Aurinkomyrskyt iskevät luultua paikallisemmin – nykyinen mittariverkko liian harva

Paikalliset muutokset magneettiympäristössä ovat tähän saakka jääneet laajalti tutkimatta havaintoverkon magnetometrimittariston harvalukuisuuden vuoksi. Nykyisin aurinkomyrskyjä eli geomagneettisia myrskyjä rekisteröidään keskimäärin noin 400 kilometrin välein sijaitsevilla magnetometri-mittareilla.

Aurinkomyrskyjen aiheuttajia ovat aurinkotuulen nopeat virtaukset, jolloin Maan revontulialueen ionosfäärissä kulkee suuria sähkövirtoja, mutta virtojen käyttäytymistä myrskyjen aikana ei edelleenkään täysin ymmärretä. Aurinkomyrskyt näkyvät myös revontulina.

Tutkijat Oulun yliopiston Sodankylän geofysiikan observatoriosta (SGO) ja ionosfäärifysiikan ryhmästä tarkastelivat avaruusmyrskyjen aikaisia paikallisia revontulialueen magneettikentän häiriöitä historiallisen datan ja työlään tutkimusmenetelmän avulla.

Työlään tutkimusmenetelmän avulla löydettiin suuria alueellisia eroja aurinkomyrskyn vaikutuksissa

Uudessa tutkimuksessa tarkasteltiin tietoja voimakkaasta aurinkomyrskystä joulukuussa 1977 silloin toimineen ja nykyistä tiheämmän Scandinavian Magnetometer Array (SMA) verkon kaikilta Pohjoismaiden 32 mittausasemalta, joiden data on pääosin tutkimatta. Datan tutkiminen on työlästä, sillä vuonna 1977 Maan magneettikentän muutokset tallentuivat magnetometrien piirtäminä värähtelyinä filminauhoille. Koskematonta, pientä filminauhaa lähes 50 vuoden takaa oli yhteensä lähes 40 kilometriä. Sitä valokuvattiin käsityönä ruutu ruudulta useita kymmeniä metrejä uutta tutkimusta varten, ja kuvat digitoitiin. Digitoituja arvoja ja modernia magneettista dataa käyttäen löydettiin selkeitä alueellisia eroja aurinkomyrskyn voimakkuudessa.

”Yleensä nykyään tarkastellaan koko Maan revontulialuetta yhtenäisenä kokonaisuutena. Me kuitenkin kartoitimme yli 30 mittarin avulla yhden aurinkomyrskyn vaikutukset Jäämereltä Perämerelle”, kertoo väitöskirjatutkija Otto Kärhä, joka myös valokuvasi suuren osan vanhoista filmeistä.

Kuvassa Otto Kärhä digikuvaamassa vanhoja magneettisia tallenteita, jotka ovat hyvin tarkkoja. Niihin on tallentunut aurinkomyrskyn voimakkuuden muutos useita kertoja minuutissa. Kuva Tuula Lampela.

Suurten geomagneettisten myrskyjen harvinaisuus rajoittaa niiden tutkimista, ja paikalliset vaikutukset ovat historiassa jääneet kuvailujen varaan. Mittaushistorian suurin aurinkomyrsky oli Carrington vuonna 1859. Silloisten kuvausten mukaan Aurinko kirkastui ja häikäisi jopa suljettuja silmiä. Carrington-aurinkomyrsky aiheutti kipinöitä lennätinlinjoihin ja tulipaloja. Nykyisin tämän kokoluokan magneettisen myrskyn seuraukset olisivat tuhoisia sähköverkoille ja tietoliikenneyhteyksille, myös satelliiteille.

Uuden tutkimuksen valossa Carrington-luokan aurinkomyrskyn paikalliset vaihtelut voisivat olla jopa 150 nT (nanotesla)/10 km. Ero vertautuu pieneen tuulahdukseen Muoniossa ja magneettiseen pyörremyskyyn 140 kilometrin päässä Sodankylässä.

”Sellaisen aurinkomyrskyn iskiessä liian harva magnetometriverkko voi johtaa paikallisten magneettihäiriöiden, ja niihin varautumisen aliarviointiin”, professori SGO:n johtaja Eija Tanskanen arvioi.

Suuri aurinkomyrsky mahdollinen lähitulevaisuudessa – tiheämpi verkko varoittamaan paikallisvaikutuksista

Tutkijat ympäri maailmaa ovat melko yksimielisiä siitä, että lähitulevaisuudessa maapallolle saattaa hyvinkin iskeä historiallisen suuri aurinkomyrsky. ”Vaihtelevuus asiantuntijoiden arvioissa sen vaikutuksista juontuu siitä, että Maan geomagneettinen ympäristö tunnetaan vielä puutteellisesti, ja aurinkomyrskyt saavat aikaan hyvin erilaisia kehityksiä revontulivirroissa. Nykyisin käytössä olevassa Intermagnet-verkossa magnetometrejä on liian harvassa kalottialueella, yleisimmin noin 200–400 kilometrin välein, kun niitä olisi hyvä olla 100 kilometrin välein”, Tanskanen sanoo. Magnetometrit sijaitsevat erilaisten tutkimuslaitosten ja observatorioiden yhteydessä.

Uuden tutkimuksen historiallinen data paljasti revontulivyöhykkeellä magneettikentän rakenteita, joita ei nykyisellä mittariverkolla pystytä havainnollistamaan. ”Tiheämpi magnetometriverkosto auttaisi ymmärtämään magneettikentän monimutkaista rakennetta aurinkomyrskyjen aikana. Sen avulla voitaisiin varoittaa paikallisesti aurinkomyrskyjen liikkumisesta, ja turvata paremmin magneettisille häiriöille altista infrastruktuuria. Myös esimerkiksi lentoliikennettä voitaisiin varoittaa alueellisemmin voimakkaista magneettisista pilvistä ja myrskyistä”, Tanskanen ehdottaa.

Tulokset julkaistiin arvostetussa Nature Portfolion Scientific Reports-tiedelehdessä 2.11.2023: Kärhä, O., Tanskanen, E.I. & Vanhamäki, H. Large regional variability in geomagnetic storm effects in the auroral zone. Sci Rep 13, 18888 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-46352-0

Kuvassa magneettikentän tila 11.12.1977 Oulun yllä. Maan magneettikentän värähtelyt piirtyivät filmille lähes 50 vuotta sitten. Kuva Otto Kärhä.