Purjelentokoneella avaruuden reunalle

Perlan II teki maailmanennätyksen, kun se ensimmäisenä purjekoneena nousi 23 kilometrin korkeuteen. Ennätysten ohella lennoilla haetaan tietoa stratosfäärin vaikutuksesta sääilmiöihin ja ilmastonmuutokseen.

Perlan II teki maailmanennätyksen, kun se ensimmäisenä purjekoneena nousi 23 kilometrin korkeuteen. Ennätysten ohella lennoilla haetaan tietoa stratosfäärin vaikutuksesta sääilmiöihin ja ilmastonmuutokseen.

Maailmanennätys tehtiin 2. syyskuuta 2018. Lento alkoi 13 kilometrin korkeudesta Andien yläpuolelta, jonne hinauskone oli vienyt Jim Paynen ja Tim Gardnerin ohjaaman Perlan II -purjelentokoneen.

Siitä 500-kiloinen kone jatkoi tuulen mukana. Perlan II:n siipien kärkiväli on 25 metriä, ja se on suunniteltu ottamaan kaikki hyöty irti vuoristoissa esiintyvistä lämpimistä nousevista ilmavirtauksista.

Virtaus vie koneen 19,2 kilometrin korkeudessa kulkevan niin sanotun Armstrongin rajan yli. Sen yläpuolella ilmanpaine on niin alhainen, että ihminen pysyy hengissä vain painepuvussa.

Paynen ja Gardnerin onneksi koneen ohjaamo on paineistettu.

Viisi tuntia lähdön jälkeen Perlan II liiteli 23 kilometrin korkeudessa eli melkein neljä kilometriä ylempänä kuin yksikään motorisoimaton lentokone aiemmin.

Samoissa korkeuksissa ovat käyneet ainoastaan kaasupallot ja vakoilulentokoneet.

Perlan II voi liidellä ilmakehän ylärajoilla ja mitata tuulten nopeuksia, ilman lämpötilaa ja ilmakehän koostumusta ilman pelkoa siitä, että moottorin pakokaasut sotkevat tuloksia.

Mittaustuloksista etsitään uutta tietoa yläilmakehän ilmiöistä ja niiden vaikutuksesta säähän ja ilmastonmuutokseen – sekä mahdollisesti apua Marsin ilmatilan valloittamiseen.

Vuoriaallot nostivat ennätykseen

Pitkään oletettiin, että purjekoneella ei ole mahdollista päästä 15:tä kilometriä korkeammalle, koska lämpimät nousevat ilmavirtaukset tavallisesti pysähtyvät siihen.

Nasan koelentäjä Einar Enevoldson ei kuitenkaan antanut oletusten olla esteenä.

Hän alkoi 1990-luvulla tutkia niin sanottuja vuoriaaltoja eli nousevia ilmavirtauksia, jotka syntyvät, kun maanpinnan lämpö lämmittää vuorten rinteillä olevaa ilmaa.

Vuoriaallot ovat erityisen voimakkaita silloin, kun polaariset suihkuvirtaukset ja polaaripyörre puhaltavat samaan aikaan.

Enevoldson sai selville, että vuoriaalto voi kantaa 39 kilometrin korkeuteen eli yli tuplasti niin korkealle kuin oli oletettu.

Vuonna 2006 Enevoldson ja yhdysvaltalainen ilmailuharrastaja Steve Fossett tekivät historiaa nousemalla Perlan I -purjekoneella 15 544 metrin korkeuteen Argentiinan Andien yläpuolelle.

Purjekone mittaa otsonia

Stratosfäärissä eli ilmakehän yläosassa liitely ei ole heikkohermoisten hommaa. Tuuli voi puhaltaa 400 kilometriä tunnissa, ja vuoriaallot voivat paiskata koneen syöksyyn tai vaaralliseen kierteeseen.

Perlan I päätyi hätälaskeutumiseen laskuvarjon varassa.

Lentokoneilla on kuitenkin monia avuja verrattuna säähavaintopalloihin ja satelliitteihin, joilla stratosfääriä on 1970-luvulta asti pääasiassa tutkittu.

Säähavaintopalloja on vaikea ohjata, ja satelliiteilla ei saada kartoitettua strastosfääriä yhtä läheltä kuin lentokoneilla.

Suihkukoneet ovat kyllä lentäneet jo pitkään korkeammallakin kuin Perlan II, mutta niiden suuri nopeus tekee tarkasta mittaamisesta vaikeaa.

Lisäksi niiden pakokaasut tekevät tuloksista epäluotettavia. Perlan II sen sijaan liitelee stratosfäärissä päästöjä tuottamatta samalla, kun sen anturit mittaavat ilmankosteutta, ilmanpainetta ja lämpötilaa.

Pitkään luultiin, että sääilmiöt syntyvät vain troposfäärissä eli ilmakehän kerroksessa, joka ulottuu 15 kilometrin korkeuteen.

Nyt tiedetään, että säätä ohjaa stratosfääri, josta vaikutukset siirtyvät alaspäin.

Stratosfäärissä vaikuttavat muun muassa polaaripyörteet, jotka kiertävät napaalueita. Pohjoisessa polaaripyörre kulkee Pohjoismaiden, Siperian ja Kanadan yläpuolella.

Polaaripyörre vaikuttaa sen alapuolella troposfäärissä puhaltaviin polaarisiin suihkuvirtauksiin.

Toisaalta polaaripyörteeseen vaikuttavat niin sanotut Rossby-aallot. Ne ovat troposfäärin hidasta aaltoilua, joka syntyy Maan pyörimisliikkeestä ja ilman ja maa- ja merialueiden vuorovaikutuksesta.

Rossby-aallot voivat yltää niin korkealle, että ne katkaisevat polaaripyörteen, jolloin troposfäärin suihkuvirtaukset heikkenevät ja lämmintä ilmaa pääsee napa-alueille ja sieltä kylmää ilmaa kohti etelää.

Perlan II:lta odotetaan uutta tietoa stratosfäärin tuuliolosuhteista, lämpötilasta ja kemiallisesta koostumuksesta.

Nämä tekijät vaikuttavat alempien ilmakehän kerrosten säähän, ja niiden tuntemus auttaa tekemään entistä luotettavampia sääennusteita etenkin Pohjois- ja Länsi-Euroopassa, missä stratosfäärin ja troposfäärin vuorovaikutus on erityisen voimakasta.

Ennätyskorkealla lentävä purjekone voi tuottaa uutta tietoa myös otsonista. Perlan II:n on määrä mitata, millaisia aukkoja otsonikerroksessa on vuosikymmeniä jatkuneiden päästöjen jäljiltä.

Vuoteen 1987 asti muun muassa jääkaapeissa käytettiin aineita, jotka yläilmakehään päästessään hajottavat otsonimolekyylejä. Perlan II lähtee katsomaan, miten otsonikerros on toipunut.

Purjelentokoneella otsonikerrosta tutkimaan

Stratosfäärissä on otsonikerros, joka suojaa Maata Auringon ultraviolettisäteilyltä. Vuosikymmenien ajan ilmakehään pääsi kemikaaleja, etenkin kloorifluorihiilivetyjä eli freoneja, jotka hajottivat yläilmakehän otsonia. Vuonna 2016 tutkimus osoitti, että otsonikerros on freonien kieltämisen jälkeen monin paikoin eheytynyt. Perlan II:n on määrä varmistaa asia mittaamalla otsonipitoisuus 20 kilometrin korkeudessa. Siellä ilmasta 90 prosenttia on otsonia.

Stratosfääri (15–50 kilometriä)

90 prosenttia otsonikerroksesta sijaitsee stratosfäärissä noin 20 kilometrin korkeudessa.

Troposfääri (0–15 kilometriä)

Ilmakehän alin osa, missä muun muassa matkustajakoneet lentävät.

Maanpinta

Ultraviolettisäteet, jotka pääsevät suojaavan otsonikerroksen läpi, osuvat Maan pintaan.

Seuraavaksi Marsiin

Stratosfäärissä ilma on 97 prosenttia ohuempaa kuin Maan pinnalla ja lämpötila on 70 miinusastetta. Samanlaiset olot vallitsevat Marsin kaasukehässä, jossa tosin ei ole happea.

Siksi tavallinen rakettimoottori ei siellä toimi. Sen sijaan Perlan II voisi hyvin liidellä siellä.

Purjelentokoneet voisivatkin olla ratkaisu pitkän matkan liikenteen tarpeisiin naapuriplaneetalla.

Jo ensi vuonna Jim Payne ja Tim Gardner aikovat tehdä uuden ennätyksen ja lentää ilmakehässä 27 kilometrin korkeuteen.