Upeat näkymät, lämpö taattu. Säät säteilevän kirkkaat. Tule mukaan!

Teksti: Leena Tähtinen

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Upeat näkymät, lämpö taattu. Säät säteilevän kirkkaat. Tule mukaan!

Sisältö jatkuu mainoksen alla

 Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2005



Englantilainen tähtitieteilijä James Jeans piti noin 70 vuotta sitten suurelle yleisölle aurinkoluennon. Heti kärkeen hän kehotti kuulijoita siirtymään maagiseen rakettiin, jossa matkustajat kestäisivät jopa Auringon kuumuuden.


Australialaisen pikkukaupungin lakimies William Amiet oli haltioissaan. Hän kuvailee Jeansin luentoa esseekokoelmassaan: "Odotimme laskeutuvamme Auringon pinnalle. Odotimme ja odotimme. Olimme matkanneet satoja maileja Auringon sisässä. Tuhansia. Nyt jo kymmeniätuhansia, emmekä vieläkään kohtaa kiinteää pintaa. Vähitellen ymmärrämme, mitä on tekeillä. Aurinko on pelkkää kaasua."


  turvassa sekä polttavalta kuumuudelta että tappavalta säteilyltä. Mitkään tähtemme rajuista ilmiöistä eivät hetkauta alustamme. Aluksi sujahdamme vauhdilla Auringon kaasukerrosten halki sen ytimeen. Paluumatkalla sitten ihailemme maisemia.

Ytimessä velloo plasmameri


  sieltä löytyy kyllä tukeva laskeutumispaikka. Ydin, jonka tilavuus on vaivaiset 1,6 prosenttia Auringon koko tilavuudesta, sisältää noin puolet sen massasta. Tiheä paikka siis. Emme kuitenkaan parkkeeraa ensimmäisen tilaisuuden tullen, vaan tunkeudumme tiheän ytimen keskustaan.


Olemme lähes 700 000 kilometrin syvyydessä Auringon keskipisteessä.


Olo on kuin sukelluskellossa. Ympärillämme vellova plasmameri vain on 160 kertaa vettä tiheämpää - eli noin 12 kertaa niin tiheää kuin lyijy! Yläpuolella oleva tähden aine painaa; painetta on sata miljardia ilmakehää. Aluksen ulkopuolella on kuumaa, 15 miljoonaa astetta.


Tässä pätsissä kaasu kuin kaasu muuttuu plasmaksi, jossa atomin osaset protonit, neutronit ja elektronit kiitävät vapaina satojen kilomet-rien tuntivauhtia. Ti-heäs-sä hiukkaspuurossa kiito ei kuitenkaan kestä pitkään. Alustamme ympäröivässä plasmassa hiukkaset mäiskähtelevät toisiaan vasten useita kertoja sekunnissa.




Hurja kaasupallo


Siellä se jyllää, Aurinko. Noin tuhannen miljardin miljardin miljardin (siis 1030) kilon massainen ja
1 390 000 kilometrin läpimittainen tähti, joka tuottaa 15 miljoonan asteen lämpöisessä ytimessään 386 miljoonaa miljardia miljardia (eli 1024) wattia energiaa. Näkyvän valon fotonit kiitävät pois Auringosta. Enemmistö fotoneista jatkaa planeettakuntamme ulkopuolelle tähtienväliseen avaruuteen. Noin joka kahdestuhannesmiljoonas fotoni osuu kahdeksan minuuttia Auringosta lähtönsä jälkeen maapalloon ja valaisee päiväämme.


Tuolla hurjaa vauhtia kiitävät protonit törmäävät toisiinsa. Kolari saa protonit yhtymään. Maagisen aluksemme mittarit rekisteröivät ly-hyen välähdyksen näkymätöntä, suurienergiaista gammasäteilyä. Samalla yhtyneistä protoneista syöksyy ulos kaksi hiukkasta, jotka häipyvät paikalta lähes valon nopeudella. Sama toistuu kaikkialla ympärillämme.


Kaksi protonia, siis vety-ydintä, yhtyy eli fuusioituu vain, jos ne pääsevät hyvin lähelle toisiaan. Tavallisissa oloissa näin ei koskaan käy, sillä- sähköi-nen poistovoima työntää positiivisesti varautuneita protoneja erilleen.


  ja neutriinoja.


Neutriinot kiitävät tähtemme kuorikerrosten halki avaruuteen. Maahan - ja meihin ihmisiinkin - ne osuvat vain kymmenisen minuuttia syntynsä jälkeen, mutta niitä ei huomaa, koska ne eivät millään tavoin reagoi muun aineen kanssa.


Gammafotonien matka Auringon pintaan kestää paljon kauemmin. Monen vaiheen jälkeen ne lopulta paistavat meille päivänvalona.

Säteilyvyöhykkeellä seesteistä


Ytimessä on siis Auringon energian-tuotantolaitos, voimala, jossa toisiinsa törmäilevät hiukkaset tehtailevat energiaa. Nyt nousemme lähemmäs pintaa ja näemme, mitä ytimessä syntyneelle säteilylle tapahtuu ennen kuin se lämmittää ikkunalaudalla nautiskelevaa kissaa.


Yllämme olevan aineen määrä vähenee, joten paine pienenee pintaa kohti aivan kuten meressäkin. Lämpötila laskee. Kun olemme nousseet 200 000 kilometriä, mittarit näyttävät enää kahdeksaa miljoonaa astetta. Näin kylmässä ei tapahdu fuusioreaktioita, mutta ytimessä syntyneitä fotoneita poukkoilee siellä täällä.


Aluetta, jolla olemme, nimitetään säteily- eli radiatiiviseksi vyöhykkeeksi. Nimitys johtuu siitä, että energia siirtyy täällä säteilemällä. Aine ei liiku, vaan energiaa kuljettavat säteilyn fotonit. Tuttu ilmiö: jos pidät käsiäsi tulipesän edessä, ne lämpenevät, koska liekit säteilevät. Toisin sanoen tulesta lähtee energiaa sisältäviä fotoneita, jotka osuvat käteesi.




Aurinkomatka tarjoaa kuusi vyöhykettä

Ydin Halkaisija 200 000 km, lämpöä 15 000 000 ºC
Fuusioreaktioissa syntyy energiaa.

Radiatiivinen vyöhyke
Leveys 300 000 km, 8 000 000-2 000 000 ºC
Energia siirtyy säteilemällä kohti pintaa.

Konvektiivinen vyöhyke
200 000 km, 2 000 000-6 000 ºC
Energia siirtyy johtumalla.

Fotosfääri 300 km, 5 500 ºC
Plasma harvenee, ja energia säteilee avaruuteen. Magneettikentän sykeröihin muodostuu auringonpilkkuja ja alkaa kehkeytyä plasmapurkauksia.

Kromosfääri
2 400 km, 5 500-10 000 ºC
Plasmasta nousee liekkimäisiä suihkuja, spikuloita. Maasta kromosfäärin näkee vain auringonpimennyksen aikaan.

Korona


Miljoonia km, 2 000 000 ºC
Magneettikenttä keinuttaa kuumaa ja harvaa plasmaa, kaasupurkaukset välähtelevät, ja aurinkotuuli puhaltaa.

Plasmakaari
Magneettikenttä on pulpahtanut pintaan. Kuuma plasma seuraa tulikaarena.

Plasmapurkaus
Plasmakaari on katkennut, ja valtava määrä magneettikenttään sitoutunutta energiaa vapautuu hetkessä.

Auringonpilkkuja
Plasmaa on jäänyt magneettikentän vangiksi.



Plasma on vielä täälläkin vettä tiheämpää, mutta sen tiheys on vakaa. Niin ovat myös lämpötila ja paine. Maisema on rauhallisen seesteinen, ympärillämme ei kuohu eikä kiehu.


  Esimerkiksi paineen on kussakin kohdassa "kannateltava" yläpuolella olevaa massaa - muutoin tähti luhistuisi. Aurinko on samankokoinen päivästä toiseen juuri siksi, että sen tuottaman säteilyn paine ja sen oman massan vetovoima ovat karkeasti ottaen yhtä suuret.

Fotoneilla pitkä marssi


Säteilyvyöhykkeen tyyneydestä on pääteltävissä, ettei kuumassa ytimessä syntyvä säteily lämmitä sen kaasua pysyvästi. Hurja määrä säteilyä yksinkertaisesti ohittaa vyöhykkeen sen oloja kummemmin muuttamatta.


Fotonit kuitenkin viettävät säteilyvyöhykkeellä huomattavan pitkän ajan. Ne liikkuvat lähes valon nopeut-ta, mutta niiden reitti on kaikkea muuta kuin suoraviivainen.


Fotonit törmäilevät plasman hiukkasiin, ja törmäyksissä ne kimpoavat välillä kohti pintaa, välillä taas takaisin kohti ydintä. Ylös änkeävää fotonia verrataankin juoppoon, joka hoippuu väkijoukossa mutta etenee silti pikkuhiljaa määränpäähän. Satunnaisliike vie fotoninkin vähitellen kohti tähden pintaa.


Matkalla fotonit menettävät energiaa - meidän onneksemme. Ytimen fuusioissa syntyneillä gammafotoneilla on alkuun niin rutkasti energiaa, että säteily tappaisi meidät oitis. Ennen pintaan nousua se kuitenkin ehtii "laimeta" tutuksi näkyväksi valoksi.


Mutta aikaa tähän kuluu. Ja kuluu. Yhden fotonisukupolven energia kulkee radiatiivisen vyöhykkeen läpi keskimäärin miljoonassa vuodessa.


  ovat lävistäneet maapallon jo ajat sitten, miltei heti synnyttyään.

Kiehuu, kuohuu, pyörteilee


Jos tarkkoja ollaan, päivä ei paista meille ihan miljoonan vuoden kuluttua. Säteilyn on matkattava radiatiivisen vyöhykkeen yläreunasta vielä lähes 200 000 kilometriä eli Auringon säteen neljänneksen verran päästäkseen pintaan, mutta tämä matka vilahtaa lähes silmänräpäyksessä.


Nousemme ylemmäs. Lämpö putoaa kahteen miljoonaan asteeseen. Taakse jää seesteinen maisema; nyt alustamme ympäröivät eestaas vellovat kaasumassat. Kaasu nousee ylös satojentuhansien kilometrien kokoisilta alueilta, ja niiden reunoilla kylmä kaasu sukeltaa syvyyksiin.


Auringossa kuohuu ja kiehuu. Mitä tarkemmin katsomme, sitä monimutkaisemmaksi kaasun liike osoittautuu. Pyörteet pulputtavat, kieputtavat ja riepottavat tähtemme ainetta.


Olemme tulleet niin sanotulle konvektiiviselle vyöhykkeelle, jossa energia ei enää siirry säteilemällä vaan nousee ylös johtumalla eli konvektiolla. Tuttu juttu muun muassa kattilassa kiehuvasta vedestä, joka kuumenee pohjasta alkaen.


Kiehuva kaasu kuljettaa fotoneista imemänsä energian Auringon pintaan noin kymmenessä päivässä. Sitten jäähtynyt kaasu sukeltaa takaisin tähden uumeniin. Sama toistuu toistumistaan: kaasumassat liikkuvat ylös ja alas kuin jättiläismäiset männät.




Paiste syntyi
miljoona vuotta sitten


Auringon energia syntyy sen ytimessä fuusioreaktioissa. Energiaa kuljettavat säteilyn fotonit, jotka vähitellen etenevät Auringon uumenista sen pintaan. Poukkoileva matka vie fotoneilta vähimmillään
170 000 vuotta, enimmillään jopa 30 miljoonaa vuotta. Käypä keskiarvo on miljoona vuotta.


Ensi kesän auringonpaiste on siis miljoona vuotta vanhaa. Säteily, joka syntyi Homo sapiensin ilmaantuessa maapallolle noin 200 000 vuotta sitten, pulpahtaa näkyviin 800 000-luvulla.


Onneksi on näin. Auringon ytimessä säteily on niin kovaa, että se grillaisi meidät hetkessä. Edetessään ytimestä pintaan fotonit törmäävät Auringon hiukkasiin ja menettävät suuren osan energiastaan.



  paistaa meille. Sivusuuntaan virratessaan kaasu näet luovuttaa lähes kaiken energiansa avaruuteen.

Pinta pelkkää hämäystä


Olemme nousseet konvektiivisen vyöhykkeen yläpuolelle keltaisena hohkaavaan fotosfääriin, jota pidämme Auringon pintana. Mikä ihmeen pinta? kysyy joku nokkela: tällaista paikkaa kutsuttaisiin Maan laboratoriossa tyhjiöksi!


Painetta on enää ilmakehän tuhannesosan verran. Tavallisilla tähdillä ei yksinkertaisesti ole pintaa, ne vain harvenevat reunojaan kohti, kunnes aine lopulta loppuu kokonaan. Kaukaa katsoen fotosfääri kuitenkin näyttää Auringon pinnalta, sillä tällä etäisyydellä ytimestä kaasu on ensimmäistä kertaa niin harvaa, että valo pääsee avaruuteen. Säteily siis rajaa Auringolle eräänlaisen valepinnan.


Kirkkaassa Auringossa näkyy siellä täällä tummia pilkkuja. Pilkuista, joita on ihmetelty Galileo Galilein ajoista lähtien, tiedetään itse asiassa melko vähän.


Se on selvillä, että pilkut syntyvät magneettikentän sykeröihin, jotka estävät kuuman kaasun pääsyn pintaan. Siksi pilkut ovat noin 1 500 astetta ympäristöään kylmempiä ja näyttävät tummilta. Sen sijaan ei tiedetä, mikä kasvattaa jopa tuhansien kilometrien kokoisia laikkuja. Mikä pitää ne koossa päiviä, viikkoja tai kuukausia? Vastausta toivotaan helioseismologiasta, jonka avulla pystytään ensimmäistä kertaa kartoittamaan pilkkujen "juuria".


Aurinko jatkuu "pintansa" jälkeenkin. Fotosfäärin yläpuolella on kromosfääri, joka on noin 2 400 kilometriä paksu kerros. Sen yläosasta nousee noin 10 000 kilometriä korkeita kaasusuihkuja, niin sanottuja spikuloita, joiden syntyä ei osata selittää.


Sitten olemme jo tähtemme uloimmassa kerroksessa koronassa, joka koostuu harvasta, tulikuumasta plasmasta. Kaasun lämpötila on pari miljoonaa astetta.

Räjähdykset saattelevat kotiin


Korona on siis kauempana Auringon kuumasta ytimestä kuin fotosfääri ja kromosfääri, mutta se on silti kuumempi. Tämä on vastoin arkijärkeä: lähellä nuotiotahan on yleensä kuumempaa kuin kaukana siitä. Mikä koronaa lämmittää, on yksi Auringon suurista salaisuuksista.


Koronan kuumenemista on pähkäilty yli 50 vuotta. Sitä selitetään muun muassa aalloilla, jotka syntyvät plasman värähdellessä magneettikentässä, mutta muitakin selityksiä on, eikä yksikään ole nykyhavaintojen mukaan toista parempi.


Näemme aluksemme ikkunoista, miten Auringon plasma seuraa magneettikentän viivoja. Tulikaaret nousevat kuuman plasman uumenista. Hetken päästä napsahtaa. Se oli flarepurkaus, jossa avaruuteen sinkoutui suuri määrä magneettikenttään sitoutunutta energiaa.


Nyt samassa paikassa näkyy koronan massapurkaus: vielä enemmän ainetta syöksyy taivaan tuuliin. Jos hiukkaspilvi kiitää Maata kohti, planeettamme lähellä alkaa pian avaruusmyrsky.


Vähän kauempana leimahtaa pieni lieska. Tuonnempana plasma jälleen kohoaa korkeiksi kaariksi, joiden holveihin maapallo olisi helppo kätkeä. Näkymä on kuin satumaassa.


Meidän on kuitenkin aika palata kotiin. Matkalla aluksemme mittarit rekisteröivät Auringosta irronneita hiukkasia, jotka muodostavat aurinkotuulen. Auringon säteilyn fotonejakin on kaikkialla. Osa niistä iskeytyy hetken kuluttua kesämökkien aurinkopaneeleihin. Pian joku keittää kahvit tähtemme syvyyksissä syntyneellä energialla ja istuutuu ihailemaan auringonlaskua.

Leena Tähtinen on tähtieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja. Hän on juuri julkaissut kirjan Aurinko - tähden tarina (WSOY) yhdessä dosentti Silja Pohjolaisen kanssa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla