Avaruusfysiikka

Auringonpurkaukset ovat avaruussääilmiöiden tärkein aiheuttaja. Avaruussäällä tarkoitetaan Maan lähiavaruuden olosuhteita, joilla voi olla haitallista vaikutusta teknisten järjestelmien toimintaan ja luotettavuuteen niin avaruudessa, ilmassa kuin maan pinnalla. Tällaisia avaruussäälle alttiita järjestelmiä ovat mm. telekommunikaatio-, sähkönjakelu- ja satelliittipaikannusjärjestelmät. Fysiikan laitoksen avaruustutkimusryhmä tutkii kaikkia ns. Aurinko–Maa-fysiikan osa-alueita: auringonpurkausten syntyä koronassa, niiden etenemistä planeettainvälisessä avaruudessa sekä niiden aiheuttamia ilmiöitä Maan lähiavaruudessa.

Ryhmän toimintafilosofiana on käyttää monipuolisesti erilaisia tutkimusmenetelmiä data-analyysistä ja datan tulkinnasta teoreettiseen ja laskennalliseen mallinnukseen. Yksi toiminnan painopisteistä on myös avaruustutkimuksessa käytettävien tieteellisten luotain- ja satelliittihavaintolaitteiden kehittäminen.

Luotain- ja satelliittihavaintolaitteiden kehitystyö

Avaruustutkimusryhmä osallistuu useiden luotain- ja satelliittihavaintolaitteistojen kehittämiseen.

Korkeaenergia-astrofysiikan ryhmän kehittämä XSM-instrumentti tekee röntgen-alueen spektrihavaintoja. Laitteella on tehty havaintoja auringon koronan röntgen-emissiosta kahdessa kansainvälisessä satelliittihankkeessa: laite oli osa hyötykuormaa sekä ESA:n SMART-1 että Intian ja ESA:n Chandrayaan-1 -kuuluotaimissa. Vastaavanlainen instrumentti tekee parhaillaan mittauksia NASA:n MESSENGER-luotaimessa Merkuriuksen ympäristössä, ja konseptista kehitetään myös standardoitua röntgen-vuomonitoria (X-ray Flux Monitor, XFM) ESA:lle ja kaupallisia satelliitteja varten.

BepiColombo on ESA:n johtama Merkurius-luotainhanke. Luotain on tarkoitus laukasita vuonna 2015. Sen hyötykuormaan kuuluva SIXS-laite on kehitetty Helsingin yliopiston, Ilmatieteen laitoksen ja suomalaisten avaruusalan yritysten yhteistyönä. SIXS-laite mittaa Auringon röntgenvuon lisäksi elektroni- ja protonivuota Merkuriuksen lähiavaruudessa. SIXS:n hiukkasilmaisinyksikön pohjalta kehitetään ESA:lle ja kaupallisiin satelliitteihin hiukkassäteilyn ilmaisinta (Energetic Particle Spectrometer, EPS). Avaruustutkimusryhmä osallistuu myös ESA:n Solar Orbiter-hankkeeseen, jossa Aurinkoa ja aurinkotuulta tutkiva luotain lähetetään noin 60 Auringon säteen etäisyydelle Auringosta, lähemmäs kuin yksikään aikaisempi luotain.

Mallinnus ja data-analyysi

Yksi ryhmän toiminnan avainalueista on auringonpurkausten tutkimus. Erityisesti tutkimme koronan massapurkauksia (Coronal Mass Ejection, CME) ja niihin liittyviä ilmiöitä. CME:t ovat valtavia magnetoituneen plasman purkauksia, joissa miljardeja tonneja Auringon materiaa purkautuu planeettojen väliseen avaruuteen jopa miljoonan kilometrin tuntinopeudella.

ESA:n ja NASA:n SOHO-luotain sekä kaksi NASA:n STEREO-luotainta tekevät jatkuvasti havaintoja Auringosta kolmesta eri suunnasta. Näitä havaintoja käyttäen voidaan tuottaa kolmiulotteisia malleja CME:istä. Yhdessä purkauksia mallintavien tietokonesimulaatioiden kanssa CME:iden kehittymistä ja etenemistä voidaan näin tutkia tarkasti. Yhtenä osana CME:iden etenemistä mallinnetaan niiden tuottamia koronan shokkiaaltoja sekä näiden shokkien kiihdyttämiä korkeaenergiaisia hiukkasia, jotka aiheuttavat voimakkaita säteilymyrskyjä Maan lähiavaruuteen. Tutkimusryhmä kehittää simulaatiomalleja myös näiden shokkien hiukkaskiihdytyksen tutkimukseen.

Kun CME saavuttaa Maan radan, yleensä 2–4 päivän kuluessa purkauksesta, analysoimme aurinkotuulen eri luotainten magneettikenttä-, plasma- ja hiukkasmittauksia CME:n ominaisuuksien selvittämiseksi. Maahan osuessaan CME voi aiheuttaa useita päiviä kestävän geomagneettisen häiriötilan. Tällöin käytämme satelliittimittauksia Maan magnetosfäärissä, havaintoja maan pinnalla sekä laskennallisia malleja tutkiaksemme CME:n vaikutusta Maan lähiavaruuteen.

Lisätietoja

Kumpula Space Centre

MHD Simulations of CMEs at UH

Posteri ryhmän aktiviteeteistä (englanniksi)

Henkilöt