Revontulet

Revontulet ovat ilmakehän valoilmiö, joka koostuu värikkäistä, tanssivista ja vaihtelevista kuvioista pohjoisella ja eteläisellä yötaivaalla. Revontulet ovat useimmin vihreitä, mutta joskus punaisia, purppuroita tai sinisiä.
Revontulet aiheutuvat aurinkotuulen tuomien varautuneiden hiukkasten osumisesta Maan ilmakehään noin 80–250 kilometrin korkeudella. Kun hiukkanen törmää Maan ionosfäärissä happiatomeihin ja typpimolekyyleihin, se antaa niille lisäenergiaa, ja atomit virittyvät hetkeksi korkeampaan energiatilaan. Kun hiukkasen viritystila purkautuu, viritysenergia vapautuu fotoneina, mikä näkyy valona.
Nimitys.
Pohjoisella pallonpuoliskolla revontulia kutsutaan kansainvälisesti myös latinankielisellä nimityksellä "aurora borealis" eli pohjanpalo, eteläisellä pallonpuoliskolla "aurora australis" eli etelänpalo. Useimmissa muissakin kielissä ilmiön nimitys viittaa pohjoiseen valoon tai pohjoiseen ruskoon. Vain suomen kielessä ilmiötä kutsutaan "revontuliksi". Nimityksen sanotaan tulevan siitä, että revontulivalon on uskottu aiheutuneen tuliketun turkin hankautumisesta puihin. Toisen teorian mukaan "repo" tarkoittaa metsäsuomalaisten loitsuja, eli revontulet ovat taivaan loitsutulia.
Aiheutuminen.
Revontulten energianlähde on Aurinko ja siitä lähtevä aurinkotuuli, joka puhaltaa sähköisesti varautuneita hiukkasia jatkuvasti Maata kohti. Revontulet aiheuttaa aurinkotuulen korkeaenergisten, varauksellisten hiukkasten vuorovaikutus Maan ilmakehän molekyylien kanssa noin 80–600 kilometrin korkeudella. Suurin osa revontulista esiintyy 80–250 kilometrin korkeudella. Niiden alareuna on yleensä terävä, mutta yläreuna häipyy vähitellen näkymättömiin.
Maan magneettikenttään saapuessaan Auringosta saapunut varattu hiukkanen alkaa poukkoilla magneettikentän ohjaamana Maan pohjoisen ja eteläisen napa-alueen välillä magneettista rataa eli kenttäviivaa pitkin. Kun hiukkasen poukkoilu loppuu ulkoisen voiman vaikutuksesta, se syöksyy alas Maan magneettikentän suuntaisesti. Kun hiukkanen törmää Maan ionosfäärissä happiatomeihin ja typpimolekyyleihin, se antaa niille lisäenergiaa, ja atomit virittyvät hetkeksi korkeampaan energiatilaan. Kun hiukkasen viritystila purkautuu, viritysenergia vapautuu fotoneina, mikä näkyy valonvälähdyksenä. Sellaisia voi tapahtua samanaikaisesti jopa tuhansia kuutiosenttimetrin alueella. Yhdessä kaikki välähdykset tuottavat laajan revontulivalon.
Esiintyminen.
Esiintymisalue.
Revontulia esiintyy lähinnä Maan geomagneettista pohjois- ja etelänapaa ympäröivillä rengasmaisilla alueilla, joita kutsutaan revontuliovaaleiksi. Ne sijaitsevat noin 20 leveysasteen etäisyydellä navoista. Pohjoinen revontuliovaali kulkee Fennoskandian pohjoisosan, Huippuvuorten, Islannin, Etelä-Grönlannin, Pohjois-Kanadan, Alaskan ja Siperian pohjoisrannikon leveydellä. Eteläinen revontuliovaali sijaitsee Etelämantereen ympärillä asumattomalla alueella kaukana esimerkiksi Australiasta ja Uudesta-Seelannista.
Revontuliovaalin halkaisija kasvaa ajoittain, jolloin revontulet siirtyvät kauemmaksi navoista ja niitä nähdään kauempanakin. Revontulialimyrskyksi kutsutaan tapahtumaa, jossa revontuliovaalin kohta kirkastuu, ovaali muuttuu leveämmäksi, ja kirkas alue leviää länteen ja itään.
Pohjoisen jäämeren Karhusaarella Fennoskandian ja Huippuvuorten puolivälissä revontulien todennäköisyys on korkeimmillaan, ja niitä esiintyy siellä joka yö. Suomen Kilpisjärvellä revontulia esiintyy kolmena yönä neljästä, Oulun korkeudella joka neljäs yö, ja pääkaupunkiseudulla kerran kuukaudessa. Etelässä revontulet näkyvät yleensä vain pohjoistaivaalla, mutta joskus revontulet näkyvät Etelä-Suomessakin suoraan ylhäällä zeniitissä.
Joskus voimakkaan auringon aktiivisuuden aikana revontulia voi näkyä Keski- ja Etelä-Euroopassakin, esimerkiksi Wienissä keskimäärin kerran vuodessa ja Istanbulissa noin joka kymmenes vuosi. Pienillä leveysasteilla revontulia voidaan joskus hyvin harvoin havaita voimakkaiden aurinkomyrskyjen aikana taivaanrannassa. Pohjoiset revontulet havaittiin vuonna 1859 Havaijilla 21 astetta pohjoista leveyttä sekä vuonna 1872 Mumbaissa Intiassa 19 astetta pohjoista leveyttä, jolloin ne olivat zeniitissä Istanbulissa ja Ateenassa. Eteläiset revontulet on mahdollisesti havaittu vuonna 1921 Samoalla 13 astetta eteläistä leveyttä ja vuonna 1909 Singaporessa vain yksi aste päiväntasaajasta pohjoiseen.
Koska magneettiset navat vaeltelevat Maan pinnalla, myös revontuliovaalit siirtyvät vuosisatojen aikana eri paikkoihin. Esimerkiksi vuonna 1700 revontuliovaali ulottui Ouluun ja Skotlantiin, minkä seurauksena Euroopassa nähtiin revontulia kymmenen kertaa enemmän kuin nykyisin. 1000-luvulla revontuliovaali sen sijaan ulottui syvälle Siperian eteläosiin, ja revontulia nähtiin Kiinassa huomattavasti enemmän kuin nyt, mutta Länsi-Euroopassa vain vähän.
Esiintymisjaksot.
Revontulten yleisyys vaihtelee useassa jaksossa – päivittäin, 27 vuorokauden jaksossa, vuodenajoittain sekä 11 vuoden jaksossa.
Koska revontuliovaali on epäsymmetrinen magneettisen navan suhteen ja pysyttelee Auringon suhteen paikallaan, maapallon pyöriessä se liikkuu vuorokauden aikana maanpintaan nähden. Iltapäivisin revontulet ovat kaukana Suomen pohjoispuolella, mutta illan mittaan ne siirtyvät kohti etelää ja ovat Pohjois-Suomen kohdalla kello 22–23:n aikaan. Aamua kohti revontulet vetäytyvät jälleen pohjoiseen.
Kun Auringon jokin alue aktivoituu, se tuottaa paitsi runsaasti auringonpilkkuja, myös runsaasti varautuneita hiukkasia, jotka aiheuttavat revontulia. Tällainen aktiivinen alue on kääntyneenä Maahan päin noin 27 vuorokauden välein, koska siinä ajassa Aurinko pyörähtää kerran akselinsa ympäri. Aktiivista revontulijaksoa seuraakin usein uusi aktiivinen jakso 27 vuorokauden kuluttua. Tätä kestää yleensä muutaman Auringon kierroksen ajan, kunnes Auringon aktiivinen kohta hiipuu ja revontulet vähenevät.
Revontulten aktiivisinta esiintymisaikaa kutsutaan revontulimaksimiksi ja pienintä revontuliminimiksi. Vuoden aikana revontulilla on maksimit kevätpäiväntasauksen ja syyspäiväntasauksen aikaan. Minimit puolestaan ovat kesäpäivänseisauksen ja talvipäivänseisauksen aikaan. Niiden erot eivät kuitenkaan ole suuret, ja revontuliovaalissa revontulia havaitaankin vuoden jokaisena yönä.
Usean vuoden aikajaksolla revontulia esiintyy useimmin silloin, kun Auringon magneettinen aktiivisuus on suurimmillaan sen 11 vuoden auringonpilkkujakson aikana, tarkemmin sanoen laskevan kauden alkuvuosina.
Auringonpilkkujen ja samalla revontulien määrässä on havaittu myös pitkäkestoisempia tai epäsäännöllisiä vaihteluja. Noin vuosina 1640–1715 oli niin sanottu Maunderin minimi, jonka aikana auringonpilkkuja oli poikkeuksellisen vähän eikä revontuliakaan juuri näkynyt.
Havaitseminen.
Havaitsemispaikka ja -aika.
Yksi parhaista paikoista tarkkailla ja tutkia revontulia on pohjoinen Fennoskandia, koska siellä on enemmän asutusta ja paremmat liikenneyhteydet kuin muualla revontuliovaalien alueella.
Parhaiten revontulet havaitaan selkeällä ja pimeällä, kun Aurinko on laskenut horisontin taakse. Ilman lämpötilalla ei ole sinänsä merkitystä, vaikkakin pakkasella ilma on usein selkeä ja siksi hyvä revontulien havaitsemiselle. Revontulia syntyy päivisin yhtä paljon kuin öisinkin, mutta päivänvalo estää niitä näkymästä yhtä hyvin kuin öisiä revontulia. Suomessa paras aika tarkkailla revontulia on pohjoistaivaalla kello 21–24 kaukana taajamien valosaasteesta.
Revontulialimyrsky.
Revontulet esiintyvät yön aikana säännönmukaisina revontulialimyrskyinä eli ”revontulinäytelminä”. Rauhallisena yönä sellainen esiintyy vain kerran yössä, mutta joskus niitä nähdään yön aikana 3–5. Pohjoisessa revontulinäytelmän voi nähdä joskus suoraan alapuolelta, mutta etelämmässä se näkyy yleensä vain sivusta.
Revontulialimyrsky alkaa varhain illalla, kun pohjoisella taivaanrannalla näkyy yksi tai useampi rauhallinen vihertävä revontulikaari. Kaaret ulottuvat taivaanrannan poikki itä-länsisuunnassa, mutta pohjois-eteläsuunnassa niiden leveys on vain pari kilometriä. Kaaret pysyvät muuttumattomina paikallaan tai ajautuvat hitaasti kohti etelää. Kaari kirkastuu tunnin tai kahden tunnin kuluttua sen ilmestymisestä, ja sen yläpuolella saattaa näkyä punaista. Aiemmin tasainen valo pirstoituu pystysuuntaisiksi säteiksi, ja kaari alkaa usein poimuilla. Puolen tunnin aikana kaari siirtyy kohti etelää keskitaivaalle.
Revontulinäytelmän kolmas näytös kestää vain 10 minuuttia, mutta sen aikana revontulialimyrsky on kiivaimmillaan. Taivaalla näkyy leveitä revontulinauhoja ja -verhoja, jotka poimuttuvat ja pyörivät sekä liikkuvat nopeasti pohjoiseen ja etelään. Vihreän ja punaisen lisäksi näkyy myös sinistä ja violettia, joskus purppuraakin. Revontulinäytelmän huippukohdan muodostaa joskus niin sanottu revontulikorona, joka on suoraan katselijan yläpuolella ja leviää sekä pohjois- että etelätaivaalle.
Neljännessä näytöksessä revontulien kirkkaus heikkenee ja ne rauhoittuvat, ja taivaan peittää harmaanvihreä diffuusi vaippa tai sykkiviä revontulia. Tätä kestää noin tunnin, minkä jälkeen koko näytelmä voi alkaa alusta, kun pohjoiselle taivaalle ilmestyy uusi revontulikaari.
Revontulinäytelmien jo loputtua aamuyöllä esiintyy harsomaisia revontulipintoja, jotka loistavat tasaisella voimakkuudella. Yön aikana voi esiintyä myös niin sanottuja valekäynnistymisiä, joissa kaari ei kehity alimyrskyksi.
Värit.
Revontulten valon väri riippuu virittyneen hiukkasen laadusta ja sen törmäyksessä saamasta energiasta. Happiatomien viritystilat tekevät revontulista vihreän ja punaisen, ja typpimolekyylit sinertävän.
Vihreä on revontulien yleisin väri. Se syntyy noin 100–300 kilometrin korkeudella. Revontulien vihreät muodot ovat yleensä selvästi erottuvia ja teräviä, koska vihreää väriä vapauttava viritystila säilyy vain sekunnin ajan törmäyksestä valon vapautumiseen. Vihreissä revontulissa näkyy joskus myös keltaista, mikä johtuu muiden värien sekoittavasta vaikutuksesta tai ilmakehästä. Jos taivas ei ole täysin tumma, vihreä voi näyttää valkoiselta, koska ihmissilmä ei erota vähäisestä kirkkaudesta väriä.
Punaisen viritystilan purkautumiseen kuluu runsas minuutti. Koska törmäyskohde liikkuu siinä ajassa pitkiä matkoja, punaiset revontulet ovat muodoltaan pehmeämpiä kuin vihreät. Punainen valo on myös heikompaa kuin vihreä. Punaiset revontulet syntyvät pääasiassa yli 300 kilometrin korkeudessa, koska siellä hiukkasilla on enemmän tilaa liikkua kuin alempana ja koska punaisen valon aiheuttavat matalaenergiset ja hitaat hiukkaset törmäävät happeen jo ennen kuin ne ovat tunkeutuneet alemmas ilmakehässä. Eteläisillä leveysasteilla revontulet näkyvät lähes aina voimakkaan punaisina, eivätkä vihreinä, kuten pohjoisempana.
Purppura tai liila väri esiintyy yleensä vihreän alapuolella. Sen aiheuttavat hyvin suurienergiaiset ja nopeat hiukkaset, jotka törmäävät typpimolekyyleihin vasta myöhään, noin 80–100 kilometrin korkeudessa. Tätä väriä esiintyy voimakkaissa ja nopeasti liikkuvissa revontulissa, ja hiukkasen viritystila kestää vain sekunnin murto-osan ajan. Purppurat revontulimuodot ovatkin hyvin voimakkaita ja teräviä.
Revontulimuodon yläreunassa näkyy joskus sinistä valoa, joka on peräisin ionisoituneista typpimolekyyleistä. Se on hyvin yleinen kaikkien muiden värien yhteydessä, mutta usein se jää muiden, voimakkaampien värien peittoon. Sininen väri näkyy parhaiten aikaisin illalla tai myöhään aamulla, ja aikaisin syksyllä tai myöhään keväällä.
Yksittäinen revontulimuoto voi vaihtaa väriä. Aluksi se saattaa olla täysin vihreä, mutta vähän ajan kuluttua vihreän värin korvaa punainen ja pehmeämpi muoto.
Muodot.
Revontulet esiintyvät hyvin monenlaisina muotoina. Sama revontuli voi näyttää erilaiselta riippuen siitä, tarkastellaanko sitä suoraan alapuolelta vai sivulta. Revontulet muuttuvat suurten purkausten aikana nopeasti ja ottavat monenlaisia muotoja.
Revontulien erilaiset muodot jaetaan vyömäisiin, diffuuseihin (sumeisiin) ja säteittäisiin. Rakenteeltaan revontulet ovat homogeenisia (tasaisia), juomuisia tai säteisiä. Revontulen tila voi olla rauhallinen, aktiivinen (liikkuva tai muuttuva) tai sykkivä.
Äänet.
Revontulista on väitetty syntyvän joskus ääntä. Korkealla ilmakehässä ääniä ei uskota syntyvän, mutta joidenkin tutkijoiden mukaan on mahdollista, että alemmassa ilmakehässä syntyy jonkinlaista ääntä revontulien yhteydessä.
Yksi mahdollisuus on, että sähkömagneettiset aallot muuttuvat ääniaalloiksi esineissä, jotka sijaitsevat lähellä katsojaa. Tällaisia esineitä voisivat olla esimerkiksi kuuntelijan hiukset tai vaatteet, tai jopa jotkut kuuloelinten osat. Viimeaikainen suomalainen tutkimus viittaa siihen, että ääniä todella kuuluisi. Niiden fysikaalisia perusteita ei kuitenkaan vielä täysin tunneta.
Uusimman mittaustuloksen mukaan revontuliin liittyvät äänet syntyvät vain 70 metrin korkeudessa ja ovat ihmiskorvin kuultavissa. Unto K. Laine ja muut Aalto-yliopiston tutkijat nauhoittivat revontulten ääniä kolmella toisistaan erilleen sijoitetulla mikrofonilla ja pystyivät paikantamaan niiden syntypaikan vertailemalla äänten kulkeutumisesta johtuvia viiveitä. Äänet eivät synny revontulissa, vaan samat auringon hiukkaspurkaukset, jotka aiheuttavat revontulia, voivat synnyttää myös äänilähteitä lähellä maanpintaa. Äänien muodostumisen yksityiskohdat ovat yhä arvoitus, eikä niitä esiinny säännöllisesti revontulien aikana. Äänet ovat hiljaisia ja erottuvat vain vaivoin ympäristön kohinasta. Ääniä kuulleet ovat usein kuvanneet niitä etäisenä kohinana ja rätinänä. Tutkijat pitävät tämän vuoksi mahdollisena, että äänten syntytapoja on useita ja äänilähteiden etäisyydet maanpinnasta voivat vaihdella.
Kulttuurissa ja tutkimuksessa.
Kansanperinteissä.
Revontuliin liittyviä käsityksiä ja uskomuksia esiintyy runsaasti pohjoisen napapiirin seuduilla asuneiden kansojen perinteissä. Suomalaisen kansanuskomuksen mukaan revontulet olivat Lapissa juoksentelevien tulikettujen aiheuttamia, kun niiden kyljet iskivät puihin tai hännät lumihankeen. Kanadan intiaaneilla oli vastaava uskomus, jossa tuliketun sijaan esiintyi karibuhirvi. Erään inkeriläisen ja karjalankannakselaisen kansanperinteen mukaan revontulet aiheuttaa Jäämeressä uiskentelevan Leviatan-valaskalan auringonvaloa heijastavat suomut. "Kalevalassa" revontulista käytetään muun muassa nimitystä Pohjolan Portit.
Revontulten kelmeän vihreä väri on pohjoisissa kansanperinteissä usein liitetty vainajiin, ja esimerkiksi Grönlannin eskimot pitivät revontulia kuolleiden lasten sieluina. Revontulten punainen hehku on joskus nähty taisteluissa kuolleiden sotilaiden kamppailuna jättiläisten kanssa. Keski- ja Etelä-Euroopassa harvinaisissa ja yleensä verenpunaisina esiintyvissä revontulissa nähtiin taivaallisia ennusmerkkejä sodista, vitsauksista ja muista mullistuksista. Myös Edda-runojen aikaiset norjalaiset yhdistivät revontulet taisteluihin ja taisteluissa kuolleisiin vainajiin, ja Kanadan eskimot Hudsoninlahdella näkivät revontulet väkivaltaisesti kuolleiden sielujen opasvaloina taivaaseen. Suomessa revontulten on myös laajasti uskottu ennustavan säiden muutosta, joskin eri seuduilla eri tavoin.
Varhaisimmat kirjalliset viittaukset.
Välimeren maissa revontulia näkyy varsin harvoin, mutta tällöin ne saattavat olla hyvinkin näyttäviä ja näkyä laajoilla alueilla. Ne mainitaan useissa antiikin Kreikan kirjallisissa lähteissä. Thaleen tiedetään esimerkiksi noin 600 eaa. kiinnittäneen niihin huomiota ja yrittäneen keksiä niille selitystä. On arveltu, että tuolloin Thales näki samat revontulet, jotka huomasi myös samaan aikaan elänyt profeetta Hesekiel, jonka kirjan alussa olevan kuvauksen taivaalla näkyneistä poikkeuksellisista ilmiöistä on selitetty viittaavan revontuliin.
Tieteellisten teorioiden historia.
Kreikkalainen Aristoteles esitti 300-luvulla eaa., että revontulet olisivat maan alisista kerroksista haihtuvia höyryjä, jotka syttyvät palamaan Auringon kuumuudesta. Vielä uuden ajan alussa 1700-luvulle asti revontulet selitettiin auringonvalon heijastumina joko napaseutujen ilman jääkiteistä tai Jäämeren aalloista tai suolapärskeistä. Toinen suosittu selitys olivat Islannin tulivuorten hohtavat purkaussavut.
Ruotsalainen fysiikan professori Anders Celsius havaitsi vuonna 1741, että kompassineula värähteli tavallista enemmän voimakkaiden revontulien esiintymisen aikana. Näin revontulet yhdistettiin ensimmäisen kerran Maan magneettisuuteen. Myöhemmin samalla vuosisadalla löydettiin lisää todisteita revontulien ja magnetismin yhteyksistä. 1800-luvulla revontulia alettiin pitää ilmakehän tuottamana sähkömagneettisena ilmiönä. Esimerkiksi Helsingin yliopiston fysiikan professori Selim Lemström kehitti 1800-luvun lopulla revontuliteorian, jonka mukaan revontulet ovat ilmakehän sähkövarauskertymien hidasta purkautumista siinä kun salamat ovat niiden nopeaa purkautumista.
Kun elektroni oli löydetty 1800-luvun lopulla, norjalaiset Carl Strömer ja Kristian Birkeland esittivät, että revontulet syntyvät Auringon avaruuteen sinkoamista elektroneista, jotka synnyttävät ilmakehän ylimmissä kerroksissa valohehkua jollain tavalla. Vihdoin 1920-luvulla havaittiin, että revontulivalot syntyvät Auringon hiukkasten vaikutuksesta ilmakehän happeen ja typpeen, jotka luovuttavat saamansa energian valona.
Populaarikulttuurissa.
Revontulet esiintyvät muun muassa Philip Pullmanin fantasiaromaanissa "Kultainen kompassi", elokuvissa "Kätketyn kullan maa" (1996), "Insomnia" (2002) ja "Aurora Borealis" (2005) sekä televisiosarjassa "Villi Pohjola".