Aurora Borealis - natthimmelens dansende lysshow

Av: Thale Augensen, Petter Lieng Danielsen, Egil Espnes og Sander Hilmarsen

Vi som bor nord for Polarsirkelen har alle vært vitne til det spektakulære lyset som omkranser himmelen på en mørk og skyfri kveld. Det er jordas magnetfelt og atmosfære som bestemmer hvor nordlyset opptrer på jorda. Dette lysfenomenet ligner intet annet fenomen på nattehimmelen. Planeter, måner, stjerner og sola hører til det forutsigbare og evige i menneskets liv. Aurora Borealis er derimot skiftende, flyktig og uberegnelig. Her har kosmos sjansen til å demonstrere sine bevegelser, magnetiske og elektriske krefter og ikke minst farger i enestående natur.

Aurora Borealis' dannelse starter på den glødende gasskula, nemlig sola. Solas overflate har en temperatur på rundt 5500 ℃, der temperaturen øker jevnt inn mot kjernen som har en temperatur på svimlende 15 millioner ℃. Det blir en forandring i atomkjernen når denne høye temperaturen oppnås. Elektronene blir sparket løs fra atomkjernen som fører til at gassen blir ionisert (en prosess der et molekyl eller et atom omdannes til ioner). Det oppstår da en stofftilstand som kalles plasma, samtidig som det foregår gassbevegelser opp og ned i de ytre lagene av sola. Med solas langsomme rotasjon gjør dette at det blir dannet kraftige magnetfelt. Området hvor de magnetiske kreftene virker holder på den ioniserte gassen og dette hindrer at varme gassbobler i å komme opp fra det indre av sola. Med det kjølner deler av solas overflate slik at den stråler mindre sterkt. Vi observerer disse områdene som mørke flekker som vi kaller solflekker. Ved solflekkene forekommer det kraftige eksplosjoner som kan medføre i at jorda blir bombardert med energirike fotoner og energirike partikler. Disse solflekkene har magnetfelter opptil 5000 ganger kraftigere enn jordas magnetfelt som er tettest på den siden som vender mot sola.

Magnetfeltet på sola er ofte ustabile og komplisert og kan nærmest "kortslutte" som utløser eksplosjoner. På kort tid kan store energimengder bli frigjort og fører til utblåsning som i sin tur kan gi intenst nordlys på jorda.

Disse eksplosjonene fra sola kalles solvind, som kommer i form av energirike ladde partikler bestående hovedsakelig av høyenergiske elektroner og protoner.

Når skyen av elektriske ladde partikler blåses ut fra sola, blir solvinden å treffe magnetfeltet og disse partiklene blir da dratt fram og tilbake mellom polene. Det oppstår etterhvert en partikkelstorm ved at partiklene spinnes ned mot polene, siden partikkelstrømmen tidvis blir forstyrret. På veien inn mot polene, i gjennom jordas atmosfære, vil disse partiklene kollidere med molekyler i lufta, som nitrogen og oksygen. Dette foregår i de ytterste lagene av atmosfæren altså på høyder rundt 80-300 km. Kollisjonene som oppstår frigjør dermed energi, der noe blir tatt opp av atomene og molekylene. Atomene blir dermed eksiterte, som betyr at atomene går til et høyere energinivå enn grunntilstanden. Kort tid etterpå, vil energien sendes ut i form av elektromagnetisk stråling som synlig lys, det vi oppfatter som nordlys. Nordlyset kan ha ulike farger. Disse eksiterte elektronene, vil gå tilbake til grunntilstanden, altså til et lavere energinivå. Når dette skjer, sendes det ut elektromagnetisk stråling, eller fotoner, med en bestemt bølgelengde. Hva som avgjør fargen nordlyset opptrer i, er energien til fotonene og hvilken type atomer det er snakk om. Aurora Borealis består av bestemte typer farger. Rød og-blåfiolettfargen kommer fra ioniserte nitrogenatomer, men primært fra oksygenet. Gulgrønt lys kommer fra ioniserte oksygenatomer.

Nordlyset oppstår ved at atomer og molekyler i jordas atmosfære kolliderer med ladde partikler fra sola. For at dette lysfenomenet skal kunne oppstå, må tre nødvendige punkter oppnås.

1. Sola sender solvind (elektriske ladde partikler) ut i verdensrommet

2. Jordas magnetfelt styrer partiklene i solvind mot jordas polområder

3. Jordas atmosfære består av molekyler og atomer som blir truffet av solvinden og sender ut fotoner (som er en partikkel med bestemte egenskaper)

Dette er altså hvordan det mystiske og beundringsverdige himmelfenomenet nordlys oppstår.