En truende solskinnshistorie: Hva gjør solvinden skummel?

Magnetfeltløkker på sola fotografert av TRACE-satellitten.

Hva skjer når solen griller en satelitt til middag?

Dette innlegget er skrevet av Anette Lauen Borg, forsker med bakgrunn innen romfysikk.

Med (u)jevne mellomrom dukker det opp overskrifter i avisene: «Massiv solstorm kan påvirke GPS-systemer, satellitter og flygninger» (Dagbladet), «Ny solstorm truer» (Aftenposten), «Solstorm på vei mot jorden» (VG). Dagene etter dukker det gjerne opp pene bilder av nordlys på internett og i avisene. Hvordan kan sola være så truende men også være kilde til noe så vakkert som nordlys? Svaret ligger i det sola sender ut i tillegg til lys.

Les videre for å se hva som gjør at utbrudd på sola kan lage problemer for oss elektronikkavhengige!

Solvind påvirker jordens magnetfelt

Jorden produserer sitt eget magnetfelt, som ligner ganske mye på magnetfeltet rundt en stavmagnet. Det vil si at den er en magnetisk dipol der magnetfeltet peker fra geografisk sør til nord. Hvis verdensrommet rundt oss hadde vært helt tomt, ville dette bildet vært riktig. I virkeligheten sender solen hele tiden ut ladde partikler i en ujevn solvind som «blåser» forbi jorden og videre ut i solsystemet. Disse partiklene trekker også med seg solens magnetfelt utover i verdensrommet. Når partikkelstrømmen og solmagnetfeltet treffer jordens magnetfelt, vil de stort sett prelle av og bevege seg rundt, over og under jorden. Magnetfeltet vårt fungerer derfor som et slags skjold som beskytter oss mot partiklene i solvinden. Samtidig vil trykket av solvinden som treffer magnetfeltet til jorden, presse det sammen på solsiden og trekke det ut i en lang hale på nattside

Jordens magnetfelt uten og med solvindeffekten.

Magnetfeltet til jorden ville se ut omtrent som magnetfeltet til en stavmagnet uten solvinden (venstre, Wikipedia Commons). Solvinden presser sammen magnetfeltet på solsiden (dagsiden) og trekker det ut i en lang hale på nattsiden (høyre, National geophysical data center).

Dette bildet er heller ikke helt riktig, for magnetskjoldet vårt beskytter oss ikke alltid mot partikler fra solen. Her kommer en prosess som kalles «magnetisk fluksomkobling» inn i bildet.

Bilde av solen tatt fra STEREO-satellittene.

Solen sett fra STEREO-satellittene (NASA/STEREO). Varm plasma beveger seg langs solens skiftende magnetfelt og gjør strukturene i magnetfeltet synlige.

Det er nemlig sånn at magnetfeltet til solen ikke er en stabil magnetisk dipol slik som det rundt jorden. Solen har noen mørke flekker, solflekker, som vi kan se fra jorden og som varierer i antall gjennom en 11-årig syklus. Dette henger sammen med at solens magnetfelt stadig er i endring, og disse endringene kan vi observere ved hjelp av fjernmåling fra satellitter. Solens magnetfelt er altså ikke stabilt over tid, og dette betyr at magnetfeltet som blir trukket med av solvinden også vil variere mye.

Når det variable magnetfeltet i solvinden kolliderer med jordens magnetfelt, vil som oftest skjoldet vårt virke og partiklene i solvinden fyke harmløst forbi. I noen tilfeller vil solvinden likevel trenge gjennom! Dette skjer når magnetfeltet i solvinden peker i motsatt retning av magnetfeltet til jorden, på det stedet der solvinden treffer. Da kan vi få satt i gang en prosess som heter magnetisk fluksomkobling, der de to magnetfeltene smelter sammen og gir klar bane for partikler fra solvinden til å bevege seg over til vårt magnetfelt.

Fin film laget av forskning.no og UiO som forklarer hele prosessen der nordlyset oppstår

Nordlyset skyldes partikler fra solen

De elektrisk ladde solvindpartiklene har ofte stor hastighet og vil følge jordens magnetfelt helt ned til en av de to magnetiske polene på jorden. Her treffer etter hvert partiklene atmosfæren vår, og mange av partiklene vil krasje med atomene i luften. Atomene blir tilført energi av kollisjonen og kvitter seg med denne ekstra energien igjen ved å sende ut synlig lys i fine farger. Dette er det vi kaller nordlys (og sørlys!).

Nordlys over Alaska.

Nordlys over Alaska. (Bilde: Joshua Strang, US Air Force)

Nordlys er ikke den eneste konsekvensen av magnetisk fluksomkobling mellom solvindens magnetfelt og jordmagnetfeltet. Jordens magnetfelt vil også bli påvirket mer direkte, ved at det tilføres energi i systemet. Denne ekstra energien må få utløp på en eller annen måte, og i denne prosessen blir det satt opp sterke strømmer over hodene våre, med resultat at man lokalt kan måle endringer i magnetfeltet nede på bakken.

Små partikler – store konsekvenser

Hvorfor gjør dette solvinden skummel? Jo, fordi noen ganger kommer det solvind fra solen som har uvanlig høy hastighet, da sier man gjerne at solen har hatt et utbrudd. Høyere hastigheter i solvinden betyr at jordens magnetfelt trykkes enda mer sammen på dagsiden enn vanlig, og dette gjør at høytflyvende satellitter plutselig kan befinne seg i solvinden og bli bombardert av store mengder ladde partikler, noe satellitter har veldig lite godt av. Hvis forholdene i tillegg ligger til rette for magnetisk fluksomkobling, blir ekstra mye energi pumpet inn i jordens magnetiske system og dermed får vi ekstra sterke strømmer av ladde partikler over hodene våre og ekstra sterke lokale variasjoner i magnetfeltet på bakken. Variasjoner i magnetfeltet på bakken kan føre til at det blir satt opp ekstra strømmer i lange metallholdige installasjoner som for eksempel strømledninger og metallrør. Hvis man er uheldig, kan derfor strømnettet rammes av midlertidig stans dersom for eksempel en trafostasjon blir overbelastet. Store mengder ladde partikler høyt oppe i atmosfæren er heller ikke bra for radiokommunikasjonen. Nær polene, der partiklene befinner seg lavest, må flyvninger ofte omdirigeres i slike tilfeller.

Noen utbrudd på solen er sannsynligvis også et resultat av magnetisk fluksomkobling! Her er det snakk om store magnetfeltløkker som klippes av ved magnetisk sammensmelting og som deretter slynges ut i solvinden i store hastigheter.

Magnetfeltløkker på solen fotografert av TRACE-satellitten.

Store magnetfeltløkker som klippes av ved magnetisk fluksomkobling kan produsere kraftige utbrudd på solen (NASA/TRACE).

4 comments

  1. Carbomontanus · mai 15, 2012

    Et gammelt problem.

    Bevis: ELETRICITET OG MAGNETISME Praktisk fremstillet af PEDER LOBBEN. Kristiania H.Aschehoug & Co.(W Nygaard, Stockholm Kjøbenhavn Chicago 1901

    og jeg siterer:

    «Jordmagnetismens Intensitet….er noget større i De Forenede Stater end i Skandinavien og England. …Jordmagnetismens Deklination, Inklination og Intensitet er underkastet flere Forandringer, der dels er regelmæssige eller periodiske, og dels uregelmessige; disse sidste kan undertiden være noksaa voldsomme og kaldes da magnetisk Uveir.»

    SANN!

    Men det er ikke det værste. Det værste som er blitt publisert er Gremlingene. De var så nusselige men kan ikke overlates til hvemsomhelst og blev solgt ved en feil. Og de måtte for all del ikke ha vann. Og dette utviklet seg og ble større og større og fler og fler.

    De tar seg inn i koblingsbokser og i alt lignende klassisk elektrisk utstyr og sitter der og knasker elektrisk materiell og lager feil og kortslutniger og overledning og strømbrudd……

    Det går så det gløder i 1″ ledningskobber på samkjøringsnettet i Qvebec,…

    Men det er Ørsteds elektromagnetisme. Hvis man prøver med en sterk magnet og drar etter seg på veien så blir den full av svarte magnetislke partikler. De partiklene der er i bakken alle vegne og er Ferromagnetiske. Ligger det da en veldig stømkabel og slingrer med vaklekontakt over Qvebecområdet og jeg har hørt nevnt «Birkelans- strømmer», så har man en Trafo med ferritt jernkjerne og det vil induseres spenninger og dermed også strømmer i ledende materiale, Jfr Ohms lov , se også Peder Lobben af 1901 som er allerbedst paa dette.

    for Radiokommunikasjon,…. der er det både positivt og negativt. Man har inntrykk av å bli sittende under Faradays bur på 80-40 og 20 meter kortbølge som vanligvis virker iallefall om natten halve, og faktisk også av og til hele kloden rundt. Men så kommer «Blackout» på Radio. men da virker 13 og 10 meter båndet på dagtid. Jeg har sittet og hørt på det. Det er som det er et stormvær i det høye som driver og svir et speil av temmelig turbulent art i det høye, og som kommer og går.

    Samlebegrepet for alt dette er «Slugger i luften!» idag kalles det «Rom-vær».

  2. michaelsteknologiblogg · mai 18, 2012

    Hei, jeg lurer på om det er noen svekkelse av magnetfeltet slik jeg har hørt om? Hva vil skje om dette feltet forsvant helt? Mars har jo ikke noe magnetfelt, og den har jo mistet sin atmosfære. Er disse to tingene bundet sammen? Vil fraværet av magnetfeltet føre til at atmosfæren forsvinner eller tynnes ut slik som på Mars?

  3. Carbomontanus · mai 18, 2012

    M`s Teknologiblogg
    Dette tror jeg at jeg kan svare på.
    Det er temperaturen og planetens størrelse og dermed dens masse og tyngdekraft som først og fremst bestemmer hva den kan beholde av atmosfære. Temperaturen bestemmer midlere og høyeste molekylhastighet for denne og hin gass i og med dens molekylvekt, idet bevegelsesenergien E = 1/2 m V^2 fordeler seg jevnt statistisk over alle partikler i en gass. Er da molekylvekten m lav, så blir V tilsvarende høy. Og blir den høy nok så forsvinner molekylet som en satelitt til rommet og går over isolbane som en satelitt. Og blir derfra tatt av solvinden og blåst ut. Dette stemmer for planetene i solvinden for hva de har av atmosfærer. De store planetene Jupiter og Saturn har atmosfærer av helium og hydrogen for eksempel. På Pluto beholdes en atmosfære av nitrogen.

    Magnetfeltet spiller nok en viss rolle for å skjerme planetene mot solvind, som er skarp partikkelstråling av elektroner og protoner som kan rive opp gassen H2O til frie partikler av H. og O.. hvor H er lett nok til å forsvinne fra jorden, men dette dette har skjedd på mars først og fremst fordi planeten er for liten og lett, og på Venus fordi der har temperaturen vært høy nok i lang nok tid. Disse effekter tilsammen gir et belte rundt alle stjerner hvor vann kan være stabilt i væskeform, og dersom planetene også er store nok, til at det også kan beholdes i planetenes atmosfærer.

    Det er mye vann og hydrogen både på Venus, Månen og Mars, men der befinner det seg i sterkere kjemisk bunden form, på venus som SO3 . H2O tilsammen H2SO4 skyer, og på månen og Mars som det berømte stoffet CaSO4 . 2H2O som er gips. Og faktisk i enorme mengder begge steder.
    Gips begynner først å fordufte og dampe ved langt over 100 Celsius. Og på Venus er det så varmt nede ved bakken at atmosfæren klarner opp, idet svovelsyren rakner til molekylene SO2 O2 og H2O som alle er gassformige, nede ved bakken og kondenserer først til skyer av H2SO4 høyere oppe.

    På Merkur dufter det fremdeles svakt til rommet men jeg vet ikke helt nøyaktig hva.

    Hva det ryker og gasser av fra kometene, som er meget lette og vanligvis meget kalde og viktige til sammenligning, er temmelig vanlig smuss. Man har foreslått at de er ikke dirty iceballs men snarere icy dirtballs og fristende å dyrke tomater på om temperaturen hele tiden hadde vært gunstig for det.

  4. Carbomontanus · mai 18, 2012

    Dr.M.Teknologiblogg:
    Jeg bør kanskje bekrefte at jordens magnetfelt som avskjermer solvinden er en ofte nevnt del av forkilaringen man har forat Jorden er så spesiell og med hav og alt dette. Planeten Havet, ikke planeten Jorden, sa Thor Heyerdahl.

    Der synes noe så uvanlig som Månen å spille en heller avgjørende rolle. Jorden er på helt annen måte enn Venus og Mars en «levende» planet med kraftig indre frriksjon og varme mye på grunn av månen, som holder det igang og flytende med kontinentaldrift og vulkanisme og alt sammen og med en elektromagnetisk dynamo som sirkulerer og lager den meget sterke jordmagnetismen sammenlignet med Venus og Mars.

    Man får ta det til etterretning men jeg tror det kan være mye tunnelsyn og spekulativt som vil gi det den ene og bare ene forklaring, i dette feltet. Men innover og utover i solsystemet så drøfter man temperaturer og unnslipningshastigheten for de lettere gassene på toppen av atmosfæren. Som stemmer noenlunde både innover og utover i solsystemet mens magnetisme kommer som en annen ordens faktor.

    Det er et eldorado for mulig kreasjonisme gjennom alle tider at Naturen synes så «viselig» innrettet for menneskene. Og liker man ikke kreasjonisme så må man begrunne at visdommen er naturlig. Hvilket ikke er helt kurant, da påstått visdom ofte kan være naturstridig.

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s