Aurinko - mihin sen vaikutus ulottuu?

Kirkkonummen Komeetan esitelmäsarjassa oli vuorossa dosentti Rami Vainio, jonka aiheena oli Aurinko - mihin sen vaikutus ulottuu?. Esitelmä pidettiin 10.2.2009 Kirkkonummen koulukeskuksen auditoriossa. Helsingin yliopiston Vapaan sivistystyön toimikunta rahoitti esitelmän. Esitelmällä oli 53 kuulijaa.

Näkyvällä valolla tarkasteltuna Aurinko näyttää pallolta, jonka säde on noin 700 000 kilometriä. Auringonpimennysten aikana kuitenkin havaitaan, että Auringolla on monimuotoinen kaasukehä, korona, joka ulottuu miljoonien kilometrien päähän Auringon näkyvästä pinnasta. Satelliitti- ja luotainhavainnoilla on selvitetty, että korona ei ole staattinen kaasukehä, vaan jatkuvan kaasuvirtauksen lähde. Tämä nopea virtaus, niin sanottu aurinkotuuli, puhaltaa kymmenien miljardien kilometrien päähän Auringosta kantaen mukanaan muun muassa Auringon magneettikenttää. Aurinkotuuli magneettikenttineen hallitseekin Aurinkoa ympäröivää avaruutta huomattavasti planeettojen ratoja kauemmas ulottuvassa alueessa, jonka ulkoreunalla aurinkotuuli törmää tähtienväliseen kaasuun ja magneettikenttään. Esitelmöitsijä keskittyi esittelemään luotain- ja satelliittihavaintoja Auringon koronasta ja aurinkotuulesta, sekä näistä johdettua kuvaa Auringon hallitsemasta avaruudesta eli heliosfääristä.

Klikkaa kuvaa!
Dosentti Rami Vainio esitelmöi Kirkkonummella. Kuva Seppo Linnaluoto.

Dosentti Rami Vainio toimii akatemiatutkijana Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksella. Vainio on väitellyt vuonna 1998 Turun yliopistossa ja toiminut tämän jälkeen tutkimus- ja opetustehtävissä Turun, Helsingin ja Bochumin (Saksassa) yliopistoissa. Tällä hetkellä hän tutkii Auringon aktiivisia ilmiöitä ja avaruussäätä analysoimalla luotain- ja satelliittihavaintoja sekä kehittämällä laskennallisia malleja auringonpurkausten ja niiden tuottaman hiukkassäteilyn kuvailuun.

Aurinko on tavallinen tähti

Aurinko syntyi 4,6 miljardia vuotta sitten, kun aiempien sukupolvien tähtien räjähdysjätteestä syntynyt kaasupilvi romahti painovoimansa vaikutuksesta ja aurinkokunta muodostui. Auringon massa on 330 000 kertaa Maata suurempi. Aurinko on todella suuri, sen halkaisija on 1,4 miljoonaa km eli 109 kertaa Maan halkaisija. Auringon halkaisija on lähes neljä kertaa Kuun etäisyys Maasta. Maan ja Auringon välinen etäisyys on 150 miljoonaa km. Tämä etäisyys on nimeltään astronominen yksikkö, lyhennettynä AU. Aurinko hallitsee painovoimallaan aluetta, joka ulottuu satojen miljardien kilometrien etäisyydelle.

Aurinko on läpikotaisin kaasumaisessa olomuodossa. Aurinko on lähes pelkästään vetyä ja heliumia, muita aineita on ainoastaan 2 prosenttia. Auringon aine muuttuu fotosfäärissä läpinäkyväksi. Fotosfäärin paksuus on ainoastaan 500 km. Sen keskimääräinen lämpötila on 5500 celsius-astetta. Fotosfäärin yläpuolella on 2000 km paksu kromosfääri ja sen ulkopuolella hyvin paksu korona.

Klikkaa kuvaa!
Auringon näkyvä pinta eli fotosfääri. Auringonpilkkuja näkyy paljon, koska on auringonpilkkumaksimi. Tällä hetkellä auringonpilkkuja ei juuri ole. Kuva Nasa.

Auringon fotosfäärissä näkyy tunnettu ilmiö, auringonpilkut. Ne näkyvät tummina, koska niiden kohdalla lämpötila on yli 1000 astetta ympäristöä alhaisempi. Auringonpilkkujen kohdalla on erittäin voimakas magneettikenttä, joka estää lämmön nousun pintaan sisäosista. Auringonpilkut esiintyvät keskimäärin 11 vuoden jaksoissa.

Auringon uloin kaasukehä on korona. Se on hyvin harvaa kaasua. Korona näkyy vain kirkkaan pinnan ollessa peitettynä. Tämä tapahtuu auringonpimennyksen aikaan, kun Kuu peittää Auringon. Tämä saadaan aikaan myös keinotekoisesti koronagrafin avulla. Koronan kaasun lämpötila on hyvin korkea, se on 1-2 miljoonaa astetta. Koronan kaasu on täysin ionisoitunutta.

Klikkaa kuvaa!
Auringon korona näkyy mainisti tässä Seppo Linnaluodon Turkissa 29.3.2005 ottamassa auringonpimennyskuvassa.

Aurinko menettää jatkuvasti ainettaan aurinkotuulen muodossa. Ensimmäiset kokeelliset vihjeet saatiin 1951 komeettojen pyrstöjä analysoimalla. E.N. Parker ennusti vuonna 1958, että korona ei ole tasapainossa vaan laajenee jatkuvasti. Aurinkotuuli havaittiin Neuvostoliiton Luna 1:llä v. 1959 ja amerikkalaisten Mariner 2:lla v. 1962.

Auringontutkimusluotaimet

Vuonna 1995 lähetettiin Aurinkoa tutkimaan Euroopan avaruusjärjestö ESA:n ja Nasan SOHO-luotain. Siinä on 12 tieteellistä instrumenttia. SOHO:ssa on koronaa kuvaavia laitteistoja, aurinkotuulta tutkivia laitteistoja ja helioseismologosia laitteistoja. Aurinkotuulta tutkii mm. kaksi suomalaislaitetta, ERNE ja SWAN. SOHO:n tekemät havainnot muodostavat aurinkotutkimuksen kivijalan.

Japanilais-amerikkalainen Yohkoh-satelliitti otti röntgenalueen kuvia Auringosta vuosina 1991-2001. Nasan TRACE-satelliitti on ottanut erittäin tarkkoja ultraviolettikuvia vuodesta 1998. Nasan röntgen- ja gammasatelliitti RHESSI on tuottanut ensimmäiset gamma-alueen kuvat Auringosta. Se on toiminut vuodesta 2002. Japanilais-amerikkalainen röntgensatelliitti Hinode on ollut avaruudessa vuodesta 2006. Se on Yohkohin työn jatkaja.

Sitten esitelmöitsijä näytti kuvia Auringon röntgen- ja kaukaisesta ultraviolettikoronasta. Esitettiin kysymys, mikä kuumentaa koronan yli miljoonan asteen lämpötilaan? Katsottiin myös kuvia roihuista (eli flareista) ja purkautuvista protuberansseista. Tapahtuu myös massapurkauksia koronan alakerroksista, kuten SOHO-luotain on kuvannut. Noin miljardi tonnia plasmaa voi purkautua lyhyessä ajassa avaruuteen nopeudella 202700 km/s.

Klikkaa kuvaa!
Vainion esitelmää kuunteli 53 henkeä. Kuva Seppo Linnaluoto.

Saksalais-amerikkalaiset Helios-1 ja -2 -luotaimet 1970-80-luvuilla loivat modernin kuvan aurinkotuulesta. Luotaimien rata on soikio (0,3-1 AU:ta). Ulysses-luotain teki 1990-2008 ensimmäiset mittaukset Auringon napojen yläpuolelta. Lisäksi on saatu runsaasti tietoa Nasan jättiläisplaneettoja tutkineilta luotaimilta Pioneer 10 ja 11 sekä Voyager 1 ja 2.

Napojen yllä aurinkotuuli on melko nopeaa (700-800 km/s) Auringon aktiivisuusminimin aikana. Se on suhteellisen tasaista ja on peräisin koronan aukoista. Ekvaattorilla aurinkotuuli on hitaampaa (nopeus 300-400 km/s). Se on peräisin koronan suljetulta alueelta.

Aurinkotuuli kantaa koronan magneettikentän kauas Auringosta. Koska Aurinko pyörii hitaasti, aurinkotuulen magneettikentällä on spiraalirakenne.

Nasa on lähettänyt vuonna 2006 kaksi STEREO-luotainta avaruuteen. STEREO-A kiertää Aurinkoa hieman Maan radan sisäpuolella, STEREO-B taas hieman Maan radan ulkopuolella. Niillä on samanlaiset laitteistot. Niinpä ne pystyivät aluksi tuottamaan stereokuvia Auringon koronasta.

Heliosfääri

Heliosfäärin ulkoraja, jossa aurinkotuuli kohtaa lopulta tähtienvälisen materian, on nimeltään heliopaussi. Aurinkotuulen rajashokki, jonka jälkeen sen nopeus alkaa pudota, on noin 90 AU:n päässä (Neptunuksen etäisyys Auringosta on noin 30 AU:ta). Heliopaussi on suurinpiirtein 150 AU:n päässä.

Aurinkokunnan ulko-osia tutkivat Voyager-luotaimet lähetettiin vuonna 1977. Voyager-1 saapui aurinkotuulen rajashokille vuonna 2004 ja Voyager-2 2007. Matkaa oli taittunut molemmilta jo yli 10 miljardia km. Luotaimet toimivat edelleen.

IBEX-luotain (Interstellar Boundary Explorer) laukaistiin avaruuteen 19.10.2008. Se tutkii heliosfäärin rajaseutua ns. korkea-energiaisia neutraaleja atomeja (ENA) havaitsemalla. Se luotaa taivaan ENA-vuota eri suunnissa. Eri heliosfäärimallit ennustavat erilaisen vuon. Vertaamalla malleja mittauksiin saadaan väärät eliminoitua.

Lopuksi katsottiin jokaiselle kuulijalle jaetuilla laseilla Auringosta otettuja stereokuvia.

Seppo Linnaluoto