Hva er nordlys?

Du er ute en stille vinternatt, snøen knirker under skoene, og over deg henger den svarte himmelen helt stille. Så skjer det et grønt slør bølger over horisonten, rosa glimt og lilla spiraler danser, forsvinner og kommer tilbake. Du holder pusten. Det du ser er nordlyset, men hva er det egentlig og kan det være farlig?

Det starter på solen

Solen er mer enn en lysende prikk på himmelen. Den er en urolig, brennende kule av plasma, med en kjerne som holder rundt 15 millioner grader. Der inne skjer enorme eksplosjoner og utbrudd som slynger milliarder av ladde partikler ut i rommet.

Disse partiklene, for det meste elektroner og protoner, driver videre i solvinden. Vanligvis bruker de to til fire dager på å nå jorden, men under kraftige utbrudd kan de komme fram på under tjue timer – i hastigheter som får Oslo–Bergen til å gå unna på under to sekunder.

Heldigvis har jorden sitt eget forsvarssystem. Magnetfeltet vårt beskytter oss mot solvinden ved å lede de fleste partiklene trygt forbi. Men nær polene, der feltlinjene peker rett ned, slipper noen partikler gjennom. Og da begynner det vi kjenner som polarlys – eller nordlys her på den nordlige halvkule.

Når partiklene møter atmosfæren

Høyt over oss, mellom 80 og 300 kilometer over bakken, treffer solvindpartiklene atomer og molekyler i atmosfæren. Oksygen og nitrogen tar opp energien fra disse kollisjonene, og når de slipper den løs igjen, gløder himmelen.

Fargene i nordlyset bestemmes av hvilke gasser som blir truffet og i hvilken høyde det skjer:

Grønt lys er vanligst og oppstår når solvind treffer oksygen i rundt 100–150 km høyde.
Rødt nordlys kommer fra oksygen over 200 km oppe i atmosfæren.
Blått og lilla nordlys er sjeldnere og skyldes reaksjoner med nitrogen lavere i atmosfæren. Dette skjer etter de mest intense utbruddene, når partiklene trenger helt ned mot 100 kilometers høyde.

Hvorfor ser vi nordlyset mest i nord?

Nordlyset oppstår ikke hvor som helst. Når solvindpartiklene treffer jordens magnetfelt, blir de fanget og ledet langs usynlige feltlinjer mot polområdene. Der samles de i et belte som kalles nordlysovalen – en krans som omkranser den magnetiske nordpolen.

Den magnetiske nordpolen er ikke det samme som den geografiske. Den ligger faktisk et godt stykke unna, og beveger seg sakte hvert år. Derfor følger ikke nordlysovalen jordens akse nøyaktig, men ligger litt forskjøvet mot nordvest. Det er en av grunnene til at Nord-Norge, Island, Alaska og Canada ofte får de mest spektakulære nordlysnettene.

I perioder med rolig solaktivitet holder nordlysovalen seg tett rundt polområdene. Da er det først og fremst langt mot nord at himmelen lyser opp.

Men når solen virkelig sender kraftige utbrudd, skjer noe spesielt: ovalen utvider seg sørover. Jo kraftigere solstorm, desto lenger sørover kan lyset sees. Under sterke stormer kan nordlyset dekke hele Skandinavia – og noen ganger nå helt ned til Tyskland, Nederland eller Frankrike.

Ironisk nok kan det da bli usynlig i Tromsø, fordi lyset danser lenger sør enn byen ligger. Det er derfor man noen ganger får nordlysvarsel, men ingenting skjer rett over hodet – mens folk lenger sør får et uventet show.

Også på den sørlige halvkule finnes en tilsvarende sørlysoval, som danner aurora australis. Den oppfører seg på samme måte, bare speilvendt.

Hva avgjør om det blir nordlys i kveld?

Nordlyset er ikke tilfeldig, men heller ikke helt forutsigbart. For å forstå sjansen for at det skal dukke opp, følger forskerne nøye med på flere målinger av forholdene mellom solen og jorden. Disse målingene danner grunnlaget for nordlysvarsler over hele verden.

Det er mange faktorer man kan se på når det kommer til å forutsi nordlys, men de aller viktigste elementene vi følger med på er rask solvind (over 500 km/s) og et sørvendt magnetfelt (Bz under -5 nT). Så lenge vi har kontroll på disse så har vi oppskriften på nordlys.

Kp-indeks

KP er ett tall fra 0 til 9 forteller oss hvor mye jordens magnetfelt har vært eller er forventet å bli ristet og dratt i av solvinden. Jo mer urolig magnetfeltet er jo kraftigere (og mer sørlig) blir nordlyset. Dette tallet brukes i nordlysvarsling og skaper ofte forvirring da det er flere typer av denne. Her kan du lese om hva forskjellen er og hvilke vi bruker til hva på nordlyvarsel.com.

Ekte KP (Final Kp, Official KP) – Denne blir satt sammen av målinger fra magnetometre som står rundt på jorden. Hvert magnetometer måler hvor mye jordens magnetfelt har blitt forstyrret over tre timer. Dette slås sammen til en global verdi som utgjør KP indeksen. Ekte KP forteller oss hva som har vært og er kun nyttig som historikk.

Estimert KP (Kp Nowcast, Estimated Kp) – Denne er et beregnet anslag laget fra målinger av solvinden. Satellitter måler solvinden fortløpende. Disse verdiene settes inn i en modell som prøver å forutsi hvor kraftige forstyrrelser jordens magnetfelt har i vente. Resultatet er et estimat og forteller oss hva vi kan forvente i løpet av 30-60 minutter. På nordlysvarsel.com bruker vi estimert KP når vi vil fortelle hvor langt sør nordlyset er forventet å bli synlig.

3 dagers prognose (Kp Forecast, Predicted Kp) – Dette er den langtidsbaserte prognosen som NOAA lager tre ganger om dagen. Modellen bruker informasjon solrotasjon, aktive områder på solen og solvindmodeller for å anslå hvor mye geomgnetisk aktivitet (KP) som kan komme de neste 72 timene. Dette er mer en gjetning av hva som kan skje og er en god pekepinn på hva som er forventet, men er mindre presis enn sanntidstallene. Dersom det oppstår store hendelser på solen som er rettet mot jorden så blir 3 dagers KP oppdatert ganske raskt når noe er på vei.

På forsiden av nordlysvarsel.com har vi gjort det enkelt for deg å følge med på hvor langt sør nordlyset kan bli synlig. Grovt regnet så kan man se på synligheten som følger ut i fra hva KP er forventet å bli:

KP 1 + Nord-Norge
KP 3 + Midt-Norge
KP 5 + Sør-Norge
KP 6 + Hele landet og videre nedover i Europa

KP alene gir oss ikke fasiten på hva som faktisk kommer til å skje. Det gir et hint om hvor mye jordens magnetfelt kan bli dratt og ristet, men det er ikke nok i seg selv. For å virkelig spikre hva som er på vei, må vi se på retningen på magnetfeltet i solvinden, altså Bz. Det er denne retningen som bestemmer om partiklene som skaper nordlys faktisk slipper inn i atmosfæren eller blir avvist før de når jorden.

IMF Bz

Bz er enkelt sagt den delen av solvindens magnetfelt som peker nord eller sør. Denne retningen er helt avgjørende fordi jordens eget magnetfelt møter solvinden som et slags skjold. Hvis Bz peker nordover, presser jordens magnetfelt solvinden unna og holder energien på avstand. Hvis Bz derimot peker sørover, åpner magnetosfæren seg og lar ladde partikler slippe inn mot polområdene. Det er i disse øyeblikkene nordlyset virkelig får tak.

Sørvendt Bz kan løfte aktiviteten dramatisk på få minutter, mens nordvendt Bz kan kvele nordlyset, selv når KP eller andre modeller ser lovende ut. Derfor følger vi Bz tett i sanntid, og derfor vil alle raske endringer i retningen ha langt større betydning enn de fleste andre solvindmålinger.

Bz vises som et tall i nanotesla (nT) og går både i pluss og minus. Det viktigste er ikke tallet i seg selv, men om det ligger på plussiden eller minussiden.

Positiv Bz betyr nordvendt magnetfelt. Jorden sier nei takk og holder energien ute. Selv høye KP-prognoser kan være helt ubetydelig når Bz peker nordover.
Negativ Bz betyr sørvendt magnetfelt. Det er dette vi vil ha når vi jakter nordlys. Da slipper partiklene som skaper nordlyset lettere inn i atmosfæren.

Selve tallverdien forteller oss hvor kraftig denne retningen er. Et par eksempler:

• −1 til −3 nT kan gi litt ekstra liv i nord
• −5 nT er merkbart og gjør forholdene gode også lenger sør.
• −10 nT eller mer i kombinasjon i kombinasjon med høy solvindhastighet kan gi kraftige utbrudd og nordlys langt sør

Det som virkelig teller, er varigheten. En sørvendt Bz som varer i fem minutter betyr lite. Hvis den holder seg stabil i en 15 minutter eller mer, begynner magnetfeltet å samle opp energi som senere kan slippes løs som kraftige lysshow.

Solvindhastighet

Solvindhastighet er farten på denne strømmen av ladde partikler som kommer fra solen har. Denne farten måles i kilometer per sekund og er en av de mest avgjørende faktorene for hvor kraftig nordlys det blir når Bz først peker sørover. Jo raskere solvinden treffer jorden, jo mer energi presses inn i magnetfeltet. Det betyr at aktivitet som kanskje hadde vært middels ved lav hastighet, kan bli et kraftig utbrudd når vinden øker.

• Rundt 300 km/s gir rolige forhold
• 400–500 km/s er normalt og kan gi fint nordlys i nord
• 600–700 km/s begynner å bli spennende
• 700+ km/s kan gi kraftige utbrudd langt sør, spesielt med sørvendt Bz

Hastigheten i seg selv lager ikke nordlys, men den bestemmer hvor hardt solvinden presser på når magnetosfæren først åpner seg. Det er den kombinasjonen som gir de store øyeblikkene.

Protontetthet

Protontetthet forteller hvor tettpakket solvinden er, altså hvor mange partikler som treffer jorden hvert sekund. Dette måles i partikler per kubikkcentimeter og har stor betydning for hvordan magnetfeltet reagerer.

Lav tetthet betyr at solvinden er tynn. Selv med litt aktivitet i Bz og høy hastighet kan det bli roligere enn forventet. Høy tetthet betyr at solvinden er tung og kompakt. Da øker trykket mot magnetosfæren, og jorden blir mer mottakelig for forstyrrelser.

• 1–5 partikler: rolig og lite trykk
• 10–20 partikler: moderat press
• 20+ partikler: kraftig press, ofte starten på større hendelser
• 40–60 partikler eller mer kan varsle en sjokkfront fra en CME.

Tetthet alene lager heller ikke nordlys, men den kan forsterke effekten av både Bz og solvindhastighet. Når alle tre jobber sammen, kan aktiviteten skyte opp på minutter.

Kan nordlyset være farlig?

For oss som står på bakken og ser opp, er nordlyset helt ufarlig. Lysene danser høyt over atmosfæren, flere hundre kilometer opp, og slipper aldri ned til jordens overflate.

Men for teknologien vår kan nordlyset være en utfordring. Det er egentlig et synlig tegn på at jorden blir truffet av partikler fra solen – og når disse treffer magnetfeltet hardt nok, kan det oppstå geomagnetiske stormer.

Slike stormer kan forstyrre satellitter, navigasjonssystemer, radiosamband og til og med strømnett på bakken. Under den kraftige Quebec Blackout i mars 1989 førte en solstorm til at seks millioner mennesker mistet strømmen i ni timer. Transformatorene i strømnettet ble overbelastet av elektriske strømmer som ble indusert i ledningsnettet av jordens magnetfelt.

Historien har flere slike eksempler. Den mest kjente er Carrington-hendelsen i 1859, da en enorm solstorm slo ut telegrafsystemer over hele Europa og Nord-Amerika. Telegraftrådene gnistret, apparater tok fyr, og operatører kunne sende meldinger selv om de hadde koblet fra batteriene – fordi solstormen i seg selv skapte strøm.

I dag overvåkes solen kontinuerlig for å fange opp slike utbrudd tidlig. Satellitter som SOHO og DSCOVR måler solvinden og gir varsler som gjør det mulig å beskytte satellitter, strømnett og kommunikasjonsutstyr før stormene når jorden.

En reise på 150 millioner kilometer

Når du ser nordlyset, ser du et øyeblikk som begynte på solen. Der, i en kjerne av ild og magnetiske krefter, ble partikler slynget ut med enorm fart. De har reist 150 millioner kilometer gjennom rommet, blitt fanget av jordens magnetfelt og ført mot polene.

Der oppe, mellom langt over bakken, møter de luften du puster i. Et grønt lys tennes, så et rosa glimt, et blaff av lilla. Alt skjer på et øyeblikk, og like fort er det borte igjen.

Nordlyset er egentlig ren fysikk, men føles som poesi. Det minner oss om at vi lever på en liten, levende plan