Planeettojen välinen magneettikenttä (IMF)

Planeettojen välisellä magneettikentällä (IMF) on suuri merkitys sille, kuinka aurinkotuuli on vuorovaikutuksessa maapallon magnetosfäärin kanssa. Tässä artikkelissa kerrotaan, mikä planeettojen välinen magneettikenttä on ja miten se vaikuttaa revontuliaktiivisuuteen täällä Maassa.

Auringon magneettikenttä

Auringon aktiivisuusminimin aikana sen magneettikenttä näyttää samanlaiselta kuin maapallon magneettikenttä. Kenttä näyttää hieman tavalliselta tankomagneetilta, jossa on magneettivuon suljetut kenttäviivat ovat lähellä ekvaattoria ja avoimet kenttäviivat lähellä napoja. Tutkijat kutsuvat tällaista rakennetta dipoliksi eli kaksinapaiseksi. Auringon dipolikenttä on suunnilleen yhtä vahva kuin jääkaapin magneetti. Maan magneettikenttä on heikompi, vain noin sadasosa jääkaappimagneetin magneettivuon tiheydestä (vaihteluväli sunnilleen 0,000 025 – 0,00 05 T [Tesla]).

Auringonpilkkujakson maksimin aikoihin, kun Aurinko saavuttaa maksimaalisen aktiivisuutensa, Auringossa näkyy runsaasti auringonpilkkuja. Nämä auringonpilkut ovat voimakkaasti magneettisia ja kenttäviivat kuljettavat materiaalia niitä pitkin. Nämä kenttäviivojen magneettikentän tiheys on satoja kertoja suurempi kuin ympäröivän dipolikentän. Tämä tekee Auringon magneettikentästä erittäin monimutkaisen.

Auringon magneettikenttä ei pysy vain Auringossa. Aurinkotuuli kuljettaa sitä Aurinkokunnan läpi, kunnes se saavuttaa heliopausin. Heliopausi on paikka, jossa aurinkotuuli pysähtyy ja törmää tähtienväliseen väliaineeseen. Koska Aurinko pyörähtää akselinsa ympäri (kerran noin 25 vuorokaudessa), planeettojen välisellä magneettikentällä on spiraalin muoto, jota kutsutaan Parkerin spiraaliksi.

B_t arvo

Planeetanvälisen magneettikentän Bt-arvo osoittaa planeettojen välisen magneettikentän kokonaisvoimakkuuden. Se on yhdistetty mitta magneettikentän voimakkuudesta pohjois-etelä-, itä-länsi- ja kohtisuoraan Auringosta poispäin suuntautuneesta kentän komponenteista. Mitä korkeampi tämä arvo on sitä paremmat geomagneettiset olosuhteet ovat. Puhumme kohtalaisen voimakkaasta planeettojenvälisestä magneettikentästä, kun Bt ylittää 10 nT. Voimakas kenttä alkaa arvosta 20 nT ja puhumme erittäin voimakkaasta planeettojenvälisestä magneettikentästä, kun arvot ylittävät 30 nT. Yksikkö nT, nanoTesla on 0,000 000 001 Teslaa. Tesla (T) on nimetty Nikola Teslan, kuuluisan fyysikon, insinöörin ja keksijän mukaan.

B_x, B_y ja B_z

Planeettojen välinen magneettikenttä on vektori, jolla on kolmiakseliset komponentit, joista kaksi (Bx ja By) on suunnattu ekliptikan suuntaisesti. Bx- ja By-komponentit eivät ole tärkeitä revontulitoiminnalle, eikä niitä siksi esitetä verkkosivustollamme. Kolmas komponentti, Bz-arvo on kohtisuorassa ekliptikaan nähden, ja se aiheuttaa aaltoja ja muita häiriöitä aurinkotuuleen.

Vuorovaikutus maapallon magnetosfäärin kanssa

Planeettojen välisen magneettikentän pohjois-etelä -suunta (Bz) on tärkein tekijä revontulitoiminnassa. Kun planeettojen välisen magneettikentän pohjois-etelä -suunta (Bz) on kohti etelään, se yhdistyy maapallon magnetosfääriin, joka puolestaan osoittaa pohjoiseen. Ajattele tavallisia tankomagneetteja, jotka sinulla on kotona. Kaksi vastakkaista napaa vetävät toisiaan! (Vahva) etelään suuntautuva Bz voi aiheuttaa häiriöitä maapallon magneettikentässä, se häiritsee magnetosfääriä ja mahdollistaa varattujen hiukkasten tunkeutumisen alempaan ilmakehään maapallon magneettikentän voimaviivoja pitkin. Kun nämä hiukkaset törmäävät ilmakehämme happi- ja typpiatomien kanssa, se saa ne lähettämään valoa, jonka näemme revontulina.

Geomagneettisen myrskyn kehittymisen kannalta on tärkeää, että planeettojen välisen magneettikentän (Bz) suunta kääntyy etelään. Jatkoarvot -10 nT ja alemmat ovat hyviä indikaattoreita siitä, että geomagneettinenmyrsky voisi kehittyä. Mitä alemmaksi tämä arvo menee sitä parempi se on revontulitoimintaa ajatellen. Ainoastaan äärimmäisissä olosuhteissa, joissa aurinkotuulen nopeus on suuri, geomagneettinenmyrsky (Kp5 tai korkeampi) voi kehittyä pohjoissuuntaisen Bz:n vallitessa.

Kuva: Kaaviokuva, joka esittää IMF:n vuorovaikutusta etelään suuntautuvan Bz:n ja maapallon magnetosfäärin välillä.

On tärkeää huomata, että emme vieläkään voi ennustaa (tarkasti ja johdonmukaisesti) tulevan aurinkotuulen Bz(t) eli pohjois-etelä suuntaisen planeettojen välisen magneettikentän komponentin Bz voimakkuutta, suuntaa ja kestoa. Emme tiedä mitä aurinkotuuli ja magneettikentän ominaisuudet ovat, ennen kuin se saapuu Aurinko-Maa Lagrange-pisteeseen 1 (kiinteä piste maapallon ja Auringon välillä noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta), jossa satelliitit mittaavat saapuvaa aurinkotuulta. Aiomme oppia lisää tästä seuraavassa kappaleessa.

Planeettojen välisen magneettikentän mittaus

Tältä sivustolta löytyvät reaaliaikaiset aurinkotuulen ja planeettojen välisen magneettikentän tiedot ovat peräisin Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) -satelliitilta, joka on sijoitettu kiertoradalle Aurinko–Maa järjestelmän Lagrangen pisteeseen 1. Tämä on avaruuspiste, joka sijaitsee aina Auringon ja Maan välissä, missä Auringon ja Maan gravitaatiolla on yhtä suuri vetovoima satelliitteihin, mikä tarkoittaa, että ne voivat pysyä vakaalla kiertoradalla tämän pisteen ympäri. Tämä piste on ihanteellinen Aurinkoa havaitseville satelliiteille, kuten DSCOVR:lle, koska se antaa DSCOVR:lle mahdollisuuden mitata aurinkotuulen ja planeettojen välisen magneettikentän parametrit ennen kuin ne saapuvat maapallolle. Tämä antaa meille 15 – 60 minuutin varoitusajan (riippuen aurinkotuulen nopeudesta) siitä, millaiset aurinkotuulen rakenteita on matkalla kohti Maata.

DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) on nyt ensisijainen lähde reaaliaikaisille aurinkotuulen ja planeettojen välisen magneettikentän tiedolle. Aurinko–Maa järjestelmä L1 -pisteessä on toinenkin satelliitti, joka mittaa tulevaa aurinkotuulta ja se on nimeltään Advanced Composition Explorer. Tämä satelliitti oli ainoa reaaliaikainen avaruussään tietolähde heinäkuuhun 2016 asti, jolloin DSCOVR aloitti toimintansa. Advanced Composition Explorer (ACE) -satelliitti kerää edelleen tietoja ja toimii nyt lähinnä DSCOVR: n varmistuksena.

Kuva: Satelliitin sijainti Aurinko–Maa järjestelmän L1 pisteessä.

<< Siirry edelliselle sivulle