Tähtitaivaan alkeet Juha Ojanperä Harjavalta

Transkriptio

1 Tähtitaivaan alkeet Juha Ojanperä Harjavalta

2 Kurssin sisältö 1. Kerta Taivaanpallo ja tähtitaivaan liike opitaan lukemaan ja ymmärtämään tähtikarttoja 2. kerta Tärkeimmät tähdet ja tähdistöt (sirkumpolaariset ja talvi) 3. kerta Tärkeimmät tähdet ja tähdistöt (kevät ja syksy), himmeämpiä tähtiä ja tähdistöjä 4. kerta Himmeämpiä tähtiä ja tähdistöjä, tähtien ja tähdistöjen nimet, tarinat ja mytologiat 5. kerta Kaukoputket, kiikarit, jalustat, kamerat 6. kerta Mitä taivaalla näkyy? Tähtitaivaan kohteita: tähdet, syvä taivas, Aurinkokunnan kohteet 7. kerta Mitä taivaalla näkyy? Ilmakehän ilmiöitä: revontulet ja halot 8. kerta Havaintokohteita ja -projekteja tähtitieteen harrastajalle

3 Mitä taivaalla näkyy? Ilmakehän valoilmiöitä: revontulet ja halot

4 Illan ohjelma Johdanto Revontulet Halot

5 Johdanto Miksi puhun ilmakehän valoilmiöistä tähtikurssilla? Monet ilmakehän ilmiöt esiintyvät aivan avaruuden rajalla Kesällä ei juuri näy tähtiä, mutta erilaisia ilmakehän valoilmiöitä kylläkin Ilmakehän ilmiöt näkyvät taivaalla, siinä missä tähdetkin Monet näistä ilmiöistä näkyvät yötaivaalla, kuten revontulet ja meteorit Monet tähtitaivaasta kiinnostuneet ovat kiinnostuneita myös ilmakehän valoilmiöistä Monet luonnosta kiinnostuneet ihmiset ovat luonnosta ylipäätään, mukaanlukien tähtitaivaan ja ilmakehän ilmiöt Tähtitaivaan ja ilmakehän valoilmiöiden tarkkailu voidaan nähdä osana laajasti ymmärrettyä luontoharrastusta

6 Johdanto Mitä ilmakehän valoilmiöt ovat? Ilmakehän valoilmiöt voidaan jakaa karkeasti kahteen ryhmään Revontulet (Auringosta peräisin olevien hiukkasten vuorovaikutus Maan ilmakehän happi- ja typpiatomien kanssa --> happi- ja typpiatomien ionisaatio) Meteorit (avaruudesta peräisin olevan kivenkappaleen "palaminen" ilmakehässä --> tähdenlento) Ilmakehän optiset valoilmöt (valon taittuminen ja heijastuminen vesipisaroissa tai jääkiteissä tai taitekertoimeltaan erilaisista ilmakerroksista) Tänään keskitymme revontuliin ja haloihin

7 Revontulet

8 Revontulet Revontulet ovat pohjoisella- ja eteläisellä napaseudulla näkyvä luonnon valoilmiö, joka on ihastuttanut ja ihmetyttänyt ihmiskuntaa kautta aikojen Revontulista tunnetaankin paljon kaikenlaisia tarinoita ja uskomuksia Nykytieteen käsityksen mukaan revontulten alkulähde on Auringossa ja auringosta peräisin olevien sähköisesti varautuneiden hiukkasten ja Maan magneettikentän sekä ilmakehän vuorovaikutuksessa Revontulet kiehtovat ihmisiä yhä tänä päivänäkin monet turistit tulevat Suomeen ja Pohjoismaihin nimenomaan revontulia katsomaan

9 Revontulten synty - Aurinko

10 Revontulten synty hiukkasten vuorovaikutus ilmakehän kanssa Revontulet syntyvät Auringosta peräisin olevien sähköisesti varautuneiden hiukkasten (käytänössä elektronien) vuorovaikuttaessa Maan ilmakehän happi- ja typpiatomien kanssa Elektronien törmätessä happi- ja typpiatomeihin, niiden elektronin 'virittyvät', eli ne siirtyvät korkeammalle elektronikuorelle ja palautuvat sitten taas alemmas --> viritystila purkautuu ja muodostuu revontulivaloa Protonitkin aiheuttavat revontulia, mutta protonirevontulet eivät ole nähtävissä paljain silmin Revontulet esiintyvät noin kilometrin korkeudella, eli aivan Maan ilmakehän yläosissa, suurin osa revontulista keskimäärin 100 km korkeudessa Revontulten esiintymiskorkeudella ilma on jo niin harvaa, että käytännössä ollaan jo avaruudessa, kuitenkin hiukkasia on riittävän tiheässä, jotta revontulet voivat syntyä

11 Revontulten synty - magnetosfääri Magnetosfääri suojaa Maata Auringon haitalliselta hiukkassäteilyltä ja kosmiselta säteilyltä Magnetosfääri on ikäänkuin Maata ympäröivä kupla avaruudessa Kuplalla on pitkä häntä, joka ulottuu satojen Maan säteiden päähän Maasta, häntä osoittaa poispäin Auringosta Auringon puolella magnetosfäärin laajuus on noin 10 Maan halkaisijaa Magnetosfääri kuitenkin vuotaa siinä on Maan magneettisten napojen kohdalla reiät, niin sanotut nielut, joista aurinkotuulen hiukkasia pääsee jatkuvasti Maan napojen alueelle Tämän vuoksi revontuliovaalit ovat jatkuvasti olemassa Tällä tavalla syntyvät rauhallisen ajan revontulet näkyvät vain kaukana pohjoisessa ja ne ovat melko vaatimattomia

12 Revontulten synty - magnetosfääri

13 Revontulten synty magneettinen myrsky ja alimyrsky Auringossa tapahtuu silloin tällöin hiukkaspurkauksia Auringosta saapuva purkauspilvi saavuttaa Maan noin 1-2 vuorokaudessa Kun hiukkaset törmäävät Maan magnetosfääriin, käynnistyy ns. Magneettinen myrsky Myrskyn aikana Maan magneettikenttä on häiriintyneessä tilassa Jos aurinkotuulen mukanaan kuljettaman internplanetaarisen magneettikentän ja Maan magneettikentän voimaviivat yhtyvät, päiväpuolella Aurinkotuuli kuljettaa yhdistyneitä Maan ja IMF:n voimaviivoja yöpuolelle Yöpuolella em. Päiväpuolelta tulevat magneettikentän voimaviivat yhtyvät yöpuolella oleviin magnetosfäärin "hännän" voimaviivoihin Voimaviivojen yhtymisen edellytyksenä on, että IMF:n Bz -komponentin suunta on kohti etelää

14 Revontulten synty magneettinen myrsky ja alimyrsky Voimaviivojen yhtyessä vapautuu runsaasti energiaa ja magnetosfäärin "plasmapyrstöön" varastoituneita hiukkasia syöksyy kohti maata -> tästä seuraa ns. Alimyrsky Alimyrskyn aikana revontulet voimistuvat ja kirkastuvat ja revontuliovaalit laajenevat kohti päiväntasaajaa ja napoja Yhden magneettisen myrskyn aikana voi tapahtua useita alimyrskyjä

15 Revontulten synty magneettinen myrsky ja alimyrsky IMF = Interplanetary Magnetic Field = planeettojen välinen magneettikenttä, käytännössä yhtä kuin Auringon magneettikenttä Bz -komponentti --> yksi tämän magneettikentän komponenteista, tämän lukuarvoa seurataan, ja sen toivotaan painuvan reilusti pakkaselle, eli kääntyvän etelään

16 Revontulten synty magneettinen myrsky ja alimyrsky Alimyrskyn kuvaus youtube -videolla Revontulten synty selitettynä youtube -videolla

17 Revontulten synty revontulten värit Revontulten värien synty on monimutkainen juttu Vihreitä sekä punaisia revontulia syntyy happiatomeista Punaiset revontulet syntyvät km korkeudella olevasta hapesta Vihreät revontulet syntyvät noin km korkeudella olevasta hapesta Siniset revontulet syntyvät typen molekyyleistä Violetit revontulet ovat periaatteessa vain optinen harha, joka liittyy värinäköömme: havaitsemme violetteja revontulia kun sinisiä ja punaisia revontulia näkyy näennäisesti päällekkäin, jolloin näemme ne violetteina Valkoiset revontulet syntyvät, kun havaitsemme useita revontulivärejä sekaisin ja värit sekoittuvat Himmeät revontulet havaitsemme kuitenkin kalpean värittöminä --> revontulivalon intensiteetti ei riitä väriaistimuksen syntymiseen

18 Erilaiset revontulimuodot Tarkkailemalla revontulinäytelmiä usein, voi havaita niissä esiintyvän usein tietynlaisia revontulimuotoja Revontulimuotoja ovat Harso Revontulikaari Revontulivyö Revontulisäteet Revontuliläiskät Revontulikorona

19 Erilaiset revontulimuodot Harso Kuva: Juha Ojanperä Revontuliharso on himmeä, tasainen ja piirteetön revontulimuoto

20 Erilaiset revontulimuodot Revontulikaari Kuva: Juha Ojanperä Himmeähkö, kaarimainen revontulimuoto, joka ei ole poimuttunut (vrt. Revontulivyö)

21 Erilaiset revontulimuodot Revontulivyö Kuva: Juha Ojanperä Kaarimainen, poimuttunut revontulimuoto Voi olla hyvin aktiivinen ja kirkas Usein parasta antia revontulinäytelmissä

22 Erilaiset revontulimuodot Revontulisäteet Kuva: Juha Ojanperä Nimensä mukaisesti säteittäisiä revontulimuotoja Pitkiä, pilarimaisia valonsäteitä Voivat muistuttaa kynttilän liekkiä Usein todella voimakkaan värisiä ja kauniita

23 Erilaiset revontulimuodot Revontuliläiskät Kuva: Heidi Rikala Nimensä mukaisesti läiskämäisiä revontulia Voivat kattaa laajoja alueita taivaasta Läiskissä havaitaan usein sykkimistä Esiintyvät usein aamuyön tunteina revontulimyrskyn jälkeen Läiskät ovat varsin himmeitä

24 Erilaiset revontulimuodot Korona Kuva: Jan Curtis, ACRC/Nasa Korona ei oikeastaan ole itsenäinen revontulimuotonsa Tarkoittaa tilannetta, jossa aktiivinen, poimuttunut tai säteinen revontulivyö on suoraan taivaan laella pään yläpuolella Todella kaunista katseltavaa!

25 Revontulten esiintyminen Revontulten maantieteellinen esiintyminen Revontulia havaitaan Maan magneettisia napoja ympäröivillä, niin sanotuilla revontulivyöhykkeillä Revontulia havaitaan niin pohjoisella- kuin eteläiselläkin napa-alueella Kun pohjoisessa näkyy revontulia, niin vastaavasti etelässäkin näkyy Eteläisiä revontulia havaitaan kuitenkin harvemmin, koska eteläisen pallonpuoliskon asutut alueet ovat kaukana eteläisestä revontulivyöhykkeestä Sen sijaan pohjoisen pallonpuoliskon revontulivyöhykkeellä on useita asuttuja alueita

26 Revontulten esiintyminen Revontulten maantieteellinen esiintyminen Revontulet esiintyvät magneettisten napojen ympärillä niin sanottuna revontuliovaalina Revontuliovaalin pysyy paikallaan auringon suhteen, mutta Maa pyörii eteläisen ja pohjoisen revontuliovaalin välissä --> tällä on merkitystä revontulten näkymisen kannalta Kuljettaessa revontuliovaalin alueelta sisäänpäin kohti Pohjois- tai Etelänapaa tai ulospäin kohti päiväntasaajaa, revontulten näkymistodennäköisyys alenee Voimakkaiden geomagneettisten myrskyjen aikana revontuliovaalit laajenevat kohti napoja ja päiväntasaajaa --> voimakkaat myrskyt harvinaisia

27 Revontulten esiintyminen revontuliovaali

28 Revontulten esiintyminen revontuliovaali

29 Revontulten esiintyminen Revontulten maantieteellinen esiintyminen Pohjois-Skandinavia ja näinollen myös PohjoisSuomi ovat ihanteellisessa asemassa revontulten näkymisen kannalta Aivan Etelä-Suomessa revontulia havaitaan noin yönä vuodessa Oulun korkeudella noin yönä vuodessa Utsjoella noin yönä vuodessa (poislukien valoisat kesäyöt) Kuusamon korkeudella revontulia havaitaan noin joka neljäs yö

30 Revontulten esiintyminen Revontulten ajallinen esiintyminen Revontulten esiintymistodennäköisyydessä on ajallista vaihtelua Suurin sykli revontulten esiintymistodennäköisyydessä liittyy niin sanottuun auringonpilkkusykliin, jonka pituus on 11 vuotta Revontulia esiintyy auringonpilkkumaksimin aikaan, jolloin auringon aktiivisuus on suurimmillaan Nyt olemme pikkuhiljaa laskeutumassa maksimista kohti uutta minimiä

31 Revontulten esiintyminen Revontulten ajallinen esiintyminen Revontulten esiintymistodennäköisyydessä havaitaan tilastollinen huippu syys- ja kevätpäiväntasauksien aikaan erityisesti esim. Eteläisessä Suomessa, PohjoisSuomessa revontulia havaitaan melko tasaisesti läpi talvikauden Jos Auringossa on havaittavissa suuri aktiivinen alue, on tällöin odotettavissa revontulia Suuret aktiiviset alueet ovat pitkäikäisiä, joten revontulia voidaan jälleen odottaa 27 vuorokauden kuluttua, kun aurinko on pyörähtänyt akselinsa ympäri, ja aktiivinen alue on taas Maahanpäin kääntyneellä auringonpuoliskolla

32 Revontulten esiintyminen Revontulten ajallinen esiintyminen Revontulten näkymisessä havaitaan myös päivittäistä vaihtelua Päivittäinen vaihtelu johtuu Maan pyörimisestä revontuliovaalin suhteen ja näinollen tietyn havaintopaikan (esim. Kuusamo) sijainnista revontuliovaalin suhteen Maan pyörimisestä johtuen revontulten suurin esiintymistodennäköisyys Suomessa on klo välisenä aikana --> revontuliovaali Suomen yllä, tai päinvastoin, Suomi revontuliovaalin alla Revontulia näkyy eniten ns. Magneettisen keskiyön aikaan Magneettisen keskiyön aikana tietty havaintopaikka (esim. Kuusamo) on linjassa pohjoisen magneettisen navan ja auringon kanssa Tällöin myös revontuliovaali on kyseisen havaintopaikan päällä

33 Revontulten ennustaminen Edellä esitetyn perusteella voidaan revontulten esiintymistä arvioida eri aikoina samaan tapaan kuin keskimääräistä säätilaa eri vuodenaikoina Tarkkoja ennusteita voidaan tehdä vain noin kahden viikon ajanjaksolle kerrallaan, maanpäällä vallitsevan sään ennustamisessa tilanne on samanlainen Jos auringon maahanpäin kääntyneellä puoliskolla on havaittavissa aktiivinen alue, on revontulia odotettavissa lähiaikoina

34 Revontulten ennustaminen Jos aktiivisessa alueessa tapahtuu niin sanottu roihupurkaus tai Auringossa tapahtuu niin sanottu koronan massapurkaus, sinkoutuu Maata kohti tällöin varautuneita hiukkasia, jotka voivat aiheuttaa Maassa revontulia Purkauksen hiukkaset saapuvat Maahan 1-2 päivän kuluessa

35 Revontulten ennustaminen Hiukkasten saapuessa Maahan hiukkaset saavat aikaan Maassa niin sanotun magneettisen myrskyn Jos myrskyn aikana niin sanotun interplanetaarisen magneettikentän ja Maan magneettikentän voimaviivat yhtyvät, avautuu varautuneille hiukkasille portti Maan napa-alueille --> erinomaiset mahdollisuudet revontulille Varautuneet hiukkaset ja niihin liittyvät magneetti- ja sähkökentät saavat aikaan napa-alueilla niin sanottuja alimyrskyjä, joiden aikana napa-alueilla näkyy voimakkaita ja upeita revontulia

36 Revontulten ennustaminen Maan magneettikentän tilaa kuvataan erilaisilla indekseillä --> auttavat revontulten ennustamisessa Revontulikyttääjää kiinnostavat indeksit: Internplanetaarisen magneettikentän ns. Bz -komponentti Kun Bz:n arvo on negatiivinen (mitä negatiivisempi, sen parempi), on osoittavat interplanetaarisen magneettikentän (IMF) voimaviivat etelään, eli kenttä on kytkeytynyt Maan magneettikenttään K -indeksi Kuvaa Maan magneettikentän häiriöisyyttä, mitä korkeampi, sen parempi revontulten kannalta (asteikko 0-9) Magneettisen myrskyn (K -indeksi 7-9) aikana alimyrskyt ja upeat revontulet ovat mahdollisia

37 Revontulten ennustaminen Revontulikyttääjän nettisivuja Spaceweather.com Auroras now! Aurora service.eu

38 Revontulten ennustaminen Hälypalveluita Tähtihäly (maksullinen) Aurora Servicen hälypalvelu (maksullinen) Spaceweather.comin hälypalvelu (maksullinen) Ilmatieteen laitoksen ilmainen hälypalvelu Etelä-Suomeen

39 Revontulten ennustaminen Älypuhelinsovellukset Iphone Solar monitor Android Aurora alert Aurora buddy