Revontulet

Revontulet ovat maamme pohjoisesta sijainnista johtuen varsin yleisiä taivaanilmiöitä. Pohjoisessa Suomessa revontulia voi esiintyä lähes joka yö jopa silloin, kun Auringon aktiivisuus on minimissään.

Vanhojen uskomusten mukaan revontulet syntyvät kun kettu juoksee kovalla pakkasella tuntureilla huiskien samalla hännällään lumikinoksia niin, että kipinät sinkoilevat taivaalle. Näistä vanhoista tarinoista juontaa myös ilmiön nimi: revontulet.

Tieteellisemmän käsityksen mukaan revontulet ovat valoilmiö, jotka esiintyvät ylemmässä ilmakehässä noin 70 - 1000:n kilometrin korkeudella. Revontulet syntyvät, kun Auringosta lähtevä aurinkotuuli, joka koostuu varautuneista hiukkasista (protoneista ja elektroneista), Maan ilmakehään iskeytyessään virittää pääasiassa happiatomeja, typpimolekyylejä ja vetyatomeja.

Oikealla revontulisäteitä 22.10.2001 näytelmästä klo 23:20, valotusaika 30 sekuntia 400 ASA:n filmille (28 mm laajakulma).

Virittyminen tarkoittaa sitä, että törmäyksessä atomin tai molekyylin energiatila muuttuu. Kun tämä viritystila purkautuu, siitä vapautuva energia nähdään revontulien valona. Ilmakehän hiukkaset luovuttavat virittyessään saamastaan energiasta yhden prosentin valona eli revontulina, 60 prosenttia kuluu ionisoitumiseen, mistä puolestaan aiheutuu häiriöitä mm. tietoliikenteeseen ja joskus jopa sähkönjakeluun.

Periaatteessa maapallon magneettikentän pitäisi estää hiukkasten pääsyn ilmakehään, mutta magnetosfäärissä (eli magneettikentässä) on alueita, joista hiukkasia pääsee sisään. Hiukkasten liike-energia on tässä vaiheessa kuitenkin vielä liian pieni paljain silmin havaittavien revontulien syntymiseen.

Magneettikentässä hiukkaset kiertyvät ns. plasmalevyyn, jossa ne kiertävät magnetosfäärin voimaviivoja ympäri spiraalinmuotoista rataa pitkin. Samalla niiden liike-energia kasvaa, mistä johtuen ne kulkeutuvat koko ajan lähemmäksi ilmakehää, johon saapuessaan niiden energia on kasvanut 100-1000 kertaiseksi.

Maapallon magneettisten napojen ympärillä magnetosfäärissä ovat ns. revontuliovaalit, joiden alueella esiintyy eniten revontulia. Revontuliovaali on säteeltään noin 20 astetta oleva rengas molempien magneettisten napojen ympärillä, ja sen alueella nähdään yleensä jokaisena selkeänä yönä revontulia. Vyöhyke on soikea (eli ovaali), koska Maan magneettikenttä on venynyt yön puolelta.

Johtuen siitä, että maantieteellinen ja magneettinen akseli poikkeavat toisistaan, revontuliovaalit liikkuvat Maahan nähden. Tästä johtuu, että revontulinäytelmät näkyvät yleensä alkuillasta, noin klo 21-22. Aamuyöllä näkyvät revontulinäytelmät ovat harvinaisia. Päivällä revontulia ei juuri esiinny.

Revontulien esiintymistiheys on riippuvainen Auringon aktiivisuudesta, joka vaihtelee noin 11 vuoden jaksoissa. Auringon aktiivisuuden ollessa maksimissaan, myös aurinkotuuli ja maahan saapuva hiukkasvirta on voimakkaimmillaan ja tällöin revontuliakin esiintyy enemmän kuin minimin tienovilla. Maksimin aikoihin ja heti sen jälkeen myös aktiivisuuteen liittyvien koronan massapurkauksien (CME) lukumäärä, intensiteetti ja purkautuvan massan määrä on suurimmillaan. Tällaisen hiukkaspilven osuminen maan ilmakehään saavat aikaan todellisen revontulimyrskyn.

Koska viimeisin Auringonpilkkumaksimi oli vuonna 2000, on vuosien 2000 ja 2001 aikana esiintynyt runsaasti upeita revontulia ja muutamia suoranaisia revontulimyrskyjä. On oletettavaa, että tämä aktiivisuus jatkuu vielä muutaman lähivuoden ajan. Auringon ollessa aktiivinen voidaan revontulia nähdä Pohjois-Suomessa jopa yli parisataa kertaa vuodessa ja Etelä-Suomessakin revontuliöitä on toistakymmentä.

Revontulien muodot

Kun maallikko katselee taivaalla loimottavia revontulia, hänestä saattaa tuntua, että niillä on suorastaan kaoottisia muotoja. Ihan niin yksinkertaisesti asiat eivät kuitenkaan ole, vaan revontulet luokitellaan muotonsa puolesta nauhamaisiin (kaaret ja vyöt) ja diffuuseihin (läiskät ja harso) muotoihin, sekä säteisiin.

Vasemmalla rauhallisempi vaihe 22.10.2001 näytelmässä, revontulikaari klo 23:35 valotettuna 30 sekuntia 400 ASA:n filmille 28 mm laajakulman läpi.

Revontulikaari lienee revontulien tavallisin esiintymismuoto. Revontulikaaret eivät normaalisti ole kovin kirkkaita eivätkä aktiivisia. Usein saattaa käydä jopa niin, että revontulinäytelmä ei yön aikana kehity matalalla pohjoistaivaalla kaartuvasta rauhallisesta kaaresta sen suuremmaksi näytelmäksi. Myös aktiivisemmissa näytelmissä revontulikaari on usein muoto, joka ilmestyy ensimmäiseksi ja katoaa viimeiseksi. Kaaren alareuna on tavallisesti terävä, mutta yläreuna voi sulautua vähitellen taustataivaaseen. Kaaret ovat leveämpiä kuin vyöt, eivätkä poimuile yhtä voimakkaasti. Aktiivisuuden noustessa niihin normaalisti kehittyy säteitä ja poimuja, ja ne muuttuvat vähitellen vöiksi.

Revontulivyöt ovat kapeampia ja etenkin alareunaltaan kirkkaampia, mutkittelevampia ja aktiivisempia kuin kaaret, joista ne yleensä kehittyvätkin. Vyöt voivat muodostaa J- ja U-muotoja, joskus jopa täysiä spiraalejakin. Myös korona voi syntyä pelkistä vöistä. Vyöt ovat kaarien tapaan yleinen revontulimuoto.

Revontulisäteet ovat magneettikentän voimaviivojen suuntaisia eli ne ovat yleensä melko pystyjä, tavallisesti hieman alle asteen paksuisia valojuovia. Säteet saattavat esiintyä muiden revontulimuotojen yhteydessä, erityisesti kaarissa ja vöissä, mutta myös yksinään. Lyhyet säteet ovat tavallisesti kirkkaimpia alareunastaan himmeten nopeasti. Pisimmät säteet (jotka voivat ulottua jopa horisontista zeniittiin) ovat yleensä kirkkaudeltaan tasaisia ja melko rauhallisia. Toisin kuin lyhyemmät säteet, pidemmät revontulisäteet esiintyvät usein muutaman säteen ryhmissä tai yksinään. Myös säteet ovat yleinen revontulimuoto.

Revontuliläiskät ovat reunoiltaan diffuuseja, pilvimäisiä valoisia läikkiä. Läiskien läpimitta on tyypillisesti noin kymmenen asteen suuruusluokkaa. Sykkiminen on läiskissä pikemminkin sääntö kuin poikkeus. Läiskät, samoin kuin sykkiminenkin, esiintyvät tavallisesti suuren revontulinäytelmän myöhäisemmissä vaiheissa.

Revontuliharso on revontulimuodoista kaikkein lattein. Se peittää tavallisesti homogeenisen himmeään hehkuunsa laajahkon alueen taivasta kerralla. Tavallisesti harson näkee yön revontulimaksimin jälkeisessä rauhallisemmassa vaiheessa muiden muotojen taustana. Revontuliharson esiintyessä yksinään sen tunnistaminen revontuleksi voi olla vaikeaa.

Revontulien laatu

Revontulet voivat olla yksinkertaisia tai moninkertaisia. Ne voivat olla myös pätkittäisiä tai voivat muodostaa koronan magneettisen zeniitin ympäristöön.

Moninkertaisuutta käytetään kuvaamaan tilannetta, jossa jotain revontulimuotoa esiintyy kaksi tai useampia samanaikaisesti, esimerkiksi kaksi tai useampia vöitä esiintyy päällekkäin.

Pätkittäinen revontuli tarkoittaa kaaren tai vyön osaa, ja niitä nähdään usein revontulipurkauksen yhteydessä. Ei ole mitenkään epätavallista, että kaari tai vyö katkeaa.

Oikealla eräs osa voimakkaasta revontulinäytelmästä 07.09.2002 klo 22:44. Kuva otettu Canon Powershot A40 -digikameralla 15 sekunnin valotusajalla 38 mm objektiivilla ISO-asetuksella 100.

Korona eli kruunu on nähtävissä usein monimutkaisissa ja aktiivisissa säteittäisissä revontulissa, jos revontulet ovat suoraan havaitsijan yläpuolella. Säteet näyttävöt osoittavan yhteen pisteeseen, magneettiseen zeniittiin. Mikäli revontulia on ainoastaan magneettisen zeniitin toisella puolella, ne muodostavat revontuliviuhkan. Korona on tavallisesti kirkas ja aktiivinen. Varmimmin revontulikorona nähdään, mikäli revontulipurkaus alkaa havaitsijan eteläpuolelta.

Revontulien rakenne

Revontulien rakenne kuvaa sitä, minkä näköisiä revontulimuodot ovat sisärakenteeltaan. Eri rakenteita erotetaan kolme.

Homogeenisessa revontulimuodossa ei ole erotettavissa mitään sisäistä rakennetta. Koko revontulimuodon kirkkaus on sama tai muuttuu vähitellen. Homogeeniset revontulimuodot voivat olla reunoiltaan diffuuseja, mutta etenkin kaarten ja vöiden alareuna on usein terävä. Homogeeniset revontulet eivät ole yleensä kovin aktiivisia tai erityisen kirkkaita.

Juomuisuutta esiintyy tavallisesti korkealla havaittavissa vöissä ja kaarissa, mutta joskus myös läiskissä. Juomuisuudella tarkoitetaan revontulimuodon alareunan suuntaisia melko epäsäännöllisiä juomuja tai säikeitä. Juomuisuutta ei pidä sotkea moninkertaisuuteen. Juomuisuus on selvästi hienompaa kuin moninkertaisuus, ja moninkertaiset muodot ovat aina enemmän tai vähemmän selvästi irrallisia yksilöitä, kun juomuisuus puolestaan esiintyy aina yhden muodon sisällä.

Säteillä tarkoitetaan magneettikentän voimaviivojen suuntaisesti asettuneita kapeahkoja valopatsaita eli ne ovat käytännössä varsin pystyjä. Usein pätkä esimerkiksi kaaresta on säteinen muun osan ollessa homogeeninen, tai pohjoistaivaalla voi näkyä rauhallinen homogeeninen kaari, vaikka muualla taivaalla on säteisiä muotoja. Säteiset muodot jaetaan pituutensa perusteella kolmeen alaluokkaan:

Revontulien tila (aktiivisuus)

Revontulet voivat olla rauhallisia, aktiivisia tai sykkiviä. Alaluokituksineen eri vaihtoehtoja on kaiken kaikkiaan yhdeksän.

Rauhalliset revontulet eivät juuri muuta muotoaan tai asemaansa niin, että varsinaista liikettä huomaisi. Heikko revontulinäytelmä voi koostua esimerkiksi pelkästään rauhallisesta himmeästä kaaresta. Myös harso, sekä pitkät eristyneet säteet ovat usein rauhallisia.

Aktiiviset revontulet muuttavat muotoaan tai paikkaansa nopeasti, selviä muutoksia voi havaita jo sekunnin aikana. Aktiiviset revontulet ovat useimmiten kirkkaita. Aktiivisuus jaetaan neljään alaluokkaan:

Sykkivien revontulien kirkkaus vaihtelee useimmiten rytmikkäästi jaksolla, joka nopeimmillaan voi olla vain sekunnin murto-osia, mutta saattaa kestää minuutteja. Sykkimistä esiintyy yleensä vain parhaimmissa näytelmissä etenkin niiden loppupuolella. Sykkimistä voi seurata vielä uusi purkaus. Sykkiminen jaetaan neljään alaluokkaan; sykkivä, loimuava, lepattava ja liehuva. Sykkivät ja loimuavat ovat näistä yleisimmin havaittuja.

Revontulien kirkkaus

Revontulien kirkkauden määrittämiseen käytetään kirkkausindeksiä, joka kuvaa revontulten visuaalista kirkkautta maksimikirkkauden alueella:

Revontulien värit

Yleisimmin revontulet näkyvät vaaleina tai vihertävinä, mutta silloin tällöin niissä on nähtävissä myös violettia ja punaista väriä. Tavallisissa, mitättömissä revontulissa ei juuri värejä näy, ne ovat ainoastaan vaaleaa valoa. Eri värejä ja väriyhdistelmiä erotellaan kuusi, vaikka varsinaisia värejä ei revontulissa niin montaa nähdäkkään:

Eli pidemmän kaavan mukaan:

a: Yläosaltaan punaiset revontulet havaitaan useimmiten vöissä ja pitkissä säteissä, joiden alaosa vaihtuu yleensä vihreäksi. Mikäli punainen yläosa kylpee auringonpaisteessa, voi punainen väri olla erityisen voimakas. Punainen värisävy on peräisin atomaarisen hapen viritystilan purkautumisesta.

b: Aktiivisuuttaan kehitteleviin vihreänsävyisiin revontulivöihin syntyy melko usein kapea punainen alareuna, joka on molekyylisen typen aikaansaannosta ja se voi esiintyä niinkin alhaalla kuin 65 km korkeudella. Tämä on yleisin punaisen värin ilmenemismuoto.

c: Revontulet voivat näkyä valkoisina useimmiten himmeissä revontulinäytelmissä. Tämä johtuu siitä, että silmä ei kykene erottamaan himmeästä valosta värisävyjä. Kirkkaissa revontulissa valkoinen väri voi syntyä sopivista vihreän, punaisen ja sinisen yhdistelmistä, mutta se on melko harvinaista. Samoin voi syntyä revontulissa harvinainen keltainen sävy. Revontulien yleisin ilmestymismuoto on kuitenkin vihreä tai vihertävä revontulikaari, joka syntyy atomaarisen hapen aikaansaamana noin 100-110 kilometrin korkeudella.

d: Tummahkon punaiset revontulet ovat verrattain harvinaisia ja silmiinpistäviä ilmestyksiä. Punainen väri on voimakkaimmillaan noin 200 - 300 km korkeudella ja aiheutuu atomaarisen hapen viritystilan purkautumisesta.

e: Punainen ja vihreä väri voivat olla myös epäsäännöllisesti jakautuneina. Tätä hapesta syntyvää helakkaa punaisen sävyä voisi kutsua vaikkapa aniliininpunaiseksi. Hyvin yleinen värisekoitus etenkin aktiivisten säteisten vöiden yhteydessä.

f: Sinisävyiset revontulet ovat hyvin harvinaisia ja niitä pääseekin näkemään ainoastaan kaikkein parhaimpien revontulinäytelmien maksimin vaiheilla tai sen jälkeen. Useimmiten sinisen tai sinipunaisen sävyt ovat havaittavissa revontulten ylimmissä osissa, ja ne näkyvät voimakkaammin, jos ne kylpevät auringonpaisteessa. Sininen väri on peräisin ionisoituneesta typpimolekyylistä.