Onni Ollila: Revontulista.

Luonnon ystävä 12, 1904

Tuskinpa moni tavallisista luonnonilmiöistämme on tieteen kannalta katsoen pysynyt niin kauan salaperäisyyden verhossa, kuin revontulet. Tarkoitan sitä että vasta aivan viime vuosina on voitu esittää teoria, joka pystyy yksinkertaisesti ja luontevasti selittämään kaikki revontulten syntyä ja ilmenemistä koskevat seikat. Vaan ennenkuin ryhdymme tämän teorian esittämiseen, lienee paikallaan muutamin sanoin tehdä selkoa revontulten luonnetta ja esiintymistä koskevista yleisistä havainnoista.

Jo revontulten vieraskieliset nimitykset (Polarljus, Polarlicht) ilmaisevat niiden esiintyvän pääasiallisesti napaseuduilla. Tehdyt havainnot näyttävät korkeimmilla leveysasteilla revontulten lukumäärän ja voimakkuuden kasvavan aina vissiin maksimaalivyöhykkeeseen saakka, joka kulkee maantieteellisen ja magneetisen navan sisäänsä sulkien 60°—80° leveydellä. Tästä vyöhykkeestä pohjoiseen on revontulten esiintyminen vähemmin tunnettu, vaan etelään ekvaatoria kohti vähenevät ne, alussa nopeammin, kunnes noin 25° leveydellä ovat ylen harvinaisia. Sama on revontulten esiintymisen laita eteläisellä pallonpuoliskolla.

Meidän leveysasteillamme ovat revontulet siis verrattain tavallisia ja niinpä olemmekin kai jokainen niitä nähneet. Komeana kaarena pohjoisella taivaalla ne talvi-illoin sädehtivät. Alituiseen vaihtuu niiden muoto. Väliin suuremmat sädesoihdut suurella nopeudella kaaresti ylös taivaalle väreillen kohoutuvat ja taas sammuvat. Kaari kätkee paikoin samalla, kun valoisempia kohtia siinä esiintyy siellä täällä. Pohjoisemmissa seuduin ovat kaaret usein kaksin kolmin kerroin samankeskeisesti. Kaaren yläosa häipyy huomaamatta avaruuteen, vaan alapuolinen reuna on jyrkempi, tavallista tummempi taivas taustanaan. Vaikea olisi kaikkien revontulten esiintymismuotojen kertoileminen. Mainittakoon vaan edellisen lisäksi että ne joskus näyttävät loistavalta verholta, joka taivaalla valtavissa laskoksissa häilyy. Väliin näemme vaan yksityisiä valojuovia ja silloin tällöin muistuttavat ne komeata kruunua, josta lukemattomat säteet kaikille tahoille lähtevät. Ja kun revontulet sammuvat, jää taivaalle jälelle himmeä epämääräinen loiste, joka sekään ei ole muuta kuin yksi revontulten monista esiintymismuodoista.

Komeat ovat revontulet katsella ja ken ne täydessä loistossa on :nähnyt, ei hevillä tätä suuremmoista ilotulitusta unohda. Onko kumma siis että kansa niissä samoinkuin pyrstötähdissä ja muissa tavattomissa taivaan ilmiöissä näkee ennustuksia sodista ja muista kauhuista. Samoinkuin muoto, on revontulten värikin ja valovoimakkuus vallan vaihteleva. Tavallisimmin näyttävät revontulet' meistä kellanvihreiltä, vaan voimmepa toisinaan nähdä punasiakin ja erottaa violettisia värivivahduksia. Valovoimakkuus on tietysti suuresti riippuva siitä vuoden tai vuorokauden ajasta milloin revotulet esiintyvät. Päivisin emme niitä voi huomata ja valoisat kesäyömme tekevät niinikään vaikeaksi niiden havaitsemisen. Kirkkaassa kuutamossa näyttävät ne heikoilta, kun taas pimeinä öinä voivat valaista melkein kuin täysikuu. Vasta v. 1892 onnistui ensi kerran revontulten valokuvaaminen. Niiden valo on siksi himmeä, että tavallisilla levyillä ei valokuvaaminen onnistu, vaan täytyy erityisesti revontulissa esiintyville säteille erittäin herkkiä levyjä valmistaa. Erikoisissa suotuisissa tapauksissa riittää tällaisilla levyillä jo noin 7 sek. valotusaika. — Tärkeä kysymys revontulten tutkijoille on niiden korkeuden selville saaminen. Tähän korkeusmääräykseen käytetään tuota tavallista parallaksimetodia, s. o. mitataan kahdesta tietyllä välimatkalla olevasta paikasta revontulten korkeuskulma, joten kolmiomitannollisesti laskemalla saamme tietää korkeuden. — Vaan revontulten epämääräiseen muotoon nähden on mittausten tuloksetkin verrattain epävarmoja ja erilaisia. Tuloksista saamme kuitenkin tietää etelämpänä revontulten olevan yleensä korkeammalla samalla kun ne taas polaariseuduissa voivat esiintyä aivanpa maan tasalla. Keski-Europassa toimitetut mittaukset antavat revontulikaarten alareunalle 23—200 km. välillä vaihtelevan korkeuden, ja yläreunalle yli 1,000 km. Onpa vastaavat korkeudet kerran mitattu 1,945 ja 3,654 kilometriksi, ei kuitenkaan Keski-Europassa.

Jos vähänkin pitemmän ajan olemme olleet tilaisuudessa tekemään revontulihavaintoja, tulemme pian huomaamaan että revontulet esiintyvät paraasta päästä iltasella, tuossa kl. 8-10 välillä. Ja napaseutujen pitkässä yössä voisimme tehdä sen huomion että ne harvimmin esiintyvät aamupäivällä kl. 11 tienoilla. Nämä maksimi- ja minimiajat ovat eri seuduilla kyllä vähäsen vaihtelevat, — pohjoisempana on maksimiaika myöhäisempi, - vaan pitävät siksi paljo yhtä että saatamme päättää auringon säteilyn olevan jossain yhteydessä revontulten synnyn kanssa. — Jos tarkastamme pitempiä, vuosikausia käsittäviä havaantosarjoja, näemme niistä revontulten toisin ajoin esiityvän lukuisampina ja jotenkin säännöllisissä periodeissa. Me voimme huomata vuotuisen periodin, kahdella maksimilla: syksyin ja keväin, sekä kahdella minimillä: Joulu —Tammikuussa ja Kesä—Heinäkuussa. Nämä maksimi- ja minimiajat ovat samat koko maapallollamme ja vastaavat maamagnetismin vuotuisia variationia jotenkin tarkkaan. Toisen yhtäläisen ja myös maamagnetismille yhteisen periodin voimme huomata II vuoden ajassa. Revontuliin nähden ei tämä periodi ole kuitenkaan niin selvästi huomattavissa kuin juuri maamagnetismissä. Tämän ohessa tulemme muistaneeksi että sama 11 vuotinen periodi on myöskin auringonpilkkuin esiintymisessä. Että kiertolaisellamme kuulla myös on jotain vaikutusta revontulten syntymisessä, sen osottaa revontulten kuukautinen, 29-päiväinen periodi. Tämän voisi kyllä väittää yksinkertaisesti johtuvan kuun synoodisen kiertoaikansa kuluessa vaihtelevasta valomäärästä, joka aiheuttaisi revontulten himmeämmin tai voimakkaammin esiintymisen. Vaan vaikkapa tämän haitallisen valoseikan elimineeraammekin, niin pohjoisella pallonpuoliskolla on maksimi huomattavissa kuun ollessa eteläisessä seisauksessaan ja minimi pohjoisen seisauksen aikana. — Paitsi jo mainittuja periodeja on meillä vielä 26-päiväinen (oikeammin 25,03 päiväinen) periodi, joka kyllä on paikottain epämääräinen, vaan toisilla seuduilla siltä selvästi huomattavissa. Tämä periodin aika taas muistuttaa meitä auringon pyörähtämisestä akselinsa ympäri, johon kuluu sama aika.

Tähän saakka olemme tehneet selkoa, niin sanoaksemme revontulten yleisistä havainnoista. Tutkikaamme nyt revontulia fysikaalisesti. Paras keino, mihin alussa voimme ryhtyä, on revontulivalon spektroskooppinen tutkiminen. Revontulet antavat viivaspektrin, siis ne eivät voi olla heijastuneen auringonvalon synnyttämiä; sitäpaitsi ei revontulten valo ole polariseerattua. Se on siis hehkuva kaasu, joka synnyttää revotuli-ilmiöt. Huomattavimmat viivat revontulten spektrissä on spektrin kellanvihreässä osassa oleva n. k. revontuliviiva (aallonpituus 556,7) sekä toinen ultraviolettisessä osassa oleva viiva (aallonpituus 391,7 ). Tanskalainen Paulsen on vv. 1899—1900 Islantiin tehdyllä revoiitiilitutkimusretkellä ollut tilaisuudessa tekemään arvokkaita spektroskoopisia tutkimuksia ja tarkkaan määrännyt useiden uusien sekä jo ennen tunnettujen viivain aseman. Jos vertaamme revontulispektriä ilmaa sisältävän Geisslerin putken antamaan spektriin, niin huomaamme niissä niin suuren yhtäläisyyden, joskin eri viivojen intensiteetti on hiukan erilainen, että voimme varmuudella sanoa että juuri ilma on se hehkuva kaasu, joka aiheuttaa revontulten synnyn. Useat eri tutkijat ovat kokeillaan osottaneet että ilmassa löytyvät alkuaineet, esim. argon, krypton, xenon ja neon aiheuttavat revontulisprektin karakteristisimpain viivain synnyn. Tämä revontulispektrin ja sähkön vaikutuksesta hehkuvan, ohennetun ilman spektrin yhtäläisyys, sekä edellä osotettu yhteys maamagnetismin ja revontulten välillä ynnä suoranaiset sähkön avulla luonnossa keinotekoisesti synnytetyt revontulentapaiset ilmiöt todistavat revontulten olevan sähkö-ilmiöitä. Mistä sitte johtuu tämä revontulia synnyttävän ilman sähköisyys? Tähän kysymykseen ovat eri tutkijat vastanneet eri tavalla ja siten on syntynyt eri revontuliteorioita. Meidän revontulitutkijamme prof. Lemström selittää ilman sähköisyyden veden haihtumisen ja unipolaarisen induktionin synnyttämäksi ja arvelee sähköisyyden navoilla olevan suuremman sen takia että unipolaarisen induktionin vaakasuora komponentti on yhä vetämässä sähköä tänne ja että ilmakerros navoilla on maan muodon ja liikunnon takia ohuempi. Kun ilmalla on paras sähkön johtamiskykynsä noin 5 mm. paineessa, on siis tämä johtava ilmakerros navoilla maan pintaa likimpänä, joten sähkön purkautuminen maahan siellä tapahtuu helpoimmin ja näin syntyy sähkön läpäisemässä ylemmässä ja ohuemmassa ilmakerroksessa valo-ilmiöt, revontulet. Tahtomatta laajemmin esittää, miten prof. Lemström selittää teoriansa perusteella erityiset revontulten ilmenemistä, levenemistä y. m. koskevat seikat, käymme seuraavassa selittämään tanskalaisen Paulsenin esittämää revontuliteoriaa, jota Arrhenius on osaksi täydentänyt.

*) Vert. Luonnon Ystävä s. 294 v. 1904.Edellä olemme viitanneet revontulten eri periodeista puhuessamme siihen läheiseen yhteyteen, mikä auringolla on revontulten samoinkuin maamagnetismin kanssa. Se voima mikä tätä yhteyttä niin sanoakseni välittää, on säteilypaine, jonka Arrhenius selittää syntyvän seuraavasti *). Auringossa tapahtuvissa purkauksissa syntyy auringonkoroonan ulommaisessa kaasukerroksessa tiivistymisen kautta pieniä kiinteitä tai juoksevia hiukkasia. Näihin hiukkasiin vaikuttaa auringon vetovoima sekä auringon säteiden työntävä voima, säteilypaine. Riippuen hiukkasten suuruudesta ja osaksi laadustakin on näiden voimain vaikutus, resultantti joko aurinkoon päin tai siitä poispäin kääntynyt. Suurimmat hiukkaset palajavat takaisin aurinkoon ja pienimmät työntyvät yhä etemmäksi auringosta avaruuteen. Toisiin hiukkasiin nähden on resultantti nolla, ja tällöin jäävät ne leijailemaan auringon ympärille muodostaen sen koroonan. Nuo auringosta poistuvat pienimmät hiukkaset leviävät siis auringosta avaruuteen kaikille suunnille. Niiden alussa monesta seikasta vaihteleva nopeus puuttuu vähitellen pysyviksi. Yhä edeten saapuu noita hiukkasia myöskin maamme ilmakehään. Lähteneinä auringosta, jossa valtaavia sähkömääriä syntyy ja purkautuu, ovat nämä hiukkaset samalla sähköisiä, negatiivisesti sähköisiä. Sillä auringon ohuimmissa ilmapiireissä synnyttävät nämä hiukkaset katoodisäteitä, joilla on se ominaisuus, että ne jakavat kaasun molekyylit jooneihin; jooneilla, ja varsinkin negatiivisesti ladatuilla, on taas kyky kondenseerata, tiivistää kaasuja. Auringosta purkautuvat kaasut kondenseerautuvat siis pääasiallisesti negatiivisiksi pisaroiksi, hitusiksi. Suurimmat saattavat aurinkoon palatessaan sen negatiivisesti sähköiseksi, samalla kuin auringon ulommainen ilmapiiri pienimpien negatiivisesti ladattuin hiukkasten avaruuteen poistuttua, jää positiivisesti sähköiseksi. — Maan ilmapiiriin saapuvat nämä negatiivisesti sähköiset hiukkaset luonnollisesti suurimmassa määrässä päiväntasaajan seudulla. Ohuimmassa ilmapiirissä syntyy taasen katoodisäteitä. Nämä ovat herkkiä magneetiselle vaikutukselle pyrkien yhäti mukautumaan magneetisten voimaviivani suuntaan. Jos siis magneetisessa kentässä tapahtuu muutoksia, huomaamme katoodisäteitten synnyttämässä valoilmiössä todisteen siitä. — Nyt kulkevat päiväntasaajan seuduilla maamagnetismin voimaviivat korkeissa ilmakerroksissa yhdensuuntaisesti magneetisen meridianin kanssa. Katoodisäteet muuttavat suuntaansa voimaviivain mukaan, kulkien siis napoja kohti, alussa tietenkin ylhäällä ohuimmissa ilmakerroksissa ja lopuksi läheten maata ja sen magneetisia napoja. Kaikkein ohuimmissa ilmakerroksissa on katoodisäteiden aikaansaamat valoilmiöt vaikeasti huomattavissa ja sen takia eivät revontuli-ilmiöt esiinnykään päiväntasaajan seuduilla. Yhä alemmaksi ja samalla siis tiiviimpiin ilmakerroksiin tullessaan synnyttävät katoodisäteet huomattavia valoilmiöitä, revontulia, kunnes alimmissa ilmakerroksissa niiden eteneminen valoksi kulutetun energian häviämisen ja suuremman vastustuksen takia taukoo. Kun samalla muistamme katoodisäteiden ilman joniseeraamisen takia johtuvan kondenseeraavan vaikutuksen, saa selityksensä myös tuo revontulikaaren sisäänsä sulkema tummempi, pilvinen taivas. Ja havainnothan ovat sitäpaitsi näyttäneet sateen usein olevan revontulten seuraajana.

Tämän revontulten syntyteorian avulla on helposti ja yksinkertaisesti selitettävissä revontulten maantieteellinen leviäminen, niiden korkeus ja vaihteleva muoto. Meidän tarvitsee vaan ajatella magneetisten voimaviivojen asemaa maapallomme eri osissa ja niiden maan magneetisessa tilassa tapahtuvien häiriöiden aikaansaamaa mnuttumista.

Ekvaatorin seuduille yhä säteilevät sähköiset hiukkaset ajavat negatiivista ilmasähköä niihin paikkoihin maapalloa, missä ei tällaista säteilyä tapahdu. Ilmasähkön negatiivinen lataus on siis suurempi yöllä kuin päivällä, suurempi talvella kuin kesällä. Tämän perusteella voimme taas selittää revontulten päiväisen ja vuotuisen periodin. Ja sitäpaitsi säteilypaineen ajamat hiukkaset öisin ja talvella sattuvat maahan niin etta kulma maan magneetisten voimaviivain ja hiukkasten tulosuunnan välillä on pieni. — Auringonpilkkujen vaikutus revontulten 11-vuotisen ja 26-päiväisen periodin synnyttäjinä on niinikään selvä. Sillä kun auringon vaikutusvoima ja sähköisyys on riippuva pilkkujen lukumäärästä, on samalla myös auringon säteilypaine ja siis revontulta synnyttävät katoodisäteet riippuvia auringonpilkuista. Kun siis auringonpilkktiin lukumäärä on 11-vuotisen periodin käsittävä, seuraa tästä vastaava revontuliperiodi. Kun taas auringon synoodisen kierroksen johdosta eri aikoina tulevat maata kohti olemaan eri osat auringon erilailla pilkullisesta pinnasta, niin on seurauksena vastaava 26-päiväinen periodi revontuliinkin nähden.

Troopillisen kuukauden 1. 29 päiväisen periodin alkusyynä on negatiivisesti sähköisen kuun elektrostaatinen vaikutus negatiiviseen ilmasähköön, joka siis on vähäisempi kuun puoleisella osalla maan pintaa.

Tahtomatta yksityiskohtaisesti sovelluttaa tätä uutta teoriaa kaikkiin eri kohtiin revontulien ilmenemisessä, huomautan vaan, että jo edelläkerrotusta näemme miten yksinkertaisesti ja selvästi Paulsenin ja Arrheniuksen esittämä teoria tehtävänsä täyttää.