Himlens storslagna fenomen

Sällan har en rymdflygning varit så uppmärksammad i Sverige som den som startade på Nobeldagen den 10 december 2006, mitt i natten svensk tid. Skälet var naturligtvis att den svenske astronauten Christer Fuglesang fanns med ombord på rymdfärjan Discovery. En av flera uppgifter som han hade framför sig var att fotografera norrsken.

En ständig oval över Arktis

Norrsken är det mest mångskiftande av alla ljusfenomen på himlen. Det uppstår när snabba och elektriskt laddade partiklar från rymden träffar jordens övre atmosfär. Huvuddelen av det synliga norrskenet orsakas av elektroner som fått sin energi av solvinden, den ström av partiklar som ständigt flödar ut från solen. Elektronerna rusar fram och träffar atmosfären med en hastighet som kan vara en tiondel av ljusets. De bromsas upp av kollisioner med atmosfärens atomer och molekyler, och en del av rörelseenergin omvandlas till ljus. Men ännu är det mycket som vi forskare inte förstår av de fysikaliska processer som styr norrskenets olika former och variationer.

Den som vill se norrsken från marken måste oftast bege sig långt norrut. Vid Institutet för rymdfysik i Kiruna tas automatiskt fotografier av hela himlavalvet med en minuts mellanrum av en så kallad firmamentkamera, som ofta fångar norrsken de flesta klara nätter.

Norrskenets underkant ligger på cirka 100 kilometers höjd, ovanför molnen, så från rymden kan det ses i alla väder. De första satellitbilderna av norrsken togs redan 1971, men då gick det bara att ta en bild per satellitvarv. Ett språng i utvecklingen skedde 1986 med den svenska satelliten Viking, vars kamera kunde ta en bild var tjugonde sekund. Det gjorde det möjligt för oss forskare att bättre följa norrskenets snabba förändringar.

En annan finess med Vikings kamera var att den tog bilder i ultraviolett ljus. Det kan man inte göra från marken, eftersom detta slags ljus stoppas av atmosfären. I ultraviolett ser man norrskenet även i fullt dagsljus, och det var sådana satellitbilder som gjorde att vi numera vet att norrskenet finns dygnet runt, sommar som vinter, och att det bildar en ovalformad ring runt nordpolen.

Norrskensovalen har en diameter på i genomsnitt 5 000 kilometer, men från marken kan man bara se en del av norrskensbågen, som mest cirka 600 kilometer. Variationer i solvinden och solens magnetfält får ovalen att växa eller krympa. Vid magnetiska stormar kan norrsken emellanåt ses så långt söderut som i Sydeuropa.

Utsikt från rymdstationen

Från rymdfärjan och Internationella rymdstationen ISS har man ett annat perspektiv. ISS flyger på ungefär 350 kilometers höjd, och banans nordligaste punkt ligger på 52:a breddgraden, motsvarande en linje London-Leipzig-Lodz. Härifrån kan man se norrsken nästan upp till 80:e breddgraden, det vill säga norr om den nordligaste delen av Spetsbergen.

ISS gör ett varv runt jorden på 92 minuter, så det blir natt femton eller sexton gånger per dygn. Men det är bara under vissa varv som rymdstationen passerar nattsidan tillräckligt långt norrut för att det ska vara möjligt att se norrsken. Christer Fuglesangs första rapport om norrsken kom i rymddagboken den 15 december: ”När jag var på armen under CETA-förflyttningarna så var det otroligt vackert. Vi kom in över Europa nattetid och såg ljus från en massa städer, och uppemot norr, mot Sverige, var hela horisonten täckt av norrsken! Strax därefter kom en fantastiskt vacker soluppgång emot mig.”

Just natten till den 15 december var det extra spektakulärt norrsken. Den 13 december inträffade nämligen ett utbrott på solen tidigt på morgonen svensk tid, varvid ett stort moln med laddad gas skickades iväg mot jorden, en så kallad koronamassutkastning. Ett och ett halvt dygn senare nådde detta moln fram till jorden där det gav upphov till en kraftig magnetisk storm och stark norrskensaktivitet under det följande dygnet. Norrsken sågs så långt söderut som i Arizona i USA, på samma breddgrad som Tunisien och Cypern. På rymdstationen hade man dock fullt upp med att installera sitt strömförsörjningssystem, så fotograferingen av norrsken fick vänta.

Äntligen fotograferingsdags

Den 20 december, sedan rymdfärjan avdockat från rymdstationen, kunde Christer äntligen ta sig an norrskenet. Han fotograferande med ett vidvinkelobjektiv. På ett typiskt avstånd till norrskensovalen innebär det ett synfält i sidled på 2 500 kilometer, det vill säga ett fyra gånger så stort område som man kan iaktta från en punkt på marken.

När Discovery kom in över den kanadensiska västkusten vid Vancouver dök norrskensovalen upp bakom horisonten, och han kunde sedan se den ända tills östkusten passerades strax söder om Washington. För att få reda på avståndet till norrskenet vid just detta tillfälle har vi tagit hjälp av andra data.

Nordamerika är den kontinent som ligger bäst till för norrskensfotografering från Internationella rymdstationen och rymdskytteln. Det beror på att den magnetiska nordpolen befinner sig i norra Kanada, vilket gör att norrskensovalen där når lägre breddgrader än i Europa och Asien. Därför är det helt naturligt att Christer fick sin längsta bildsekvens över Nordamerika.

Sedan blev det läggdags för astronauterna. När rymdfärjan ett antal timmar senare befann sig över Kazakstan och Mongoliet, på eftermiddagen svensk tid, fotograferade Christer norrsken med fina spiralstrukturer.

Några skyttelvarv senare var det dags för bilder av norrsken över Nordskandinavien. Bild 9 togs klockan halv tio på kvällen den 20 december 2006.

Det var en hel del norrskensaktivitet detta dygn. Det visas inte bara av Christers fotografier utan även av bilder tagna från marken och från satelliter, liksom av de magnetiska mätningar som ständigt görs från en mängd stationer runt om i världen. I beskrivningar av norrskenets orsaker nämns ofta att norrsken har samband med solfläckar, men det här dygnet inträffade det under en period med en helt fläckfri sol. Solaktivitet kommer dock inte bara från områden med solfläckar. Ett instrument på satelliten Soho, placerad mellan jorden och solen, visar att det under detta dygn fanns så kallade koronahål på solen. De laddade partiklar som sänds ut från sådana hål är mycket snabbare än partiklar från övriga delar av solen, det här dygnet som mest hela 757 kilometer per sekund. Denna höga solvindshastighet torde vara en stor del av förklaringen till den höga norrskensaktivitet detta dygn.