Warkauden Kassiopeian jäsen Osku Kemppinen väitteli tänään keskiviikkona 27.6.2016 tohtoriksi Aalto yliopistossa väitösaiheenaan “Laskennallinen valon sironta ilmakehän pölyhiukkasista” (eng. Computational light scattering by atmospheric dust particles). Ohessa on Oskun väitöksen tiivistelmä (lainaus Aalto yliopisto). Työ ja tutkimus on tehty Ilmatieteen laitoksella.
Mineraalipöly on yksi ilmakehämme yleisimpiä pienhiukkastyyppejä, ja sillä on potentiaalisesti merkittäviä vaikutuksia sekä säähän että ilmastoon. Nämä vaikutukset syntyvät valon ja muun sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikuttaessa pölyhiukkasten kanssa, mikä johtaa saapuvan valon energian siroamiseen. Näiden vuorovaikutusten laskemista yksittäissirontasimulaatioiden avulla tarvitaan, jotta sovellukset ja mallit voivat huomioida pölyn vaikutukset.
Useimmat pölyhiukkaset ovat samassa kokoluokassa kuin näkyvän valon aallonpituus, mikä tarkoittaa että niiden yksittäissirontaominaisuuksia ei voi laskea Rayleigh-sironnalla, joka on käyttökelpoinen paljon pienemmille hiukkasille, tai optisilla malleilla, jotka ovat käyttö-kelpoisia paljon suuremmille hiukkasille. Sen sijaan käytettävät aallonpituus-mittaluokan mallit tyypillisesti joko olettavat hiukkaselle tietyn matemaattisen muodon tai laskevat sähkömagneettiset vuorovaikutukset hiukkasen tilavuuselementtien välillä.
Olen tässä työssä tutkinut pölymallien yksityiskohtaisten muoto- ja koostumus-ominaisuuksien vaikutusta tietokoneellisesti tuotettujen tai muokattujen mallihiukkasten sirontaan. Tutkittuja ominaisuuksia olivat pinnan karkeus ja sisäiset rakenteet. Pinnan karkeuden osoitettiin vaikuttavan valon sirontaan selvästi, silloinkin kun hiukkanen oli alkujaankin epäsäännöllisen muotoinen. Sisäiset rakenteet, erityisesti hematiitti-kimpaleet, myös vaikuttivat huomattavasti sirontaan.
Hiukkasmallien ominaisuuksien vaikutusten lisäksi tutkin materiaalikeskiarvoistus-menetelmien soveltuvuutta pölyhiukkasiin sekä erään matemaattisen muotomallin, ellipsoidin, käyttökelpoisuutta pölyn taitekertoimen määrittämisessä. Materiaali-keskiarvoistusmenetelmät vaikuttavat antavan vääriä tuloksia, kun niitä käytetään hiukkasiin joissa on paikallista, makroskooppista epähomogeenisuutta, erityisesti kun näiden epäpuhtauksien taitekerroin eroaa suuresti muun hiukkasen taitekertoimesta. Lopuksi, ellipsoidien käyttö taitekertoimen määrittämisessä näytettiin johtavan vääriin tuloksiin lähes kaikissa tutkituissa tapauksissa, ja näiden virheiden suuruus oli riittävä aiheuttamaan merkittäviä epätarkkuuksia, kun tuloksia käytettiin säteilynkulkumalleissa.
Warkauden Kassiopeia onnittelee Oskua upeasta saavutuksesta ja toivottaa menestystä tuleviin urahaasteisin. Oskun väitöskirja on myös Härkämäen observatoriolla kaikkien luettavissa.
Lähde: Aalto Yliopisto
Tulevat tapahtumat