Erikoinen kaukoputki auringon salaisuuksia paljastamassa

OLIMME ottaneet päivän vapaata ja menneet eväsretkelle vilpoisaan Lincoln National Forest -nimiseen valtion retkeilypuistoon. Se sijaitsee New Mexicon osavaltion eteläosassa, ja koetimme paeta sinne hetkeksi erämaan kuumuutta. Siellä näimme sitten kilven, joka ohjasi meidät Sacramento Peak -nimiseen observatorioon. Se puolestaan sijaitsee Sunspot-nimisessä paikassa lähellä Cloudcroftia. Uteliaisuutemme heräsi, joten ajoimme Sunspotiin.

Kukaan pienen ryhmämme jäsenistä ei ollut tottunut 2800 metrin korkeuteen, ja olimme kaikki hengästyneitä kavutessamme vuoren laelle johtavaa polkua, jonka päässä olisi oudon mallisia rakennuksia niihin sijoitettuine kaukoputkineen. Odotimme näkevämme kupukattoisen rakennuksen, eikä meidän tarvinnutkaan pettyä tässä suhteessa. Rakennuksen nimenä on Hilltop Dome. Havaitsimme kuitenkin, että sinne oli vierailta pääsy kielletty. Sen jälkeen näimme merkillisen näköisen rakennuksen.

Tämä rakennus oli korkea, alhaalta kapea ja kolmikulmainen, ja se oli avoinna yleisölle. (Katso kuvaa seuraavalla sivulla.) Pian huomasimme olevamme laboratoriossa, jossa oli suuri kaukoputki. Se oli ripustettuna laakerin varaan, joka oli tornin yläosassa, korkealla päittemme päällä. Varoituskilvet estivät meitä astumasta korokkeelle ja järkyttämästä laitteiston tasapainoa.

Miten aurinko ”saadaan pysymään paikoillaan”

Pienessä vastaanottohuoneessa värikkäät kaaviot selittivät, mitä parhaillaan tutkittiin, ja oli kiintoisaa havaita, että tämä rakennusryhmä on omistettu auringon tutkimiseen. Kysyimme eräältä siellä työskentelevältä tutkijalta, tutkitaanko täällä aurinkoenergian talteenottomahdollisuuksia. Hän selitti, ettei ollut kyse sellaisesta tutkimuksesta, vaan perustutkimuksesta, jolla pyritään keräämään tietoa auringosta ja sen vaikutuksista maapallon ilmakehään ja avaruuteen aurinkokunnassa. Tiedemiehet tutkivat myös auringon sisustaa niiden havaintojen avulla, joita he tekevät tarkkailemalla jatkuvasti auringon pintaa.

Oppaamme selitti, että observatorio oli sijoitettu tänne paikkakunnan kuivan ja puhtaan vuoristoilman vuoksi. Observatorio on perustettu vuonna 1951. Se on lajissaan ensimmäisiä, joita on rakennettu Yhdysvaltoihin nimenomaan auringon tutkimista varten. Vieressä oleva kaavio osoitti, että tällä suurella tornilla on korkeutta maanpinnasta mitattuna 41 metriä, mutta että kaukoputki on 59 metrin pituudelta maan alla. Kaukoputkella on siis pituutta kaiken kaikkiaan 100 metriä; se on siis jalkapallokentän mittainen. Kaukoputken putkeen on saatu aikaan lähes täydellinen tyhjiö, joten lämmennyt ilma ei pääse vääristämään kaukoputkeen tulevaa auringonvaloa. Sen ansiosta ovat peilien avulla saadut kuvat poikkeuksellisen selkeitä, ja niiden perusteella voivat tutkijat tehdä hyvinkin tarkkoja havaintoja auringon pinnasta.

Koko kaukoputki (jolla on painoa 250 tonnia) on ripustettu elohopeakalvolaakerin varaan, ja se pystyy kiertymään esteettä täsmälleen maapallon pyörimistä vastaavasti. Näin aurinko saadaan ikään kuin ”pysymään paikoillaan” ja kaukoputki voidaan suunnata aurinkoon pitkiksi ajoiksi kerrallaan. Se on rakennettu sellaiseksi, että sillä voidaan havaita ja valokuvata hyvinkin pieniä yksityiskohtia auringon pintakerroksesta eli fotosfääristä ja auringon kaasukehästä eli kromosfääristä.

Siilon muotoinen torni

Palatessamme autollemme sivuutimme erikoisen näköisen rakennuksen, joka meistä näytti pyöreältä viljasiilolta. Sellainen se oli ollutkin. Se oli näet observatorion alkuaikoina ostettu eräältä yhtiöltä ja sen jälkeen muutettu suojarakennukseksi ensimmäiselle Sunspotiin sijoitetulle kaukoputkelle. Siihen aikaan tehtiin suunnitelmia avaruuslentoja varten ja alettiin tarvita tietoja siitä, miten aurinko vaikuttaa maapallon ilmakehään. Erityisen kiinnostuneita oltiin niistä häiriöistä, jotka saattoivat johtua oudoista muutoksista auringon toiminnassa.

Vuonna 1957 perustivat tähtitieteellistä tutkimusta tekevät yliopistot ei-kaupallisen organisaation, joka on tullut tunnetuksi nimilyhenteellä AURA. Siihen tulivat mukaan Kitt Peakin observatorio ja Baltimoren avaruustutkimuslaitos Yhdysvalloissa sekä Cerro Tololon observatorio Chilessä. AURAn perustamisajatuksena oli, että tutkijoiden ja tietojen vaihdolla voitaisiin lisätä aurinkoa koskevaa tietämystä. Meille valkeni että tämä syrjäinen observatorio oli yhteydessä moniin eri osiin maailmaa.

Värähtelevä aurinko

Tutkimusjohtaja tri Bernard Durney vastaili mielellään aurinkoa koskeviin kysymyksiimme. Hän selitti tutkivansa lähinnä auringon seismologiaa. Pyysimme häntä selittämään, mistä siinä oikein oli kysymys. Ilmeisesti sitä tutkittiin ensi kerran juuri täällä, Sacramento Peak -observatoriossa. Hän selitti: ”Paitsi että aurinko kiertää akselinsa ympäri, se myös liikkuu monilla muillakin tavoilla, joita voidaan tutkia siten, että tarkkaillaan jatkuvasti auringon pintaa ja siinä esiintyviä muutoksia. Näiden muutosten perusteella voimme muodostaa käsityksiä siitä, mitä auringon sisustassa on tapahtumassa. Sen jälkeen voimme suunnitella tutkimuksia, jotka joko vahvistavat tai kumoavat käsityksemme.”

Hän jatkoi: ”Vuoden 1970 paikkeilla näkyi merkkejä siitä, että aurinko alkaisi väristä tai vavista. Sitä voidaan hyvin verrata siihen vapinaan tai värähtelyyn, joka syntyy, kun lyödään suurta kelloa. Valaisevana esimerkkinä voidaan käyttää myös kiven pudottamista lammikkoon. Putoamiskohdan ympärille näet syntyy aaltorenkaita, jotka etenevät yli koko lammikon pinnan. Ero on siinä, että auringossa aallot etenevät läpi auringon kaikkiin suuntiin.”

Näytti siltä, että nämä värähtelyt saivat alkunsa eri syvyyksistä, jotkin pinnan alta ja toiset syvemmältä auringon sisältä. Näiden tutkimusten ansiosta tiedetään, että aurinko aivan kuin hengittää, kun se suunnilleen tunnin jaksoissa aavistuksen verran laajenee ja sitten taas vetäytyy kokoon. Tällaisista auringon liikkeistä teki ensimmäiset havainnot eräs tutkija vuonna 1975. Vuonna 1976 ilmoittivat myös neuvostoliittolaiset tutkijat auringon pinnan kohoilusta.a Vasta vuosina 1979–1980 saatiin tälle ilmiölle vahvistus, osaksi juuri Sacramento Peakin observatoriosta käsin.

Durney jatkoi: ”Auringossa tapahtuu monenlaista erikoista liikehdintää. Koska kaikki aine on auringossa kaasumaisessa olotilassa, jotkin osat auringon pinnasta voivat pyöriä nopeammin kuin toiset. – – Tekemällä jatkuvasti havaintoja auringosta, kuten tapahtuu tässä observatoriossa, voimme päätellä, millaista pyörimisliike on auringon sisällä. – – Koska auringon pyörimisliike on nopeinta sen päiväntasaajan kohdalla, sekoittumista tapahtuu runsaasti pinnalla, ja se aiheuttaa monia erikoisia ilmiöitä. Tämä epätavallinen liikehdintä synnyttää syvällä auringon sisällä magneettikenttiä, jotka putkahtavat pintaan. Auringonpilkut ovat eräs näiden magneettikenttien ilmenemismuoto.”

Auringon tarkkailua öin ja päivin

Tri Durney selitti: ”Meidän täytyy todella jatkuvasti tarkkailla aurinkoa, jotta näkisimme, mitä kaikkea auringon pinnalla tapahtuu, ja myös kaikki auringon pinnalla tapahtuvat muutokset. Maapallo pyörähtää joka päivä, joten tähän ei kyetä vain yhdessä paikassa maan pinnalla. On siksi välttämätöntä, että aurinkohavaintoasemia saadaan kaikkialle maapallolle.”

Tällä hetkellä tämä ei ole mahdollista, mutta tri Durney kertoi meille, että vuosina 1980–1981 matkusti joukko Sacramento Peakin tutkijoita kolme kertaa Etelämantereelle tarkkailemaan aurinkoa kolmeksi kuukaudeksi kerrallaan. Aurinko ei näet laske Etelämantereella kolmeen kuukauteen, joten sieltä voidaan tehdä havaintoja yötä päivää yhteen menoon yhdellä kaukoputkella. Oli kiintoisaa saada tietää, että tällaista tietojen keruuta suoritetaan monissa eri paikoissa maapallolla. Tiedemiesten toiveena on, että he jonakin päivänä pystyvät luokittelemaan kaikki auringon värähtelyt ja tarjoamaan niille selityksen, jotta voitaisiin tietää, mitä auringon sisällä tapahtuu. Tutkijat näkevät nyt mahdollisena sen, että tätä tarkoitusta varten saadaan perustetuksi maailmanlaajuinen observatorioiden verkko.

Auringon purkaukset ja korona

”Mitä muuta Sacramento Peakissa tutkitaan tällä haavaa?” kuului seuraava kysymys, jonka teimme tri Durneylle. Hän kertoi meille auringon ”roihuista” eli purkauksista. ”Nämä valtavat auringon pinnalla tapahtuvat purkaukset ulottuvat miljoonien kilometrien päähän avaruuteen ja sinkoavat hiukkasia, jotka maahan saapuessaan häiritsevät radioliikennettä. Lisäksi auringosta purkautuu hiukkasia jatkuvana virtana, jota kutsutaan aurinkotuuleksi. Se hidastaa auringon pinnan pyörimisliikettä, mikä vuorostaan vaikuttaa pyörimisliikkeeseen syvällä auringon sisällä. Seurauksena on, että vanhetessaan aurinko pyörii aina vain hitaammin. Yksi tutkimusaiheistamme täällä onkin juuri se, miten auringon sisusta reagoi pinnan vauhdin hidastumiseen.”

Tässä observatoriossa tutkitaan myös auringon koronaa siten, että siitä otetaan päivittäin valokuvia. Näistä kuvista paljastuu, millaiset ovat vuorokautiset lämmönvaihtelut auringon ympärillä. Niiden perusteella valmistetaan kaavioita, joista näkyy, miten kauas korkeat lämpötilat ulottuvat auringosta. Nämä kaaviot ovat joka päivä erilaisia, ja niiden tiedoista on hyötyä avaruuslentoja ajatellen.

Aurinko välttämätön elämälle maan päällä

Auringosta tuleva energia on välttämätöntä, jotta elämä voisi jatkua maapallolla. Se vaikuttaa meihin ja kasvi- ja eläinkuntaan samoin kuin siihen, että kykenemme näkemään silmillämme. Erään vuonna 1979 julkaistun tutkimuksen mukaan on todisteita siitä, että Yhdysvaltain länsiosia 22 vuotta koetellut kuivuusjakso näyttää olevan jollain lailla yhteydessä yhtenäiseen auringonpilkkujaksoon, jota kesti noin 22 vuotta. Tämä on yksi syy, miksi auringon toimintaa ja sen mahdollisia ilmastovaikutuksia kohtaan tunnetaan mielenkiintoa.

1950-luvulla Sacramento Peakin observatorio oli ensimmäisiä, joka osallistui niin sanotun aurinkovakion määrittelemiseen. Aurinkovakiolla tarkoitetaan energiamäärää, joka kohdistuu tietynsuuruiselle pinnalle samalla etäisyydellä kuin on maapallon etäisyys auringosta. Vielä tärkeämpää on se, miten paljon aurinkovakio saattaa vaihdella.

Erityisen mielenkiintoinen tutkimuskohde ovat myös auringonpilkut ja niiden vaikutus meihin. Ensimmäisenä auringonpilkut havaitsi Galilei. Myöhemmin saatiin selville, että yksi auringonpilkkujakso kestää 11 vuotta ja että täydellinen auringonpilkkujakso sisältää kaksi 11 vuoden mittaista auringonpilkkutoiminnan jaksoa. Tri Durney selitti: ”Auringonpilkut ovat magneettikenttiä. Ne ovat tummia sen takia, että ne ovat esteenä liikkeille, jotka kuljettavat energiaa. Roihujen eli purkausten ajatellaan olevan seurausta näiden magneettikenttien tuhoutumisesta auringon pinnalla, ja niistä vapautuu suunnattomat määrät energiaa, joka vaikuttaa meihin sekoittamalla radioaaltoja ja sähköistämällä osia ilmakehästämme. Tämä energia aiheuttaa myös pohjoisilla ja eteläisillä napapiireillä revontulia, joita ihmiset läpi historian ovat ihailleet.”

Aurinkotutkimusten avulla voidaan ehkä ennustaa geomagneettiset myrskyt, joita voi esiintyä ilmakehässämme auringonpilkkutoiminnan aikana. Niistä on haittaa kansainväliselle viestiliikenteelle ja sitä kautta toiminnoille, jotka ovat riippuvaisia kunnossa olevista radioyhteyksistä, kuten esimerkiksi lentoliikenteelle. Koska tietoliikennesatelliitit ovat kalliita, suurin osa viestiliikenteestä hoidetaan edelleen maankamaralla sijaitsevien radiolähettimien avulla. Auringonpurkausten vapauttama energia aiheuttaa häiriöitä maata ympäröivässä ionisoituneitten hiukkasten muodostamassa kerroksessa, joka heijastaa radioaallot takaisin maapallolle. Kun kerrokseen syntyy häiriöitä, radioviestejä katoaa.

Auringonvalon ominaisuuksia ei vieläkään tunneta riittävästi. Ilman auringonvaloa eivät kasvit, jotka tuottavat ravintomme, pystyisi valmistamaan sokereita ja muita ravintomme sisältämiä aineita. Auringonvalon aiheuttamat valokemialliset reaktiot mahdollistavat sen, että voimme ottaa sekä mustavalkoisia että värivalokuvia. Niinpä monien mielestä on järkevää, että pyritään hankkimaan mahdollisimman paljon tietoa tästä meidän lähimmästä tähdestämme.

Sunspotiin tekemämme lyhyt vierailu ja asiantuntijoitten kanssa käymämme keskustelut osoittivat meille sen, että tietomme auringosta ovat vielä hyvin vähäisiä. Useimmat meistä ovat kiitollisia auringosta talvisena pakkaspäivänä, ja kesäkuukausina toivomme, että se ei paistaisi niin kuumasti, ja siinä onkin suurin piirtein kaikki. Nautimme kovasti siitä, kun saimme luoda silmäyksen siihen, mitä auringosta todellisuudessa tiedetään. Tulimme kaikki väistämättä siihen johtopäätökseen, että ihmiset ovat todellisuudessa vasta ikään kuin pitkän tien alussa ryhdyttyään tutustumaan hyödyllisen tähtemme, auringon, ihmeisiin. – Lähetetty.

[Alaviitteet]

[Tekstiruutu s. 24]

Mitä auringon lämpötilat merkitsevät?

John Rublowsky selittää kirjansa ”Auringon elämä ja kuolema” (Life and Death of the Sun) sivuilla 59 ja 60: ”Meidän pitäisi tietää jotakin lämpötilan merkityksistä. Sitä on kahta eri lajia. Toista kutsutaan ’kineettiseksi lämpötilaksi’ ja toista ’säteileväksi lämpötilaksi’. Kineettinen lämpötila mittaa hiukkasen molekyylien keskimääräistä liikettä. Mitä nopeampaa tämä liike on, sitä korkeampi on lämpötila. Kun puhumme auringon ilmakehän lämpötiloista, puhumme kineettisestä lämpötilasta. Näin ollen hiukkasten keskimääräinen liikenopeus auringon ilmakehässä kasvaa sitä mukaa, mitä ylemmäksi fotosfääristä noustaan. Vaikka näiden hiukkasten lämpötila on miljoonia asteita, ne eivät pysty nostamaan ihmisen ihoa rakkuloille.

”Säteilevällä lämpötilalla puolestaan mitataan aineesta lähtevän säteilyn määrää ja laatua. Kun puhumme auringon sisuksen lämpötiloista, me käytämme tätä sanaa tässä merkityksessä. Liekin lämpötila on myös säteilylämpöä.

”Puhuessamme auringon ilmakehästä emme voi käyttää käsitettä lämpötila säteilevän lämpötilan merkityksessä. Jos koronan miljoona astetta olisivat säteilylämpöä, olisi auringon ilmakehä niin kirkas, että emme näkisi fotosfääriä. Jos näin todella olisi, auringon ilmakehä lähettäisi niin paljon säteilyä, että voimakas kuumuus sulattaisi Pluton, auringosta kauimpana olevan planeetan, olemattomiin. On meidän kannaltamme hyvä asia, että auringon ilmakehän lämpötila ei ole säteilevää lämpöä, vaan kineettistä lämpöä.

”Tämä ei merkitse sitä, etteikö auringon ilmakehä lähettäisi mitään säteilyä. Sen lisäksi että se lähettää paljon säteilyä, tämä säteily on myös hyvin erikoista. Koronan ylimmät osat säteilevät röntgenaalloilla ja näkyvän valon aalloilla ja alemmat osat ultraviolettiaalloilla. Tämä säteily on erittäin tärkeää maapallolle, sillä siitä muodostuvat ne eri kerrokset, joita on maapallon ilmakehässä.”

[Kuva/Kaavio s. 25]

Aurinko – maapallon tähti

Aurinko on suunnaton uuni, jonka tarjoama lämpö ja valo ylläpitävät elämää maapallolla. Tämä suurimmaksi osaksi vetykaasua oleva pallo on niin suuri, että se vastaa tilavuudeltaan yli miljoonaa maapalloa! Se ei kuitenkaan ole tähdistä kookkaimpia. Tiedemiesten havaintojen perusteella tämä energianlähde on täynnä monenlaisia erikoisuuksia. Esimerkiksi ”suurin osa näkyvästä valosta on lähtöisin sellaiselta fotosfääriin kuuluvalta alueelta, jolla on paksuutta vain noin 100 kilometriä”. Auringon säteen suuruudeksi on kuitenkin laskettu noin 695500 kilometriä. – Iain Nicolson, The Sun.

Auringon rakenne

YDIN: Auringon ”lämpökeskus”, ydinfuusioreaktioiden tapahtumapaikka auringon keskustassa, jossa lämpötilat ovat korkeimmat.

SÄTEILYKERROS: Ytimestä tuleva energia siirtyy tähän kerrokseen gamma- ja röntgensäteilynä.

KONVEKTIOKERROS: Viileämpi alue, jonka läpi säteilykerrokselta tuleva energia siirtyy konvektioiden eli kaasuvirtausten avulla.

FOTOSFÄÄRI: Auringon näkyvä pinta, josta lähes kaikki auringonvalo on lähtöisin. Se on jossain määrin läpikuultava, ”ja siitä voidaan tehdä havaintoja muutaman sadan kilometrin syvyyteen asti”. (The Sun) Sen lämpötila on noin 6000 astetta.

KROMOSFÄÄRI: Ohutta kaasua sisältävä kerros, joka on nähtävissä ainoastaan täydellisen auringonpimennyksen aikana. Sen paksuus on noin 6000 kilometriä, ja se on kuumempi kuin fotosfääri, sillä sen lämpötila on noin 10000 astetta.

KORONA: Näkyy ainoastaan täydellisen auringonpimennyksen aikana, jolloin siitä näyttää ulottuvan sädeviuhkoja ja roihuja pitkien matkojen päähän, ja sen lämpötila on erittäin korkea.

[Kaavio] (Ks. painettu julkaisu)

Kromosfääri

Fotosfääri

Konvektiokerros

Säteilykerros

Ydin

[Lähdemerkintä]

Kaavio: National Optical Astronomy Observatories

[Kaavio/Kuva s. 23]

(Ks. painettu julkaisu)

Peilejä (41 metriä maanpinnan yläpuolella)

Maanpinnan taso

Kiertyviä tyhjiöputkia (250 tonnia)

59 metriä

67 metriä maanpinnan alapuolella

[Lähdemerkintä]

Kaavio: National Optical Astronomy Observatories

[Kuva s. 26]

Auringon pinnasta nouseva suihku, protuberanssi

[Lähdemerkintä]

Holiday Films

[Kuva s. 26]

Auringonpilkkuja

[Lähdemerkintä]

National Optical Astronomy Observatories