I år 2015 ble den danske astronauten Andreas Mogensen bedt om å ta bilder av tordenstormer fra den internasjonale romstasjonen ISS. Målet var å finne de mystiske jordiske gammaglimtene forskere har vært på jakt etter i flere tiår. (Foto: Andreas Mogensen/ESA/NASA)
I år 2015 ble den danske astronauten Andreas Mogensen bedt om å ta bilder av tordenstormer fra den internasjonale romstasjonen ISS. Målet var å finne de mystiske jordiske gammaglimtene forskere har vært på jakt etter i flere tiår. (Foto: Andreas Mogensen/ESA/NASA)

Forskeren forteller: Skal avsløre de mystiske jordiske gammaglimtene

Snart vil måleinstrumenter fra Bergen sveve i bane rundt jorden. Vi vil lære mer om et naturfenomen som var ukjent for få år siden.

Published

Forskeren forteller

Denne spalten gir plass til forskere, fagfolk og studenter som med egne ord forteller om sin og andres forskning. Vil du skrive? Ta kontakt på [email protected]

Etter 14 års hardt arbeid er snart dagen endelig kommet. Mandag 2. april vil instrumentpakken ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor) sendes opp fra Cape Canaveral i Florida, USA, med Tesla-gründer Elon Musk sin SpaceX-rakett.

Målet for oppskytningen er den internasjonale romstasjonen, hvor ASIM skal monteres og gå i bane rundt jorden i to år. ASIM er en instrumentpakke som blant annet inneholder et røntgen- og gammainstrument som Birkelandsenteret for romforskning ved Universitetet i Bergen har spilt en hovedrolle i å utvikle.

Fra sitt nye hjem 400 kilometer over bakken vil ASIM kunne gjøre målinger av jordiske gammaglimt og andre lysfenomener som ofte oppstår i forbindelse med tordenvær. Dette er naturfenomener som kun har vært kjent noen få tiår, og som vi ennå vet veldig lite om.  ASIM er et prosjekt i Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) ledet av Danmark. I tillegg til Norge deltar miljøer fra Spania, Polen og Italia.

Ble sett av flygere og videokamera

Jordiske gammaglimt ble først observert på begynnelsen av 1990-tallet. Den gangen hadde NASA plassert en gammastrålingsdetektor, BATSE, i bane rundt jorden for å studere gamma- og røntgenstråler fra det store universet. Men så skulle det vise seg at den ved enkelte anledninger målte kortvarige glimt av gammastråler når detektoren pekte mot jorden!

Først trodde man at det var snakk om instrumentfeil, men etter hvert innså man at det faktisk handlet om et nytt naturfenomen som ikke hadde blitt observert før.

Tilsvarende ble det gjort viktige observasjoner på slutten av 1980-tallet av noen bemerkelsesverdige lysfenomener i den høyere atmosfæren. Disse hadde tidligere blitt rapportert av flygere, men det var først nå som det fantes videokamera som tok nok bilder per sekund til at de kunne dokumenteres vitenskapelig.

Disse lysfenomenene ble kjent som «omvendte lyn» siden de beveget seg oppover i atmosfæren, og de ble etter hvert tildelt mytiske navn som blå jetter, røde ånder og alver.

Bergen har vært med på jakten siden begynnelsen

Initiativet til å studere de nye fenomenene nærmere ble først tatt i Danmark, hvor Torsten Neubert fra Danmarks Tekniske Universitet etablerte ASIM-prosjektet på begynnelsen av 2000-tallet. Tidlig i prosessen ble norske IDEAS identifisert som et egnet firma til å lage komponenter, og man ønsket da en norsk partner med i ASIM.

Romfysikkgruppen ved Universitetet i Bergen, som siden 2013 har hatt navnet Birkelandsenteret for romforskning, pekte seg tidlig ut som en aktuell kandidat, i kraft av sin sterke posisjon internasjonalt når det gjelder kunnskap om og bygging av røntgenkamera. På dette tidspunktet hadde jeg nettopp selv blitt ansatt som professor i romfysikkgruppen i Bergen, etter å ha jobbet tre år ved Space Sciences Laboratory i Berkeley.

I USA hadde jeg hatt gleden av å jobbe under en av verdens fremste romforskere, Stephen Mende, og takket være hans varme anbefalinger til Torsten Neubert ble romfysikkgruppen i Bergen fra 2004 en del av ASIM-prosjektet.

Vi vet fortsatt ikke hvordan og hvor ofte de dukker opp

Den gangen i 2004 visste jeg fint lite om jordiske gammaglimt, men i løpet av de 14 årene som er gått har nå miljøet i Bergen etablert seg helt i forskningsfronten når det gjelder å forstå dette naturfenomenet.

Dette er mye takket være studier av målinger fra instrumentene BATSE, Agile, Fermi og RHESSI. Sistnevnte spektroskop var designet til å forske på en type solstorm kjent som solar flares, men har også vist seg nyttig i studier av jordiske gammaglimt.

Men et problem med disse instrumentene har vært tidsoppløsning og følsomhet, som ikke har gitt rom for å avdekke hvor ofte og hvordan gammaglimt faktisk oppstår.

Gjør det mulig å måle de elektriske feltene

Her ser du hvordan ASIM-instrumentpakken vil se ut når den er festet til den internasjonale romstasjonen ISS. Derfra skal den gi forskerne målingene de trenger for å finne svar. (Illustrasjon: ESA CDS)
Her ser du hvordan ASIM-instrumentpakken vil se ut når den er festet til den internasjonale romstasjonen ISS. Derfra skal den gi forskerne målingene de trenger for å finne svar. (Illustrasjon: ESA CDS)

Det vi uansett vet, er at gammaglimt oppstår når det tordner og lyner. Kort fortalt kan vi betrakte tordenskyer ti kilometer over bakken som enorme partikkelakseleratorer, som produserer relativistiske elektroner, antipartikler og gammastråling.

I forbindelse med tordenvær oppstår det nemlig veldig sterke elektriske felt opp til flere hundre millioner volt. Disse feltene kan akselerere elektroner til hastigheter nær lysfarten. Når slike relativistiske elektroner kolliderer med nøytral luft produseres gamma- og røntgenstråling.

Med ASIM plassert på den internasjonale romstasjonen, flere hundre kilometer over tordenskyene, vil instrumentene på ASIM ha orkesterplass til det som skjer. ASIM inneholder både optiske kameraer og fotometre til å avdekke mysteriene i atmosfæren.

Ved Birkelandsenteret for romforskning er hoveddelen av gamma- og røntgenstrålingsdetektoren MXGS utviklet og bygget, og totalt er det norske bidraget på 70 millioner kroner.

Dette gjør ASIM-prosjektet til det største som noe norsk universitet har gjort for romindustrien. I tillegg til Universitetet i Bergen og IDEAS er også Norsk Romsenter en del av prosjektet, og totalt sett opererer ASIM, som i tillegg til MXGS også har optiske instrumenter, med en økonomisk ramme på rundt 400 millioner kroner.

Skal finne svar på hvordan de påvirker atmosfæren

Gjennom ASIM-prosjektet håper vi å kunne forstå mer om hvilken rolle jordiske gammaglimt og andre lysfenomener spiller for elektrokjemien i atmosfæren, og hvordan fenomenene inngår i det elektriske strømsystemet i atmosfæren.

Det hele kan karakteriseres som ren grunnforskning, hvor det er nysgjerrigheten og undringen som driver oss. Men som så ofte før i historien, fører denne type utforsking til viktige teknologiske fremskritt. Eksempelvis har IDEAS med utgangspunkt i MXGS-detektoren laget en nukleær detektor med potensial til å revolusjonere forskningen på Alzheimers.

Med oppskytningen av ASIM går Birkelandsenteret for romforskning en hektisk tid i møte, og ambisjonene er klare: Vi ønsker å lede an i forskningsfronten når det gjelder å forstå hvilken effekt gammaglimt har på den øvre delen av atmosfæren. Vi ønsker også å forstå hvordan så høy energi kan oppstå i tordenskyer, og hvordan et lyn egentlig starter.