Avaruussäässä vielä paljon selvitettävää

– Purkausten ja virtausten suoravaikutuksen ohella meihin vaikuttavat purkausten kiihdyttäminä auringosta singahtavat korkeaenergiaiset hiukkaset, jotka saavuttavat maan kiertoradan jopa parissa kymmenessä minuutissa. Juuri ne voivat olla todella vaarallisia satelliiteille, ja osa niistä tukeutuu jopa syvemmälle ilmakehään, Helsingin yliopiston avaruusfysiikan professori Emilia Kilpua kertoo.

– Energiainfrastruktuurille ovat puolestaan vaarallisia geomagneettisesti indusoituneet virrat, joita avaruusmyrskyjen aikaan ionosfäärissä nopeasti muuttuvat virrat indusoivat pitkiin sähkönsiirtoverkkoihin ja maakaasuputkiin. Purkausten aikana myös auringon sähkömagneettinen säteily saattaa hetkellisesti voimistua ja vaikuttaa yläilmakehään, ja siten esimerkiksi satelliittien kokemaan kitkaan.

Kilpua on yksi neljästä päätutkijasta monikansallisessa tutkimusryhmässä, joka sai juuri EU:lta 10 miljoonan euron ERC Synergy -apurahan tänä vuonna käynnistyvälle kuusivuotiselle hankkeelleen. Siinä tutkitaan Auringon purkausten vaikutuksia Maan magneettikentän napaisuuden kääntyessä tai sen vaihdellessa merkittävästi.

Näiden tapahtumien aikana Maan magneettikenttä heikkenee merkittävästi, mikä tekee Maasta haavoittuvamman avaruudesta saapuvalle säteilylle. Samalla magneettikentän rakenne monimutkaistuu kääntymisen ajaksi.

– Napaisuuden kääntymiset ja sen merkittävät vaihtelut ovat aika harvinaisia tapauksia ja niiden vaikutukset tunnetaan todella huonosti. Viimeksi kentän täydellinen kääntyminen tapahtui noin 700 000 vuotta sitten. Tämä on uusi ja mielenkiintoinen hanke, jossa oma osuuteni liittyy auringon tutkimukseen, Kilpua sanoo.

– Tutkimukseen liittyy myös mielenkiintoinen teoreettinen kysymys siitä, miten varatut hiukkaset liikkuvat uudessa tilanteessa. Lisäksi tutkimus auttaa ymmärtämään muita planeettoja, joilla voi olla vastaava tilanne tai luonnostaan Maata heikompi ja monimutkaisempi kenttä.

Myöskään ihan lähiavaruuden ja magnetosfäärin sisäisiä plasmaprosesseja ei vielä täysin ymmärretä, vaikka sinnekin on lähetetty paljon luotaimia. 

Miten tarkalleen ottaen avaruusmyrskyt syntyvät tässä päässä? Nekin ovat samanlaisia fundamentaalisesti mielenkiintoisia ilmiöitä, joiden ymmärtämisellä olisi myös käytännöllinen merkitys pystyä paremmin ennustamaan sitä ympäristöä, jossa satelliitit kulkevat, Kilpua kysyy.

Siellä on erilaisia plasma-aaltoja ja varattuja hiukkasia. Yksi kysymys onkin, miten ne plasma-aallot, joita on valtavasti, pystyvät toisaalta kiihdyttämään varattuja hiukkasia ja toisaalta potkimaan niitä pois meidän lähiavaruudestamme.

Tässäkin tutkimuksessa mallintaminen ja havainnot ovat pääosassa. Havainnot ovat aina katkonaisia yksittäisiä mittauksia ja vasta simulaatioilla saadaan kokonaiskuva siitä, mitä siellä tapahtuu.

– Avaruussään ennustamisen kannalta auringon pään simuloinnissa on iso ongelma se, että emme pysty mittaamaan magneettikenttää auringon kaasukehässä, sillä plasma on siellä liian kuumaa ja liian harvaa. Epätarkkoja mittauksia kompensoi tosin se, että meillä on auringon pinnalta olemassa pitkältä ajalta jatkuva sarja havaintoja. Tiedämme siis hyvinkin tarkkaan auringon pinnan magneettikentän. Syöttämällä sen arvot simulaatioihin voimme arvioida datavetoisesti mallintamalla, millainen purkaus voisi olla.

Korkeanergiset hiukkaset saapuvat maahan niin nopeasti, että niiden purkaukset pitäisi pystyä ennustamaan tunnistamalla, olisiko siellä on jokin alue, joka mahdollisesti olisi purkautumassa. Varsinaiset purkaukset saapuvat Maan luo muutamassa päivässä. 

– Käytännössä nykyään kuvataan purkaus ja sitä seuraava koronan massapurkauspilvi, ja näiden kuvien perusteella mallinnetaan purkauksen suunta, koko ja nopeus. Sen jälkeen nämä tiedot syötetään koko sisäheliosfäärin kattavaan magnetohydrodynaamiseen malliin, jossa on mukana myös taustan aurinkotuuli, ja katsotaan, mihin purkaus törmää ja missä siihen on syytä varautua.