Segulsvið jarðar og norðurljós

Þórður Arason 10.10.2012

Norðurljós stafa af truflunum á segulsviði jarðar sem rafhlaðnar eindir frá sólinni valda. Segulsvið jarðar á upptök og er haldið við af raf- og iðustraumum í fljótandi ytri-kjarna jarðar. Við yfirborð má lýsa um 90% af segulsviðinu með tvípólssviði, með segulpóla um 10° frá snúningsás jarðar. Straumar í iðrum jarðar breytast mjög hægt og segulsviðið úr iðrum jarðar breytist yfirleitt einungis á tímakvarða ára og alda.

Straumur rafhlaðinna einda frá sólinni, sem kallaðar eru sólvindur, skellur stöðugt á segulsviðinu og sveigja það í segulhjúp sem nær þó að verja jörðina og lofthjúpinn að mestu leyti fyrir ágangi eindanna. Breytileiki í sólvindinum veldur því að segulsviðið verður fyrir truflunum sem mælast frá sekúndum upp í daga. Þessar truflanir eru þó yfirleitt litlar miðað við styrk segulsviðsins úr kjarna jarðar; miklar truflanir geta verið um 1-3% af styrk sviðsins á yfirborði jarðar.

Sem einfaldan mælikvarða á norðurljósavirkni er hér miðað við Kp-kvarða, sem lýsir styrk segulsviðstruflana á jörðinni. Kp-kvarðinn er frá 0 til 9, þar sem 0 lýsir lágmarksvirkni og 9 hámarksvirkni. Algengast er að Kp-gildið sé 0-3 og mjög sjaldgæft að það nái efstu tölunum. Kp-gildi er reiknað sem vegið meðaltal á K-gildum frá fjölda segulmælingastöðva á jörðinni, en K-gildi á hverri segulmælingastöð er reiknað út frá mesta útslagi í láréttum styrk segulsviðsins á hverjum 3 klst.

Þorsteinn Sæmundsson stjörnufræðingur hefur fylgst með og rannsakað norðurljós um áratugaskeið og hefur ritað og sett á vefinn nokkrar ágætar greinar um norðurljós og tengd efni: Norðurljósaspár, Sólvirkni og norðurljós, Árstíðasveiflan í segultruflunum og norðurljósum, Sólblossinn 7. mars 2012.

Mælingar á norðurljósavirkni úr gervitunglum

Haf- og veðurstofa Bandaríkjanna (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) rekur nokkur gervitungl á pólbraut sem hafa m.a. mælitæki sem nema flæði hraðfara rafeinda niður í norðurljósakragann (og suðurljósakragann). Þannig fást mælingar nokkrum sinnum á klukkustund á virkni norðurljósa á afmarkaðri braut yfir kraganum. Út frá þessum mælingum er heildarafl norðuljósanna metið, en á hverjum tíma er það yfirleitt frá nokkrum upp í nokkur hundruð gígawött (GW).

Á mynd 1 sést 30 mínútna spá um staðsetningu og styrk norðurljósakragans í dag eins og hann er áætlaður af NOAA út frá nýjustu mælingum. Myndin sýnir kort af norðurhveli jarðar með pólinn fyrir miðju og greina má Ísland hægra megin á myndinni. Með grænum, gulum og rauðum litum er sýndur áætlaður styrkur norðurljósa. Sjá má að virknin er meiri á næturhelmingi kragans. Kraginn færist jafnan til eftir tíma dags og er daufari og nokkuð fyrir norðan Ísland á daginn, en styrkist og færist yfir landið á kvöldin. Norðurljósakraginn breikkar og teygir sig sunnar þegar norðurljós eru öflug.

NOAA-OVATION: Norðurljósakraginn og virkni í dag

Mynd 1. Spá um norðurljósavirkni 30 mínútur fram í tímann út frá mælingum úr gervitunglum í dag. Myndin sýnir norðurljósakragann sem liggur nokkurn veginn í hring umhverfis segulskautið. Myndin er fengin af vef NOAA og þar má finna nánari upplýsingar.

Mælingar á truflunum á segulsviði jarðar í dag

Segulmælingastöðvar víða um heim skrá breytingar á segulsviði jarðar, bæði lang- og skammtímabreytingar. Gögnum frá mörgum segulmælingastöðvum er safnað af World Data Center for Geomagnetism við Kyoto Háskóla í Japan.

GeoForschungsZentrum Helmholtz-Zentrum segulrannsóknastofnunin í Potsdam í Þýskalandi reiknar og birtir samantekt á truflunum á segulsviðinu frá fjölda mælistöðva víða um heim. Þar er m.a. birt eftirfarandi rit á mynd 2 sem sýnir styrk truflana á Kp-kvarða í dag og sl. viku. Styrkurinn er reiknaður á 3 klst fresti út frá mælingum frá þrettán segulmælingastöðvum víða um heim.

Eftir því sem súlurnar verða hærri, og breytast úr grænum lit í gulan eða rauðan, þeim mun meiri eru truflanirnar og þá má búast við öflugri norðurljósum. Lárétti ásinn sýnir tímann á íslenskri klukku í dag frá kl. 0 til kl. 24. Fyrir neðan aðalmyndina sjást litlar 3 klst súlur fyrir sl. sex daga.

GFZ-Potsdam: Styrkur truflana á segulsviði jarðar í dag á Kp-kvarða

Mynd 2. Mælingar á styrk truflana á segulsviði jarðar í dag á Kp-kvarða. Myndin er fengin frá GFZ-Potsdam segulrannsóknastofnuninni og þar má finna nánari upplýsingar.

Mælingar á segulsviðinu á Íslandi

Í Leirvogi í Mosfellsbæ hefur verið rekin segulmælingastöð frá 1957. Stöðin mælir segulsviðið og breytingar á því, bæði hægfara breytingar sem eiga uppruna í ytri-kjarna jarðar, sem og skammtímabreytingar af völdum rafagnastrauma frá sólinni. Raunvísindastofnun Háskólans á og rekur stöðina.

Á mynd 3 má sjá rauntímamælingar sl. sólarhring frá segulmælingastöðinni í Leirvogi. Skammtímabreytileiki stafar oftast af straumi rafhlaðinna einda frá sólblettum og blossum sem skella á segulhvolfi jarðar. Einnig má oft sjá dægursveiflu segulsviðsins sem kemur m.a. fram í auknum truflunum nálægt miðnætti. Við miklar truflanir á segulsviðinu má búast við aukinni virkni norðurljósa.

RH-LRV: Segulmælingastöðin í Leirvogi

Mynd 3. Mælingar sl. sólarhring frá segulmælingastöðinni í Leirvogi. Sýndir eru þrír þættir; lóðréttur styrkur sviðsins (Z), láréttur styrkur (H), og misvísun áttavitastefnu (D). Myndin er af vef Raunvísindastofnunar Háskólans, sem rekur segulmælingastöðina og þar má finna nánari upplýsingar.