merkittävä avaruusplasmafysiikan osa-alue. Sovellusalueita on muitakin, onhan jopa 99.9 prosentin maailman kaikkeuden aineesta arvioitu olevan plasmaa (eli varatuista ja neutraaleista hiukkasista koostuvaa kaasua). Plasmassa pienen ja suuren mittakaavan ilmiöt ovat kytkeytyneet toisiinsa, minkä vuoksi plasma käyttäytyy monissa tilanteissa erilailla kuin tavallinen neutraali kaasu. Tämä luonnollisesti aiheuttaa lisähaasteita tutkimukselle.
Sisällysluetteloon
Päivitetty 30.08.2003