Hyppää pääsisältöön

Uusi tehoteleskooppi otti huikean kuvan Auringosta – pinnalla porisee!

Auringon pinnan poreilua
Auringon pinnan poreilua Kuva: NSO/NSF/AURA aurinko,Konvektio,Daniel K. Inouye Solar Telescope

Samalla kun uusinta Aurinkoa tutkivaa luotainta valmistellaan lähtöön, on Havaijilla otettu käyttöön maailman tarkin Aurinkoa tutkiva teleskooppi. Näin hyviin kuviin eivät edes lähemmäksi lentävät luotaimet pääse.

Tosin niitä ei ole siihen suunniteltukaan, koska niiden tarkoituksena on tehdä sellaisia havaintoja, joita Maan pinnalta ei voi tehdä.

Teleskooppi on nimeltään Daniel K. Inouye Solar Telescope Havaijilta kotoisin olleen senaattorin mukaan. Se sijaitsee Havaijin Maui-saarella. Teleskoopissa on neljä metriä halkaisijaltaan oleva peili, jonka avulla päästään parhaimpaan tähänastiseen tarkkuuteen aurinkokuvissa.

Inouye-aurinkoteleskooppi
Inouye -aurinko-observatorio Haleakalavuoren huipulla kolmen kilometrin korkeudessa. Inouye-aurinkoteleskooppi Kuva: NSO/NSF/AURA Daniel K. Inouye Solar Telescope,Havaiji

Otsikkokuvanakin olevan kuvan yksityiskohtien tarkkuus on vain 30 kilometriä, mikä on varsin hyvä saavutus kun ottaa huomioon sen, että Auringon etäisyys meistä on 150 miljoonaa kilometriä.

Tarkkuus vastaa jotakuinkin sitä, että näkisimme Helsingissä olevalla kaukoputkella Tampereella Näsinneulan nokassa olevan riisinjyvän, ja voisimme saada siitä tietoa.

Aurinko kuvattuna 20.1.2020
Aurinko kuvattuna 20.1.2020 Pyreneillä Pic du Midin observatorioissa olevalla teleskoopilla. Kuva on mustavalkoinen ja otettu vedyn lähettämän valon aallonpituudella. Aurinko kuvattuna 20.1.2020 Kuva: CLIMSO - Les Observateurs Associés aurinko,Pic du Midi Observatory

Meidän oma tähtemme

Aurinko on tavallinen taivaan tähti, joka on meille erityinen siksi, että maapallo ja muut planeetat sekä aurinkokunnan muut kappaleet kiertävät sitä. Se on siis varsin lähellä, ja siksi se näkyy niin hyvin.

Jos Aurinkoa katsottaisiin vaikkapa Alfa Kentaurista, meitä lähimpänä sijaitsevan tähden luota, olisi se vain pieni valopiste taivaalla.

Oman tähtemme pintalämpötila on noin 6000°C, ja se osuu tähtien spektriluokituksessa keltaisen kohdalle. Kuumemmat tähdet ovat vaaleampia ja sinisempiä, viileämmät punaisempia.

Auringon väri on kuitenkin valkoinen, ja kuvissa oleva ja silmin näkyvä selvästi keltainen väri johtuu enemmänkin ilmakehästä, jonka läpi kulkevasta valosta sininen väri siroaa pois. Aurinko säteilee oikeasti kaikkia valon aallonpituuksia, ja niiden sekoitus näyttää valkoiselta.

Kun kaikki Auringosta tuleva sähkömagneettinen säteily otetaan huomioon, tulee siitä eniten vihertävää valoa.

Koska Aurinko on näin lähellä, on se ainoa tähti, mistä voimme tehdä kunnollisia havaintoja. Vaikka Aurinkoa ei saa tuijottaa paljain silmin, aina välillä esimerkiksi pilvien tai sumun takana oleva Aurinko näkyy selvästi kellertävänä kiekkona.

Joskus sen pinnalla nähtiinkin näin suuria auringonpilkkuja jo ennen kaukoputkien aikaa, mikä antoi vinkkiä siitä, että Aurinko ei ole ihan muuttumaton.

Ensimmäisenä havaintoja Auringosta tekivät vuonna 1610 hollantilainen Johannes Fabricius, britti Thomas Harriot, saksalainen Christoph Scheiner ja italialainen Galileo Galilei, jotka kaikki suuntasivat alkeelliset kaukoputkensa myös kohti muitakin taivaan kohteita. Galilein tekemät ja vuonna 1613 julkaisemat piirrokset auringonpilkuista ovat aikalaisnelikon havainnoista tunnetuimpia.

He huomasivat myös olennaisen ongelman Aurinkoa kaukoputkella katsoessa: se polttaa.

Auringonpilkkuja Johannes Heveliuksen havaitsemana vuonna 1644.
Auringonpikkuja puolalaisen tähtitieteilijä Johannes Heveliuksen havaitsemana vuonna 1644. Auringonpilkkuja Johannes Heveliuksen havaitsemana vuonna 1644. Kuva: Selenographia (1647) aurinko,auringonpilkku,Johannes Hevelius

Aurinko on sen verran kirkas kohde, että se tuhoaa silmän verkkokalvoa saman tien kun sitä katsoo ilman suojausta. Sitä ei saakaan missään nimessä katsoa suoraan kiikarilla, kaukoputkella tai muulla optisella laitteella ilman asianmukaisia turvalaitteita.

Tämä kuumuus onkin suuri ongelma myös tässä uudessa superteleskoopissa, joka on ottanut otsikkokuvan. Siinä onkin tehokkaat jäähdyttimet, jotka viilentävät havaintolaitteita: teleskoopin peilin keräämä valo lämmittää niitä 13 kilowattia teholla.

Teleskooppirakennuksessa on 11 kilometriä jäähdytysputkia, jotka kiemurtelevat havaintolaitteiden lisäksi kaikkialla rakennuksessa. Lisäksi aina kylmän yön aikana teleskoopille tuotetaan jäätä, jota käytetään päivällä havaintojen aikaan jäähdytykseen.

Aurinko porisee

Heti kun Aurinkoa aikanaan alettiin tutkia kaukoputkin, huomattiin sen pinnan erikoinen poreilu. Niin sanottu granulaatio vastaa olemukseltaan sitä, kun aamupuuro porisee, eli sen pinnalle muodostuu puurokuplia.

Alapuolella oleva energia siirtyy ylöspäin ja muodostaa kuplia pinnalle saapuessaan.

Auringon pinta siis elää koko ajan, ja uudella teleskoopilla pystytäänkin paitsi näkemään aiempaa tarkemmin pinnan yksityiskohtia, niin myös ottamaan siitä hyvin nopeasti paljon kuvia. Näin kuplimisen olemusta päästään tutkimaan erinomaisesti.

Alla olevalla videolla näkyy hyvin Auringon pinnan granulaatiota, eli tätä kuplimista, Inouye-teleskoopilla kuvattuna.

Lämpö syntyy Auringon keskellä käynnissä olevassa fuusioreaktiossa, missä vetyatomit lyöttäytyvät suuressa paineessa ja lämpötilassa yhteen. Silloin muodostuu heliumia ja vapautuu energiaa.

Aurinko käyttää noin viisi miljoonaa tonnia vetyä sekunnissa, mutta koska Aurinko on varsin suuri, riittää vetyä noin vuosimiljardeiksi eteenpäin.

Syvällä syntynyt lämpö siirtyy ylöspäin ja juuri pintakerroksen alla se muodostaa konvektiovirtauksen, missä Auringon pintakerrosten kuuma kaasu nousee lämpimänä ylöspäin ja laskee jälleen alaspäin pinnalla viilennyttyään. Pinnalla näkyvä poreilu tulee tästä.

Pinnalla on poreiden lisäksi kuumempia ja kylmempiä alueita, koska Auringon voimakas ja monimutkainen magneettikenttä saa aikaan alueita, missä kaasun virtaus muuttuu. Kuumemmat kohdat ovat hieman vaaleampia alueita ja viileämmät alueet ovat auringonpilkkuja.

Vaikka auringonpilkut ovat vain noin 500 °C ympäröivää pintaa kylmempiä, näyttävät ne mustilta kontrastin vuoksi.

Auringonpilkkuja SOHO-satelliitin kuvaamana vuonna 2001.
Auringonpilkkuja Aurinkoa tarkkailevan SOHO-satelliitin kuvaamana 30. maaliskuuta 2001. Tämä jättikokoinen pilkkuryhmä on eräs suurimmista koskaan havaituista Auringonpilkkuja SOHO-satelliitin kuvaamana vuonna 2001. Kuva: SOHO (ESA/Nasa) aurinko,auringonpilkut,SOHO

Paikallinen magneettikenttä muuttuu koko ajan pilkkujen ympärillä, ja siksi pilkutkin muuttuvat jatkuvasti. Niillä on yleensä elinkaari, eli synnyttyään yksinkertaisena pilkkuna ne kasvavat ja kehittyvät useista pilkuista koostuviksi pilkkuryhmiksi, kunnes hiipuvat jälleen pieneksi pilkuksi ja lopulta häviävät kokonaan pois.

Toisinaan suuriin pilkkuryhmiin liittyy myös purkauksia, protuberansseja, joissa valtava määrä kuumaa kaasua ryöpsähtää pinnalta ulos avaruuteen.

Jos kaasu sinkoutuu Maapallon suuntaan, saa se aikaan myrskyisää avaruussäätä, eli geomagneettisen myrskyn, ja edelleen esimerkiksi revontulia. Voimakas myrsky voi vaurioittaa myös sähköverkkoja ja satelliitteja sekä saada aikaan muutakin tuhoa.

Maailman suurin ja tarkin aurinkotutkimuslaite

Joulukuussa käyttöön otettu Inouye -aurinkoteleskooppi auttaa siksi osaltaan myös ymmärtämään sitä, miksi ja miten aurinkomyrskyt syntyvät. Sen avulla tullaan tekemään lähes päivittäin havaintoja Auringosta ja sen pinnalla olevista ilmiöistä.

Inouye -aurinkoteleskoopin halkileikkaus
Inouye-teleskoopissa peilin kuva heijastetaan alaspäin halliin, missä ovat kamerat ja tutkimuslaitteet. Täysikokoinen kuva tulee näkyviin kuvaa klikkaamalla. Inouye -aurinkoteleskoopin halkileikkaus Kuva: NSO/NSF/AURA Daniel K. Inouye Solar Telescope

Se, että teleskooppi saatiin käyttöön juuri nyt, on kiinnostavaa siksi, että Auringon aktiivisuus on pian lisääntymässä. Auringolla on noin 11 vuotta kestävä sykli, mikä on helposti havaittavissa esimerkiksi auringonpilkkujen määrässä.

Juuri nyt pilkkuja ei ole juuri lainkaan, ja viime vuonna oli peräti 281 päivää, jolloin pinta oli täysin pilkuton.

Edellisen aktiivisuushuipun aikaan vuonna 2015 Auringossa oli useitakin pilkkuja ja pilkkuryhmiä koko ajan, ja se röyhäytteli avaruuteen suuria kaasupilviä.

Maailmassa on useita muitakin Aurinkoa tutkivia observatorioita. Vaikka havaintoja voidaan tehdä nykyisin myös avaruudesta ja jopa Auringon lähitienoilta, on näille maanpäälisille tutkimuslaitoksille edelleen tarvetta.

Ensiksikin niiden havaintolaitteet voivat olla paljon suurempia ja painavampia kuin voidaan lähettää avaruuteen. Toiseksi niillä voidaan tehdä paljon erilaisia havaintoja.

Ja kolmanneksi ne ovat olennaisesti edullisempia; esimerkiksi Inouye -aurinkoteleskoopin hinta on noin 20 miljoonaa dollaria, kun viime vuonna avaruuteen lähetetyn Parker-aurinkoluotaimen hinta on noin 1,5 miljardia dollaria.

Avaruusluotaimien etu puolestaan on se, että ne voivat mennä Auringon lähelle ja tutkia siellä ympärillään olevaa avaruutta sekä tehdä sellaisia mittauksia, mitä kauempaa ei voi tehdä.

Avaruudessa havaintoja voidaan tehdä myös koko ajan, ja esimerkiksi Auringon tarkkailu sieltä on tärkeää siksi, että kuvia saadaan myös muualta kuin maapallon näkökulmasta.

Aurinkoa tullaan lähiaikoina tutkimaan ennätyksellisen läheltä kahdella luotaimella. Viime vuonna matkaan lähetetty Parker -aurinkoluotain on tehnyt jo ennätyksen siinä mielessä, että eilen se teki ensimmäisen suunnitelluista Auringon lähiohituksista.

Sen etäisyys Auringosta oli 18,6 miljoonaa kilometriä, mikä on neljänneksi läheisin koskaan avaruusaluksella tehty Auringon ohitus.

Luotain rikkoi kuitenkin nopeusennätyksen: se kiisi tässä ratansa Aurinkoa lähimmässä pisteessä 393 042 kilometrin tuntinopeudella, mikä tekee siitä vauhdikkaimman ihmisen tekemän laitteen.

Parker kiertää Aurinkoa ja tulee koko ajan lähemmäksi sitä. Vuonna 2024 se uskaltautuu vain 6,1 miljoonan kilometrin päähän Auringosta, mikä aurinkokunnan mittakaavassa melkein jo Auringon koskemista. Samalla sen nopeus on tuolloin peräti 692 018 km/h.

Ensi viikolla Parker saa seuraa, koska Euroopan avaruusjärjestön Solar Orbiter -luotain laukaistaan matkaan. Jos kaikki käy suunnitellusti, se rynnistää perjantaina avaruuteen 7. helmikuuta.

Euroluotaimen ja Parkerin tutkimuslaitteet on suunniteltu toisiaan täydentäviksi. Solar Orbiter ei tule lentämään niin lähelle Aurinkoa kuin Parker, mutta se vääntää lentorataansa sen verran kallelleen, että se pystyy tekemään tarkkoja havaintoja ja mittauksia Auringon napa-alueista.

Solar Orbiter ja Parker-aurinkoluotain
Solar orbiter (vasemmalla) ja Parker-aurinkoluotain (oikealla) tutkivat Aurinkoa läheltä lähivuosina. Solar Orbiter ja Parker-aurinkoluotain Kuva: ESA/ATG medialab ja NASA/Johns Hopkins APL Solar Probe,aurinko,SOLO

Juttua on päivitetty 31.1.2020: Auringon väriä on täsmennetty ja Galilein lisäksi muut samoihin aikoihin Aurinkoa havainneet on mainittu. Siitä, kuka oli oikeasti ensimmäinen, on useita tulkintoja.

  • Hyvä kysymys: Kuinka pitkä on nykyhetki?

    Ajan perimmäinen luonne on vielä tuntematon.

    Elämme menneisyyden ja tulevaisuuden välissä, ajassa nimeltä nykyhetki. Kuinka pitkä tämä hetki on? Vastaus vie nykyfysiikan äärirajoille.

  • Miltä tuntuu olla painoton?

    Ole kuin lintu, lennä vapaasti.

    Painovoima on kuin kahle, joka vetää koko ajan alaspäin. Kun siitä pääsee eroon, näyttäytyy maailma erilaisena ja voit liikkua kolmessa ulottuvuudessa. Se on upea tunne, jota jää kaipaamaan.

Lue myös - yle.fi:stä poimittua

Tiede

  • Hyvä kysymys: Kuinka pitkä on nykyhetki?

    Ajan perimmäinen luonne on vielä tuntematon.

    Elämme menneisyyden ja tulevaisuuden välissä, ajassa nimeltä nykyhetki. Kuinka pitkä tämä hetki on? Vastaus vie nykyfysiikan äärirajoille.

  • Avaruusalus, jonka tehtävä on grillaantua Auringossa

    Solar Orbiter on tuomittu käristymään.

    Kreikkalaisessa mytologiassa Ikaros nousi lentoon käsiinsä kiinnitetyillä siivillä, jotka oli tehty vahasta ja linnun sulista. Lento päättyi kuitenkin ikävästi, koska hän nousi lähelle Aurinkoa ja sen paahde sulatti siivissä olleen vahan. Toivottavasti lähelle Aurinkoa laukaistava Solar Orbiter ei koe tätä samaa kohtaloa

Uusimmat sisällöt - Tiede