Revontulidyynit ovat, ainakin meille suomalaisille revontuliharrastajille, tuttu, joskin harvinainen revontulimuoto. Tasaisen, vihreän revontulihunnun seassa erottuu yhdensuuntaisia, vaakasuoria juovia. Tämä taivaalle muodostuva aaltomainen kuvio tuo mieleen hiekkadyynit ja tämä revontulimuoto on askarruttanut tutkijoita siitä lähtien, kun ilmiö tunnistettiin omaksi muodokseen vuonna 2020. Muoto löydettiin harrastajien valokuvien ja havaintojen pohjalta. Aiemmin tutkijat ovat arvelleet kuvioiden voivan olla merkki laajoista ilmakehän aalloista (kuten mesospaussin aaltoputki, mesospheric bore) noin sadan kilometrin korkeudessa. Koska ilmiötä on kuitenkin havaittu verrattain vähän, sen fysikaaliset taustat ja syntyolosuhteet ovat pysyneet hämärän peitossa.
Annales Geophysicae -tiedesarjassa julkaistussa tuoreessa tilastollisessa tutkimuksessa valotetaan näiden erikoisten ilmiöiden syntyolosuhteita huomattavasti aiempaa tarkemmin. Tutkimus tukeutuu laajaan kansalaistiedeaineistoon ja paljastaa todennäköiset kytkökset niin ilmakehän sähkövirtoihin, maantieteellisiin esiintymisalueisiin kuin Maan lähiavaruuden tapahtumiin.
Ilmiön fysikaalista mysteeriä lähdettiin ratkomaan hyödyntämällä kattavaa kansalaistiedeaineistoa. Avaruusfyysikot ja tutkijat keräsivät ja analysoivat revontuliharrastajien tekemiä havaintoja Ursan Taivaanvahdin tietokannasta vuodesta 2000 alkaen.
Tutkimusta varten aineistolle tehtiin huolellinen laadunvalvonta, jossa jokaisen ilmoitetun tapahtuman kuvamateriaali, aikaleimat ja koordinaatit tarkistettiin. Lähdemateriaalista saatiin eroteltua tarkasteluun:
-308 varmistettua dyynirevontulihavaintoa
-61 erillistä dyynirevontulitapahtumaa
Kansainvälinen kattavuus: Havaintoja oli ilmoitettu laajalta alueelta eri puolilta maailmaa, Pohjois-Euroopasta, Pohjois-Amerikasta, Australiasta sekä Uudesta-Seelannista.
Yleiskatsaus ilmoitetuista dyynihavainnoista eri puolilta maailmaa. Pisteiden väri osoittaa kuukauden, jolloin kukin havainto on tehty
Lähde: Dune aurora: survey from a citizen science database
Näitä varmistettuja dyynihavaintoja verrattiin tilastollisesti kaikkiin muihin Taivaanvahtiin ilmoitettuihin tavallisiin revontulihavaintoihin. Lisäksi havaintoajankohtia verrattiin satelliittien ja maamittausasemien keräämään avaruussään sekä magneettikentän mittausdataan.
Mitä tutkimuksessa saatiin selville?
Tilastoanalyysi ja mittausdatan yhdistäminen toi esiin useita merkittäviä säännönmukaisuuksia dyynien esiintymisestä ja niiden vaatimista ympäristöolosuhteista:
Esiintyminen revontuliovaalin eteläosassa
Dyynirevontulia havaitaan leimallisesti revontulialueen päiväntasaajan puoleisessa reunassa. Peräti 92 % dyynihavainnoista tehtiin geomagneettisesti alle 61 asteen leveysasteella, kun taas tavallisten revontulien kohdalla vastaava osuus oli 74 %. Tämä osoittaa dyynien olevan leimallisesti revontuliovaalin eteläreunan ilmiö.
Painottuminen iltaan ennen keskiyötä
Dyynit ovat vahvasti iltapainotteinen ilmiö, sillä 89 % havainnoista tehtiin ennen keskiyötä. Eniten havaintoja kertyi noin klo 21–22 magneettisessa paikallisajassa (MLT). Tämä eroaa selvästi tavallisista revontulista, joiden havaintohuippu sijoittuu keskiyön tuntumaan (klo 23–00 MLT).
Kevät- ja syyskuukausien suosio sekä pilvisyyden rooli
Kalenterivuoden aikana maaliskuu ja lokakuu nousivat tilastoissa selkeiksi havaintohuipuiksi. Tutkijat kuitenkin muistuttavat, ettei tämä välttämättä kerro dyynien faktisesta runsaudesta juuri näinä kuukausina. Tilastollisiin havaintomääriin vaikuttavat geomagneettisen aktiivisuuden lisäksi suoraan maanpinnan olosuhteet ja pilvisyys. Toisin sanoen, esimerkiksi marras-joulukuun aika saattaa olla dyynirevontulille suotuisaa, mutta tältä aikajaksolta ei saada kovinkaan paljoa havaintoja, kiitos tilastollisesti pilvisen sään.
Yhteys voimakkaaseen geomagneettiseen aktiivisuuteen
Aurinkotuulen suorissa ominaisuuksissa tai planeettojen välisen magneettikentän (IMF) suuntauksessa ei havaittu tilastollisesti merkittävää eroa tavallisiin revontuliin verrattuna. Sen sijaan Maan magneettikentän yleiset aktiivisuusindeksit (kuten Kp- ja AE-indeksit) olivat dyynitapahtumien aikana huomattavasti voimakkaampia, mikä kertoo yleisesti levottomasta ja aktiivisesta avaruussäästä.
Yhteys ilmakehän sähkövirtoihin ja erikoisalueisiin
Kaikissa tutkituissa tapauksissa dyynit esiintyivät voimakkaan revontulisähkövirran yhteydessä. Kyseinen yläilmakehässä kulkeva sähkövirta kulki useimmiten itään ja toisinaan länteen. Lisäksi dyynit sijoittuivat toistuvasti niin sanotun Harangin epäjatkuvuuden läheisyyteen, joka on revontulialueella esiintyvä magneettikentän ja sähkövirtojen rajavyöhyke.
Mitä uusi tieto merkitsee ilmiön synnylle?
Aiemmin tutkijoiden keskuudessa oli epäselvää, ovatko dyynit pääasiassa sähkömagneettinen ilmiö vai kytkeytyvätkö ne tiiviimmin ilmakehän fysikaaliseen dynamiikkaan. Tutkimuksen tärkein johtopäätös on, että dyynirevontulet syntyvät todennäköisesti usean fysikaalisen ilmiön monimutkaisena ketjureaktiona:
Auringosta saapuvat hiukkaset ja protonit vuorovaikuttavat Maan lähiavaruuden magneettikentän kanssa. Tämä vuorovaikutus synnyttää yläilmakehässä voimakkaita sähkövirtoja (auroral electrojet).
Virrat ja niiden mukanaan tuoma energia vaikuttavat ilmakehän liikkeisiin ja aaltoihin mesospaussin korkeudella (noin 80–100 kilometrissä). Nämä ilmakehän korkeuserot ja tiheysaallot muovaavat ilmakehän ominaisuuksia. Tämä monimutkainen ketju saa aikaan sen, että reaktiossa syntyvä vihreä revontulivalo muotoutuu taivaalle aaltomaiseksi, dyynejä muistuttavaksi kuvioksi. Käytännössä siis taivaalle muodostuu säännöllisiä tiheymiä. Kun tiheymiin sataa hiukkasia, tiheymissä olevat happiatomit virittyvät ja muodostavat revontulivaloa.
Kuva: Mikko Peussa
Vaikka tutkijat eivät vielä tunne läheskään jokaista yksityiskohtaa dyynien muodostumisesta ja niiden syntyyn edesauttavista olosuhteista, tämä laajalla aineistolla toteutettu tutkimus tarjoaa uusia vihjeitä dyynien taustalla vaikuttavista fysikaalisista mekanismeista. Samalla tutkimus osoittaa harrastajien tekemien havaintojen ja kansalaistieteen tärkeyden revontuli-ilmiöiden tutkimiselle ja selvittämiselle.
Lähteet:
Dune aurora: survey from a citizen science database
Helsingin yliopisto, Kansalaistieteen avulla löytyi uusi revontuli-ilmiö
