Hur uppstår norrsken?

1. Hur uppstår norrsken? Institutet för Rymdfysik DocenturnämndensRepresentant: Prof.Ulrik GeliusFysiska Institutionen Ämnesrepresentant: Prof. Mats AndréInstitutet för Rymdfysik Docent föreläsning av Annika Olsson 2 juni 2004, Ångströmlab.

2. Innehåll • Introduktion – “FAQ” • Grundförutsättningar • Polar data • Stabilt norrsken • Aktivt norrsken • Sammanfattning

3. Norrsken – Hemvist för de döda eller högre makter?

4. Vad beror norrskens-strålarna på?

5. Varför går bågarna i öst-västlig riktning? …vilken utbredning har de?

6. Vad orsakar färgerna i norrskenet?

7. Varför ser norrsken olika ut på dygnet?

8. Solfläckar observationer från 1700- talet • … och nu

9. 11-års cykel Sol minimum Sol maximum

10. Norrsken och solaktivitet Detfinns ett samband mellan solfläckar och norrsken

11. Förutsättningar för norrsken Sol ? • Solen är den ursprungliga energikällan, • men hur sker kraftöverföringen?

12. Jordens magnetfält • Jorden omges av ett magnetiskt dipolfält

13. Magnetiska variationer och norrsken Magnetfältstörningar upp till 3 % av det jordmagnetiska fältet under norrsken

14. Norrskenstrålars förklaring 1800-talet gav fysiken - magnetfält och norrsken Magnetiska fält styr laddade partiklar, (men vilka är partiklarna, och vilken är deras roll i norrskenprocessen?)

15. Norrskensoval, förklaring till öst-västlig utbredning Norrsken centrerat kring magnetiska nordpolen bildar en sk norrskensoval -jordens gloria Sydsken bildar på samma vis en sydskensoval

16. Norrskensoval – jordens gloria Satellitbild av en ständigt aktiv norrskenoval Norrsken kan ibland beskådas av Uppsalabor

17. Rymdskyttelbild av norrskensoval

18. Polvandringar Nutida studier av stelnade lavor ger ledtrådar om norrskensovalens läge för 2000 år sedan! Polvandring: 800-talets Östra Arosbor såg mycket norrsken ! Polvändning: Intervaller om ~300 000 år Senaste ~780 000 år

19. Förutsättningar för norrsken • Magnetiskt fält • ? • sol Slutsats: Ett planetärt magnetfält styr laddade partiklar och orsakar norrsken ...men hur, och vilka är partiklarna?

20. Norrskensfärger Norrskenet har ett linjespektrum Norrsken kommer från en lysande gas (atmosfären), • Excitationen orsakas av laddade partiklar parallella med magnetfältet, men vilka är partiklarna?

21. Förutsättningar för norrsken • atmosfär • Magnetiskt fält • ? • sol • Slutsats: Atmosfären är den bildskärm där norrskensljuset uppstår, • men vilka laddade partiklar orsakar excitationen?

22. Sondraketer och satelliter

23. Data från sondraket Energirika elektroner relaterade till norrsken (inverterat-V)

24. Plasma- det fjärde tillståndet Rymdåldern - norrskensforskning blir forskning om plasmafysik

25. 99,999...% av universums volym består av plasma • Plasma – joniserad gas Plasma - joniserad gas • Plasmafysik - med rymden som laboratorium

26. Förutsättningar för norrsken • atmosfär • plasma • Magnetiskt fält • sol • ? • Slutsats: Elektroner som kan krocka med atmosfären behövs för att alstra norrskensljus

27. Solutbrott • Solutbrott - 2 dygn senare utbredda norrsken densitet 0.1 –10 part./cm3 temperaturer upp till 100MK

28. Förutsättningar för norrsken ! • atmosfär • plasma • solvind • magnetiskt fält • sol • Slutsats: Solvinden, är det kraftöverföringssystem som kan • bära energin från källan till plasmapartiklarna.

29. Norrsken universellt

30. Hur accelereras elektronerna till så höga energier? Magnetfält Elektriska fält Uppåtgående strömområde Jon stråle Elektroner Inverterat-V

31. ”Potential drop people’s” norrskens modell Magnetfält AKR Uppåtgående strömområde Kaviteter Jon stråle Elektriska fält Elektroner Inverterat-V

32. ”Potential drop people’s” norrskens modell Elektroner Magnet fält Nedåtgående strömområde Uppåtgående strömområde Kaviteter Jon stråle Elektriska fält Elektroner Inverted-V

33. ”Potential drop people’s” norrskens modell Elektroner Magnetfält Nedåtgående strömområde Uppåtgående strömområde kaviteter Jon stråle Elektriska fält elektroner Inverted-V

34. Hur sluts potentialstrukturen? • Polar satellit data 1996-2001, 5000-30000 km höjd • Beroende av R, MLT, ILAT, Kp, säsong, sol cykel ? • Polar • Viking • FAST • Freja

35. Resultat (stabilt norrsken)-> kooperativ modell Kaviteter Elektriska fält Vågor Jon strålar elektroner Inverterat-V norrsken

36. Resultat (stabilt norrsken)-> kooperativ modell Jon skal Bernstein vågor 3.5 RE Kaviteter Elektriska fält Elektron anisotropi (100-1000 eV) Vågor Jon strålar elektroner Inverterat-V norrsken

37. Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg Substorm

38. Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg kaviteter 5 RE 4 RE Elektriskt fält 3.5 RE Substorm

39. Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg Alfvèn våg Substorm onset 3.5 RE Dot-AKR Substorm

40. Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg Under/efter substorm onset VA~Ve 3.5 RE Alfvèn våg Alfvén Resonosphere Substorm

41. Sammanfattning • Grundförutsättningar för norrsken: • sol, solvind, plasma, magnetosfär, atmosfär • Egna kompletteringar: • Stabilt norrsken:jonskal-> Bernsteinvågor->e- anisotropi -> sluten potentialstruktur (”O -potential”) • Aktivt norrsken:Som i stabila fallet + Alfvèn vågor • (”diagnostikum”: dot-AKR 2-3 RE, Alfvèn resonosfären 4-5 RE)

42. Fortsättning följer ...

43. Norrskenet i siffror