Aurora Borealis, norrsken enkelt förklarat

Fenomenet

Norrsken, Aurora Borealis, uppenbarar sig som virvlande floder av grönblått ljus på den klara natthimlen. Det dansar och rör sig nyckfullt, ibland knappt märkbart, för att plötsligt växa sig intensivt levande.

Enkelt förklarat är fenomenet aurora en växelverkan mellan solvinden och jordens magnetiska fält. Solvinden består av laddade partiklar som solen utsöndrar. Dessa fångas upp av jordens magnetiska fält och dras till polerna i väldigt hög hastighet.

Norrskenet uppstår när partiklarna kolliderar med atomer och molekyler i jordens övre atmosfär (jonosfären) och förvandlar kinetisk energi till visuellt ljus.

Grönt intensivt norrsken
Foto Greame Richardson
Grönt norrsken som speglar sig i vattenytan på Torneälv
Foto Asaf Kliger

Så förklarar forskarna norrsken

Som tur är kan Svenska Institutet för rymdvetenskap i Kiruna, med decennier av vetenskaplig forskning om norrsken bakom sig, hjälpa till med en förklaring.

Partiklarna kommer ursprungligen från jonosfären och färdas i en enorm hastighet med hjälp av solvinden. När partiklarna når atmosfären kolliderar de med atomerna. Partikeln "gnider av sig" lite av sin energi på atomen, men behåller fortfarande tillräckligt med energi för att kunna fortsätta sin färd, dock med lägre hastighet. Slutligen kolliderar den med andra atomer.

Varje atom som kolliderat med en partikel har nu ett överskott av energi, och när denna energi frigörs från atomen så uppstår ljussken. Ju närmre jorden, desto fler atomer i atmosfären, vilket leder till att partiklarna kolliderar med fler och fler atomer och överför en del av sin energi till var och en av dem. De saktar sedan gradvis ner mer och mer och för att slutligen stanna helt, vanligtvis cirka 100 kilometer ovanför jordens yta.

 

Läs mer om forskningen kring norrsken ›

Faktorer

Faktorer som spelar in när norrskenet uppstår på jorden eller på andra planeter:

  • Det måste finnas en existerande atmosfär eftersom denna utgör den "filmduk" som Aurora Borealis projiceras på. Ingen atmosfär - inga atomer för partiklarna att kollidera med.
  • För det andra måste det finnas laddade partiklar eller "plasma" som kan överföra överskottsenergi till atomerna.
  • Det måste finnas ett befintligt magnetfält som drar åt sig partiklarna eftersom de i annat fall bara skulle ha fortsatt vidare genom rymden.
  • Det behövs också ett "batteri", det vill säga en energikälla som kan ladda partiklarna. På jorden är det solen som utgör denna energikälla.
  • Slutligen måste källan överföra energin till partiklarna så att de laddas. Här är det solvinden som har till uppgift att transportera energin från solen till partiklarna. 
norrsken över Torne älv i september
Foto Tomas Jönsson

Solvindar, solstormar

För att de laddade partiklarna i rymden skall kunna uppnå den höga hastighet som krävs för att skapa norrsken, behöver de alltså energi från solen. Solvinden består av protoner och elektroner som solen har gett ifrån sig i en hastighet av 400 kilometer i sekunden.

Samlingsnamnet för dessa partiklar är plasma. Plasma är en sorts gas, dock med en viktig skillnad - gas innehåller ingen elektrisk energi medan plasma gör det. I gas är alla elektroner (negativ energi) och protoner (positiv energi) organiserade i atomer, och på grund av att det finns lika många av varje sort så tar de ut varandra.

Atomer består dessutom av neutroner, vilka inte är elektriskt laddade över huvud taget. Jorden utgör en barriär för solvinden. Det mesta av solvindens plasma tar sin färd runtom och förbi jorden, ungefär på samma sätt som vatten passerar runt en sten i ett vattendrag, och liksom en bubbla lägger sig solvinden som ett hölje runt jordens magnetfält och skapar på så sätt vår magnetosfär.

Magnetosfären fungerar som en sköld mot partiklar som färdas genom rymden och alla planeter med magnetfält har i regel en magnetosfär, men det finns även andra naturliga föremål i rymden, exempelvis galaxer, som också har en magnetosfär. Varje sekund träffas magnetosfärens gränsyta, magnetopausen, av enorma mängder energi. Endast en bråkdel av all denna energi lyckas ta sig igenom atmosfärens filter, och en ännu mindre del blir sedan synlig genom norrsken.

En magnetisk solstorm är detsamma som ett avbrott i magnetfältet. Dessa avbrott inträffar i norrskensovalen och uppstår på grund av förändringar i magnetfältet och dess laddade partiklar. Stormen varar ungefär i 10-30 minuter och när den lagt sig är norrskenet extra kraftfullt.

Hur norrsken ser ut – valvbåge, band och krona

Båge

Aurora Borealis kan uppenbara sig i många olika former. Tidigt på kvällen är det oftast en storslagen båge som sträcker sig över himlen från öst till väst. Vanligtvis är den grön och med suddiga kanter. Den nedre delen av bågen är ganska tydlig medan den övre kanten är mer diffus. Ibland kan bågen vara aktiv och röra sig så att den påminner om fladdrande gardiner.

Band

Det kan hända att du ser strålar av ljus som visar sig i samma riktning som jordens magnetfält. Bågens längd kan sträcka sig över 1000 kilometer eller mer, medan dess bredd kan begränsas till så lite som 100 meter. Ett auroraband liknar en båge men är mer veckad eller ihopringlad som en spiral.

Krona

Om du står precis under ett norrsken i samma riktning som magnetfältet, kommer du uppleva att strålarna från Aurora utgår från en enda punkt och strålar utåt. Detta kallas för krona. Om du istället står och tittar på samma norrsken, men från en plats i mer sydlig eller nordlig riktning, kommer skenet istället att uppenbara sig som en båge.

Skenet efter stormen

De norrsken som uppstår efter solstormar är de mest intensiva och kan fylla hela himlen med otroliga former och färger i grönt, rött, blått och violett. Vid dessa tillfällen kan norrskenet vara så starkt att man till och med kan läsa en bok eller en tidning i dess närvaro.

Nyanserna och formerna förändras väldigt plötsligt. Den mest intensiva aktiviteten kanske inte varar mer än 10 minuter så man måste hålla koll på himlen ofta. När överskottsenergin som överförts från solstormen till magnetosfären avtar, kan det hända att du får se norrskenet pulsera. Bleka fläckar av ljus på undersidan av norrskenet uppenbarar sig och försvinner slumpvis med varierande varaktighet, men vanligtvis bara ett par få sekunder. Denna typ av norrsken är vanligast förekommande efter midnatt.

Different vanligast

Det vanligaste norrskenet kallas för "Different". Det kan vara svårt att se eftersom det saknar form och ofta bara uppenbarar sig som ett mjukt sken över stora områden på himlen. Faktum är att norrsken alltid är närvarande någonstans på himlen även om du inte kan se det med blotta ögat. En ring med norrsken befinner sig nämligen ständigt runt jordens magnetiska poler, men sannolikt befinner du dig inte på rätt plats för att kunna se det. Eller också är du på rätt plats, men kan inte se det ändå på grund av moln, dagsljus eller alltför ljusa sommarnätter. 

 

Läs mer om norrrsken ›