Eiscat 3D. Sisällysluettelo

Transkriptio

1 EISCAT 3D sirontatutka maailman huipulle Koonneet: Tuomo Nygrén ja Anita Aikio Oulun yliopisto, Fysikaalisten tieteiden laitos Kirsti Kauristie Ilmatieteen laitos UHF (Tromsø) VHF EISCAT 3D? UHF (Sodankylä) ESR Toukokuu 2008

2 Sisällysluettelo EISCAT 3D -hanke ja sen merkitys Suomelle... 1 EISCAT 3D:n tekniset ratkaisut (Liite 1)... 3 Suomalaiset EISCAT-tutkimushankkeet (Liite 2)... 6 EISCAT ja opetus (Liite 3) Inversiomenetelmien huippuyksikön johtajan lausunto (Liite 4) EISCAT-sopimuksen taloudelliset vaikutukset Suomessa (Liite 5) EISCAT-tutkimuksen synnyttämää yritystoimintaa (Liite 6) Suomalaiset EISCAT-julkaisut vv (Liite 7)... 20

3 EISCAT 3D -hanke ja sen merkitys Suomelle EISCAT on kansainvälinen tieteellinen järjestö, joka mittaa yläilmakehän ominaisuuksia napa-alueella ja sen ympäristössä ns. sirontatutkamenetelmällä. Järjestö on rakentanut kolme sirontatutkaa: UHF- ja VHF-tutkat Skandinavian pohjoisosiin sekä ESR-tutkan Huippuvuorille. Parhaillaan EISCAT suunnittelee uutta huippunykyaikaista laitteistoa (EISCAT 3D), jolla on tarkoitus korvata vanhentumassa olevat UHF- ja VHF-tutkat. Suomen EISCAT-jäsenyydellä on ollut suuri merkitys Suomen avaruustutkimukselle sekä alan koulutukselle Suomessa. Se on tuottanut 19 tohtoria ja lähes 250 kansainvälisissä referoiduissa lehdissä painettua tieteellistä tutkimusta. Useita EISCAT-alaan liittyviä väitöskirjoja on tällä hetkellä tekeillä. Suomalaisten sirontatutka-asiantuntijoiden tekemä työ on myös suuresti vaikuttanut Inversiomenetelmien huippuyksikön syntymiseen. Lisäksi uudet tieteelliset innovaatiot ovat synnyttäneet yritystoimintaa. EISCAT-järjestön jäsenyys on ollut Suomelle poikkeuksellisen edullista, sillä järjestön Suomelle maksamat summat 20- vuotiskaudella ylittävät Suomen jäsenmaksut 2,6-kertaisesti. Yksityiskohtaiset tiedot EISCAT:in tähänastisesta vaikuttavuudesta löytyvät liitteistä 3-7. Uuden tutkan rakentamiselle on vahvat tieteelliset perusteet, sillä kansainvälinen polaarivuosi (IPY) sekä ilmastonmuutos ovat nostaneet napa-alueiden ja korkeiden leveyspiirien ylemmän ilmakehän eli ionosfäärin tutkimuksen jälleen polttopisteeseen. Ilmastomuutoksen syiden ymmärtäminen ja sen kehityksen ennustaminen ovat nykyisen ilmakehätutkimuksen tärkeimpiä haasteita. Maanpintahavaintojen ohella ilmakehän fysiikkaa ja kemiaa kuvaavat mallit tarvitsevat tietoa myös ilmakehän ulkoreunalta, jotta etenkin pitkien ajanjaksojen keski- ja alailmakehän mallinnustulokset tarkentuisivat. USA on rakentamassa omia sirontatutkia (AMISR) Resolute Bayhin Kanadaan ja Poker Flatiin Alaskaan. Ne perustuvat moderniin teknologiaan ja uhkaavat EISCAT:in johtoasemaa maailman edistyksellisimpänä sirontatutkalaitteistona. Lisäksi Skandinavian laajentuva matkapuhelinverkosto tulee viemään EISCAT:ilta sen nykyiset UHF-taajuudet, Suomesta jo v loppuun mennessä. Ainoastaan Huippuvuorten uudempi EISCAT-tutkalaitteisto (ESR) on turvassa. Euroopan Unionin tuella käynnistyi v suunnitteluhanke mantereen EISCAT-laitteiston korvaamiseksi alan uusimmalla teknologialla (nk. EISCAT 3D, Liite 1). Tavoitteena on rakentaa suorituskyvyltään ainutlaatuinen sirontatutka, joka sekä aika- että paikkaerotuskyvyltään ohittaa nykyiset tutkat kymmenkertaisesti. Kyky mitata plasman virtausnopeutta useammalla korkeudella samanaikaisesti on uuden tutkan kiehtova lisäpiirre, joka puuttuu kaikista muista rakenteilla olevista sirontatutkista (myös USA:n AMISR-tutkasta). Mahdollisuus pitkiin yhtäjaksoisten mittauksiin on myös erittäin tärkeä uusi ominaisuus. 1

4 Uuden tutkan tutkimuskohteita ovat mm. (liite 2): Avaruusfysiikka ja plasmafysiikka Avaruus- ja plasmafysiikan perustutkimus Koordinaatio ESA:n ja NASA:n satelliittihankkeiden kanssa Ilmakehätutkimus Avaruussään vaikutus ionosfäärin kemiaan Ionosfäärin ja ilmakehän välinen kytkentä Avaruusteknologia Avaruussääsovellukset (esim. vaikutukset GPS-paikannukseen) Avaruusromun kartoitus Uudet sovellukset Uudet tutkamodulaatiot ja analyysimenetelmät Kuun pinnan ja asteroidien muodon kartoitus Uuden tutkan rakennuskustannuksiksi on arvioitu 65 M. Ensi arviona Suomen osuudesta voidaan pitää 6-7 M, joka vastaa osuuttamme EISCAT-järjestön vuosittaisissa jäsenmaksuissa. Tämä summa on selkeästi pienempi kuin yhden satelliittihankkeen vaatima investointi. Suomen kaltaiselle maalle, jonka tutkijaresurssit ovat rajalliset, EISCAT:in kaltaisen järjestelmän rahoittaminen on strategisesti järkevää. Tukemalla alaa, jossa jo ollaan kansainvälisesti korkealla tasolla, turvataan suomalaisille rooli suunnannäyttäjinä ja haluttuina kansainvälisinä yhteistyökumppaneina. 2

5 Liite 1: EISCAT 3D:n tekniset ratkaisut EISCAT-3D on suunniteltu moderniksi sirontatutkaksi, joka poikkeaa oleellisesti mantereen vanhoista UHF- ja VHF-tutkista ja tarjoaa runsaasti uusia mahdollisuuksia tutkan käyttäjälle. Sekä mittaustarkkuus että paikka- ja aikaresoluutiot paranevat, antennikeilan suuntaus tapahtuu alle puolessa millisekunnissa ja nopeuden mittaus samanaikaisesti useista sirontatilavuuksista tulee mahdolliseksi. Uusi tutka edustaa huippua kaikkien olemassa olevien ja suunniteltujen sirontatutkien joukossa ja sen avulla tutkijat saavat käyttöönsä maailman edistyksellisimmän ja tehokkaimman laitteiston. Tutka toimii taajuusalueella MHz, mikä tuottaa optimisuorituskyvyn sekä ionosfäärin yläosassa aina 1500 km:n korkeudelle saakka että alaosassa mesosfäärikorkeuksilla. EISCAT-3D suunnitellaan multistaattiseksi tutkaksi, jonka lähetin ja yksi vastaanotin on nykyisten tutkien lähellä Tromssassa. Sivuasemia on kahdenlaisia; pääasialliset asemat sijaitsevat Suomen Lapissa Kaamasessa ja Porjuksessa Pohjois-Ruotsissa. Lisäksi on suunniteltu kaksi muuta sivuasemaa Norjassa sijaitsevaan Masiin ja Abiskoon Pohjois-Ruotsissa. Näiden sivuasemien tarkoitus on tuottaa mittauksia sellaisista matalilta korkeuksilta, jonne kauempana olevat sivuasemat ulottuvat huonosti. Suunnitellut asemien paikat on esitetty seuraavassa kartassa. Kaikki antennit ovat yagielementeistä rakennettuja ryhmiä, joiden keila muodostetaan vaiheistamalla. Keilan leveys on alle 0.6. Kummankin lineaarisen polarisaation lähettäminen ja vastaanottaminen on mahdollista, joten polarisaatiorajoituksia ei ole. Lähetinantennissa on noin lyhyttä yagia ja pääasemien vastaanotinantenneissa noin 2000 keskipitkää yagia. Interferometrian avulla voidaan saavuttaa 20 m:n paikkaresoluutio keilan suunnassa. Seuraavassa kuvassa on testiantenni, jota on käytetty vastaanotinkonstruktioiden testaukseen nykyisen VHF-tutkan lähettimen avulla. 3

6 Kuhunkin lähetinantennin elementtiin on integroitu lähetinelementti. Tämä generoi signaalin, jonka vaihetta ja amplitudia voidaan ohjata vapaasti, joten mielivaltaisen modulaation käyttö tulee mahdolliseksi. Tämä tekee mahdolliseksi aivan uusien modulaatiomenetelmien kehittämisen, millä voi olla arvaamattomia vaikutuksia tutkan suorituskykyyn. Lähetinelementit perustuvat matkapuhelinverkkojen tukiasemien käyttämään teknologiaan (VHF TV power FET). Yksittäisen lähetinelementti teho sisältää kaksikanavaisen tehovahvistimen (28 V LDMOS), jonka tuottama teho on suuruusluokkaa 800 W (400 W kumpaankin polarisaatioon). Kun lähetinelementtejä on kpl, tämä tuottaa maksimissaan yli 16 MW:n lähetystehon (yli viisinkertainen nykyisen VHF-tutkan tehoon verrattuna); joka tapauksessa teho on suurempi kuin 2 MW. Vastaanotinantennin kuhunkin elementtiin on integroitu vastaanotinelementti, jossa on matalakohinainen esivahvistin, tehovahvistin, kaistanpäästösuodin sekä AD-muunnin. Kaistarajoitteinen taajuusalueen 230 ± 15 MHz:n signaali alinäytteistetään 80 MHz:n näytteenottotaajuudella ja 16 bitin resoluutiolla, mikä tuottaa yli 70 db:n dynamiikan. Datansiirtonopeus on 10 Gb/s. Keilanmuodostuksessa tarvittavat viiveet saadaan aikaan FIRsuotimien avulla ja keila syntyy summaamalla eri viiveillä tuotetut digitaalisignaalit. Samanaikaisesti voidaan muodostaa useita keiloja, jotka voidaan suunnata leikkaamaan lähetinkeila halutuilla korkeuksilla. Yhtä keilaa käytetään suuntauksen tarkkuuden seurantaan; se suunnataan valittuun radiotaivaan kohteeseen. Samanaikaisesti vastaanotetaan kaksi lineaarista polarisaatiota, joista voidaan muodostaa mielivaltainen polarisaatio. Multistaattisessa VHF-tutkassa tämä on tärkeätä, sillä 230 MHz:n taajuusalueella ionosfäärin aiheuttama Faraday-kiertymä on merkittävä. Vastaanottimen teknologia sisältää mahdollisuuden antennin käyttöön interferometrina, jolloin voidaan saavuttaa erinomainen paikkaresoluution (20 m). 4

7 Nykyisissä suunnitelmissa mittaustulokset tallennettaisiin tavanomaisessa käytössä entiseen tapaan autokorrelaatiofunktion estimaatteina. Suunnitelmat sisältävät kylläkin mahdollisuuden tallentaa antennikeilasta tai jopa eri antenneista saapuvat signaalinäytteet myöhempää analyysia varten. Tämän pääasiallinen tarkoitus on meteorien havaitseminen; kun vastaanotettu kaiku havaitaan koherentiksi, voidaan nopeasti siirtyä autokorrelaatiofunktion tallennuksesta signaalin itsensä tallennukseen. Nyt jo tunnettujen ja testattujen uusien modulaatio- ja analyysimenetelmien kannata olisi parempi, jos keilamuodostetun signaalin tallentaminen tapahtuisi rutiininomaisesti. Suomalaiset ovat jo tehneet niin omissa erikoiskokeissaan käyttäen nykyisten EISCAT-vastaanottimien rinnalle kytkettyjä omia vastaanottimia. Näinollen tämä on riittävän suurien massamuistien avulla mahdollista. 5

8 Liite 2: Suomalaiset EISCAT-tutkimushankkeet Avaruusfysiikka ja plasmafysiikka Koordinaatio ESA:n ja NASA:n satelliittihankkeiden kanssa Pohjois-Skanndinavia ja Huippuvuoret ovat maailmanlaajuisesti ainutlaatuinen alue: alueella on erittäin tiheä maanpintamittalaiteverkko ionosfäärin mittaamiseen. Suomalaisen MIRACLE-verkon (kuva 1) magnetometri- ja revontulikameroiden mittauksia on hyödynnetty laajasti EISCAT-mittausten kanssa ionosfäärin dynamiikan tutkimuksessa. Korkeilla leveyspiireillä ionosfääri on suoraan kytkeytynyt Maan magnetosfääriin, jolla on puolestaan voimakas kytkentä Aurinkoon. Tätä kytkentää on tutkittu yhdessä ESA:n Cluster-satelliittihankkeen kanssa. Hanke on tuottanut uutta tietoa mm. revontulihäiriöihin liittyvistä sähkövirroista ja Huippuvuorilla esiintyvistä revontulista. Toisaalta herkät optiset mittalaitteet ovat osoittaneet, että aktiiviset revontulimuodot koostuvat usein hyvin kapeista elementeistä. Niiden syntyä ei ymmärretä, eikä tiedetä kuinka suuret sähkövirrat yhdistävät nämä muodot magnetosfääriin. Vaikka nykytutkan resoluutio ei kunnolla riitäkään muotojen tutkimiseen, on havaittu että näihin muotoihin liittyy usein myös vielä selittämätön plasmafysiikan ilmiö (NEIAL). Uuden 3D-tutkan avulla päästään tutkimaan näitä korkeaa paikkaja aikaresoluutiota vaativia kohteita. Kuva 1. MIRACLE-verkon magnetometriasemat (punaiset pisteet) ja all-sky kameroiden näkökentät (mustat isot ympyrät) sekä EIS- CAT-antennien sijainti (keltaiset ympyrät). Uuden 3D-tutkan nopea keilan pyyhkäisy mahdollistaa hetkellisen poikkileikkauksen tekemisen tutkittavasta ilmiöstä ja/tai useamman korkeuden yhtäaikaisen mittaamisen tristaattisesti. Tämä luo aivan uusia ulottuvuuksia maanpinta-satelliittikoordinaatiomittauksille. Mittauksista voidaan saada tällöin moniulotteinen kuva pitkin satelliitin lentorataa ajan funktiona. Tällöin olisi ensimmäistä kertaa mahdollisuus myös saada luotettavia mittauksia korkealla aikaresoluutiolla useiden parametrien korkeusprofiileista, kuten tuulesta, sähkövirrasta ja magnetosfääristä peräisin olevan sähkömagneettisen energian dissipaatiosta. 6

9 Cluster-työssä (kuva 2) suomalaistutkijat ovat saaneet mainetta erityisesti maanpinnalla kerätyn havaintoaineiston muokkaamisessa satelliittihavaintojen kannalta mielenkiintoisiksi datatuotteiksi. Tätä osaamista hyödynnetään parhaillaan myös NASA:n revontulialimyrskyjen fysiikkaan keskittyvässä THEMIS-hankkeessa. EISCAT 3D tulee tarjoamaan mahdollisuuksia uudentyyppisten datatuotteiden kehittelyyn. 3D:n suunnitellun valmistumisaikataulun kannalta erityisen mielenkiintoinen tulee olemaan ESA:n vuonna 2011 laukaistava Swarm-missio, jossa ensimmäistä kertaa tehdään ionosfääriplasman mittauksia useamman satelliitin muodostelmalla. Kuva 2. ESA:n Cluster hankkeessa tutkitaan mm. magnetosfäärin rajapintoja ja niissä kulkevia sähkövirtoja neljän satelliitin ryppäällä, jonka kokoa ja muotoa voidaan vaihdella (Kuva: ESA). Ionosfäärin induktioilmiöt Magnetosfääri-ionosfääri-kytkennän tutkimuksessa ionosfääri esitetään lähes poikkeuksetta äärettömän ohuena vakiokorkeudella olevalla tasona. Ionosfäärin olosuhteet muuttuvat kuitenkin olennaisesti korkeusvälillä km. Taso-oletuksen ohella toinen yleinen yksinkertaistus on sähkömagneettiseen induktioon liittyvien ilmiöiden unohtaminen. Induktion seurauksena magneettikentän nopeisiin muutoksiin liittyy sähkökenttä, joka voi häiritä magnetosfääri-ionosfäärikytkentää vaikeasti mallinnettavalla tavalla. Parannuksena täysin staattiselle kuvalle induktio-ilmiötä on mallinnettu ionosfääristä heijastuvien aaltojen avulla, mutta tässäkin lähestymistavassa ionosfääriä kuvataan tasona unohtaen sen mahdolliset sisäiset induktio-ilmiöt. Nopeiden (alle minuutin kestävien) ja usein juuri niiden kaikkein mielenkiintoisimpien ilmiöiden täydelliseksi ymmärtämiseksi tulisi kumpikin yksinkertaistus hyljätä. Kolmiuloitteisen ionosfäärin induktioilmiöiden mallinnuksen tueksi ei ole toistaiseksi ollut saatavilla riittävän hyvällä aikaresoluutiolla ja useilta eri korkeuksilta kerättyjä mittauksia. Tämän tutkimusalan edistymisen kannalta uuden EISCAT 3D -tutkan havainnot ovat siis ratkaisevassa osassa. Suomalaistutkijoilla on tässä työssä hyvät edellytykset olla tieteen eturintamassa, sillä induktioilmiöiden teoreettista mallinnusta on jo tehty Ilmatieteen laitoksessa. 7

10 Ilmakehätutkimus Mesosfäärin ja termosfäärin ionikemian tutkimus EISCAT sijaitsee erinomaisella paikalla: mantereen tutkat ovat yleensä revontuliovaalin alla, kun taas Huippuvuorten EISCAT-tutka on napakalotin sisäpuolella. Tämä on tärkeää perinteisen avaruustutkimuksen kannalta. Toisaalta ilmakehätutkimuksen kannalta EIS- CAT on myös hyvällä paikalla: mantereen tutkat sijaitsevat ns. polaaripyörteen reunalla, kun taas Huippuvuorten EISCAT-tutka on polaaripyörteen sisäpuolella. Polaaripyörre on ilman laaja-alainen kiertoliike troposfäärissä ja stratosfäärissä lähellä Maan napoja ja se on yhteydessä otsonikatoon (kuva 3). Aiemmin ionosfäärin ja alemman (alle 100 km) ilmakehän tutkimus ovat olleet erillään, mutta uusin tutkimus on löytämässä tärkeitä kytkentöjä näiden kahden väliltä, jotka voivat ratkaisevasti vaikuttaa käsityksiimme. Mesosfäärissä ja alemmassa termosfäärissä ( km:n korkeusalueella) ionien ja neutraalimolekyylien kompositiot, dynamiikka sekä hiukkasten energia ovat kytkeytyneet toisiinsa monimutkaisella tavalla. Ioni- ja neutraalimolekyylilajien suuren lukumäärän vuoksi alueen kemia muodostaa laajan kokonaisuuden. Tämän korkeusalueen tutkiminen on vaikeaa, koska vety- tai heliumpalloilla tehdyt luotaukset eivät sinne asti yllä ja toisaalta näin matalalla kiertävä satelliitti tuhoutuisi ilman vastuksen vuoksi nopeasti. Lisäksi tämän korkeusalueen alaosissa pieni elektronitiheys vaikeuttaa tutkien käyttöä. Korkeusaluetta on tutkittu mm. rakettimittauksen avulla (kuva 4). Kuva 3. Revontuliovaali eräänä ajanhetkenä IMAGE-satelliitin kuvaamana (vasemmalla) ja kaavakuva polaaripyörteestä pohjoisen pallonpuoliskon talvella (siniset nuolet, oikealla). Suomessa ionosfäärin D-kerroksen tutkimus perustuu EISCAT-havaintojen ohella riometrimittausten avulla saatuun pitkään kokemukseen. Riometri mittaa kokonaiselektronisisältöä km:n korkeusalueella havaitsemalla kosmisen radiosäteilyn intensiteetin vaihteluita. Havaintojen tulkintaa helpottamaan on kehitetty teoreettiseksi työkaluksi Sodankylän ionikemian malli (Sodankylä Ion Chemistry Model, SIC), jonka avulla tutkittiin aluksi, kuinka EISCAT-havaintoja voidaan käyttää typpioksidin pitoisuuksien monitorointiin ja lämpötilan mittaamiseen sekä ionosfäärin kuumennuksen vaikutuksiin D-kerroksessa. Viime aikoina kemiamallia on kehitetty siten, että se kytkee toisiinsa neutraalimolekyylien ja ionien kemian, ts. sisältää myös neutraali-ilman eri molekyylilajit ja niiden sekä ionien väliset reaktiot. Tämä on tehty Sodankylän geofysiikan observatorion ja Ilmatieteen laitoksen välisenä yhteistyönä. 8

11 Kuva 4. HotPay 2 raketin laukaisu Andenesista, Norjasta, ja taiteilijan näkemys raketista 380 km korkeudella. Raketissa on mukana Tukholman yliopiston, meteorologian osaston, ja Sodankylän geofysiikan observatorion NEMI (Night-time Emissions from the Mesosphere and Ionosphere) instrumentti (Kuva: Njaal Guldbrandsen). SIC-mallia voidaan nykyisellään käyttää minkä tahansa D-kerroksessa ionisaatiota aiheuttavan ilmiön vaikutusten tutkimiseen. Mallia on käytetty menestyksellisesti mm. eri molekyylilajien tuoton ja häviön sekä näihin liittyvän yläilmakehän otsonihäviön selittämiseen auringon hiukkaspurkausten seurauksena. Aurinkoperäisten protonipurkausten ohella mallinnustyötä tullaan jatkamaan myös revontuliin ja Maan säteilyvöistä tuleviin relativistisiin elektroneihin liittyen. Jatkuvasti karttuvien data-arkistojen myötä voidaan tutkia myös auringon pitkäaikaisten säteilyvaihteluiden ja ilmastomuutoksen vaikutuksia yläilmakehässä. Pitkän ajan tavoitteena on arvioida napa-alueiden yläilmakehän muutosten globaalia vaikutusta sekä pitkällä että lyhyellä aikavälillä. Yläilmakehän kemian tutkimukseen EISCAT 3D tarjoaa seuraavanlaisia parannuksia: Uudella tutkalla voidaan entistä helpommin monitoroida jatkuvasti yläilmakehän olosuhteita. Tällöin mahdollisuudet saada havaintoja sekä auringon hiukkaspurkauksen aikaan että sitä edeltävältä ja seuraavalta jaksolta paranevat, mikä helpottaa mallinnustyötä. Parantunut paikka- ja aikaerotuskyky tarjoavat mahdollisuuden tutkia entistä tarkemmin eri ionisaatiolähteiden ominaisuuksia sekä lähteiden ulkopuolella esiintyvien häiriöiden aikariippuvuutta. Uuden tutkan nopeasta antennin suuntauksesta seuraa 2- tai 3-ulotteinen kuvaamismahdollisuus. Kun tällaiset havainnot yhdistetään revontulikameroiden ja kuvaavien riometrien tuottamiin mittauksiin, saadaan mittausparametreja määritetyksi laajalla alueella. 9

12 Uudella tutkalla voidaan mitata neutraalituulivektorin korkeusriippuvuus laajalla alueella. Tämä antaa oleellista uutta tietoa siitä, kuinka ionisaation tuotto vaikuttaa neutraali-ilman kompositioon yläilmakehässä. Vertailu muihin maanpintamittauksiin ja satelliittihavaintoihin on myös entistä helpompaa. EISCAT 3D tukee Skandinavian alueella käynnissä olevaa mesosfäärin ja alemman termosfäärin neutraalituulen monitorointiverkon kehitystyötä. 3D täydentää tuulta havainnoivien tutkien ketjua, jonka asemat ovat Sodankylässä, Kiirunassa (Ruotsi) ja Andenesissa (Norja). Ketjun kaikki asema sijaitsevat nk. polaaripyörteen reunamilla ja tuottavat siten ainutlaatuisia havaintoja pyörteen rakenteesta ja dynamiikasta, jotka puolestaan vaikuttavat yläilmakehässä syntyvien kemiallisesti aktiivisten molekyyli- ja ionilajien kulkeutumiseen. Plasman kuumennuskokeet mesosfäärissä EISCAT tutkalaitteiston yhteyteen sijoitetulla kuumennuslaitteistolla on tehty kokeita jo yli 30 vuotta ja näistä on julkaistu yli 300 tieteellistä artikkelia. Pitkästä historiasta huolimatta kuumennuskokeilla tehtävä tutkimus on vielä monessa suhteessa alkutekijöissään. Varsinkin ilmakehän mesosfäärin tutkimuksessa aktiivisissa kuumennuskokeissa on paljon hyödyntämätöntä potentiaalia. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että nykyinen EISCATtutkalaitteisto ja käytettävissä olevat mittausmenetelmät eivät ole optimaalisia ionosfäärin alaosien monitoroimiseen. Näin ollen jopa kuumennuskokeiden ensisijaisen efektin, eli elektronikaasun lämpötilan mittaaminen, on ollut haasteellista nykyiselle EISCAT-tutkalle. Mesosfäärin prosessien tutkimus on osoittautunut tärkeäksi yritettäessä ymmärtää auringon aktiivisuuden vaikutusta ilmakehään ja lopulta ilmastoon. Mesosfäärissä ylemmän ilmakehän kemia ja dynamiikka kytkeytyvät monimutkaisesti ionosfäärin plasmailmiöiden kanssa. Tämä kytkentä saattaa olla linkki avaruussään ja ilmaston välillä havaitussa korrelaatiossa. Toteutuessaan EISCAT 3D mullistaa polaarialueiden mesosfäärin tutkimuksen, koska se mahdollistaa koko ionosfäärin korkeusalueen jatkuvan kolmiulotteisen monitoroinnin. Kuumennuskokeet ovat osoittautuneet hyväksi menetelmäksi modifioida kontrolloidusti mesosfäärin sähkönjohtavuutta ja kemiallisia prosesseja. EISCAT 3D-tutka yhdessä vastikään nykyaikaistetun kuumennuslaitteiston kanssa muodostavat ainutlaatuisen tutkimusinstrumentin polaarialueen mesosfäärin tutkimukseen. Myös tällä alalla suomalaistutkijoiden työ on jo hyvässä vauhdissa: Oulun yliopiston Sodankylän Geofysiikan Observatorion tutkimusryhmä on tehnyt tilastollista tutkimusta kuumennuskokeiden vaikutuksista yläilmakehässä ja kehittänyt uuden diagnoosimenetelmän kuumennusefektien tutkimiseen. 10

13 Avaruusteknologia Avaruusromun kartoitus Varsinaisen tieteellisen työn ohella EISCAT-tutkia voidaan käyttää myös avaruusromun kartoitukseen. Avaruustoiminnan seurauksena kiertoradoilla on tällä hetkellä yli vähintään senttimetrin kokoista kappaletta. Kun näiden nopeus on suuruusluokkaa 10 km/s, on niiden energia niin suuri, ettei niiltä voi törmäystilanteessa millään tavalla suojautua. Tämän vuoksi on tärkeätä saada selville kappaleiden radat. Yli kymmensenttisten kappaleiden radat tunnetaan hyvin, mutta parisenttisten kartoittaminen on huomattavan vaikea tehtävä. Euroopassa on tällä hetkellä kolme tutkajärjestelmää, joita voidaan käyttää avaruusromun kartoittamiseen. Nämä ovat Ranskan ilmavoimien avaruusvalvontatutka GRAVES, saksalainen FGAN-tutka sekä EISCAT-tutkat. Näistä GRAVES ei kykene mittaamaan senttimetriluokan romua ja FGAN-tutkaa voidaan käyttää vain poikkeustapauksessa. Sodankylän geofysiikan observatorio on kehittänyt ESA:n rahoittamassa projektissa rutiinit, joiden avulla EISCAT-tutkilla voidaan mitata pienikokoista avaruusromua. Nämä mittaukset voidaan tehdä tavanomaisen mittauksen kylkiäisenä, joten ei tarvitse erikseen varata mittausaikaa tätä tarkoitusta varten. Mittauksia on tehty satunnaisesti vuodesta 2000 lähtien; esimerkiksi v tehtiin 8000 ja vuonna 2006 jo romuhavaintoa. Viimeisin mittausjakso alkoi ja päättyi Kuva 5. Kiinalaisten ASAT-koe tammikuussa 2007 toistaiseksi suurin avaruusromun generoija polaariradalla (NASA: n. 950 >10 cm palasta)on uhka esim. EUMETSATin MetOp-satelliiteille. Tilanne pari kuukautta räjäytyksen jälkeen. 11

14 Nykyisten EISCAT-tutkien ongelma avaruusromun mittaamisessa on, että niiden avulla ei voida selvittää kohteen rataelementtejä ja arvio kohteen koosta on epätarkka. EISCAT 3D saattaa parantaa tilannetta; uuden tutkan moniasemaisuus sekä mahdollisuus seurata kohdetta nopean keilan suuntauksen avulla antaa ainakin periaatteessa mahdollisuuden rataelementtien mittaamiseen. EISCAT 3D:llä on myös nykyistä tutkaa paremmat edellytykset tehdä jatkuvaluontoista avaruusromun monitorointia. Avaruussään vaikutus GPS-paikannukseen Ionosfäärin kokonaiselektronisisältö vaikuttaa GPS-satelliittien kokemaan signaaliviiveeseen. Korkeilla leveyspiireillä kokonaiselektronisisällössä on suuria ajallisia ja paikallisia vaihteluita. EISCATin avulla saadaan elektronitiheys määritettyä hyvin tarkasti yhdestä paikasta, joten sitä voidaan käyttää referenssimittauksena. Toisaalta pienen mittakaavan plasmaepästabiiilisuudet (jotka voivat liittyvä mm. revontulihäiriöihin) aiheuttavat katkoja signaalissa. Uuden EISCAT 3D -tutkan avulla voidaan mm. tutkia avaruussääolosuhteita, jotka synnyttävät turbulenssia sekä sitä, millainen turbulenssi synnyttää haitallista skintillaatiota. Uudet sovellukset Suomalaiset ovat olleet edelläkävijöitä sirontatutkan koodaus- ja analyysimenetelmien kehittämisessä. Jo 80-luvulla Suomessa keksittiin täysin uusi signaalin modulaatioperiaate (ns. alternoivat koodit), joka on nykyään käytössä kaikissa maailman kehittyneissä sirontatutkissa. Signaalin modulaatio- ja analyysimenetelmätyö on ollut jatkuvaa ja uusimmat tutkakoodit perustuvat matemaattiseen inversioon. Niitä kehitetään Sodankylässä ja Oulussa inversiotutkimuksen huippuyksikön puitteissa. Aiheesta on valmistunut ja on tekeillä useita väitöskirjoja. Uusien koodien ja analyysimenetelmien avulla on tarkoitus mitata kaikki korkeusalueet (haastavasta D-kerroksesta F-kerroksen yläosaan) samanaikaisesti ennennäkemättömällä paikka- ja aikaresoluutiolla. Menetelmien täysi hyödyntäminen vaatii kuitenkin uuden 3D-tutkan tekniikan ja ns. raakadatan tallentamista. Kun uudet menetelmät saadaan käyttöön EISCAT 3D -tutkassa, on mahdollista saada aivan uuden tason tietoa esim. erilaisten kuumennuskokeiden analyysiin, D-kerroksen mittaamiseen, nopeiden ja kapeiden revontulimuotojen tutkimukseen, sporadiseen E- kerrokseen, mikrometeoriittitukimukseen, avaruusromun kartoitukseen jne. Uusien menetelmien avulla on myös mahdollista yrittää kuun pinnan kartoitusta. Kuun kartoitus perustuu ideaan, jossa maan pyörimisliikkeen avulla muodostetaan synteettinen apertuuri. Kun lisäksi käytetään uusia tutkamodulaatioita sekä niitä varten kehitettyä virheanalyysia, on saavutettavaksi paikkaresoluutioksi laskettu 20 m. Tämä ylittää selvästi aiemmat Arecibon ja Goldstonen tutkilla saavutetut resoluutiot, jotka ovat tiettävästi välillä m. Samaa lähestymistapaa voidaan käyttää myös asteroidien muodon kartoitukseen. 12

15 Liite 3: EISCAT ja opetus Suomen kuuluminen EISCAT-järjestöön on vaikuttanut opetukseen erityisesti Oulun yliopistossa. Fysiikan opetusohjelmaan kuuluu syventävä kurssi S Epäkoherentin sirontatutkan perusteet ja sillä käytetään tiettävästi alan ainoaa oppikirjaa, joka on suomalaista työtä. EISCAT-tutkimus liittyy läheisesti myös syventävään kurssiin S Ionosfäärifysiikka. Myös muut Oulun ja Helsingin yliopistojen avaruusfysiikan kurssit tukevat EISCATtutkimusta. Suomalaiset sirontatutka-asiantuntijat ovat usean vuoden aikana vierailleet norjalaisessa Huippuvuorten yliopistossa (UNIS) luennoimassa kurssia AGF-303 Radardiagnostics of Space Plasma. Lisäksi ESCAT ja sirontatutkamenetelmä ovat olleet aiheena Tähtitieteen ja avaruusfysiikan tutkijakoulun kesäkoulussa v Suomalaiset ovat osallistuneet eri maissa järjestettyihin EISCAT Radar School -kesäkouluihin ja Suomi on itse järjestänyt ko. kesäkoulun v (Oulu) ja 2007 (Maarianhamina ja Sodankylä). EISCAT-tutkat ovat tiivistäneet Oulun yliopiston fysikaalisten tieteiden laitoksen ja Sodankylän geofysiikan observatorion välistä yhteistyötä opetuksen alalla. Väitöskirjoja ja pro gradu -tutkielmia on tehty Sodankylän observatoriossa ja observatorion tutkijat ovat osallistuneet ohjaustyöhön. Aineopintotason kurssiin A Avaruusfysiikan perusteet kuuluu myös vierailu Sodankylän observatoriossa, missä tutustutaan mm. sirontatukan toimintaan. Erityisesti Sodankylän geofysikan observatorio on vienyt aktiivisesti avaruusfysiikan tietoutta ja EISCAT-tutkimusta koululaisille lukiolaisille järjestettyjen kurssien muodossa. EISCAT-mittauksia tai sirontatutkamenetelmää ovat käyttäneet väitöskirjoissaan seuraavat 19 tohtoria: Markku Lehtinen Helsingin yliopisto 1986 Asko Huuskonen Oulun yliopisto 1988 Tapani Pikkarainen Oulun yliopisto 1989 Kari Suvanto Imperial College, Lontoo 1989 Matti Vallinkoski Helsingin yliopisto 1989 Kari Kaila Oulun yliopisto 1990 Esa Turunen Oulun yliopisto 1993 Anita Aikio Oulun yliopisto 1995 Päiviö Pollari Oulun yliopisto 1996 Kirsti Kauristie Helsingin yliopisto 1997 Thomas Ulich Oulun yliopisto 2000 Raine Kerttula Oulun yliopisto 2001 Alexander Kozlovsky Oulun yliopisto 2003 Baylie Damtie Oulun yliopisto 2004 Noora Partamies Helsingin yliopisto 2004 Mirela Voiculescu Oulun yliopisto 2006 Pekka Verronen Helsingin yliopisto 2006 Annika Seppälä Helsingin yliopisto 2007 Heikki Vanhamäki Helsingin yliopisto

16 Tekeillä on viisi väitöskirjaa: Antti Kero Oulun yliopisto Jussi Markkanen Oulun yliopisto Timo Pitkänen Oulun yliopisto Ilkka Virtanen Oulun yliopisto Juha Vierinen Teknillinen korkeakoulu 14

17 Liite 4: Inversiomenetelmien huippuyksikön johtajan lausunto The success of inverse problems research of Finland, now carried on by the Centre of Excellence in Inverse Problems of the Academy of Finland, is very much the result of the early start in development of statistical inverse problems motivated by the questions of optimization and inversion analysis of the experiments of the EISCAT radar system. The research then lead to the invention of the alternating codes and the first IS radar analysis software based on statistical inversion (GUISDAP), which is the standard EISCAT analysis now. Alternating codes are now used by most other IS radars in the world, too. It is known that the new methods actually facilitated the construction or the EISCAT Svalbard radar, because they saved tens of millions of euros regarding the price of the necessary transmitters. The statistical inversion methods development was started as a co-operation between prof. Markku Lehtinen, prof. Lassi Päivärinta, prof Erkki Somerasalo and prof. Heikki Haario in the years The fundamental methods then created had many other applications including medical, industrial and geophysical tomography, electronic impedance tomography, asteroid light curve inversion, analysis of chemical processes in medicine and industry and solutions of image analysis problems. All these problems are now topics of applied research of the various groups belonging to the CoE of Inverse Problems. Motivated by the radar analysis problems, we also started the development of the deep mathematical problems of experiment comparison and data discretization, which together with other mathematical advances stemming from the other applications now form the hard foundation of mathematical statistical inversion theory. Combined with similar leadership in classical inverse problem theory this makes the CoE the recognized world-leader in this research field today. Applied back to radar, this theory is now the basis of again new radar methods. In addition to the early patent for weather radars, the statistical inversion research has lead to the patent for detection of moving objects like space debris and a very recent patent application about perfect radar codes. Perfect radar codes are a direct consequence of the theory of experiment comparison and solve the problem of phase code side lobes - a problem nearly as old as radar itself. Perfect radar codes have no side lobes. The commercial radar applications and similar applications to sonar (Kemijoki Arctic Technology ltd's Aquatic sonar) made it possible to develop hardware suitable for sampling radar (and sonar) echoes for inversion analysis processing eliminating legacy signal processing calculations, which make inversion analysis non-optimal and difficult. In EIS- CAT this hardware has been used for space debris detection and many Finnish EISCAT experiments since year The commercial efforts were started by the Invers Oy company in and are now continued by Eigenor Oy and Inverpolis Oy. Using this new hardware, we have developed both the recording systems and analysis software for the newest generation of signal analysis in incoherent scatter. In the experiment campaign 2007 we have run the new near-perfect codes designed to replace alternating codes with significantly simpler code sequences and also had real-time inversion analysis available for inspection of results during the experiments. 15

18 We believe that the new EISCAT radars free of old signal processing legacy will significantly benefit from the newest radar signal processing and analysis methods based on statistical inversion. We currently develop these methods in the CoE of Inverse Problems. Also, as non-processed echo data - which is best suitable for inversion analysis - will be routinely available, we believe the new radars may be of equal importance in motivating new developments of statistical inverse problem theory in general as the original EISCAT radars have been in the past. Prof. Lassi Päivärinta 16

19 Liite 5: EISCAT-sopimuksen taloudelliset vaikutukset Suomessa Koska yksi EISCAT-järjestön UHF-tutkan sivuasemista sijaitsee Sodankylässä, on tällä vaikutusta sekä Sodankylän kunnalle että valtion talouteen. Sodankylän EISCAT-aseman johtaja DI Markku Postila on laatinut yhteenvedon Sodankylän UHF-aseman taloudesta. Sen mukaan taloudellisia vaikutuksia vv on ollut seuraavasti: Kokonaiskassavirta EISCAT-järjestöltä Sodankylän UHF-asemalle: Käytön jakautuminen: Henkilöstökulut Toimintamenot Hankinnat Summa Henkilöstökulujen jakautuminen: Palkat Sosiaalikulut Summa Toimintamenojen jakautuminen Observatorion yleiskustannukset Teleliikenne Sähkölaskut Hallinto- ja muut kulut Summa Tästä liikevaihtoveron alaista muu paitsi yleiskustannukset ja hallintokulut vv Hankinnat suomalaisilta yrityksiltä (54 yritystä) vv vv Summa Näiden lukujen avulla voidaan arvioida valtion ja kunnan saamat verotulot. Verotuotto: Kunnallisvero palkoista Valtion vero palkoista Liikevaihtovero hankinnoista vv Liikevaihtovero toimintamenoista Summa Lisäksi työntekijät ovat maksaneet liikevaihtoveroa kulutuksestaan. Olettaen, että 4/5 palkkatuloista on käytetty kulutukseen, on työntekijöiden maksama liikevaihtovero suuruusluokkaa Kokonaisverotuotoksi voidaan siis arvioida Suomi on maksanut aikavälillä jäsenmaksuina EISCAT-järjestölle Suomi on siis saanut takaisin maksamansa jäsenmaksun noin 2,6-kertaisena. Pelkkänä verotulona valtio ja Sodankylän kunta ovat saaneet noin 60 % maksetuista jäsenmaksuista. Kun mukaan lasketaan sosiaalikulujen antama tuotto, hyöty on yli 90 %. 17

20 Liite 6: EISCAT-tutkimuksen synnyttämää yritystoimintaa EISCAT-tutkiin liittyvä menetelmäkehitystyöllä on ollut avaruusfysiikan ulkopuolelle ulottuvia vaikutuksia. Tärkeä osa tästä työstä on perustunut matemaattiseen inversioon, jota voidaan soveltaa hyvin monenlaisiin mittauksiin ja jonka avulla voidaan saada optimaalisia mittaustuloksia. Työn tuloksena on perustettu neljä kaupallista yritystä Invers Oy, Inverpolis Oy, Eigenor Oy ja Kemijoki Aquatic Technology Oy. Näistä kolme viimeksi mainittua on edelleen toiminnassa. Työn yhteydessä on myös syntynyt patentteja. Näitä ovat säätutkapatentti (sisältää ratkaisun nykyisiä tutkia vaivaavaan ns. range-doppler-dilemmaan), patentti avaruudessa liikkuvien kohteiden havaitsemiseksi (avaruusromupatentti) sekä patenttihakemus ns. täydellisistä tutkakoodeista. Invers Oy:n tuotekehittelyn tuloksena syntyi kaikuluotain, jonka toimintaperiaate poikkeaa aikaisemmista (perustuu synteettiseen apertuuriin ja interferometriaan). Laitteen oikeudet kuuluvat nykyisin Kemijoki Aquatic Technology Oy:lle, joka on kehittänyt laitteen kaupalliseksi tuotteeksi ja kartoittaa sillä pohjanmuotoja. Kaikuluotain on teknisesti yksinkertainen; se sisältää vain yhdeksän sensoria ja niukasti elektroniikkaa. Suurin osa toiminnoista on ohjelmoitu tietokoneelle ja ohjelmat toimivat tavallisessa kannettavassa koneessa. Alla vasemmalla oleva kuva esittää testiallasta, johon on rakennettu tietty pohjanmuoto. Tämä on kartoitettu takymetrin avulla. Allas on täytetty vedellä ja pojan muoto on mitattu kaikuluotaimella. Kuvan vasemmassa osassa on kummallakin menetelmällä saatu pohjakartta. Oikeanpuolinen kuva esittää kaikuluotaimen mittausyksikköä, joka kiinnitetään veneen keulaan. 18

21 Toinen merkittävä hanke liittyy säätutkaan. Hanke on keskeneräinen, mutta se perustuu merkittävään patentoituun keksintöön, jonka avulla on ratkaistu tavanomaisia säätutkia vaivaava ns. range-doppler dilemma. Menetelmän toimivuus on osoitettu Luoston säätutkan avulla. Tavanomainen säätutka perustuu lähetettyihin pulssipareihin ja niistä vastaanotettuihin signaaleihin. Mitä suurempi tuulen nopeus on, sitä lähempänä toisiaan tutkapulssit on lähetettävä, jotta mittaus toimisi. Toisaalta, jos tutkapulssit lähetetään liian lähekkäin, tutkaan saapuu samanaikaisesti signaaleja eri etäisyyksiltä ja nämä sekoittuvat keskenään. Tästä seuraa, että tutka ei kykene mittaamaan hyvin voimakkaita tuulia. Ongelma on ratkaistu käyttäen tarkoitusta varten suunniteluja pulssisarjoja ja matemaattista inversiota. Alla oleva kuva esittää Luoston säätutkalla tehtyjä havaintoja tilanteessa, jossa tuulen nopeus on suuri. Vasemmanpuoleinen kuva esittää standardimittausta ja oikeanpuoleinen kuva Invers Oy:n omalla vastaanottimellaan tekemää mittausta. Standardimittaus näyttä tutkasta (keskipisteestä) eri suuntiin erkanevia suhteellisen selviä rajaviivoja eri värien välillä. Tämä on selvä osoitus mittauksen virheellisyydestä. Oikeanpuoleisessa kuvassa väri vaihtuu tasaisesti sinisestä punaiseen. Tämä perusteella nähdään, että tutkan pohjoispuolella tuulen nopeudella on tutkaan päin suuntautuva komponentti ja tutkan eteläpuolella tutkasta pois päin suuntautuva komponentti. Havaintoalueella tuulella on siis eteläsuuntainen komponentti. Kolmas tärkeä alue on inversiomenetelmien soveltaminen lääketieteelliseen tomografiaan. On havaittu, että Fourier-muunnoksen käyttöön perustuva tavanomainen tomografia toimii huonommin kuin stokastiseen inversioon perustuva tomografia. Stokastisen inversio tarvitsee paljon vähemmän kohteen valaisua eri suunnista kuin Fourier-tomografia. Tällä on tietenkin suuri merkitys kohteen saaman säteilyannoksen kannalta. Stokastinen inversio on laskennallisesti huomattavasti Fourier-inversiota raskaampi, mutta nykyisillä tietokoneilla tämä ei enää ole ongelma. Eigenor Oy tuottaa stokastiseen inversioon perustuvia tomografiaohjelmistoja lääketieteellisten instrumenttien valmistajille. 19

22 Liite 7: Suomalaiset EISCAT-julkaisut vv Hagfors, T. and M. Lehtinen, Electron temperature derived from incoherent scatter radar observations of the plasma line frequency, Journal of geophysical Research, 86, , Hagfors, T., and J. Silen, Measurement of electric fields in the ionosphere by incoherent scatter radar techniques, Advances in Space Research, 2, 7, IN9-IN10, Hagfors, T., W. Kofman, H. Kopka, P. Stubbe and T. Äijänen, Observations of enhanced plasma lines by EISCAT during heating experiments, Radio Sci., 18, , Turunen, T. and J. Silén, Modulation patterns for the EISCAT incoherent scatter radar, J. atmos. terr. Phys., 46, , Bourgois, G., W.A. Coles, G. Daigne, J. Silen, T. Turunen and P.J.S. Williams, Measurements of the solar wind velocity with EISCAT, Astron. Astrophys., 144, , Ranta, A., H. Ranta, T. Turunen, J. Silén and P. Stauning, High resolution observations of D-region by EISCAT and their comparison to riometer measurements, Planet. Space Sci., 33, , Turunen, T., J. Silén, T. Nygrén and L. Jalonen, Observations of a thin Es-layer by the EISCAT radar, Planet. Space Sci., 33, , Huuskonen, A., T. Nygrén, L. Jalonen T. Turunen and J. Silen, High resolution EISCAT observations of the ion-neutral collision frequency in the lower E-region. J. atmos. terr. Phys., 48, , Lehtinen, M.S. and A. Huuskonen, The use of multipulse zero lag data to improve incoherent scatter radar power profile accuracy, J. atmos. terr. Phys., 48, , Turunen, T., GEN-SYSTEM a new experimental philosophy for EISCAT radars, J. atmos. terr. Phys., 48, , Uspensky, M.V., M.K. Vallinkoski and T. Turunen, The possibility of the formation of double-peak height profile of auroral backscattering, Geomagn. Aeron., 26, , Collis, P.N. and T. Turunen, Horizontal extent and vertical motions of a mid-latitude sporadic E- layer observed by EISCAT, Physica Scripta, 35, , Hargreaves, J.K., H. Ranta, A. Ranta, E. Turunen and T. Turunen, Observations of the polar cap absorption event of February 1984 by the EISCAT Incoherent Scatter Radar, Planet. Space Sci., 35, , Huuskonen, A., J. Kangas and T. Turunen, EISCAT as a radar for auroral research - a case study, Geophysica, 23, 35-46, Lehtinen, M.S. and I. Häggström, A new modulation principle for incoherent scatter measurements, Radio Sci., 22, , Nygrén, T., L. Jalonen and A. Huuskonen, A new method of measuring the ion-neutral collision frequency using incoherent scatter radar, Planet. Space Sci., 35, , Suvanto, K., Auroral F-region ion velocity distributions in the presence of large flows and electrostatic waves, Planet. Space Sci., 35, ,

23 18. Collis, P.N., T. Turunen and E. Turunen, Evidence of heavy positive ions at the summer arctic mesopause from the EISCAT UHF incoherent scatter radar, Geophys. Res. Lett., 15, , Farmer, A.D., M. Lockwood, T.J. Fuller-Rowell, K. Suvanto and U.P. Løvhaug, Model predictions of the occurrence of non-maxwellian plasmas, and analysis of their effects on EISCAT data, J. atmos. terr. Phys., 50, , Huuskonen, A., P. Pollari, T. Nygrén and M.S. Lehtinen, Range ambiguity effects in Barker-coded multipulse experiments with incoherent scatter radars, J. atmos. terr. Phys., 50, , Huuskonen, A., T. Nygrén, L. Jalonen, N. Bjørnå, T.L. Hansen, A. Brekke and T. Turunen, Ion composition in sporadic E layers measured by the EISCAT UHF radar, J. geophys. Res., 93 (A12), 14, ,610, Kangas, J., A. Aikio and T. Pikkarainen, Radar electric field measurement during an IPDP plasma wave event, Planet. Space Sci., 36, , Lockwood, M., K. Suvanto, J.-P. St.-Maurice, K. Kikuchi, B.J.I. Bromage, D.M. Willis, S.R. Crothers, H. Todd and S.W.H. Cowley, Scattered power from non-thermal, F-region plasma observed by EISCAT - evidence for coherent echoes?, J. atmos. terr. Phys., 50, , Nielsen, E., M. Uspensky, A. Kustov, A. Huuskonen and J. Kangas, On the dependence of the Farley-Buneman turbulence level on ionospheric electric field, J. atmos. terr. Phys., 50, , Richmond, A.D., Y. Kamide, B.-H. Ahn, S.-I. Akasofu, D. Alcaydé, M. Blanc, O. de la Beaujardière, D.S. Evans, J.C. Foster, E. Friis-Christensen, T.J. Fuller-Rowell, J.M. Holt, D. Knipp, H.W. Kroehl, R.P. Lepping, R.J. Pellinen, C. Senior and A.N. Zaitzev, Mapping electrodynamic features of the high-latitude ionosphere from localized observations: combined incoherent-scatter radar and magnetometer measurements for January 18-19, 1984, J. geophys. Res., 93 (A6), , Rishbeth, H., A.P. van Eyken, B.S. Lanchester, T. Turunen, J. Röttger, C. Hall and U.-P. Hoppe, EISCAT VHF radar observations of periodic mesopause echoes, Planet. Space Sci., 36, , Suvanto, K., Incoherent scattering of radar waves from non-thermal F-region plasma: Analytical methods of spectrum synthesis, Radio Sci., 23, , Turunen, T., T. Nygrén, A. Huuskonen and L. Jalonen, Incoherent scatter studies of sporadic-e using 300 m resolution, J. atmos. terr. Phys., 50, , Turunen, E., P.N. Collis and T. Turunen, Incoherent scatter spectral measurements of the summertime high-latitude D-region with the EISCAT UHF radar, J. atmos. terr. Phys., 50, , Uspensky, M.V., A.V. Kustov, E. Nielsen, A. Huuskonen and J. Kangas, Estimates of electron density in the auroral E region based on STARE data, Geomagn. Aeron., 28, , Vallinkoski, M., Statistics of incoherent scatter multiparameter fits, J. atmos. terr. Phys., 50, , Foster, J.C., T. Turunen, P. Pollari, H. Kohl and V.B. Wickwar, Multi-radar mapping of auroral convection, Adv. Space Res., 9 (5), 19-27, Huuskonen, A., High resolution observations of the collision frequency and temperatures with the EISCAT UHF radar, Planet. Space Sci., 37, ,

24 34. Kaila, K.U. and R.A. Rasinkangas, Co-ordinated photometer and incoherent scatter radar measurements of pulsating arcs with high time resolution, Planet. Space Sci., 37, , Kaila, K., R. Rasinkangas, P. Pollari, R. Kuula, J. Kangas, T. Turunen and T. Bösinger, High resolution measurements of pulsating aurora by EISCAT, optical instruments and pulsation magnetometers, Adv. Space Res., 9 (5), 53-56, Kustov, A., M. Uspensky, J. Kangas, A. Huuskonen and E. Nielsen, On the threshold electric field for ~ 1-m auroral irregularity appearance, J. geophys. Res., 94 (A9), , Lanchester, B.S., H. Rishbeth, T. Nygrén, L. Jalonen and T. Turunen, Wave activity, F1-layer disturbance and a sporadic E-layer over EISCAT, J. atmos. terr. Phys., 51, , Lehtinen, M.S., On optimization of incoherent scatter measurements, Adv. Space Res., 9 (5), , Lockwood, M., K. Suvanto, K.J. Winser, S.W.H. Cowley and D.M. Willis, Incoherent scatter radar observations of non-maxwellian ion velocity distributions in the auroral F-region, Adv. Space Res., 9 (5), , Nygrén, T., Studies of sporadic E-layer using the EISCAT incoherent scatter radar, Adv. Space Res., 9 (5), 73-81, Nygrén, T., B.S. Lanchester, L. Jalonen and A. Huuskonen, A method for determining ion-neutral collision frequency using radar measurements of ion velocity in two directions, Planet. Space Sci., 37, , Pollari, P., A. Huuskonen, E. Turunen and T. Turunen, Range ambiguity effects in a phase coded D-region incoherent scatter radar experiment, J. atmos. terr. Phys., 51, , Rasinkangas, R.A., K.U. Kaila and T. Turunen, Comparison of the lower border of aurorae determined by two optical emission ratio models, Planet. Space Sci., 37, , Shumilov, O.I., T. Tsirs, H. Ranta, A. Ranta, E. Turunen, The structure of morning auroral absorption on the data of riometers and IS radars, Geomagnetism and Aeronomy, XXIX, (in English), (in Russian) Suvanto K. Non-Maxwellian ion velocity distributions in the ionospheric F-region London, PhD. Thesis, Suvanto, K., Ion cyclotron microinstability driven by non-thermal F-region plasma, Planet. Space Sci., 37, 1-4, Suvanto, K., M. Lockwood and T.J. Fuller-Rowell, The influence of anisotropic F-region ion velocity distributions on ionospheric ion outflows into the magnetosphere, J. geophys. Res., 94 (A2), , Suvanto, K., M. Lockwood, K.J. Winser, A.D. Farmer and B.J.I. Bromage, Analysis of incoherent scatter spectra from non-maxwellian plasma, Adv. Space Res., 9 (A5), , Suvanto, K., M. Lockwood, K.J. Winser, A.D. Farmer and B.J.I. Bromage, Analysis of incoherent scatter radar data from non-thermal F-region plasma, J. atmos. terr. Phys., 51, , Uspensky, M.V., A.V. Kustov, P.J.S. Williams, A. Huuskonen, J. Kangas and E. Nielsen, Effect of unresolved electojet microstructure on measurements of irregularity drift velocity in auroral radar backscatter, Adv. Space Res., 9 (5), ,

25 51. Winser, K.J., M. Lockwood, G.O.L. Jones and K. Suvanto, Observations of nonthermal plasmas at different aspect angles, J. geophys. Res., 94 (A2), , Winser, K.J., M. Lockwood, G.O.L. Jones and K. Suvanto, Radar observations of nonthermal plasmas at different aspect angles, Adv. Space Res., 9 (5), , Huuskonen, A. and T. Turunen, Observations of D- and E-region stratifications with incoherent scatter radar, Adv. Space Res., 10 (10), , Kustov, A., M. Uspensky, A. Huuskonen, J. Kangas, E. Nielsen and B. Fejer, Altitudinal signal collection and the auroral radar backscatter irregularity velocity, Geomagn. and Aeron., 30, , Nygrén, T., Vertical plasma transport due to electric fields and neutral winds in the auroral ionosphere, Adv. Space Res., 10 (6), , Nygrén, T., B.S. Lanchester, A. Huuskonen, L. Jalonen, T. Turunen, H. Rishbeth and A.P. van Eyken, Interference of tidal and gravity waves in the ionosphere and an associated sporadic E layer, J. atmos. terr. Phys., 52, , Pellinen, R.J., H.E.J. Koskinen, T.I. Pulkkinen, J.S. Murphree, G. Rostoker and H.J. Opgenoorth, Satellite and ground-based observations of a fading transpolar arc, J. geophys. Res., 95 (A5), , Richmond, A.D., Y. Kamide, S.-I. Akasofu, D. Alcaydé, M. Blanc, O. de la Beaujardière, D.S. Evans, J.C. Foster, E. Friis-Christensen, J.M. Holt, R.J. Pellinen, C. Senior and A.N. Zaitzev, Global measures of ionospheric electrodynamic activity inferred from combined incoherent scatter radar and ground magnetometer observations, J. geophys. Res., 95 (A2), , Schlegel, K., T. Turunen and D.R. Moorcroft, Auroral radar measurments at 16cm wavelength with high range and time resolution, J. geophys. Res., 95 (A11), 19,001-19,009, Suvanto, K., On the analysis of incoherent scatter radar data from non-thermal ionospheric plasma: effects of measurement noise and an inexact theory, Planet. Space Sci., 38, 7, , Suvanto, K., Microinstabilities driven by non-thermal plasma in the high-latitude F-region, Adv. Space Res., 10 (6), , Vlaskov V.A., A.P. Osepian, T.V. Tshurikova, E. Turunen, The electron density in auroral zone: The experiment and the model, Geomagnetism and Aeronomy, XXX, , (in Russian) Vallinkoski, M. and M.S. Lehtinen, Parameter mixing errors within a measuring volume with applications to incoherent scatter, J. atmos. terr. Phys., 52, , Vallinkoski, M. and M.S. Lehtinen, The effects of a priori knowledge on parameter estimation errors with applications to incoherent scatter, J. atmos. terr. Phys., 52, , Burns, C.J., E. Turunen, H. Matveinen, H. Ranta and J.K. Hargreaves, Chemical modelling of the quiet summer D- and E-regions using EISCAT electron density profiles, J. atmos. terr. Phys., 53, , Coles, W. A., R. Esser, U. P. Løvhaug and J. Markannen, Comparison of solar wind velocity measurements with a theoretical acceleration model, J. Geophys. Res., 96, ,