Globaali virtapiiri. Reko Hynönen

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Globaali virtapiiri. Reko Hynönen"

Tarja Lehtilä
6 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Globaali virtapiiri Reko Hynönen

2 Globaali virtapiiri

3 Globaali virtapiiri Galaktiset kosmiset säteet (GCR, Galactical Cosmic Rays) vuorovaikuttavat ilmakehän hiukkasten kanssa ionisoimalla niitä Muodostuu erillisiä sähkövarauksia ja potentiaaliero maanpinnan ja johtavan ionosfäärin väliin Erityisesti keskileveysasteiden ukkospilvet vapauttavat varausta toimien jännitelähteinä piirissä

4 Globaali virtapiiri

5 Piirin vaatimukset Jotta piiri voisi muodostua, pitää seuraavien olemassaolovaatimusten täyttyä: Johtava ylempi kerros (ionosfääri) Johtava alempi kerros (maanpinta) Varauksen purkautumista tai satamista (presipitaatiota) piirin varaamiseksi ja siten varauseron muodostamiseksi Sähkövirta hyvällä säällä ilmakehän läpi piirin varauksien purkamiseksi

6 Piirin havaitseminen

7 Piirin havaitseminen Schumann-resonanssit: Vaihtovirta johtavien kerrosten välillä, pieni taajuus Tutkalla voidaan havaita presipitaatiota ja alempi johtava kerros Optisesti voidaan yksinkertaisesti nähdä sähköpurkauksia Erilaisilla mittareilla voidaan tutkia ilmakehän sähkönjohtavuutta ja varausta

8 Globaalit virtapiirit aurinkokunnan planeetoilla Venus: * Sisarplaneettaamme on tutkittu melko vähän. * Kolminkertainen tiheä pilvikerros haittaa optisia havaintoja * Muutamia havaintoja yritetty, tähän asti ei onnistuneita havaintoja * Salamat täysin pilvien sisäisiä johtuen pilvikerroksen paksuudesta * Piiri kuitenkin todennäköinen

9 Globaalit virtapiirit aurinkokunnan planeetoilla Mars: * Planeetan pinnan johtavuus luokkaa ~ Sm -1 * Hiekkamyrskyissä tapahtuu varausten erottelua Sähkökenttiä luokkaa 20 kv/m (1/5 Maan vastaavista) * Paras kandidaatti globaalin virtapiirin olemassaololle (Maan lisäksi)

10 Globaalit virtapiirit aurinkokunnan planeetoilla Titan: * Erittäin lupaava, todennäköinen globaali piiri * Samankaltaisia sääilmiöitä ja maantiedettä kuin Maassa * Metaanipilviä, joissa ukkonen mahdollista * Huygens-luotain havainnut ionisoidun johtavan kerroksen yläilmakehässä (n. 60km korkeudessa ~3 ns/m) ja mitannut kuun pinnan johtavuuden * Sähköilmiöitä ei (vielä?) havaittu silti optimistinen suhtautuminen globaalin piirin olemassaoloon

11 Globaalit virtapiirit aurinkokunnan planeetoilla Kaasujättiläiset: * Globaalin piirin käsite ei sovellu suoraan kaasujättiläisiin, joilla ei ole hyvin määriteltyä pintaa ja joiden kaasukehät ovat poikkeuksellisia Merkurius: * Ilmasähköä ja siten globaalia piiriä ei voida havaita, kun ei ole ilmakehääkään

12 Aurinkotuulen vaikutus Aurinkotuuli vaikuttaa globaaliin piiriin moduloimalla ainakin seuraavia asioita: a) galaktisten kosmisten säteiden vuo b) relativististen elektronien presipitaatio magnetosfääristä ( elektronisade ) c) ionosfäärin potentiaalin muutokset napapiireillä Nämä kaikki vaikuttavat virtatiheyteen ilmakehässä

13 Aurinkotuulen vaikutus Aurinkotuuli moduloi kosmisten säteiden vyöryä estämällä suurta osaa niistä pääsemästä aurinkokuntaan - Mitä suurempi GCR-hiukkasen energia, sitä vähemmän aurinkotuulella vaikutusta - Lisäksi suurienergiset hiukkaset tunkeutuvat syvemmälle ilmakehään Geomagneettisten myrskyjen aikana pienienergisten GCR-säteiden vuo heikkenee jopa kymmeniä prosentteja

14 Aurinkotuulen vaikutus Elektronisade * Aurinkotuuli heikentää elektronisadetta ja siten virtaa ilmakehässä * Wilcoxin ilmiö: voimakas elektronisade johtaa VAI-indeksin kasvuun (= Vorticity Area Index) voimakas aurinkotuuli heikentää olemattomiin * Wilcoxin ilmiö puskee pyörretuulia kohti korkeampia leveysasteita

15 Aurinkotuulen vaikutus Potentiaali napapiireillä vaihtelee voimakkaasti geomagneettisten myrskyjen aikaan suuri vaikutus potentiaaliin ionosfäärissä * Tavallisesti ilmakehässä n. 250 kv sähkökenttä * Vaikutus jopa ± 50 kv

16 Avaruusmyrskyn tammikuu 2005 vaikutus ionisaatioon ilmakehässä verrattuna normaalitilanteeseen

17 Aurinkotuulen vaikutus Pidempiaikaisia muutoksia ovat mm. - Schwaben sykli (11 v jaksollisuus auringonpilkkujen määrässä) - Halen sykli (22 v jaksollisuus auringon aktiivisuudessa) - Gleisbergin sykli (88 v jaksollisuus auringon aktiivisuudessa) - Suessin sykli (220 v jaksollisuus auringon aktiivisuudessa)

18 Mihin se sitten vaikuttaa? Ionisaatio tekee hiukkaset sähköisiksi Sähköilmiöt voivat dominoida pilven hiukkasten liikkeitä, sillä suhde varaus/massa on suuri Voimakkaita vaikutuksia nukleaatioon Nopeuttaa jääkiteiden muodostumista ja vähentää pilvipeitettä Synnyttää suurempia aerosolihiukkasia

19 Lähteitä Yair, Y. et al., 2007, Updated Review of Planetary Atmospheric Electricity K.L. Aplin et al., 2007, Investigating Earth s Atmospheric Electricity: a Role Model for Planetary Studies H. Nevanlinna, 2006, Avaruussää H. Nevanlinna, 2002, Perustietoa geomagnetismista W. Lowrie, 1997, Fundamentals of Geophysics, luku 5: Geomagnetism and Paleomagnetism B. A. Tinsley, 2000, Influence of Solar Wind on the Global Electric Circuit, and Inferred Effects on Cloud Microphysics, Temperature and Dynamics in the Troposphere G. A. Bazilevskaya et al., 2007, Cosmic Ray Induced Ion Production in the Atmosphere R.G. Harrison, The Global Atmospheric Electrical Circuit and Climate, Kiitos kun esititte kuuntelevanne!

Samankaltaiset tiedostot

Avaruussää ja Auringon aktiivisuusjakso: Aurinko oikuttelee

Avaruussää ja Auringon aktiivisuusjakso: Aurinko oikuttelee Reko Hynönen Teoreettisen fysiikan syventävien opintojen seminaari / Kevät 2012 26.4.2012 1 Ekskursio avaruussäähän 1. Auringonpilkkusykli 2.