BACK Hur uppstår norrsken? Institutet för Rymdfysik Docenturnämndens Representant: Prof. Ulrik Gelius Fysiska Institutionen Ämnesrepresentant: Prof. Mats.

En presentation över ämnet: "BACK Hur uppstår norrsken? Institutet för Rymdfysik Docenturnämndens Representant: Prof. Ulrik Gelius Fysiska Institutionen Ämnesrepresentant: Prof. Mats."— Presentationens avskrift:

1 BACK Hur uppstår norrsken? Institutet för Rymdfysik Docenturnämndens Representant: Prof. Ulrik Gelius Fysiska Institutionen Ämnesrepresentant: Prof. Mats André Institutet för Rymdfysik Docent föreläsning av Annika Olsson 2 juni 2004, Ångströmlab.

2 BACK  Introduktion – “FAQ”  Grundförutsättningar  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfattning Innehåll

3  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Norrsken – Hemvist för de döda eller högre makter?

4  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Vad beror norrskens-strålarna på?

5  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Varför går bågarna i öst-västlig riktning? …vilken utbredning har de?

6  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Vad orsakar färgerna i norrskenet?

7  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Varför ser norrsken olika ut på dygnet?

8  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol ?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. observationer från 1700- talet … och nu … och nu Solfläckar

9  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol ?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Sol minimum Sol maximum 11-års cykel

10  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol ?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Det finns ett samband mellan solfläckar och norrsken Norrsken och solaktivitet

11  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Sol ? Solen är den ursprungliga energikällan, Solen är den ursprungliga energikällan, men hur sker kraftöverföringen? men hur sker kraftöverföringen? Solen är den ursprungliga energikällan, Solen är den ursprungliga energikällan, men hur sker kraftöverföringen? men hur sker kraftöverföringen? Förutsättningar för norrsken

12  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Jordens magnetfält Jorden omges av ett magnetiskt dipolfält Jorden omges av ett magnetiskt dipolfält

13  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Magnetiska variationer och norrsken Magnetfältstörningar upp till 3 % av det jordmagnetiska fältet under norrsken

14  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. 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  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. 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  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Norrskensoval – jordens gloria Satellitbild av en ständigt aktiv norrskenoval Satellitbild av en ständigt aktiv norrskenoval Norrsken kan ibland beskådas av Uppsalabor

17  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Rymdskyttelbild av norrskensoval

18  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. 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  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Förutsättningar för norrsken Slutsats: Ett planetärt magnetfält styr laddade partiklar och orsakar norrsken...men hur, och vilka är partiklarna? sol sol ? ? Magnetiskt flt Magnetiskt fält

20  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär ?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Norrskensfärger Norrsken kommer från en lysande gas (atmosfären), Norrsken kommer från en lysande gas (atmosfären), Norrskenet har ett linjespektrum Excitationen orsakas av laddade partiklar parallella med magnetfältet, men vilka är partiklarna? Excitationen orsakas av laddade partiklar parallella med magnetfältet, men vilka är partiklarna?

21  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Förutsättningar för norrsken sol sol ? ? Magnetiskt flt Magnetiskt fält Slutsats: Atmosfären är den bildskärm där norrskensljuset uppstår, Slutsats: Atmosfären är den bildskärm där norrskensljuset uppstår, men vilka laddade partiklar orsakar excitationen? men vilka laddade partiklar orsakar excitationen? atmosfr atmosfär

22  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär Plasma ?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Sondraketer och satelliter

23  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär Plasma ?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Data från sondraket Energirika elektroner relaterade till norrsken (inverterat-V)

24  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär Plasma ?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Plasma- det fjärde tillståndet Rymdåldern - norrskensforskning blir forskning om plasmafysik

25  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär Plasma ?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Plasma - joniserad gas Plasmafysik - med rymden som laboratorium Plasmafysik - med rymden som laboratorium 99,999...% av universums volym består av plasma 99,999...% av universums volym består av plasma Plasma – joniserad gas Plasma – joniserad gas

26  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär Plasma  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Förutsättningar för norrsken sol sol ? ? Magnetiskt flt Magnetiskt fält atmosfr atmosfär Slutsats: Elektroner som kan krocka med atmosfären behövs för att alstra norrskensljus Slutsats: Elektroner som kan krocka med atmosfären behövs för att alstra norrskensljus plasma plasma

27  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär Plasma Solvind ?  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Solutbrott Solutbrott - 2 dygn senare utbredda norrsken Solutbrott - 2 dygn senare utbredda norrsken densitet 0.1 –10 part./cm 3 temperaturer upp till 100MK

28  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär Plasma Solvind  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Förutsättningar för norrsken ! sol sol solvind solvind magnetiskt flt magnetiskt fält atmosfr atmosfär plasma plasma Slutsats: Solvinden, är det kraftöverföringssystem som kan Slutsats: Solvinden, är det kraftöverföringssystem som kan bära energin från källan till plasmapartiklarna. bära energin från källan till plasmapartiklarna. Slutsats: Solvinden, är det kraftöverföringssystem som kan Slutsats: Solvinden, är det kraftöverföringssystem som kan bära energin från källan till plasmapartiklarna. bära energin från källan till plasmapartiklarna.

29  Innehåll  Introduktion  Grundföruts. Sol Magnetfält Atmosfär Plasma Solvind  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Norrsken universellt

30  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Inverterat-V Jon stråle Elektroner Hur accelereras elektronerna till så höga energier? Magnetfält Elektriska fält Uppåtgående strömområde

31  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Inverterat-V Jon stråle Elektriska fält Elektroner Uppåtgående strömområde Kaviteter ”Potential drop people’s” norrskens modell Magnetfält AKR

32  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Inverted-V Jon stråle Elektriska fält Elektroner Uppåtgående strömområde Nedåtgående strömområde Kaviteter Elektroner ”Potential drop people’s” norrskens modell Magnet fält

33  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Inverted-V Jon stråle Elektriska fält elektroner Uppåtgående strömområde Nedåtgående strömområde kaviteter Elektroner ”Potential drop people’s” norrskens modell Magnetfält

34  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Hur sluts potentialstrukturen? Freja FAST Viking Polar l Polar satellit data 1996-2001, 5000-30000 km höjd l Beroende av R, MLT, ILAT, Kp, säsong, sol cykel ?

35  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Inverterat-V norrsken Jon strålar Kaviteter Elektriska fält elektroner Vågor Resultat (stabilt norrsken)-> kooperativ modell

36  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Inverterat-V norrsken Jon strålar Jon skal Elektron anisotropi (100-1000 eV) Kaviteter Elektriska fält Bernstein vågor elektroner Vågor 3.5 R E Resultat (stabilt norrsken)-> kooperativ modell

37  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Substorm Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg

38  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Substorm 3.5 R E 4 R E 5 R E Elektriskt fält kaviteter Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg

39  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Substorm 3.5 R E Dot-AKR Alfvèn våg Substorm onset Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg

40  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Substorm 3.5 R E V A ~V e Alfvèn våg Alfvén Resonosphere Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg Under/efter substorm onset

41  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt.  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 R E, Alfvèn resonosfären 4-5 R E ) Sammanfattning

42 Fortsättning följer...

43  Innehåll  Introduktion  Grundföruts.  Polar data  Stabilt norrsken  Aktivt norrsken  Sammanfatt. Norrskenet i siffror