Väitöstilaisuus Oulun yliopistossa

 

Väittelijä
Filosofian maisteri Timo Pitkänen

Tiedekunta ja laitos
Luonnontieteellinen tiedekunta, fysiikan laitos
08 553 1280

Oppiaine
Fysiikka

Väitöstilaisuus
10.6.2011 klo 12

Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, OP-sali (L10)

Aihe
Dynamics of the polar cap boundary and the auroral oval in the nightside ionosphere

Napakalotin ja revontuliovaalin dynamiikkaa yöpuolen ionosfäärissä

Vastaväittäjä
Tohtori Stephan Buchert, Ruotsin avaruustutkimusinstituutti, Uppsala

Kustos
Dosentti Anita Aikio

Väitöskirja

---

Uusi EISCAT-suurtehosirontatutkamittauksiin perustuva menetelmä revontuliovaalin dynamiikan tutkimukseen

Revontulet esiintyvät heikosti ionisoituneessa yläilmakehässä, ionosfäärissä geomagneettisia napoja ympäröivillä ovaalin muotoisilla vyöhykkeillä korkeilla leveysasteilla. Revontuliovaalin ympäröimää aluetta ionosfäärissä kutsutaan napakalotiksi. Napakalotin ja revontuliovaalin välinen rajapinta, napakalotin reuna, on Maan lähiavaruuden tärkeimpiä rajapintoja, sillä se erottaa toisistaan kaksi hyvin erilaista plasmaympäristöä, napakalottia vastaavan aurinkotuuleen kytkeytyneen, magnetosfäärin harvaa ja viileää plasmaa sisältävän avoimen pyrstölohkon sekä toisaalta revontuliovaalia magnetosfäärissä vastaavan, kuumempaa ja tiheämpää plasmaa sisältävän suljetun plasmalevyn reunakerroksineen.

Väitöstutkimuksessa esitettiin uusi EISCAT-suurtehosirontatutkien elektronilämpötilamittauksiin perustuva menetelmä napakalotin reunan sijainnin määrittämiseen yöpuolella. Toisin kuin yksittäisten satelliittiylilentojen hiukkasmittauksiin tai globaaleihin matalaresoluutioisiin satelliittikuviin revontuliovaalista perustuvat menetelmät, EISCAT-menetelmä mahdollistaa napakalotin reunan sijainnin jatkuvan havainnoinnin korkearesoluutiomittauksilla ionosfäärissä. Menetelmää sovellettiin napakalotin reunan läheisyydessä ja revontuliovaalilla ilmenevien dynaamisten prosessien ja ilmiöiden tutkimiseen yhdessä muiden maanpinta- ja satelliittimittausten kanssa.

Tutkimuksessa EISCAT-menetelmän osoitettiin soveltuvan napakalotin reunan liikkeen tarkkaan havainnointiin revontulimyrskyn eri vaiheissa. Erityisesti revontulimyrskyn ns. laajenemisvaiheessa kyettiin tutkamittauksissa erottamaan napakalotin reunan pohjoiseen laajenemisen sykäyksisiä yksityiskohtia. Lisäksi tutkimuksessa osoitettiin ensimmäisenä selvä yhteys magnetopyrstön nk. rekonnektiopurskeiden ja revontuliovaalin pohjoisreunalla syntyvien kirkastumisten välillä samassa lokaaliaikasektorissa. Tulos vahvistaa aikaisempia olettamuksia siitä, että ko. revontulikirkastumiset ovaalin pohjoisreunalla olisivat seurausta paikallisista rekonnektiopurskeista magnetopyrstössä. Satelliittimittaukset nopeista Maahan päin suuntautuneista plasmavirtauksista magnetopyrstön plasmalevyssä paljastivat aiemmin tuntematonta epäsymmetriaa virtausrakenteissa. Plasmavirtauskanavien reunojen pyrstöön päin suuntautuneisiin ns. paluuvirtauksiin havaittiin liittyvän plasmatiheyden vähenemä iltapuolella kun taas aamupuolen paluuvirtauksissa plasmatiheys oli kasvanut. Yhtäaikaiset tutka- ja revontulikamerahavainnot ionosfäärissä vahvistivat myös plasmavirtauskanavien aiemmin oletetun mahdollisen suoran kuvautumisen geomagneettisessa kentässä magnetosfääristä ionosfäärin plasman liikkeeseen revontuliovaalilla.

Väitöstyössä esitetty uusi EISCAT-tutkamittausmenetelmä laajentaa mahdollisuuksia tutkia revontuliovaalin dynamiikkaa ja liittyviä magnetosfäärin prosesseja. Tulokset nopeiden plasmavirtausten rakenteista ja niiden ominaisuuksista sekä magnetosfäärissä että ionosfäärissä antavat aihetta lisätutkimuksille.