William Copeland

Hvordan oppstår nordlys?

Nordlyset er det største lysshowet på Moder Jord; et mysterium på nattehimmelen som trekker tusener til de nordlige polområdene hvert år, inspirerer til myter og legender og vekker beundring og ærefrykt.

Hva forårsaker dette merkverdige fenomenet på nattehimmelen på de høyere breddegrader? Forklaringen på nordlyset er en historie med mange variabler, og ennå har vi ikke avslørt alle hemmelighetene nordlyset bærer på. Denne artikkelen prøver å gjøre nordlysvitenskapen mer lettfordøyelig, og samtidig krydre med noen artige og overraskende fakta. Det vitenskapelige navnet er aurora borealis (den nordlige morgenrøde) på den nordlige halvkule, og tilsvarende aurora australis (den sørlige morgenrøde, sørlyset) på den sørlige halvkula. I denne artikkelen skal jeg snakke mest om nordlyset, men vitenskapelig er nordlys og sørlys rundt Antarktis akkurat det samme. Sørlyset observeres på Antarktis’ fastland og omkringliggende øyer, og er i all hovedsak nokså utilgjengelig.

Figur 1: Et stort nordlys ved Kirkenes lyser opp vinterlandskapet. © William Copeland (det er faktisk ham du ser på bildet…)

Historien begynner på sola

Sola, vår stjerne, er et kraftsenter av energi. De siste fire og en halv milliard år har denne giganten produsert energi av enorme dimensjoner. I den tette, glohete og dype kjernen i sola presser tyngdekraften hydrogen sammen for å skape helium. Dette utløser små mengder energi hver gang. Denne reaksjonen skjer imidlertid milliarder av ganger, og på ett sekund skapes nok kraft for å drive vår moderne sivilisasjon for de neste 500 000 årene! Denne energien kommer opp til overflata på sola og slippes løs i form av en strøm av elektrisk ladde partikler. Disse kaller vi solvinder. Solvindene kan blåse fra 250 til 800 kilometer i sekundet, alt etter tilstanden på solas overflate. På solas overflate er det ulike mekanismer og egenskaper som kan få solvindene til å påvirke jorda og skape nordlys. Disse er oppsummert i figur 2.

Figur 2: Kilder for solvinder. Venstre kolonne: Koronamasseutbrudd med solstormutbrudd. Høye solvinder og sterke solvinder. Nedenfor: “Solutvekster“/filament. Moderat til høy solvindaktivitet, potensiale for sterke solstormer. Oppe til høyre: Solflekkregioner som kan forårsake blaff og koronamasseutbrudd. Vindstrømmer fra hull i koronaen forårsaker ingen eksplosjon, men kan føre til moderat til høy solvindaktivitet og moderate solstormer. © Solmodellen er utarbeidet av © NASA/SDO/AIA og tilpasset av William Copeland.

Solflekker blir ofte overvurdert!

Dette hadde ikke blitt rare nordlysartikkelen om vi ikke hadde snakket om solflekker. En solflekk er et område med høy magnetisme på soloverflata som kan skape store utbrudd av solmateriale ut i verdensrommet, det vi kaller koronamasseutbrudd. Solflekker er lette å se for vitenskapsmennene på jorda, de synes som mørke flekker på soloverflata som på figur 3. Vi har oversikt over solflekkene så langt tilbake som til 1600-tallet, og likevel er det mange misforståelser der ute rundt solflekker og nordlys. Dette gjelder spesielt 11-årssyklusen.


Figur 3 – Den 11-årige solflekksyklusen har vært den samme i århundrer, noe som er overlevert både fra amatører og vitenskapelige observatører. Ved solmaksimum er det mange solflekker, mens det er få eller ingen ved solminimum. © David Hathaway NASA/ARC

Det kan bli nordlys uten solflekker

Rundt hver 11. år snur jordas magnetfelt, slik at Nordpolen blir Sørpolen og Sørpolen Nordpolen. I hver syklus er det et solmaksimum, solmaks, med mange solflekker. Tilsvarende finnes det et solminimum med få eller ingen solflekker. Mange tror at solmaks er den beste og eneste tida hvor man kan se nordlys, men det er feil. Solmaksimum forårsaker riktignok mange solstormer, men solminimum betyr ikke at det ikke blir nordlys. Faktisk har vi i det siste solminimum over Nord-Norge sett noen fantastiske nordlysutbrudd, se figur 4.

Koronahull gir nordlys uten solflekker

Mange tror også at solflekker er den eneste måten solvindene kan framkalle nordlys på jorda, som også er feil. Koronahull, koronamasseutbrudd fra fotosfæriske fakler («utvekster» på sola) og små variasjoner i måten solvindene kommer inn mot jorda kan framkalle intenst nordlys uten en eneste solflekk. Det neste solmaksimum forventes å være på sitt sterkeste mellom 2022 og 2026. Da kan vi forvente hyppigere solstormer.

Solvindene kommer mot jorda

All denne massen som spruter ut fra sola spres ut i verdensrommet i alle retninger. En liten andel treffer også jorda og kommer i kontakt med magnetfeltet på planeten vår. Du husker kanskje magneter og jernspon fra naturfagtimene på skolen. Tenk deg at dette jernsponet er solvindene og magneten er jorda, det er nemlig samme prinsippet. Det meste av jernsponet samler seg ved polene på magneten, eller i dette tilfellet rundt den magnetiske Nord- og Sørpolen. Midt på magneten og midt på jordkloden (altså nærmere ekvator) er det lite jernspon og få partikler. Jorda fungerer altså som en gigantisk magnet, og solvindene følger usynlige magnetfeltlinjer ned til jorda. Polområdene er åpne for partikler, mens området nærmere ekvator er beskyttet av magnetfeltet vårt. Se figur 5.

Figur 5: Sammenlikning av Jorda med en magnet under et skoleeksperiment. Linjene som utgjør magnetfeltet på jorda (hvite, stiplede linjer) kalles magnetfeltlinjer. Øverst i modellen ser vi hvordan jernsponet samles på polene på magneten, og på samme måten samles partiklene fra sola rundt den magnetiske Nord- og Sørpolen. Rundt ekvator og mellom polene på magneten skjer det imidlertid lite. © William Copeland

Nordlyset opptrer i fire hovedtrinn

Trinn 1: Partikler fra sola treffer jorda og følger usynlige magnetlinjer ned den magnetiske Nordpolen på dagsida. Dette skaper dagnordlyset. Dagnordlyset er for det meste usynlig for oss på grunn av dagslyset, men midt på dagen er det mørkt i Høy-Arktis, slik som på Svalbard, og da kan man se det der. Se figur 6.

Trinn 1 (Figur 6): Solvinden slynges ut fra sola, treffer planetens magnetfelt og regner ned på dagsida. Dagnordlyset ses i mørketida på Svalbard.

Trinn 2: Magnetiske linjer på dagsida av jorda brytes, og magnetfeltet strekkes ut mot nattsida på planeten. Dette er som å se et flagg i sterk vind. Solpartiklene følger disse linjene som perler på en snor. Se figur. 7.

Trinn 2 (Figur 7): Solvindene treffer magnetlinjene på dagsida av planeten. Magnetlinjene strekker seg bakover nattsida av planeten som en hale, og solpartiklene henger på.

Trinn 3: På et tidspunkt møtes linjene i magnetfeltet et sted langt bak på nattsida. Dette er som å gå på lesida av en høy bygning i sterk vind; du kjenner ikke vinden. Når du så går bort fra bygningen, kjenner du vinden igjen ettersom luftstrømmene møtes langt nok borte fra bygningen. Når partiklene fra solvinden møtes langt ute på nattsida, strømmer de tilbake til jorda, de har rett og slett ingen andre steder å gjøre av seg. Se figur 8.

Trinn 3 (Figur 8): Magnetlinjene samles på nattsida, og partiklene møtes i en klump bak i halen. Da slynges de tilbake til jorda og treffer på nattsida. Dette er det vanlige nordlyset på det nordnorske fastlandet, og det sees også på Svalbard.

Trinn 4: Partiklene regner ned og reagerer med gasser i jordatmosfæren. Dette skaper et lysshow mellom 75 og 800 km høyde over jordoverflata. De ulike fargene i nordlyset skapes av at de ladde partiklene reagerer med ulike gasser i ulike høyder i atmosfæren. Figur 9.    

Figur 9: – De ulike gassene som atmosfæren består av reagerer ulikt når de blir truffet av solpartiklene. Oksygenet mellom 250 og 800 killometer opp blir rødt, men ses ofte som fiolett fordi det blandes inn noe nitrogen. Mellom 100 og 250 kilometer opp ioniserer elektronene med nitrogen og får en blålig farge, mens et elektron med lavere energi utløser en gulgrønn farge. Når de to blandes, blir det en limegrønn farge. Noen elektroner klarer å trenge helt ned til 75 kilometers høyde, og utløser røde og blå farger alt etter energien, som synes som rosa for oss © William Copeland

Nordlysovalen går rundt den magnetiske Nordpolen

Ettersom partiklene regner ned i atmosfæren vår, følger de en vei som leder til de særskilte breddegradene på jorda som vi kaller auroraovalen. Den nordlige auroraovalen, nordlysovalen, strekker seg over Nord-Skandinavia, det nordlige Island, midtre Canada, Alaska og deler av Nord-Russland, i en avstand på ca. 2500 kilometer fra den magnetiske Nordpolen. Kommer du lenger nord enn 75 grader, må du faktisk se sørover for å se nordlysutbruddene. På selve Nordpolen, på 90 grader nord, er det faktisk svært sjelden å se nordlyset i det hele tatt. Dette er forklart i figur 10.

Nord-Norge er rett under nordlysovalen

Vi på det nordnorske fastlandet er så heldige å befinne oss direkte under nordlysovalen. Dermed har vi gode sjanser til å se nordlyset gjennom hele vinteren. Noen tror sjansene er større om man drar så langt nord som til Svalbard, men det stemmer ikke. Svalbard er i den nordlige ytterkanten av ovalen, mens det nordnorske fastlandet er rett under. Både Svalbard og Nord-Norge er svært gode steder å se nordlyset, men de største utbruddene skjer over fastlandet. Siden Svalbard har 24 timers nattemørke midt på vinteren, er tidsvinduet for å se nordlyset større, blant annet det sjeldne dagnordlyset. Det øker sjansene for å se nordlyset.

Figur 10 – Nordlysovalen og sørlysovalen. De grønne områdene er der man vanligvis ser nordlyset, mens de gule områdene ser aurora sjeldnere. De oransje områdene ser bare nord- og sørlyset under solstormer. I ekstreme tilfeller ses imidlertid aurora også i områder ved ekvator. © William Copeland

Hvorfor er vi så hekta på Kp-indeksen?

Det spørsmålet nordlysguider får oftest, er «hva er kp-indeksen i kveld?». «Kp-indeksen er bare på 1. Er det noen vits å dra ut?». Stopp en hal! Nesten alle nordlysappene, nordlysnettstedene og nordlysguideselskapene snakker om Kp-indeksen som den hellige gral for nordlyssjanser. Det stemmer rett og slett ikke, og faktisk har Kp-indeksen lite å si for områder som er rett under nordlysovalen.

Kp-indeksen viser hvor langt sør nordlyset synes

Så hva er da sammenhengen mellom nordlyset og Kp-indeksen? Kp-indeksen er et mål på hvordan jordmagnetismen påvirkes av energistrømmen fra solvindene. Skalaen baserer seg på målinger foretatt over hele kloden. Enkelt sagt viser kp-indeksen hvor langt sør for nordlysovalen nordlyset kan sees. Skalaen går fra 0 (rett under nordlysovalen) til 9 (breddegrader som de amerikanske sørstatene og Middelhavsområdet. Jo raskere og mer intense solvindene er, eventuelt hva tilstanden i jordas magnetfelt er, jo høyere blir Kp’en. Det er imidlertid viktig å få med seg at selv ved Kp 0 kan man se nordlys rett under ovalen, for eksempel i det nordligste Norge. Prøv altså å ikke la nordlysappene forvirre deg, det er mange andre viktige faktorer som betyr mer for sjansene til å se nordlyset, for eksempel værforholdene. Befinner du deg derimot sør for ovalen, har Kp’en mye å si. Jo lenger sør du befinner deg, jo større Kp må til for at nordlyset dukker opp der du er. Se figur 11.

Figur 11 – Kp-indeks og breddegrader i Europa.. Når Kp-indeksen kommer helt ned til 9, er muligheten til stede for å observere nordlyset betydelig lenger sør enn Kp9-linja på kartet skulle tilsi. © William Copeland

Har virkelig nordlyset alle disse fargene?

Mange observatører har besøkt det høye nord for å skrive artikler om nordlyset. Noen beskriver dem som det mest utrolige de har opplevd. Andre, og stadig flere, beskriver imidlertid nordlyset ikke bare som oppskrytt, men til og med som juks og bedrag. Hvorfor skjer dette? Flere faktorer gjør at det har blitt skapt et inntrykk av at fargene er så klare som de virker på bildene.

Nattsynet spiller deg et puss

Om du går på en eng i måneskinn midt på natta, klarer du ikke å se alle nyansene av grønt. På samme måte virker nordlyset, særlig de svakere utbruddene, mindre sterkt enn det nordlysbildene vil ha deg til å tro. Se figur 12. Ikke misforstå; er utbruddet sterkt, vil du sannsynligvis se alle fargene du trodde du skulle se. Mange nordlysgjester ser imidlertid ikke noe annet enn et bånd over himmelen som virker mer grått enn grønt. Årsaken til dette er tappene og stavene på netthinna di. Når det er mørkt, bruker det menneskelige øyet stavene i netthinna, som ikke er særlig gode til å oppfatte rødt og grønt. I dagslys bruker vi imidlertid tappene, og da ser vi hele fargespekteret. Øynene våre er altså ikke særlig gode til å se farger om natta. Det betyr ikke at fargene ikke er der, de er hjertelig til stede. For å se fargene i nordlyset trenger du enten et stort nordlysutbrudd eller et kamera som kan være øyne for deg.

Hvordan arter de ulike nordlystypene seg på himmelen?

Ingen nordlysutbrudd er like. Likevel finnes det noen hovedtyper av nordlys, og de forekommer ofte i ulike stadier av et nordlysutbrudd. Figur 13 er et lite veikart som egner seg best for å se nordlyset rundt nordlysovalen. I sjeldnere tilfeller kan det også brukes på noe lavere breddegrader .

Figur 13: Ulike hovedtyper nordlys: Bånd, stråler, korona, siste stadium av korona, spiraler og den grønne tåka som nordlyset løser seg opp i til slutt © William Copeland

Solstormene er milepæler i nordlyshistorien

Nesten alle de tidlige nedtegnelsene av nordlyset stammer fra perioder med solstormer. I 44 f.Kr. ble en lysende, rød skimring over Roma tolket som et forvarsel om Cæsars død. I 1938 var nordlyset så sterkt over London at folk ringte brannvesenet fordi de trodde Windsor Castle sto i brann. Den største solstormen vi har fått rapportert, skjedde i 1859. Da hadde et koronamasseutbrudd så sterk kraft at telegrafsambandet, som var nytt på den tida, ble satt ut av spill fordi de magnetiske instrumentene tok fyr. Nordlyset ble observert både i Karibia og i Nord-Afrika, og sjøfolk så til og med rødt mot horisonten ved ekvator.

Fra lavere breddegrader ser man bare toppen av nordlyset

Så å si alle observasjoner av nordlyset på lavere breddegrader er av rødt nordlys. Det kommer rett og slett av krummingen på planeten; observatørene i sør ser bare den høyeste delen av nordlyset, den som er rød. De lavere delene er skjult av horisonten. Se figur 14. Ved store solstormer øker jordatmosfæren i tykkelse på grunn av oppvarming. Da stiger oksygenet til høyere luftlag, og nordlyset ses lenger sørfra.

Figur 14: Når atmosfæren utvider seg, og nordlyset når opp i store høyder, kan det ses langt sørfra, for eksempel i Italia. På grunn av at kloden krummer, kan italienerne imidlertid bare se toppen av nordlyset, og da ser de den røde fargen. Om vi står på bakken i Nord-Norge, vil vi se hele spekteret. Det røde lyset øverst vil vi imidlertid se som fiolett © William Copeland

Det stormer rundt jevndøgnene

Solstormer forekommer oftere enn folk tror. Under et solmaksimum kan den ene stormen etter den andre avløse hverandre en hel uke, mens det kanskje bare er et par stormer i måneden under et solminimum. En måte å øke sjansene dine til å se nordlyset, er å komme til de høye breddegradene ved vår- og høstjevndøgn, i september/oktober og fra sent i februar til tidlig i april. I disse tidsrommene har jorda en gunstigere helning på sin gang rundt sola for å ta imot solpartiklene. Dette har vært kjent lenge som Russel-McPherron-effekten. I 2019-2020-sesongen var alle solstormene konsentrert til disse tidsrommene. Et utvalg av bilder fra solstormer kan ses i figur 15.

Ofte stilte spørsmål

Den beste tida å se nordlyset i Nord-Norge er hele perioden mellom siste del av august fram til midt i april. Aktiviteten er gjerne aller største ved høst- og vårjevndøgn, altså september-oktober og mars-tidlig april. Mellom 18 og 02 er den tida på døgnet når sjansen er størst, siden den mest intense delen av nordlysovalen passerer over oss.

Nei! Selv om dette sies ofte, stemmer det ikke. Nordlyset oppstår i så stor høyde over bakket at det ikke har noen sammenheng med været, som i de lavere delene av atmosfæren.

Været i Nord-Norge endrer seg svært fort. Selv om det er skyet nå, kan det være klarvær om en time. Det beste du kan gjøre om du er usikker på været, er å sjekke værmeldingen, for eksempel på yr.no. Her kan du se hvordan været forventes å være time for time. Er været alldeles ufyselig, trenger du likevel bare en liten åpning i skydekket for å øke nordlyssjansene dine betydelig.

Ja og nei. Selv om det er sjelden, kan det se ut som store nordlysutbrudd lager lyd. Finske forskere har nylig bevist at det som tidligere ble sett på som en myte, nemlig at nordlyset lager lyd, faktisk har noe for seg. Riktignok er det ikke nordlyset selv som lager lyden, men en elektrisk utladning mellom et varmere luftlag over et kaldt luftlag nærmere bakken. Lyden kan minne om spraking, klapping eller til og med smell, og det oppstår rundt 70 meter over bakken. Du kommer nok likevel ikke til å høre noe, med mindre du er langt borte fra lydforurensing eller turister som hojer og skriker når de ser nordlyset.

Vi har en egen artikkel om nordlysfotografi som forklarer dette mer i detalj. Ethvert fullformatskamera, speilreflekskamera og de nye speilløse systemene blir gi deg gode bilder med det rette objektivet. Små kompaktkamera har imidlertid for liten lyssensor til å ta gode nattbilder, selv om noen nye mobiltelefoner nå er blitt ganske gode på å fotografere i mørket.

Nei! De flammende lysene på nattehimmelen representerer ingen fare for oss. Riktignok kan den dramatiske økningen i ladde partikler i jordatmosfærene under en stor solstorm forårsake sammenbrudd i radiosendingene, alvorlige forstyrrelser i strømforsyningen og til og med få kompass til å snurre rundt. Ja, og så må du ikke sende telegram, for telegrafene kan ta fyr under store solstormer.

Ja, jordkloden er ikke alene om nordlyset. Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun har alle en sterk magnetosfære og en tett atmosfære, som gjør at aurora kan oppstå. Nordlysene på andre planeter har imidlertid ulike farger og egenskaper enn på vår klode, fordi atmosfærene der består av ulike gasser. For eksempel er aurora-utbruddene på Saturn rød nederst og fiolett på toppen, mens Jupiter har særpregede blå nordlys.

Forutsatt at du har været på din side, er det mulig å se nordlys selv i bysentrene i Nord-Norge. Det finnes alltid noen områder i bysentrene, for eksempel nede ved kaiene eller i en park. Hold hånda foran en sterk lyskilde og se opp mot himmelen. Det er riktignok slik at jo lenger bort fra lysforurensing du kommer, jo mer uforstyrret kan du se nordlyset. Fotografene vil også gjerne ha færrest mulig andre lyskilder som kan “brenne ut” bilder.

Nei, for tida er det ikke mulig å forutse nordlysaktiviteten særlig godt. Akkurat som med været kan mindre svingninger på solas overflate få uforutsette virkninger her på Jorda. Et koronamasseutbrudd kan for eksempel skje når det skal være, og da når det Jorda innen 48 timer. Slike utbrudd er umulig å forutse. Koronahull er imidlertid mer forutsigelige, og da slynges solvinder i vår retning. Disse kan forutsees opp til en måned på forhånd, men selv disse kan endre seg på kort varsel. Egentlig må du bare møte opp hos oss under nordlysovalen og håpe på klar himmel. Med klar himmel er alt mulig.

Tre nettsteder gir til sammen god info

Tre viktige nettsteder brukes av nordlysguidene og av vitenskapsmenn. Bruker du disse samtidig, får du god hjelp til å finne ut når du skal sette inn støtet for å se nordlyset.

Slik er nordlyset, kort fortalt

Så hva er nordlyset? Har du lest helt hit, vet du at svaret ikke er enkelt. Den vitenskapelige forklaringen er kanskje ikke så interessant for alle, men en grunnleggende forståelse av årsakene til nordlyset kan være svært nyttig når du er ute på nordlysjakt. Du har en større forståelse for ordbruken fra nordlysguiden og innsatsen som gjøres for å forutse nordlyset, og du blir litt flinkere til å gjøre dine egne vurdering av nordlyssjansene. Husk imidlertid at sjansene for å se nordlyset, uansett hvor gunstig solaktiviteten virker, avhenger aller mest av været. Sjekk værmeldingen før du sjekker solaktiviteten. Vi har også tatt med noen viktige lenker for å hjelpe deg til å søke opp soldata og nordlysvarsler.

William Copeland er geolog og nordlysjeger

William Copeland, som har skrevet denne artikkelen, er opprinnelig britisk, men har bodd i Nord-Norge i mange år. Han kom for å studere geologi ved Universitetet i Tromsø, og har spesialisert seg på marin geologi og geofysikk. Ved siden av studiene arbeidet han som nordlysguide fra 2016 til 2019, og har til sammen guidet tusenvis av besøkende på nordlysjakt. William bruker mye av tida si på å forske, fotografere og forutse nordlyset. Nord-Norges uendelige landskap og skiftende vær opptar ham også.