Hva er nordlys?

Nordlys har lenge både skremt og fascinert menneskene. Gjennom tidene har man undra seg svært over hva nordlyset egentlig kan være og det har kommet opp de mest fantasifulle forklaringer, fra døde jomfruer, barns sjeler og varsel om krig og ulykke til refleksjoner fra svaners vingeslag.

Gradvis har vitenskapen kommet nærmere ei forklaring på fenomenet. En av de første realistiske beskrivelser av nordlyset kom i boka Kongespeilet på 1200-tallet. Den første vitenskapelige nordlysforskinga starta på 1700-tallet og allerede da blei det lansert teorier om at nordlyset hadde sammenheng med jordas magnetfelt. På 1800-tallet blei det forska mye på nordlyset, bl.a. fra flere steder i Finnmark, men først etter atomteoriene som blei utvikla tidlig på 1900-tallet blei det mulig å forstå hva som virkelig skjer og som skaper de praktfulle skuespill vi kan se på himmelen i kalde vinternetter.

I seinere tid har fenomenet også lokka turister fra hele verden til å besøke de arktiske områdene for å beskue det vakre lysfenomenet. Men nordlys er mer enn bare et vakkert lysfenomen, det er også vårt vindu til rommet gjennom vilket vi kan observere komplekse fysikalske prosesser i et naturlig plasmamiljø, nær vår egen planet.

Her er ei kort sammenfatning av det vitenskapen i dag mener at nordlys eller polarlys egentlig er:
Plasma, som er en ionisert gass bestående av frie elektroner og protoner, fyller ut den største delen av vårt synlige univers, med unntak for de kalde himmellegemene, så som vår egen jord. Vårt solsystem er fullt av plasma som strømmer ut fra sola i den såkalte solvinden. De lada partiklene drar også med seg solas magnetfelt, når disse støter på planeter, asteroider og andre ”hinder”, vekselvirker de med hverandre gjennom kompliserte plasmafysiske prosesser. Når dette skjer ved vår egen jord, kan det påvirke vårt daglige liv, i ekstreme tilfelle kan de lede til at satellitter blir ødelagde og at vi blir ramma av strømavbrudd nede på jorda. Men som oftest leder det til at vi kan beskue det vakre nordlyset.

Nordlyset oppstår når solvinden kolliderer med jordas magnetfelt. Magnetfeltet leder ned de ladde partiklene i atmosfæren, i områdene omkring nord- og sørpolen. Når disse høyenergiske partiklene kolliderer med atomer og molekyler i den øvre delen av atmosfæren, tar de opp energien og blir eksitert. Når de går tilbake til sin normale tilstand sender de ut overskuddsenergi i form av lys. Fargen avhenger av hvor mye energi som sendes ut, som i sin tur avhenger av hvilken type av atom eller molekyl som er involvert. Det klassiske grønne lyset oppstår når elektroner kolliderer med oksygenmolekyler i ei høyde på ca 100-150 km.

Hvor på jorda man kan observere nordlys beror til største del på jordens magnetfelt. Under normale forhold er det omkring nord- og sørlysovalen som partiklene kan ta seg ned via magnetfeltet inn i atmosfæren. Ved kraftige geomagnetiske forstyrrelser kan ovalene presses mot ekvator. Det betyr at man da kan se nordlys lengre sørover. Jordas magnetfelt er også i stadig forandring. De magnetiske polene flytter hele tida på seg og med ca 100 000 års mellomrom bytter nord- og sørpolen plass. Disse förandringer leder også til at man under visse perioder har sett nordlys nærmere ekvator. Denne endring av nordpolens posisjon, i kombinasjon med solas aktivitet kan også forklare hvorfor det finns veldig lite nedtegna om nordlys av vikingene. I Kongespeilet som blei skrevet omkring år 1230, beskrives nordlys som et fenomen som kan ses på Grønland. Dette kan forklares av at solaktiviteten ikke var like høy på den tida, det kan også bero på at nordpolens posisjon var en annen enn den er idag og at Skandinavia ikke lå i nordlyssonen.

Samisk mytologi og tradisjoner om nordlys

Både i samisk tradisjon og i andre folkelige tradisjoner blei nordlyset tillagt overnaturlige krefter, og vi kan finne nordlyssymboler på samiske trommer (runebommer). Det samiske ordet for nordlys, guovssahas, har av noen blitt forklart som "lyset som høres", mens andre mener denne forklaringa ikke stemmer. Både samer og andre har hevda at man kan høre nordlyset. Det har vært avvist av vitenskapen fordi nordlyset er så langt oppe at ingen lyd derifra kan nå ned til jorda. I seinere år har imidlertid finske forskere klart å måle en lyd som opptrer sammen med nordlyset, men som skriver seg fra steder langt nærmere jorda. (https://www.tv2.no/a/3831197/)

I samisk tradisjon heter det at man ikke skal erte nordlyset, da det da kan slå tilbake. I boka Under Nordlysets Straaler gjengir Sophus Tromholt ei regle som blei brukt ved erting av nordlyset, og som han hevder at "neppe tidligere er trykt":

Guovssahas, viehká, viehká
lippaha, lippaha
veahčir-oaivi
navar-gazza-juolgit
ruona healmmit
lippaha, lippaha
buoide bihtáš njálmmis
gáhkobihtáš gieđas
viehká lippaha

Hvorfor skal vi forske på nordlys?

Nordlysforskning er som mye av dagens forskning, drevet av menneskers nysgjerrighet etter å utforske verden rundt oss. Denne type av grunnforskning kan gi svar på spørsmål som vi ikke engang viste at vi hadde, og den driver den teknologiske utviklingen videre.

Sjøl om vi idag forstår de grunnleggende prinsippa for hvordan nordlyset oppstår, så er forskningen knytta til nordlys viktig. Nordlyset er vår TV-skjerm til nærrommet, og gjennom å studere dets former, farger og bevegelser, kan vi lære oss om plasmaprosesser som foregår ute i rommet nær jorda. Disse prosessene påvirker oss i aller høgeste grad, ikke minst i dagens moderne samfunn, med satellitter og elektriske system som er sårbare mot solstormer. Man har siden den moderne tidas begynnelse, fått erfare hvordan solstormer kan forårsake strømavbrudd og ødelegge følsom teknikk. Da solvinden består av lada partikler med høg energi, er det lett å forstå at både satellitter og astronauter er i fare. Solstormene kan også påvirke radiosignaler og gjøre GPS mindre pålitelig. Ved et kraftig utbudd på sola, tar det vanligvis 2-3 dager før partiklene når jorda. Vi kan da stenge av følsom elektronikk ombord på satellitter og advare astronauter mot å oppholde seg utafor romstasjonen eller romskipet. Men det er ikke bare gjenstander i omløpsbane som kan påvirkes. Store soleksplosjoner kan lede til kraftige geomagnetiske forstyrrelser, som i sin tur induserer strømmer nede på marknivå. Disse strømmene kan skape problemer i kraftledninger og forårsake strømavbrudd. Et eksempel på dette var i 1989, da elnettet i Quebec i Canada blei slått ut, milliontalls mennesker var uten strøm i 12 timer. Nordlyset som uppsto i følge av den samme solstormen, kunde ses helt ned til Florida og Cuba.

Eldre nordlysforskning

Noen pionerer i nordlysforskninga

Anders Celsius (1701-1744) – Oppdaget forbindelsen mellom nordlys og forstyrrelser i jordas magnetfelt
Anders Jonas Ångström (1814-1874) – Nordlysspektra
Kristian Birkeland (1867-1917) – Nordlys dannes av ladde partikler fra sola
Carl Størmer (1874-1957)  – Høydemålinger av nordlyset
Hannes Alfvén (1908-1995) – Plasma i magnetfelt, Alfvén-bølger – Nobelpris i fysikk 1970

Nordlysforskning idag

Idag skjer forskning på nordlys med ulike typer av instrumenter, både fra bakken under nordlyset med hjelp av kamera og radar, ovafra med hjelp av satellitter i bane omkring jorda og innifra nordlyset, med såkalte sonderaketter som blant annet blir skutt opp fra Andøya i Nordland fylke og fra Esrange i Nord-Sverige.

En av fordelene med markbaserte observasjoner er at man kan følge nordlyset fra samme plass under en lengre tid. Det er også mest praktisk og økonomisk med tanke på reparasjoner av instrument. Likevel finnes det store problem med markbaserte observasjoner. Den optiske nordlysforskers største fiende er skyer. Nordlysobservasjoner er veldig avhengig av været og å ha en skyfri himmel er en nødvendighet for at man skal kunne samle inn data. Med satellitter slipper man både problemet med skyer og atmosfæriske forstyrrelser. Det er også mulig å få et oversiktelig bllde av nordlyset da satellitten rører seg over et større område.

Norge er framstående innom nordlysforskningen, både pga av sin plassering i forhold til nordlysovalen men også pga. av den infrastrukturen som finnes her. Tilgangen på mørke lett tilgjengelige steder gjør Norge attraktivt, både for nordlysforskere og turister som vil oppleve fenomenet. På Svalbard har man gjort optiske observasjoner av nordlys allerede i begynnelsen av 1880-tallet. På grunn av Svalbards posisjon i forhold til den magnetiske nordpolen, går det her å ikke bare observere nordlys om natta, men også om dagen, såkalt dagsnordlys som har litt andra egenskaper enn nordlyset vi kan se om natta. Det første permanente observatoriet blei grunnlagt av Professor Kjell Henriksen i 1978 i Adventdalen utafor Longyearbyen. På brgynnelsen av 2000-talet blei det bygd et nytt observatorium som fikk navn etter grunnleggeren av det gamle, Kjell Henriksen Observatoriet (KHO). Idag finnes der mer enn 25 optiske instrumenter, og også noen andre instrumenter som brukes til å studere den mellomste og øverste delen av atmosfæren.

En annen måte å studere nordlys er med hjelp av radar. Man kan med radar og radiobølger undersøke en mengde ulike egenskaper hos atmosfæren og ionosfæren, den øvre delen av atmosfæren der nordlyset finns. En av Skandinaviens viktigaste internasjonale nordlysforskningsprosjekter innom dette område, er EISCAT eller European Inchoherent Scatter Scientific Association. EISCAT er et samarbeid mellom flere land. Administrasjonen ligger i Kiruna i Sverige mens den tekniske huvedbygningen ligger på Ramfjordmoen utafor Tromsø.

EISCAT blei danna i 1975 og instrumentene har vært i bruk sidan 1981. Senderen ligger ved anlegget på Ramfjordmoen, og mottakerstasjoner i Kiruna i Sverige og i Sodankylä i Finland. EISCAT har også to antenner på Svalbard.

På Ramfjordmoen finnes også en heating radar, med hvilken man kan utføre aktive eksperimenter. Med hjelp av radiobølger av en viss frekvens, varmer man opp en liten del av ionosfæren og skaper noe som kan sammenlignes med nordlys. Lyset som skapes er for svakt til å kunne ses med det blotte øyet, men med hjelp av følsomme kamera kan man observere disse lyspulsene.

EISCAT har også nylig starta oppbyggningen av en ny generasjon radarsystem, EISCAT 3D, som skal anvendes til å utforske den øvre delen av atmosfæren og de fysikalske prosessene i nordlyssonen. Det nye anlegget kommer til å dramatisk forbedre både rom- og tidsoppløsningen, studere romvær og klima, overvåke romskrot og studere asteroider nær jorda. Den første av disse felt av radarantenner er under oppbyggning i Skibotn.

Så seint som i 2019 blei det offentliggjort at forskere ved Birkelandsenteret i Bergen har funnet ut mer om forskjellene på nordlys og sørlys og årsakene til disse.

Nå pågår det nordlysforsking gjennom raketter som sendes opp fra rakettsenteret på Andøya.

Energi fra nordlys kan også brukes til å kartlegge mineraler på havbunnen .

Nordlysforskning i Finnmark

Finnmark har spilt en stor rolle innafor nordlysforskinga i Norge og verden.
Den første internasjonale ekspedisjonen kom til Alta i 1838, og overvintra i Bossegohppi. Da de reiste blei observasjonene fortsatt av ledelsen ved kopperverket i Kåfjord. I det internasjonale polaråret 1882-83 var Alta igjen hovedkvarter for nordlysforskinga, samtidig som nordlysforskeren Sophus Tromholt overvintra i Guovdageaidnu (se lenger ned på sida). I 1892 klarte man endelig å ta brukbare bilder av nordlyset, og det skjedde nettopp i Alta. Etter initiativ fra professor Kristian Birkeland bevilga Stortinget i 1897 til bygging av et nordlysobservatorium på Háldi (Haldde-toppen) i Alta og til fast drift fra 1910. Drifta varte til 1928, da forskinga blei flytta til Tromsø. Bygningene på Háldi blei ødelagt under krigen, men restaurert på 1980-tallet.

[Hva slags instrumenter hadde man på Háldi, og hva fant man ut?]

Alta museum har ei stor utstilling om nordlyset og observatoriet på Háldi.

Nordlys og nordlysforskning i Guovdageaidnu

Guovdageaidnu er en fin plass å studere nordlyset. Med åpent landskap og ofte klart vær. Derfor kom da også den danske astrofysikeren og fotografen Sophus Tromholt til Guovdageaidnu for å studere nordlyset i det internasjonale polaråret 1882-83. Fototeknikken var da ikke nok utvikla til at han kunne få gode bilder av nordlyset, men han tok ei mengde bilder av folk, bygninger og natur i Guovdageaidnu. Fra oppholdet i Finnmark skreiv han boka Under Nordlysets Straaler, som kom ut i 1885 og på nytt i faksimile i 2007.

Tromholts fotosamling fra Finnmark er på 231 negativer og 189 originalkopier. Dette er oppbevart på Universitetet i Bergen. Et utvalg av Tromholts portrettfoto er kolorert i ettertid og har vært utstilt i Guovdageaidnu 2017-18. Det arbeides nå for å få ei større Tromholt-utstilling i Guovdageaidnu.

I boka si har Tromholt et kapittel på hele 114 sider via "Om Nordlyset". Der skildrer han hva vitenskapen på den tida visste om nordlysets karakter og framtoning, og nordlysforsking, samtidig som han forklarer sin egen forsking, hvilke instrumenter han brukte og hva han fant ut. Han gjorde observasjoner hver dag eller rettere natt på bestemte tider, målte høyden av nordlyset og beskrev hva han så. Dette kunne han så seinere sammenligne med samtidige observasjoner gjort ved nordlysstasjonene i Alta og Sodankylä, og dette kunne bl.a. brukes til beregning av nordlysets høyde over jorda, som i den tida var et svært omstridt spørsmål innafor vitenskapen.

Seinere har ikke Guovdageaidnu hatt noen så framtredende plass i nordlysforskinga som Alta og Kiruna, men fra 2018 er man igjen på banen. Samisk videregående skole og reindriftsskole har montert et kamera som automatisk tar bilder av himmelen til forskjellige tide på døgnet og slik også får ei rekke bilder av nordlys. Dette blir automatisk lagt ut på skolens nettside

Kilder

Axelsson, Katarina: Studies of auroral processes using optical methods, Luleå tekniska universitet 2013
Brekke og Egeland: Fra mytologi til romforskning, Grøndahl 1979
Sandahl, Ingrid: Norrsken - budbärare från rymden, Institutet för rymdfysik, Kiruna
Tromholt, Sophus: Under nordlysets stråler. 1885/2007
EISCAT
The Kjell Henriksen Observatory
Fire in the Sky Finsk film om nordlysforskning
GuovssahasNRK: Serie på samisk barne-TV