Tiedotearkisto: 2007

Väitös tutkii sähkövirtojen käyttäytymistä ionosfäärissä avaruusmyrskyjen aikana

26.10.2007 9:00

Ilmatieteen laitoksen tutkija Heikki Vanhamäki väittelee marraskuun 2. päivä. Väitöskirjassa tutkitaan Maan ionosfäärin sähköisiä ilmiöitä ja kehitetään uusia matemaattisia malleja kuvaamaan ionosfäärin sähkövirtojen käyttäytymistä esimerkiksi avaruusmyrskyjen aikana.

Kuvassa vaaleat kaaret esittävät maapallon magnetosfääriä eli magneettikehää, jonka keskellä on maapallo. Magneettikenttä on vasemmalla litistynyt aurinkotuulen painaessa sitä kasaan. Yöpuolella pyrstö ulottuu aurinkotuulen viemänä kauas avaruuteen yli Kuun etäisyydelle. Kuva: NASA.

Väitöskirjassa kehitetään myös uusia tapoja hyödyntää ionosfäärin sähkövirtojen havainnoinnissa maanpinnalla tehtäviä magneettisia mittauksia. Merkittävimpiä tuloksia ovat uusi menetelmä ionosfäärin sähkökenttien laskemiseen sekä ionosfäärin sisäistä sähködynamiikkaa kuvaava teoreettinen malli. Tuloksia hyödynnetään Ilmatieteen laitoksella tehtävässä Maan lähiavaruuden tutkimuksessa.

Ionosfääri on ilmakehän ylin osa, noin 100 - 700 kilometrin korkeudessa. Ionosfäärissä huomattava osa ilman molekyyleistä on sähköisesti varautuneita. Ionosfäärin sähkövirrat ovat keskittyneet noin 100 - 150 kilometrin korkeuteen. Maanpinnalla nämä virrat havaitaan magneettikentän häiriöinä, jotka voimistuvat erityisesti avaruusmyrskyjen aikana. Avaruusmyrskyt näkyvät maapallolla mm. revontulina. Ionosfäärin sähkövirtojen vaihtelut, kuten myös itse revontulet, ovat viimekädessä seurausta Maan magneettikentän ja Auringosta lähtevän hiukkasvirran eli aurinkotuulen vuorovaikutuksesta. Pohjoisen ja eteläisen revontulialueen ionosfäärillä on tärkeä osa tässä vuorovaikutuksessa.

Maanpinnan magneettikentän vaihtelut laskennan apuna
Sähkökentän laskentamenetelmässä käytetään lähtötietoina maanpinnalla mitattua magneettikenttää ja arviota ionosfäärin sähkönjohtavuudesta. Aikaisempia ratkaisumenetelmiä voidaan käyttää luotettavasti ainoastaan globaaleissa tutkimuksissa, mutta väitöksessä kehitetty uusi lähestymistapa mahdollistaa myös paikalliset tutkimukset aina muutaman sadan kilometrin mittakaavaan saakka. Erilaisilla realistisilla ionosfäärimalleilla suoritetut testit osoittavat uuden laskentamenetelmän toimivan myös käytännössä.

Ionosfäärin sisäisen sähködynamiikan mallissa ongelma muotoillaan siten, että laskennassa tarvitaan pelkästään ionosfäärin sisäisiä sähköisiä parametreja. Tämä eroaa aikaisemmista lähestymistavoista, joissa ongelman ratkaisemiseksi tarvitaan tietoa myös ionosfäärin ja magnetosfäärin välisestä kytkennästä. Uudella mallilla suoritetut laskut osoittavat, että tietyissä tilanteissa sähkömagneettisen induktion merkitys ionosfäärin sähködynamiikassa on huomattavasti aikaisempaa käsitystä suurempi.

FM Heikki Vanhamäki kirjoitti ylioppilaaksi Lappajärven lukiosta vuonna 1997. Hän on suorittanut FM-tutkinnon Helsingin yliopiston fysikaalisten tieteiden laitoksella 2003. Vanhamäki väittelee 2.11. kello 12 Helsingin yliopiston fysikaalisten tieteiden laitoksella (Physicum, Gustaf Hällströmin katu 2, sali D101). Väitöksen englanninkielinen otsikko on "Theoretical modeling of ionospheric electrodynamics including induction effects". Vastaväittäjänä on professori Joachim Vogt (Jacobs University Bremen, Saksa).

Lue lisää
Avaruustutkimuksesta ja maan magneettikentän tutkimuksesta

Lisätietoja:

Tutkija Heikki Vanhamäki, puh. (09) 1929 4697, heikki.vanhamaki@fmi.fi