Ionosfäärivirtojen ja kentänsuuntaisten virtojen vaste aurinkotuulen nopeiden virtausten ja koronan massapurkausten

Geomagneettiset myrskyt ovat suuria häiriöitä Maan magnetosfäärissä. Myrskyjen pääasiallisia aiheuttajia ovat aurinkotuulen nopeat virtaukset ja niihin liittyvät vuorovaikutusalueet (HSS/SIR), sekä koronan massapurkauksiin liittyvät välivyöhykkeet (sheat) ja magneettiset pilvet (MC:t). Geomagneettisten myrskyjen aikana revontulialueen ionosfäärissä kulkee suuria sähkövirtoja, mutta virtojen käyttäytymistä myrskyjen aikana ei edelleenkään täysin ymmärretä. Tässä väitöskirjassa tutkimme korkeiden leveyspiirien ionosfäärivirtoja ja kentänsuuntaisia virtoja (FAC) erityyppisten geomagneettisten myrskyjen aikana käyttämällä päällekkäistä epookkianalyysiä (superposed epoch analysis) ja ristikorrelaatioanalyysiä.

Havaitsimme että HSS/SIR:ien, välivyöhykkeiden ja magneettisten pilvien ajamat myrskyt saavat aikaan hyvin erilaista kehitystä revontulivirroissa. HSS/SIR- ja välivyöhykemyrskyjen aikana virrat kehittyvät nopeasti myrskyn alkuvaiheessa ja saavuttavat maksiminsa tunnin kuluessa myrskyn päävaiheen alkamisesta. Myöhemmin päävaiheessa välivyöhykkeiden ajamissa myrskyissä virrat säilyvät suurempina pidempään kuin HSS/SIR-myrskyissä. Palautumisvaiheessa tilanne muuttuu ja välivyöhykemyrskyjen virrat vähenevät ensimmäisinä, kun taas HSS/SIR-myrskyissä aktiivisuutta on havaittavissa pidempään. Sitä vastoin magneettisten pilvien ajamien myrskyjen aikana virrat kehittyvät vähitellen myrskyn alkaessa ja saavuttavat maksimin vasta 11 tuntia myrskyn alkamisen jälkeen, lähellä myrskyn päävaiheen loppua. Ionosfäärivirtojen vasteaika aurinkotuulen muutoksiin on erilainen erityyppisissä myrskyissä. HSS/SIR:ien ja välivyöhykkeiden myrskyissä vasteaika on 40 minuuttia aurinkotuulen saapumisesta magnetopausille, kun taas magneettisten pilvien ajamissa myrskyissä viive on 60 minuuttia.

Revontuliin liittyvien sähkövirtojen hyvä ymmärtäminen myrskyjen aikana on edellytys haitallisten avaruussääilmiöiden, kuten satelliittien lisääntyneen ilmanvastuksen tai sähköverkoille haitallisten geomagneettisesti indusoituneiden virtojen ennustamiseksi ja niiltä suojautumiseksi. Tämän väitöskirjan tulokset osoittavat, että on tärkeää huomioida geomagneettisen myrskyn aiheuttaja aurinkotuulessa, jotta voidaan ennustaa revontuliin liittyviä sähkövirtoja sekä niiden vaikutusta geoavaruuteen ja Maahan.