Hvordan oppstår nordlys?

Siden tidenes morgen har nordlys eller "Aurora borealis" som betyr "morgenrøden i nord", vært ett mysterium. Man kan betrakte dette fantastiske vitenskapelige mirakelet i Nord-Norge, Nord-Russland, Alaska, Grønland, Nord-Canada og Antarktis. Det nordlyset man ser på Antarktis blir naturligvis kalt sørlys eller "Aurora australis", i stedet for nordlys.

Gjennom mange år har det kommet mange forskjellige hypoteser på hvordan dette fantastiske lys showet fungerer.

Noen av hypotesene man fikk på 1700-1800 tallet var:

•Sollys reflektert fra ispartikler (Descartes).

•Gasser fra råtnende dyr og planter; gassen antennes av stjerner som styrter i atmosfæren (Parrot, 1831).

•Lysende magnetiske partikler i atmosfæren (Dalton, 1789).

•Meteorisk støv som antennes p.g.a. friksjon (Biot, 1821).

•Elektrisk utladning mellom små isnåler (Bradley, 1860).

•Elektrisk utladning mellom de magnetiske polene (Marsh, 1861).

•Frigjøring av elektrisk væske når vanndamp kondenseres i kalde områder i atmosfæren (Volta, 1815).

•Kosmiske partikler (Humboldt, 1847).

•Strømmer indusert når jorden på sin flukt gjennom rommet presser eteren sammen (Unterweger, 1885).

•Partikkelstrømmer fra solflekker (Becquerel, 1878).

•Ultrafiolett stråling fra solflekker produserer katodestråler (elektroner) i atmosfæren, som igjen tenner atmosfæregassen (Adam Paulsen, 1894).

Nordlys er et vakkert fenomen som kan vises i fantastiske farger som for eksempel blå, grønn, gul og rød. Vi kan se nordlyset, også kalt aurora borealis, fra Nord-Norge (Finnmark, Tromsø og Nordland), Nord-Russland (Sibir), Nord-Canada, Island, Grønland og Alaska. Det befinner seg ca. 100 km over jordens bakke. Nordlys oppstår kort sagt ved at elektriskladde partikler fra solen kolliderer med jordens atmosfære, men nå skal jeg beskrive det mer detaljert.

For at nordlys skal oppstå er tre ting påkrevd:

-          Utstråling fra elektrisk ladde partikler i sola

-          Jordens magnetfelt

-          Partikler i atmosfæren

Det hele starter i solas kjerne. Der spaltes fire hydrogenatomer til et lettere heliumatom. Under denne prosessen mister jorden masse og mottar energi istedenfor. Det sendes ut mot solas overflate, fotosfæren, og det gjennomgår da en enorm temperaturforandring. Inni kjernen til sola ligger temperaturen på 15-16millioner varmegrader, mens på overflaten ligger den på 5507 grader C. Det dukker da opp solflekker. Solflekker er områder som har lavere temperatur enn omgivelsene rundt dem og dette fører til at de også ser mørkere ut. Det foregår flere eksplosjoner og utblåsinger i og rundt dem.

Solen har en solflekksyklus som ligger på 11 år. Det vil si at hvert 11. år er antall solflekker ekstremt mange, mens det første året avtar det til nesten 0 antall solflekker.

Når det 11. året inntreffer er solaktiviteten svært høy og det er oftest da det oppstår nordlys. Det oppstår da et solutbrudd. Solflekkene blir nemlig kastet ut av solen som en solvind av elektrisk ladde partikler. Denne gass-strømmen består av elektroner, protoner og i noen grad av alfapartikler og tyngre atomer. Solvinden er det første punktet på listen over hva som er påkrevd for å skape nordlys.

Det neste punktet er jordens magnetfelt. Jorden har et magnetfeltbelte som styrer solvinden mot de to polområdene vi har på jorden, det sørlige og det nordlige.

Det siste vi trenger for å skape nordlys er jordens atmosfære, eller mer presist sagt, partikler i atmosfæren. Det som skjer er at solvinden kolliderer med jordas atmosfære og sender ut fotoner (lyskvant). Når ladde partikler fra solen kommer inn i atmosfæren, får nemlig atomer og molekyler i atmosfæren tilført energi og de bli eksitert. Det betyr at elektronene i atmosfæren skyves ut av deres elektronskall og lenger vekk fra atomkjernen i løpet av en brøkdel av et sekund. Da oppstår det et tomrom og det skaper potensiell energi. Dette tomrommet må bli fylt igjen av det samme elektronet eller av nye elektron. Det er når elektronene eksiterer at vi ser elektromagnetisk stråling, lys. Som sagt, når molekylene eller atomene går tilbake til et lavere energinivå sendes det ut et foton (lyskvant). Mange millioner slike fotoner danner tilsammen nordlys.

Fargen på nordlyset avhenger av mye, blant annet hvilket atom det er. Et helium atom og et hydrogen atom vil gi to helt forskjellige farger. Om elektronet hopper kun ett elektronskall ut eller flere skall har og noe å si. Skyves elektronet kun ett skall ut vil det trolig gi en litt rødlig farge. Det vil og ha en lang bølgelengde, men liten energi. Skyves det to eller flere skall ut vil det ha kort bølgelengde, men stor energi og gi en mer blålig farge. Høyden har og noe å si. Fargen på nordlyset er typisk for den partikkel som sendte det ut.  Nederst i jordens atmosfære befinner det seg N2 og O2 atomer. Da disse kommer 20-30km høyere opp i atmosfæren, hvor det er mye tynnere luft, utsettes dem for ultrafiolett stråling og spaltes til N2, N2+, O2 og O2+. Dette fører til et større fargespekter og det er når disse blir truffet av solens partikler at det dannes farger. Er nordlyset rødt på toppen vet vi at det kommer fra o-atomer. Er det rødt på bunnen vet vi at det kommer fra N2 og har det for eksempel fargen blå kommer det fra det N2+ eller hvis det er grønn, gul og rød kommer det fra O2+.

Hvis man studerer jorden fra en satellitt under et nordlys, kan man se at det dannes en nordlysoval som er et belte rund den magnetiske nordpol (I Antarktis) og et tilsvarende belte på den magnetiske sørpol (Nord-Canada). 

Nordlyset har faktisk hjulpet forskere til å forstå atmosfæren bedre og Norge var det første landet som kom opp med en teori om hvordan nordlys oppstod (Kristian Birkeland) i 1896. Det drives også med en god del forskning her fordi vi har en såpass god beliggenhet i forhold til nordlyset. Vi har satellitter i verdensrommet slik at vi kan se det ovenfra, vi kan skyte raketter opp fra bakken for å se det inni og vi kan betrakte det nedenfra på bakken, i Nord-Norge vel og merke.