Suuren minimin aikana Auringon magneettikenttä onkin maksimissa

Noin kahdeksankymmentä Auringon sykliä pinnalta nähtynä, eli Auringon ajassa yli 1000 vuotta, tietokonesimulaatiolla mallinnettuna. Simulaatioajassa 20-50 vuotta tapahtuu simuloitu suuri minimi, joka onkin magneettisen energian maksimi.

Aalto-yliopiston tietotekniikan laitos, ReSoLVE-huippuyksikkö ja Max Planck -instituutti ovat yhdessä etsineet vastausta Auringon aktiivisuuden pitkäaikaisvaihtelun mekanismeihin. Äskettäin Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistua tutkimustaan varten he ajoivat puolen vuoden ajan globaalia Aurinkoa kuvaavaa tietokonemallia Suomen tehokkaimmassa supertietokoneessa. Laskennan tuloksena syntyi tällä hetkellä maailman pisin numeerinen simulaatio, joka tuottaa Auringon kaltaisen dynamoratkaisun pitkäaikaisvaihteluineen.

– Auringolla on 11-vuotinen sykli, johon liittyy muun muassa auringonpilkkujen runsastuminen ja katoaminen. Auringossa esiintyvät ilmiöt – myös sykli – muuttuvat ajan mukana, joten ratkaisuja pitää integroida ajan yli. Lyhyen aikavälin vaihtelu ei ole kiinnostava esimerkiksi avaruusilmaston tutkimisessa, kertoo Aalto-yliopiston tietotekniikan laitoksella astroinformatiikkaa, eli laskennallista astrofysiikkaa ja data-analyysiä, tekevän DYNAMO-tiimin vetäjä Maarit Käpylä.

Auringossa esiintyvät ilmiöt – myös sykli – muuttuvat ajan mukana, joten ratkaisuja pitää integroida ajan yli.

Tutkimuksen suurin yllätys liittyy Auringon hiljaisiin kausiin, niin sanottuihin suuriin minimeihin, joista Maunderin minimi tunnetaan kenties parhaiten. Sen aikana magneettikentän on ajateltu hiipuvan pois; olevan niin heikko ettei se pysty muodostamaan auringonpilkkuja tai muuta aktiivisuutta.

– Itse asiassa magneettikenttä onkin Maunderin minimin aikana maksimissaan. Tähän saakka on pystytty tutkimaan vain sitä, mikä näkyy Auringon pinnalla, mutta simulaatioilla näemme pintaa syvemmälle.  Maunderin minimin aikana kenttä painuu konvektiokerroksen pohjalle, ja on siellä erittäin voimakasta, kertoo Käpylä.

Konvektiokerroksella tarkoitetaan Auringon ulko-osaa. Se on kuin kiehuva kattila liikkuvine ja lämpöä siirtävine kuplineen, ja tämä paitsi synnyttää magneettikenttää, myös tekee koko alueen turbulenttiseksi.

Juuri voimakkaan turbulenssinsa vuoksi Aurinkoa on mahdotonta replikoida sellaisenaan tämän päivän tai lähitulevaisuudenkaan tietokoneissa.

– Mekään emme väitä, että mallinnuksemme olisi oikeasti Aurinko, vaan 3D-konstruktio erilaisista Aurinkoon liittyvistä ilmiöistä, joilla avaruusilmastoamme ajavaa tähteä voidaan ymmärtää paremmin, täsmentää Käpylä.

Tutkimukseen osallistuivat Maarit Käpylä, Petri Käpylä, Nigul Olspert, Axel Brandenburg, Jaan Pelt, Jörn Warnecke ja Bidya B. Karak.

Maarit Käpylä siirtyy kesällä 2016 riippumattomaksi ryhmänjohtajaksi yhteen Euroopan johtavista aurinkotutkimusyksiköistä, Max Planck Institute for Solar System Research:iin. ReSoLVE-huippuyksikön Aallon DYNAMO-tiimin toiminta jatkuu Käpylän johtamana keskittyen vielä suurempiin simulaatioihin käyttäen grafiikkakortteja.

Lisätietoja:

Maarit Käpylä
Aalto-yliopiston tietotekniikan laitos
p. 050 430 1059
maarit.kapyla@aalto.fi

Artikkeli