Maapallosta on löytynyt hämmentävä symmetriataso, jollaisen olemassaoloa kukaan ei odottanut. Se lävistää Maan napojen kautta eli pyörimisakselin suuntaisesti pituuspiiriparin 27 °E – 153 °W kohdalta, New Scientistin uutisessa täsmennetään.
Suurin piirtein tätä samaa tasoa myöten kulkee itse asiassa kolme erilaista symmetriaa samassa paikassa. Kaikki symmetriat liittyvät siihen, miten valo heijastuu avaruuteen Maan pilvistä, pinnalta ja ilmakehästä.
Ensiksikin pilvettömien taivaiden keskimääräinen albedo eli heijastavuus on sama molemmin puolin tasoa, samoin pilvisyyden aiheuttama keskimääräinen albedovaikutus. Jälkimmäiseen vaikutukseen yhdistyy pilvien määrä ja se, miten kirkkaita pilvet keskimäärin ovat.
Kolmas symmetriatekijä on jääpeitteestä vapaan valtameren pinta-ala. Sekin on sama molemmilla puolin itäistä pituuspiiriä 27, yhdysvaltalainen tutkimusryhmä kirjoittaa Nature-lehdessä julkaistussa artikkelissaan.
Kyse ei kuitenkaan ole peiliheijastuksen kaltaisesta täydellisestä kuvasymmetriasta, vaan keskiarvoista. Tason erottamat pallonpuoliskot ovat toistensa kanssa huomattavan tarkasti samanlaiset, mutta vain puoliskon laajuisina kokonaisuuksina.
Halkaisee myös Suomen
Tutkijatohtori Jianhao Zhangin johtaman ryhmän löytämä symmetriataso leikkaa halki myös Suomen, sillä pituuspiiri 27 itäistä kulkee muun muassa Suomen kohdalla. Se leikkaa Suomen etelärannikon suurin piirtein Kotkan kohdalta eli noin 40 kilometriä Venäjän rajan länsipuolelta.
Sieltä tämä pituuspiiri nousee pohjoiseen Suomen itäosien halki aina Utsjoelle asti.
- Lue myös Tekniikka&Taloudesta:
Suomen eteläpuolella pituuspiiri 27 °E kulkee Euroopan ja Välimeren itäosien sekä Afrikan halki. Afrikan eteläpuolella linja ylittää Intian valtameren lounaisosat Etelämantereelle.
Ympyrän täydentävä pituuspiiri 153 °W löytyy kartalta lähinnä Tyynellämereltä, muun muassa hieman Tahitin länsipuolelta sekä hieman Joulusaaren (Kiritimati) ja Havaijin saariketjun itäpäiden itäpuolelta. Tyynenmeren pohjoispuolella 153 °W kuitenkin halkaisee Alaskan suunnilleen puoliksi.
Ei laisinkaan triviaali asia
Tutkijoiden ”kolmoissymmetriaksi” nimittämä taso löytyi satelliittihavaintojen tarkastelusta. Taso pysyi suunnilleen samassa kohdassa koko 25 vuoden havaintojakson (2001–2025) ajan, vaikkakin vuodesta toiseen tason keskimääräinen suunta heilui hieman.
Heilunta oli noin ±5 astetta molempiin suuntiin, selviää tieteellisen artikkelin kaaviokuvasta 1.
Kun symmetriataso määritellään edellä kuvaillulla tapaa eli keskiarvojen symmetriana, uusi löytö saattaa kuulostaa täysin triviaalilta seikalta. Asia ei kuitenkaan ole näin, korostaa Zhang.
”Se voisi olla odotettavaa, että löytyy yksi taso, jonka molemmin puolin kokonaisheijastus on sama. Se on paljon vähemmän triviaalia, että löytyy samassa kohtaa paikallaan pysyvä itä-länsi-suuntainen jako, jonka suhteen tasapainottuu merenpinnan jakauma, taivaan heijastus ja pilvien heijastus”, tutkija tarkentaa New Scientistille.
Kytkös el niñoon
Koko 25 vuoden aineistossa jokainen kolmesta Maan säteilytasapainoon vaikuttavasta symmetriatekijästä toteutui noin ±1 W/m² tarkkuudella, mikä vastaa noin 0,3 prosenttia Maan pallopinnalle keskimäärin lankeavasta auringonvalosta (*).
Vuosien välinen vaihtelu korreloi varsin selkeästi Tyynenmeren el niño -sääilmiön kanssa. Erityisesti tämä seikka saa tutkijat epäilemään, että kyse ei ole suinkaan sattumasta, vaan taustalla vaikuttaa jokin mekanismi.
Tätä myötä uudella löydöllä saattaa olla vaikutusta tulevaisuudessa ilmaston lämpenemiseen, ilmastonmuutoksen mallintamiseen ja/tai mahdollisiin ilmastonmuokkaushankkeisiin.
Ilmastonmuokkauksella (engl. geoengineering / climate engineering) tarkoitetaan toimia, joilla tarkoituksellisesti heikennettäisiin kasvihuonekaasujen vaikutusta. Eniten esillä pidetty vaihtoehto olisi päästää aerosolihiukkasia stratosfääriin, mistä käsin tämä tomu varjostaisi ja viilentäisi Maan pintaa.
”Ennen kuin teemme ilmastonmuokkauksesta mitään varmana pidettyjä väitteitä, meidän täytyy ymmärtää paremmin, miten pilvet, ilmavirrat, sade ja Maan albedo kytkeytyvät ja vaikuttavat toisiinsa”, Zhang sanoo.
Kehuja ja epäilyjä
Löydön merkitystä korostaa myös New Scientistin ulkopuolisena asiantuntijana haastattelema norjalainen ilmastotutkija Øivind Hodnebrog. Hän oli kuitenkin ensi alkuun hyvin skeptinen Zhangin ryhmän löytöä kohtaan.
”Se vaikuttaa paljon vähemmän odotettavalta kuin vastaava symmetria päiväntasaajan suhteen”, Hodneborg muotoilee perusteen epäilyksiinsä.
Niinpä Hodneborg ajatteli ensin, että kyse on puhtaasta sattumasta. Asiaa enemmän tutkittuaan hän on taipunut uskomaan Zhangin ja tämän työtoverien tavoin, että taustalla vaikuttaa jokin mekanismi.
Päiväntasaajan symmetrialla norjalaistutkija viittaa siihen geotieteilijöiden jo ennestään tuntemaan faktaan, että Maan kokonaisalbedo on molemmilla pallonpuoliskoilla hyvin tarkasti sama.
Mikään luonnonlaki ei suoraan määrää tätäkään seikkaa välttämättömyytenä, mutta symmetria päiväntasaajan suhteen kuulostaa yhtä kaikki paljon intuitiivisemmalta – kuten myös Hodneborg asian sanoo.
Toisaalta kaikki eivät ole vielä vakuuttuneet uudesta löydöstä. New Scientistin mukaan esimerkiksi australialaistutkija Martin Jucker epäilee, että kyse on sattumanvaraisesta ilmiöstä.
Jianhao Zhangin, Jake Gristeyn ja Graham Feingoldin tieteellinen artikkeli erittäin arvostetussa Nature-lehdessä on vapaasti luettavissa.
Mikä albedo?
Albedo tarkoittaa mittalukua jonkin kappaleen tai pinnan valkoisuudelle. Pinnan tai kappaleen albedo on 1 eli 100 prosenttia, jos se heijastaa pois kaiken auringonvalon. Tällöin pinta on täydellisen valkoinen. Vastaavasti albedo on 0, jos pinta tai kappale on absoluuttisen musta ja imee itseensä kaiken.
Täsmällisemmin sanoen näin määritellyt albedot ovat niin sanottuja Bondin albedoja. Bondin albedon arvo rajoittuu määritelmän mukaan poikkeuksetta välille 0–1.
Sen sijaan niin sanottu geometrinen albedo voi olla suurempikin kuin 1, jopa runsaasti suurempi. Jonkin pinnan geometrinen albedo on 1, jos se on täydellisen valkoinen ja täydellisen matta, eli jos se heijastaa säteilyä diffuusisti joka suuntaan esimerkiksi paperin tavoin.
Kaikki pinnat eivät kuitenkaan ole mattoja. Jos pinta onkin peili tai prisma, tai jos sillä on osittain peilin tai prisman kaltaisia ominaisuuksia, se heijastaa valoa tietyssä kulmassa eikä tasaisesti. Tällöin kyseisestä kulmasta katsoen pinta voi näyttää paljon kirkkaammalta kuin mattavalkoinen pinta samassa valaistuksessa.
Zhangin ryhmän tutkimuksessa on kyse Bondin albedoista, vaikka asiaa ei mainitakaan erikseen auki. Tämä seikka on ilmeinen, koska tutkijat kirjoittavat Maan energiabudjetista. Geometrisesta albedosta ei voida päätellä energiabudjettia.
(*) Paljonko säteilyä Maahan tulee?
Niin sanottu aurinkovakio eli Auringosta Maan etäisyydelle saapuva säteily ilmakehän ylärajalla on 1 362 W/m². Pallon pinta-ala on kuitenkin 4πr² ja palloa vastaavan kohtisuoran poikkileikkausympyrän πr².
Niinpä pallopinnalle osuu keskimäärin säteilyä vain neljäsosa siitä, mitä auringonvaloon nähden kohtisuoralle poikkileikkausympyrälle osuu. Maan pallopinnan Auringosta saama säteilylämpö olisi siten 340,5 W/m², jos Maa olisi täydellinen pallo. Kun korjataan tähän Maan lievän litistyneisyyden pieni vaikutus, voidaan Maan pintaa vasten saapuvan säteilyn määrä ilmakehän ylälaidalla pyöristää alaspäin lukuun 340 W/m² (±0,5).
Siten Zhangin ryhmän havaitsema Maan peilitason ”toimintatarkkuus” 1 W/m² vastaa noin 0,3 prosentin suuruusluokkaa.
- Lue myös Tekniikka&Taloudesta:
