Matti Helin
Revontulikaari, säteet ja korona. Nuo ovat ne tyypilliset revontulimuodot, joita revontulibongari usein näkee. Mutta joskus taivaalle syttyy jotain tavallisuudesta poikkeavaa. Mistä on kyse ja miten tulisi toimia?
Yhteistä artikkelissa oleville revontulimuodoille on se, että niitä ei näe yhtä usein kuin tavallisia revontulia. Myös esiintymisalue on tavallisuudesta poikkeava. Yleisesti revontulia näkyy parhaiten maan pohjoisosissa. Artikkelissa esiteltäviä muotoja taasen näkyy parhaiten maan keski- ja eteläosissa.
Näiden revontulien syntytapa on myös poikkeuksellinen. Jopa niin, että on joskus kiistelty, ovatko kaikki edes lueteltavissa niin sanottuihin aitoihin revontuliin. Nykyään kaikki artikkelissa mainitut ilmiöt lasketaan revontuliksi.
Dyynit
Dyynit on aaltomainen, vaakatasossa näkyvä revontulimuoto. Se syntyy noin sadan kilometrin korkeudessa. Vaakasuora, aaltomainen kuvio syntyy, kun ilmakehässä painovoima-aaltojen ansiosta tulee tihentymiä. Kun tihentymässä on enemmän happimolekyylejä, tapahtuu samalla enemmän emissiota. Toisin sanoen, tihentymät loistavat enemmän valoa ja taivaalla näkyy usein pohjois-eteläsuunnassa olevia kirkastumia, dyynejä.
Revontulidyynit. Kuva: Mikko Peussa
Tämä kuvio näkyy usein noin kello 20-22, revontuliovaalin edessä olevassa diffuusissa revontuliharsossa. Harsoa kutsutaan usein nimellä hylly. Dyynit eivät aina ole symmetrisiä, vaan niissä näkyy silloin tällöin taitoksia ja epäjatkuvuuksia.
Dyynien kuvaaminen on helppoa. Kameran säädöt saavat olla samat kuin tavallisten revontulien kanssa, eli iso-herkkyys noin 1600-3200, aukko 1,8-2,8 ja valotusaika noin 5-15 sekuntia.
Sar-kaari
Sar-kaaret (Stable Auroral Red (SAR)) ovat STEVEN ja RAGDAN ohella revontuli-ilmiö, jonka syntytapa ei ole revontulille tyypillinen. Kun normaalit revontulet syntyvät Auringosta saapuvien hiukkasten osumisesta Maan ilmakehään, on Sar kaaren syntytapa selvästi erilainen. Sar-kaari syntyy Maan rengasvirtojen ansiosta. Ehdotetut mekanismit, joilla energiaa siirtyy rengasvirrasta SAR-kaaren alueella oleviin elektroneihin, ovat rengasvirran protonien ja elektronien väliset Coulombin törmäykset, anisotrooppisen (samansuuntaisen) rengasvirran ionijakauman synnyttämien ionisyklotroniaaltojen lämpöelektronien Landau-vaimennus ja kineettisten Alfven-aaltojen resonanssivaimennus.
SAR-kaaret ovat väriltään syvän punaisia. Ne säteilevät valoa 630,0 nanometrin taajuudella. Sar-kaaria esiintyy noin 450 kilometrin korkeudessa. Nämä kaaret ovat usein liian himmeitä paljain silmin nähtäviksi, mutta aika ajoin kaari on havaittu myös visuaalisesti. SAR-kaari on melko pitkäaikainen ilmiö. Se voi näkyä taivaalla noin tunnista jopa useisiin tunteihin. Kaaria saattaa olla joskus useita rinnakkaisia.
Sar-kaari on selvästi etelämpänä revontuliovaalista. Sitä kannattaakin etsiä Suomessa joko zeniitistä tai etelätaivaan suunnalta.
SAR-kaaren himmeyden takia sitä tulee kuvata pitkillä valotusajoilla, korkeilla herkkyyksillä ja suurilla aukoilla. Hyvät arvot ovat esimerkiksi iso 3200, f2,8 tai parempi ja 30 sekuntia.
RAGDA (protonirevontuli)
Etelätaivaan suunnalla näkyvä punainen kaari ei välttämättä aina olekaan SAR. Etenkin voimakkaampien revontulimyrskyjen yhteydessä voi taivaalle syttyä alkuillan aikana punainen, hyvin paljon SAR:ia muistuttava kaari, joka kuitenkin eroaa tietyiltä osin SAR-kaaresta.
RAGDA, eli Red Aurora with Green Diffuse Arc, muodostuu eri korkeudella ilmakehässä tapahtuvista törmäyksistä. Kuten SAR-kaaren tapauksessa, alkulähde on Maan rengasvirta, josta RAGDA:n yhteydessä ilmakehään sataa protoneja. Kun protoni törmää ilmakehän happimolekyyliin, se virittää sen. Viritystilan purkautuessa molekyyli säteilee syvän punaista, noin 630,0 nanometrin taajuudella. Kaaressa näkyy myös usein säteittäistä rakennetta, sellaista, jota SAR-kaaressa ei näy. Punainen kaari majailee jälleen noin 400 kilometrin korkeudella.
Kuva: Karri Pasanen
Jos protoni pääsee tunkeutumaan syvemmälle, siihen voi liittyä elektroni. Tällöin syntyy vetyatomi, joka säteilee vihertävän turkoosia valoa. Tästä syntyy RAGDA:n punaisen kaaren alle syttyvät vihreät, usein sykkivät, diffuusit läiskät tai lähes yhtenäinen kaari.
Kuva: Markku Ruonala
Joskus käy niin, että yläilmakehässä protonisade on niin taajaa, että molekyylien viritystila ei pääse laukeamaan. Tällöin punaista kaarta ei synny, pelkästään vihertävän turkoosit läiskät tai kaari.
Kuvassa zeniitin vasemmalla puolella, etelässä, näkyvät kaaret ovat RAGDA ilman punaista kaarta
Turkoosin protonirevontulen esiintymiskorkeus on noin 90-100 kilometriä. Tässä revontulessa on silloin tällöin ollut nähtävissä dyynejä.
RAGDA:n kuvaamiseen sopivat samat arvot kuin SAR-kaaren, tosin joskus RAGDA voi olla riittävän kirkas, että sitä voi kuvata samoilla arvoilla kuin tavallisia revontulia tai dyynejä.
STEVE
STEVE (“Strong Thermal Emission Velocity Enhancement”) on ilmiö, joka näkyy taivaalla vaaleana tai purppuranpunaisena valonauhana. Ilmiö on mahdollisesti havaittu jo satoja vuosia sitten, mutta vasta vuonna 2016 ilmiötä alettiin tutkimaan tarkemmin. Tutkijat huomasivat, että kyseessä ei ole perinteinen revontuli.
Euroopan avaruusjärjestön Swarm-operaation satelliittitietojen analyysin mukaan ilmiön aiheuttaa noin 25 km leveä kuuman plasman nauha 450 kilometrin korkeudessa. Plasma on kuumaa, jopa 3 000 °C. ja se virtaa nopeudella 6 km/s. STEVE -kaari on noin 130-350 kilometrin korkeudessa.
Kuva: Marko Takala
Samoin kuten SAR -kaari, STEVE näkyy selvästi revontuliovaalin eteläpuolella. Se on usein selvästi kirkkaampi kuin SAR. Toisin kuin SAR, STEVE voi näkyä vain melko lyhyenä kaarena tai säteenä, kun SAR ulottuu koko taivaankannen ylitse.
SAR- ja STEVE -kaarien syntytavoilla on yhteneväisyyksiä. On myös aika ajoin havaittu, että SAR -kaari ja STEVE näkyvät yhtä aikaa tai jopa niin, että SAR on muuttunut STEVEksi.
STEVE-kaaren kuvaamiseen soveltuvat monenlaiset arvot, riippuen ilmiön kirkkaudesta. Himmeimmät STEVE:t tarvitsevat samansuuntaisia arvoja kuin SAR, kirkkaimmille taasen riittää noin iso 1600, , f2,8 ja 10 sekuntia.
Picket fence
Picket fence on STEVE -kaaren alapuolella joskus näkyvä, vihreä, lauta-aitamainen ilmiö. Ilmiö muistuttaa monin tavoin revontulisäteitä. Ilmiön esiintymiskorkeus on noin 95-150 kilometria. Picket -fence ilmiön syntymekanismia ei vielä tiedetä tarkkaan (11/2023).
Steve ja sen alapuolella vihreitä säteitä, Picket fence. Kuva: Tuikku Asikainen
Picket fencen alapuolella näkyvä ilmiö (luistin)
STEVE-ilmiössä havaitaan erittäin pieniä pistemäisiä piirteitä. Ilmiö on kuin sivulle taittunut säde. Tämä on yksi pienimmistä optisista ilmiöistä, joita revontulissa on havaittu.
Taittunut säde saattaa olla näennäinen ilmiö, joka johtuu siitä, että ilmiö on liikkunut ja kun on käytetty pitkää valotusaikaa, kuvassa näyttää, kuin kyseessä olisi taittunut säde.
Ilmiölle ei ole vahvaa suomenkielistä nimeä, mutta sitä on kutsuttu luistimeksi. Ilmiön esiintymiskorkeus on noin 100-110 kilometrin korkeudessa.
Yleisiä neuvoja kuvaamiseen ja havainnointiin
Kaikkiin artikkelissa mainittuihin revontuliin liittyy vielä paljon tuntematonta ja asioita, joita ei ole vielä löydetty. Tästä syystä revontulibongarin havainnot voivat olla tieteellisesti tärkeää.
Aina, kun revontulia on näkyvissä, kannattaa kuvata kaikkiin ilmansuuntiin, ei vain pohjoista kohti. Jos kuvissa näkyy mielenkiintoista muotoa, kannattaa ottaa pidempi sarja, vaikka noin 5-30 minuutin ajanjakso. Näistä kuvista voidaan sitten havaita ilmiön kehittyminen.
Tärkeää on, että kameran kello on mahdollisimman oikeassa ajassa. Eli aina ennen kuvaamaan lähtöä, tarkista tämä. Ja muista siirtää kamera kesä / talviaikaan.
Lopulta, tallenna havainnot taivaanvahtiin. Revontuli- ja muita ilmiöitä tutkivat tahot ympäri maailman tuntevat Taivaanvahdin jo melko hyvin. Joten tallentamalla havaintosi Taivaamvahtiin, revontulihavaintosi ovat sekä tutkijoiden että medioiden helposti löydettävissä.
Lähteet:
https://phys.org/news/2019-11-steve-picket.html
https://commons.erau.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2992&context=publication
https://www.livescience.com/steve-picket-fence-streaks-mystery.html
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019JA027321
http://pgia.ru:81/seminar/archive/2004/1_storms/Khalipov.pdf
http://magbase.rssi.ru/REFMAN/SPPHTEXT/coldwave.html
http://magbase.rssi.ru/REFMAN/SPPHTEXT/SAR_arcs.html
https://warwick.ac.uk/fac/sci/masdoc/msc_dissertations/mathematical_modelling/MC_Landaudamping.pdf
https://www.space.com/what-is-steve
https://www.sgo.fi/Publications/SGO/thesis/ManninenJyrki_licenciatethesis_1995.pdf
https://par.nsf.gov/biblio/10464428-new-insight-transition-from-sar-arc-steve
https://www.ursa.fi/suomalaisten-tahtiharrastajien-havainnot-johtivat-uuden-revontuli-ilmion-loytamiseen.html
https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20205009446/downloads/The%20Formation%20of%20Electron%20Heat%20Flux%20in%20the%20Region%20of%20Diffuse%20Aurora.pdf
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2019AV000133
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019GL085446
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fspas.2023.1087974/full
