Minna Palmroth – Avaruussään ennustaja

26.4.2017
Auringon hiukkassuihkun ja maan magneettikentän rajapinnassa vellovat avaruusmyrskyt. Professori Minna Palmroth osaa ennustaa niiden käyttäytymistä paremmin kuin kukaan muu.

Naapuritalossa, Ilmatieteen laitoksen Dynamicumissa tutkitaan säätä. Sieltä Physicumiin siirtynyt laskennallisen avaruusfysiikan tuore professori Minna Palmroth katsoo sään ja ilmakehän yläpuolelle avaruussäähän.

– Avaruussäällä tarkoitetaan Auringosta tulevaa hiukkaspommitusta. Aurinko syöksee avaruuteen paitsi valoa, myös katkeamattoman virran plasmaa eli varattuja hiukkasia.

Maapallolle asti plasmasta ei kanna kuin pieni osa, sillä Maan magneettikenttä kääntää virran meistä sivuun, hieman samalla lailla kuin purossa oleva kivi jakaa veden. Mutta esimerkiksi satelliitit ja muut avaruuteen lähetyt laitteet uivat plasmassa kuin laivat merellä.

Laivojen lailla myös ne ovat sään armoilla. Auringon plasmavirta ei ole tasaista, vaan se vaihtelee. Osuessaan maan magneettikenttään se muodostaa pyörteisen rajapinnan, jonka käyttäytymistä Palmroth tiimeineen ennustaa paremmin kuin kukaan muu maailmassa.

"Kun ehdotin, että alkaisimme mallintaa avaruussäät kuusiulotteisesti, minulle naurettiin"

Kaiken taustalla on oma malli Vlasiator, jonka kehityksen Palmroth aloitti, kun muut pitivät sitä vielä mahdottomana.

– Kun ehdotin, että alkaisimme mallintaa avaruussäät kuusiulotteisesti vuonna 2007, minulle naurettiin, Palmroth muistelee.

Edes silloiset supertietokoneet eivät olisi pyörittäneet mallia, jossa miljooniin hiukkasiin olisi liitetty kuusi ominaisuutta: sijainti kolmiulotteisessa avaruudessa ja yhtä lailla kolmiulotteisessa koordinaatistossa kuvattu liikkeen suunta ja nopeus.

– Mutta minä sanoin, tehdään vaan malli, kyllä ne koneet kehittyvät.

Näin myös tapahtui. Kun avaruussäämalli Vlasiatorin ensimmäinen versio valmistui 2012, supertietokoneiden laskuteho riitti jo sen pyörittämiseen. Sittemmin malli on kehittynyt, mutta niin ovat onneksi koneetkin. Niinpä malli on lisännyt ymmärrystä avaruussään dynamiikasta.

– Kun olemme esitelleet kuviamme maailmalla, moni tutkija on tullut ihastelemaan, että tuoltako se avaruussää oikeasti näyttää.

Malli antaa myös avaimia tarkastella avaruussään huonommin tunnettuja ilmiöitä. Yksi tällainen on maapallon magneettikentän Maan pimeälle puolelle jättämä häntä, joka katkeaa aina muutamien tuntien välein ja karkaa avaruuteen. Kysymys on avaruusplasmafysiikan keskeisimpiä.

Hännän katkeamisen dynamiikkaa on pyritty selvittämään muun muassa erityisin tutkimussatelliitein. Menestys on kuitenkin ollut huonoa, sillä satelliitti antaa tietoa aina vain yhdestä yksittäisestä pisteestä koko valtavassa avaruudessa.

Vlasiator vastaa tilannetta, jossa koko lähiavaruuden kattaa satelliittiverkosto 300 kilometrin välein.

– Me tiedämme jo, mikä on Vlasiatorin mielipide hännän katkeamisen syistä. Vastaus on mahtava, mutta en kerro sitä vielä, myhäilee Palmroth.

Kestävän avaruustieteen huippuyksikkö

Palmrothin kestävää avaruustiedettä ja -tekniikkaa tutkiva ryhmä sai Suomen Akatemian tutkimuksen huippuyksikön statuksen vuosiksi 2018–2025. Ryhmä tahtoo tutkimuksellaan suojata kiertoradat niitä uhkaavalta avaruusromulta sekä mullistaa kokeellisen avaruusfysiikan nanosatelliittien avulla.

Säteilyolosuhteet vaikuttavat suuresti avaruusromun syntymiseen. Palmroth ryhmineen pyrkii lisäämään ymmärrystä avaruusplasmafysiikasta, jotta säteilyyn voitaisiin varautua paremmin.

–Rakennamme uuden sukupolven säteilynkestävän nanosatelliittiparven. Osoitamme myös, että satelliitit on mahdollista tuoda takaisin ilmakehään ja näin edistää ja näin edistää avaruuden kestävää hyötykäyttöä. Hyödynnämme myös kansainvälisten satelliittien mahdollistamaa uusinta kokeellista tutkimusta sekä maailman parhaita suurteholaskennan mallityökaluja, Palmroth kertoo.

Kestävän avaruustieteen ja -tekniikan huippuyksikössä on Helsingin yliopiston lisäksi mukana Aalto-yliopisto, Ilmatieteen laitos ja Turun yliopisto.

Suomen Akatemia nimitti 12 uutta tutkimuksen huippuyksikköä vuosiksi 2018–2025, näistä seitsemän Helsingin yliopistoon.

Uusien professorien tervetuliaisluennot

Helsingin yliopiston professorit pitävät uudessa tehtävässään julkisen tervetuliaisluennon. Tervetuliaisluento on yliopistoyhteisölle ja muulle yleisölle suunnattu yleistajuinen oman tieteen alan keskeisten kysymysten esittely. Ennen luentoa tiedekunnan dekaani tai varadekaani esittelee professorin. Yksittäinen luento kestää 20 minuuttia ja yleisö voi vaihtaa salia taukojen aikana.

Uusien professorien tervetuliaisluennot pidetään Helsingin yliopiston päärakennuksessa 31.5.2017. Tutustu ohjelmaan

Minna Palmrothin tervetuliaisluento suorana lähetyksenä

Uusien professorien tervetuliaisluennot: Minna Palmroth

Lue lisää aiheesta: Luonnontieteet