Avaruussää

Mistä avaruussää syntyy?

Avaruussään lähde on Aurinko. Siitä virtaa jatkuvasti varattujen hiukkasten virta, aurinkotuuli, ja välillä Aurinko heittää avaruuteen suuria plasmapilviä. Ketju on lyhyesti tämä: Auringon aktiivinen alue purkautuu, hiukkasten ja magneettikentän pilvi kulkee Maahan, ja Maan magneettikehä ottaa energiaa vastaan. Lopputulos näkyy magneettisena myrskynä ja revontulina.

Ilmatieteen laitoksen mukaan magnetosfäärin plasma kiertää aurinkotuulen virratessa ohi, ja kierto on voimakkainta, kun aurinkotuulen magneettikenttä osoittaa etelään. Magnetosfääri varastoi magneettista energiaa ja vapauttaa sen purkauksina. Ketjun osat saavat omat sivunsa: aurinkotuuli ja koronan massapurkaukset, aurinkomyrsky ja auringonpilkut.

Mitä aurinkotuulen nopeus kertoo?

Aurinkotuulen nopeus kertoo, kuinka kovalla voimalla hiukkaset osuvat Maan magneettikenttään. NASA:n mukaan aurinkotuuli kulkee 300–700 km/s nopeudella, ja Maan läheisyydessä tyypillinen arvo on noin 400 km/s. Nopeat virrat, jotka tulevat Auringon koronan aukoista, ovat tutkimusten mukaan noin 750–800 km/s.

Nopeus yksinään ei tuota revontulia. Ilmatieteen laitoksen mukaan suuremmat myrskyt tulevat koronan massapurkauksista, ja suurempi nopeus lisää niiden vaikutusta. Pienempiä myrskyjä aiheuttavat koronan aukoista tulevat nopeat virrat. Jos paneelin nopeus on selvästi tavanomaista suurempi, aurinkotuulen virta on voimakas ja kannattaa tarkistaa seuraavaksi Bz.

Mitä tiheys kertoo?

Tiheys kertoo, kuinka paljon hiukkasia aurinkotuulessa on tilavuutta kohti. Ursan mukaan tiheydellä on revontulien kannalta jonkin verran merkitystä, mutta se ei ole ratkaiseva tekijä. Tiheyden lukua kannattaa siis katsoa Bz:n ja nopeuden täydennyksenä, ei yksinään.

Miksi Bz on tärkein luku?

Bz on aurinkotuulen magneettikentän pohjois–eteläkomponentti. Ursan mukaan se on tärkein yksittäinen tekijä: revontulet syntyvät yleensä vasta, kun Bz on negatiivinen eli kenttä osoittaa etelään, vaikka ennustettu aktiivisuus olisi korkea. SWPC:n mukaan geomagneettisen myrskyn syntyyn tarvitaan etelään osoittava kenttä, joka kestää useita tunteja.

Syy on, että etelään osoittava kenttä on vastakkainen Maan päivänpuoleiselle kentälle, ja silloin energia siirtyy magnetosfääriin tehokkaasti. Mitä pidempään Bz pysyy negatiivisena, sitä paremmin edellytykset myrskylle täyttyvät.

IF–THEN-ohje paneelin lukijalle:

• Jos Bz on negatiivinen ja nopeus on tavallista suurempi, revontulet ovat todennäköisiä.
• Jos Bz on positiivinen, odota. Muutos voi tulla tunnin sisällä.
• Jos kaikki luvut ovat rauhallisia mutta olet Lapissa, revontulia voi silti nähdä: Ilmatieteen laitoksen mukaan ne ovat Lapissa yleisiä rauhallisenkin avaruussään aikana.

Miten avaruussään voimakkuutta mitataan?

Avaruussään voimakkuutta kuvataan muutamalla asteikolla. Kp-luku on 0–9-asteikko, joka kertoo magneettikentän häiriön. NOAA:n G-asteikko (G1–G5) perustuu samaan lukuun: G1 vastaa Kp 5:tä ja G5 Kp 9:ää. Auringon roihupurkaukset eli flaret luokitellaan röntgensäteilyn mukaan A-, B-, C-, M- ja X-luokkiin, ja jokainen luokka on kymmenkertainen edelliseen nähden. Radiokatkoasteikko R1 vastaa M1-purkausta ja R3 X1-purkausta. Kp-luvusta kerrotaan lisää sivulla Kp-luku.

Miksi avaruussäätä ei voi ennustaa kuten sadesäätä?

Avaruussään ennustaminen on epävarmaa, koska Auringon purkausten suuntaa ja magneettikentän rakennetta ei tiedetä etukäteen. Koronan massapurkauksen saapuminen kestää SWPC:n mukaan nopeimmillaan 15–18 tuntia ja hitaimmillaan useita päiviä. Ursa kehottaa käyttämään NOAA:n WSA-ENLIL-simulaatiota saapumisajan arviointiin ja muistuttaa, ettei purkauksen osuminen Maahan ole varmaa.

Satelliitti Maan ja Auringon välillä antaa varoituksen aivan viime hetkillä: Ursan mukaan aurinkotuulen mittauksista saa noin tunnin varoitusajan, ja SWPC:n mukaan iskuaallon saapumisesta saa usein 15–60 minuutin varoituksen. Tämän vuoksi lyhyt ennuste on luotettava ja pitkä ei.

Missä avaruussään vaikutukset näkyvät muualla kuin taivaalla?

Revontulet ovat avaruussään näkyvin vaikutus. SWPC luettelee magneettisen myrskyn seurauksiksi ylemmän ilmakehän lämpenemisen ja siitä johtuvan satelliittien lisääntyneen ilmanvastuksen, GPS-paikannuksen virheet, navigointijärjestelmien häiriöt sekä sähköverkoissa ja putkistoissa kulkevat indusoituneet virrat. Ilmatieteen laitos seuraa tätä: Avaruussääkeskus näyttää arvion sähköverkon induktiovirroista yksinkertaistetussa mallissa Suomen suurjännitteisestä verkosta.

Vaikutukset kasvavat myrskyn voimakkuuden mukana. Tarkempi taulukko asteikon jokaisesta tasosta löytyy sivulta aurinkomyrsky.

Mikä on hidas ja mikä nopea aurinkotuuli?

Aurinkotuulia on kaksi tyyppiä. Ursan mukaan Auringon päiväntasaajan seudulla tuuli on hitaampaa, noin 300–400 km/s, ja se tulee koronan suljetulta alueelta. Napojen yllä, aktiivisuuden minimin aikana, tuuli on nopeaa (700–800 km/s) ja melko tasaista, ja se tulee koronan aukoista. Korona on Ursan mukaan 1–2 miljoonan asteen kuumaa ja täysin ionisoitunutta, hyvin harvaa kaasua.

Tuuli kuljettaa mukanaan koronan magneettikenttää. Koska Aurinko pyörii hitaasti, kenttä muodostaa spiraalin. Siksi sama nopea virta voi osua Maahan uudelleen noin 27 vuorokauden välein: SWPC:n mukaan aktiiviset alueet ja koronan aukot palaavat Auringon pyörimisen mukana, ja aktiivisuus toistuu usein yhden tai kahden päivän tarkkuudella. Aurinkotuulen ja massapurkausten eroja käsitellään sivulla aurinkotuuli.

Mitä magnetosfäärissä tapahtuu?

Magnetosfääri on Maan magneettikentän hallitsema alue, ja aurinkotuuli virtaa sen ohi. Ilmatieteen laitoksen mukaan magnetosfäärin plasma kiertää aurinkotuulen ohivirtauksen ajamana, ja kierto on voimakkainta, kun aurinkotuulen magneettikenttä osoittaa etelään. Magnetosfääri reagoi nopeasti aurinkotuulen muutoksiin ja varastoi magneettista energiaa, jonka se vapauttaa purkauksina eli alimyrskyinä.

Alimyrsky kestää 2–4 tuntia ja toistuu keskimäärin noin kaksi kertaa vuorokaudessa rauhallisinakin aikoina. Sillä on kolme vaihetta: kasvuvaihe kestää yleensä alle tunnin, ja energia kertyy magneettisaparoon. Laajenemisvaihe kestää noin puoli tuntia, ja silloin revontulet kirkastuvat. Palautumisvaihe kestää 1–2 tuntia. Alimyrskyn voimakkuutta mitataan AE-indeksillä, jonka laskenta perustuu magnetometriasemien dataan. Magneettinen myrsky puolestaan kestää tunneista päiviin ja koostuu usein monesta päällekkäisestä alimyrskystä.

Kolme tyypillistä tilannetta paneelissa

Tilanteet erottuvat toisistaan Bz:n ja nopeuden perusteella.

• Rauhallinen tilanne: nopeus on tavanomainen, noin 400 km/s, ja Bz vaihtelee nollan tuntumassa. Lapissa revontulia voi silti nähdä, mutta etelämpänä odotus kannattaa.
• Nopea virta, mutta Bz positiivinen: tuuli on voimakas, mutta energia ei siirry magnetosfääriin tehokkaasti. Odota Bz:n kääntymistä.
• Nopea virta ja pitkään negatiivinen Bz: tämä on tilanne, jossa SWPC:n kuvaama tehokas energiansiirto toteutuu, ja myrskyn todennäköisyys on suurin.

Tilanteet muuttuvat tuntien kuluessa, koska satelliittimittaus antaa Ursan mukaan noin tunnin varoitusajan. Jos haluat vahvistaa tilanteen, katso Kp-luku ja ennuste.

Miten luet paneelia vaihe vaiheelta?

1. Katso Bz. Jos se on negatiivinen ja pysyy sellaisena, energiansiirto Maan magnetosfääriin on tehokasta.
2. Katso nopeus. Tavallinen arvo on noin 400 km/s, nopeat virrat ylittävät 700 km/s.
3. Katso tiheys lisätietona.
4. Tarkista Kp-luku, joka kertoo jo tapahtuneen häiriön: Kp-luku.
5. Siirry revontuliennusteeseen, josta näet todennäköisyyden omalla alueellasi.

Kun nämä viisi askelta tuntee, paneelin lukeminen vie alle minuutin. Kolme ensimmäistä lukua kertovat, mitä juuri nyt tapahtuu, ja Kp sen, mitä on jo tapahtunut.

Mistä avaruussäätä seurataan Suomessa?

Ilmatieteen laitoksen Avaruussääkeskus RWC Finland tarjoaa revontulitodennäköisyyden kartan, tunnin aktiivisuusennusteen aurinkotuulen mittauksista, Muonion taivaskameran kuvat, magnetometrihavainnot ja sähköverkon induktiovirtojen arvion. Ursan mukaan eteläisille havaitsijoille varoittajina toimivat myös Sodankylän magnetometri ja taivaskamera sekä Kiirunan taivaskamera. Havaintoja kerätään Taivaanvahtiin.

Miten avaruussää ja revontuliennuste eroavat?

Avaruussää kuvaa tapahtumaketjun osia: Aurinko, tuuli, magnetosfääri. Revontuliennuste tiivistää ne yhdeksi vastaukseksi tietylle paikalle. Jos haluat ymmärtää, miksi ennuste on sellainen kuin on, lue tämä sivu. Jos haluat päättää, lähdetkö ulos, avaa ennuste tai kartta.

Mitä roihupurkaukset kertovat avaruussäästä?

Roihupurkaus on avaruussään ensimmäinen näkyvä merkki, mutta se ei yksin kerro Maan tilanteesta. SWPC luokittelee purkaukset röntgensäteilyn huippuvuon mukaan A-, B-, C-, M- ja X-luokkiin, ja jokainen luokka on kymmenkertainen edelliseen nähden. M1-purkaus vastaa lievää radiokatkoa (R1) ja X1-purkaus voimakasta radiokatkoa (R3). Purkauksen valo vaikuttaa Maan päivänpuoleiseen ilmakehään samalla hetkellä, kun purkaus nähdään, mutta hiukkaspilvi saapuu vasta tunteja tai päiviä myöhemmin. Siksi radiokatko ja magneettinen myrsky ovat kaksi eri tapahtumaa. Tarkempi kuvaus on sivulla aurinkomyrsky.

Lähteet

• NOAA SWPC: Geomagnetic storms
• NOAA SWPC: Coronal mass ejections
• NOAA SWPC: Solar flares and radio blackouts
• NASA: Basics of space flight, Chapter 1
• Ilmatieteen laitos: Avaruusmyrskyt
• Ursa: Revontulien ennusteet ja seuranta