Ilmiö Auringossa: Perhosdiagrammi – Auringon sykli kuvaksi tiivistettynä

KAK – Aurinkoharrastajan on helppo seurata pilkkujakson etenemistä: katsotaan pilkkujen määrää ja niiden paikkaa Auringon kiekolla. Mutta entä jos haluaisit nähdä koko jakson kerralla? Kaikki pilkut, vuodet, jaksot ja leveysasteet? Tähän tarpeeseen on olemassa klassinen työkalu: perhosdiagrammi.

Ylärivi: Auringon perhodiagrammi toukokuuhun 2025 asti. Alarivi: Auringonpilkkujen kuukausikeskiarvojen prosenttiosuus näkyvästä pinnasta. Kuva SolarcycleScience.com/Hathaway 2025-05.

Perhosdiagrammi esittää auringonpilkkujen (tai aktiivisten alueiden) sijainnin leveysasteen ja ajan funktiona. Kun nämä pisteet piirretään kaavioksi, syntyy kuvio, jossa pilkkualueet leviävät siipimäisinä muotoina kohti ekvaattoria. Tuloksena on visuaalisesti nimensä ansaitseva ”perhonen”, jonka siivet ovat avoinna syklistä toiseen pohjoisella ja eteläisellä pallonpuoliskolla.

Diagrammin vaakasuora akseli kuvaa aikaa, usein vuosina tai aktiivisuusjaksoina. Pystyakseli puolestaan kertoo pilkun tai aktiivisen alueen leveyspiirin, tavallisesti ±40° saakka. Kun kaavio kattaa useita jaksoja, syntyy sarja symmetrisiä tai epäsymmetrisiä "siipiä" – joskus tasapainossa, joskus painottuen jommallekummalle pallonpuoliskolle.

Perhosdiagrammi kiteyttää monta tärkeää faktaa Auringon käyttäytymisestä:

• Pilkkujakso alkaa yleensä noin 30 – 35° leveysasteelta ja etenee kohti päiväntasaajaa
• Jakson kesto on noin 11 vuotta, mutta yksittäiset siivet voivat vaihdella pituudeltaan
• Pilkkujen määrä ja jakautuminen voivat olla epäsymmetrisiä pallonpuoliskojen välillä
• Minimit näkyvät (lähes) tyhjinä kohtina ja maksimit tummana vyönä keskellä kuvaa.

Kun pilkkujen sijainti ja aika visualisoidaan näin, tulee näkyväksi jotain, mitä yksittäisestä päivähavainnosta ei koskaan huomaa: sykli ei ole pelkästään enemmän tai vähemmän pilkkuja, vaan myös missä ne ilmestyvät ja milloin.

Vaikka perhosdiagrammi näyttää pintailmiön – pilkut fotosfäärissä – sen taustalla vaikuttavat Auringon sisäiset prosessit. Yksi näistä on niin sanottu torsionaalinen värähtely eli pyörimisnopeuden säännöllinen aaltomainen vaihtelu leveysasteen ja ajan suhteen. Mielenkiintoisesti nämä pyörimisvyöhykkeet kulkevat samassa rytmissä kuin pilkut, usein jopa hieman edellä.

Tietyillä leveysasteilla – kuten noin 60°:ssa – esiintyy jopa erillinen, paikallaan pysyvä suihkuvirtaus ^[1], joka ei tuota pilkkuja mutta näkyy torsionaalisessa signaalissa. Nämä ilmiöt osoittavat, että pilkkujen synty on vain näkyvä osa syvempää, ajoittain hyvin järjestelmällistä kiertoliikettä.   

• Perhosdiagrammia ei siis kannata pitää vain havainnollistuksena. Se on dynaaminen työkalu
• Syklin ajoituksen arvioimiseen: missä uusi siipi alkaa, siellä on uusi jakso aluillaan
• Pallonpuoliskojen asymmetrian tarkasteluun: ovatko pohjoinen ja eteläinen jakso samassa- vai eritahdissa?

Lisäksi diagrammi paljastaa tietoa tulevasta: koska torsionaalinen värähtely usein ennakoi pilkkuvyöhykkeiden sijaintia, perhosdiagrammi voidaan yhdistää helioseismologiaan – ja näin saadaan käsitys seuraavan jakson mahdollisesta sijainnista jo ennen pilkkujen ilmestymistä.

Yhteenvetona

Perhosdiagrammi tiivistää Auringon aktiivisuuden rakenteen yksinkertaiseen mutta tehokkaaseen muotoon. Se on silta näkyvien pintailmiöiden ja näkymättömien sisäprosessien välillä – ja muistuttaa meitä siitä, että vaikka Aurinko näyttää toisinaan kaoottiselta, sen toiminta on yllättävän järjestelmällistä ja tietysti jaksollista.

 

Viitteet

[1] Suihkuvirtaus 60. leveyspiirillä

Aktiivisuusjakson näkyvin ilmiö on auringonpilkkujen ja aktiivisten alueiden vaellus päiväntasaajaa kohti, mutta pinnan alla tapahtuu paljon sellaistakin, mitä emme voi kaukoputkella havaita. Yksi näistä ilmiöistä on Auringon sisäinen suihkuvirtaus, joka asettuu suunnilleen 60 asteen leveyspiirin tuntumaan pohjoisella ja eteläisellä pallonpuoliskolla. Se ei tuota pilkkuja eikä säteilymuutoksia – mutta on silti kiinteä osa Auringon syklisen dynamiikan rakennetta.

Auringon syklin simuloitu perhosdiagrammi. Vuosisadan mittainen simulaatio Auringon pinnan magneettikentän kehityksestä, joka kattaa auringonpilkkujakso 15:stä jaksoon 24. Perhosdiagrammi kuvaa pitkittäiskeskiarvoisen säteittäisen magneettikentän (Gaussina) ajallista ja paikallista vaihtelua Auringon pinnalla. Yli 60° leveyspiireillä näkyy suihkuvirtauksen vaihtelu suhteessa pilkkujaksoon. Kuva artikkelista DOI:10.48550/arXiv.1909.04537 Prantika Bhowmik and Dibyendu Nandy: Prediction of the Strength and Timing of Sunspot Cycle 25 Reveal Decadal-scale Space Environmental Conditions. /ResearcGate.

Kyseessä on Auringon pyörimisnopeuden vähäinen mutta systemaattinen vaihtelu: noin ±5 m/s poikkeama keskimääräisestä pyörimisestä, havaittuna kapeana vyöhykkeenä noin 60° leveysasteella. Vyöhyke pyörii hieman nopeammin kuin ympäröivä plasma ja pysyttelee paikoillaan tai siirtyy hitaasti napoja kohti. Ilmiö on nähtävissä vain aktiivisuusjakson aikana ja katoaa tai heikkenee auringonpilkkuminimin lähestyessä.

Tämä virtaus on osa Auringon laajempaa torsionaalista värähtelyä, eli pyörimisnopeuden syklisiä vaihteluita, jotka kulkevat aktiivisuusjakson tahdissa. Useimmat näistä vyöhykkeistä liikkuvat kohti päiväntasaajaa, ja niihin liittyy myös pilkkutoimintaa.

Ilmiö on löytynyt helioseismologian keinoin. Auringon pinnan värähtelyjä seuraamalla voidaan mallintaa, miten plasma liikkuu Auringon sisällä. Tällä tavoin on mahdollista rekonstruoida pyörimisnopeuden profiili eri syvyyksissä ja leveyksillä. 60° suihkuvirtaus piirtyy esiin näistä aineistoista juuri ennen pilkkujakson alkua ja häviää sen päättyessä.

Vaikka suihkuvirtaus ei näy teleskoopissa eikä vaikuta suoraan avaruussäähän, se kertoo meille paljon Auringon sisäisestä dynamiikasta. Erityisesti sen ajoitus ja esiintyminen molemmilla pallonpuoliskoilla viittaavat siihen, että kyseessä on dynamosyklin sivutuote – mahdollisesti magneettikentän ja pyörimisliikkeen vuorovaikutuksesta syntyvä kiertovirtauksen säätelymekanismi.

Myös asymmetria kiinnostaa: joskus pohjoinen suihku on voimakkaampi kuin eteläinen, joskus päinvastoin. Tämä saattaa liittyä siihen, miksi auringonpilkut eivät jakaudu täysin tasaisesti pallonpuoliskojen välillä.

60° suihkuvirtaus ei tarjoa harrastajalle suoraa havaintokohdetta, mutta sen olemassaolo muistuttaa meitä siitä, että Auringon sykli on ennen kaikkea sisäinen prosessi. Pilkut ja flarepurkaukset ovat vain pintailmiöitä; todellinen sykli syntyy syvällä konvektiovyöhykkeessä.