Rakettoppskytning løser nordlysgåten

Nordlyset kan føre til at fly i polarområdene mister radioforbindelsen over lengre tid. Nå skal professor Jøran Moen skyte opp raketter for å finne årsaken. Målet er gode varslingsrutiner.

RAKETT GIR SVARET: I 2007 skyter forskerne opp en rakett til fire millioner kroner for å avsløre nordlysets hemmeligheter. Foto: Agnete Brun

Over polarområdene skaper nordlyset så store forstyrrelser på radiosambandet at det er et problem for flytrafikken. På grunn av krumningen på Jorda må flyene i polarområdene ty til høyfrekvent radiokommunikasjon. Radiosignalene blir da sendt via ionosfæren, som er den delen av jordatmosfæren som ligger mellom 80 og 500 kilometer over bakken. Ettersom ionosfæren har et gasslag med elektriske partikler, blir signalene reflektert som fra et speil og sendt tilbake til Jorda.

Problemet er at nordlyset kan føre til slik turbulens i ionosfæren at radiosignalene ikke blir reflektert. Da mister flyene i polarområdene radioforbindelsen. Ifølge kontrollsentralen i Bodø kan problemene, spesielt om vinteren, vedvare fra et par timer til noen døgn. Turbulensen kan også påvirke GPS-navigasjonen.

– I verste fall kan dette gi en betydelig feil i navigeringen, forteller professor Jøran Moen ved Fysisk institutt. Han har fått stipend for yngre fremragende forskere fra Norges forskningsråd. Moen er ekspert i rom– og plasmafysikk, en gren i fysikken som studerer gasskyer av elektroner og ioner (elektrisk ladde atomer) i det nære verdensrommet. Ett av formålene hans med nordlysforskningen er å kunne gi en forklaring på når den høyfrekvente radioforbindelsen og GPS-navigasjonen ikke virker som de skal.

Forskerne vet riktignok at problemet er tiltagende ved solstormer, slik som i høst da solen hadde det kraftigste utbruddet på 50 år. Likevel vet de så lite om nordlyset at det ikke er mulig å gi presise forhåndsvarsler på når kommunikasjonsproblemene oppstår.

Nordlyset dannes når solvinden, som består av elektrisk ladde partikler, fanges opp av Jordas magnetfelt og styres ned mot polarområdene. Når disse partiklene stoppes av de ladde gassene i atmosfæren, vel 100 til 200 kilometer over bakken, ”tennes” nordlyset.

Måling i rakettfart

I dag kan nordlysfenomenet bare studeres med fjernmåling fra bakken eller fra forskningssatellitter 800 kilometer over bakken. Fordi dagens måleinstrumenter befinner seg flere hundre kilometer fra nordlyset, blir målingene så grovkornete at man ikke kan se detaljer på mindre enn ti kilometer i utstrekning.

For å forstå mekanismene i nordlyset må forskerne studere fenomenet meter for meter. Da er målinger fra rakett den eneste muligheten.

NAVIGERINGSFEIL: Nordlys kan i verste fall gi betydelig feil i navigeringen for fly i polarområdene, forteller professor Jøran Moen ved Fysisk institutt. Foto: Yngve Vogt

I 2007 skyter professor Jøran Moen opp en fire millioner kroners rakett fra Ny Ålesund på Svalbard. Den åtte meter lange raketten på flere tonn skal fly i 20 minutter og befinne seg i nordlyset mellom fem og ti minutter, før den styrter i havet sørvest for Svalbard. Under hele oppskytningen stenges luftrommet i Nord-Atlanteren mellom Island, Grønland, Norge og Svalbard.

Forskerne har ikke råd til bomskudd. Ettersom nordlyset varierer sterkt fra dag til dag, kan forskerne takket være moderne instrumentering i Nord-Norge og på Svalbard stille en meget presis diagnose for når raketten bør skytes opp. Likevel er det mulig å feile med noen minutter, fordi nordlyset kan endre seg på svært kort tid.

Ny retning i fysikken

Jøran Moen håper å avsløre nordlysets hemmeligheter ved å studere virvlene og finstrukturene i elektrontettheten i den ladde gassen.

Siden sekstitallet har forskere studert nordlyset med radarekko, men ingen har klart å gi noen forklaring på observasjonene. For Jøran Moen har dette vært veldig utilfredsstillende. Nå håper han på ny grunnleggende forståelse i fysikk.

– Lykkes vi med rakettmålinger av småskalafenomen i romplasma, vil vi kunne åpne en ny retning innen fysikken.

Turbulensgåten

Jøran Moen håper samtidig å kunne kartlegge turbulensfenomenet på en ny måte ved å beskrive den voldsomme turbulensen i plasmaskyene. Over Nordpolen kan plasmaskyene bli opptil 1000 kilometer store. Når man i dag studerer hvordan plasma med lav elektrontetthet skyver på plasma med stor elektrontetthet, ser man på radar at de ikke følger dagens teorier.

– Ved hjelp av radarstudier vet vi at radiokommunikasjonsproblemene oppstår når store plasmaskyer driver over polkalotten. Det eksisterer flere teorier på hvordan disse plasmaskyene kvernes opp i finskalastrukturer. Nå gjenstår det å teste dem. Når vi kjenner til årsaken, kan vi varsle forstyrrelser i de høyfrekvente radioforbindelsene.

Gir svar på kosmos

Nordlyset er et unikt laboratorium for å forstå resten av universet. For 99 prosent av det kjente universet er magnetisert plasma, det vil si ladd gass med magnetfelt.

– Den dagen vi forstår nordlyset, har vi nøkkelen til å forstå resten av plasmauniverset. Fundamentale problemstillinger relatert til turbulens og spleising av magnetfelt er spesielt utfordrende. Denne forskningen har derfor universell betydning, påpeker professor Jøran Moen.

En vesentlig del av prosjektet er å minimere vekten på instrumentene ved å ta i bruk mikrosystemteknologi. På den måten kan plassen i raketten bli bedre utnyttet.

– Vi skal ha instrumenter som måler elektrontetthet, elektriske felt, magnetfelt, strømmer og partikkelnedbør.

For at alle dataene skal komme frem i tide, før raketten stuper i havet, må dataraten fra raketten økes til ti Mb i sekundet. Det er en tidobling fra dagens hastighet.

Norge spesielt egnet

Jøran Moen sier at den geografiske beliggenheten til Norge gjør landet spesielt egnet til å forske på det nære rommet. Internasjonale romforskere strømmer til Andøya og Svalbard, som er blitt hele verdens observasjonsplattform.

– Vi er så heldige at nordlyset vandrer mellom Svalbard på dagtid og Nord-Norge på nattestid. Klimaet er gjestmildt, og det er bygd opp betydelig infrastruktur med muligheter til å skyte opp forskningsraketter fra Andøya og Svalbard. Dette gjør at vi har et spesielt fortrinn til å hevde oss internasjonalt, understreker professor Jøran Moen på Fysisk institutt.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Fysikk, Astrofysikk, romfysikk, astronomi Av Yngve Vogt
Publisert 1. mars 2012 10:51 - Sist endret 1. mars 2012 10:57
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

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