Fagstoff

Nordlysets høyde

Publisert: 30.09.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Neppe noe annet ved nordlyset er blitt mer inngående studert og diskutert enn dets høyde. Fra ca. 1700-tallet til begynnelsen av det 20. århundre var dette et kontroversielt spørsmål. Noen mente at middelhøyden for nordlys var omkring 1000 km, mens andre påstod at nordlyset kom helt ned til jordoverflaten.

Tabell - NordlyshøydeTabell - Nordlyshøyde

Middelhøyden av nordlyset basert på bakkemålinger i perioden 1910 til 1940. Høyden er gitt i km etterfulgt av antall målinger.

 

Professor Carl Størmer bestemte høyden av nordlysene (basert på samtidige, parallaktiske fotografier av nordlyset fra to eller flere stasjoner) i tidsrommet 1910-40. Størmer innførte den fotografiske teknikk i nordlysstudiet. Sammen med sin medarbeider O. A. Krogness bygde han de første nordlyskameraene som hadde nok følsomhet til å ta gode bilder av nordlys med en eksponeringstid på noen få sekunder. Størmers metode tillot i prinsipp en rekonstruksjon av hver enkelt nordlysform. Høyden for maksimal intensitet; samt nordlysets underkant og overkant ble regnet ut. Nordlysets høyde varierer mye med form, tid og geografisk bredde (se tabell). Derfor var en nødvendig med kontinuerlig overvåking over flere solflekkperioder.

Størmers trianguleringsmetodeStørmers trianguleringsmetode

To observatører med kjent innbyrdes avstand, d, måler samtidig retningen til et bestemt punkt i et nordlys. Det er viktig at samme stjernebilde sees i begge fotografiene. Da er det lett å regne ut høyden ved å benytte formelen i figuren. En må ta hensyn til at jordas overflate er krum. Hovedproblemet var å sikre at begge observatører måler på samme punkt i nordlyset til nøyaktig samme tid. Dette ble løst ved hjelp av telefonforbindelse.

NordlyshøydeNordlyshøydeDen statistiske fordeling av de mer enn 20.000 høydemålinger av nordlys som Størmer og hans medarbeidere utførte. Den vertikale skalaen angir høyden i kilometer, mens den horisontale skalaen angir antall observasjoner. Legg merke til at hovedmengden av nordlysene har maksimal intensitet mellom 90 og 200 km.

 

Høydefordelingen av omkring 20 000 parallaktiske målinger utført av Størmer og hans medarbeidere er vist i figuren. De aller fleste nordlys har maksimal intensitet i høydeintervallet 100–150 km. Nordlys kan helt unntaksvis nå ned til omkring 85 km, mens det relativt ofte forekommer mellom 200–300 km. En sjelden gang strekker nordlysstråler seg mot 500 km.

Høyden av nordlyset varierer også med avstanden fra nordlyssonen. Dette er illustrert i figuren under. Diffuse flater og bånd har de laveste høyder, mens nordlysstrålene ligger lengst borte fra jordoverflaten (se figurene nederst på denne siden).

MiddelhøydeMiddelhøyde

Kurven viser hvordan middelhøyden av nattnordlys varierer med de magnetiske breddegrader. Nordlyset er lavest midt i ovalen, og høyden øker raskt mot polene.

Høydeprofiler av nordlysHøydeprofiler av nordlysSammenligning av høydefordelingen av noen typiske nordlysemisjoner i dag- og nattnordlys. Generelt kan vi slå fast at dagnordlysene forekommer høyere oppe i atmosfæren enn nattnordlysene, og høydeforskjellen er ca. 100 – 150 km. Det røde lyset ved 630 nm er mye sterkere i dagnordlyset enn i nattnordlyset.

 

I 1926 oppdaget Størmer solbelyst nordlys. Det ble observert under spesielle forhold i demringslys; dvs. når sola belyser de øvre luftlag mens det er mørkt opp til ca. 2–300 km. De solbelyste nordlysstrålene kan nå opp til mer enn 1000 km. At nordlys kunne nå slike høyder stimulerte utforskningen av den ytterste atmosfære og ionosfære i betydelig grad. Dette førte til at oppfatningen om atmosfærens sammensetning og tetthet over noen 100 km høyde måtte revideres fullstendig. Etter 1926 var derfor observasjoner av solbelyste nordlys en fast del av Størmers program.

Middelhøyden av dagnordlys er godt over 200 km (se figuren), mens de fleste nordlys innenfor polarkalottområdet har høyder over 150 km.

Bare ved bruk av instrumenterte raketter som flyr gjennom nordlyset er det mulig å få en nøyaktig høydeprofil av nordlysformene. Mange slike observasjoner av nattnordlys er utført siden 1960, mens ytterst få lignende registreringer er utført av dag- og polarkalottnordlys. Et typisk eksempel som viser et høydesnitt gjennom en nordlysglow (diffust nordlys) over Andøya Space Center er illustrert i følgende figur:

Høydefordeling av nordlysHøydefordeling av nordlysHøydefordelingen av ulike nordlysformer bestemt fra rakettobservasjoner.

 

RakettmålingRakettmåling

Vi ser her hvordan lyset, i en nordlysglow, varierer med høyden. Figuren er basert på fotometermålinger i en rakett. Kurvene med piler viser dataene fra opp- og nedturen til raketten. Høydefordelingen av lyset varierer en del i løpet av et par minutter. Legg merke til at vi har maksimum ved 110 km på både opp- og nedtur. Underkanten av nordlyset avtar hurtig.