Matti Helin
Kelvin–Helmholtz -pilvet ovat harvinainen ilmakehän ilmiö, jossa pilvien reuna muodostaa selvästi aaltoilevan muodon. Muoto muistuttaa meren aaltoja, jotka nousevat ja kaatuvat eteenpäin.
Pilvimuodostelma on usein melko pienialainen ja lyhytkestoinen. Ne ovat silti helposti tunnistettavissa ja voivat olla hyvinkin huomiota herättävä ja erikoinen näky.
Nimen tausta
Nimi Kelvin–Helmholtz viittaa kahteen 1800-luvun fyysikkoon, jotka selvittivät ilmiön taustalla olevaa fysiikkaa. Hermann von Helmholtz tutki, miten kahden eri tavalla liikkuvan ainekerroksen rajapintaan syntyy epävakauksia ja pyörteitä. William Thomson, joka tunnetaan paremmin nimellä Lord Kelvin, puolestaan kehitti matemaattisen mallin, jolla tällainen rajapinnan käyttäytyminen voitiin kuvata tarkasti. Näiden tutkimusten avulla pystyttiin ymmärtämään, miksi ilmakehässäkin voidaan havaita aaltoja muistuttavia rakenteita.
Nimen kautta ilmiö liittyy siis suoraan virtausdynamiikan historiaan. Kelvin–Helmholtz -instabiliteettia ei nähdä vain pilvissä, vaan se on keskeinen käsite myös esimerkiksi merenkäynnissä ja vaikkapa plasmafysiikassa.
Syntytapa
Kelvin-Helmholtz pilvien, joita harrastajapiireissä usein kutsutaan K-H-pilviksi, muodostuminen edellyttää, että ilmakehässä on kaksi eri vauhdilla tai eri suuntaan liikkuvaa ilmavirtausta päällekkäin. Alempi kerros kulkee hitaammin ja ylempi nopeammin. Kun nopea ilmavirtaus liukuu hitaamman kerroksen yläpuolella, rajapintaan syntyy pyörteitä.
Jos tässä rajapinnassa on pilvi, pyörteet näkyvät sen reunassa selvinä aaltoina. Pilvien “huiput” kaatuvat eteenpäin, aivan kuten meren aallot. Joskus rajapinnassa näkyy vain koukut ilman niin sanottua emopilveä.
Prosessi on kuitenkin herkkä: jos tuuliolosuhteet muuttuvat tai kosteus ei ole riittävää, aaltoja ei synny, ne eivät tule näkyviin tai ne katoavat nopeasti. Usein ilmiö kestää taivaalla vain muutaman minuutin. Toisaalta, sopivissa olosuhteissa epävakaalle taivaanalueelle voi syntyä useita K-H -pilvimuodostelmia peräjälkeen.
Harvinaisuus ja havaittavuus
Kelvin–Helmholtz -pilvet ovat melko harvinainen näky, koska niiden synty vaatii useiden tekijöiden sattumista yhteen. Tuulen nopeuseron kahden ilmakerroksen välillä täytyy olla sopiva, kosteuden on osuttava oikealle korkeudelle ja olosuhteiden täytyy pysyä hetken aikaa riittävän vakaana. Jos jokin näistä ehdoista ei täyty, aaltoja ei synny lainkaan tai ne jäävät näkymättömiksi. Kaiken lisäksi, ilmiö näkyy usein vain muutamien minuuttien ajan. Usein ilmiö on myös taivaalla melko pienikokoinen, joten sen havaitseminen vaatii tarkkaavaisuutta. Kuvaamisessa teleobjektiivi on usein tarpeen.
Missä niitä voi nähdä?
Kelvin–Helmholtz -pilviä havaitaan käytännössä joka puolella maailmaa, erityisesti vuoristoalueilla, joissa maastonmuodot aiheuttavat tuulen kerrostumista ja voimakkaita nopeuseroja. Esimerkiksi Yhdysvaltojen länsiosissa ja Andeilla olosuhteet ovat otollisia, ja ilmiötä havaitaan siellä useammin.
Suomessa Kelvin–Helmholtz -pilvet ovat melko harvinaisia, mutta toisaalta, tarkkaavainen taivaan havaitsija voi niitä nähdä useita kertoja vuodessa.
Kelvin-Helmholtz -pilviä voi nähdä myös muuallakin kuin Maan ilmakehässä. Jupiterin ilmakehä on otollinen paikka Kelvin-Helmholtz -pilville. Harrastajalle näidwen näkeminen on haastavaa, mutta avaruusluotaimien kuvista K-H -pilviä on helppo bongailla.
Lähteet:
http://www.scholarpedia.org/article/Kelvin-Helmholtz_Instability_and_Roll-up
https://fi.wikipedia.org/wiki/Virtausdynamiikka
https://www.jpl.nasa.gov/images/?query=Juno&page=1
