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.

Vatn á Sólinni

Ha, vatn á Sólinni? Hvernig getur það verið?

Innrautt róf í hárri upplausn úr miðju sólbletts hefur verið skráð með eins metra litrófsmæli með Fourier-ummyndun á Kitt Peak stjörnuathugarstöðinni. Rófið inniheldur mjög mikið af vatnsgleypniseinkennum sem eiga upptök sín á Sólinni. Þessar línur hafa verið tengdar við hreinan snúnings- og titrings-snúningsumskipti heits vatns og borið saman við háhita útgeislunarróf á rannsóknarstofu. (Water on the Sun, L. Wallace og fleiri, Science, Vol. 268, 26. maí 1995, bls. 1155).

Með því að bera saman róf úr háhita vatni á rannsóknarstofu við róf úr Sólinni, hafa vísindamenn í raun staðfest það að vatn fyrirfinnist á Sólinni. Rannsóknarmenn gerðu síðan útdrátt á uppgötvun sinni með því að lýsa yfir hversu mikið af vatni kom fram í rófi Sólarinnar:

Niðurstaða okkar er sú að þessar óvenju þéttar línur í rófi sólbletta má rekja til vatns. Ennfremur, flestar af hinum ístöðulitlu og ómerktu línum má líklega einnig rekja til vatns. (Water on the Sun, L. Wallace og fleiri, Science, Vol. 268, 26. maí 1995, bls. 1157).

Grein í júlí 1997 útgáfunni af Science hét meira að segja Water on the Sun: Molucules Everywhere (Vatn á Sólinni: Sameindir alls staðar). Hér eru nokkur megin atriði:

Venjuleg fjölatóma sameindir eins og H2O eiga ekki að fyrirfinnast á yfirborði Sólarinnar. Á svo háum hita, eða um 5800K [5500°C], ættu vatssameindir að rjúfa efnatengsl sín í sindurefnin OH og H atóm eða jafnvel í O atóm og tvö H atóm. Þess vegna fannst mér skýrslan frá 1995 eftir Wallace og fleirum „Vatn á Sólinni“ nokkuð ótrúleg, þó algerlega trúleg engu að síður eftir að hafa skoðað gögnin… Innrauða róf heits vatns úr rannsóknarstofunni, unnið af Bernath og samstarfsmönnum hans, passaði nákvæmlega við hið rannsakaða róf Sólarinnar.

Rófin tvö virðast vera ólík í fyrstu andrá en nánari rannsókn sýnir nákvæma samfellu í tíðnum róflínanna. Samræmi milli stjarnfræðilegra tíðnir og þeirrar úr rannsóknarstofu hefur verið undirstaðan fyrir uppgötvun sameinda í geimnum… Samræmi tíðna í róflínunum svo tugum skiptir, eins og á myndinni, er pottþétt sönnun á mælingu á H2O. (Water on the Sun: Molecules Everywhere, Takeshi Oka, Science, Vol. 277, 18. júlí 1997, bls. 328).

Samkvæmt kenningunni ætti vatn „ekki að fyrirfinnast á yfirborði Sólarinnar“, en sannanirnar sýna annað. Þar er vatn og það verður að útskýra það í stjörnulíkönum. Reyndar þurfa allar stjarnfræðikenningar að gera ráð fyrir vatni sem grundvallar efni innan kenningarinnar. Það að mælt sé og borið hefur verið kennsl á „mikið magn af vatni“ í stjörnum er ekki lengur fréttnæmt, en þó hefur þetta ekki örvað rannsóknir eða orsakað þróun á nýju „vatnslíkani“ í stjörnu- eða plánetumyndun.