Avaruussään uhkiin varaudutaan yhteishankkeella

1.6.2021

Aihepiirit

Logistiikka

Voimakkaat maahan vaikuttavat aurinkomyrskyt ovat erittäin harvinaisia. Jos sellainen kuitenkin osuisi tänne, sillä voisi olla vaikutuksia moniin suomalaisellekin yhteiskunnalle elintärkeisiin toimintoihin. Jotta avaruussään uhkiin osattaisiin varautua kunnolla, on tiedettävä, mitä ne tarkalleen ovat. Sen selvittämiseksi käynnistettiin Avaruusmyrskyt, niiden vaikutukset ja varautuminen -yhteisprojekti osana Huoltovarmuuskeskuksen Logistiikka 2030 -ohjelmaa.

Aurinko lähettää jatkuvasti säteilyä ja harvaa sähköisesti varautuneista hiukkasista koostuvaa kaasua ympärilleen. Kun Auringon pinnalla tapahtuu voimakas säteily-hiukkaspurkaus, sitä kutsutaan aurinkomyrskyksi.

Kirsti Kauristie

Vaikka Maa on Auringosta katsoen vain häviävän pieni piste avaruudessa, purkausten lähettämää säteilyä ja hiukkaspilviä osuu ajoittain myös tänne. Ilmiö näkyy yleensä myös revontulina, jotka voimakkaan aurinkomyrskyn aikana voivat leimuta jopa Karibian tasalla etelässä. Sellaiset tapahtumat ovat kuitenkin äärimmäisen harvinaisia.

Ison purkauksen ensimmäiset vaikutukset saapuisivat vajaassa kymmenessä minuutissa maan lähiavaruuteen.

”Auringon pinnan soihtupurkaus lähettää ensimmäiseksi voimakkaan röntgen- ja UV-säteilypurkauksen, joka saattaa häiritä tietoliikenne- ja paikannussatelliittien toimintaa ja lentoliikenteen viestintää”, ryhmäpäällikkö Kirsti Kauristie Ilmatieteen laitokselta kertoo.

”Muutaman tunnin viiveellä ja jopa päivien ajan Maahan kulkeutuisi myös sähköisesti varautuneita runsasenergiaisia hiukkasia, jotka häiritsisivät tai jopa särkisivät satelliittien elektroniikkaa. Ja jos kävisi oikein huono tuuri, auringon pinnalta lähtisi maan suuntaan koronan massapurkaus, jonka vaikutukset tuntuisivat 1–2 päivässä.”


 


Elokuun 31 päivä 2012 tapahtunut Auringon koronan massapurkaus ei kulkenut suoraan Maata kohti, mutta sai  kolme päivää myöhemmin  revontulet loistamaan Maan yläilmakehässä.
Kuva: NASA/GSFC/SDO


 

Massapurkaus synnyttäisi maan magneettikentässä geomagneettisen myrskyn, jonka aikana maan magneettikenttä on hyvin häiriöinen yläilmakehään syntyvien voimakkaiden sähkövirtojen vuoksi.

”Voimakkaasti ja nopeasti vaihtelevat magneettikentän muutokset indusoivat sähköverkkoihin haitallisia virtoja, jotka kuormittavat verkkoa ja aiheuttavat ääritapauksissa katkoja sähkönjakelussa. Kerrannaisvaikutustensa vuoksi nämä geomagneettisesti indusoituvat virrat ovat yksi vakavimmista aurinkomyrskyn seurauksista”, Kauristie muistuttaa.

Osana Logistiikka 2030 -ohjelmaa

HVK:n varautumispäällikkö Tapio Tourulan ei tarvitse etsiä kaukaa voimakkaaseen aurinkomyrskyyn verrattavia ilmiöitä: koronapandemian ohella se vertautuu vuoden 2010 tuhkapilveen, joka pysäytti viikoiksi Euroopan koko lentoliikenteen.

”Kumpikin oli yllättävä luonnonilmiöön liittyvä tapahtuma, jota ei olisi voitu välttää ja jollaisia sattuu hyvin harvoin tässä laajuudessa. Niiden seuraukset olivat merkittäviä ja globaaleja, eikä niihin oltu varauduttu kunnolla”, Tourula listaa yhtäläisyyksiä.

”Seuraava pandemia ei todennäköisesti pääse yllättämään niin pahasti kuin koronavirus. Myös tuhkapilven vaikutuksista on opittu ja sen seurausvaikutukset olisivat tänään huomattavasti pienemmät kuin vuonna 2010.”

Tapio Tourula

Huoltovarmuuskeskuksen rahoituksella nyt käynnistetyllä projektilla pyritään tunnistamaan mahdollisuuksia minimoida voimakkaiden aurinkomyrskyjen seurauksia. Hankkeen toteuttavat Ilmatieteen laitos, Helsingin yliopisto sekä avaruussääilmiöiden yhteiskunnallisiin vaikutuksiin erikoistunut Change in Momentum -konsulttiyritys.

”Haluamme selvittää, mitä suomalaisten pitäisi tehdä aurinkomyrskyjen varalta. Vaikka näitä asioita on tutkittu muuallakin, eri maissa on niin erilaiset olosuhteet, että toisaalla saatuja tuloksia ei voi soveltaa sellaisenaan täällä.”

Ensin on kuitenkin selvitettävä, mikä olisi tällaisen tapahtuman vaikutus suomalaiseen infraan, sähköverkkoihin ja paikannukseen, ja niiden kautta huoltovarmuuteen.

”Haluamme perustietoa siitä, mikä se tilanne on ja miten siihen pitäisi varautua, ja mitä me voimme tehdä riskien pienentämiseksi. Eli miten vahvistamme omaa toimintaamme täällä maan pinnalla ja nimenomaan Suomen huoltovarmuuden näkökulmasta.”

Avaruussää vaikuttaa monen muun asian ohella läpileikkaavasti liikenteeseen. Sen vuoksi yhteisprojekti käynnistettiin Logistiikka 2030 -ohjelman sateenvarjon alla. Ohjelma on aloittanut toimintansa maaliskuussa.

”Aurinkomyrskyjen seuraukset ovat napa-alueiden lähettyvillä yleisempiä kuin päiväntasaajalla. Siksi juuri meidän kannattaa pohjoisena maana kiinnittää tähän huomiota. Kyseessä on esiselvitys, jonka perusteella päätetään jatkotoimenpiteistä. Sen rinnalla käynnistyy Suomen Akatemian rahoituksella laaja tieteellinen projekti, jolla syvennetään aurinkomyrskyjä koskevaa ymmärrystä.”

Teknologinen kehitys loi riskin

Ennen teollista aikaa isot aurinkomyrskyt näyttäytyivät ihmisille lähinnä vain pelottavan voimakkaina ja komeina revontulina. Vasta kun käyttöön tuli sähkö ja elektroniset laitteet, niistä tuli ongelma

Isoin dokumentoitu tapaus oli niin sanottu Carringtonin myrsky 1859, joka rikkoi jo tuolloisia ensimmäisiä lennätinyhteyksiä. Voimakkuudeltaan sitä huomattavasti pienemmät vuosien 1921 ja 1960 myrskyt aiheuttivat teknisen edistyksen takia jo isompia ongelmia. Ja viime vuosikymmeninä olemme tulleet entistäkin riippuvaisemmiksi sähköverkoista, viestiliikenteestä ja satelliittien paikannus- ja aikasignaaleista.

Ei riitä, että Suomen sähköjärjestelmä pysyy pystyssä, jos sähköverkot romahtavat Euroopassa tai ainakin niissä maissa, joista meille tuodaan sähköä

Tapio Tourula, Huoltovarmuuskeskus

 

”Vaikka sähköverkkojen kaivaminen maan alle ei suojaa niitä aurinkomyrskyiltä, Suomessa valitut muuntajateknologiset ratkaisut ovat onneksi avaruussääilmiöiden varalta kestävämpiä kuin monessa muussa maassa”, Tourula pohtii.

”Mutta ei riitä, että Suomen sähköjärjestelmä pysyy pystyssä, jos sähköverkot romahtavat Euroopassa tai ainakin niissä maissa, joista meille tuodaan sähköä. Laaja-alaista ilmiötä täytyy tarkastella laaja-alaisesti.”

LUOVA päivystää myös avaruussäätä

Ilmatieteen laitoksen luonnononnettomuuksien varoitusjärjestelmän LUOVA-päivystysryhmä seuraa ympärivuorokautisesti Suomessa ja maailmalla tapahtuvia äärimmäisiä ilmiöitä, kuten pyörremyrskyjä ja tsunameja. Avaruussään seuraaminen liitettiin palveluun vuonna 2014, ja Ilmatieteen laitos antaa jatkuvasti ennustuksia ja tiedottaa revontulista ja avaruussäästä.

Turvallisuuspäivystäjät ovat meteorologeja, joilla on perustiedot aurinkomyrskyistä sekä niiden vaikutuksesta yhteiskuntaan. Heillä on käytettävissään laitoksen omista avaruussään tutkijoista koottu tukitiimi, josta kukin vuorollaan on ympärivuorokautisesti turvallisuuspäivystäjien tavoitettavissa.


 

Kuva esittää Nurmijärven geofysiikan observatoriolla 13.-14.7.1982 mitatun Maan magneettikentän pohjoiskomponentin vaihtelun. Kyseessä on observatorion voimakkain magneettinen myrsky sitten vuoden 1975, josta lähtien dataa on saatavilla digitoituna. Suomen sähkönjakelun kantaverkossa ei tiettävästi havaittu haittavaikutuksia, mutta Ruotsissa myrsky aiheutti lyhytkestoisia häiriöitä.


 

Kirsti Kauristie muistuttaa, että voimakas myrsky, joka esimerkiksi pimentäisi viestiverkkoja, ei voi tulla aivan nurkan takaa.

”Aurinko on näiden myrskyjen perimmäinen energialähde ja tarkkailemme sen pintaa jatkuvasti. Voimakkaat purkaukset näkyvät ensimmäiseksi auringon pinnan aktiivisina alueina. Purkauksen suunnan tarkka ennustaminen on kuitenkin vaikeaa. Samoin on vaikeaa arvioida, onko maata kohti saapuvan hiukkaspilven magneettikenttä juuri sitä tyyppiä, jolla on tuhovaikutusta ja joka saa revontulet loimuamaan komeana. Väärän hälytyksen todennäköisyys on siten olemassa.”

Voimakas myrsky, joka esimerkiksi pimentäisi viestiverkkoja, ei voi tulla aivan nurkan takaa.

Kirsti Kauristie, Ilmatieteen laitos

 

Mallinnusta ja tiedonkeruuta

Käynnistyvässä projektissa käytetään Helsingin yliopistolla kehitettyä tietokonemallia, jolla pystytään simuloimaan aikaisempaa huomattavasti tarkemmin avaruussään äärimmäisiä ilmiöitä.

”Me taas tuomme hankkeeseen asiantuntemuksemme, joka on syntynyt pitkästä tutkimusyhteistyöstä Fingridin ja sen edeltäjän Imatran Voiman kanssa. Selvitämme myös kirjallisuustutkimuksella, mitä maailmalla tästä asiasta tiedetään”, Kauristie sanoo.

”Yliopiston mallin avulla pystymme arvioimaan, millaisia virtoja sinne yläilmakehään tulee ja Ilmatieteen laitoksen menetelmillä laskemme, millaisia geosähkökenttiä niistä syntyy ja millaisia vaikutuksia niillä saattaa olla sähkönjakeluverkkoihin.”

”Pystymme myös kuvaamaan niitä olosuhteita, joissa navigointisatelliitit avaruudessa lentävät, ja paikantamaan ne alueet, joissa on poikkeuksellisen suuria määriä energeettisiä hiukkasia. Vertaamalla tätä tietoa satelliittien ratatietoihin voimme ennustaa satelliittien mahdolliset ongelmat.”


 

Revontulia Alaskan taivaalla 1998, kuvaaja Jan Curtis/Wikimedia


 

Simulaation läpi ajetaan havaittuja myrskyjä astetta isompi aurinkomyrsky, ja malli kuvaa voimakkaisiin häiriöihin liittyvää plasmafysiikka aiempia malleja realistisemmin.

”Laadimme hankkeessa aurinkomyrskyskeenaarion, jossa tapahtumat kehittyvät askel askeleelta. Change in Momentum -yrityksen tehtävänä on kuvata aurinkomyrskyn kerrannaisvaikutuksia eli mitä milläkin kohtaa tapahtumien ketjua tapahtuu yhteiskunnan toiminnoille. Lopputuloksena HVK saa raportin, jossa kuvataan, miten tällainen tapahtuma vaikuttaa Suomen huoltovarmuuteen.”

Avauskuvassa: Ilmatieteen laitoksen Pecasus-avaruussääkeskuksen päivystäjiä työssään. Kuva Ilmatieteen laitos.

 

 

 

 

Jaa artikkeli