Nordlys i nyt lys
Resultater fra ESA’s satellit-klynge Cluster hjælper nordiske forskere med at forstå de smukke fænomener på himlen
Flot ser det ud, når himlen på de nordlige breddegrader dekoreres med tæpper af bølgende lys, også kendt som nordlys. Data fra den europæiske rumfartsorganisation ESA’s klynge af satelliter, Cluster, der udforsker samspillet mellem Solen og Jorden, kaster nyt lys over fænomenet.
Det har længe været kendt, at nordlyset opstår, når elektroner, der er accelereret til stor hastighed i den såkaldte stratosfære rammer lokale magnetfelter i den øverste del af atmosfæren, kaldet ionosfæren. Her ramler elektronerne ind i ionosfærens molekyler og atomer, som gløder, når de optager energi fra elektronerne. Imidlertid er der også lokale magnetfelter andre steder på kloden, så det gådefulde har været, hvorfor man kun ser nordlyset i områder nær polerne.
Data fra Cluster-missionen understøtter nu en teori fremsat i 2004 af professor Göran Marklund, Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Marklund konstaterede, at magnetfelterne har forskellig form afhængigt af, om man befinder sig enten tæt ved polerne eller nærmere ækvator. Felterne ved polerne – som altså giver mulighed for nordlys – er asymmetriske og S-formede, mens magnetfelterne ved ækvator er symmetrisk U-formede. Den svenske forsker foreslog, at de karakteristiske forskelle i felternes form er udløst af forskelle i egenskaberne af plasma, der ligger i magnetfelternes grænseflade.
1. maj 2003 krydsede et af Cluster-fartøjerne gennem en nordlys-zone. Som forventet i betragtning af breddegraden påviste fartøjets instrumenter eksistensen af et symmetrisk U-formet magnetfelt. 16 minutter senere krydsede et andet Cluster-fartøj, som fulgte omtrent den samme kurs, gennem det samme område og fandt i stedet et asymmetrisk S-formet magnetfelt. Det var uventet i denne del af atmosfæren.
Umiddelbart virkede resultaterne til at være i kontrast til Göran Marklunds teori, men en nærmere analyse viste, at egenskaberne af plasma i området havde ændret sig i løbet af de 16 minutter, der var gået mellem passagen af de to satellitter. Egenskaberne var derved kommet til at minde om dem, man ser på de nordlige breddegrader.
Forskerne konkluderede derfor, at den ændrede ”konfigurering” fra en U-formet til en S-formet struktur – og de tilknyttede elektriske strømme, der opretholder nordlyset – afslører en ændring i plasma-betingelserne på to sider af en grænseflade.
Resultaterne er et stort skridt fremad i forståelsen af de elektriske strømme i forbindelse med nordlys, men der er stadig uopklarede spørgsmål. For eksempel: hvordan opstår og vedligeholdes den proces, som accelererer elektronerne op til høj hastighed? I 2008 og 2009 skal Cluster-satellitterne udføre målinger i accelerations-zonen, som befinder sig mellem 5000 og 8000 kilometers højde. Forskerne har store forventninger til, at målingerne vil øge forståelsen af fænomenet yderligere.
De nye resultater er offentliggjort i det seneste nummer af tidsskriftet Journal of Geophysical Research.
