Suomalaisten löytämälle revontuli-ilmiölle vahvistusta

4.5.2021
Suomalaisten tutkijoiden vuosi sitten löytämä uusi revontuli-ilmiö johtuu todennäköisesti ilmakehän aaltokanavaan syntyvistä happimolekyylien tihentymistä. Tutkijoiden spekuloima selitys sai vahvistusta uudesta tutkimuksesta.

Helsingin yliopiston tutkijoiden havainnot toivat vahvistusta dyyneiksi nimettyjen revontulimuotojen syntymekanismille. Uudessa tutkimuksessa verrattiin kansainvälisten revontuliharrastajien Suomessa, Norjassa ja Skotlannissa ilmiöstä ottamia valokuvia samanaikaiseen satelliittidataan.

Harvinainen revontulimuoto näkyi taivaalla 20.1.2016 ja tallentui lukuisten harrastajien valokuviin.

– Dyynit näkyivät lähes neljä tuntia hyvin laajalla alueella. Dyynimuoto ulottui idästä länteen noin 1500 kilometrin ja pohjoisesta etelään noin 400 kilometrin alueelle, kertoo tutkijatohtori Maxime Grandin Helsingin yliopiston johtamasta Kestävän avaruustieteen ja -tekniikan huippuyksiköstä.

Skotlantilaisen revontuliharrastajan Grame Whippsin time lapse -videon avulla revontulen nopeudeksi arvioitiin yli 200 metriä sekunnissa.

Sopivaa valokuva- ja videoaineistoa kerättiin yhdessä suomalaisten revontuliharrastajien kanssa tiiviisti niin internetin kuin sosiaalisen median avulla. Kyseiseltä illalta löytyi esimerkiksi skotlantilaisen harrastajan time lapse -elokuva. Sen avulla arvioitiin, että dyynien etenemisnopeus oli yli 200 metriä sekunnissa.

Tutkimus julkaistiin arvostetussa AGU Advances -lehdessä.

Aaltokanava sai vahvistusta

Revontulet syntyvät, kun auringon lähettämät varatut hiukkaset kuten elektronit törmäävät maan ilmakehän happiatomeihin ja typpimolekyyleihin. Törmäys virittää atomit hetkeksi, ja viritys purkautuu valoenergiana.

Uusia revontulityyppejä löytyy harvoin. Viime vuonna löytynyt revontuli-ilmiö oli ensimmäinen kerta maailmassa, kun uusi revontulimuoto löytyi harrastajien havaintojen ja niitä selvittämään lähteneiden tutkijoiden yhteistyön avulla.

Dyyniksi nimetty uusi revontulimuoto on suhteellisen harvinainen ja sen oletettu syntyperä erikoinen.

– Dyynien laineitten valoisuuserot näyttävät johtuvan ilmakehän happiatomien tihentymistä, kertoo professori Minna Palmroth.

Vuosi sitten Kestävän avaruustieteen ja -tekniikan huippuyksikön tutkijat päättelivät, että uuden revontulityypin dyynimäinen muoto voisi johtua ilmakehän happipitoisuuden tihentymistä. Tihentymät syntyvät harvinaisen vuoksiaallon (engl. ”mesospheric bore”) taittuessa kulkemaan horisontaalisesti ilmakehän yläosiin syntyneeseen aaltokanavaan.

Harvinainen aaltokanava syntyy ilmakehän mesosfääriksi kutsutun kerroksen rajan eli mesopaussin ja sen alapuolelle satunnaisesti muodostuvan inversiokerroksen väliin. Tällöin tietyn aallonpituuden aallot taittuvat ja voivat kulkea aaltokanavassa pitkiä matkoja vaimentumatta.

Nyt julkaistussa tutkimuksessa tehdyt havainnot elektronisateesta ja lämpötilasta vahvistivat vuosi sitten tehtyjä tulkintoja dyynien syntymekanismista. Dyynien kohdalla havaittiin riippumattomasti aaltokanava. Itse vuoksiaallolle ei löytynyt vielä havaintoaineistoa.

– Seuraavaksi metsästämme siis vuoksiaallon mittauksia aaltokanavassa, sanoo Maxime Grandin.

Havaintoaineiston mukaan dyynien alueella oli 20.1.2016 elektronisadetta. On siis hyvin todennäköistä, että mukana oli elektroneja, joilla on sopiva energia aiheuttamaan revontulia noin 100 kilometrin korkeudessa. Havainnot keräsi DMSP-satelliitissa oleva SSUSI-instrumentti, joka mittaa muun muassa elektronisadetta.

Mesosfäärissä oli kyseisenä iltana myös harvinaisen vahva lämpötilan inversiokerros eli erilämpöisten ilmakerrosten aiheuttama sulkukerros. Aaltokanavan syntyyn liittyvä inversiokerros mitattiin TIMED-satelliitin SABER-instrumentilla. Havainto vahvistaa oletusta, että revontulimuoto johtuu ilmakehän yläosien aaltokanavaan syntyvistä ilmakehän happipitoisuuden tihentymistä.

Valokuva- ja videoaineistoa saatiin revontuliharrastajilta kolmesta maasta: Graeme Whipps (Skotlanti), Mark Ferrier (Skotlanti), Jukka Hilska (Suomi), Kjetil Vinorum (Norja), Knut Holmseth (Norja) ja Barry Whenman (Skotlanti).

Artikkeli:

Grandin, M., Palmroth, M., Whipps, G., Kalliokoski, M., Ferrier, M., Paxton, L. J., Mlynczak, M. G., Hilska, J., Holmseth, K., Vinorum, K., and Whenman, B. (2021). Large-scale dune aurora event investigation combining Citizen Scientists' photographs and spacecraft observations. AGU Advances, 2, e2020AV000338, https://doi.org/10.1029/2020AV000338

Lisätietoja:

Tutkijatohtori Maxime Grandin, 040 675 3707, maxime.grandin@helsinki.fi, @Maxime_Grandin, Helsingin yliopisto

Professori Minna Palmroth, 050 311 1950, minna.palmroth@helsinki.fi, @MinnaPalmroth, Helsingin yliopisto ja Ilmatieteen laitos

Tiedote (29.1.2020): Kansalaistieteen avulla löytyi uusi revontuli-ilmiö

Kuusi eri valokuvaa samasta revontulesta eri paikoista sekä vastaavat pienet kuvat, joissa viivoja.

Samaa dyyniä kuvattiin Suomessa, Norjassa ja Skotlannissa.​​​​​​​ Valokuvien kuvauspaikat ja kuvaajat: (a) Aura, Suomi, Jukka HIlska, (b) Engerdal, Norja, Knut Holmseth, (c) Karmøy, Norja, Kjetil Vinorum, (d) Isle of Mull, Skotlanti, Barry Whenman, (e) Lendalfoot, Skotlanti, Mark Ferrier ja (f) Rattray, Skotlanti, Graeme Whipps.​​​​​​​ Alimmalla rivillä samat kuvat merkittynä ilmansuunnilla ja dyynielementtien suunnilla. (Grandin et al., 2021)