Tutkimuksia aurinkotuulen mikrorakenteesta

Väitöskirjatyössä on tutkittu aurinkotuulen epäjatkuvuuksien etenemistä heliosfäärissä sekä kehitetty ja käytetty menetelmiä aurinkotuulen laminaaristen ja turbulenttien fluktuaatioiden tutkimiseen.

Työssä on käytetty Advanced Composition Explorer (ACE) ja Cluster -satelliittien havaitsemia aurinkotuulen epäjatkuvuuksia ja viivettä näiden kahden satelliitin havaintojen välillä. ACE sijaitsee L1-pisteessä, noin 1.5 miljoonan kilometrin päässä maasta ja Cluster lähellä maan magnetosfäärin rajapintaa. Mittausaineistona käytettiin molempien satelliittien havaitsemia yli 350 epäjatkuvuutta vuosilta 2001 ja 2002. Epäjatkuvuudet vaikuttavat merkittävästi aurinkotuulen ja maan magnetosfäärin väliseen kytkentään.

Tutkimus osoittaa, että aurinkotuulen epäjatkuvuuksien saapumisajan ennustettavuus kasvaa, kun aurinkotuulimallin eri parametrit sovitetaan itsenäisesti. Ennustettavuus paranee lisää, jos mittauksista poistetaan ensin kohinaa wavelet-muunnokseen perustuvalla menetelmällä. Aurinkotuulen epäjatkuvuuden havaitsemisen aikaviivettä kahden satelliitin välillä tutkittiin määrittelemällä epäjatkuvuusrintaman normaali ristitulomenetelmällä, minimivarianssimenetelmällä ja rajoitetulla minimivarianssimenetelmällä.

Työssä tutkittiin myös Venus Express -luotaimen havaitsemia magneettikentän fluktuaatioita vuosina 2007-2009. Tulokset osoittavat, että fluktuaatioiden tehospektritiheys nopeassa aurinkotuulessa on suurempi kuin hitaassa. Magneettikentän keskimääräinen spektri-indeksi taas pienenee aurinkotuulen nopeuden kasvaessa.

Lisäksi työssä tutkittiin mittausdatan aukkojen merkitystä tehospektrin laskemiseen neljää eri menetelmää käytettäen: nopea Fuorier-muunnos, diskreetti Fourier-muunnos, Z-muunnos ja Lomb–Scargle-muunnos. Tulokset osoittavat, että nopea Fourier-muunnos on paras menetelmä turbulentin spektrin tutkimiseen, kun taas Z-muunnos ja Lomb–Scargle-muunnos soveltuvat parhaiten kun havaitut fluktuaatiot ovat selvästi sinimuotoisia.