Koska asumme verrattain pohjoisessa ja meillä on paljon pimeää luontoa, on suuri osa meistä nähnyt joskus revontulia. Tämä valoilmiö pimeällä taivaalla, joka saa tyypillisesti vihreitä ja punertavia sävyjä, on monen turistin bucket listalla.

Tiede revontulien takana

Revontulet muodostuvat auringosta aurinkotuulten mukana sinkoutuvista varautuneista hiukkasista, jotka osuvat maapallon magneettikenttään. Kun hiukkaset osuvat tähän alati muuttuvaan magneettikenttään, muuttavat ne suuntaansa magneettikentän suuntaisesti. Osuessaan ilmakehän termosfäärissä oleviin atomeihin ja molekyyleihin aurinkotuulen kuljettamat protonit ja elektronit virittävät nämä atomit korkeampaan energiatilaan hetkeksi. Viritystila purkautuu pian ja se näkyy energian purkautumisena fotoneiksi, jotka tuottavat valoa.

Keskeiset tekijät revontulien muodostumiseen ovat siis:

• Hiukkaset auringosta (määrä)
• Aurinkotuuli (nopeus)
• Maan magneettikenttä (muutosnopeus, voimakkuus ja suunta)

Suureiden mittaaminen ja raja-arvot

Ihan kotona näiden keskeisten suureiden tai tunnuslukujen mittaaminen ei oikein järkevästi onnistu. Nämä ovat kuitenkin tekijöitä, joilla on vaikutusta esim. sähköverkkoon, radioviestintään ja satelliittien toimintaan, joten tutkimusta tällä saralla tehdään paljon. Kotimaisista toimijoista Ilmatieteen laitos julkaisee dataa verkkosivuillaan ja muita merkittäviä toimijoita ovat NOAA ja Belgian kuninkaallinen observatorio. Tätä dataa hyödyntämällä voi tehdä itsekin päätelmiä mahdollisista revontulista lyhyellä aikavälillä tai jopa muutaman päivän päähän.

R-luku

R-luku on Ilmatieteen laitoksen magneettikentän muutosnopeutta kuvaava tunnusluku, joka perstuu tilastollisiin menetelmiin. Tämä luku on mittauspaikkakohtainen ja sen avulla ennustaminen tapahtuu mittauspaikkakohtaisiin kynnysarvoihin.

Aurinkotuulen nopeus

Aurinkotuulen nopeuden mittaaminen tapahtuu satelliiteista käsin. NOAA:lla on kaksi satelliittia, ACE ja DSCOVR, jotka tuottavat tätä tietoa parin minuutin resoluutiolla. Normaali taso aurinkotuulen nopeudelle on noin 400 km/s. Koronapurkauksissa auringosta lähtee nopeammin kulkevia hiukkasia ja näiden nopeus voi olla 500-800 km/s. Mitä enemmän hiukkasissa on nopeutta, sitä positiivisemmin ne vaikuttavat revontulien mahdolliseen muodostumiseen.

Aurinkotuulen magneettikentän voimakkuus ja suunta

Magneettikentän suunta on hyvin merkittävä tekijä revontulien syntymisessä. Magneettikentän pohjoissuuntainen komponentti on välttämätön ja käytännössä siis tämän magneettivuon tiheyden Bz pitäisi olla negatiivinen. Suurempi negatiivinen arvo on parempi revontulien kannalta ja yli -4 nT arvot ovat hyvinkin suotuisia.

Pidemmän aikavälin ennustaminen

Pidemmän aikavälin ennustamiseen voidaan käyttää maapallon globaalia geomagneettisuutta kuvaavaa Kp-indeksiä. Tämä ei ole reaaliaikainen eikä paikallinen luku ja sen resoluutio on 3 tuntia. Kp-arvot 3-4 voivat mahdollistaa revontulia ja sen ollessa korkeampi todennäköisyys kasvaa mitä etelämmäs tullaan. Kp:n arvo 5 riittää yleensä koko Suomen kattaviin revontulihavaintoihin.

Auringon säteilemää 10.7cm aallon pituudella tapahtuvaa radiosäteilyä voidaan käyttää auringon aktiivisuuden mittaamiseen. Tämän arvon muutokset kuvaavat muutoksia esim. aurinkotuulen voimakkuudessa, koronapurkauksissa ja soihtupurkauksissa. Näinpä 10.7cm radiovuon arvot jotka ovat yli 63 sfu:ta tarkoittavat jonkilaisia tapahtumia auringossa ja siten mahdollisia purkauksia.

Datan hyödyntäminen

Minä kerään dataa eri lähteistä omiin tarkoituksiini ja siitä esimerkkinä sivuston yläreunassa oleva lyhyen aikavälin revontuliennuste. Olen havainnut että eri revontulitutkien algoritmit eivät osu ihan omiin tarpeisiini, joten olen sen pohjalta lähtenyt laatimaan omaa algoritmia kerätyn datan ja havaintojen pohjalta. Tämä ei ole vielä valmis, vaan vaatii säätämistä aineiston kertyessä. Räikeimmistä virheistä / epäloogisuuksista voi laittaa viestiä minulle.

Voin myös jakaa dataa julkaisijoiden lisenssiehtojen mukaisesti. Tämä API tulee tarjolle talven 2025/2026 aikana.