Den globale fordelinga av nordlysene

Allerede i 1833 hadde en tysker med navnet Muncke forestilt seg at det måtte være en

nordlyssone. I 1860 hadde amerikaneren Elias Loomis samlet seg nok nordlysobserva- sjoner fra ulike geografiske områder til at han kunne tegne et kart over hvordan nordlyshyppigheten varierte rundt kloden. På dette kartet framkom et maksimalområde som slynget seg som en ovalformet sone rundt polarkalotten og som etterhvert fikk betegnelsen nordlyssonen. I 1881 publiserte imidlertid den sveitsiske fysikeren Hermann Fritz et kart hvor han hadde tegnet inn de såkalte isochasmene (``chasme'' er et gammelt gresk ord for nordlys som egentlig betyr hull eller svelg). Disse viste områder rundt jorda med like stor hyppighet av nordlys. Fig. 3.7 gjengir en reproduksjon av kartet til Fritz. Tallene som er knyttet til isochasmene viser antall netter pr. år da nordlys forekommer. Ved maksimumssonen er dette, ifølge Fritz, 100 netter. I Roma og Madrid oppstår nordlys sjeldnere enn en natt pr. år, kanskje bare en gang pr.

solflekksyklus.

Figur 3.7: Kartet med isochasmene som Fritz lagde, viser de steder på jorda som hadde samme sannsynlighet for at nordlys ville opptre. Tallene på kurvene viser hvor mange netter pr. år nordlys kunne forekomme. Den geomagnetiske pol er markert med en sirkel i det nordvestlige hjørnet av Grønland, og den magnetiske polen er

vist med et kryss i det nordlige Canada. Maksimalsonen der nordlyset kan sees mer enn 100 netter pr. år, befinner seg nær 67^° N i den europeiske sektor. (Fra Fritz, 1881.)

Om en følger maksimalsonen rundt polarkalotten på Fritz sitt kart, finner en at den følger tilnærmet 67^° N geomagnetisk bredde, og at den faller overens med 67^° N geografisk bredde i den europeiske sektor. Den tangerer den nordlige delen av Skandinavia og Novaja Semlja, passerer nord for Sibir og krysser over den nordligste delen av Nord-Amerika. Island og Grønland befinner seg begge nord for nordlyssonen hvor hyppigheten av nordlys er mindre.

Det milde klimaet i Skandinavia og den forholdsvis lette atkomsten til denne delen av verden, har på grunn av posisjonen til nordlyssonen gitt disse landene en fordel når det gjelder

bakkebaserte observasjoner av nordlys. De mange pionerer innenfor denne forskningen og den betydelige infrastrukturen for dette fagfeltet i Skandinavia er klare bekreftelser på dette.

Allerede siden tidlig i det 18. århundret ble det hevdet at nordlysbuene dannet en del av en sammenhengende, lysende ring rundt polen. Faktisk ble denne hypotesen brukt ved en del forsøk på å bestemme høyden av nordlysene fra et enkelt observasjonspunkt (fig. 3.8). Ved å anta at nordlyset danner en fullstendig ring i en fast høyde rundt polen, vil observasjoner fra et eneste punkt av elevasjons- og asimutvinklene til toppunktet på buen sammen med

asimutvinklene der hvor buen forsvinner bak horisonten, i prinsippet være nok til å fastlegge høyden av nordlysringen dersom radius til jorda er kjent.

Figur 3.8: En skjematisk illustrasjon som viser prinsippet for å triangulere høyden av et nordlys når en antar at det er en del av en fullstendig ring rundt polen. (Fra Hansteen, 1827.)

Da Birkeland gjennomførte sine terrellaeksperimenter for å bevise at nordlysene ble dannet ved katodestråler som strømmet ut fra sola og ble innfanget av jordas magnetfelt, var han i stand til å framskaffe to parallelle, lysende ringer, en rundt hver pol (fig. 2.30), som ga han indirekte støtte til den gamle forestillingen om nordlysringen.

Under Det internasjonale geofysiske år (IGY) 1956-57 ble teorien om nordlysringen satt på prøve ved at en etablerte et nettverk av observasjonsposter i polarområdene, utstyrt med blant annet automatiske filmkamera som tok bilder av hele himmelen (all-sky camera), gjerne for hvert minutt om natten. Ved å sette sammen bildene fra alle disse kameraene på en

systematisk måte, var en i stand til å påvise at nordlysene danner til enhver tid et ringformet belte (fig. 3.9) rundt den geomagnetiske pol, og dette beltet er senere blitt omtalt som nordlysovalen.

Figur 3.9: Nordlysovalen ved ulike grader av forstyrrelse. (a) Rolige forhold; (b) midlere forstyrrelser; (c) sterke forstyrrelser. Sentrum er geomagnetisk pol, og tiden representerer lokal tid. (Fra Starkov og Feldstein,

1967.)

Ovalen har en fast posisjon i forhold til sola. Den er presset noe sammen på den ene siden som vender mot sola, og her når den vanligvis ned til omlag 78^° geomagnetisk bredde. På den siden som vender fra sola strekker den seg til 67^° geomagnetisk bredde, og noen ganger til enda lavere breddegrader.

Et sted ved tilstrekkelig høye breddegrader på jorda kan i løpet av døgnet, på grunn av jordrotasjonen, delvis befinne seg under, delvis innenfor og delvis utenfor denne ovalen.

Tromsø og Andenes for eksempel roterer gjerne inn under ovalen fra sørsiden om

ettermiddagen og ut igjen på ekvatorsiden om formiddagen. Et sted som befinner seg ved en veldig høy breddegrad, kan befinne seg innenfor (på polsiden) av ovalen hele døgnet.

Svalbard for eksempel befinner seg på polsiden av ovalen om natten, men under ovalen ved middagstider, og derfor kan en se dagnordlys derifra rundt juletider. Denne relative

bevegelsen av en observatør ved høye breddegrader i forhold til nordlysovalen forklarer hvorfor nordlyssonen befinner seg ved 67^° geomagnetisk bredde.

Denne ovalen er ikke statisk, den utvider seg og trekker seg sammen avhengig av situasjonen på sola. Når forstyrrelsene øker, ekspanderer ovalen mot lavere breddegrader, og den blir også bredere i formen.

I de senere årene er det blitt mulig å ta bilder av hele nordlysovalen fra rommet ved hjelp av kamera som er følsomme for ultrafiolett lys. Fig. 3.10 gjengir noen slike bilder som viser at ovalen er alltid til stede i en eller annen form som en lysende glorie rundt polarkalotten. Den forandrer ofte form, og av og til kan den deles i to med et lysende bånd tvers over

polarområdet slik at ovalen får mer form som den greske bokstaven Θ. Fra fig. 3.10 er det viktig å legge merke til at nordlyset ikke bare er et nattfenomen, men at det også er til stede om dagen og er faktisk sterkere i det ultrafiolette lyset enn sollyset.

Figur 3.10: En serie bilder av nordlysovalen tatt fra en satellitt med et kamera som er følsomt for det ultrafiolette (130,4 nm). (Fra Frank og Craven, 1988.)