Fascinasjonen for nordlyset har eksistert til alle tider. Men der det før var myter, historier og fortellinger som regjerte, har himmelfenomenet i vår tid tatt veien til vitenskapen.

En av de mest kjente norske romforskerne gjennom tidene er Kristian Birkeland. Etter at han ble utnevnt som professor i 1898, innvilget Stortinget 15 000 kroner for å bygge verdens første permanente nordlysobservatorium.

På denne tiden var forskerne usikre på sammenhengen mellom jordas magnetfelt og nordlysets bevegelser. Nå forstår de mer.

Så hvis nordlyset er i konstant bevegelse, vil det da kunne forsvinne fra Norge en gang?

Nordpolen og Sørpolen har nemlig ikke bestandig vært slik vi kjenner dem. Jordas magnetfelt påvirker polenes posisjon og endrer seg gradvis over tid. For 780 000 år siden var den magnetiske Nordpolen der den magnetiske Sørpolen er nå og omvendt.

Dette har angivelig skjedd flere ganger i løpet av jordas historie.

De magnetiske polene forflytter seg

National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), en vitenskapelig etat underlagt det amerikanske Handelsdepartementet, opplyser på sine nettsider at jorda nå er inne i en periode med fallende magnetfeltstyrke. Det er likevel umulig å anslå om eller når en magnetisk reversering vil oppstå. Med bakgrunn i målinger tilbake til 1850 er det noen som hevder at magnetfeltet vil fortsette falle i 1300 år fremover.

Dagens styrke er likevel høyere enn den har vært de seneste 50 000 årene, og reverseringen kan skje når som helst.

Ifølge NOAA vil det ta flere tusen år for jorda å fullføre en slik prosess dersom det er slik at en reversering allerede har begynt. Det forventes likevel at jorda fortsatt kommer til å ha et magnetfelt, men at en endring vil kunne gi dårligere radiokommunikasjon, navigasjon med magnetisk kompass vil bli vanskelig, og dyr kan bli desorienterte.

Noen har hevdet at nordlyset vil forsvinne sørover, men har angivelig tatt feil av de geomagnetiske og de magnetiske polene.

– De geomagnetiske polene er definert ut fra jordas magnetfelt. De magnetiske polene flytter seg raskere og vil om få år nærme seg Russland, sier nordlysforskeren Magnar Gullikstad Johnsen.

– Betyr det at nordlyset kan forsvinne sørover i løpet av vår levetid?

– Det at nordlysovalen er i ferd med å flytte seg sørover, er sterkt overdrevet. Nordlysovalen er orientert i henhold til den geomagnetiske polen – stedet hvor en dipol-representasjon av jordas magnetfelt skjærer gjennom jordoverflaten. For tiden befinner den seg på Baffin Island i Canada, sier Johnsen.

– I et lengre tidsperspektiv tror du noen gang nordlyset forsvinner fra Nord-Norge?

– Vi har ikke så god kjennskap til endringer i jordas magnetfelt forårsaket av prosesser i jordas indre. Men endringene får polene til å vandre, noe som igjen fører til at nordlysovalen «følger etter», svarer Johnsen.

• Les også: Jakter på sørlyset

Foregangsmenn i Tromsø

Noen år etter at Birkeland etablerte Nordlysobservatoriet i Alta i Finnmark, var det Tromsøs tur. I 1916 – over 50 år før Stortinget vedtok å opprette et universitet der – ble det tatt initiativ til å etablere Geofysisk Institutt i Tromsø. Instituttet skulle stå for den meteorologiske værvarslingen i Nord-Norge og fikk samtidig ansvaret for studier av nordlyset og magnetiske observasjoner.

Våren 1919 var driften allerede i gang, og på toppen av taket, på en spesialdesignet observasjonsplattform, utførte nordlysforskeren Ole Krogness historiens aller første geomagnetiske målinger fra Tromsø.

I 1927 ble den første bygningen til Nordlysobservatoriet reist. Ved observatoriet ønsket forskerne å observere nordlysets forskjellige former, intensitet, hyppighet, bevegelser, lysintensitet og lysfordeling.

Vil overvåke romsøppel og asteroider nær jorda

I 1930 publiserte fysikeren Leiv Harang og teamet hans de første resultatene fra Nordlysobservatoriet. Harang blir betegnet av kollegaer som «ionosfæreforskningens far», spesielt på grunn av arbeidet hans med forståelsen av nordlysets plutselige bevegelser.

– Harang var et forbilde for meg, fordi han evnet å knytte variasjoner i ionosfæren til praktiske utfordringer rundt telekommunikasjon, forteller professor emeritus Asgeir Brekke. Brekke er en av de gjenlevende pionerene innen nordlysforskning – i Norge og i verden.

Han kan fortelle at sammenhengen mellom romvær – skiftende forhold rundt jorda – og telekommunikasjon, er noe forskere fortsatt er opptatt av.

I juni 2017 ble det kjent at det skulle bygges et nytt radaranlegg i Ramfjordmoen ved Tromsø. Det nye anlegget skal brukes til å studere nordlyssonen, og infrastrukturen gjør det enklere å utforske den øvre atmosfæren. Det består av 10 000 antenner og har en spesialisert infrastruktur for databehandling.

Med denne nye teknologien vil det være mulig å oppnå en forbedring av rom- og tidsoppløsning, som vil øke forståelsen av samfunnsutfordringene knyttet til romvær og klima. Forskere vil videre kunne overvåke romsøppel og studere objekter som asteroider nær jorda.

Spesielt interessant er det hvordan såkalt romvær påvirker telekommunikasjonen på jorda. Bruken av ny radarteknologi, kombinert med toppmoderne digital signalbehandling, vil gi ti ganger høyere oppløsning enn det man har oppnådd med nåværende radarer. Samtidig har den nye radaren kontinuerlig målingskapasitet, noe de andre ikke kan tilby.

– Har vi forstått alt om nordlyset i dag?

– Nei, da hadde vi ikke bygget dette nye millionanlegget. Det er mange mystiske detaljer bak forståelsen av nordlyset som gjenstår å oppdage. Da jeg forsket på nordlyset, var strålene altfor vide til at vi kunne få med oss detaljene i det plasmafysiske i den ioniserte gassen, svarer Brekke.

• Les også: Bejubler nordlysforskeren og nitrogenfangeren

Nordlysforskning i en ny tid

Den unge nordlysforskeren Magnar Gullikstad Johnsen er en av dem som skal ta nordlysforskningen inn i en ny tid. Men han mener også at han har mye å lære av historien. Han fordyper seg i eldre vitenskapelige fremskritt og bruker mye tid på å studere historien til Nordlysobservatoriet i Tromsø, i tillegg til romfysikk ellers i Norge.

Han har det vitenskapelige ansvaret for de geomagnetiske målingene i Norge som utføres av Tromsø Geofysiske Observatorium (TGO).

Observasjonene de gjør her, utgjør et nettverk av rundt 20 magnetometre, som strekker seg fra Karmøy i sør til Ny-Ålesund i nord og på eksotiske steder som Jan Mayen, Grønland og Tristan da Cunha, en øy i Sør-Atlanterhavet. Johnsen samarbeider med forskere fra Belgia og Frankrike om å måle polarisasjonen til elektromagnetiske strålinger i nordlyset.

– Vi har funnet ut at det grønne lyset ikke er polarisert, mens det røde og det blå er det. Det er også interessant at vinkelen lyset er polarisert med, ser ut til å være parallell med magnetfeltet i den høyden som nordlyset befinner seg i, sier Johnsen.

Dermed kan det se ut til at den internasjonale forskningsgruppa er i ferd med å utvikle en metode for å måle magnetfeltet i nærheten av og inn i nordlyset, i en høyde som tidligere har vært utilgjengelig.

Ny teknologi gir flere muligheter

Forskerne ved Tromsø Geofysiske Observatorium er i større grad enn tidligere opptatt av detaljer, særlig fordi teknologien har åpnet for å studere dem nærmere.

– De ligningene som ble satt opp i løpet av 1970-, 80- og 90-tallet, gir kvalitativt sett et riktig bilde av hvordan virkeligheten er, men det gjenstår noen detaljer i disse ligningene som vi er nødt til å fortsette å studere, forteller Johnsen.

Han forklarer at man kan foreta målinger ved å kjøre en satellitt i den høyden der nordlyset oppstår. Satellitten beveger seg ni kilometer i sekundet, og det som blir målt, avhenger av hvor satellitten befinner seg. Spørsmålet er om variasjonene som registreres i dataene er forårsaket av noe som endrer seg i tid eller posisjon. Svaret kan noen ganger være begge deler.

– Dette er ofte en stor utfordring for dem som arbeider med satellitter og raketter. Man kan isolere de to forholdene ved hjelp av fjernmålingsteknikker og bakkebaserte instrumenter som et magnetometer, et nordlyskamera eller radioteknikker. Likevel er disse instrumentene plassert langt vekk fra nordlyset og klarer dermed bare å fange opp punktmålinger, forklarer Johnsen.

En magnetometer er et vitenskapelig måleinstrument som forskere bruker til å måle styrken i et magnetfelt.

Fokus på mesosfæren

I atmosfærens øverste luftlag finner man mesosfæren. Der eksisterer det en betydelig mengde natrium, rester av meteorer som har fordampet på vei inn i atmosfæren. Om laserlys rettes mot dette laget av natrium, skapes et tilbakespredt lys som kan ses som en lysende flekk om lag 90 kilometer over bakken.

Via et pulserende laserlys, kalt larmorfrekvens, vil det kunne komme tilbake mer lys enn om man ikke bruker en slik frekvens. Larmorfrekvensen bestemmes av magnetfeltets styrke i natriumlaget, og det er følgelig mulig å bestemme magnetfeltet ved å måle hvilken frekvens som gir mest lys tilbake.

– Mesosfæren er et svært utilgjengelig sted; for høyt for å nås med ballong og for lavt for å nås med satellitt. Derfor er det eneste alternativet raketter. De gir dessverre ikke kontinuerlige målinger, men bare noen punktmålinger på vei opp og ned. Med laser som fjernmålingsteknikk kan vi derimot få til kontinuerlige målinger, i alle fall så lenge det er skyfritt, sier Johnsen.

I dag ligger mesosfæren svært nært området der nordlyset opptrer. Det betyr at lasermålingene sonderer i nærheten av de elektriske strømmene i nordlysbuene, fra 80 til 100 kilometer over bakken.

­– Dette står i kontrast til hva det er mulig å observere med et magnetometer nede på bakken. Kanskje vil vi oppdage flere detaljer i fremtiden, sier Johnsen.

• Les også: Fjorårets beste nordlysbilder fra Senja

Forvirrede hvaler

Nordlysforskning er også nyttig for olje- og gassindustrien, fordi den kan gjøre boring etter olje og gass enklere og mer presis. Når man borer etter råolje, borer man ofte horisontalt inn i reservoaret. Boret er utstyrt med et magnetometer, slik at man vet hvilken retning man borer i. Når nordlysaktiviteten er sterk, skjer det ofte at magnetfeltet endrer seg så mye at man borer i en annen retning enn først antatt. Derfor kan opplysninger om forstyrrelser i romværet bidra til å bore i riktig retning.

– Oljeselskapene har stor nytte av å vite om nordlysutbrudd, og vi varsler dem når vi ser slik aktivitet, forteller Johnsen.

Nordlyset kan faktisk også påvirke dyrelivet. Johnsen forteller at det i 2016 var flere tilfeller av spermhval som svømte på land og ikke selv klarte å ta seg ut igjen på dypt vann. Et av stedene var i Nordsjøen ved Friedrichskoog som ligger nord i Tyskland. Det spesielle er at spermhvalen normalt sett ikke oppholder seg i dette området. Tidligere forskning har vist ta jordas magnetfelt angivelig har påvirket hvalens evne til å navigere rett vei.

– Forskerne antar at det var en stor geomagnetisk storm, altså aktivt romvær, som førte til at hvalene ble desorienterte. Istedenfor å treffe på den magnetiske veggen og følge den, svømte de inn på land nord i Tyskland, forklarer Johnsen.

Om geomagnetiske solstormer fritt kunne bevege seg mot jorda uten noen form for motstand, ville den med sin kraft kunne ødelegge alt levende på jorda. Men jorda har en egen forsvarsmekanisme – et usynlig kraftfelt. Det er dette som er magnetosfæren.

Nordlysovalens stadige endring

Bevegelsen av nordlysovalen er ikke noe som aktivt overvåkes i dag. Dette fordi driften av de geomagnetiske polene er så langsom at nordlysovalen ikke har beveget seg nevneverdig de siste 100 årene. Da nordlysobservatoriet ble etablert i 1930, lå ovalen rett utenfor kysten av Nord-Norge og nordover, noe den fremdeles gjør. Likevel er den i stadig endring, i både plassering og størrelse, på grunn av vekselvirkning med solvinden.

Ved såkalte geomagnetiske stormer, når jorda kommer inn i utbrudd fra sola, utvider ovalen seg og kommer til syne lenger sør. Utbruddene fra sola går i en syklus på elleve år, og derfor vil man også observere nordlys lenger sør i samme syklus.

Det er likevel mye som tyder på at nordlyset ikke alltid har vært like aktivt i Nord-Norge. Den norske teologen og dikteren Petter Dass (1647–1707) fra Alstahaug i Nordland, så angivelig aldri dette fenomenet. Hans mest kjente verk «Nordlands trompet», skildrer den mektige naturen, folket og ikke minst værforholdene i Nordland. Det spesielle er likevel at Dass aldri skrev om nordlyset. Ifølge Asgeir Brekke kan dette ha en naturlig forklaring, ettersom solen var meget passiv i årene Dass levde.

– Det var nesten ikke solflekker i denne perioden. En slik passivitet førte angivelig til færre solstormer mot jorda som igjen førte til lav nordlysaktivitet. Ser man på statistikken over nordlys, er det også få nedtegnede observasjoner på denne tiden, forteller Asgeir Brekke.

Dette kan ha en sammenheng med at mange ikke kunne skrive, men det finnes altså sterke indisier på at det også skyldes at det kanskje ikke var så mye nordlys på denne tiden. Mangel på observasjoner kan også sees i sammenheng med den lille istid, som var perioden fra midten av 1500-tallet til midten av 1800-tallet. Denne var preget av kjøligere og mer ekstremt klima.

– Når en periode med lav solflekkaktivitet igjen blir et faktum, vet vi ikke. Men det vil skje igjen, sier Brekke.