Seuraavassa kuvataan "revontuliin liittyvät akustiset ilmiöt" - tutkimushankkeen lähtökohtia, taustaa, tavoitteita, hankkeen etenemisvaiheita ja sen nykytilaa. Yleisön antamista ääniin liittyvistä havaintoraporteista tehdään alustavaa yhteenvetoa.

Hankkeen taustaa

Monet poikkeuksellisen voimakasta, värikästä ja eloisaa revontulinäytelmää tarkkailleet henkilöt ovat kertoneet kuulleensa samanaikaisesti outoja ääniä, joilla havaintojen perusteella näyttäisi olevan yhteys näkyviin revontuliin, etenkin niiden liikkeisiin.  Havaintoja on kertynyt jo satojen vuosien ajalta etenkin maapallon asutuilta pohjoisilta alueilta [1]. Silti voidaan sanoa, että nämä ääni-ilmiöt ovat harvinaisia, eli syntyäkseen ja tullakseen havaituiksi ne ilmeisesti vaativat erityisolosuhteet.

Revontuliin liittyvien äänien havaitseminen edellyttää hiljaisen ympäristön, havaitsijalta herkkää kuuloa ja erityisesti keskittymistä kuunteluun. Havaintojen teko tuskin onnistuu, jos revontulia ihaillaan meluavassa ryhmässä, lähellä vilkkaasti liikennöityjä väyliä tai tuulisella säällä. Äänet ovat usein hyvin hiljaisia, tosin raportteja on kertynyt melko voimakkaistakin äänistä kirkkaittein revontulten yhteydessä. Useimmat havainnot on tehty tyynellä pakkassäällä hiljaisessa ympäristössä. Havaintoja tehneiden joukossa on jopa kansainvälisesti tunnettuja revontulitutkijoita, säveltäjiä ja muusikoita, siis myös "äänten ammattilaisia". Toisaalta jotkut pitkäänkin revontulia tutkineet, eivät ole ääniä havainneet. Tätä taustaa vasten onkin ymmärrettävää, että selvän objektiivisen näytön puuttuessa mielipiteet ja käsitykset näistä ääni-ilmiöistä menevät joskus pahastikin ristiin: niitä joko pidetään tosina tai sitten ei.

Internetin välityksellä on jo vuosia kerätty tietoja eri puolilla maailmaa tehdyistä äänihavainnoista [www]. Tiede ei ole toistaiseksi kyennyt selvittämään edes sitä, ovatko nämä äänet todellisia, vai onko kyseessä jokin havaintokykyymme (neuraaliseen järjestelmään) liittyvä ominaisuus, joka johtaa äänihavaintoon ilman todelllista, fysikaalista ääntä.  Avoinna on myös kysymys siitä, mikä näiden mahdollisten äänten syntymekanismi voisi olla.   Pitkien analyysien ja pohdintojen jälkeen, osoitettuaan, että moni potentiaalinen fysikaalinen mekanismi ei voi toimia revoltulten äänilähteenä, Silverman ja Tuan [1] pitivät lähes ainoana mahdollisena selityksenä äänille geomagneettisen myrskyn alemmassa ilmakehässä tai kuulijaa lähellä olevissa materiaaleissa aikaansaamia sähköpurkauksia. Asian varmistaminen vaatisi heidän mukaansa riittävän monipuolisin, laadukkain laittein tehtävän pitkäjänteisen mittausten sarjan ja datojen monipuolisen ja perusteellisen analyysin.

Tätä hanketta aloitettaessa (kevät 2000) ei ollut olemassa yhtään luotettavaa äänitettä audioalueen (20 Hz- 22 kHz) revontuliin liittyvistä äänistä. Ainoat hyvin dokumentoidut äänitteet on tehty infraäänialueella, siis reippaasti alle 20Hz:n taajuuksilla (anturien tyypillinen ylärajataajuus on 1-2 Hz) [2]. Ihminen ei voi kuulla infraääniä, mutta voimakkaat infraäänet voivat toki tuottaa erilaisia tuntemuksia, lisätä stressiä ja jopa aktivoida pelkotiloja. Infraäänet etenevät ilmakehässä aaltopaketteina, joista akustinen energia ei helposti "karkaa". Ilmakehän häviöt infraäänialueella ovat minimaaliset verrattuna audioalueen keskimääräisiin häviöihin. Tästä johtuen infraäänet voivat kantautua maan pinnalle aina revontulten alareunan korkeuksilla saakka (80-100 km).

Internet hakukoneet palauttavat sanoille "auroral sounds" runsaasti tietolähteitä, jotka kuitenkin osoittautuvat revontulten aikana mitatuiksi äänitaajuisiksi sähkömagneettisiksi VLF signaaleiksi, eivätkä siis akustisin mittauksin - mikrofonin avulla - taltioiduiksi "oikeiksi" ääniksi.  Se, että revontuliin liittyvistä ääni-ilmiöistä ei ole (ennen tätä hanketta) missään saatu "todistuskelpoisia" taltiointeja, on osaltaan nostattanut revontulitutkijoiden ja geofyysikkojen skeptisyyttä koko teemaa kohtaan.

Suomessa revontulien tutkimuksella on pitkä perinne. Uutena ulottuvuutena keväällä 2000 käynnistetiin hanke, missä revontuliin ja geomagneettisiin häiriöihin liittyviä akustisia ilmiöitä - siis muitakin, kuin mahdollisesti syntyneitä ääniä - tutkitaan modernein mittalaittein aiempaa laajemmin ja monipuolisemmin.

Hankkeen alkusysäys ja valmistelu

Hankken alkusysäyksenä toimi joulukuussa 1999 tapahtunut yhteydenotto TKK:n suunnalta SGO:n tutkijoihin. Varsin nopeasti sovittiin ensimmäinen tapaaminen ja myös koemittausten suorittaminen Sodankylässä.

Viikolla 8. (21.-25.2.2000) suoritettiin alustavia mittauksia Sodankylän ympäristössä.  Rinnan akustisten rekisteröintien kanssa mitattiin myös VLF signaaleja (erittäin pienitaajuista sähkömagneettista aktiivisuutta). Juuri silloin ei esiintynyt hyvien sääolojen aikana kovin voimakkaita revontulia, joten mitään selviä viitteitä revontulien aikaansaamista äänistä tai muista akustisista ilmiöistä ei saatu.

Toisena valmistelevana toimenpiteenä päätettiin ryhtyä keräämään tietoja Suomessa tehdyistä revontuliäänihavainnoista (kso tarkemmin alla).

Keväästä 2000 lähtien hankkeessa ovat aktiivisessa yhteistyössä toimineet TKK:n Akustiikan ja äänenkäsittelytekniikan laboratorio, sekä Oulun Yliopiston Sodankylän geofysiikan observatorio (SGO). Hankkeessa on sittemmin ollut mukana myös useita tutkijoita ja asiantuntijoita Ilmatieteen laitokselta (FMI).

Hankkeen päätavoite

Päätavoitteeksi asetettiin selvittää, ovatko havaitut revontuliin liittyvät ääni-ilmiöt objektiivisesti mitattavissa ja todennettavissa vai onko mahdollisesti kyse jostain psykoakustiikkaan tai neurofysiologiaan, siis lähinnä ihmisen subjektiiviseen kokemusmaailmaan liittyvästä ilmiöstä.

Hankkeen eteneminen ja nykyvaihe

Akustisiin ulkoilmamittauksiin soveltuvaa, korkealaatuista, helposti kuljetetavaa ja asennettavaa mittajärjestelmää oltiin vasta kehittämässä kun jo yllättäen jouduttiin tositoimiin 6.-7.4.2000, jolloin  illan ja yön aikana Etelä-Suomen yllä loimusivat hurjat, ajoittain verenpunaiset revontulet.  Ensimmäiset merkittävät äänitteet jouduttiin siis toteuttamaan - olosuhteiden pakosta - osin puutteellisin välinein.  Tulokset olivat kuitenkin rohkaisevia ja kannustivat paremman mittajärjestelmän kehittämiseen.

Myöhemmin järjestelmää kehitettiin siten, että huippuherkkä ja pienikohinainen mittamikrofoni asennettiin paraboloidisen heijastimen polttopisteeseen ja mittajärjestelmää täydennettiin "maailman yksinkertaisimmalla" VLF-vastaanotimella. Simultaanisesti digitoidun akustisen ja VLF-signaalin avulla toivotaan voitavan selvittää äänten mahdollisia yhteyksiä sähkökentän paikalliseen vaihteluun. Mittauksissa käytetyn mikrofonijärjestelmän herkkyys 1kHz:n ympäristössä ylittää liki kymmenkertaisesti ihmisen kuulon herkkyyden silloin, kun äänilähde osuu paraboloidin keilaan.

Vuosien 2000-2002 aikana mittajärjestelmällä on kerätty huomattava määrä aineistoa niin normaalioloissa kuin voimakkaiden geomagneettisten häiriöidenkin aikana eri puolilla Suomea.  Mainitut vuodet osuvat täsmälleen aurinkomaksimin kohtaan, jolloin voimakkaitten geomagneettisten häiriöiden todennäköisyys, johtuen auringon kohonneesta aktiivisuudesta (suuresta auringonpilkkujen määrästä), on suurimmillaan.  Parhaillaan ollaan siirtymässä kohti matalampaa aurinkoaktiviteettia (kohti aurinkominimiä), mistä johtuen potentiaalisti kiinnostavia ääniä sisältävän mittausdatan kerääminen vaikeutuu. Auringon aktiivisuuden vaihtelu noudattaa likimain yhdentoista vuoden jaksoa, joten seuraava maksimi osuu vasta vuoden 2011 paikkeille.

Datan yksityiskohtaisempi analyysi näyttää vaativan erittäin suuren työpanoksen (yksi mittausyö tuottaa 8-12 Gb dataa!). Koska tähän tarkoitukseen on löytynyt taloudellista tukea vain hyvin niukasti, on työkin edennyt hitaasti.  Työtä hidastaa myös sen pioneeriluonne - vastaavaa ponnistusta ei tiettävästi ole aiemmin tehty tässä mittakaavassa missään. Koko tutkimusmetodiikka on luotava alusta loppuun. Koska ilmiötä ei tunneta, ei voida tietää, mitä täsmälleen ottaen datasta on etsittävä ja miten tämä operaatio voidaan parhaiten suorittaa. Joudutaan suorittamaan suuri joukko erilaisiin hypoteeseihin perustuvia analyysejä. Ensimmäiset analyysit on tehty "makronäkökulmasta" pyrkien välttämään liiallista uppoutumista yksityiskohtiin.

Tähänastisen tiedon valossa kiinnostavin äänite on tehty 11.-12.4.2001 Kolin lähistöllä. Tästä aineistosta on laadittu myös jo ensimmäinen kansainvälinen raportti [3].  Datan analyysit jatkuvat parhaillaan kohti uusia julkistuksia. Mainitussa raportissamme totesimme, että audioalueella on mitattavissa ääniä, joiden akustisen tehon ajallinen vaihtelu korreloituu hyvin samaan aikaan riippumattomasti mitatun geomagneettisen aktiivisuuden vaihtelun kanssa. Selkeä korrelaatio puhuisi sen puolesta, että mitatuilla äänillä on jokin yhteys geomagneettiseen häiriöön. Ilmiön fysiikasta voimme toistaiseksi tehdä vain "sivistyneitä arvauksia" ja parhaimmillaankin vain työhypoteeseja.

Vaikeaksi osatehtäväksi on osoittautunut asiaan kuulumattomien ympäristöäänien poissulkeminen ja niiden äänten esillenostaminen, joilla mahdollisesti on yhteyttä tutkittavaan ilmiöön. Ylipäätään erittäin vaativa tehtävä on saada tieteellisesti mahdollisimman pitävä näyttö mitattujen akustisten ilmiöitten yhteyksistä samanaikaisiin geomagneettisiin ja/tai ilmasähköisiin prosesseihin. Tutkimusta tietenkin edistäisi ja helpottaisi se, että siihen olisi osoitettu asianmukaiset resurssit - toistaiseksi teemme tätä työtä lähes nollabudjetilla.

Äänimateriaalia on tähän mennessä esitelty yleisölle lähinnä aihepiiriä käsittelevissä luennoissa, seminaareissa ja kansainvälisissä kokouksissa.  Materiaalin osasista on myös tehty ensimmäinen ääniteos, joka sai ensiesityksensä Tampere Biennalessa keväällä 2002 (Aurora Borealis I, Petri Kuljuntausta). Äänimateriaalia julkistetaan laajemmin vasta sitten kun sen parissa tehtävä tutkimustyö tämän mahdollistaa.

Äänihavainnoista voi raportoida!

Yleisöltä on kerätty raportteja tehdyistä äänihavainnoista sekä SGO:n toimesta (Sodankylä), että TKK:n toimesta internetin välityksellä. Raportteja on kertynyt eri puolilta Suomea jo lähes kolmesataa (tilanne 1.10.2003). Tällä hetkellä Sodankylä ottaa vastaan vain uusia havaintoja (projektisihteeri Nina Riipi, SGO,  016-619838). Tietoja sekä vanhoista, että uusista havainnoista otetaan jatkuvasti vastaan TKK:n internet palvelimelle.

www - raportointilomake.

Raporttien perusteella pyrimme selvittämään, missä olosuhteissa ääni-ilmiöitä esiintyy. Mikä on äänten luonne ja miten havainnot suhteutuvat kansainväliseen aineistoon. Raportin jättäneiden henkilötiedot käsitellään luottamuksellisesti.  Tiedoista julkaistaan vain tilastollisia yhteenvetoja tai osasia, joita ei voi yhdistää raportin antajaan.

Alustavia havaintoja annetuista raporteista

Tähänastiset analyysit aineistosta kertovat ainakin sen, että suomalaiset havainnot osuvat hyvin yksiin vastaavan kansainvälisen materiaalin kanssa. Suomessa eri aikoina ja eri paikoissa tehdyt havainnot sisältävät melko runsaasti keskenään samankaltaisia piirteitä, mikä sekin puhuu ilmiön objektiivisen, fysikaalisen olemuksen puolesta. Lyhyt yhteenveto raporteista löytyy viitteestä [3]. Vaikka havaintoja tehneiden joukko on varsin heterogeeninen (ihmisiä maan eri osista, eri ikäisiä, miehiä ja naisia, eri ammattitaustan omaavia jne), ovat tehdyt havainnot yllättävän homogeenisia, yhteneviä ja toisiaan tukevia.

Ottamatta tässä lopullista kantaa sihen, ovatko revontuliin liittyvät äänet fysikaalisesti tosia vai ei, havainnot ovat tosia niitä tehneille ja niistä raportoineille. Tätä peruslähtökohtaa on syytä kunnioittaa. Kuulijoiden joukossa on myös niitä, jotka ovat erikoistuneet äänihavaintojen tekoon ja jotka tuntevat hyvin ne ääniympäristöt, joissa näitä poikkeavia ääniä revontulien alla ovat kuulleet.  Se, että he ovat kuulleet tässä heidän hyvin tuntemassaan ääniympäristössä siihen normaalisti kuulumattomia, poikkeavia ääniä on heille itselleen selviö. Usein näiden äänten havaitsemiseen liittyy säikähtäminen, jopa pelästyminen. Äänet ovat olleet yllättäviä ja erikoisia. Tämä on yksi syy sille, että nämä tapaukset ovat syöpyneet mieleen, muistuvat vuosikymmentenkin takaa. On myös tapauksia, joissa nämä poikkeavat äänet ovat ensin havahduttaneet, vaatineet huomiota osakseen ja vasta sitten, ympäristön valppaamman tarkkailun jälkeen, on tehty havainto taivaalle ilmestyneistä revontulista.

Monet havaintoja tehneet eivät olleet koskaan kuulleetkaan siitä, että revontulten alla voisi esiintyä poikkeuksellisia ääniä.  Heillä ei siis ollut mitään tällaista ennakko-odotusta havaintoja tehdessään. Äänet tulivat heille täytenä yllätyksenä - seikka, joka sekin tukee tehtyjen havaintojen aitoutta.

Lopuksi

Voimme aivan hyvin lähteä siitä, että raportoidut havainnot ovat aitoja ja tosia. Toisaalta sekin pätee, että tiede ei vielä tänään - ainakaan kovin hyvin - tunne sellaisia mekanismeja, jotka nämä äänihavainnot selittäisivät.  Tehtyjen havaintojen ja nykytietämyksen välillä näyttäisi olevan kuilu. Edessämme on lähinnä kaksi vaihtoehtoa: 1) aihepiiriin kytkeytyvä fysikaalinen tieteellinen tieto on rajoittunutta tai sitä sovelletaan puutteellisesti ja/tai rajoittuneesti  2) ihmistä visuaalisten tai audiovisuaalisten havaintojen tekijänä, tai ihmisen neurofysiologista, kognitiivista järjestelmää, tunnetaan puutteellisesti. Kummassakin tapauksessa tarvitsemme sillanrakennusta tieteestä kohti tehtyjen havaintojen selittämistä.

Laskelmin ja kokein voidaan osoittaa, millaisia matkoja ääni voi ilmakehässä kantautua missäkin olosuhteissa ja milläkin taajuusalueella.  Laskelmat näyttävät, että näkyvien revontulten korkeuksista (80-300 km), niillä tehoilla mitä siellä esiintyy, ei voida tuottaa niin voimakkaita audioalueen ääniaaltoja, että ne olisivat kuultavissa maanpinnalla.  Tällainen  tulos näyttäisi sulkevan pois sen vaihtoehdon, että äänilähde sijaitsisi niillä etäisyyksillä, missä näkyvät revontulet leimuavat. Samaan viittaavat myös ensimmäiset hankkeesta julkaistut tulokset [3] kuin myös osa tehdyistä äänihavainnoista.

Jo tähän mennessä aihepiirin ympärillä suoritettu tutkimustyö, vaikka siitä toistaiseksi on valmiina vain hyvin niukasti julkaistua tietoa, on avannut monia mielenkiintoisia, uusia kysymyksiä ja näkökulmia koskien ionosfäärin ja maanpinnan välisen tilan fysiikkaa ja alailmakehän akustiikkaa.  Se on tuonut esiin myös joitain erikoislaatuisia akustisia,  ilmasähköisiä, mahdollisesti jopa ioniakustisia ilmiöitä, joista ei näytä löytyvän aiempaa mittaus- saati tutkimustietoa. Tutkimustyö jatkuu - joskin vaatimattomin resurssein.
 

Kiitämme raportin jättäneitä tutkimuksemme avustamisesta ja tällä sivulla vierailevia mielenkiinnosta työtämme kohtaan!

Kiitämme TKK:n Tukisäätiötä saamastamme apurahasta!

Etsimme sponsoreita!

[1] Silverman S. M. (U.S. Air Force Cambridge Research Laboratories), Tuan T. F. (Physics Department, University of Cincinnati, Ohio), "Auroral Audibility," Adv. Geophysics, 16, pp. 155-266, 1973.

[2] Wilson C. R. (Goephysical Institute, University of Alaska), "Auroral Infrasonic Waves," J. Geophysical Research, 74, No. 7, 1969.

[3] Laine U. K., Turunen E., Manninen J., Nevanlinna H., "Measurements and analysis of sounds during active aurorae in Finland 2000-2001", Paper GP1b.P.106 (1901), URSI General Assembly, Maastricht The Netherlands, August 17-24, 2002.

Lisää tietoa revontulista löytyy mm. Ilmatieteen laitoksen www-sivuilta:

Revontulet ja avaruussää (FMI)

Rätisevätkö revontulet? (FMI)

International sources:

ISR - Auroral Audibility

History on Auroral Sounds
 

[8.10.2003/ukl]