Rett f?r p?ske dro en delegasjon fra Universitetet i Oslo til Tokyo i Japan for ? undertegne en 澳门葡京手机版app下载savtale med den amerikanske romfartsorganisasjonen NASA og den japanske s?sterorganisasjonen JAXA. M?let deres er ? forst? mer om hva som skjer n?r voldsomme solstormer treffer Jorda.
Det er riktignok velkjent, slik professor Kristian Birkeland p?pekte allerede for over hundre ?r siden, at solstormene skaper de fantastiske nordlysshowene p? Jorda. Det er i moderne tid ogs? blitt godt kjent at solstormene skaper tr?bbel for b?de satellitter og navigasjonssystemer.
Tross 30 ?rs iherdige studier mangler forskerne fortsatt den grunnleggende kunnskapen som skal til for ? forutsi n?r problemene oppst?r. Den dagen de har skj?nt dette, er det mulig ? lage gode romv?rvarsler, akkurat som vi har v?rvarsling p? landjorda i dag.
– Romv?rvarsling er viktig for ? kunne forutsi n?r navigasjonssystemene og kommunikasjonen med satellittene ikke virker som forventet, sier professor J?ran Moen p? Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo. Han regnes som en av verdens fremste romfysikere og som en av etterf?lgerne til Kristian Birkeland.
?nsket om bedre romv?rvarsling er den viktigste ?rsaken til at NASA og JAXA er med p? dette forsknings澳门葡京手机版app下载et.
– Norge har verdens ledende eksperter p? dette feltet, med mange ti?rs erfaring. Samarbeidet gir oss en helt ny innsikt i hvordan den ?vre delen av atmosf?ren omformer energien fra solen. Det viktigste for oss er ? forbedre forst?elsen av v?r mulighet til ? forst? hvordan det er mulig ? forutsi romv?ret, men det tar vanligvis flere ?r fra vi oppdager og forst?r observasjonene v?re, til vi kan bruke dem og forbedre romv?rvarslingsmodellene, poengterer romforsker Douglas E. Rowland i NASA.
– Historisk
Samarbeidet kalles Grand Challenge Initiative (GCI) Cusp og ledes av J?ran Moen ved UiO og Kolbj?rn Blix p? And?ya Space Center.
I l?pet av de neste to ?rene skal det internasjonale teamet skyte opp elleve raketter over Svalbard, b?de fra And?ya, ytterst i Vester?len i Nordland og fra Ny-?lesund, helt vest p? Svalbard.
Saku Tsuneta i den japanske romfartsorganisasjonen JAXA, sjefsforsker Elsayed Talaat fra NASA og dav?rende rektor Ole Petter Ottersen fra UiO undertegnet
rakettavtalen i Tokyo i begynnelsen av april. Foto: Yngve Vogt
Dette er tidenes st?rste fors?k med forskningsraketter.
– Vi vil fors?ke ? skyte opp fire av rakettene samtidig. Det er aldri blitt gjort f?r. Dette er historisk, p?peker J?ran Moen.
– De fire parallelle rakettene er viktige for oss. Med dem kan vi f? langt bedre vitenskapelige resultater enn om vi bare hadde skutt opp én rakett om gangen, poengterer professor Yoshifumi Saito i den japanske romfartsorganisasjonen JAXA.
Av de elleve rakettene er ni fra NASA. De blir skipet fra NASA-hovedkvarteret i USA til romsenteret p? And?ya. Noen av dem skal fraktes videre til Svalbard.
– Dette er det amerikanske romsenterets st?rste forsendelse av raketter til utlandet noen gang.
Rakettene koster rundt 400 millioner kroner. De st?rste rakettene er 21 meter h?ye og veier seks tonn, forteller Kolbj?rn Blix.
UiO skal bygge én av rakettene. Den blir satt sammen p? romsenteret p? And?ya. Byggetiden er ett ?r. Hvis alt g?r som planlagt, blir raketten skutt opp fra Ny-?lesund i januar 2019.
– Den norske raketten vil koste rundt 15 millioner kroner, sier Kolbj?rn Blix. Instrumentene koster ekstra.
Mysteriet langt oppe i atmosf?ren
Rakettene, som er fullspekket av m?leinstrumenter, skal avsl?re mysteriene i den ?vre atmosf?ren. Denne delen av atmosf?ren kalles for ionosf?ren og befinner seg 80 til 800 kilometer over bakken. Gassen er elektrisk ladd og kalles plasma. Ionosf?ren er viktig i radiokommunikasjon fordi den reflekterer radiob?lgene tilbake til Jorda.
Solstormene best?r av elektrisk ladde partikler. De trekkes mot de magnetiske feltene i ionosf?ren rundt polomr?dene p? Jorda. Det er forklaringen p? at nordlys bare kan observeres langt mot nord eller langt mot s?r.
– Svalbard er det beste stedet i verden for ? observere hvordan solvinden kobler seg p? Jordas magnetfelt, p?peker J?ran Moen.
I desember og januar er det bekm?rkt p? Svalbard. Da er det mulig ? observere fenomenet med optiske kameraer fra Kjell Henriksen-laboratoriet utenfor Longyearbyen. Forskerne benytter seg ogs? av radarstasjonen Eiscat noen hundre meter bortenfor. Uten disse to h?yteknologiske anleggene vil det ikke v?rt mulig ? vite n?r det er lurest ? skyte opp rakettene.
Turbulent kaos
N?r solstormene treffer Jorda, dannes det turbulens i ionosf?ren. Det forstyrrer b?de navigasjonen p? Jorda og radiosignalene med flyene. I dag er turbulens et av de siste store, ul?ste problemene i klassisk fysikk. Fysikerne h?per at rakettene skal gj?re det mulig ? avsl?re den eksakte beskrivelsen av turbulens.
– Uten denne forst?elsen av turbulens er det ikke mulig ? gj?re de beregningene som skal til for ? kunne forh?ndsvarsle alvorlige romv?rsituasjoner.
Alle de elleve rakettene skal brukes til vitenskapelige m?linger i et omr?de i den ?vre delen av jordatmosf?ren som kalles for CUSP.
Det er i nettopp dette omr?det at dagnordlyset inntreffer. Her oppst?r det en rekke merkelige og uforklarlige fenomener.
For ? forst? problemstillingen m? du f?rst skj?nne forskjellen p? nattnordlys og dagnordlys.
Dagnordlyset er kort fortalt det nordlyset som oppst?r n?r de magnetiske solstormene treffer Jorda forfra, alts? p? den siden av Jorda som vender mot sola. Dagnordlyset skjer minst 200 kilometer over bakken.
N?r de magnetisk ladde partiklene i solstormene passerer Jorda, vil de hekte seg p? magnetfeltet p? Jordas bakside. P? grunn av den enorme hastigheten til solstormene, som p? det mest intense kan bli p? over tre millioner kilometer i timen, vil magnetfeltet strekkes ut som en ?strikk?.
N?r ?strikken? er spent maksimalt, sl?r den tilbake med enorm energi mot Jorda og trenger dypt inn i atmosf?ren og s? langt ned som hundre kilometer over bakken. Her oppst?r nattnordlyset.
Det er forklaringene p? at nordlyset er mye kraftigere og langt mer spektakul?rt enn dagnordlyset.
– Nattnordlyset kan faktisk bli ti til hundre ganger sterkere enn dagnordlyset.
Nattnordlyset er kraftigst p? sytti grader nord, alts? p? samme breddegrad som Troms?. Dagnordlyset sees best p? ?tti grader nord, p? samme breddegrad som Svalbard.
Gigantisk luftfontene
Solstormene skaper ikke bare turbulens og forstyrrelser i atmosf?ren. Atmosf?ren blir ogs? varmet opp.
Som alle husker fra fysikktimen, trenger varm luft mer plass enn kald luft.
Ettersom nattnordlyset oppst?r dypt nede i atmosf?ren, vil trykket fra luften ovenp? holde den oppvarmete luften p? plass – akkurat som i en trykkoker.
I de h?ye omr?dene, der dagnordlyset varmer opp atmosf?ren, er det intet som hindrer at den oppvarmete luften presses til v?rs.
Det viser seg at dagnordlyset danner en gigantisk luftfontene. Denne fontenen er 50 000 kilometer h?y og pumper ut s? mye som 300 tonn oksygen i d?gnet.
Selv om det er helt logisk at luften stiger til v?rs, har forskerne enn? ikke skj?nt hvordan energien i luftpumpen kan bli s? kraftig at luftmolekylene unnslipper Jordas gravitasjonsfelt og forsvinner ut i universet.
– Et eller annet sted i luftfontenen skjer det en energitransformasjon – som gj?r at hastigheten p? luftpartiklene ?ker, men vi vet fortsatt ikke hvorfor det skjer. Vi vet bare at det skjer minst 600 kilometer over bakken og at det er snakk om b?lgeenergi.
For ? unnslippe Jorda m? luftpartiklene akselereres opp til en hastighet p? elleve kilometer i sekundet. Det er mye.
Det merkelige fysiske fenomenet kan ikke unders?kes med radarm?linger verken fra bakken eller fra satellitter.
– Det er bare rakettene som kan gi oss svaret p? hva akselerasjonen skyldes.
Luftfontenen har ikke bare en teoretisk interesse for fysikere.
– Selv om det ikke merkes p? bakken at atmosf?ren utvider seg, vil luftmotstanden fra luftfontenene bremse opp satellittene. Da detter satellittene ned i bane. Satellittene m? derfor ha drivstoff for ? ?ke farten igjen. I dag finnes det ingen modeller som kan forutsi n?r dette skjer. Med gode romv?rvarsler kan levetiden p? satellittene forlenges, p?peker J?ran Moen.
De fleste satellittene svever i 400 til 600 kilometers h?yde. Selv de satellittene som er 800 kilometer over bakken, blir p?virket av luftfontenen.
– Jo lavere satellittbaner, desto st?rre bremseeffekt har luftfontenen.
Rakettene utfyller hverandre
Den japanske romfartsorganisasjonen JAXA skal sende opp den f?rste raketten allerede i desember.
– Denne raketten skal unders?ke hvilke energib?lger som for?rsaker luftfontenen, men den gir oss h?yst sannsynlig ingen nye forskningsresultater. Raketten skal derimot brukes som en ?magnet? til ? f? flere forskere interessert i problematikken. Vi regner ogs? med at de japanske observasjonene vil f?re til enda flere sp?rsm?l.
Alle som har speidet etter nordlys, vet at det vakre fenomenet er ustabilt og stadig skifter plassering.
– Den viktigste ?velsen med den japanske raketten er ? l?re hvordan fenomenet kan treffes sikrest mulig. Det er viktig n?r forskerne skal skyte opp fire parallelle raketter.
Det er nettopp det som er det store. Frem til i dag har romfysikerne skutt opp bare én forskningsrakett om gangen. Denne metoden har en stor svakhet. Da f?r forskerne m?linger bare langs én linje.
To av de fire samtidige rakettene skal skytes opp fra And?ya. De to andre skal skytes opp fra Ny-?lesund. Ettersom de fire rakettene helst skal skytes opp samtidig, trenger forskerne flere utskytningsramper. Uten en ekstra rampe p? Ny-?lesund til 30 millioner kroner kommer de ikke i m?l.
– De fire parallelle oppskytningene vil kreve f?rti til femti mann p? bakken, forteller Kolbj?rn Blix.
Rakettene skal skytes gjennom luftfontenen i ulike h?yder.
– Rakettene skal se p? energioverf?ringen, b?de p? hvor mye energi som kommer inn, og hvilken form energien har og hvorfor luften akselererer oppover, forklarer Moen.
Det er ikke bare satellitteierne som f?r glede av den nye kunnskapen.
– Den nye kunnskapen er viktig for ? forst? hvordan magnetfeltet p? Jorda beskytter oss. N?r vi har skj?nt hvordan solstormene presser vekk oksygen fra Jorda, kan vi ogs? forst? hvordan andre planeter opprettholder eller mister atmosf?ren sin.
3D-m?linger
Forskerne skal ogs? skyte ut en rakett med tolv ?d?tre?. Disse ?d?trene? vil bevege seg parallelt med raketten. Da kan forskerne for f?rste gang f? tredimensjonale m?linger fra ionosf?ren.
– 3D-m?linger er helt n?dvendige for ? kunne skjelne mellom de fysiske fenomenene i plasmaen, sier Moen.
Den ene raketten er en norsk-amerikansk studentrakett.
– Her kan studentene l?re om hvordan de kan lage elektroniske instrumenter som fungerer og t?ler de enorme belastningene i en rakett.
N?r rakettene skytes opp, blir store deler av luftrommet stengt.
– Noen av rakettene skal opp i tusen kilometers h?yde. Det er tre ganger h?yere enn den internasjonale romstasjonen. Etter 24 minutter stuper rakettene gjennom isen nord for Svalbard, forteller Kolbj?rn Blix.
Deler p? alle data
F?r var det slik at alle nordlysforskere satt og ruget p? sine egne data. N? skal dataene fra alle rakettene lagres i en felles database p? Svalbard.
– Hvis det skulle g? galt med en av rakettene, vil vi kunne forske videre p? dataene fra de andre rakettene.
Formatet p? dataene er standardisert, slik at det skal bli lett ? sammenligne og dele data.
– Jeg ?nsker at s? mange som mulig vil analysere dataene av de samme fenomenene, slik at vi kommer videre, poengterer J?ran Moen.