Åpent vindu mot verdensrommet

LONGYEARBYEN: Fra Svalbard kan forskerne "se" ut i verdensrommet. Øygruppen på 80 grader nord ligger nemlig under polarkløften - en åpning i jordas magnetfelt. Gjennom denne trakten ledes partikkelstrømmen fra Sola mot Jordas atmosfære og bombarderer luftgassene til lysutsendelse - nordlys. På grunn av sin helt spesielle beliggenhet er Svalbard blitt en internasjonal observasjonsplattform for dagnordlys.

POLARKLØFTEN: Svalbard ligger under den såkalte polarkløften, der magnetfeltet er svakt. Solvindpartikler fanges opp av Jordas magnetfelt og styres ned mot polområdene hvor de produserer det såkalte dagnordlyset.  Kilde: ESA

I slutten av oktober sender Sola sine siste stråler over landskapet, og Svalbard går inn i mørketiden. I over to måneder, fra slutten av november til begynnelsen av februar, er det mørkt som natten hele døgnet. For forskerne er tussmørket en gave fra himmelen: Det gir dem muligheten til å studere det spesielle fenomenet dagnordlys . Nordlyset som opptrer om dagen, er direkte stimulert av solvindengjennom polarkløften

Nordlyset – et laboratorium

Sola sender hele tiden ut plasmaskyer, det vil si gasser av elektrisk ladde partikler. Jordas magnetfelt fungerer som en romdrakt, og sammen med atmosfæren beskytter den oss mot partikkelstråling.

Nordlyset - som flagrende draperier i gulgrønt og skarlagen, foldet ut av himmelske krefter. Tilsynelatende. Men hva er det egentlig som foregår?

– Nordlys dannes når elektrisk ladde partikler fra Sola - solvinden - fanges opp av Jordas magnetfelt og styres ned mot polområdene. Drøyt 100 kilometer over bakken stoppes partiklene av gassene i Jordas atmosfære og nordlyset ”tennes”, forklarer professor Jøran Moen ved Gruppe for plasma- og romfysikk ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.

Moen har forsket på dagnordlysfenomenet siden han begynte på sin doktorgrad ved Universitetet i Oslo i 1990 og har bodd på Svalbard under dagnordlyset i fem år.

– Nesten 99 prosent av materien i universet er i en plasmatilstand. Nordlyssonen er et gigantisk laboratorium for å studere plasmafysikk, og nordlysstudier kan hjelpe oss til å forstå grunnleggende fysiske prosesser av universell betydning, påpeker han.

En fundamental egenskap for magnetisert plasma er at ladde partikler ikke får gå på tvers av magnetfeltet. Ladde partikler kan derimot fritt flyte langs magnetfeltet ned mot polområdene.

– Polarkløften på dagsiden utgjør en tunnelåpning hvor koblingen mellom solvinden og Jordas øvre atmosfære er sterkest, noe som manifesterer seg i dagnordlysfenomenet. Etter en frisk gassutblåsning på Sola tar det tre-fire dager før vi ser effekten i form av økt nordlysaktivitet. Gjennom dette kikkhullet kan vi observere romvær fra bakken.

Nordlys om dagen

Nordlyset opptrer hyppigst og med størst intensitet langs et ovalformet belte, nordlysovalen. Det nordlyset vi ser i Nord-Norge, kalles gjerne nattnordlys fordi det ligger på nattsiden av Jorda. Det opptrer om kvelden og natten. Dagnordlyset forekommer på dagsiden av Jorda.

– Dagnordlyset kan studeres bare noen få steder i verden. For at vi skal kunne observere dagnordlys fra bakken, må vi befinne oss ca. 10-15 grader fra den magnetiske pol. Dessuten er vi avhengige av at det er mørkt om dagen. Disse betingelsene er til stede på Svalbard, påpeker Moen.

Og dessuten: Golfstrømmen gjør at været her er mildere enn noe annet sted på tilsvarende breddegrad i Arktis eller Antarktis. Og gruvedriften på øysamfunnet har sørget for en infrastruktur som det ikke finnes maken til noe sted så nær polområdet.

– Svalbard har derfor en helt suveren beliggenhet for studier av dagnordlys og er det eneste stedet hvor det lar seg gjøre å gjennomføre omfattende observasjoner. Nasjonal og internasjonal forskningsinnsats har gjort øygruppen til verdens observasjonsplattform for dagnordlys.

Hvorfor nordlysforskning?

Neste år er det 25 år siden UiO startet sitt Dagnordlysprogram på Svalbard. Det startet som et samarbeid med Universitetet i Alaska, Fairbanks og Universitetet i Tromsø, hvor Oslo spesialiserte seg på studier av nordlys som et fotavtrykk av vekselvirkninger mellom solvinden og Jordas magnetfelt (magnetosfærefysikk).

J�Moen foran EISCAT-parabolen

RADAR: På toppen av Gruve 7-fjellet i Adventdalen utenfor Longyearbyen, troner to gigantiske parabolantenner. Det er EISCAT-radaren på Svalbard vi ser. _ Radaren er den mest avanserte i sitt slag. Med den kan vi foreta gode målinger av atmosfæren fra 90 og opp til 1000 kilometer, forteller Jøran Moen   Foto: Trine Nickelsen (©)

– Siden den gang har en rekke nasjoner og forskningsgrupper strømmet til, og vi er et internasjonalt team som forsker på dagnordlyset og polare atmosfærefenomener med stadig mer avansert utstyr. Multi-instrumentteknikker med kombinasjon av radar, optikk, satellitter og raketter gjør at prosessene i nordlyset kan studeres mye mer detaljert enn tidligere, forteller Moen.

Han viser til at kunnskap fra nordlysforskningen også er overførbare på andre planeter.

– Alle planeter i vårt solsystem som har en atmosfære og et magnetfelt, har ”nordlys”, noe som gir oss indirekte informasjon om planetens magnetfelt og atmosfæresammensetning. Det er mange uløste problemstillinger relatert til planetatmosfærer: Hvordan dannes og hvordan beholder en planet sin atmosfære? Hvilken betydning har magnetfeltet i den sammenheng?

På toppen av Gruve 7-fjellet i Adventdalen utenfor Longyearbyen troner to gigantiske parabolantenner. Det er EISCAT-radaren på Svalbard vi ser.

– Radaren er den mest avanserte i sitt slag. Med den kan vi med høy presisjon måle ”været” rundt nordlyset - plasmatetthet, vinder og temperaturer, forteller Moen.

Radaren benyttes av forskere fra EISCATs medlemsland og deres samarbeidspartnere verden over. EISCAT (European Incoherent Scatter Facility) er en internasjonal samarbeidsorganisasjon med Norge, Sverige, Finland, Storbritannia, Tyskland, Frankrike og Japan som deltakernasjoner. Radaren inngår i et større radarnettverk med stasjoner i Tromsø, Kiruna og Sodakylä.

– Radaren kan foreta gode målinger av atmosfæren fra 90 og opp til 1000 kilometer. Med den kan vi for eksempel kartlegge plasmaskyer som beveger seg én til to kilometer i sekundet, og vi forsøker nå å utforske hvordan disse dannes når plasma drifter gjennom polarkløften og inn i polkalotten. Det er av praktisk betydning for HF radiobølgekommunikasjon og GPS navigasjon som kan forstyrres av slike plasmaskyer.

Nøkkelkompetanse på raketter

Gruppen for plasma og romfysikk har 40 års erfaring fra rakettvirksomhet, og de har også spesialisert seg på å stille diagnose på skytebetingelser. Raketter gjør det mulig å foreta detaljerte målinger inni nordlyset.

– Når en skal skyte en rakett til 15-20 millioner kroner inn i nordlyset, er det viktig å kunne forutsi med sikkerhet at den vil treffe målet, og at nordlyset er av ønsket type, påpeker Moen.

Han har vært invitert en rekke ganger som rådgiver og ekspert på ”nordlysvarsling” ved rakettoppskytinger fra Svalbard.

– For nordlysvarsling benytter vi oss av satellitten ACE ute i solvinden, som kontinuerlig måler forholdene i solvinden, samt et nordlyskamera for å se på responsen. Vi kan gi temmelig nøyaktige forvarsler på en time. UiOs spesialkompetanse på dette feltet har gitt oss inngangsbillett på alle nordlysraketter som er blitt skutt over Svalbard. Med våre ”all-sky”-kameraer avbilder vi hele himmelhvelvingen, og bildene blir brukt som referansesystem for detaljerte rakettmålinger. I desember i år vil en ny NASA-rakett stå klar for oppskyting i Ny-Ålesund, og UiO er med på både instrumenteringssiden og bakkestøtte i form av nordlysvarsling.

Forskerne ved UiO har tett samarbeid mot romfartsorganisasjonene i Europa, USA og Japan (ESA, NASA, ISAS), og de samarbeider mye mot England (University of Leicester, Rutherford Appleton Laboratory) og USA (University of New Hampshire, US Air Force, Goddard Space Flight Center, Mission Research Corporation) og mot Japan (National Institute of Polar Research) og Kina (Polar Research Institute of China).

– UiOs dagnordlysprogram har vært særdeles vellykket og er en viktig døråpner for internasjonalt samarbeid, sier Moen.

– Gruppens kompetanse fra rakettvirksomhet er blitt videreført på satellittinstrumentering, og deltakelse på Cluster-satellittene har i så måte vært et prestisjeprosjekt for oss, framholder han.

Det er den europeiske romfartsorganisasjonen, ESA, som gjennomfører satellittprosjektet Cluster. Målsettingen er å studere dynamikken når solvinden kobler seg til Jordas magnetfelt og danner nordlys.

– Dette er hittil det største satellittprosjektet på magnetosfæreforskning. Det spesielle med Cluster er at fire like satellitter flyr i formasjon rundt Jorda og passerer gjennom kildeområdene til nordlyset. Cluster gjør målinger på fire punkter samtidig, og vi kan for første gang studere både rom- og tidsvariasjoner til bølgefenomen i magnetosfæren, påpeker Moen.

Clusterprosjektet var en viktig motivasjon for byggingen av EISCAT-radaren på Svalbard. Kombinasjonen av bakke- og satellittmålinger gir forskerne mulighet til å studere årsak og virkningsforhold i nordlyset.

– Nordlyset kan betraktes som en TV-skjerm for magnetosfæreprosesser, og alle som har sett et aktivt nordlys, skjønner at kildemekanismene også må være svært komplekse. At vi nå har etablert modeller for å varsle nordlys, gjør oss i stand til å formulere spørsmål mer presist enn tidligere. Kombinasjonen bakke, satellitt og raketter gir oss muligheten til å teste hypoteser med kirurgisk nøyaktighet, understreker Moen.

Omsetningen for norsk romrelatert virksomhet var på vel fem milliarder kroner i fjor. Det gjør denne industrien til en betydelig virksomhet i Norge. Romrelatert industri er inne i en sterk vekst, som er antatt å bli på en milliard per år framover.

– Det er stort behov for høyt kvalifisert arbeidskraft. Her har universitetet en rolle å spille. Vi har etablert kontakt mellom Fysisk institutt og Institutt for informatikk om framtidig samarbeid mellom romfysikk- , elektronikk- og informatikkmiljøene ved Universitetet i Oslo. Med det nye Mikroteknologisenteret åpner det seg nye muligheter for UiO og romrelatert forsknings- og utdanningsvirksomhet. Hvis vi ved UiO kunne erklære romvirksomhet som et satsingsområde og koordinere eksisterende spisskompetanse mellom instituttene, vil vi kunne bane veien for en spennende framtid innen for eksempel mikro- og nano-satellitter, avslutter Moen.

Fakta:

  • Nordlys skyldes ladde partikler fra Sola som kommer inn i Jordas magnetfelt.
  • På den sørlige halvkule er betegnelsen sørlys. Aurora borealis (i nord) og aurora australis (i sør). Fellesbetegnelsen er polarlys .
  • Nordlys forekommer hyppigst i et belte rundt den magnetiske pol i en avstand på ca. 2500 km fra den. De samme formene kan observeres samtidig som speilbilder av hverandre i nord og sør.
Av Trine Nickelsen
Publisert 1. mars 2012 12:02 - Sist endret 1. mars 2012 12:03
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere