Avaruussääriskit Brent Walker yhteenveto Prof. Eija Tanskanen Ilmatieteen laitos, Avaruussääryhmä
Sisältö Mitä on avaruussää? Entä avaruusilmasto? Muuttuuko avaruussää ja -ilmasto? Mitä riskejä siihen liittyy? Brent Walker yhteenveto: Extra-Terrestrial Influences on Nature s Risks.
Mitä avaruussää on? Avaruussää kuvaa Maapallon ja lähiavaruuden sähkömagneettisten kenttien ja sähköisesti varattujen hiukkasten tilaa. Heliosfäärin magneettikenttä Protoneja ja elektroneja
Meteorologinen sää Tuulee, sataa vettä tai rakeita. Pilvistä ja ukkosia. Sateenkaaria ja haloja. Myrskyjä, tornadoja ja tsunameja. Lauha tai kylmä vuosi. Vuodenajat: keväällä lämpenee ja syksyllä viilenee. Talvella kylmintä (pohjoisella pallonpuoliskolla). Avaruussää Auringosta tuulee ja ionosfääriin sataa hiukkasia. Avaruusmyrskyjä ja revontulia. Koronan massapurkauksia (engl. CME), roihupurkauksia (engl. flares) ja nopeita plasmavirtauksia. Aktiivinen tai hiljainen jakso auringonpilkkusyklissä. Syksyisin ja keväisin voimakkaimpia revontulia. Talvella revontulia useimmin (pohjoisella pallonp.).
Avaruusilmasto Avaruusilmastosta puhutaan kun tarkastellaan avaruussäätä useiden vuosikymmenten aikaskaaloissa.
Avaruussään vaikutusalue Auringon tuottamat avaruussäähäiriöt vaikuttavat koko heliosfäärissä (aurinkokunta/planeettainvälinen avaruus). possible shock heliopause Aurinko shock Maa Pluto magnetic field lines 0 50 100 150AU
Muuttuuko avaruussää? Rauhallinen Aurinko Myrskyisä Aurinko
Muuttuuko avaruusilmasto?
Avaruussäävaikutukset Biologisia, teknologisia ja taloudellisia vaikutuksia. Teknologiset vaikutukset parhaiten tunnettuja, biologisia vaikutuksia enimmäkseen avaruuslennoilla ja asemilla työskenteleville. Säteilyseuranta myös napalennoilla työskentelevillä. Taloudellisia vaikutuksia tutkittu hyvin vähän. Sähkönjakeluverkon muuntajien kuumentumista ja rikkoutumista, korroosiota maakaasuputkistoille, häiriöitä satelliittipaikannukselle, ongelmia öljynporaukselle, ongelmia satelliittiteknologialle, avaruuskomponenttien rikkoutumisia, napalentojen uudelleenreititystä ja perumista, katkoksia HF kommunikaatiossa (laivasto ja lennosto).
Tunnettuja avaruussäätapahtumia Elokuu 1972: Yksi kaikkien aikojen suurimmista mitatuista säteilyannoksista Apollo laskeutumisten välissä. Telekommunikaatiosatelliittien mykistymisiä ja satelliittien aurinkopaneelien tuhoutumisia. 1970: Skylab avaruusasema laskeutui ilmakehään ennenaikaisesti avaruusmyrskyn vuoksi. Sama vaara on Hubble avaruusteleskoopilla ja muilla matalan kiertorahan satelliiteilla. Syyskuu 1895 Carrington myrskysarja: lennätinlaitteiden mykistymisiä, tulipaloja lennätinpaperin itsestäänsyttymisestä, revontulia lähellä päiväntasaajaa (N 9 ).
Esimerkkejä avaruussäävahingoista 19.10.-7.11.2003 Halloween myrskysarja: laaja sähkökatko Malmössä, 30 satelliittianomaliaa, yksi tuhoutunut satelliitti, lentojen uudelleenreitityksiä, aurinkopaneelien kääntämisiä, satelliittivaurioita, paikannuvirheitä, hissien ja palohälytinten toimintakatkoja, haamupuheluja, aineellisia vahinkoja kotitalouksille. 15.-16.7.2012 New Hampshiren ydinvoimala, US: varotoimenpiteitä avaruusmyrskyn vuoksi mm. voimalatehon vähentämistä. 13.-14.3.1989: laaja sähkökatko Kanadassa, menetettiin 21 500 MW voimalatehoa ja 13,2 milj. kanadan dollaria. Muuntajan palaminen käyttökelvottomaksi New Jersey:ssä, menetetty yhteys yli 1000 maan kiertolaiseen noin viikoksi, muuntajatuhoja Englannissa.
Avaruusmyrskytyyppejä (Geo)magneettinen myrsky: määritellään Kp ja Dst aktiivisuusindekseistä, jotka muodostetaan korkean latitudin ja matalan latitudin magneettisista mittauksista. Kp asteikko 0-9:een ja Dst 0:sta negatiiviseen suuntaan, mitä suurempi myrsky sitä pienempi Dst-arvo. Hiukkasmyrsky: määritellään 10 ja 30 MeV hiukkasvuosta geostationaarisella radalla, riippuen siitä mitä mittauksia on ollut milloinkin saatavissa. Säteilymyrsky: määritellään auringon roihupurkauksen röntgen-luokan (engl. X-ray) perusteella auringon mittauksista. Heikot roihut esim. M1 ja M5, voimakkaat roihut esim. X1, X10 ja X20.
Varoajat ja kulkuajat Geomagneettinen myrsky: varoaika 1-4 päivää riippuen häiriön kulkuajasta. Tarkempi varoitus tuntia ennen. Kulkuajat riippuvat häiriön nopeudesta, mutta vaihtelevat 16 tunnista 4 päivään. Hiukkasmyrsky: 1-4 päivää. Kulkuaika 16 h 4 päivää. Säteilymyrsky: ei varoaikaa nykyisellä varoitussysteemillä. Kulkuaika 8 minuuttia.
Esiintymistiheydet Carrington luokan myrsky: kerran 153-500 vuodessa. Halloween luokan myrsky: > kerran auringonpilkkusyklissä eli 11 vuodessa. Magneettinen myrsky G5* Kp 9 Esiintymistiheys 4 kertaa auringonpilkkusyklissä Magneettinen myrsky G4 Kp 8 100 kertaa syklissä Hiukkasmyrsky S5 10 5 (10 MeV) > kerran syklissä Hiukkasmyrsky S4 10 4 (10 MeV) 3 kertaa syklissä Säteilymyrsky R5 X20 > kerran syklissä Säteilymyrsky R4 X10 > 8 kertaa syklissä * US:n avaruussääpalvelun NOAA:n luokituksen mukaisesti.
Pahin skenaario Virrat pitkissä johdinsysteemeissä > 500 A. Magneettikentän muutosnopeus Maan pinnalla > 5000 nt/min. Geomagneettisen myrskyn voimakkuus Dst > 2500 nt. Revontuliovaali ulottuu päiväntasaajalle saakka. Häiriöitä yhtäjaksoisesti > 3 viikon ajan. HF katkot > useita tunteja.
Suure Hetkellinen virta pitkissä johtimissa Magneettinen kentän muutosnopeus Geomagneettisen myrskyn voimakkuus 30 MeV hiukkasmyrskyn voimakkuus [10 9 / s*ster*cm 2 ] Aurinkotuulen rakenne (magneettikenttä ja nopeus) Suurin havaittu Arvioitu maksimi 330 A 500 A < 1 A Normaalitila 2500 nt/min 5000 nt/min Muutama nt/min Dst = 589 nt Kp = 9 Dst > 2500 nt Kp = 9 18.8 40 0 B > 50 nt, v > 2000 km/s B > 100 nt, v >?? HF katkot tunti Useita tunteja - Häiriöjakson kesto 3 viikkoa Kuukausia - Dst = 0 Kp = 0 B = 5 nt v = 400 km/s
Ennustaminen Haastavaa, koska etäisyydet valtavia ja häiriöiden kulkuajat pitkiä. Häiriön kulkuaika Auringosta Maahan 1-4 päivää (magneettinen ja hiukkasmyrsky). Magnetosfäärissä vain muutamia mittapisteitä vrt. meteorologisia mittauspisteitä ympäri maapalloa. Aurinkotuulimonitorit noin 1 tunnin päässä Maasta sieltäkin tarkka paikallisen avaruussään ennustaminen vaikeaa. Maa
Arvioita kustannuksista I Huhtikuu 2010: Menetetty Galaxy-15 satelliitti (zombiesatelliitti), ei tottele käskyjä, mutta toimii itsenäisesti. Riskinä toimintahäiriöt, vuorovaikutus muiden satelliittien kanssa tai satelliitin lopullinen menettäminen. Arviot kustannuksista: $ 100 m [Lloyd s 2013; noin 77 milj. Eur]. Maaliskuu 1989: Kustannukset menetetystä sähkötehosta 13,2 milj. kanadan dollaria (noin 10 milj. eur). [UK Royal Academy of Engineering 2013]
Arvioita kustannuksista II Menetetty öljynporauspäivä satoja tuhansia US dollareita päivässä. Menetettyjä tieteellisiä satelliitteja mm. Halloween myrskyn aikana loka-marraskuussa 2003: Mars Odyssey (Marsin säteily-ympäristön tutkimus), ADEOS-2 (ilmastonmuutostutkimus, rakennuskustannukset $ 640 milj.), ACE LEMS instrumentti Hetkellisiä ongelmia tieteellisissä satelliiteissa Halloween myrskyn aikana: Stardust hetkellisesti pois päältä, SOHO:n CDS ja UVCS sammutettiin manuaalisesti.
Aikaskaaloja Space weather Space climate minutes hours days months years Solar cycles 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 Time [ s ]
Brent Walker yhteenveto Chelyabinskin meteoriitti 15.2.2013 Kolmanneksi suurin kautta aikain, mutta ei pystytty ennustamaan.
Brent Walker sisältö Julkaisussa käsitellään aurinkokuntamme nykytutkimusta ja kartoitetaan mahdollisia maapallon ulkopuolisia riskitekijöitä yhteiskunnallemme. Raportissa selvitetään maapallon ulkoisten tekijöiden vaikutusta esimerkiksi äärisääilmiöiden esiintymiseen, ilmastonmuutokseen sekä seismiseen ja vulkaaniseen aktiivisuuteen. Esimerkkejä käsiteltävistä asioista: Auringon aktiivisuusmuutokset (säteily, magneettikenttä), galaktiset kosmiset säteet, Aurinkokunnan magneettinen kytkentä, Auringon ja planeettojen keskinäisen asemat vaikutukset, Auringon vaikutus vulkaaniseen ja maanjäristysaktiivisuuteen.
Brent Walker Johtopäätöksiä 1) Aktuaarimallien, joita käytetään ennustamaan luonnon riskejä pitäisi ottaa huomioon myös maapallon ulkopuoliset häiriöt. 2) Meillä on riittävästi mittauksia aurinkokunnasta, jotta aurinkoperäisiä häiriöitä pystytään ennustamaan. 3) Avaruussääriskit ovat tavallista suuremmat Suomessa. 4) Ilmastonmuutostutkimus on tärkeää ihmiskunnalle, mutta myös Auringon toiminnan ymmärtäminen on tärkeää.
Kommentit johtopäätöksiin 1) Kyllä, aktuaarimallien kannattaisi ottaa huomioon maapallon ulkopuoliset häiriöt. 2) Meillä on (lähes) riittävästi mittauksia statististen mallien tekemiseen Aurinko-Maa kytkennästä, mutta reaaliaikaisia mittauksia tarvitaan avaruussään monitorointiin ja häiriöistä varoittamiseen. 3) Osittain totta. Suomalainen infrastruktuuri on rakennettu hyvin ja tunnetusti kestää avaruussäähäiriötä, mutta maantieteellinen asemamme revontuliovaalin alapuolella asettaa yhteiskuntamme suurempaan riskiin kuin etelämpänä olevat valtiot.
Kommentit jatkuu 4) Kyllä. Ilmastonmuutos ja Auringon toiminta linkittyvät keskenään. Meteorologisen ja avaruusilmastonmuutoksen päälähde on Aurinko, joka on myös pääsyy historiallisiin ilmastonmuutoksiin. Viimeaikaisen (lähivuosikymmenten) meteorologisen ilmastonmuutoksen syistä sen sijaan keskustellaan tiedeyhteisössä. Tästä on useita eri näkemyksiä ja vasta viimeisimmässä IPCC raportissa Auringon toiminnan vaikutusta 1900-luvun lopun ja 2000- luvun ilmastonmuutokseen on käsitelty päällisin puolin. Lisätietoja: http://www.cost.eu/domains_actions/essem/actions/es1005
Kiitos!