Cluster-satelliittien avulla makrosta mikroon

Micro turbulence seen by Cluster
10 Elokuu 2005

ESAn Cluster-satelliittien avulla eurooppalaiset tutkijat ovat tunnistaneet ns. mikropyörteitä Maan magnetosfäärissä.

Näin pieniä pyörteitä ei ole koskaan aiemmin havaittu avaruudessa, vaikkakin niiden olemassaolo on ennustettu matemaattisten mallien avulla. Löydös ei ole merkittävä vain avaruusfysiikan vaan myös muiden tieteenalojen, kuten ydinfuusiotutkimuksen, kannalta.

Neljä Cluster-satelliittia tekivät löydön 9.3.2002 lentäessään muodostelmassa 100 kilometrin etäisyydellä toisistaan Maan "magneettisen nielun" kohdalla. Magneettiset nielut ovat Maan napojen yläpuolella olevia alueita, joilla Maan magneettiset kenttäviivat muodostavat magneettisen putken.

Nämä kaksi nielua ovat ne tärkeät kohdat Maan magnetosfäärissä, joissa aurinkotuuli pääsee suoraan kosketukseen Maan ilmakehän ylemmän kerroksen (ionosfäärin) kanssa. Aurinkotuuli on koko aurinkokunnassa vaikuttava Auringon synnyttämien varautuneiden hiukkasten jatkuva virta.

Nielujen ja muiden avointen alueiden kautta suuret määrät energiaa ja plasmaa, eli varautuneista hiukkasista koostuvaa kaasua, läpäisee Maan luonnollisena suojakerroksena toimivan magnetosfäärin. Itse asiassa alle yksi prosentti aurinkotuulen kuljettamasta magnetosfääriin osuvasta energiasta pääsee magnetosfäärin läpi, mutta näinkin pienellä osuudella on merkittävä vaikutus Maan pinnalla oleviin järjestelmiin, kuten tietoliikenneverkkoihin ja voimalinjoihin.

Maata ympäröivässä plasmassa Auringosta tuleva materiaali saa aikaan nesteissä esiintyvien pyörteiden tapaisia pyörteitä, vaikkakin vaikuttavat voimat tässä ilmiössä ovat paljon monimutkaisemmat. Pyörteitä syntyy esimerkiksi plasman tiheyden ja lämpötilan muutoskohdissa, mutta niiden syntymismekanismia ei vielä täysin tunneta.

Pyörteiden halkaisijat vaihtelevat tuhansista kilometreistä muutamiin kilometreihin. Vuonna 2004 Cluster-satelliitit tekivät monipistemittauksia Maan magnetopaussin (magnetosfäärin ja avaruuden rajan) alueella ja raportoivat suurista, halkaisijaltaan jopa 40 000 kilometrin mittaisista pyörteistä. Halkaisijaltaan vaivaiset 100 kilometriä suurten ns. mikropyörteiden löytyminen on kuitenkin uutta Maata ympäröivän plasman tutkimuksessa.

Löydöksen ansiosta tutkijat voivat etsiä yhteyksiä pienten ja suurten pyörteiden välillä ja esittää kysymyksiä siitä, kuinka ne muodostuvat. Mikä on esimerkiksi näiden pyörteiden syntymismekanismi? Ja mikä on niiden osuus massan ja energian kulkeutumisessa ilmakehän rajakerrosten läpi? Entä ovatko pienet pyörteet edellytyksenä suurten pyörteiden syntymiselle? Vai hajoavatko suuret pyörteet muodostaen useita pienempiä pyörteitä?

Hakemalla vastauksia näihin kysymyksiin Cluster-lento on mullistamassa ymmärtämystämme siitä, kuinka Auringon aktiviteetti vaikuttaa Maahan. Cluster-satelliitit toimivat ennennäkemättömänä diagnostisena työkaluna Maata ympäröivän ilmakehän kartoittamisessa. Lisäksi se on ensimmäinen hanke, jonka tutkimuksissa hyödynnetään useita avaruusaluksia samanaikaisesti: neljä Cluster-satelliittia lentävät avaruudessa Maan ympärillä muodostelmassa ja tutkivat siten avaruuden ilmiöitä ensimmäistä kertaa kolmiulotteisesti.

Cluster-satelliittien tekemät Maata ympäröivän plasman tutkimukset edistävät lisäksi plasmaan liittyvien teorioiden kehittämistä. Suurten energiamäärien vuoksi tämä on tärkeää paitsi astrofysiikan, myös plasman laboratoriokäsittelyn ja etenkin ydinfuusiotutkimuksen kannalta.

Huomautus toimittajille:

Edellä mainitut löydökset julkaistaan Nature-tiedelehden 11.8.2005 ilmestyvässä numerossa. Tulosten laatijat: D. Sundkvist (CNRS, Orleans, Ranska / Ruotsin avaruusfysiikan instituutti, Uppsala, Ruotsi); V. Krasnoselskikh (CNRS, Orleans, Ranska); P.K. Shukla (Institut für Theoretische Physik IV, Bochum, Saksa); A. Vaivads, M. Andre, S. Buchert (Ruotsin avaruusfysiikan instituutti, Uppsala, Ruotsi); H. Reme (CESR, Toulouse, Ranska).

Artikkeli suurten pyörteiden löytymisestä julkaistiin Nature-tiedelehden 12.8.2004 ilmestyneessä numerossa. Artikkelin laatijat: H. Hasegawa, et al.

Lisätietoja:

David Sundkvist,
tulosten päälaatija, Ruotsin avaruusfysiikan instituutti (IRF)3333 , Uppsala, Ruotsi.
Sähköposti: david.sundkvist@irfu.se

Philippe Escoubet
ESA, Cluster-hankkeen projektitutkija.
Sähköposti: philippe.escoubet @ esa.int

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.