Solstormer kan skape fantastiske nordlysshow p? Jorda. Uheldigvis kan solstormene ogs? sl? ut b?de navigasjonen og radiokommunikasjonen til flyene. For bare noen m?neder siden, i begynnelsen av november 2015, var solstormen s? intens at hele flytrafikken ble innstilt i S?r-Sverige. Det h?rer til sjeldenhetene. Faren for flykaos er st?rst i polare str?k.
Solstormer ?delegger ikke bare for flytrafikken, men kan ogs? skade romfartsinstallasjoner, satellitter og astronauter, elektriske anlegg p? Jorda, telekablene i havet og kommunikasjon med skipstrafikken og oljeinstallasjonene i nord.
– N? n?r polisen smelter, blir nordomr?dene stadig viktigere. Da trenger vi romv?rvarsling for ? forutsi n?r kommunikasjonen ikke fungerer og om satellittene midlertidig b?r sl?s av, forteller f?rsteamanuensis Wojciech Jacek Miloch p? Fysisk institutt ved UiO. Han leder den nesten f?rti mann store tverrfaglige forskergruppen 4DSpace, som unders?ker turbulens og ustabiliteter i ionosf?ren.
Ionosf?ren er den ?verste delen av jordatmosf?ren, 80 til 500 kilometer over bakken. Gassen i ionosf?ren er elektrisk ladd og kalles plasma. Ionosf?ren er viktig i radiokommunikasjon fordi den reflekterer radiob?lgene tilbake til Jorda.
– For oss fysikere er det viktig ? forst? de fysiske prosessene som skaper irregulariteten i plasmaet, poengterer Miloch.
Solskyer bombarderer Jorda
Hva er det som egentlig skjer? Eksplosjonene p? Sola slynger ut voldsomme mengder plasmaskyer med elektrisk ladde partikler, slike som elektroner, protoner og heliumpartikler. Partiklene n?r Jorda med en ufattelig hastighet p? 400 kilometer i sekundet.
Uten magnetfeltet rundt Jorda hadde plasmaskyene fra Sola svidd av Jorda for lenge siden. Takket v?re magnetfeltene blir solvinden holdt unna Jorda p? god avstand. Unntaket er ved de magnetiske polene. Her trenger solvinden ned til ionosf?ren. Den enorme kollisjonen med de ladde gassene i ionosf?ren skaper det ber?mte nordlyset.
Og det er nettopp her i de elektrisk ladde skyene at det skapes s? mye turbulens at radiosignalene reflekteres feil. Det g?r ut over b?de kommunikasjonen og det satellittbaserte navigasjonssystemet GPS. Turbulens er et klassisk problem i fysikken som dessverre enn? ikke er l?st.
– Vi trenger denne forskningen for bedre ? forst? hvordan nordlyset p?virker GPS, hvor lenge GPS-en vil v?re nede og hvor store forstyrrelsene blir. N?r Sola varmer opp atmosf?ren, blir den ionisert. Elektrontettheten vil da ?ke i dette omr?det, forteller professor Dag Lorentzen ved Universitetssenteret p? Svalbard (UNIS).
Solstormene danner to typer nordlys. Det ene er dagnordlyset, som blir til mer enn 250 kilo-meter over bakken. Det andre er det mye sterkere nattnordlyset, som tennes s? langt ned som 100 kilometer over bakken.
Svalbard er perfekt geografisk plassert for ? studere dagnordlys. Nattnordlyset dannes hyppigst p? den breddegraden som Troms? ligger p?.
For ? avsl?re det indre livet i ionosf?ren, har forskerne tilgang til en rekke installasjoner. Tre av dem er p? Svalbard.
Ser 3000 kilometer
Den ene installasjonen kalles Superdarn (Super Dual Auroral Radar Network), det er et internasjonalt nettverk av sv?re radarstasjoner som m?ler aktiviteten i ionosf?ren over store deler av jordkloden.
Da Apollon bes?kte Svalbard i sommer, satte fysikere opp Superdarn p? et plat? litt ?st for Longyearbyen. Anlegget har to rekker med antenner. De st?rste antennene er tjue meter h?ye. Prislappen er ti millioner kroner.
– Svalbard-radaren er det norske bidraget i det globale Superdarn-nettverket, forteller profess?r J?ran Moen, som i en ?rrekke har v?rt primus motor for nordlysforskningen ved UiO.
Takket v?re de nye antennene p? Svalbard kan forskerne studere hvordan ionosf?ren ser ut i de polare omr?dene. De kan faktisk se s? langt som 3000 kilometer.
Superdarn m?ler alt i storskala. Forskerne f?r med andre ord ingen detaljerte bilder.
Nordlysforskerne er spesielt interessert i ? bruke Superdarn til ? unders?ke hvordan solvinden danner s?kalte konveksjonsceller i ionosf?ren. N?r plasmaet fra Sola presses ned mot Jorda, transporteres det mellom konveksjonscellene, som endrer form hele tiden, frem til det omr?det der nattnordlyset tennes.
– Romforskerne bruker derfor nordlyset som et verkt?y til ? studere hva som skjer n?r solgassene dundrer inn i Jordatmosf?ren, forteller stipendiat Xiangcai Chen, som tar doktorgraden sin p? nordlysfysikk i Arktis.
Sjekker temperatur og hastighet
Den andre store installasjonen p? Svalbard kalles Eiscat (European Incoherent Scatter Scientific Association). Den ligger bare noen hundre meter fra Superdarn. Eiscat har to sv?re parabolantenner p? over 30 og 40 meter i diameter, som brukes til ? unders?ke mye mindre omr?der av ionosf?ren enn Superdarn, men med langt bedre oppl?sning.
Forskerne bruker ogs? Eiscat til ? m?le temp-eraturen, ionehastigheten og elektrontettheten i plasmaet.
For noen ?r siden brukte professor J?ran Moen data fra Eiscat til ? sl? fast at Jorda pumper ut ufattelige 300 tonn oksygen daglig i en 100 meter bred og 50 000 kilometer h?y fontene fra ionosf?ren og ut i verdensrommet. Bare halvparten blir sugd tilbake igjen til Jorda. Svalbard har luftfontenen rett over hodet fire til seks timer hver dag.
Observerer bare i m?rketiden
Det tredje store installasjonen er Kjell Henriksen-laboratoriet, oppkalt etter fysikkprofessor Kjell Henriksen (1938–1996) ved Universitetet i Troms?. Det gamle nordlysobservatoriet l? nede i dalen, men m?tte flyttes lenger unna fordi det etter hvert ble for mye lys fra Longyearbyen. Det nye ble plassert rett overfor Eiscat.
Dette er et optisk laboratorium som bare fungerer i stummende m?rke. Om sommeren er glasskuplene tildekket med aluminium for ? hindre at lyset skal skade instrumentene.
I laboratoriet finnes 32 optiske instrumenter. Det ene er eid av UiO. Her kan forskerne se p? hva som skjer i ionosf?ren og hvordan nordlyset endres over tid.
– Linsen er et ekstremt fiske?ye som tar bilde av hele himmelhorisonten, forteller Dag Lorentzen.
De fotograferer helt bestemte b?lgelengder av nordlyset. Dataene sammenlignes s? med observasjonene fra Superdarn og Eiscat.
Skyter rakett inn i nordlyset. N?r forskerne observerer ionosf?ren fra landjorda, m? de studere den p? flere hundre kilometers avstand. For ? f? et mer detaljert bilde, er de n?dt til ? m?le hva som skjer, midt inne i nordlyset. Den eneste m?ten ? gj?re dette p?, er ? sende opp raketter.
– Raketter gir oss unike observasjoner som vi ikke kan f? fra bakke eller satellitt, p?peker Miloch.
Forskerne har allerede i flere ?r sendt opp raketter. De har v?rt proppet med avanserte instrumenter som i l?pet av noen f? minutter har m?lt finstrukturene i plasmaskyene. Intet er hyllevare. Mye er konstruert p? fysikkverkstedet p? UiO.
Et av de viktigste instrumentene i raketten er noen sm? antenner som skal m?le elektrontetthet-en i ionosf?ren. Det ble konstruert for fire ?r siden av noen stipendiater og professorer ved Fysisk institutt, og kunne den gang m?le elektrontettheten ti tusen ganger raskere enn det NASA klarte. Avstand- en mellom observasjonspunktene ble da redusert fra sju kilometer til under en meter.
Dagens raketter gir bare et detaljert bilde langs rakettbanen, det vil si observasjoner i to dimensjoner, men det er ikke nok. For ? f? et romlig bilde trenger forskerne ? observere fenomenet i tre dimensjoner.
Rakett med seks d?tre
Til sommeren skal UiO v?re med p? tidenes mest moderne forskningsrakett. Vel oppe i ionosf?ren skal raketten spy ut ekstra m?leinstrumenter.
Dette er f?rste gang i verdenshistorien at nordlysforskere tar denne teknikken i bruk.
– Da kan vi omsider studere turbulensen i tre dimensjoner, forteller Miloch.
I f?rste omgang skal de teste ut om det nye systemet fungerer. Raketten m? rotere for ? v?re stabil. Det er det samme prinsippet som at du faller av sykkelen om du ikke beveger deg. Vel oppe i ionosf?ren vil den roterende raketten slenge ut seks d?tre. Takket v?re sentrifugalkraften vil d?trene sakte, men sikkert bevege seg vekk fra moderraketten.
D?trene, som bare er ti centimeter brede og fire centimeter h?ye, skal ha kontakt med moder-raketten inntil de er én kilometer unna. I praksis betyr det at forskerne kan gj?re tredimensjonale m?linger i fire til ni minutter, avhengig av hvor h?yt raketten g?r.
– Den store utfordringen v?r er ? f? d?trene til ? kommunisere med raketten.
All kommunikasjon til bakken skjer mens raketten er i lufta. Etter endt misjon styrter b?de raketten og d?trene ned i havet. Selv om raketten freser igjennom nordlyset med en svimlende hastighet p? én kilometer i sekundet, er m?leinstrumentene s? raske at avstanden mellom hver enkelt m?ling bare er p? noen f? centimeter.
– I praksis betyr det at vi kan f? nesten kontinuerlige m?linger.
Finberegning av rakettstart
Sommerens rakett skal skytes opp fra And?ya. Dette er et 澳门葡京手机版app下载 med Norges arktiske universitet i Troms?. Raketten skal m?le plasmastrukturene i st?vskyer. St?vskyene p?virker ekkosignalene fra radar. Denne fysikken er ikke forst?tt. Nordlysforskerne benytter samtidig anledningen til ? sjekke om alle instrumentene i b?de moderraketten og d?trene fungerer som de skal.
I 2018 planlegger de ? sende opp en egen forsk-ningsrakett fra Ny-?lesund p? Svalbard. Da m? de v?re sikre p? ? treffe blink.
Denne raketten er tre meter lang, veier 140 kilo og skal fly opp til 350 kilometers h?yde. Raketten koster tjue millioner kroner. De f?r bare ett fors?k. De m? derfor beregne n?r det er lurest ? sende den opp.
– Det er tricky ? skyte opp en rakett.
De kan velge n?r de vil skyte opp raketten i l?pet av en periode p? ti dager, med mulig utskytning noen timer hver dag.
– I denne perioden kan luftrommet stenges p? kort varsel. Vi er avhengig av b?de nordlys og at det ikke bl?ser for mye. Ellers styrter raketten, forklarer Miloch.
For ? f? finne det beste utskytningstidspunktet, baserer de seg p? observasjoner fra b?de Superdarn, Eiscat og Kjell Henriksen-laboratoriet.
– Da kan vi se n?r de kraftige plasmaskyene, som ?delegger kommunikasjon med satellittene, kommer. N?r vi vet hastigheten p? plasmaskyene, kan vi beregne n?r det er lurest ? sende opp raketten. Men det er alltid en liten gambling ? skyte opp en rakett. Vi m? forutsi hva som kommer til ? skje de neste fem til ti minuttene, sier Miloch.
F?r solstormen treffer Jorda kan de f? et diskret lite hint, med en times varsel, av ACE-satellitten, som befinner seg halvannen million kilometer unna, p? gravitasjonslikevekten mellom Jorda og Sola.
– Da kan vi si noe om hvor stor sjansen er for nordlys, sier Dag Lorentzen.
Utskytningen kan stoppes i siste liten. Nesten i hvert fall.
– Det er faktisk mulig ? stoppe raketten n?r det bare er 40 sekunder igjen, men da er s? ? si alt i gang, forteller Lorentzen.
Hundre d?tre
I fremtiden h?per Miloch ? kunne skyte ut raketter med opptil hundre d?tre om gangen.
– Da f?r vi en bisverm av instrumenter som f?lger raketten gjennom nordlyset.
Den f?rste utfordringen er ? lage d?trene sm? og samtidig kunne kommunisere med dem. Dessuten ?nsker forskerne ? plassere instrumenter i d?trene som b?de kan m?le elektrontettheten og magnetiske og elektriske felt.
– Da m? vi erstatte avansert elektronikk med en liten chip.
Her f?r nordlysforskerne hjelp av nanoteknologene p? Institutt for informatikk ved UiO, men det er en annen historie.
m?le temperaturen, hastigheten og elektrontettheten i den elektrisk ladde gassen i
ionosf?ren. Foto: Yngve Vogt