Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus

Transkriptio

1 Hyvä käyttäjä! Tämä pdf-tiedosto on ladattu Tieteen Kuvalehden verkkosivuilta ( Tiedosto on tarkoitettu henkilökohtaiseen käyttöön, eikä sitä saa luovuttaa kolmannelle osapuolelle. Tekijänoikeudellisista syistä tiedostossa ei ole kuvia. Ystävällisin terveisin Toimitus

2 2012 on auringonpurkausten vuosi Luvassa hir 54 Teksti: Helle ja Henrik Stub

3 mumyrsky Kun auringonpurkaukset syöksevät avaruuteen miljardien ydinpommien verran energiaa, Maa on vaaravyöhykkeessä. Vuonna 1859 raivosi supermyrsky, joka olisi lamauttanut täysin nyky-yhteiskunnan tietoliikenteen ja sähkönjakelun. Seuraava supermyrsky saattaa tulla jo vuonna E nnusteiden mukaan maapalloa voi koetella vuonna 2012 voimakas avaruusmyrsky. Silloin tapahtumat etenevät ehkä seuraavaan tapaan: Valtava plasmapilvi sinkoutuu Auringosta suoraan Maata kohti. Ensimmäisen myrskyvaroituksen antaa ACE-luotain, joka on jo vuodesta 1997 asti kiertänyt 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta yhtenä harvoista Auringon säätilaa tarkkailevista luotaimista. Järjestelmällistä valvontaa ei ole, mutta tällä kertaa ACE sattui paikalle sopivasti. ACE ehtii yleensä ilmoittaa uhkaavasta vaarasta 45 minuuttia aikaisemmin, mutta nyt nouseva supermyrsky puhaltaa hirmumyrskyn voimalla, joten varoitusajaksi jää ainoastaan 15 minuuttia. Se ei riitä. Vaikka hälytys lähetetään heti tuhansiin voimaloihin, asialle ei juuri ehditä tehdä mitään vaan hetken kuluttua suuri osa sähkönjakelusta ja tietoliikenteestä on katkennut. Aurinkomyrsky vetää mukanaan magneettikenttää, joka aiheuttaa suuria muutoksia Maan omaan magneettikenttään. Ne taas synnyttävät jopa tuhansien ampeerien virtapiikkejä suurjännitejohtoihin. Tällöin muuntoasemat lakkaavat toimimasta, koska niiden kuparijohdot kuumenevat ja sulavat. Muutamassa minuutissa pimenevät ensimmäiset alueet, ja sähkökatkokset leviävät nopeasti sähköverkon ylikuormittuessa. Virran katkeaminen aiheuttaa heti monenlaisia ongelmia. Etenkin kerrostaloalueilla tuhannet ihmiset jäävät jumiin hisseihin ja vesihuolto katkeaa miljoonissa kodeissa, koska virtaa ei riitä veden pumppaamiseen. Kaupoissa on yleensä elintarvikkeita vain muutamiksi päiviksi, koska niiden varastoiminen on kallista ja ruokatavarat halutaan ostaa tuoreina. Tavaroiden jakeluun tarvitaan toimiva kuljetusverkosto. Autoihin taas tarvitaan bensiiniä tai dieseliä, jota sähköpumput nostavat huoltoasemien maanalaisista säiliöistä. Sähkön puute saa siten paitsi pakastimet sulamaan myös elintarvikkeiden kuljetukset katkeamaan. Muutaman päivän kuluessa tilanteesta tulee lähes kestämätön. Sairaaloilla ja muilla laitoksilla on hätägeneraattorit, Vuoden 2003 voimakkaat avaruusmyrskyt aiheuttivat sähkökatkoksia muun muassa Yhdysvalloissa ja Ruotsissa ja synnyttivät revontulia (oik.), joita voitiin tarkkailla ISS-avaruusasemalta. soho/esa/nasa/spl/foci

4 1921 Voimakas avaruusmyrsky sytytti tuleen useita Euroopan ja Yhdysvaltojen lennätinasemia. Jos nykyajan muuntoasemat altistuisivat samalle kohtalolle, 150 miljoonaa ihmistä jäisi sähköttä päiviksi tai viikoiksi. Brittiläisessä observatoriossa ja (ennen ja jälkeen avaruusmyrskyn) tehdyissä mittauksissa näkyvät magneettikentän vaihtelut... british geological survey mutta niistä on apua vain pariksi päiväksi. Ensimmäiseksi yritetään korjata muuntajat. Varaosia ei kuitenkaan ole paljon käytettävissä, joten voidaan joutua rakentamaan kokonaan uusia muuntajia. Se vie paljon kallisarvoista aikaa. Avaruusmyrsky iskee länsimaihin Yleensä luonnonkatastrofit koettelevat ankarimmin köyhiä maita, mutta voimakas aurinkomyrsky lamauttaa toiminnot 1859 Maata koetteli supermyrsky, joka on yhä voimakkain tunnettu avaruusmyrsky. Kaksi Auringosta irronnutta plasmapilveä aiheutti magneettisia häiriöitä.... jotka tuhosivat lennätinlaitteita. Lennätin oli tuolloin lähes yhtä tärkeä kuin internet nykyään. Euroopassa ja Yhdysvalloissa monet lennätinasemat syttyivät tuleen. science museum/sspl ennen kaikkea pitkälle teollistuneissa maissa. Niissä käytetään paljon tietokoneita ja erilaisia sähkölaitteita, ja lisäksi viestinnässä ja GPS-navigoinnissa ollaan täysin riippuvaisia avaruudessa kiertä vien satelliittien toiminnasta. Jos nyky-yhteiskuntaa koettelisi Auringosta lähtenyt supermyrsky, monet satelliitit hajoaisivat nopeasti. Vaikka ne pysyisivät toiminnassakin, yläilmakehän häiriöt tekisivät niiden signaaleista niin epäluotettavia, että niitä ei voitaisi käyttää esimerkiksi lentoliikenteen vaatimaan tarkkaan navigointiin. Jo pienehkölläkin avaruusmyrskyllä voi olla kohtalokkaat seuraukset. Vuonna 1984 sellainen katkaisi radioyhteyden Yhdysvaltojen presidentin Air Force One -lentokoneeseen sen ollessa matkalla Kiinaan. Tilanne oli erityisen kiusallinen siksi, että tuolloin elettiin kylmän sodan aikaa. Toisena esimerkkinä voidaan mainita vuoden 1989 myrsky. Se pimensi 90 sekunnissa Québecin provinssin Kanadassa niin, että miljoonat ihmiset jäivät sähköttä jopa yhdeksäksi tunniksi. Oppia edellisestä supermyrskystä Kaikkein voimakkain tunnettu avaruusmyrsky sattui vuonna Jos vastaavanlainen raivoaisi nyt, se lamaannuttaisi yhteiskunnan toiminnot jopa vuosiksi. Tammikuussa 2009 Yhdysvaltojen kansallinen tiedeakatemia julkaisi raportin Severe Space Weather Events Understanding Societal and Economic Impacts, joka käsittelee huomattavia avaruus sään vaihteluja ja niiden yhteiskunnallisia ja taloudellisia seurauksia. Ei ole sattumaa, että raportti julkaistiin juuri nyt. Jo vuonna 2012 odotetaan nimittäin seuraavaa auringonpilkkumaksimia, ja pilkkujen ollessa enimmillään aurinkomyrskyjen riski on aina suurin. Raportissa arvioidaan, että jos vuoden 1859 supermyrsky toistuisi, jo ensimmäisen vuoden kustannukset olisivat 1 2 biljoonaa dollaria, ja että yhteiskunta olisi toipunut myrskyn vakavimmista seurauksista vasta 5 10 vuoden kuluttua. On laskettu, että vuoden 1859 kaltainen supermyrsky tuhoaisi jo pelkästään Yhdysvalloissa 300 muuntaja-asemaa ja katkaisisi siten sähköt 130 miljoonalta ihmiseltä. Jotta mahdolliseen supermyrskyyn osattaisiin varautua, vuoden 1859 myrskyn kulkuun ja seurauksiin on perehdytty jälkeenpäin hyvin tarkasti. Kaikki alkoi suhteellisen rauhallisesti 28. elokuuta 1859, kun niinkin etelässä kuin Floridassa ja Kreikassa nähtiin revontulia. Ne olivat niin kirkkaita, että 56 Tieteen Kuvalehti 13/2009

5 niiden valossa pystyttiin monin paikoin lukemaan lehteä. Niitä pidettiin vain kiinnostavana luonnonilmiönä, koska useimmat ihmiset eivät vielä olleet missään tekemisissä sähkölaitteiden kanssa eikä ilmiöstä siksi ollut heille haittaa luvun puolivälin harvoihin sähkölaitteiden käyttäjiin kuuluivat ennen kaikkea lennätinvirkailijat. Euroopassa, Aasiassa ja Pohjois-Amerikassa oli jo tuhansia lennätinasemia, joilla oli ratkaiseva merkitys yhteiskunnan toiminnalle. Avaruusmyrsky aiheutti revontulien ohella magneettisia häiriöitä, jotka synnyttivät lennätinkaapeleihin virtapiikkejä. Niiden seuraukset eivät tässä vaiheessa vielä olleet kovin vakavia, vaikkakin sanomien lähettäminen keskeytyi ja laitteista sinkoutui ajoittain kipinöitä. Parin päivän kuluttua, 1. syyskuuta, brittiläinen tähtitieteilijä Richard Carrington tarkasteli kaukoputkellaan Aurinkoa. Hän näki suuria auringonpilkkujen muodostelmia, joita hän yritti piirtää paperille. Yhtäkkiä pilkkuryhmän keskelle ilmestyi kaksi voimakasta valkoista valoa hohtavaa juovaa. Purkaus kesti vain viisi minuuttia, mutta sinä aikana juovat siirtyivät peräti kilometrin matkan Auringon kiekon yllä. Carrington ei kuitenkaan havainnut mitään muutoksia itse auringonpilkuissa, ja siitä hän päätteli hehkuvien juovien olevan korkealla Auringon pinnan yläpuolella. Hänen huomionsa 1972 Apollo 16- ja Apollo 17 -lennon väliin osui raju avaruusmyrsky. Jos astronautit olisivat olleet kuumatkalla myrskyn aikana, säteily olisi vahingoittanut heidän terveyttään ja jopa vaarantanut heidän henkensä. vahvisti toinen brittiastronomi, Richard Hodgson. Tämä luonnehti hehkuvia juovia tähdiksi, jotka olivat kirkkaampia kuin Auringon pinnasta tuleva valo. Vain 17 tuntia havaintojen jälkeen Maahan osui uusi, paljon ensimmäistä voimakkaampi magneettinen myrsky. Revontulet leiskuivat jälleen taivaalla, ja ne voitiin nähdä Yhdysvalloista Euroopan yli Aasiaan ja Australiaan ulottuvalla alueella. Ne näkyivät jopa Havaijilla. Toinen myrsky ei enää aiheuttanutkaan vain pieniä häiriöitä lennätinyhteyksiin. Lennätinasemia syttyi tuleen molemmin puolin Atlanttia, ja joissakin paikoissa virkailijat saattoivat sulkea virta lähteen ja lähettää sanomia pelkästään sillä virralla, jonka magneettimyrsky indusoi lennätinkaapeleihin. Washingtonissa Yhdysvalloissa sähköttäjä Frederick Royce sai niin voimakkaan sähköiskun, että se oli viedä häneltä hengen. Kalliovuorilla kultakaivostyöläiset heräsivät keskellä yötä ja ryhtyivät nauttimaan aamiaista, koska he luulivat revontulien hohdetta aamunkoitoksi. Syyskuun 4. päivän tienoilla avaruusmyrsky laantui ja lennätinasemienkin olot palasivat normaaleiksi. Vuonna 1859 revontulien syistä oli hyvin hatarat tiedot, eikä tiedetty paljon myöskään Auringon ja Maan vuorovaikutuksesta. Esitettyjen teorioiden mukaan revontulet aiheutti avaruudesta tuleva meteoripöly tai napaalueiden jäävuorista heijastuva valo tai ehkä eräänlainen hyvin korkealla ilmakehässä tapahtuva salamointi. Carrington huomasi, että vain 17 tuntia auringonpurkauksen jälkeen taivaalla leimusivat voimakkaimmat revontulet, mitä koskaan oli nähty. Hän varoi kuitenkin tekemästä yksittäisestä tapauksesta liikaa päätelmiä. Joka tapauksessa vuoden 1859 tapahtumat johtivat siihen, että yhteys revontulien ja Auringon aktiivisuuden välillä ymmärrettiin. Harvinainen kaksoispurkaus Nykyisten tietojen pohjalta vuoden 1859 myrskyn kulku pystytään selittämään melko tarkkaan. Kyseessä oli harvinainen kaksoispurkaus, jossa Auringosta irtosi parin päivän välein kaksi plasmapilveä, niin sanottua koronan massapurkausta, joista käytetään myös lyhennettä CME (coronal mass ejection). Pääasiassa elektroneista ja protoneista koostuvat plasmapilvet voivat sisältää usean miljardin tonnin verran ainetta. Tyypillinen koronan massapurkaus on kuitenkin ulottuvuuksiltaan niin laaja, että aineesta tulee äärimmäisen ohutta ja Maan olosuhteisiin verrattuna sen Avaruusmyrsky murtaa suojavallin Kun koronan massapurkaus sinkoutuu Auringosta Maata kohti, se saavuttaa Maan magneettikentän 2 4 päivässä. Yleensä kenttä suojaa hyvin magnetoituneelta, jopa 50 miljoonaa kilometriä leveältä plasmapilveltä, mutta supermyrsky voi kumota Maan säteilyvyöhykkeiden vaikutuksen. Jos plasmapilven magneettikenttäviivat kulkevat vastakkaiseen suuntaan kuin Maan kenttäviivat, kentät kietoutuvat toisiinsa ja vapauttavat valtavasti energiaa. Magneettikenttä Maa 1. Plasmapilvi irtoaa Auringon pinnasta. 2. Yleensä Maan magneetti kenttä pysäyttää plasmapilven. Aurinko soho/esa/nasa 3. Supermyrsky pääsee kuitenkin kentän läpi.

6 tiheys vastaa lähinnä tyhjiötä. Jokainen plasmapilvi vetää mukanaan magneettikenttää, ja ongelmat syntyvät siitä, kun tämä magneettikenttä kohtaa Maan magneettikentän. Vuonna 1859 ensimmäinen koronan massapurkaus kohtasi Maan 28. elokuuta ja synnytti revontulet. Sitä ennen plasmapil vi oli edennyt tuntia tuhannen kilometrin sekuntivauhdilla. Kohdatessaan Maan magneettikentän se oli noin 50 miljoonan kilometrin levyinen. Sen magneettikentän voima viivat osoittivat sattumalta samaan suuntaan kuin Maan magneettikentän. Siksi kentät aluksi voimistivat toisiaan eivätkä yhteentörmäyksen seuraukset olleet kovin vakavia. Kun pilvi 15 tuntia myöhemmin oli ohittanut Maan, sen magneettikenttä kääntyi. Kahden vastakkaissuuntaisen kentän kohdatessa syntyi energiapurkauksia, kun kenttien magneettinen energia muuttui atomaaristen hiukkasten kineettiseksi energiaksi eli liike-energiaksi. Monet hiukkasista vajosivat yläilmakehään lähelle magneettisia napoja, missä ne sitten synnyttivät revontulia. Syyskuun 1. päivänä Carrington näki yhden voimakkaimmista purkauksista, mitä koskaan on havaittu Auringossa. Se oli niin sanottu f lare eli roihupurkaus, jonka lämpötila oli lähes 50 miljoonaa astetta. Pian sen jälkeen Maassa havaittiin toinen koronan massapurkaus. Ei ole varmaa, aiheutuiko se Carringtonin 1989 Avaruusmyrsky katkaisi 90 sekunnissa valtaosan Itä-Kanadan sähkönjakelusta ja pimensi lähes koko Québecin provinssin. Tapaus vaikutti 6 miljoonan ihmisen elämään. näkemistä hohtavista juovista, sillä läheskään kaikki roihupurkaukset eivät sinkoa Auringosta massapurkauksia. Se kuitenkin tiedetään, että tämä toinen massapurkaus eteni epätavallisen suurella kilometrin sekuntivauhdilla. Todennäköisesti jälkimmäisen massapurkauksen voimaviivat olivat jo alusta alkaen vastakkaissuuntaiset Maan magneettikentän viivojen kanssa, ja se taas aiheutti magneettimyrskyt ja virtapiikit lennätinkaapeleihin. Myrsky tuhosi sitä paitsi joksikin aikaa Maan omat säteilyvyöhykkeet ja pienensi jopa otsonikerrosta noin viisi prosenttia. Varoitusaika avainasemassa Vuoden 1859 supermyrskystä on nyt kulunut 150 vuotta. Yhteiskunnan toiminnan kannalta olisi tärkeää tietää, milloin seuraava vastaavanlainen on odotettavissa. Nykyään pystytäänkin arvioimaan, miten usein avaruusmyrskyjä esiintyy. Kun suurienergiaiset hiukkaset osuvat avaruusmyrskyn aikana Maan yläilmakehään, ne reagoivat ilmakehän hapen ja typen kanssa ja muodostavat nitraatteja. Osa nitraateista kerrostuu Grönlannin ja Antarktiksen mannerjäähän, ja siksi jääkairauksista voidaan päätellä nitraattipitoisuuden vaihtelut. Tiedetään, että viimeksi kuluneiden 450 vuoden aikana ei ole esiintynyt vuoden 1859 myrskyä ankarampaa, joten supermyrskyt ovat harvinaisia. Viime vuosikymmenien pahimmat myrskyt ovat olleet elokuussa 1972, maaliskuussa 1989 ja lokakuussa Vaikka niiden voima on ollut alle neljäsosa supermyrskystä, ne on havaittu sekä Maassa, missä sähkö on monin paikoin katkennut, että avaruudessa, missä monet satelliitit ovat vaurioituneet tai tuhoutuneet täysin. Jos varoitusjärjestelmä toimii ja valmistautumisaikaa jää kohtuullisesti, ehditään ehkäistä pahimmat seuraukset avaruudessa voidaan yrittää suojata satelliitteja ja Maassa voimaverkkoja. Esimerkiksi osa suurjännitekaapeleista voidaan sulkea pois käytöstä ennen kuin ketjureaktio lamauttaa koko verkon. Varoitusrintamalta kuuluu nyt hyviä uutisia, sillä ACE- ja SOHO-luotaimet, jotka ovat pitkään ainoina tarkkailleet auringonpurkauksia, ovat saaneet seuraa. Uudet STEREO-nimiset luotaimet pystyvät ottamaan niin tarkkoja kuvia, että voidaan nopeasti laskea, suuntautuuko koronan massapurkaus Maahan. STEREO-luotaimilla on rajallinen toiminta-aika, joten pitkällä aikavälillä tarvitaan järjestelmä, jossa Auringon säätilaa tarkkaillaan herkeämättä samalla tavoin kuin maapallonkin säätä. Vaikka STEREO-luotaimet varoittavat ajoissa SOHO- ja ACE-luotain ovat jo vuosia ilmoittaneet avaruusmyrskyistä minuutin varoitusajalla. Vuonna 2006 laukaistut STEREOluotaimet ovat nostaneet varoitusajan 24 tuntiin. ACE ja SOHO kiertävät Auringon ja Maan väliin jäävällä radalla, mutta STEREO-luotaimet kiertävät Maan radalla toinen Maan jäljessä ja toinen Maan edellä. Ne näkevät Auringon kahdesta suunnasta ja ottavat kolmiulotteisia kuvia heti purkauksen alkaessa. henning dalhoff STEREO SOHO/ACE STEREO

7 2003 ISS:n astronauttien täytyi mennä avaruusmyrskyn aikana turvaan aseman parhaiten säteilyltä suojattuun osaan. Sähköt katkesivat useilla alueilla Kanadasta Ruotsiin ja suuressa osassa Koillis-Yhdysvaltoja. Häiriöt koskettivat 50:tä miljoonaa ihmistä, ja kustannukset olivat noin 6 miljardia dollaria. ankarat avaruusmyrskyt ovat hyvin harvinaisia, niiden tuhovoiman vuoksi niitä on pidettävä jatkuvasti silmällä. Aurinko käyttäytyy oudosti Koska auringonpurkaukset tapahtuvat auringonpilkkujen lähellä, myrskyt ovat todennäköisimpiä silloin, kun pilkkuja on paljon. Pilkkujen määrä vaihtelee noin 11 vuoden jaksoissa. Seuraavaa pilkkumaksimia odotetaan vuonna Auringon käyttäytyminen näyttää kuitenkin olevan muuttumassa, koska vuonna 2008 ei ollut lainkaan pilkkuja 266 päivänä vuodesta. Sitä rauhallisempaa kautta ei ole esiintynyt sitten vuoden 1913 auringonpilkkuminimin, jolloin pilkuttomia päiviä oli peräti 311. Auringon epätavallinen käytös on jatkunut 2009, jolloin alkuvuoden kolmena kuukautena pilkutonta aikaa oli 76 päivää eli 87 prosenttia ajasta. Myös varautuneista hiukkasista koostuva aurinkotuuli on heikompi kuin aikoihin ja Auringon ultraviolettisäteily on vähentynyt kuutisen prosenttia edellisen, vuoden 1996 auringonpilkkuminimin jälkeen. Yhdysvaltalaisen merten ja ilmakehän tutkimuslaitoksen NOAAn mukaan seuraavasta auringonpilkkumaksimista voi tulla heikoin sitten vuoden 1928 ja yksi heikoimmista sitten vuoden 1750, jolloin niistä on alettu pitää kirjaa. Sen aikana mahdollisesti sattuvien myrskyjen vaaraa ei silti voida vähätellä, sillä toukokuussa 2008 STEREO havaitsi äkillisen purkauksen, vaikka Aurinko muuten oli rauhallinen eikä pilkkuja näkynyt. Vuoden 1859 supermyrskykin alkoi ajankohtana, jolloin Aurinko ei ollut kovin aktiivinen. Pieni auringonpilkkujen määrä synnyttää ehkä lukumääräisesti vähemmän myrskyjä, mutta myrskyjen voimakkuuteen se ei välttämättä vaikuta eikä yhteiskunnan toimintojen lamauttamiseen tarvita kuin yksi supermyrsky. STEREO-satelliitit ilmoittavat aurinkomyrskyistä 24 tunnin varoitusajalla. Valvonta ei kuitenkaan ole järjestelmällistä. Auringonpurkaukset tapahtuvat auringonpilkkujen läheisyydessä. Mitä enemmän pilkkuja on, sitä suurempi on purkausten riski. spl/foci nasa Lisätietoja internetissä osoitteessa Tieteen Kuvalehti 13/2009