Introduction

Avaruussää

Maan ilmakehässä esiintyy voimakkaita sääilmiöitä (esim. ukkosmyrskyt, pyörremyrskyt). Avaruudessa taas esiintyy toisenlaisia sääilmiöitä: ne tunnetaan "aurinkomyrskyinä" ja kuten maalliset vastineensa nekin voivat aiheuttaa ongelmia ihmisille, erityisesti koska olemme nykyään varsin riippuvaisia satelliitteihin tukeutuvasta teknologiasta. Aurinkomyrskyt aiheuttavat ongelmia yleensä vain avaruuslaitteisiin, mutta voimakkaimpien myrskyjen tapauksessa vaikutukset voidaan nähdä jopa maan pinnalla saakka. Ennen kuin perehdymme aurinkomyrskyihin ja niiden mahdollisiin vaikutuksiin lähemmin, tutustutaan ensin siihen, miten Maan sijainti avaruudessa vaikuttaa havaittaviin avaruussääilmiöihin.

Heliosfääri

Aurinkokuntamme planeettojen välissä olevaa tilaa kutsutaan planeettainväliseksi avaruudeksi. Planeettojenvälinen avaruus on osa suurempaa, Auringon hallitsemaa avaruuden osaa, jota kutsutaan nimellä heliosfääri. ("Helios" on kreikankielen aurinkoa tarkoittava sana ja sfääri taas tulee englanninkielen sanasta "sphere", joka tässä yhteydessä kääntyy sanaksi kehä.)

Helios

Helios oli myös kreikkalaisen mytologian auringon jumala, jonka ajateltiin ajavan hevosilla halki taivaan ja tuovan valoa Maan päälle.

Heliosfäärin voi kuvitella valtavaksi, Auringosta lähtöisin olevan ja aurinkotuuleksi kutsutun kaasuvirtauksen täyttämäksi kuplaksi (ks. kuva alla). Paitsi aurinkokunnan taivaankappaleista ja aurinkotuulesta, heliosfääri koostuu myös planeettainvälisen avaruuden magneettikentästä, lukuista "kosmisen säteilyn" hiukkaspopulaatioista sekä pölyhiukkasista.

domain

Kaaviokuva heliosfääristä. Kuvalähde: NASAi.

Planeettainvälinen avaruus on siis kaikkea muuta kuin tyhjä ja sillä onkin omat avaruussääolosuhteensa. Maan paikalliset avaruussääolosuhteet määräytyvät sen paikasta heliosfäärissä, Auringon aktiivisuusmuutoksista sekä Maan oman magneettikentän ja sen ilmakehän ominaisuuksista. Avaruussään voikin ymmärtää Auringon aktiivisuuden aiheuttamina (ei-toivottuina) vaikutuksina teknologiaan (Maan pinnalla ja avaruudessa) ja eläviin organismeihin (ilmakehässä ja avaruudessa). Vaikkei tätä ehkä laajasti tiedostetakaan, avaruussää vaikuttaa jokaiseen joko suoraan tai epäsuorasti. Ennen varsinaisten vaikutusten tarkempaa kuvailua, tutustutaan niiden aiheuttajaan: Aurinkoon.

Paikallisen avaruussäämme aiheuttaja

Vaikka Aurinko on vain tavallinen tähti, se on dynaaminen ja sillä on monia mielenkiintoisia ominaisuuksia. Auringon aktiivisuus vaihtelee noin 11 vuoden jaksoissa. Kun aktiivisuus on vähäistä, sanotaan Auringon olevan minimissään ja vastaavasti aktiivisuuden ollessa voimakkaimmillaan Auringon sanotaan olevan maksimissaan. Auringon aktiivisuusvaihtelua karakterisoivat monet eri menetelmin havaittavat signaalit. Aurinkoa voikin tarkkailla monin eri "lasein". Fysikaalisesti tämä tarkoittaa sitä, että aurinkoa havaitaan valon eri aallonpituuksilla. Valon eri aallonpituudet ovat peräisin eri korkeuksilta auringon kaasukehästä. Esimerkiksi röntgensäteiden avulla voimme tutkia auringon kaasukehän ulointa osaa, koronaa, ja nähdä miten Auringon aktivisuus ilmenee siellä. Alla olevassa kuvassa on Aurinko röntgensätein nähtynä 11-vuotisen aktiivisuussyklin eri vaiheissa auringon maksimista (vasemmalla) minimiin (oikealla). Minimissa ei koronassa nähdä juuri minkäänlaista aktiivisuutta.

X-Ray Sun

Muuttuva Aurinko röntgensätein kuvattuna. Kuvalähde: SXT/Yohkohi.

Miksi avaruussää kiinnostaa meitä?

Miksi avaruussää on Maan asukkaasta kiinnostavaa? Monestakin syystä: ensinnäkin nyky-yhteiskunta on voimakkaasti riippuvainen avaruudesta esimerkiksi tietoliikenne- ja paikannussateliittien kautta, ja tulevaisuudessa riippuvuutemme satelliittisysteemeistä tulee olemaan vieläkin syvempi. Toisaalta tekniset systeemit ovat hyvin herkkiä avaruuden ympäristölle, ja myös tämän kehityksen voi ennustaa jatkuvan mm. avaruuslaitteiden miniatyrisoinnin myötä. Tulevaisuus tuo tullessaan myös monia tällä hetkellä vielä suunnittelmien tai fiktion tasolla olevai avaruussovelluksia, joille avaruussää tulee olemaan hyvin tärkeää (mm. Marsin siirtokunnat, asteroidien hyödyntäminen raaka-aineena, avaruusturismi, Kansainvälisen avaruusaseman kaupallinen hyödyntäminen, aurinkoenergia, jne.).

Maa-Aurinkofysiikka on edennyt viime vuosina edennyt vaiheeseen, jolloin tietokonemallien käyttö avaruussään ennustamiseen alkaa joiltain osilta olla jo mahdollista. Tämä on tärkeää aivan kuten perinteisenkin sään ennustaminen, mutta lisäksi tarvitaan avaruussään käyttökelpoisia tekniikoita avaruussään haittavaikutusten minimointiin. Maan päällä olemme yleensä suojassa myrskyltä sisätiloissa. Avaruudessa satelliitteja suojataan myös erilaisin tekniikoin. Myös astronautit tarvitsevat suojaa avaruusmyrskyiltä, ja toisinaan myrskyjen vaikutukset voi arvioida niin vakaviksi, että vaadittavan suoja on erikoisrakenteinen kammio. Tällöin olosuhteiden ennustamisesta tulee erittäin tärkeää: on osattava ennustaa, milloin avaruussäältä on suojauduttava erikoistoimin.

Avaruussääilmiöitä Maan lähiavaruudessa

Korkeaenergiaiset varatut hiukkaset

Maata kiertäville satelliiteilla ja heliosfäärin avaruusluotaimille kolme tärkeintä korkeaenergiasen hiukkassäteilyn lähdettä ovat:

  1. Maan säteilyvyöhykkeet (magneettisesti loukkuuntuneita elektroneja ja protoneja) eli ns. Van Allenin säteilyvyöt.
  2. Auringon korkeaenergiaisten hiukkasten purkaukset, etekin protonipurkaukset.
  3. Kosminen säteily, joka on peräisin heliosfäärin ulkopuolelta, ilmeisesti galaksimme supernovaräjähdyksistä.

MUILLA SIVUILLA: Auringon roihupurkaukset, Koronan massapurkaukset, Neutraalit hiukkaset, jne

Tekniset avaruussäävaikutukset

Avaruudessa

MUILLA SIVOILLA: "Single Event Effects", Plasmaefektit, Ilmakehän kitka, jne.

Maan pinnalla

Geomagneettisesti inusoidut sähkövirrat (GICi:t)

MUILLA SIVOILLA: GICi:t ovat sähkövirtoja, jotka ilmenevät suurissa johdinjärjestelmissä (sähkönjakeluverkot, kaasu- ja öljyputket) Maan pinnalla. Ne syntyvät sähkömagneettisen induktion kautta Maan magneettikentän muuttuessa avaruusmyrskyjen aikana.

Biologiset avaruussäävaikutukset

MUILLA SIVUILLA: Avaruussäteilyn terveysvaikutukset astronauteille, lentokoneiden miehistöille sekä matkustajille, jne.