1 HISTORIK

Norrsken har man kunnat se på himlen sedan urminnes tider. Antagligen härledde de flesta människor, som förr iakttog och funderade över norrsken, detta till religion och andar. De äldsta avbildningarna, som föreställer norrsken, är ett par grottmålningar i Rouffinac i mellersta Frankrike. Målningarna, som består av streck och bågar, har ritats med fingrarna av stenåldersjägare för ungefär 10000 år sedan. Man kan anta att norrskenet hade samma betydelse för stenåldersmänniskorna som det har haft för samer och eskimåer ända in på 1900-talet. För dem var norrskenet en hemvist för de döda och då föll det sig naturligt att de hade stor respekt för norrsken. Samerna kallar norrskenet för guovssahasat och det betyder otur att vissla när det visar sig på himlen.
En av de första säkra beskrivningarna av norrsken kan man läsa i Bibeln nämligen i Hesekiels bok i Gamla testamentet. I beskrivningen, som är cirka 2600 år gammal, står följande: "Jag fick se en stormvind komma norrifrån, ett strort moln med flammande eld, och ett sken omgav det". Förutom denna finns ett flertal andra beskrivningar av norrsken i Bibeln.

Det var redan under århundradena före Jesus födelse som de första vetenskapliga teorierna om norrskenet lades fram. I Västeuropa har den främste vetenskapsmannen under denna tid, Aristoteles (384-322 f.Kr.), fått äran att vara en av de första att diskutera norrsken. Han skriver bland annat ett brev till Alexander den store, där han berättar om varierande ljusfenomen, som uppenbarar sig på natthimlen. Förutom detta skrev Aristoteles också en bok, "Meterologica", där han beskrev samma fenomen. Han trodde att norrskenet uppstod då torra partiklar, som lämnat jorden, antändes. Trots att norrsken sällan förekommer vid Medelhavet iakttog troligen Aristoteles själv norrsken under ett par år av intensiv norrskensaktivitet vid mitten av 300-talet f.Kr. Det var även vid denna tid som de första idéerna om att norrskenet skulle vara ett brytningsfenomen i atmosfären uppstod.

Under hela första årtusendet efter Kristi födelse rådde en period av låg aktivitet vad gällde norrsken. Detta kan förklaras av att norrsken inte finns omnämnt i asatron, vilken präglades av tron på högre krafter. Inte heller i "Eddan", som uppkom på Island mellan åren 600-1000 e.Kr., finns något omnämnt som kan härledas till norrsken. I den norska krönikan "Kungsspegeln" från 1200-talet finns ett avsnitt, där en pojke frågar sin far om norrskenet på Grönland.

Den kände italienske vetenskapsmannen Galileo Galilei (1564-1642) från Pisa gav under sin livstid en utförlig beskrivning av norrskenet vid Medelhavet. Det finns anteckningar, som tyder på att han år 1621 fick uppleva ett stort norrskensutbrott i Venedig. Det var Galilei, som instiftade det idag internationellt använda namnet på norrsken - Aurora Borealis, vilket betyder nordlig gryning. Det nämndes första gången i den uppstats han publicerade år 1616 tillsammans med en av sina elever, Guiducci.

Det dröjde ända in på 1700-talet innan man började forska vidare på idéerna, som vetenskapsmännen på Aristoteles tid hade. Det var idén om att norrsken skulle vara ett brytningsfenomen, som låg bakom det första kända norrskensexperimentet. Man hittade år 1744 en rapport av Samuel von Triewald (1688-1743) angående ett experiment han hade genomfört några år tidigare. Experimentet bestod av att en solstråle passerade genom ett prisma och ett glas med konjak, strålen projekterades slutligen upp på en vit skärm. När konjaken blev varm, började luften ovanför röra sig. Då rörde sig bilden och Triewald trodde att han lyckats "framställa" norrsken.

[norrsken]

Anders Celsius (1701-1744), som för oss är mest känd för temperaturskalan med samma namn, skrev 1733 en viktig avhandling om norrsken. Den väckte stor uppmärksamhet över hela Europa. Den skrevs på latin och bar titeln "CCCXVI observationes de Lumine Boreali, ab a. MDCCXVI at. a MDCCXXXII partim a de, par tim ab aliis, in Svecia habitas". Fritt översatt till svenska betyder detta "316 observationer av norrsken gjorda i Sverige mellan åren 1716-1732".

Celsius lyckades få sin svåger Olof Peter Hiorter (1696-1750) intresserad av att forska om norrsken Han blev snart Celsius närmaste medarbetare. Hiorter byggde vidare på de idéer, som William Gilbert publicerade år 1600 i boken "De Magnete" (Magneten), nämligen att jorden i sig själv är en stor magnet. Hiorter konstaterade år 1742 ett tydligt samband mellan variationer i jordens magnetfält och norrsken. Den svenske fysikern Johann Carl Wilcke (1732-1796) publicerade år 1777 upptäckten att norrskensstrålarna är parallella med magnetfältet. Vid denna tidpunkt upptäckte också elever till Celsius och Hiorter att norrsken kan ses samtidigt i norra Asien, Skandinavien och Nordamerika. De hade därmed fått en aning om vad som senare skulle upptäckas med hjälp av avancerad utrustning och kallas norrskensovalen.

Den 28 juli 1799 sände den engelske forskaren Clark upp en varmluftsballong från en plats i närheten av Kiruna i norra Sverige. Det var tänkt att ballongen skulle användas för att utföra atmosfäriska mätningar. Detta lade grunden till att de flesta mätningar, som har att göra med rymden, utförs idag på Esrange strax utanför Kiruna.

Under 1800-talet började en mer utbredd forskning om norrsken. Nu inriktades den mer mot dess magnetiska och elektriska natur. Fram till nu hade det mesta varit spekulationer, som saknade bevis, men på 1800-talet började norrskenet ses ur en mer naturvetenskaplig synvinkel. Tidigare hade man spekulerat i att norrskenet skulle uppkomma genom brytningar av solljus. Den, som slutligen kom att ta död på dessa teorier, var en svensk professor i fysik vid Uppsala universitet - Anders Jonas Ångström (1814-1974), den spektroskopiska vetenskapens grundare. I mitten av 1800-talet fotograferade Ångström färgspektrat från norrsken med hjälp av en spektrometer. Det spektra han mätte upp var ett linjespektra. Det är det typ av spektra man får av gaser. Om norrsken skulle ha uppkommit när solljus brutits, hade Ångströms spektra varit kontinuerligt. Därmed kunde inte norrsken uppkomma på grund av ljusbrytningar i atmosfären, vilket Triewald trodde på 1700-talet. För att lättare kunna arbeta med de data, som Ångström mätte upp, införde han en egen enhet, som numera är internationellt accepterad. Han döpte den till Ångström (Å) och den motsvarar en tiotusenmiljondel av en meter (10-10 meter). År 1868 mätte Ångström även våglängden för den mest förekommande linjen i norrsken, den gulgröna. Den mätte han upp till 5567 Å och har i efterhand exakt fastställts till 5577 Å, vilket motsvarar 557,7 nm.

Den danske fysikern Sophus Tromholt (1852-1896) inriktade sin forskning på norrskenets beroende av solaktiviteten. Han arbetade som lärare i Danmark och flyttade till Norge, där han verkade en stor del av sitt aktiva liv. När han fick stipendium både från Norge och Danmark slutade han undervisa för att ägna sig helhjärtat åt forskningen. Han upptäckte den så kallade 11-årscykeln, där det syns att antalet norrskensnätter följer antalet solfläckar med toppar vart elfte år.

Figur 1: Det var med detta diagram som Tromholt visade sambandet mellan solfläckar och norrsken.

Då man på 1880-talet upptäckte elektronen, öppnade man dörren för den norske professorn och vetenskapsmannen Kristian Olaf Bernhard Birkeland (1867-1917). Hans arbeten kring norrsken ledde forskningen ett stort steg framåt, speciellt då han föreslog att norrskenet orsakades av elektroner från solen. Han ville grundligen prova sina teorier och utförde ett experiment där han lät ett metallklot innehållande en elektromagnet representera jorden. Klotet besköts av en elektronkanon, som fick föreställa solen. Birkeland fick runt polerna fram lysande ringar, som påminde om norrskensovalen och sydskensovalen. Birkeland försökte beräkna banorna för de inkommande elektronerna, vilket han inte lyckades med trots enorma insatser. Han föreslog att norrskenet har samband med strömmar, som löper parallellt med jordens magnetfält. Det här var teorier, som dåtiden hade svårt att ta på allvar. Det är inte förrän idag med hjälp av satellitmätningar, som man lyckats konstatera att han hade rätt.

Figur 2: Strömer använde fototeknik för att bestämma norrskenets höjd.

En av Birkelands elever Carl Störmer (1874-1957) fortsatte att beräkna partikelbanor. Störmer lade år 1907 fram en rapport innehållande banberäkningar, men det kom att dröja femtio år innan någon kom att uppskatta den. Det, som Störmer är mest känd för, är hans försök att slutligen bestämma norrskenets höjd. Detta gjorde han med hjälp av fototekniken. Störmer knäppte totalt 40000 olika fotografier av norrsken samtidigt från två olika orter. Dessa användes sedan till att exakt bestämma norrskenets höjd.

Lars Vegard (1880-1963) var en annan forskare i Birkelands forskarteam. Han fortsatte på Ångströms arbete och lade ned betydande tid på spektralanalytisk forskning angående norrskenet. Det var Vegard, som efter många års slitsam forskning, lyckades identifiera vilken gas som emitterar den gulgröna linjen. Han bevisade att det var syre, som kan emittera linjen och att det bara kan ske i yttre atmosfären eller i motsvarande medium.

Anledningen till att vi idag vet så mycket om norrsken och andra fenomen i rymden är forskningen med hjälp av rymdraketer och satelliter. Den första, som kom att arbeta vidare på idén att åka ut i rymden, var ryssen Konstantin Eduardovitj Tsiolkovsky (1857-1935). Han var en självlärd skollärare i staden Kalunga och [norrsken] i stort sett döv efter sjukdomar under unga år. Fritiden ägnade han åt att skissa på rymdraketer utan att någon gång i hela sitt liv göra ett enda praktiskt experiment. Det var Tsiolkovsky, som var först med att presentera idén om att använda flytande väte och syre som bränsle till raketer. Det gjorde han år 1903 i en artikel i en rysk vetenskaplig tidskrift. Det var först under andra världskriget som raketutvecklingen kom igång på riktigt och då i ett mer krigiskt syfte. Satellitprojekten från både USA och Sovjetunionen påbörjades under första hälften av 1950-talet. Den 4 oktober 1957 sändes den första satelliten upp. Det var Sputnik 1 som sändes upp från Sovjetunionen. Sedan dess har det nästan dagligen fullkomligen strömmat ned värdefull information från rymden.

År 1970 fick den svenske fysikern Hannes Alfvén (1908-1995) nobelpriset i fysik tillsammans med fransmannen Louis Néel (f. 1904) för sin forskning inom plasmafysiken. Alfvén är professor både i Sverige och USA och han arbetar bland annat med teorier om hur plasma uppför sig i magnetiska fält. Han hade tidigt många idéer, som var för otroliga för samtida forskare och togs inte på allvar.

2 UPPKOMST

2.1 Solfläckar

Solfläckarna är särskilt intensiva vart elfte år, vilket Tromholt redan under 1800-talet bevisade genom sina studier av norrskenets och solfläckarnas samband. När solaktiviteten är låg, liknar solens magnetfält jordens (bild 1). Då magnetfältet följer med i rotationen snabbare vid ekvatorn än vid polerna, kommer magnetfältet att skruva upp sig runt solen (bild 2). När magnetfältet har lindat upp sig runt solen och dessutom tvinnat sig, bildas bågar, solfläckar, som lyfts upp från solens yta (bild 3). De bågar, som når över en höjd av 400000 km, kommer att föras ut i rymden av solvinden, en så kallad flare. Denna rotation av solens magnetfält tar 27 dagar. Då träffas jorden av en mer energirik solvind. Norrskensaktiviteten är även större under samma period. Förutom Tromholts 11-årscykel av norrskensaktivitet finns en 27-dagarscykel. Senaste toppen på 11-årscykeln var 1990, så man måste tyvärr vänta ända till år 2001 innan solaktiviteten blir hög igen.

Figur 3: Hur solens rotation skapar solfläckar.

2.2 Plasma

Före rymdåldern, som inleddes under 1950-talet, hade vetenskapsmännen en föreställning om att rymden i stort skulle visa sig bestå av vakuum och kosmisk strålning, vilken har väldigt liten materietäthet. När man sände upp satelliter, som kunde utföra mätningar, visade det sig att rymden bestod av väldiga mängder laddade partiklar.

Figur 4: Ett plasma i rymden.

Materia kan vara i tre olika aggregationstillstånd - fast, flytande och gasform. Då partiklar, som befinner sig i gastillståndet, tillfogas mer energi, t.ex. genom extrem upphettning, övergår de till ett tillstånd som kallas plasma. Det var det man hade upptäckt att rymden bestod av. Vi kommer mest i kontakt med de tre första tillstånden här på jorden. En av de få gånger plasma uppträder vid jordytan är vid ett blixtnedslag. Då sker det en våldsam men snabb temperaturökning. Eftersom universum till minst 99% består av plasma är det viktigt att man har förståelse för plasmafysiken. En gas, som liknar ett plasma, består av neutrala atomer och molekyler, medan plasman till största delen består av partiklar med elektrisk laddning d.v.s. joniserade partiklar. När man rör sig upp från jorden består atmosfären först av gas, men redan på cirka 60 km höjd tar plasmatillståndet över. Figur 4, ovan, visar vanliga partiklar i ett rymdplasma. De elektriska laddningarna gör att plasmapartiklarna kraftigt påverkas av elektriska och magnetiska fält.

2.3 Magnetosfären och solvinden

Som tidigare nämnts, trodde man att rymden runt jorden skulle vara tom. Vad man upptäckte, när man kunde utföra satellitmätningar, var att jorden omgavs av en avancerad struktur, som vi idag kallar magnetosfären.

Figur 5: Jordens magnetosfär.

Solen utsänder en ständig partikelström av plasmakaraktär, vilken vi brukar kalla solvinden. Den slungas ut från solen i alla riktningar med en genomsnittlig hastighet av cirka 400 km/s, vilket framstår som mycket långsamt om man jämför med ljusets hastighet, vilken uppgår till 300000 km/s. De partiklar, som solvinden främst består av, är elektroner och protoner. Utströmningen av laddade partiklar är beroende av solfläckarna och varierar därigenom beroende av solens 11-årscykel. När solaktiviteten är hög, ökar också partikeltätheten. När solvinden når jorden, kan man lätt förstå att den inte kan passera rakt igenom jorden, som tillsammans med sitt magnetfält utgör ett hinder för solvinden. Man skulle kunna likna jorden vid en sten i strömmande vatten - vattnet får här representera solvinden. Vattnet böjer i detta fall av runt stenen och bildar ett turbulent område bakom stenen för att sedan strömma vidare som om inget hade hänt. Samma sak händer då solvinden stöter på jordens magnetosfär, avståndet mellan jorden och magnetosfärens yttre gräns, magnetopaus är i riktning mot solen mellan åtta och tolv jordradier beroende på solvindens styrka. Det händer dock att gränsen flyttar sig längre in än det avstånd som telesatelliterna cirkulerar på, 6,6 jordradier, vilket kan skapa problem. På figur 6 kan ni se en relativt avancerad modell av magnetosfären. Denna är en bearbetning av en modell, som W.J. Heikkila skapade 1972. De viktigaste sakerna på bilden är polarklyftan, van Allen-bältena och magnetosfärsvansen. Polarklyftan är den öppning där partiklarna, som skapar norrsken nedkommer. Det är därför man bara kan se norrsken i en oval kring vardera polerna.

Figur 6:

Van Allen-bältena är på bilden märkta som infångade partiklar. Detta helt enkelt på grund av att de innehåller partiklar, som åker fram och tillbaka mellan polerna utan att få kontakt med atmosfären och därigenom skapa norrsken. Dessa bälten är jordens strålningsbälten.
De upptäcktes för första gången av satelliten Explorer 1 och fick namn efter upptäckaren James Alfred van Allen (f. 1914). På bilden till höger visas en elektron som är infångad av strålningsbältena. Magnetosfärsvansen, märkt som plasmaskikt, är i praktiken en utdragning av strålningsbältena. Detta område behandlas mer under substormavsnittet.

Att en elektron kan pendla fram och tillbaka mellan polerna beror på att när elektronen kommer närmare jorden så ökar magnetfältsstyrkan och därigenom kommer elektronen att bromsas mer och mer och tillslut vända för att fortsätta längs magnetfältslinjerna till nästa pol.

Eftersom inte jorden är ensam om att ha ett magnetfält och därigenom en magnetosfär, uppträder norrsken även på flera av de andra planeterna i solsystemet, bland annat Jupiter. Dessa sken är dock oftast väldigt svaga och blekt röda på grund av att de andra planeterna oftast har atmosfärer, som nästan uteslutande består av vätgas.

2.4 Substorm

Under vad man brukar kalla magnetosfärisk substorm (delstorm) eller bara substorm varierar ovalens form. Substormen är det mönster, som norrskenet tenderar till att vanligtvis följa. Under dessa substormar genomgår norrskenet en snabb förändring i sin form och utbredning. Det kan varje dag inträffa mellan fyra och fem olika substormar.

Figur 7:Förändringar i norrskenet under kvällen.

Norrskenet brukar börja tidigt på kvällen med att diffust lysa i norr. Sedan formas bågar (bild 1). Då dessa bågar lyses upp och sprider sig mot öst och väst, vet man att substormen har börjat (bild 2). Därefter börjar allt röra sig mot norr (bild 3), samtidigt som aktiviteten ökar dramatiskt och bågarna ändrar färg och börjar fladdra likt en gardin i vinden. Senare, gärna efter midnatt, börjar det pulsera i olika färger på himlavalvet (bild 4). Sedan sprider det ut sig över himlen (bild 5) där det bildar molnlika mönster, som kan ligga kvar flera timmar (bild 6).

Figur 8: Utvecklingen av magnetosfärens svans under en substorm.

Nu kan man fråga sig vad som egentligen händer ute i rymden under en substorm. Solvinden utsätter hela tiden magnetosfären för ett varierande men stort tryck. Detta tryck gör att magnetosfärens svans försätts i rörelse, främst genom gnidning och hopsmältning. På grund av detta förvandlas svansen till ett turbulent område. Efter ett tag bildas det en spänning i svansen. Då spänningen blir för stor, övergår den till en urladdning och plasmat stöts tillbaka mot jorden. Det är partiklar från denna plasma som har energi nog att nå ned i atmosfären och bildar det norrsken vi ser.

Under en substorm utvecklas ofantliga mängder energi, bara en promille av energin avgår som synligt ljus. Den övriga energin avgår som värme och radiovågor. Den energi som avges under en timmes vanligt norrskensutbrott är jämförbar med den energikapacitet jordens samtliga kraftverk har. Den här energiurladdningen i form av radiovågor medför problem för kommunikationen till satelliter, radio och mobiltelefoner. I vissa fall har det hänt att det via induktion bildats likström, som börjat flöda i växelströmsledningar och därigenom bränt sönder transformatorer. Norrsken är även en stor källa till korrosion i rörledningar.

Figur 9: Det är huvudsakligen i dessa två bågar som substormen utspelas.

2.5 Hur norrsken uppkommer

När solvinden träffar på jordens magnetfält fångas en liten del av de partiklar, som följt med från solen, upp av jordens magnetfält. Partiklarna följer med magnetfältslinjerna ned mot jordytan. Partiklarna, som är elektriskt laddade, börjar under tiden att rotera i en spiral på grund av inverkan från magnetfältet. Dessa partiklar är i stort sett i samma situation som de, som är fångade i van Allen-bältena. De har vid infångsten fått en "knuff", så att de kommer in i en lite annan vinkel.

Dessa partikar hinner inte stanna innan de kommer in i den mycket tätare atmosfären, där de bromsas upp och bildar ett rött lysande sken, som kallas dagsaurora. Detta existerar vanligen inte längre söderut än Spetsbergen och det här fenomenet är bara i ytterst sparsamma fall synligt för det mänskliga ögat. De partiklar, som skapar det intensiva sken vi vanligen förknippar med norrsken, alstras av partiklar, som av turbulensen från en substorm sugits tillbaka från magnetosfärsvansen mot jorden. När dessa partikar närmar sig jorden, faller de genom ett potentialfall på några kV och får därigenom mer energi och kan tränga djupare ned i atmosfären. Här krockar partiklarna med joniserade atomer eller molekyler. Då övergår delar av partikarnas rörelseenergi till atomerna. Detta kallas att atomerna exciteras, får överskottsenergi. Den här energin vill inte stanna i atomen utan avges i form av en foton, en ljusblixt. Det är summan av alla dessa ljusblixtar vi på jorden ser som norrsken. På grund av att partiklarna har olika energi, når de ned till olika höjd innan de bidrar till exciteringen. Därigenom uppträder norrsken på olika höjd.

Figur 10: En elektron som bildar dagsaurora.

Figur 11:

Figur 12: Principen för hur norrsken bildas - snabba partiklar kolliderar med atomer i jordens atmosfär.

2.6 Norrskenszonen och norrskensovalen

Figur 13: Satellitbild av nosskensovalen fotograferad med UV-kamera på en höjd av 28300 km. Det gula området i övre vänster hörn är den del av jorden som är på dagsidan och således värms upp av solen.

Som man kan förstå av namnet norrsken eller polarsken, kan man inte se detta fenomen över hela jorden. Norrsken och sydsken uppträder huvudsakligen i två cirkelformade band runt de båda polerna, norrskenszonen och sydskenszonen. Dessa områden definieras som "de områden där i medeltal sannolikheten för norr- och sydskensförekomst är störst". Zonerna är orienterade efter de magnetiska polerna, vilket förefaller logiskt eftersom magnetfältet styr norrskenets uppkomst. Norrskenszonen ligger ungefär på en magnetisk latitud av cirka 70 grader, jämför med substormen. Den sträcker sig genom de nordligaste delarna av Skandinavien, över Island, Grönlands sydspets, Kanada, Alaska samt längs Sibiriens nordkust.

Till skillnad från dessa två zoner är inte norrskensovalen och sydskensovalen fasta, utan rör sig, så att de ständigt är förskjuta mot nattsidan. Man skulle kunna tänka sig att dessa ovaler ligger stilla och att jorden roterar under dem. Till höger syns en bild av norrskensovalen tagen från satellit med en UV-kamera. Norrskensovalen är det område, där man vid en viss tidpunkt kan se norrsken. Detta område varierar kraftigt till form och storlek. Under år av hög solaktivitet, vilket beskrivits i Tromholts diagram, utvidgar sig norrskensovalen likt en mössa som man drar ned över jorden och norrsken kan då ses mycket längre söderut.

2.7 Ljud från Norrsken

Bara tiden det skulle ta för ljudet, med en hastighet av ungefär 330 m/s, att vandra från norrskenet på höjden 100 km till marken blir kring 5 minuter. Det är då inte troligt att man skulle kunna höra hur norrskenet "vandrar".

De enda frekvenser som är möjligt att skapa på den aktuella höjden är frekvenser om max 2000 Hz, detta på grund av den mycket låga molekyltätheten. Det finns dock ett problem, om det skulle uppstå ljud med så låga frekvenser kommer dessa att dämpas mycket fort i den övre delen av atmosfären. Den energimängd som når ned till jorden skulle troligtvis inte räcka för att ett mänskligt öra skulle kunna uppfatta det.

Det finns även teorier om hur elektriska fält skulle orsaka gnisturladdningar på jorden eller till och med direkt påverka vårt nervsystem.

Man bör dock ha i åtanke att det vid norrsken alstras infraljud, som går att mäta med utrustning men inte höra med det mänskliga örat. Det finns dock inga bevis för några av teorierna men även i fortsättningen så kommer det med stor säkerhet att komma in rapporter från personer som tror sig ha hört norrsken.

3 UTSEENDE

3.1 Former

Alla, som någon gång sett norrsken på himlen, har garanterat uppmärksammat att norrskenet kan uppträda i många olika former. Storleken på de bågar och band, som norrsken vanligtvis uppträder som, kan variera. Ett normalt norrsken har en utsträckning i öst-väst på ungefär 160 mil (1000 miles) medan bredden nord-syd oftast inte är mer än 1,6 km (1 mile). När man ser norrsken, kan man lätt tro att det ligger på samma höjd som molnen, vilka sällan befinner sig högre än 10 km. Men så är inte fallet, norrskenets höjd varierar mellan 90-1000 km, vanligast är runt 100 km och upp till 400 km. Här nedan presenteras några av de allra vanligast förekommande formerna av norrsken. Bokstavsbeteckningen längst till vänster är den internationellt vedertagna beteckningen på varje typ av form och är oftast en förkortning av det engelska namnet.

Former utan strålstruktur

HA (Homogeneous quiet Arcs) Homogena bågar Denna form har oftast diffus övre kant, medan den undre är mycket skarp. Den uppträder gärna nära horisonten med en mörk strimma mellan norrskenet och horisonten. Ofta kan man se många parallella bågar samtidigt.

HB (Homogeneous Bands) Homogena band Den nedre kanten är oregelbunden och skarp medan den övre är diffus. Dessa band rör sig mycket snabbare över himlen än bågarna gör. De uppträder oftast på höjder mellan 100-200 km. Man skulle kunna likna banden vid en bit plåt, vilken man böjer.

PA (Pulsating Arcs) Pulserande bågar
De ser ut som de homogena bågarna men blixtrar fram och försvinner med perioder på några sekunder. Bågen pulserar oftast snabbt och intensivt på ungefär samma ställe. Vanligen är de på 100 km höjd men kan ligga på höjer upp till 200 km.

DS (Diffuse luminous Surfaces) Diffusa lysande ytor eller molnliknande norrsken
Detta lägger sig likt en slöja över stora delar av himmeln utan några skarpa kanter, likt lysande moln. Detta fenomen uppträder ofta efter intensiva och aktiva norrskensutbrott.

PS (Pulsating Surfaces) Pulserande ytor
De liknar föregående men pulserar periodiskt cirka 100 km över jordytan.

G (feeble Glow) Matt sken
Det ser ut ungefär som en solnedgång men består av en båge, vars undre del är nedanför horisonten. Det enda man kan se är dess diffusa överdel. Dess röda form kan ses så långt söderut som Centraleuropa. Det var den här typen av norrsken, som år 37 e.Kr. lurade romarna att tro att Roms hamnstad Ostia stod i brand och därigenom sända kohorter till staden. En liknade incident inträffade 1938 då engelska brandkåren rykte ut för att släcka en förmodad brand i Windsor Castle. Former med strålstruktur

RA (Arcs with Ray-structure) Bågar med strålstruktur En homogen båge kan under en längre tid ligga stilla för att sedan snabbt förvandlas till en båge med strålar. Strålarna kan både vara långa och korta och sträcker sig från 100 km upp till 400 km höjd.

RB (Bands with Ray-structure) Band med strålstruktur Uppträder som de homogena banden men består av strålar, som kan vara antingen täta eller något utspridda.

D (Draperies) Draperier Om strålarna i banden blir väldigt långa kommer de att uppträda likt ett jättedraperi på himlen. De är även likt draperier på höjdled och kan sträcka sig från 100 km upp till 700 km höjd.

R (Rays) Strålar Strålarna uppträder här som isolerade linjer på himlen. Strålarnas längder varierar stort och kan snabbt ändras. De rör sig från öst till väst eller tvärtom.

C (Corona) Korona Om strålar uppträder nära magnetisk midnatt d.v.s. kring den jordmagnetiska fältlinjen genom betraktarens position, kommer de att formas som om de strålar ut från en och samma punkt. Vi har då fått en korona.

F (Flaming aurora) Flammande norrsken Detta kan vara olika former av bågar, som likt vågor sköljer över himlen, samtidigt som de flammar rytmiskt.

3.2 Färger

Figur 14: Norrskenets färg beror på vilken höjd exciteringen sker samt vilken atom som exciters. I denna figur visas vilken färg som finns på de olika höjderna.

Norrskenets färger har en mycket stor variation. Ibland kan färgerna vara matta och svåra för ögat att urskilja, medan de också kan vara skarpa och klara. Man skulle kunna likna norrskenet vid en neonskylt där färgerna likt norrsken bildas av olika gaser. I en neonskylt bildas de vanligaste färgerna av ädelgaserna neon, som bildar röd/orange färg, och argon, som bildar klarblå färg. Då dessa gaser är mycket sparsamma i atmosfären krockar de partiklar, som kommer från rymden, med kväve- och syreatomer. Av dessa bildas då tre stycken grundfärger:

Kväve	-	röd och blå färg
Syre	-	röd och grön färg

När dessa färger blandas kan ett oändligt antal andra bildas, detta är samma princip som används i våra TV apparater. Att samma typ av atom kan emittera olika färger beror på den densitet atmosfären har på den höjd där exciteringen äger rum samt till vilken excitationsnivå atomen exciterats. Här får man även svar på frågan varför olika färger uppträder på olika höjd.

Följande färger ingår vanligen i norrsken.

Gröngul:
Detta är den absolut vanligaste färgen, som oftast ses i bågar, band, strålar och de molnliknande norrskenen. Den gröngula färgen kommer från syreatomen och har våglängden 5577 Å. Gröngul är även den färg som dominerar under de år med låg solaktivitet.

Röd:
Röd uppträder då solaktiviteten ökar och kan i dessa sällsynta fall täcka hela himlen. Gul och orange: Under långa norrskensutbrott med långa strålar och korona kan man ibland se färgerna gul och orange.

Blå:
Detta är en mycket ovanlig färg i norrskenssamband och det har bara hänt under ytterst sparsamma tillfällen att någon sett blått norrsken under de senaste hundra åren.

Violett:
Violett och gråviolett färg kan ses i den översta delen av strålarna. Ibland kan även ett helt norrsken vara violett.

REFERENSER

Litteratur:

Akasofu, Syun-Ichi: The Dynamic Aurora. Scientific American, may 1989

Andersson, Susanne: Norrsken rymdforskarnas bildskärm. Svenska Dagbladet, 9 september 1994

Bone, Neil: The Aurora Sun-Earth Interactions. Ellis Horwood Limited, 1992

Bra Böckers lexikon. Bokförlaget Bra Böcker AB Höganäs, 1973- 1982

Brekke, Asgeir et al.: Nordlyset, Fra mytologi til romforskning. Grørndahl & Søn Forlag A.S.,1979

Egeland, A. et al.: Cosmical Geophysics. Universitetsforlaget, 1973

Falck-Ytter, Harald: Norrsken - Polarskenet (norrsken och sydsken) i mytologi, naturvetenskap och apokalyps. Telleby bokförlag, 1983

Handbook of geophysics, revised edition. The MacMillan Company, 1960

Harang, L.: The Aurorae. Chapman & Hall Ltd., 1951

Jones, Alister Vallance: Aurora. D. Reidel publishing company, 1974

Magnetiskt virrvarr. Facts & fenomen, januari 1995

McCormac, Billy M.: Aurora and Airglow. Reinhold publishing corporation, 1966

Nationalencyklopedin - Ett uppslagsverk på vetenskaplig grund utarbetat på iniativ av statens kulturråd. Bra Böcker AB Höganäs, 1989

Photographic atlas of Auroral forms and sheme for visual observations of aurorae. The international geodetic and geophysical union, 1951

Skrivbordsraket var för långtgående. Illustrerad vetenskap, 12/94

Störmer, Carl: The Polar Aurora. Oxford at the Clarendon press, 1955

Substorms 1, Proceedings of the First International Conference on Substorms Kiruna, Sweden 23-27 March 1992. esa sp-335, June 1992

Video:

Brown, Neal et al.: The aurora explained. Geophysical Institute University of Alaska Fairbanks, 1992

Freja - ett svenskt rymdskott. Sveriges Television TV2, 8/11 1992

Swedish space corporation, Esrange 67 56´N, 21 04´E. Forsgrens produktion film och video AB

Multimedia:

Microsoft Encarta. Microsoft Corp., 1995

The New Groiler Multimedia Encyclopedia. Groiler Electronic Publishing Inc., 1992

Figurkällor:

Figur 1: Efter Tromholt, 1885

Figur 2,3,8: Mejtoft, 2003

Figur 4,6,10-12: Sandahl, 1991

Figur 5: Efter Heikkila, 1972

Figur 7: Efter Fälthammar, 1989

Figur 9: Substorms 1, 1992

Figur 13: Dr. L.A. Frank, 1981

Figur 14: Efter Falck-Ytter, 1984

Samtliga foton används under tillstånd av Torbjörn Lövgren om annat ej angivits.

Samtliga figurer och bilder har omarbetats av Thomas Mejtoft 1997, 2003 och 2004 för denna publicering.

Om Ni har några frågor eller andra funderingar över detta arbete eller norrsken i allmänhet, går det bra att kontakta mig på adressen mejtoft@acc.umu.se.

INNEHÅLL

FÖRORD 1997

FÖRORD 1995

SAMMANFATTNING

INLEDNING