BACK

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.

BACK

Introduktion –

“FAQ”

Grundförutsättni

ngar

Polar data Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfattning

Innehåll

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

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

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Vad beror norrskens-strålarna på?

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Varför går bågarna i öst-västlig riktning?

……vilken utbredning har de?vilken utbredning har de?……vilken utbredning har de?vilken utbredning har de?

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Vad orsakar färgerna i norrskenet?Vad orsakar färgerna i norrskenet?

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Varför ser norrsken olika ut på Varför ser norrsken olika ut på dygnet?dygnet?

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol ?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

observationer från 1700- talet

observationer från 1700- talet

… … och och nunu

… … och och nunu

Solfläckar

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol ?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Sol minimum Sol maximum

11-års cykel

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol ?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

DetDet finns ett samband mellan solfläckar och finns ett samband mellan solfläckar och norrskennorrsken

Norrsken och solaktivitet

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

SolSol??

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

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Jordens magnetfält

Jorden omges av ett magnetiskt Jorden omges av ett magnetiskt dipolfält dipolfält

Jorden omges av ett magnetiskt Jorden omges av ett magnetiskt dipolfält dipolfält

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Magnetiska variationer och norrsken

Magnetfältstörningar upp till 3 % av Magnetfältstörningar upp till 3 % av det jordmagnetiska fältet under det jordmagnetiska fältet under norrsken norrsken

Magnetfältstörningar upp till 3 % av Magnetfältstörningar upp till 3 % av det jordmagnetiska fältet under det jordmagnetiska fältet under norrsken norrsken

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Norrskenstrålars förklaring

1800-talet gav fysiken - magnetfält och 1800-talet gav fysiken - magnetfält och norrskennorrsken1800-talet gav fysiken - magnetfält och 1800-talet gav fysiken - magnetfält och norrskennorrsken

Magnetiska fält styr laddade partiklar, (men vilka Magnetiska fält styr laddade partiklar, (men vilka är partiklarna, och vilken är deras roll i är partiklarna, och vilken är deras roll i norrskenprocessen?)norrskenprocessen?)

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Norrskensoval, förklaring till öst-västlig utbredning

Norrsken Norrsken centrerat kring centrerat kring magnetiska magnetiska nordpolen bildar nordpolen bildar en sk en sk norrskensoval norrskensoval --jordens gloriajordens gloria

Sydsken bildar Sydsken bildar på samma vis en på samma vis en sydskensovalsydskensoval

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Norrskensoval – jordens gloria

Satellitbild av en ständigt aktiv Satellitbild av en ständigt aktiv norrskenovalnorrskenoval

Norrsken kan Norrsken kan ibland beskådas ibland beskådas av Uppsalaborav Uppsalabor

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Rymdskyttelbild av Rymdskyttelbild av norrskensovalnorrskensoval

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

PolvandringarNutida studier av stelnade lavor ger ledtrådar Nutida studier av stelnade lavor ger ledtrådar om norrskensovalens läge för 2000 år sedan!om norrskensovalens läge för 2000 år sedan!Nutida studier av stelnade lavor ger ledtrådar Nutida studier av stelnade lavor ger ledtrådar om norrskensovalens läge för 2000 år sedan!om norrskensovalens läge för 2000 år sedan!

Polvandring:Polvandring:

800-talets Östra 800-talets Östra Arosbor såg mycket Arosbor såg mycket norrsken !norrsken !

Polvändning:Polvändning:

Intervaller om ~300 Intervaller om ~300 000 år Senaste ~780 000 år Senaste ~780 000 år000 år

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Förutsättningar för norrsken

Slutsats: Ett planetärt magnetfält styr Slutsats: Ett planetärt magnetfält styr laddade partiklar och orsakar norrsken ...men laddade partiklar och orsakar norrsken ...men

hur, och vilka är partiklarna?hur, och vilka är partiklarna?

solsolsolsol ????Magnetiskt Magnetiskt

ffältlt

Magnetiskt Magnetiskt ffältlt

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär ?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Norrskensfärger

Norrsken kommer från en lysande gas Norrsken kommer från en lysande gas (atmosfären),(atmosfären),

Norrskenet har ett linjespektrumNorrskenet har ett linjespektrum

Excitationen orsakas av laddade partiklar Excitationen orsakas av laddade partiklar parallella med magnetfältet, men vilka är parallella med magnetfältet, men vilka är

partiklarna?partiklarna?

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Förutsättningar för norrsken

solsolsolsol ????Magnetiskt Magnetiskt

ffältlt

Magnetiskt Magnetiskt ffältlt

Slutsats: Atmosfären är den bildskärm där Slutsats: Atmosfären är den bildskärm där norrskensljuset uppstår, norrskensljuset uppstår,

men vilka laddade partiklar orsakar men vilka laddade partiklar orsakar excitationen?excitationen?

atmosfatmosfärratmosfatmosfärr

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär

Plasma ?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Sondraketer och satelliter

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär

Plasma ?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Data från sondraket

Energirika Energirika elektroner elektroner relaterade relaterade till norrsken till norrsken (inverterat-(inverterat-V)V)

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär

Plasma ?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Plasma- det fjärde tillståndet

Rymdåldern - norrskensforskning blir Rymdåldern - norrskensforskning blir forskning om forskning om plasmafysik plasmafysik

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär

Plasma ?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Plasma - joniserad gasPlasmafysik - med rymden som Plasmafysik - med rymden som

laboratoriumlaboratorium

Plasmafysik - med rymden som Plasmafysik - med rymden som laboratoriumlaboratorium

99,999...% av 99,999...% av universums volym universums volym består av plasma består av plasma

99,999...% av 99,999...% av universums volym universums volym består av plasma består av plasma

Plasma – joniserad gas Plasma – joniserad gas Plasma – joniserad gas Plasma – joniserad gas

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär

Plasma

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Förutsättningar för norrsken

solsolsolsol ????Magnetiskt Magnetiskt

ffältlt

Magnetiskt Magnetiskt ffältlt

atmosfatmosfärratmosfatmosfärr

Slutsats: Elektroner som kan krocka med Slutsats: Elektroner som kan krocka med atmosfären behövs för att alstra norrskensljusatmosfären behövs för att alstra norrskensljus

Slutsats: Elektroner som kan krocka med Slutsats: Elektroner som kan krocka med atmosfären behövs för att alstra norrskensljusatmosfären behövs för att alstra norrskensljus

plasmaplasmaplasmaplasma

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär

Plasma

Solvind ?

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

SolutbrottSolutbrott - 2 dygn senare utbredda Solutbrott - 2 dygn senare utbredda

norrskennorrsken

densitet 0.1 –10 part./cm3 temperaturer upp till 100MK

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär

Plasma

Solvind

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Förutsättningar för norrsken !

solsolsolsolsolvindsolvindsolvindsolvind

magnetiskt fmagnetiskt fältltmagnetiskt fmagnetiskt fältlt

atmosfatmosfärratmosfatmosfärr

plasmaplasmaplasmaplasma

Slutsats: Solvinden, är det Slutsats: Solvinden, är det kraftöverföringssystem som kan kraftöverföringssystem som kan bära energin från källan till plasmapartiklarna.bära energin från källan till plasmapartiklarna.

Slutsats: Solvinden, är det Slutsats: Solvinden, är det kraftöverföringssystem som kan kraftöverföringssystem som kan bära energin från källan till plasmapartiklarna.bära energin från källan till plasmapartiklarna.

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Sol

Magnetfält

Atmosfär

Plasma

Solvind

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Norrsken universellt

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

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Inverterat-V

Jon stråleElektriska fält

Elektroner

Uppåtgående strömområde

Kaviteter

”Potential drop people’s” norrskens modell

Magnetfält

AKR

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Inverted-V

Jon stråleElektriska fält

Elektroner

Uppåtgående strömområde

Nedåtgående strömområde

Kaviteter

Elektroner

”Potential drop people’s” norrskens modell

Magnet fält

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Inverted-V

Jon stråleElektriska fält

elektroner

Uppåtgående strömområde

Nedåtgående strömområde

kaviteter

Elektroner

”Potential drop people’s” norrskens modell

Magnetfält

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Hur sluts potentialstrukturen?Hur sluts potentialstrukturen?

• Freja

•FAST

• Viking• Polar

Polar satellit data 1996-2001, 5000-30000 Polar satellit data 1996-2001, 5000-30000 km höjd km höjd

Beroende av R, MLT, ILAT, Kp, säsong, sol Beroende av R, MLT, ILAT, Kp, säsong, sol cykel cykel

?

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

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 RE

Resultat (stabilt norrsken)-> kooperativ modell

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Substorm

Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Substorm

3.5 RE

4 RE

5 RE

Elektriskt fält

kaviteter

Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Substorm

3.5 RE

Dot-AKR

Alfvèn vågSubstorm onset

Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Substorm

3.5 RE

VA~Ve

Alfvèn våg

Alfvén Resonosphere

Resultat (aktivt norrsken)- kooperativ modell + Alfvèn våg

Under/efter substorm onset

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 RE, Alfvèn resonosfären 4-5 RE)

Sammanfattning

Fortsättning följer ...

Innehåll

Introduktion

Grundföruts.

Polar data

Stabilt norrsken

Aktivt norrsken

Sammanfatt.

Norrskenet i siffror