Correcting for interplanetary scattering in velocity dispersion analysis of solar energetic particles

To understand the origin of Solar Energetic Particles (SEPs), we must study their injection time relative to other solar eruption manifestations. Traditionally the injection time is determined using the Velocity Dispersion Analysis (VDA) where a linear fit of the observed event onset times at 1 AU to the inverse velocities of SEPs is used to derive the injection time and path length of the first-arriving particles. VDA does not, however, take into account that the particles that produce a statistically observable onset at 1 AU have scattered in the interplanetary space. We use Monte Carlo test particle simulations of energetic protons to study the effect of particle scattering on the observable SEP event onset above pre-event background, and consequently on VDA results. We find that the VDA results are sensitive to the properties of the pre-event and event particle spectra as well as SEP injection and scattering parameters. In particular, a VDA-obtained path length that is close to the nominal Parker spiral length does not imply that the VDA injection time is correct. We study the delay to the observed onset caused by scattering of the particles and derive a simple estimate for the delay time by using the rate of intensity increase at the SEP onset as a parameter. We apply the correction to a magnetically well-connected SEP event of 2000 June 10, and show it to improve both the path length and injection time estimates, while also increasing the error limits to better reflect the inherent uncertainties of VDA

Supermagnetosonic jets behind a collisionless quasi-parallel shock

The downstream region of a collisionless quasi-parallel shock is structured containing bulk flows with high kinetic energy density from a previously unidentified source. We present Cluster multi-spacecraft measurements of this type of supermagnetosonic jet as well as of a weak secondary shock front within the sheath, that allow us to propose the following generation mechanism for the jets: The local curvature variations inherent to quasi-parallel shocks can create fast, deflected jets accompanied by density variations in the downstream region. If the speed of the jet is super(magneto)sonic in the reference frame of the obstacle, a second shock front forms in the sheath closer to the obstacle. Our results can be applied to collisionless quasi-parallel shocks in many plasma environments.Comment: accepted to Phys. Rev. Lett. (Nov 5, 2009

Tutoropettajien kokemuksia tutoropettajatoiminnasta ja tieto- ja viestintäteknologian opetuskäytöstä

Tiivistelmä. Tutoropettajat ovat opettajia, jotka ohjaavat muita opettajia digitaalisuuden tarkoituksenmukaiseen hyödyntämiseen, tukevat uutta pedagogiikkaa ja edistävät opetuksen digitalisaatiota. Tutoropettajatoiminta on käynnistynyt nykyisessä laajuudessaan Sipilän hallituksen osaamisen ja koulutuksen kehittämiseen suunnatun Uusi peruskoulu-kärkihankkeen myötä vuonna 2016. Vuonna 2018 suomalaisissa peruskouluissa toimi noin 2300 tutoropettajaa. Tämän pro gradu -tutkielman tarkoituksena on selvittää, miten tutoropettajatoimintaa toteutetaan suomalaissa kouluissa, miten toimintaa voisi kehittää sekä millaisia käsityksiä tutoropettajilla on tieto- ja viestintäteknologian opetuskäytöstä. Teoreettisessa viitekehyksessä tarkastellaan teknologispedagogisen sisältötiedon teoriaa eli TPACK-mallia. Lisäksi syvennytään koulujen digitalisaation kehitykseen ja tutoropettajatoiminnan taustoihin. Tämän laadullisen tutkimuksen aineistonkeruu on toteutettu sähköisellä kyselylomakkeella. Aineisto koostuu 41 tutoropettajan vastauksista ja se on analysoitu aineistolähtöisen sisällönanalyysin keinoin. Tutkimuksen tuloksissa korostuvat tutoropettajan tehtävän monipuoliset toteuttamistavat. Yleisimpiä tutorointimuotoja ovat aineiston perusteella henkilökohtainen tutorointi ja samanaikais- tai yhteisopettajuus. Lisäksi yhteistyötä tehdään muiden tutoropettajien kanssa ja osin toimitaan myös työparina tai tiiminä, millä on tärkeä merkitys verkostoitumisen ja vertaistuen kannalta. Tutoroinnista hyötyvät molemmat osapuolet: tutoropettajat kertovat kehittyneensä ammatillisesti ja vuorovaikutus- ja ihmissuhdetaitojen saralla. Tutorointia vastaanottaneet opettajat puolestaan rohkaistuvat kokeilemaan uusia teknologisia ratkaisuja sen jälkeen, kun tutoropettaja on auttanut heidät alkuun. Toiminnassa on myös haasteita, joista keskeisimmät liittyvät ajallisiin ja taloudellisiin resursseihin sekä tutoroitavien opettajien asenteisiin. Tutoropettajat ovat tutkimuksen perusteella tottuneita ja osaavia tieto- ja viestintäteknologian käyttäjiä, ja he käyttävät tieto- ja viestintäteknologiaa keskimääräistä enemmän sekä työssä että vapaa-ajalla. Tieto- ja viestintäteknologiaa valitaan käyttää opetuksessa ensi sijassa pedagogiikan ja sen tuoman lisäarvon perusteella. Tieto- ja viestintäteknologian opetuskäytön suurimmat vahvuudet liittyvätkin juuri sen tuomaan lisäarvoon ja vaihtelevuuteen sekä opettajan työn helpottamiseen. Haasteiksi puolestaan ovat osoittautuneet nykyiseen käyttöön riittämättömät tai soveltumattomat laitekannat ja verkkoyhteydet, opettajien asenteet ja taidot sekä laajan tarjonnan rajaaminen. Tutoropettajat kehittäisivät tutoropettajatoimintaa lisäämällä siihen ajallisia resursseja sekä vakiinnuttamalla toiminnan rahoituksen. Tutkimusta voi hyödyntää jatkossa tutoropettajatoiminnan kehittämisessä

The universal functorial equivariant Lefschetz invariant

We introduce the universal functorial equivariant Lefschetz invariant for endomorphisms of finite proper G-CW-complexes, where G is a discrete group. We use K_0 of the category of "phi-endomorphisms of finitely generated free RPi(G,X)-modules". We derive results about fixed points of equivariant endomorphisms of cocompact proper smooth G-manifolds.Comment: 33 pages; shortened version of the author's PhD thesis, supervised by Wolfgang Lueck, Westfaelische Wilhelms-Universitaet Muenster, 200

Preconditioned Uzawa-type method for a state constrained parabolic optimal control problem with boundary control

© 2016, Pleiades Publishing, Ltd.Iterative solution method for mesh approximation of an optimal control problem of a system governed by a linear parabolic equation is constructed and investigated. Control functions of the problem are in the right-hand side of the equation and in Neumann boundary condition, observation is in a part of the domain. Constraints on the control functions, state function and its time derivative are imposed. A mesh saddle point problem is constructed and preconditioned Uzawa-type method is applied to its solution. The main advantage of the iterative method is its effective implementation: every iteration step consists of the pointwise projections onto the segments and solving the linear mesh parabolic equations

Relative flux trade-offs and optimization of metabolic network functionalities

Trade-offs between traits are present across different levels of biological systems and ultimately reflect constraints imposed by physicochemical laws and the structure of underlying biochemical networks. Yet, mechanistic explanation of how trade-offs between molecular traits arise and how they relate to optimization of fitness-related traits remains elusive. Here, we introduce the concept of relative flux trade-offs and propose a constraint-based approach, termed FluTOr, to identify metabolic reactions whose fluxes are in relative trade-off with respect to an optimized fitness-related cellular task, like growth. We then employed FluTOr to identify relative flux trade-offs in the genome-scale metabolic networks of Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, and Arabidopsis thaliana. For the metabolic models of E. coli and S. cerevisiae we showed that: (i) the identified relative flux trade-offs depend on the carbon source used and that (ii) reactions that participated in relative trade-offs in both species were implicated in cofactor biosynthesis. In contrast to the two microorganisms, the relative flux trade-offs for the metabolic model of A. thaliana did not depend on the available nitrogen sources, reflecting the differences in the underlying metabolic network as well as the considered environments. Lastly, the established connection between relative flux trade-offs allowed us to identify overexpression targets that can be used to optimize fitness-related traits. Altogether, our computational approach and findings demonstrate how relative flux trade-offs can shape optimization of metabolic tasks, important in biotechnological applications. (c) 2022 The Author(s). Published by Elsevier B.V. on behalf of Research Network of Computational and Structural Biotechnology.Peer reviewe

Global and local disturbances in the magnetotail during reconnection

We examine Cluster observations of a reconnection event at <I>x</I><sub>GSM</sub>=−15.7 <I>R<sub>E</sub></I> in the magnetotail on 11 October 2001, when Cluster recorded the current sheet for an extended period including the entire duration of the reconnection event. The onset of reconnection is associated with a sudden orientation change of the ambient magnetic field, which is also observed simultaneously by Goes-8 at geostationary orbit. Current sheet oscillations are observed both before reconnection and during it. The speed of the flapping motions is found to increase when the current sheet undergoes the transition from quiet to active state, as suggested by an earlier statistical result and now confirmed within one single event. Within the diffusion region both the tailward and earthward parts of the quadrupolar magnetic Hall structure are recorded as an x-line passes Cluster. We report the first observations of the Hall structure conforming to the kinks in the current sheet. This results in relatively strong fluctuations in <I>B<sub>z</sub></I>, which are shown to be the Hall signature tilted in the <I>yz</I> plane with the current sheet

Sivistystä vapaasti kaikille? Tutkimus kansalaisopistojen ja kansanopistojen esteettömyydestä

Vapaan sivistystyön esteettömyys -tutkimuksen tavoitteena oli selvittää esteettömyyden toteutumista kansalaisopistoissa ja kansanopistoissa. Tutkimus rajattiin niin, että opistojen esteettömyyttä tarkasteltiin erityisesti vammaisten ja erilaisten oppijoiden kannalta. Tutkimuksen kokonaisuus muodostui opistoille tehdystä esteettömyystutkimuksesta, kahdesta opiskelijoiden kokemuksia kartoittaneesta tutkimuksesta sekä kuuden opiston esteettömyyskartoituksesta. Tässä raportissa esitetään sekä kokooma projektin toteutuksesta ja tuloksista että yksityiskohtainen raportti opistoille tehdyn esteettömyystutkimuksen tuloksista. Tutkimuksen lähtökohtana on ollut Yhdistyneiden kansakuntien vuonna 2006 hyväksymä vammaisten ihmisoikeussopimus, johon Suomikin on sitoutunut. Se velvoittaa viranomaisia ja koulutuksen järjestäjiä huolehtimaan siitä, että vammaisille tarjotaan samat mahdollisuudet koulutukseen osallistumiseen kuin muille kansalaisille. Esteettömyys on tutkimuksessa ymmärretty suhdekäsitteenä, jonka jäseninä ovat opistossa toimivat ihmiset, sen tarjoama opiskeluympäristö ja toiminnassa noudatetut käytänteet. Esteettömyys toteutuu, kun opiston toimintaa kehitetään hyödyntämään myös vammaisten ja oppimisvaikeuksisten opiskelijoiden ja opettajien kannalta parhaita toimintatapoja, välineitä ja palveluja. Siitä hyötyvät myös muut opistoyhteisön jäsenet. Opistotutkimuksessa oli kuusi tutkimusongelmaa. Ne koskivat (1.) kansalaisopistojen ja kansanopistojen esteettömyyden yleisyyttä ja sisältöä, (2.) esteettömyyden kuvausrakennetta, (3.) mahdollisuutta muodostaa opistojen esteettömyystypologia, (4.) esteettömyyden selittymistä opistoa ja (5.) sen kotikuntaa kuvaavilla tekijöillä sekä (6.) Suomen suuralueiden (Etelä-Suomi, Länsi-Suomi, Itä-Suomi, Pohjois-Suomi) opistojen välisiä esteettömyyseroja. Tiedot opistoista kerättiin kyselylomakkeella, jonka kysymykset koskivat opistojen rakennettua ympäristöä, opiskelua ja hallintoa. Lisäksi kysyttiin muutamia opistoa ja lomakkeen vastaajaa koskevia taustatietoja. Lomake lähetettiin kaikille Suomen kansalaisopistoille ja kansanopistoille (198+83=281), joista 231 (82,2 %) palautti lomakkeen viimeistään kolmannen kyselykerran jälkeen, joten kato oli 17,8 %. Tutkimus osoitti, että useimmissa opistoissa oli selviä puutteita erityisesti vammaisten opiskelijoiden näkökulmasta, reilusti yli puolessa tarkastelluista esteettömyystekijöistä puutteita oli yli sadassa opistossa. Rakennetussa ympäristössä oli vakavia esteitä sekä tilojen liikkumisesteettömyydessä että näkemis- ja kuulemisympäristöjen esteettömyydessä. Joka toisessa opistossa vain noin puolet sisätiloista soveltui apuvälineen kuten esimerkiksi pyörätuolin tai rollaattorin käyttäjille. Induktiosilmukan käyttömahdollisuus oli alle kolmasosassa opistoista. Erilaisten oppijoiden kannalta tulkinta ei ollut yhtä selkeä. Opistokyselyn vastaajat arvioivat opetuksen esteettömyyttä hyvin myönteisessä hengessä ja opistojen vastaukset viittasivat muutenkin siihen, että henkilökunnan halukkuus ottaa vammaisuudesta ja oppimisvaikeuksista aiheutuvia tarpeita huomioon oli hyvä. Esteettömyyden huomioonottaminen näkyi kuitenkin suhteellisen heikosti opistojen hallinnossa, erityisesti opetushenkilöstön koulutuksessa, ohjeistuksessa ja tiedotuksessa. Kaikkien opistojen opettajat eivät saaneet kylliksi tukea esteettömän opetuksen toteuttamiseen. Esteettömyyttä tarkasteltiin sekä yleisen esteettömyyden kannalta että monimuuttuja-analyyseilla muodostettua kolmitekijäistä kuvausrakennetta käyttäen. Rakenne koostui Hallinnon esteettömyydestä, Opetuksen esteettömyydestä ja Rakennetun ympäristön esteettömyydestä. Tutkitut opistot jakautuivat neljään esteettömyystyyppiin, jotka olivat Hallinnon esteettömyyden kärkityyppi, Opetuksen esteettömyyden kärkityyppi, Rakennetun ympäristön kärkityyppi ja Esteettömyyden keskityyppi. Kärkityyppiin kuuluminen kertoi opiston keskimääräistä paremmasta sijoittumisesta jollakin esteettömyyden alueella. Muutamat keskityyppiin sijoittuneet opistot olivat hyvin esteellisiä, mutta suuressa osassa esteettömyys oli tyydyttävällä tasolla. Yhtään täysin esteetöntä opistoa ei silti kärkityypeistäkään löytynyt. Opistotyyppien tarkastelu osoitti, että opetuksen esteettömyyden parannukset sekä rakennusten ja pihojen korjaukset eivät ilman hallinnon määrätietoista johtamista, aikatauluttamista ja motivointia sekä henkilöstön kouluttamista tuota vammaisten ja erilaisten oppijoiden kannalta esteetöntä opistoa. Parhaat opiston esteettömyyden opistokohtaiset selittäjät olivat opiston tyyppi (kansalaisopisto / kansanopisto) ja opiston päätoimisen henkilöstön määrä. Tämä päti myös esteettömyystyyppeihin. Kansanopistot olivat esteettömämpiä kuin kansalaisopistot ja ne olivat myös yliedustettuina hallinnon esteettömyyden ja opetuksen esteettömyyden kärkityypeissä; rakennetun ympäristön kärkityypissä opistotyypeillä ei ollut eroa, mutta keskityypissä kansalaisopistoilla oli selvä yliedustus. Opiston kotikuntaa kuvaavat tekijät eivät selittäneet johdonmukaisesti yleisen esteettömyyden tai sen osatekijöiden vaihtelua. Alueellinen tasa-arvo toteutui vapaan sivistystyön opistojen esteettömyyden osalta: suuralueiden välillä ei ollut havaittavissa selkeitä eroja opistojen esteettömyydessä. Raportin lopussa esitetään suositukset vapaan sivistystyön esteettömyyden kehittämiseksi

On the characterization of magnetic reconnection in global MHD simulations

The conventional definition of reconnection rate as the electric field parallel to an x-line is problematic in global MHD simulations for several reasons: the x-line itself may be hard to find in a non-trivial geometry such as at the magnetopause, and the lack of realistic resistivity modelling leaves us without reliable non-convective electric field. In this article we describe reconnection characterization methods that avoid those problems and are practical to apply in global MHD simulations. We propose that the reconnection separator line can be identified as the region where magnetic field lines of different topological properties meet, rather than by local considerations. The global convection associated with reconnection is then quantified by calculating the transfer of mass, energy or magnetic field across the boundary of closed and open field line regions. The extent of the diffusion region is determined from the destruction of electromagnetic energy, given by the divergence of the Poynting vector. Integrals of this energy conversion provide a way to estimate the total reconnection efficiency