Norðurljós

Við búum í landi norðurljósa, en bregðumst kannski ekki mikið við þegar þau loga uppi á himninum eitthvert kvöldið; ef til vill þurfa þau að vera sterk til að lokka okkur út úr húsinu. En þó er þetta ástæða fyrir því að fjöldi erlendra ferðamanna koma til landsins til að upplifa þessi merku grænu ljós og eyða þeir miklum fjárhæðum í þessa upplifun. (Ég kalla þessi ljós norðurljós, þó svo að þau séu jafn raunveruleg við suðurskautið og heita þar þá suðurljós).

Í raun er um að ræða víxlverkun milli orkusviða Sólar og Jarðar en áður hef ég skilgreint hvað átt er við með orkusviði Jarðar.

Til að skilja norðurljósin til fulls, er ekki nóg að skilja sólvindana, heldur einnig „segulsviðið“, þ.e. orkusvið Jarðar.

Eins og myndin hér að neðan sýnir, þá mynda norðurljósin, eins og þau sjást frá geimnum, hring utan um póla jarðarinnar. Norðurljós hringsóla einnig í kringum póla annarra pláneta. Satúrnus sýndi norðurljós sín fyrir geimsjónaukann Hubble í sömu mynd.

 

Þó svo að við könnumst við þetta náttúruundur, þá vaknar einföld grundvallar spurning:

Á litlum kvarða er mælanlegt orkusvið í kringum segul eða vír þar sem rafstraumur streymir um. Orkusviðið sýnir póleiginleika, en eitt og sér býr sviðið ekki til ljós við pólana, alveg sama hversu sterkt það kann að vera. Til þess þarf víxlverkun við annað orkusvið. Reikistjörnufræðingar hafa vitað í langan tíma að það orkusvið sem er að víxlverkast við orkusvið jarðarinnar tilheyrir sólinni. Hins vegar helst hinn sanni uppruni beggja orkusviða áfram leyndardómur í nútíma vísindum. Ef við getum ekki útskýrt á réttan hátt hvernig þessi svið eru framleidd, hvernig getum við búist við að geta útskýrt hvernig norðurljós myndast?

Við munum sýna að án rétts skilnings á jarðsviðinu, getur uppruni og eðli norðurljósa ekki verið útskýrður nægilega vel. Lesum fyrst samantekt á hvernig norðurljós myndast samkvæmt nútíma kenningum:

Uppruni norðurljósanna hefst á yfirborði sólarinnar þegar sólin kastar út gasský. Vísindamenn kalla þetta kórónuskvettu [skammstafað CME á ensku]. Þegar ein slík nær til jarðarinnar, sem tekur 2 til 3 daga, rekst hún á segulsvið jarðarinnar. Þetta svið er ósýnilegt en ef þið gætið séð lögun þess, þá liti jörðin út eins og halastjarna með langan „segulhala“ sem teygir sig milljónir kílómetra á bak við jörðina, í stefnu frá sólinni.

Þegar kórónuskvetta rekst á segulsviðið, orsakar það flókna breytingu á svæði segulhalans. Þessar breytingar framleiða strauma af hlöðnum ögnum sem síðan flæða eftir segullínunum inn á heimskautasvæðin. Þessar agnir eru örvaðar orku í efri lögum andrúmsloftsins og þegar þær rekast á súrefnis- og köfnunarefnisatóm, framleiða þær töfrandi norðurljós (The Library of Congress).

Eitt vandamál með þessa útskýringu er að ekki er gert grein fyrir hið sanna eðli orkusviðs jarðar. Auk þess hefur jörðin ekki stöðugt „segulsvið“, né koma norðurljós eingöngu vegna kórónuskvetta. Í raun birtast norðurljós, eins og öll önnur veðurfyrirbæri, í mynstri sem tengjast stjarnfræðilegum hringrásum. Norðurljós eiga sér oftast stað á vorin og haustin þegar jörðin er nálægt jafndægrapunkti, eins og Wikipedia segir:

Jarðsegulstormar sem kveikja á norðurljósunum gerast í raun oftar á mánuðum jafndægrapunkta. Það er ekki mjög vel skilið hvers vegna jarðsegulstormar eru bundnir árstíðum jarðarinnar á meðan að virknin á heimskautasvæðunum er það ekki. En það er þekkt að á vorin og á haustin tengist segulsvið nærgeimsins við segulsvið jarðar.

Það sem einnig gerist í heiminum á þessum tíma tvisvar á ári – staðvindar byggja sig upp eða með öðrum orðum monsúntíminn hefst. Monsúntíminn er regntímabil sem oft eru sett í tengsl við stór bólstraský (jarðskjálftaský), sem myndast á vissum tíma árs. En hvernig eru norðurljósin og staðvindar tengdir?

Norðurljósin og staðvindar eiga sameiginleg upptök – flóðkraftanúningur í jarð­skorpunni vegna flóðkrafta.

Röð vísbendinga sýna beint samband á milli norðurljósa og þrýstirafsviðs jarðarinnar.