Epäsymmetriat revontulien elektronihiukkassateessa ja magnetosfäärin dynamiikassa

Revontulet ovat seurausta Maan yläilmakehään satavista varatuista hiukkasista, jotka ovat alunperin kulkeutuneet aurinkotuulesta Maan magneettikentän hallitsemaan avaruuden osaan, eli magnetosfääriin. Aurinkotuuli on Auringosta peräisin olevaa jatkuvaa varattujen hiukkasten virtausta, joka kuljettaa mukanaan Auringon magneettikenttää. Aurinkotuulen ja Maan magneettikentät ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa keskenään, mikä aiheuttaa Maan magneettikentän ajallista vaihtelua, eli geomagneettista aktiivisuutta.

Geomagneettinen aktiivisuus riippuu eniten aurinkotuulen magneettikentän suunnasta ja voimakkuudesta. Aurinkotuulen ja Maan magneettikenttien vuorovaikutuksessa keskeinen prosessi on niin kutsuttu magneettinen rekonnektio, missä kaksi vastakkaissuuntaista magneettikentän viivaa lähestyy toisiaan, katkeaa ja yhdistyy toisiinsa. Maan magneettikentän osoittaessa päiväpuolella pohjoiseen, on geomagneettinen aktiivisuus näin ollen voimakasta aurinkotuulen magneettikentän osoittaessa etelään. Rekonnektiota tapahtuu myös Aurinkotuulen magneettikentän osoittaessa itään tai länteen. Tällöin Auringon magneettikenttä on vinossa Maan magneettikenttään nähden, mikä aiheuttaa Maan magnetosfäärin itä-länsi suuntaista vääntymistä. Tyypillisesti geomagneettisen aktiivisuuden on oletettu olevan yhtä voimakasta itä- ja länsisuuntaiselle aurinkotuulen magneettikentälle, mutta väitöstutkimuksessa analysoitujen mittausten mukaan tämä symmetria rikkoutuu talvella ja kesällä.

Väitöstyössä löydettiin voimakas epäsymmetria, missä revontulien hiukkassade oli voimakkaampaa itään osoittavalle aurinkotuulen magneettikentälle talvella ja länteen osoittavalle kentälle kesällä. Väitöskirjassa myös näytettiin ensimmäistä kertaa, että edellä mainittu epäsymmetria vaikuttaa voimakkaasti erityisesti nopeiden aurinkotuulivirtausten aiheuttamaan hukkassateeseen.

Vaikka aurinkotuulen magneettikentän itä-länsikomponentin aiheuttamat epäsymmetriat ovat perusluontoinen ongelma magnetosfäärin dynamiikassa, ei niiden fysikaalista mekanismia vielä tunneta. Väitöskirjassa tutkittiin epäsymmetrian ajallista kehitystä, mikä viittasi siihen, että epäsymmetria hiukassateessa ja ionosfäärin sähkövirroissa vaatii ensin 2-3 tuntia epäsymmetrian kasaantumista magnetosfäärissä. Tulokset antavat todisteita siitä, että edellä mainittu epäsymmetria johtuisi systemaattisesta erosta päiväpuolen rekonnektiossa.