Väitös: Vlasiator-mallilla saatu aiemmin havaitsematonta tietoa Maan lähiavaruudesta

Ilmatieteen laitokseen tutkija Yann Pfau-Kempf on ollut mukana kehittämässä maailman tarkinta Maan lähiavaruusmallia Vlasiatoria. Pfau-Kempf on väitöksessään tutkinut Vlasiatorin tuottamia fysikaalisia tuloksia. Väitöskirjan viimeinen artikkeli esitteleekin aiemmin Maan lähiavaruudessa havaitsemattoman uuden ilmiön, missä maan magneettikehän prosessit vaikuttavat ylävirran aurinkotuulen ominaisuuksiin. Ilmiö huomattiin ensin Vlasiatorin simulaatioissa ja vahvistettiin myöhemmin havainnoilla Maan pinnalta ja avaruusaluksilta.

"Vlasiator-plasmamallin ennennäkemätön laatu oli elintärkeä saavuttaaksemme nämä uudet ja jopa uraauurtavat tulokset. Vlasiator osoittaa, että avaruusfysiikassa kaikki vaikuttaa kaikkeen, eikä pienen mittakaavan ilmiöitä voida tutkia irrallaan suuren mittakaavan kontekstista. Uudet tulokset rohkaisevat myös selittämään muita pitkään vastaamattomiksi jääneitä kysymyksiä ja johtavat varmasti jännittäviin tieteellisiin löydöksiin", Yann Pfau-Kempf sanoo. "Tutkimustulokset osoittavat Vlasiatorin sopivan oivallisesti yhteen sekä vakiintuneiden teorioiden että avaruusalusten havaintojen kanssa, mikä lisää luottamusta Vlasiatorin tuottamia tuloksia kohtaan", Yann Pfau-Kempf toteaa.

Vlasiatorin tuloksia on todennettu myös vertaamalla niitä aikaisemmin julkaistuun dataan.Tärkeä osa Yann Pfau-Kempfin väitöstyötä on ollut myös soveltaa ja optimoida algoritmeja, jotta supertietokoneita on voitu hyödyntää tehokkaasti mallin ajamisessa. Simulaatioita on ajettu Euroopan suurimmilla supertietokoneilla hyödyntäen kymmenien tuhansien prosessorien laskentatehoa rinnakkaisesti. "Väitöskirjani summaa oman mallin kehitystyöni, mutta toivon sen olevan myös lähteenä tuleville Vlasiatorin kehittäjien ja käyttäjien polville. Malli on nyt tarpeeksi kypsä ja luvassa on tulva mainiota avaruustiedettä lähiaikoina", sanoo Yann Pfau-Kempf.

Vlasiator on täysin uudenlainen mallityyppi

Vlasiator on Ilmatieteen laitoksella tutkimusprofessori Minna Palmrothin ryhmässä kehitetty malli, joka on saanut vuodesta 2008 lähtien rahoitusta Euroopan Tutkimusneuvostolta ja Suomen Akatemialta.

Vlasiator on tällä hetkellä maailman tarkin kuvaus Maan lähiavaruudesta suuressa mittakaavassa. Malli on kuitenkin laajuudesta huolimatta pystynyt säilyttämään yksityiskohtaisen fysikaalisen tarkkuuden. Mallissa kuvataan avaruudessa olevaa plasmaa, joka on harvaa, elektroneista ja ioneista koostuvaa ainetta, jonka läpi magneettikentät levittäytyvät.

Magneettikehää, eli sitä avaruuden aluetta Maan lähellä, jossa Maan magneettikenttä hallinnoi plasman dynamiikkaa, on aikaisemmin mallinnettu kahdella eri mallityypillä. Yksinkertaisimmat mallit eivät sisällä fysikaalisia yksityiskohtia, kun taas monimutkaisemmat mallit antavat paremman kuvauksen, mutta kärsivät kohinasta. Näistä kahdesta mallityypistä poiketen Vlasiator sisältää erittäin puhtaan ja täsmällisen mallin, mutta sen on viime aikoihin asti oletettu olevan laskennallisesti liian raskas magneettikehän suuren mittakaavan mallintamiseen.

Nuori ranskalais-saksalainen tutkija Yann Pfau-Kempf sai kolmoiskandidaattitutkinnon Luxemburgin (Luxemburg), Saarlandin (Saksa) ja Nancyn (Ranska) yliopistoilta vuonna 2010 ennen Suomeen tuloaan. Hän on yksi nuorimmista Ilmatieteen laitoksella väitelleistä avaruustutkijoista. Yann Pfau-Kempfin väitös "Vlasiator – pienestä suureen mittakaavaan Maan lähiavaruuden hybridi-Vlasov-mallinnuksessa" tarkastetaan 1. joulukuuta 2016 klo 12 Helsingin yliopistolla, Physicumin auditoriossa E204 osoitteessa Gustaf Hällströmin katu 2. Vastaväittäjänä on tohtori Benoit Lavraud Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie -laitokselta (Toulouse, Ranska). Kustoksena toimii professori Hannu Koskinen Helsingin yliopiston Fysiikan laitokselta.

Lisätietoja:

Tutkija Yann Pfau-Kempf, puh. 050 4147 241, yann.kempf@fmi.fihttp://vlasiator.fmi.fi

Väitöskirja löytyy Finnish Meteorological Institute Contributions -sarjasta osoitteesta: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-336-001-3