Uusi työkalu antaa ennakkovaroituksen Auringon aktiivisista alueista – auttaa aurinkomyrskyihin varautumisessa ja vahinkojen torjumisessa

Maapallo on jatkuvasti alttiina aurinkotuulelle, joka koostuu varatuista ja korkeaenergisistä hiukkasista sekä ionisoivasta säteilystä. Aurinkotuulet voivat yltyä myös myrskyiksi, jotka syntyvät valtavista soihtupurkauksista Auringon aktiivisilla alueilla, joissa magneettikenttä on erityisen voimakas. Maahan osuessaan aurinkomyrskyt aiheuttavat merkittäviä ongelmia tietoliikenteelle, paikannusjärjestelmille ja sähkönjakelulle.

Esimerkiksi 2012 heinäkuussa Auringosta purkautui massiivinen aurinkomyrsky, jonka kaltaista ei ollut koettu yli 150 vuoteen. Myrsky ohitti maapallon, mutta osuessaan sen aiheuttamat tuhot olisivat olleet mittavat ja niistä palautuminen olisi kestänyt vuosia.

”Vain pahimmat aurinkomyrskyt vaikuttavat uhkaavasti tavallisten ihmisten elämään. Digiyhteiskunnan tärkeiden infrastruktuurien suojaaminen ja aurinkotuhojen korjaaminen ja ehkäisy nielevät kuitenkin globaalisti pitkän pennin”, kertoo Aalto-yliopiston professori Maarit Korpi-Lagg.

Hän kehittää astroinformatiikan tutkimusryhmänsä kanssa työkaluja Auringon aktiivisuusalueiden synnyn lyhyen- ja pitkän aikavälin ennustamiseen. Euroopan tutkimusneuvosto (ERC) myönsi juuri tutkimusryhmän uudelle Solar cycle prediction tool using solar internal oscillations (SYCOS)-hankkeelle Proof of Concept -rahoituksen, jonka tarkoituksena on valjastaa perustutkimuksen löydöksiä yhteiskunnan tarpeisiin.

”Hankkeessa kehittämämme ennustustyökalut tulevat tekemään yhteiskuntamme vähemmän haavoittuvaksi huonolle avaruussäälle, ja auttaa säästämään resursseja torjuntatoimissa”, Korpi-Lagg sanoo.

Parempaa varautumista

Auringon aktiivisuus kulkee 11 vuoden sykleissä. Seuraavan huipun on ennustettu olevan 2025, jolloin aktiivisten alueiden auringonpurkauksia tapahtuu eniten. Nykymenetelmät keskittyvät Auringon pinnalla tapahtuvien muutosten seurantaan, mikä hidastaa purkausten ennustamista.

”Tällä hetkellä Auringon purkauksia ja huonoa avaruussäätä pystytään ennustamaan ja riskejä minimoimaan vasta, kun aktiivinen alue on jo ilmestynyt Auringon pinnalle. Silloin saattaa olla jo myöhäistä reagoida”, kertoo Korpi-Lagg.

Korpi-Laggin ryhmän kehittämä ennustusmenetelmä sen sijaan hyödyntää pinnanalaisten magneettikenttien sijaintia ja ominaisuuksia.

”Auringon pinnanalaisten magneettikenttien sijainnin ja avaruudellisen muodon havainnointi auttaa ennustamaan aktiivisten alueiden muodostumista jo muutamaa päivää ennen kuin niitä havaitaan pinnalla. Tämä parantaa erityisesti Maan magnetosfääriin nopeasti saapuvien avaruussääilmiöiden ennustettavuutta ja mahdollisuutta varautua niihin”, Korpi-Lagg kertoo.

Rahoitus mahdollistaa ennustustyökalujen kehittämiseen tarvittavien data-analyysi- ja koneoppimisosaajien palkkaamisen. Yhteistyössä ovat tiiviisti mukana myös saksalaisen Max Planck Instituutin aurinkotutkijat, joiden kanssa Korpi-Lagg työskentelee perustutkimushankkeessaan. Tutkijat ovat löytäneet hankkeessa tavan havaita pinnanalaisia magneettikenttiä epäsuorasti, mikä ei ole ollut ennen mahdollista.

”Nyt alkavan tutkimusprojektin pohja on luotu perustutkimushankkeessamme, jossa kehitämme simulaatiomalleja Auringon ääni- ja pintagravitaatioaalloista. Pystymme näiden mallien perusteella tulkitsemaan pintagravitaatioaaltojen reagointia Auringon pinnan alla piilotteleviin magneettikenttiin”, Korpi-Lagg sanoo.

Valtavat datamäärät

Auringosta kerättävät datamäärät ovat valtavia ja monimutkaisia. Niiden analysointiin ja ymmärtämiseen tarvitaan tutkijoiden mallien ja tietämyksen lisäksi suurteholaskentakapasiteettia ja koneälyä.

”Uudessa hankkeessa kehittämämme työkalut voivat orkestroida koko ennusteprosessin alusta loppuun. Oskillaatiodataa eli aineistoa Auringon sisällä poukkoilevista aalloista haetaan tietokannoista ympäri maailmaa, se analysoidaan reaaliaikaisesti, ja koneoppimismallimme avulla luodaan ennuste Auringon magneettisesta säätilasta.”

Tutkimusryhmän tavoitteena on integroida avoimen lähdekoodin työkalut avaruussääkeskuksien olemassa oleviin ennustustyökaluihin ja parantaa niiden ennustuskykyä.

Euroopan tutkimusneuvoston Proof of Concept -rahoitus on suuruudeltaan 150 000 euroa. Alkava tutkimusprojekti perustuu professori Maarit Korpi-Laggin käynnissä olevaan perustutkimushankkeeseen, jota varten Euroopan tutkimusneuvosto myönsi vuonna 2018 Korpi-Laggille kahden miljoonan euron ERC Consolidator -rahoituksen