Svalbards spesielle nordlys

Nordlyset har alltid fasinert mennesker som har bodd i Arktis. Dette flagrende lyset over vinterhimmelen var lenge en gåte som man prøvde å forstå. I forbindelse med det første internasjonale polaråret i 1882/1883 overvintret en svensk forskningsekspedisjon på Svalbard for blant annet å studere nordlyset. De slo seg til på Kapp Thordsen i Isfjorden i huset som tidligere var bygget for en av Nordenskiölds ekspedisjoner – Svenskhuset. Basert på målinger fra forskningsekspedisjonen fant man ut at både det grønne og det røde nordlyset kom fra oksygen i atmosfæren, men under forhold forskjellig fra det man finner nær jordoverflaten.

De foreslo også at nordlyset blir påvirket av magnetfeltet til jorda og strømmer høyt opp i atmosfæren. Men hvor høyt? Dette var tydeligvis vanskelig å finne ut av, og de oppga høyden til nordlyset til mellom fem og 1.000 kilometer. Det var ikke før de norske nordlysforskerne Carl Størmer og Ole Krogness tidlig på 1900-tallet utviklet et kamera som var sensitivt nok til å ta bilder av nordlyset at man fant ut at høyden til nordlyset varierte mellom 90 til 300 kilometer, med et maksimum nær 110 kilometer over jordoverflaten. Størmer var assistenten til en annen kjent norsk nordlysforsker – Kristian Birkeland.

Det er ikke kjent om Birkeland noen gang var på Svalbard, men han var den vitenskapelige lederen for en annen nordlysekspedisjon på Spitsbergen i 1902/1903. Ekspedisjonslederen var Nils Christian Russeltvedt, og de satte opp sin stasjon på Akseløya ytterst i Van Mijenfjorden. Deler av denne stasjonen står der den dag i dag. Før dette – i 1896 – lanserte Birkeland sin teori om at nordlyset er skapt av partikler som kommer fra sola med svært høy hastighet. Disse partiklene blir fanget opp av jordas magnetfelt og bremset opp i atmosfæren, slik at atmosfæregassene gir fra seg lys.

I dag vet vi at denne teorien stemmer. Sola danner energi gjennom fusjon av hydrogen til helium, og i denne prosessen blir det litt masse til overs. Det er denne massen som omdannes til energi i form av sollys og små partikler som unnslipper solas sterke gravitasjons- og magnetfelt. Partiklene som unnslipper sola danner solvinden, og det kan gå to til tre dager fra partiklene forlater sola til de når jorda. Solvinden drar også med seg deler av solas magnetfelt, som kan koble seg sammen med jordas magnetfelt. Det er koblingen mellom de to magnetfeltene som gjør at solvindpartiklene får tilgang til jordas atmosfære.

Jordas magnetfelt har samme form som en stavmagnet – med en nord- og sørpol. Når magnetfeltet fra solvinden og magnetfeltet fra jorda kobler seg sammen, ledes solvindpartiklene ned mot polpunktene. Vi får derfor nordlys (og sørlys!) over polområdene til jorda når disse partiklene kolliderer med den øvre atmosfæren til jorda. Ved en kollisjon overføres energi fra et legeme til et annet. Dette skjer også når solvindpartiklene kolliderer med atmosfæregassene – i hovedsak oksygen og nitrogen. Oksygenet og nitrogenet ønsker å kvitte seg med den ekstra energien de får gjennom kollisjonen, og gjør det ved å sende ut lys.

Nordlyset kan ha mange flotte farger – både grønt og rødt nordlys kommer fra kollisjoner med oksygen. Kollisjoner med nitrogen kan lage en dyp rødfarge, men også blått nordlys. På Svalbard kan vi observere nordlys både på natt- og dagtid gjennom polarnatten. Midt på vinteren har vi 24 timer mørke og det er en forskjell på nordlys observert på natten og det vi observerer på dagen. Nattnordlyset er dominert av grønt nordlys fra en høyde på rundt 120 kilometer, mens dagnordlyset er dominert av rødt nordlys fra en høyde på rundt 250 kilometer. I tillegg til den synlige forskjellen på natt- og dagnordlys, er det også flere andre forskjeller – for eksempel antallet (høyere for dagnordlys) og energien (lavere for dagnordlys) til partiklene som kolliderer med atmosfæregassene. Men den viktigste forskjellen er noe annet vi ikke kan se; veien solvindpartiklene har tatt for å komme seg ned til atmosfæren.

Magnetfeltet til jorda strekker seg flere tusen kilometer ut i det nære verdensrommet. I tillegg til en atmosfære har jorda derfor en magnetosfære. Magnetosfæren virker som et skjold for partikkelstråling fra sola, men som nevnt er det en åpning i dette skjoldet over hvert av polområdene. Svalbards geografiske beliggenhet er slik at den på dagtid ligger rett under den nordlige halvkulens åpning i magnetosfæren. Dette betyr at på dagen har solvindpartiklene en direkte adgang ned til jordas atmosfære. Det er disse partiklene som skaper dagnordlyset. Solvindpartiklene som skaper nattnordlyset har en mye mer omstendelig vei før de havner i atmosfæren.

Hvordan jordas øvre atmosfære og magnetosfære påvirkes av variasjoner på sola kalles romvær. Romværet kan ha stor påvirkning på teknologi på jorda, som for eksempel satellittnavigasjon og radiokommunikasjon. Nordlyset er i seg selv et romværsfenomen. Derfor brukes nordlyset som en indikator på forandringer i romværet, og for studier av vekselvirkningen mellom sola og jorda. Denne vekselvirkningen er på sitt mest direkte over Svalbard, og mest synlig gjennom dagnordlyset. Det er dette som gjør Svalbard så spesielt og som er grunnen til de mange nasjonale og internasjonale forskningsinstallasjonene for nordlysrelaterte studier. I nærheten av Longyearbyen ligger både Kjell Henriksen Observatoriet, samt SuperDARN- og EISCAT-radarene. I Ny-Ålesund er det flere nordlysrelaterte instrumenter og en rakettoppskytningsrampe for forskningsraketter. Det er også nordlysrelatert instrumentering i Barentsburg og på den polske basen i Hornsund.

Nordlyssesongen 2020/2021 har nå startet. Du kan følge med på nordlyset ved å gå inn på hjemmesiden til Kjell Henriksen Observatoriet. Der vil du finne data fra flere kamera og andre instrumenter i sanntid. Og Svalbards spesielle nordlys – dagnordlyset? Det kan du best se rundt klokken 10.00 på morgenen.

Prof. Dag A. Lorentzen, UNIS