Tutkimusteemat

Maa-lähiavaruussysteemi ja ympäristömuutos

 

Muuttuva pohjoinen ympäristö

Pohjoista ympäristöä tutkitaan monitieteisestä näkökulmasta. Tutkimuksen kohteena ovat mm. vesi- ja maaekosysteemit ja -yhteisöt. Tutkimuksessa yhdistyy geotieteiden, ekologian ja hydrologian osaaminen biodiversiteetin maailmanlaajuisen muutoksen ymmärtämiseksi. Tutkimus perustuu aikasarja-analyysiin ja numeerisiin mallintamismenetelmiin. Viime aikojen nopea kehitys DNA:n sekvensoinnissa ja bioinformatiikassa on avannut uusia mahdollisuuksia biomonitoroinnin, lajien vuorovaikutuksen ja ekosysteemien toiminnan tutkimukseen. Isotooppisilla tekniikoilla voidaan tarkastella ekologisia ja hydrologisia prosesseja. Pitkän aikavälin ympäristöhavainnot luovat ainutlaatuisen perustan tutkimukselle. Tutkimus kohdistuu erilaisten vuorovaikutusten ymmärtämiseen, arvioimiseen ja maailmanlaajuisten muutosten vaikutusten hillitsemiseen.

Arktinen ilmakehä ja ionosfääri

Arktiseen ilmakehään ja ionosfääriin vaikuttavat paitsi auringon säteily myös auringosta peräisin oleva suurienerginen hiukkassade ja kosminen säteily. Arktiset alueet ovatkin ainoita paikkoja maailmassa, joissa voidaan havaita lähes jatkuvasti hiukkassateen synnyttämiä revontulia. Oulun yliopisto ja Sodankylän geofysiikan observatorio tekevät arktisilla alueilla ja koko Fennoskandiassa pitkän aikavälin mittauksia, jotka palvelevat maailmanlaajuisesti maa-avaruusympäristön tutkimusta. Mittausmenetelmien ja instrumenttien kehitystyö perustuu edistyneeseen inversiomatematiikkaan. Uusin mittalaite tulee olemaan kansainvälinen EISCAT_3D-suurtehotutka, jolla tutkitaan ilmakehää ja sen ionisoitunutta yläosaa, ionosfääriä. Tutka-asemat tulevat sijaitsemaan Pohjois-Norjassa, -Ruotsissa ja -Suomessa ja mittaukset alkavat v. 2022. Mallinnuksen avulla tarkastellaan hiukkassateen synnyttämiä kemiallisia reaktioita ja vaikutuksia ilmakehän dynamiikkaan ja lopulta näiden vaikutusta ilmaston muutokseen. Oulun yliopiston kehittämä alemman ja keski-ilmakehän ionisaatiomalli toimiikin ilmastomallien referenssinä.

Avaruussää ja avaruusilmasto

Auringon magneettikentät säätelevät sähkömagneettisen säteilyn ja energisten hiukkasten määriä ja aurinkotuulen ominaisuuksia. Tämä vaihtelu vaikuttaa Maan lähiavaruuteen, ilmakehään, ilmastoon ja jopa teknologiajärjestelmiin eri ajanjaksoilla, äkillisistä avaruudessa tapahtuvista muutoksista (avaruussää) auringonpilkkujakson aikana sekä pidemmillä aikaväleillä tapahtuviin muutoksiin (avaruusilmasto). Aurinko oli erittäin aktiivinen 1900-luvun aikana, mutta tämä aktiivisuushuippu (ns. suuri moderni maksimi) on nyt päättynyt, ja Auringon tulevan aktiivisuuden odotetaan olevan paljon vähäisempää. Oulun yliopisto lukeutuu maailman johtajiin tällä alalla. Käytämme useista satelliiteista ja maanpäällisistä instrumenteista saatuja havaintoja, joiden avulla tutkimme Auringon magneettikenttien kehitystä, aurinkotuulta, geomagneettisia myrskyjä, kosmista säteilyä ja muita hiukkasia sekä niiden vaikutuksia Maan ilmakehään ja ilmastoon. Äskettäin löydetyt säännölliset ominaisuudet Auringon aktiivisuudessa mahdollistavat avaruussään ennustamisen pidemmällä odotusajalla kuin nyt. Osallistumme Euroopan avaruusjärjestön toimintaan, kuten tulevaan Avaruussää L5/L1 -satelliittiohjelmaan.

Aurinkokunnan tähtitiede

Aurinkokuntaan liittyvän tutkimuksen pääkohteita ovat planeettojen ympärillä olevan pölyn ominaisuudet ja planetaaristen renkaiden kehitys. Jättiläisplaneettojen kuista lähtöisin olevia pölyhiukkasia analysoimalla saadaan määritettyä kuiden pintojen ja joissakin tapauksissa jopa niiden pinnanalainen kemiallinen koostumus. Tutkimuksissa tarkastellaan Euroopan avaruusjärjestö ESAn Cosmic Vision (2015–2025) tiedeohjelman avainkysymyksiä. Niissä hyödynnetään tulevien Jupiter-luotaimien, kuten ESAn JUICE ja NASAn Europa-kuun pinnanalaista merta tutkimaan lähetettävän Europa Clipper luotaimen mittauksia, Toinen ESAn lentoihin liittyvä tutkimuskohde on suurten pölyhiukkasten törmäyksistä luotaimille ja niiden instrumenteille aiheutuvien riskien arviointi. Keskeinen rengassysteemeihin liittyvä mysteeri on niiden radiaalinen hienorakenne, jota tutkitaan sekä analyyttisten että N-kappaleen mallien avulla. Samankaltaisia N-kappaleen menetelmiä sovelletaan myös galaksien dynamiikan simulaatioissa.