Väitöstilaisuus Oulun yliopistossa

 

Väittelijä
Filosofian maisteri Ilkka Virtanen

Tiedekunta ja laitos
Luonnontieteellinen tiedekunta, fysiikan laitos
(08) 553 1280

Oppiaine
Fysiikka

Väitöstilaisuus
4.12.2009 klo 12

Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, Kajaaninsali (L6)

Aihe
Multi-purpose methods for ionospheric radar measurements

Yleiskäyttöisiä menetelmiä ionosfäärin tutkamittauksiin

Vastaväittäjä
Tohtori Jorge Chau, Jicamarca Radio Observatory, Peru

Kustos
Professori Tuomo Nygrén

Väitöskirja

---

Uusia menetelmiä lähiavaruuden tutkailuun

Maan ilmakehän ylimmissä osissa Auringon säteily ionisoi ilmakehän atomeja ja molekyylejä. Näin syntynyttä osittain ionisoituneen plasman kerrosta kutsutaan ionosfääriksi, jonka katsotaan alkavan 50–80 kilometrin korkeudesta. Ionosfäärillä ei ole selvää ylärajaa, mutta noin 300 kilometrin korkeudella sijaitsevan ionisaatiomaksimin yläpuolella ionitiheys pienenee vähitellen.

Useimmille suomalaisille tutuin ionosfäärin ilmiö ovat revontulet, jotka syntyvät Auringosta lähteneiden varattujen hiukkasten syöksyessä Maan magneettikentän ohjaamina ionosfääriin. Ionosfääri toimiikin yhtenä monista välikappaleista Auringon ja alemman ilmakehän välillä, jonka vuoksi ionosfääriä tutkimalla voidaan saada tietoa Auringon toiminnan mahdollisista vaikutuksista jopa maanpinnalla saakka. Ionosfäärin plasma tarjoaa myös luonnon oman laboratorion plasmafysiikan tutkijoille.

Erilaiset tutkalaitteistot ovat tärkeitä ionosfääritutkimukselle, koska ne mahdollistavat plasman ominaisuuksien mittaamisen maanpinnalta käsin. Yksi kehittyneimmistä menetelmistä on ionosfäärin plasman satunnaisesta lämpöliikkeestä sironneen radiosignaalin, niin kutsutun epäkoherentin sironnan, tilastollisten ominaisuuksien tutkiminen. Menetelmä mahdollistaa ionitiheyden, lämpötilojen sekä plasman virtausnopeuden mittaamisen. Koska epäkoherentin sironnan analysointi on laskennallisesti raskasta, otetaan uusia menetelmiä käyttöön sitä mukaa, kun tietokoneet kehittyvät.

Väitöskirjassa tutkitaan tilastollisen inversiolaskennan soveltamista sirontatutkadatan analysointiin. Analyysimenetelmä on monin tavoin aiempaa joustavampi, mahdollistaen muun muassa uusien menetelmien hyödyntämisen tutkan lähettämien radiopulssien moduloinnissa. Kehittyneillä modulaatiomenetelmillä voidaan joissain tilanteissa parantaa sirontatutkamittausten aikaresoluutiota. Lisäksi väitöskirjassa esitetään modulaatiomenetelmä yleiskäyttöisiin sirontatutkamittauksiin, joilla on mahdollista samanaikaisesti havainnoida ionosfäärin huomattavasti toisistaan poikkeavia kerroksia. Tilastolliseen inversioon perustuva analyysi mahdollistaa myös muualta kuin ionosfäärin plasmasta, esimerkiksi meteoreista ja avaruusromusta, aiheutuneiden kaikujen poistamisen aiempaa tehokkaammin, mikä osaltaan parantaa mittaustulosten luotettavuutta.