Aurinkotuulen ajamat ekvivalenttivirrat

Abstract

Avaruussään ennustaminen on yhä tärkeämpää yhteiskunnassa, jonka toiminnot nojaavat teknologiaan. Sen vaikutukset voivat haitata arkea tai pahimmassa tapauksessa aiheuttaa vaaratilanteita ja jopa tuhoja. Avaruussään vaikutuksia Maassa voidaan tutkia ionosfäärin ekvivalenttivirtojen avulla. Ekvivalenttivirrat tarkoittavat maanpinnan magneettisista häiriöistä johdettuja horisontaalisia virtoja. Todellisuudessa ionosfäärissä on myös vertikaalisia virtoja ja siksi ekvivalenttivirrat eivät vastaa todellista kolmiulotteista virtajärjestelmää. Ekvivalenttivirrat reagoivat aurinkotuulen muutoksiin, jotka välittyvät ionosfääriin magnetosfäärin kautta.

Tässä tutkielmassa perehdyttiin aurinkotuulen ajamiin ekvivalenttivirtoihin ja kehitettiin niitä kuvaava tilastollinen malli. Malli ennustaa ekvivalenttivirrat aurinkotuulen sähkökentän, aurinkotuulen magneettikentän (IMF, Interplanetary Magnetic Field) suunnan ja Maan magneettisen dipolin kallistuskulman perusteella. Tulosten perusteella aurinkotuulen magneettikentän suunta vaikuttaa virtoihin eniten ja dipolin kallistuskulma vähiten. IMF:n suunta vaikuttaa virtojen voimakkuuteen ja illalla esiintyvien virtojen laajuuteen. Aurinkotuulen sähkökentän kasvaessa virrat voimistuvat ja laajenevat kohti ekvaattoria. Dipolin kallistuskulma vaikuttaa iltapuolen virtojen voimakkuuteen ja laajuuteen. Nämä tulokset ovat yhtäpitäviä aiempien tutkimusten kanssa.

Mallia testattiin yhden koronan massapurkauksen aiheuttaman geomagneettisen myrskyn aikana. Nähtiin, että mallin ennustamat virrat voimistuivat myrskyn alussa hieman nopeammin kuin mitatut virrat. Ennusteen maksimi oli lähes 100 nT pienempi ja se saavutettiin yli 3 tuntia aiemmin kuin mitattujen virtojen maksimi. Ennustetut virrat heikkenivät nopeammin ja olivat selkeästi mitattuja virtoja pienempiä myrskyn päävaiheen loppuosassa ja paluuvaiheen alussa. Erot johtuivat todennäköisesti siitä, ettei syöttöparametreissa ollut muuttujaa, joka kuvaisi magnetosfäärin aiempaa tilaa. Mallia tulisi testata usealle erilaiselle myrskylle, jotta nähdään, mitkä asiat se ennustaa oikein ja missä kohdassa on parannettavaa.