Natthimmellys vises som en tynn stripe over jordskorpen og midt i bildet en meteor som brenner opp idet den treffer atmosfæren. Bildet er tatt fra den internasjonale romstasjonen (ISS) over Irkutsk, Sibir, 13. august 2011. (Foto: NASA Earth Observatory)
Vet du ha hva natthimmellys er?
Vi kan ikke se lyset med det blotte øye fra jorden, men det kan sees fra verdensrommet. Lyset hjelper forskerne med å måle temperaturen i atmosfæren over Arktis.
Om prosjektet
Doktorgradsarbeidet har vært finansiert av Kunnskapsdepartementet og vært et samarbeid mellom Tromsø Geofysiske Observatorium, Universitetssenteret på Svalbard og Birkeland Centre for Space Science.
Veileder var Chris Hall, Tromsø Geofysiske Observatorium, UiT og Fred Sigernes som er tilknyttet både Avdeling for arktisk geofysikk, Universitetssenteret på Svalbard og Birkeland Centre for Space Science.
100 kilometer over Tromsø by ligger mesopausen, som er den øvre delen av atmosfæren. Den bremser røntgenstråler og UV-lys fra sola før de slipper gjennom til de lavere lag av atmosfæren.
Meteorer som nærmer seg jorda, brenner opp i møtet med mesopausen. Dette laget i atmosfæren fungerer nærmest som en barriere mot det ytre rom.
Under mesopausen blir gasser fordelt tilfeldig og er påvirket av vind. Men over denne delen av atmosfæren oppfører gassene seg annerledes og blir påvirket av andre mekanismer. Dette skillet mellom to «verdener» får helt spesielle egenskaper som fysiker Silje Eriksen Holmen har utnyttet i sitt doktorgradsarbeid ved UiT.
Hun har fra sin base ved Longyearbyen forsket på sesongvariasjoner og trender i temperaturen i mesopausen over to arktiske byer: Longyearbyen og Tromsø.
– Vi vil forstå prosessene som fører til store svingninger i temperatur i denne del av atmosfæren, slik at vi på sikt kan forstå hvordan klimaforandringer påvirker forholdene også langt opp i atmosfæren.
Men 80 til 100 kilometer over bakken er det vanskelig å måle temperatur direkte, konstaterer Holmen, og det er her fenomenet med natthimmellys kommer inn i bildet.
Fenomenet natthimmellys
Natthimmellys oppstår når UV-lys fra sola treffer mesopausen. Molekylene her begynner da å vibrere og avgir energi i form av lys.
– Vi kan ikke se dette fenomenet med det blotte øye fra jorden, men det kan sees fra verdensrommet. For eksempel kan vi se det på bilder tatt fra den internasjonale romstasjonen, der natthimmellys kan sees hele døgnet over hele kloden, forteller Holmen entusiastisk.
Vi kan også måle natthimmellys med ulike instrumenter, både plassert her nede på bakken og på satellitter som går i bane rundt jorden.
Holmen forklarer at også det mer kjente nordlyset finner sted både i mesopausen og høyere oppe i atmosfæren, men at dette lyset trekkes mot nord- og sørpolen på grunn av ladningen på partiklene som slynges mot jorden.
Lysstyrken kan måles
Styrken til natthimmellys klarer forskerne å måle, og intensiteten på lyset påvirkes av temperatur. Slik kan fysikerne indirekte måle temperatur i dette laget av atmosfæren.
Mesopausen er den kaldeste delen av hele atmosfæren vår. Om vinteren kan for eksempel temperaturen ved bakkenivå i Tromsø være minus to grader, mens den vil være minus 70 til 80 grader når vi kommer til dette grenseskillet 100 kilometer opp i lufta. Over mesopausen, derimot, vil temperaturen gradvis stige igjen fordi påvirkningen fra solen blir sterkere.
Meteorhalen
Holmen har brukt et spektrometer for å utføre målinger i Longyearbyen. Hun har også brukt to radarer som står på Ramfjordmoen utenfor Tromsø, for å komme frem til sine resultater.
Spektrometeret på Svalbard hjalp forskeren med å finne intensiteten på nattlyset og dermed skaffe indirekte data på temperaturen i dette atmosfæriske laget.
Radarmålingene fungerte litt annerledes. Her har fysikeren målt egenskaper i meteorenes flammende haleparti for å komme frem til temperaturen i mesopausen. Ifølge forskeren vil store partikler brenne opp og avgi lys når de stuper nedover mot atmosfæren vår og treffer mesopausen, som for eksempel meteorer.
De brennende steinenes hale kan i noen tilfeller synes som en lysende stripe over himmelen, en flammende markør som Holmen har analysert ved hjelp av radarteknologi.
Vindmønster på bakken forplanter seg oppover
Fysikeren forklarer at temperaturen over Tromsø følger periodiske svingninger og at dette kan forklares med atmosfæriske vindmønstre og bølger.
Vindmønstrene dannes på bakken når vinden følger terrenget over fjell og gjennom daler og forplanter seg videre oppover i atmosfæren og kan faktisk spores 100 kilometer over bakken. Temperaturen varierer også med årstiden.
– Vi fant ut at gjennomsnittlig vintertemperatur i dette laget av atmosfæren over Longyearbyen har vært stabil rundt minus 70 grader celsius i den perioden vi har målinger, det vil si fra 1983 til 2013. I Tromsø finnes det slike temperaturmålinger bare de siste 15 årene, her er trenden en svak nedgang i temperatur vinterstid, oppsummerer Holmen.
Referanse:
Silje Eriksen Holmen: Trends and variability of polar mesopause region temperatures attributed to atmospheric dynamics and solar activity. UiT - Norges arktiske universitet. Doktorgradsavhandling, 2016
