Akustiikkatutkija löysi selityksen revontulien äänille

22.06.2016

Äänet syntyvät, kun tyynellä säällä muodostuvan alailmakehän sulkukerroksen varaukset purkautuvat magneettimyrskyn vaikutuksesta.

Inversiohypoteesisuomiweb.png

Uuden inversiohypoteesin mukaan poksahdukset ja räsähdykset syntyvät, kun revontuliin liittyvä magneettimyrsky aktivoi inversiokerrokseksi kutsuttuun ilmakehän sulkukerrokseen kertyneet sähkövaraukset ja saa ne purkautumaan. Kuva Unto K. Laine

Vuonna 2012 Aalto-yliopiston professori Unto K. Laineen vetämä tutkijaryhmä osoitti revontulien äänten syntyvän lähellä maanpintaa, noin 70 metrin korkeudessa. Nyt Laine on löytänyt selityksen äänten syntymekanismille yhdistämällä tekemiään mittauksia Ilmatieteen laitoksen lämpötilaprofiileihin. Uuden inversiohypoteesin mukaan poksahdukset ja räsähdykset syntyvät, kun revontuliin liittyvä magneettimyrsky aktivoi inversiokerrokseksi kutsuttuun ilmakehän sulkukerrokseen kertyneet sähkövaraukset ja saa ne purkautumaan.

– Yleensähän lämpötila laskee ylöspäin mentäessä. Kovalla pakkasella ja yleensäkin kirkkaalla säällä kovin kylmyys on illan ja yön aikana kuitenkin lähellä maanpintaa, minkä jälkeen lämpötila alkaa nousta. Tyynenä iltana päivän aikana lämmennyt ilma ei sekoitu vaan nousee ylös kohti kylmempää kerrosta, josta se ei pääse läpi – kuten eivät myöskään sen mukana maanpinnalta kulkeutuvat negatiiviset varaukset, Unto K. Laine kuvailee kerroksen syntyä.

– Sulkukerroksen yläpuolelle kertyy vastaavasti positiivisia varauksia. Lopulta magneettimyrsky saa nämä varaukset purkautumaan, jolloin syntyy mittauksissa näkyviä magneettipulsseja ja räsähdysten ja pamausten kaltaisia ääniä, nykyisin emeritusprofessorina tutkimustaan tekevä Laine selittää.

Kansi kylän yllä

Unto K. Laine teki tutkimuksen perustan muodostavat äänitykset 17.–18. maaliskuuta 2013, jolloin Etelä-Suomessakin saatiin ihailla poikkeuksellisen upeita revontulia.

– Äänitin Fiskarsissa 20 asteen pakkasessa satoja äänitapahtumia, joista olen poiminut 60 voimakkainta tapahtumaa, jotka syntyivät juuri mittauspaikan yläpuolella. Niitä edeltäneet magneettipulssit osoittivat äänilähteen sijainneen noin 75 metrin korkeudessa. Samana yönä Ilmatieteen laitos teki omia mittauksiaan, jotka todistivat inversiokerroksen sijainneen samassa korkeudessa, missä äänetkin syntyivät. Myös korrelaatio magneettipulssien voimakkuuden ja äänenvoimakkuuden välillä oli hyvin vahva.

Laineen mukaan inversiohypoteesi selittää hyvin myös sen, miksi revontuulien äänistä on tehty havaintoja vain tyynellä säällä.

– Pienikin tuuli estää inversiokerroksen syntymisen, jolloin ääniäkään ei synny, hän kiteyttää ja kertoo törmänneensä inversioon jo pikkupoikana Pohjanmaalla.

– Talvella tyynellä säällä kaikista mökeistä nousi savu viivasuoraan ylös, pysähtyi yhtäkkiä ja alkoi sitten levitä vaakasuoraan kanneksi kylän ylle, hän muistelee.

Laine korostaa, ettei hypoteesi sulje pois muita mekanismeja. Se selittää kuitenkin ensimmäistä kertaa kaikki kolme revontulien ääniin liittynyttä epävarmuutta.

– Syntymekanismin lisäksi se auttaa ymmärtämään sen, miten voimme kuulla jotain, joka visuaalisesti tapahtuu 80–100 kilometrin korkeudessa. Inversiokerroshypoteesi antaa vastauksen myös siihen, miksi äänihavainnot on tehty lähes yhtä aikaa näköhavainnon kanssa: 75 metrin korkeudesta ääni saapuu ihmiskorvaan jo noin 0,2 sekunnin kuluttua.

Auroral Acoustics project – a progress report with a new hypothesis -tutkimusta esiteltiin 22. kesäkuuta Baltic-Nordic Acoustic Meeting -konferenssissa Tukholmassa.

Lisätietoja:

Emeritusprofessori Unto K. Laine
unto.laine@aalto.fi
Auroral Acoustics -hankkeen sivut

Lue myös: Revontulien äänet syntyvät lähellä maanpintaa