Hur uppstår norrsken?

Långt innan vi hade lärt oss vad vi vet om norrsken förklarade våra förfäder dem med berättelser om gudar och monster, vilket gjorde att gemene man antingen respekterade, fruktade eller avgudade himlens ljus. Med tiden förvandlades berättelserna till legender och myter.

Idag vet vi hur norrsken (och sydsken) uppstår, men deras mystik förblir densamma – även när du vet lika mycket om polarskenen som astronomen och den självutnämnda norrskensfanatikern Tom Kerss. Han beskriver norrsken som ”sann magi som utspelar sig framför dina ögon” – trots sin utbildning i astrofysik och en stor förståelse för vad som ligger bakom fenomenet.

Toms kollega, dr Sadie Jones, är av samma åsikt. ”Jag vet att jag som forskare inte borde använda ordet ’magiskt’, men när ett norrsken tar över himlen får jag ett nytt perspektiv på universum. Som att jag inser att jag är en del av något större.”

Vad är egentligen ett norrsken? ”Jag tröttnar aldrig på att svara på den frågan, eftersom jag vill att folk ska förstå hur fantastiskt det vi ser verkligen är”, säger den omåttligt entusiastiska experten, dr John Mason.

Norrskensveteranen, som har upplevt norrsken ombord på Hurtigruten i över 15 års tid, förklarar att norrsken skapas av ”elektriskt laddade partiklar från solen som gör en 15 miljoner mil lång resa till jorden”.

”Om du tittar på en bild av en total solförmörkelse ser du hur månen blockerar solen men hur solens yttersta atmosfär, koronan, strömmar ut i rymden. Detta är vad som slutligen skapar solvindar, en stadig ström av gas och laddade partiklar som kontinuerligt lämnar solen.”

De laddade partiklarna förflyttar sig olika snabbt, men efter några dagar når de jordens magnetfält, magnetosfären, där de dras ner mot jordens norr- och sydpol, mer kända som polarskensovalerna.

När de inkommande partiklarna krockar med atomer och syre- och kvävemolekyler i jordens övre atmosfär blir de exciterade och utsänder ljus – norrskenet.

Någon som förstår fenomenets storhet är Darren Baskill, föreläsare inom fysik och astronomi på Sussex University. Men det gör inte ljusshowen mindre imponerande. ”Det är först under de senaste 100 åren som vi har förstått vad ett norrsken egentligen är. Att veta exakt vad som händer när några oändligt små partiklar kolliderar med jordens övre atmosfär och sedan följer magnetfältslinjerna – som vanligtvis är osynliga – är minst sagt häpnadsväckande.”

Norrsken fladdrar över den arktiska himlen året runt, men den bästa tiden att se dem i Norge är mellan september och mars då himlen är tillräckligt mörk. Ibland dyker de även upp i början av våren.

Den bästa tiden på dagen att se ett norrsken är kl. 17–02. Dr Mason påpekar dock att kan vara enklare att se färgerna vid skymningen. ”Det är för att ljuset i himlen bakom väcker färgsensorerna i dina ögon så att du kan utskilja färgerna när de väl uppstår. När himlen är kolsvart kan du inte se färgerna lika bra som tidigare, om inte polarskenet är ljusare i sig. Allt handlar om hur ögat uppfattar färgerna i mörker.”

Vissa polarsken pågår bara i ett fåtal minuter och dyker sedan upp igen några minuter eller timmar senare. Vissa dansar på himlen i 15 till 30 minuter. Om du har riktig tur kan himlens ljusshow pågå i flera timmar.

Hur ofta norrsken uppstår och hur intensiva de är beror även på solens aktivitet.

”Större polarsken uppstår när antalet laddade partiklar och solvindens hastighet ökar på grund av något slags utbrott på solen”, förklarar dr Mason.

Baserat på solfläckscykeln kommer nästa solmaximum – perioden då oddsen att se ett norrsken och få en extra unik uppvisning – att vara säsongen 2024–2025. Nästa solmaximum efter det inträffar inte förrän om 11 till 15 år.

Darren Baskill förutspår att detta solmaximum kommer att ge ”dramatiskt fler” ljusshower på himlen. ”Vi är på väg att nå maximum, så jag förväntar mig att kunna se norrsken var och varannan dag. För bara fem år sedan kunde du behöva vänta i flera veckor.”

Dr Mason menar att ett norrsken kan anta flera olika former. ”När du först ser ett polarsken kan det verka grått med en hint av grönt, men sedan formas vanligen en båge av grönt ljus på himlen – ibland med strålar som sträcker sig uppåt från bågen, som ett sökarljus.”

Inom några minuter – ibland timmar – kan bågen sedan anta en rad olika former, såsom ett norrskensband som slingrar sig fram över den arktiska himlen och förvrängs över tid. ”Det kan även uppstå som en ridå av norrskensstrålar som sträcker sig upp mot himlen”, säger dr Mason. ”Lite som en gardin som fladdrar i brisen.”

”Ibland möts strålarna högt upp på den arktiska himlen. Det är då du har chansen att få se en av de mest imponerande polarskensformerna: kronan. Många har beskrivit det som ett fyrverkeri av färger på himlen.”

Dr Mason förklarar att polarsken uppstår när laddade partiklar som färdas i en väldigt hög hastighet kolliderar med luftpartiklar högt upp i jordens atmosfär. När de laddade partiklarna återgår till sitt normalläge avger de extra energi i form av olika färger.

Luften vi andas in dagligen innehåller två huvudsakliga gaser, där syre utgör omkring en femtedel och resten av luften består av kväve. De gröna och röda färgerna skapas av exciterade syreatomer. De gröna färgerna kommer från syreatomer 10–15 mil över marken medan de röda avges från atomer på 15–35 mils höjd.

Den andra gasen i atmosfären – kväve – är svårare att excitera. Dr Mason förklarar: ”Du måste antingen slå partiklarna hårt eller använda ultraviolett ljus, vilket gör dem lättare att excitera. Lila nyanser kommer från exciterade kväveatomer, 25–40 mil ovanför marken.”

”Exciterade kväveatomer ger polarskenets vackraste färger; de lilarosa tonerna i de uppvisningar där partiklarna tar sig ner till omkring 9,5–10 mil över marken. Exciterade kväveatomer kan även producera turkosa toner eller en mer mörkblå nyans.”

Om du vill lära dig hur du fångar norrskenets färger på bild, se våra tips för att fotografera norrsken.

Dr Sadie Jones, astronom och lärare på University of Southampton, arbetar för närvarande med ett projekt som har fått namnet Aurora Zoo. En av projektets målsättningar är att förstå vad som händer med energin i den övre atmosfären när ett polarsken uppstår samt vilken effekt detta har på satelliter och vädret nere på jorden.

”Meteorologiska institut fokuserar oftast på området från marken och upp till 10 mil in i atmosfären”, berättar dr Jones. ”Vanligtvis bryr de sig inte om vad som pågår över 10 mils höjd – för dem är det rymden.”

”Norrsken uppstår 10–30 mil från jorden. Aurora Zoo fokuserar på hur de rör sig i den övre atmosfären och samlar in ny data om vad som händer.”

”Vi vet att norrsken, trots att de uppstår mycket högre upp, påverkar temperaturen och de vädermodeller som används för den nedre atmosfären. Nu börjar de meteorologiska instituten inse att de kanske behöver titta högre än tidigare.”

Projektet har även som mål att kartlägga polarskenens former och rörelser. Alla kan delta i det spännande projektet genom att hjälpa forskarna analysera den enorma mängden data och på så vis upptäcka tidigare okänd information om fenomenet på natthimlen.

Faktumet att vi förstår hur norrsken uppstår är imponerande, men vad som gör det hela ännu mer intressant är hur det har bidragit till forskningen på andra områden, såsom klimat och väder, men även till vår förståelse för resten av rymden.

”Mitt favoritområde just nu, framförallt då det är i ett tidigt stadie, är att applicera vad vi vet om norrsken på jorden på forskningen av andra världar”, säger Tom Kerss. ”Ett bra exempel är Ganymede, en av Jupiters månar. Eftersom polarsken har kunnat konstateras säger man sig kunna dra slutsatsen att det förmodligen finns ett saltvattenhav under månens frusna yta. En viss saltvattendensitet skapar en elektromagnetisk dragningskraft inuti månen och ger ett andra magnetfält som stabiliserar polarskenen.

”Om det vi har lärt oss om polarsken säger något om jordens atmosfär och magnetfält kan det utnyttjas för att avgöra huruvida andra världar i Vintergatan erbjuder en miljö där olika livsformer kan utvecklas. Vad som länge var ett mysterium för människan har plötsligt blivit något vi kan använda till att studera okända världar. Det är en spännande tanke!”