Auringonpilkku – määritelmä, synty, syklit ja Maunderin minimi

Auringonpilkut: määritelmä, synty, 11–22 v syklit ja Maunderin minimi. Ymmärrä aurinkotoiminnan vaihtelut ja niiden vaikutukset maapalloon.

Auringonpilkku on auringon pinnalla oleva tumma alue, jossa sähkömagneettinen aktiivisuus on voimakasta ja paikalliset magneettikentät ovat verrattain voimakkaita. Auringonpilkut näyttävät tummilta, koska niiden lämpötila on alempi kuin ympäröivällä fotosfäärillä: auringonpinnan keskilämpötila on noin 5 778 K, kun taas pilkun umbra-alue on tyypillisesti noin 3 000–4 500 K. Pilkut voivat olla hyvin pieniä muutaman sadan kilometrin mitasta suuriin muodostumiin, joiden halkaisija voi olla kymmeniä tuhansia kilometrejä — osa suurimmista on kooltaan useita kertoja Maan halkaisijan.

Synty ja rakenne

Auringonpilkut syntyvät, kun Auringon sisäiset magneettikentät nousevat pintaa kohti konvektiivisesta vyöhykkeestä ja estävät paikallisesti kuuman plasma-aineen nousua. Tämän seurauksena alue jää viileämmäksi ja näkyy tummempana. Pilkkujen rakenteeseen kuuluvat:

• Umbra — tummin, keskellä oleva osa, jossa magneettikenttä on voimakkain ja pystysuunnassa.
• Penumbra — umbran ympärillä oleva vaaleampi ja kuitumainen vyöhyke, jossa magneettikenttä on epäsuorempaa ja konvektiivista liikettä esiintyy.

Pilkkujen syntyä selitetään aurinkodynamosimulaatioilla: Auringon eri kohtien pyörimisnopeuden erot (differential rotation), konvektio ja magneettikenttien kiertyminen tuottavat jaksottaista magneettisen fluxin kertymistä pintaan.

Koko, elinikä ja luokittelu

Pienet pilkut (ns. poreet) voivat hävitä päivissä, kun taas suuret aktiivialueet voivat kestää viikoista kuukausiin. Pilkkujen kokoa ja ryhmittelyä kuvataan erilaisilla luokitteluilla, kuten Zürich- tai McIntosh-luokituksilla. Pilkkualueet voivat myös tuottaa aurinkomyrskyjä — voimakkaita purkauksia, kuten auringonpurkauksia (flares) ja koronamassapurkauksia (CMEs).

Auringonpilkkusykli ja 22 vuoden magneettisyys

Auringonpilkkujen määrän vaihtelua seurataan pitkään havaituilla sykleillä. Sykli, jossa pilkkujen määrä kasvaa ja laskee, on keskimäärin noin 11 vuoden pituinen — tätä kutsutaan usein Schawben (Heinrich Schwabe) havaitsemaksi 11 vuoden aurinkosykliksi. Kuitenkin magneettinen polariteetti vaihtuu joka 11. vuodessa, joten täydellinen magneettinen sykli on noin 22 vuotta (Halen laki): seuraavan 11 vuoden jakson johtavan pilkun napaisuus on vastakkainen edelliseen verrattuna.

Eräitä tärkeimpiä ilmiöitä, jotka liittyvät sykleihin:

• Pilkut syntyvät sykliä edetessä korkeammilla aurinkografiikan leveysasteilla ja siirtyvät vähitellen lähemmäs päiväntasaajaa — tästä muodostuu niin sanottu "perhosen" (butterfly) diagrammi.
• Hale'n laki: kunkin syklin johtavilla pilkuilla kummassakin pallonpuoliskossa on tietty magneettinen napaisuus, joka kääntyy syklin jälkeisessä jaksossa.
• Pilkkumääriä mitataan muun muassa Wolfin (sunspot) -luvulla R = k(10g + s), missä g on pilkkuryhmien lukumäärä, s yksittäisten pilkkujen määrä ja k instrumenttikohtainen korjauskerroin.

Maunderin minimi ja pitkäaikaiset vaihtelut

Historiallisissa havaintotiedoissa on nähtävissä ajanjaksoja, jolloin auringonpilkkuja oli poikkeuksellisen vähän. Tunnetuin näistä on niin kutsuttu Maunderin minimi noin vuosina 1645–1715, jolloin systemaattisia pilkkuhavaintoja tehtiin hyvin vähän. Tämä ajanjakso osuu ajanjaksoon, jota usein kutsutaan pieneksi jääkaudeksi — lämpötilojen lasku Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa oli paikoin havaittavissa — mutta suoraa syy-yhteyttä Maunderin minimin ja ilmaston viilenemisen välillä tutkitaan yhä, ja seinään ei voida yksiselitteisesti sanoa, että pilkuttomuus aiheutti ilmastonmuutoksen.

On myös muita pidempiä vaihteluja (esim. Spörer-minimi), ja nykyaikaiset mallit pyrkivät selittämään, miten aurinkodynamo voi siirtyä hiljaisempiin tiloihin.

Vaikutukset Maahan ja seuranta

Auringonpilkkujen yhteydessä esiintyvät aktiivialueet voivat synnyttää voimakkaita aurinkomyrskyjä, jotka puolestaan voivat aiheuttaa vaikutuksia Maassa ja sen lähiavaruudessa:

• revontulet eli aurorat
• häiriöt radioliikenteessä ja satelliittien toiminnassa
• muutokset ilmakehän ionosfäärissä ja geomagneettiset häiriöt, jotka voivat vaikuttaa sähköverkkoihin

Nykyään aurinkoa ja pilkkuja seurataan jatkuvasti maasta ja avaruudesta käsin. Tärkeitä observatorioita ja tehtäviä ovat muun muassa SOHO ja SDO (Solar Dynamics Observatory), sekä lukuisat maa- ja avaruuskokeet, jotka tuottavat tarkkoja magnetogrammeja, kuvia ja aikasarjoja aktiivisuuden analysointiin.

Lyhyesti

Auringonpilkut ovat magneettisesti aktiivisia, viileämpiä alueita Auringon pinnalla, joiden määrä vaihtelee pääsääntöisesti noin 11 vuoden sykliin liittyen. Ne syntyvät Auringon sisäisten magneettikenttien ja konvektion vuorovaikutuksesta, voivat olla kooltaan pienistä poreista suuriin tuhansien tai kymmenien tuhansien kilometrien muodostelmiin ja vaikuttavat sekä avaruussään kautta teknologiaan että, mahdollisesti, ilmastoon pitkän ajan kuluessa. Maunderin minimi on esimerkki pidemmästä hiljaisesta jaksosta, jota tutkitaan yhä osana aurinkodynamiikan ja ilmaston yhteyksiä.

Historia

Kiinalaiset tähtitieteilijät sanoivat voivansa nähdä auringonpilkkuja. Maaliskuun 17. päivänä 802 munkki Adelmus näki suuren auringonpilkun, jonka hän pystyi näkemään kahdeksan päivän ajan. Adelmus arveli, että Merkurius kulki Auringon eteen ja teki mustan pisteen. Kun tähtitieteilijät alkoivat käyttää kaukoputkia, useimmat olivat yhtä mieltä siitä, että jokin kulki Auringon edessä. Galileo Galilei arveli vuonna 1612, että Auringossa oli todellisia pilkkuja ja että ne osoittivat Auringon kääntyvän.

Heinrich Schwabe havaitsi ensimmäiset auringonpilkkujen sykliset muutokset ja sai Rudolf Wolfin tutkimaan niitä huolellisesti vuodesta 1848 alkaen. Niin ikään vuonna 1848 Joseph Henry näytti kuvan Auringosta ja varmistui siitä, että auringonpilkut olivat viileämpiä kuin muu Aurinko (ne ovat noin 7000 Fahrenheit-astetta, 4000 C). Ne ovat edelleen hyvin kuumia, mutta paljon viileämpiä kuin muu Auringon pinta.

Piirros auringonpilkusta John of Worcesterin aikakirjoissa.

Hae kirjaimella